7. Bố cục của đề tài
1.2.2. Tiềm năng ứng dụng của màng mỏng ZnO
Trong những năm qua, màng mỏng ZnO đã được nghiên cứu rộng rãi do các ứng dụng tiềm năng của chúng, như áp điện đầu dò, ống dẫn sóng quang học, phương tiện truyền thông quang học, bề mặt thiết bị sóng âm, cảm biến khí dẫn điện, dẫn điện trong suốt điện cực, pin mặt trời [14–4].
Thiết bị điện tử
Chế tạo pin mặt trời: Pin mặt trời là thiết bị biến đổi quang điện được sử
dụng để sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời. Do màng mỏng ZnO có độ dẫn điện và độ truyền qua cao nên được ứng dụng và chế tạo pin mặt trời. Hình 1.7 là sơ đồ cấu tạo của pin mặt trời sử dụng màng mỏng ZnO. Khi chiếu ánh sáng có năng lượng photon phù hợp với hiệu mức LUMO và HOMO của PbS-CQD (tương tự như độ rộng vùng cấm của chất bán dẫn),
16
electron sẽ được kích thích từ mức HOMO lên mức LUMO. Chấm lượng tử được chọn sao cho mức LUMO cao hơn đáy vùng dẫn của ZnO, vì vậy, khi tiếp xúc với ZnO, electron sẽ chuyển từ PbS-CQD sang vùng dẫn của ZnO. Quá trình này dẫn đến hình thành một lỗ trống trên CQD và một electron tự do trong vùng dẫn của ZnO. Electron di chuyển từ ZnO sang đế ITO rồi chạy qua tải sang điện cực đối. Các lớp ZnO-np được chuẩn bị phủ quay bằng dung dịch tạo sẵn có chứa ZnO-np, sau đó sấy khô ở nhiệt độ phòng để tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các thiết bị quang điện tử. Sự cải thiện đó được thông qua sự phát triển trong cấu trúc hóa học. Các vật liệu được sử dụng có cấu trúc p-n để khắc phục những hạn chế nội tại và tránh sự tái tổ hợp electron-lỗ trống không mong muốn [14].
Hình 1.7. Sơ đồ cấu tạo của pin mặt trời sử dụng màng mỏng ZnO
Chế tạo cảm biến: Màng ZnO lắng đọng bằng phương pháp CVD từ tiền
chất Zn(Piv)2 trên đế ITO đã được nghiên cứu khả năng ứng dụng làm cảm biến khí NO2. Các cảm biến có thể hoạt động trong khoảng 25oC - 160oC. Nhiệt độ hoạt động tối ưu của cảm biến là 160oC. Các cảm biến có màng ZnO và ZnO lắng đọng ở 500 và 550oC có thể hoạt động ở nhiệt độ phòng với cường độ hồi đáp, khả năng phục hồi và độ lặp lại tốt. Tính chọn của cảm biến ZnO (550) được đánh giá bằng các khí: NO2 (5 ppm), CO2 (500 ppm), C3H8 (500 ppm) và cuối cùng là H2 (500 ppm). Các kết quả thu được cho thấy
17
cảm biến khí ZnO (550) có tính chọn lọc cao đối với khí NO2 khi hoạt động ở nhiệt độ phòng [2]. Sơ đồ cấu tạo của cảm biến khí thể hiện trên hình 1.8.
Hình 1.8. Sơ đồ cấu tạo của cảm biến khí ZnO
Độ rộng vùng cấm của ZnO là 3,44 eV ở nhiệt độ thấp và 3,37 eV ở nhiệt độ phòng, trong cấu trúc wurtzite cũng tương ứng với đó 2 giá trị là 3,5 eV và 3,44 eV. Chính điều đó làm cho ZnO ứng dụng được trong quang điện trong vùng ánh sáng màu xanh/UV, bao gồm đi-ốt phát quang, đi-ốt laser và máy dò ảnh. Năng lượng exciton lớn làm cho ZnO trở thành vật liệu hứa hẹn cho các thiết bị quang học dựa trên hiệu ứng kích thích [5,16].
Hình 1.9. a)Thiết bị linh hoạt được chế tạo có sử dụng lớp bán dẫn ZnO b) mô hình cấu trúc bottom gate [17].
Vi điện Pt
18
Chế tạo các trang thiết bị quang và quang điện tử trên đế mềm dẻo: Màng
ZnO được chế tạo ở nhiệt độ dưới 400oC để chế tạo các trang thiết bị quang và quang điện tử trên đế mềm dẻo, ví dụ màn hình uốn dẻo. Ở hình 1.9b là mô tả cho việc sử dụng cấu trúc bottom gate, nhiệt độ thấp (dưới 400oC) và phương pháp phủ quay để chế màng bán dẫn ZnO trên thiết bị linh hoạt như hình 1.9a lớp màng ZnO bán dẫn này được phủ trên chất cách điện là SiO2, tiếp đó là chất nền dưới cùng là tấm chắn.
Quang xúc tác
ZnO được ứng dụng trong xử lí thuốc thử azo [3], ứng dụng trong xử lí nước thải [4]. Nguyên nhân ZnO ứng dụng trong quang xúc tác là do loại vật liệu này hấp thụ ánh sáng cao trong vùng khả kiến. Tuy nhiên, khả năng ứng dụng hoạt tính xúc tác của TiO2 vẫn tốt hơn nên việc xử dụng ZnO vẫn chưa được phổ biến.
19
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM