Để có thể giải thích sự xuất hiện của tính quang dẫn, một số thực nghiệm bổ xung đã đƣợc tiến hành thêm. Thực nghiệm chế tạo điện cực quang cho pin mặt trời quang điện hoá (chƣơng 5) trên cơ sở màng nco TiO2/SnO2 thì thấy rằng với tỉ lệ 35 % SnCl4 điện cực cho dòng ngắn mạch và thế hở mạch của pin lớn nhất. Vì vậy, việc khảo sát tính chất quang và điện của màng nco TiO2/SnO2 đƣợc chọn ở nồng độ này. Hình 4.6 biểu diễn phổ hấp thụ UV-Vis của màng nco TiO2/SnO2 chế tạo với tỉ lệ 35 % mol SnCl4 trong hỗn hợp dung dịch ban đầu. Có thể thấy phổ hấp thụ vẫn có cùng dạng với phổ hấp thụ của màng nano TiO2 (hình 3.9), nhƣng hệ số hấp thụ lớn hơn và đã đƣợc dịch khá nhiều về miền khả kiến. Bờ hấp thụ đƣợc xác định bằng ngoại suy tuyến tính hệ số hấp thụ trong vùng hấp thụ đến giá trị 0 nhƣ
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
các tác giả [121] đã làm. Kết quả thu đƣợc bờ hấp thụ ở ~ 380 nm tƣơng ứng với năng lƣợng photon 3,25 eV. Giá trị này nhỏ hơn so với giá trị của màng nano TiO2
là 0,1 eV nhƣ đã khảo sát trong mục 3.3.1.
Các công trình nghiên cứu pha tạp khác cũng cho thấy sự dịch chuyển hấp thụ khả kiến tƣơng tự. Thí dụ, Barakat M.A. et al. (2004) [31] đã pha tạp Co vào TiO2
và đã thu đƣợc phổ hấp thụ của các mẫu bột nano TiO2 pha tạp Co có sự dịch chuyển hấp thụ sang miền khả kiến. Các tác giả [66] cũng thu đƣợc kết quả tƣơng tự. Các tác giả [113] đã chỉ ra rằng việc đƣa vào mạng TiO2 các nguyên tử ngoại lai sẽ tạo ra các chỗ trống hoặc sự thay thế điền kẽ của chúng dẫn đến làm hẹp vùng cấm; nhiều công trình cho thấy pha tạp vào mạng TiO2 bằng các kim loại chuyển tiếp đã cải thiện hoạt tính quang xúc tác của TiO2 và mở rộng hấp thụ về miền ánh sáng khả kiến. Việc pha tạp bằng các phi kim loại nhƣ C, N, F, P hay S còn cho kết quả tốt hơn so với pha tạp bằng các kim loại chuyển tiếp.
Hình 4.6 Phổ hấp thụ của màng nanocomposite TiO2/SnO2 chế tạo với 35 %
mol SnCl4 trong hỗn hợp dung dịch ban đầu. Hình 4.7 biểu diễn sự phụ thuộc của (hγ)1/2
theo năng lƣợng photon hγ tính từ hệ số hấp thụ trên hình 4.6. Ngoại suy tuyến tính ở vùng hấp thụ năng lƣợng photon cao đến giá trị = 0 đƣợc độ rộng vùng cấm Eg ~ 3,25 eV. Giá trị này nhỏ hơn 0,1 eV so với E của màng nano TiO (mục 3.3.2).
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
Phổ phát quang của màng nco TiO2/SnO2 chế tạo với 35 % mol SnCl4 trong hỗn hợp dung dịch ban đầu đƣợc biểu diễn trên hình 4.8. So với phổ phát quang của màng nano TiO2 (hình 3.11) có dạng tƣơng tự, nhƣng vùng cực đại của phổ đƣợc dịch về vùng ánh sáng khả kiến và đỉnh phổ đã có dịch chuyển đỏ 17 nm – ở bƣớc sóng 411,5 nm so với 394,5 nm.
Hình 4.7 Sự phụ thuộc (hγ)1/2
vào năng lượng photon hγ của màng nco TiO2/SnO2 chế tạo với tỉ lệ 35 % mol SnCl4.
Hình 4.8 Phổ phát quang của màng nco TiO2/SnO2kích thích ở bước sóng
Luận án Tiến sĩ Vật lý
---
Cực đại của phổ cũng trải trong một vùng rộng tƣơng tự nhƣ phổ phát quang của màng nano TiO2 là do sự chồng chập của các đỉnh phát quang khác nhau. Toàn bộ vùng cực đại của phổ dịch chuyển chứng tỏ các đỉnh phổ cũng dịch chuyển. Nhƣ vậy, sự dịch chuyển phổ phát quang cũng nhƣ phổ hấp thụ về miền ánh sáng khả kiến có liên quan đến sự thay đổi độ rộng vùng cấm, các mức năng lƣợng tạp chất và các mức năng lƣợng liên kết exiton trong vùng cấm của màng nco TiO2/SnO2 so với màng nano TiO2.
Kết quả của phép đo phổ hấp thụ và phổ phát quang trên hệ màng nco TiO2/SnO2 đều cho thấy có sự suy giảm rõ ràng của độ rộng vùng cấm so với màng nano TiO2. Ảnh hƣởng này không phải do sự đóng góp của SnO2, vì vật liệu này có độ rộng vùng cấm lớn hơn (3,8 eV). Sự suy giảm độ rộng vùng cấm của TiO2 gây bởi sự có mặt của pha SnO2 đƣợc giải thích bởi xu hƣớng hình thành pha rutile [116]. Pha này có độ rộng vùng cấm là 3,0 eV. Vì vậy ở màng nco TiO2/SnO2 với hàm lƣợng SnCl4 cao khi chế tạo có độ rộng vùng cấm thấp hơn màng TiO2.