, đây là tính chất quan trọng trong việc ứng dụng tạo pin mặt trời.
Pin sau khi hoàn thiện (tiết diện 0.28cm2) được đo tính năng bằng máy potentiostat Keihley 2400 dưới cường độ chiếu sáng 100mW/cm2
Pin
, cường độ sáng được điều chỉnh bằng pin chuẩn đã đư ợc chuẩn hóa bởi nhà sản xuất theo chuẩn AM 1,5. Kết quảđo được:
ISC (mA/cm-1) VOC (V) FF
TiO2-CdSe 0.05 0.58 0.32
TiO2-CdSe(2000C) 0.12 0.40 0.24
TiO2-CdSe(3000C) 0.04 0.23 0.43
Hình 3.17: Đường đặc trưng I-V của pin mặt trời chấm lượng tử CdSe nhạy quang
Từ bảng 3.4 ta thấy việc xử lý nhiệt độ anode TiO2-CdSe giá trị dòng ngắn mạch và thế mạch hở cao hơn ở 2000C, còn ở 3000C lại giảm đi nhiều. Từ đường đặc trưng I-V (hình 3.17) ta thấy tính năng chuyển đổi thành dòng của PMT chúng tôi chế tạo không cao.
Điều này có thể do quá trình chuyển điện tử gặp khó khăn, có nhiều nguyên nhân để giải thích vấn đề này:
Các phản ứng tạo dòng tối lấn át hơn. Có ba hiện tượng làm tăng phản ứng dòng tối: (1) do sự tái hợp cặp electron/lỗ trống của TiO2; (2) do các electron của TiO2 tham gia phản ứng oxi hóa-khử với ion chất điện ly I3-; (3) do bề mặt TiO2 có những chỗ trống không bị TiO2 che phủ dẫn đến các electron của FTO tham gia phản ứng oxi-hóa khử với ion chất điện ly I3-
Hoặc các tác nhân hữu cơ vẫn còn bao phủ trên bề mặt làm điện trở tăng cao cản trở dòng điện.Ngoài ra, có thể do lượng chấm lượng tử liên kết với TiO
.
2 ít hiệu suất chuyển đổi dòng không cao.
So với các tác giả khác, như các nhóm tác giả K Prabakar [26], M.F. Kotkata [32] cho thấy các pin mặt trời chấm lượng tử CdSe mà chúng tôi chế tạo có dòng ngắn mạch thấp hơn, và tính năng pin không cao. Do tính năng hoạt động của pin chịu ảnh hưởng rất nhiều về công nghệ, ởđây chúng tôi chế tạo dựa trên những chất liệu tự sản xuất như hệ keo TiO2, cathode …chưa đạt độ ổn định và công nghệ không cao. Trong khi các nhóm tác giả khác hoàn toàn sử dụng hệ keo TiO2 và điện cực cathode thương mại đã đ ạt chuẩn nhất định. Do đó PMT chấm lượng tử nhạy quang chúng tôi chế tạo có nhiều tiềm năng phát triển.
Kết luận: Như vậy, chúng tôi đã tạo thành công màng TiO2- CdSe và khảo sát tính chất quang của màng. Từ đó, cho thấy đã có sự gắn kết cũng như quá trình chuyển điện tích giữa CdSe và TiO2. Việc đo tính năng hoạt động của pin đã cho các thông số về dòng ngắn mạch và thế hở mạch của pin, tuy các thông số này còn rất khiêm tốn do nhiều nguyên nhân trong quá trình chuyển đổi thành dòng điện của pin nhưng vẫn có nhiều tiềm năng phát triển.
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Trong quá trình thực hiện đềtài, chúng tôi đã hoàn thành các mục tiêu đề ra:
Thứ nhất, về việc chế tạo chấm lượng tử CdSe, chúng tôi thu được kết quả như sau:
♦ Chúng tôi đã chế tạo thành công chấm lượng tử CdSe bằng phương pháp colloide và điều khiển kích thước hạt theo nồng độ chất bao và tỷ lệ Cd/Se.
♦ Bằng các phương pháp phân tích như phổ hấp thụ UV-Vis, phổ nhiễu xạ tia X, phổ Raman và ảnh TEM đã xác đ ịnh được kích thước trung bình của hạt nano CdSe là 3-4nm, với kích thước này (nhỏ hơn bán kính kích thích Borh 5.6nm) cho hiệu ứng giam giữ lượng tử mạnh. Đồng thời cho thấy khi kích thước hạt giảm thì bờ hấp thụ dịch chuyển về phía xanh. Và từ phổ quang phát quang ta cũng th ấy được điều này, chứng tỏ có hiệu ứng suy giảm lượng tử .
♦ Từ phổ nhiễu xạ tia X, chúng tôi xác định pha tinh thể của hạt nano CdSe chúng tôi đã tổng hợp là dạng lập phương. Đồng thời, khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên pha cấu trúc tinh thể cũng như kích thước hạt.
Thứ hai, về việc chế tạo màng TiO2
♦ Đã chế tạo thành công màng TiO
-CdSe làm điện cực anode cho pin mặt trời chúng tôi thu được kết quả sau:
2 bằng phương pháp in lụa và màng TiO2- CdSe bằng phương pháp ngâm trong dung dịch nano CdSe.
♦ Từ phổ hấp thụ UV-Vis, phổ nhiễu xạ tia X, phổ Raman, ảnh SEM chúng tôi đã khảo sát các tính chất của màng, cho thấy có sự hấp thụ của CdSe lên TiO2. Màng TiO2 được ngâm trong dung dịch nano CdSe trong 20h sẽ được xử lý ở các nhiệt độ khác nhau, thu được màng với TiO2 ở pha anatase và CdSe ở pha cấu trúc lập phương (zinc-blende).
♦ Từ phổ quang phát quang khẳng định được quá trình chuyển điện tích từ vùng dẫn CdSe sang vùng dẫn TiO2
Thứ ba, về vấn đề tạo pin: chúng tôi đã tạo pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang và đo tính năng của pin.
, điều này rất quan trọng trong việc ứng dụng làm pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang (QDSSC).
Tuy nhiên, đề tài còn những mặt hạn chế sau:
Do hạn chế vềđiều kiện thiết bị, kỹ thuật và thời gian nên chúng tôi chưa thể khảo sát thêm những vấn đềnhư: xác định được nồng độ hấp thu của chấm lượng tử CdSe lên màng TiO2
Chỉ dừng ở mức đo các thông số I
, thời gian sống của điện tử… SC, VOC
Hướng phát triển đề tài:
Trong tương lai, chúng tôi sẽ khảo sát các phương pháp hữu hiệu hơn để có thể hấp thụ nhiều chấm lượng tử CdSe lên màng TiO
, chưa nghiên cứu được những nguyên nhân làm giảm tính năng của pin
2 .
Khảo sát ảnh hưởng của kích thước, nhiệt độ xử lý chất nhạy quang-chấm lượng tử CdSe lên hiệu suất chuyển đổi của pin.
Có thể kết hợp nhiều lớp chấm lượng tử như CdS, CdSe, ZnS hoặc chất nhuộm để cải thiện hiệu suất chuyển đổi.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Đào Anh Huy (2009), Nghiên cứu và tổng hợp chấm lượng tửCdSe đểứng dụng
trong y sinh, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại Học Cần Thơ
[2] Đặng Thị Mỹ Dung (2008), ), Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang của
màng nano CdS nhằm ứng dụng tạo cảm biến sinh học và quang xúc tác,
Luận văn thạc sỹ, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, TP Hồ Chí Minh [3] Nguyễn Thái Hoàng (2010), Nghiên cứu điều kiện chế tạo, tính năng của pin
mặt trời-chất màu nhạy quang (DSC) và động học các quá trình hóa lý xảy ra
trong pin, Luận án tiến sỹ hóa học, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, TP
Hồ Chí Minh
Tiếng Anh
[4] Alexandra E. Raevskaya, Alexander L. Stroyuk , Stephan Ya. Kuchmiy (2006), “Preparation of colloidal CdSe and CdS/CdSe nanoparticles from sodium selenosulfate in aqueous polymers solutions”, Journal of Colloid and Interface
Science 302, 133–141.
[5] A. P. Alivisatos, Science (Washington, DC) 271 (1996) 933.
[6] Anusorn Kongkanand, Kevin Tvrdy, Kensuke Takechi, Masaru Kuno, and Prashant V. Kamat (2008), “Quantum Dot Solar Cells. Tuning Photoresponse through Size and Shape Control of CdSe-TiO2 Architecture”, JACS
[7] A.S. Khomane, P.P. Hankare (2009), “Structural, optical and electrical characterization of chemically deposited CdSe thin films”, Journal of Alloys
and Compounds, 489,605-608.
[9] Cheng-Chieh Chao, Kuan-Lin Chen, Joong Sun Park, Pei-Chen Su (2007), Quantum dot solar cells, MATSCI 316 Term Project
[10] E. Lifshitz, I. Dag, I. Litvin, G. Hodes, S. Gorer, R. Reisfeld, M. Zelner, H. Minti (1998), “Optical properties of CdSe nanoparticle films prepared by chemical deposition and sol-gel methods”, Chemical Physics Letters 288, 188- 196.
[11] Gerald Gourdin (2007), “Solar Cell Technology”, Introduction to Green Chemistry Fall
[12] Gunter Schmith (2004), “Nanoparticles: From theory to application”, WILEY- VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim ISBN: 3-527-30507-6.
[13] Janne Halme (2002), Dye-sensitized nanostructured and organic photovoltaic
cells: technical review and preliminary tests, Helsinki University of
Technology
[14] Istva´n Robel,Vaidyanathan Subramanian, Masaru Kuno, and Prashant V. Kamat (2006), “Quantum Dot Solar Cells. Harvesting Light Energy with CdSe Nanocrystals Molecularly Linked to Mesoscopic TiO2 Films”, JACS
[15] Iván Mora-Seró, Vlassis Likodimos, Sixto Giménez, Eugenia Martínez- Ferrero, Josep Albero, Emilio Palomares, Athanassios G. Kontos, Polycarpos Falaras, and Juan Bisquert (2010), “Regeneration of CdSe Quantum Dots by Ru Dye in Sensitized TiO2
[17] Jennifer Hensel, Gongming Wang, Yat Li, and Jin Z. Zhang (2010), “Synergistic Effect of CdSe Quantum Dot Sensitization and Nitrogen Doping
Electrodes”, J. Phys. Chem. C XXXX, xxxx, 000. [16] J. Chen, D.W. Zhao, J.L. Song, X.W. Sun, W.Q. Deng, X.W. Liu, W. Lei
(2009), “Directly assembled CdSe quantum dots on TiO2 in aqueous solution by adjusting pH value for quantum dot sensitized solar cells”, Electrochemistry Communications 11, 2265–2267.
of TiO2 Nanostructures for Photoelectrochemical Solar Hydrogen Generation”, Nano Letters.
[18] Jin Hua Li, Cui Ling Ren, XiaoYan Liu, Zhi De Hu, De Sheng Xue (2007), “ “Green” sunthesis of starch capped CdSe nanoparticles at room temperature”,
Materials Science anh Engineering A 458, 319-322.
[19] Jin Young Kim, Sung Bum Choi, Jun Hong Noh, Sung HunYoon, Sangwook Lee, Tae Hoon Noh, Arthur J. Frank, and Kug Sun Hong (2009), “Synthesis of CdSe-TiO2 Nanocomposites and Their Applications to TiO2 Sensitized Solar Cells”, Langmuir, American Chemical Society
[20] Ju-Hyun Ahn, R.S. Mane, V. V. Todkar and Sung-Hwan Han(2007), “Invasion of CdSe Nanoparticles for Photosensitization of Porous TiO2”, Int. J.
Electrochem. Sci., 2, 517 – 522.
[21] Jun-Ho Yum, Sang-Hyun Choi, Seok-Soon Kim, Dong-Yu Kim, and Yung- Eun Sung (2007), “CdSe Quantum Dots Sensitized TiO2 Electrodes for Photovoltaic Cells”, Journal of the Korean Electrochemical Society Vol. 10, No. 4, 2007, 257-261.
[22] Himani Sharma, Shailesh N. Sharma, Gurmeet Singh, S.M. Shivaprasad (2005), “Effect of ratios of Cd:Se in CdSe nanoparticles on optical edge shifts and photoluminescence properties”, Physica E 31, 180-186..
[23] Hyo Joong Lee, Jiwon Bang, Juwon Park, Sungjee Kim, and Su-Moon Park (2010), “Multilayered Semiconductor (CdS/CdSe/ZnS)-Sensitized TiO2
Mesoporous Solar Cells: All Prepared by Successive Ionic Layer
[24] Ke Fan, Min Liu, Tianyou Peng, Liang Ma, Ke Dai (2010), “Effects of paste components on the properties of screen-printed porous TiO2 film for dye- sensitized solar cells”, Renewable Energy 35, 555–561.
[25] Kevin Tvrdy and Prashant V. Kamat (2009), “Substrate Driven Photochemistry of CdSe Quantum Dot Films: Charge Injection and Irreversible Transformations on Oxide Surfaces”, J. Phys. Chem. A , 113, 3765–3772. [26] K Prabakar, S Minkyu, S Inyoung and K Heeje (2009), CdSe quantum dots co-
sensitized TiO2 photoelectrodes: particle size dependent properties
[27] Khong Cat Cuong1, Trinh Duc Thien1, Pham Thu Nga2, Nguyen Van Minh1, Nguyen Van Hung2
[31] M.E. Rinc´on, O. G´omez-Daza, C. Corripio, A. Orihuela (2001), “Sensitization of screen-printed and spray-painted TiO coatings 2 by chemically deposited CdSe thin films”, Thin Solid Films 389 , 91_98.
(2009), “Sol-gel synthesis and particle size characterization of CdSe Quantum dots”, Mathematics - Physics 25, 207-211, VNU Journal of Science
[28] Lai-Wan Chong, Huei-Ting Chien, Yuh-Lang Lee (2010), “Assembly of CdSe onto mesoporous TiO2 films induced by a self-assembled monolayer for quantum dot-sensitized solar cell applications”, Journal of Power Sources 195, 5109–5113
[29] Liping Liu, Jennifer Hensel, Robert C. Fitzmorris, Yadong Li, and Jin Z. Zhang (2009), “Preparation and Photoelectrochemical Properties of CdSe/TiO2 Hybrid Mesoporous Structures”, Physical Chemistry.
[30] M.E. Rinc!on, A. Jim!enez, A. Orihuela, G. Martı´nez (2001), "Thermal treatment effects in the photovoltaic conversion of spray-painted TiO2 coatings sensitized by chemically deposited CdSe thin films ", Solar Energy Materials & Solar Cells 70 , 163–173.
[32] M.F. Kotkata, A.E. Masoud, M.B. Mohamed, E.A. M ahmoud (2009), “Structural characterization of chemically synthesized CdSe nanoparticles”,
Physica E 41, 604-645.
[33] M. Kavosh Tehrani, S.R. Gholamiyankhah, N. Tavakkoli and H.Tavallali (2009-2010), “Synthesis and Characterization of CdSe Semiconductor Nanoparticles by Chemical Route”, Word Applied Sciences Journal 7 : 41-44, ISSN 1818-4952.
[34] Prashant V. Kamat, Quantum Dot Solar Cells. Semiconductor Nanocrystals as
Light Harvesters, University of Notre Dame Department of Chemistry 235
Radiation Laboratory Notre Dame IN 46556-0579 USA ((;…nano solar cell 1) [35] P. Sudhagar, June Hyuk Jung, Suil Park, Yong-Gun Lee, R. Sathyamoorthy,
Yong Soo Kang, Heejoon Ahn (2009), “The performance of coupled (CdS:CdSe) quantum dot-sensitized TiO2 nanofibrous solar cells”, Electrochemistry Communications 11, 2220–2224.
[36] Qing Shen, Dai Arae, Taro Toyoda (2004), “Photosensitization of nanostructured TiO2 with CdSe quantum dots: effects of microstructure and electron transport in TiO2 substrates”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 164 , 75–80.
[37] Quanxin Zhang, Yiduo Zhang, Shuqing Huang, Xiaoming Huang, Yanhong Luo, Qingbo Meng , Dongmei Li (2010), Application of carbon counterelectrode on CdS quantum dot-sensitized solar cells (QDSSCs), Electrochemistry Communications 12, 327–330.
[38] Seigo Ito, Takurou N. Murakami, Pascal Comte, Paul Liska, Carole Grätzel, Mohammad K. Nazeeruddin, Michael Grätzel (2008), “Fabrication of thin film dye sensitized solar cells with solar to electric power conversion efficiency over 10%”, Thin Solid Films 516 , 4613–4619.
[39] Sheng-Qiang Fan, Duckhyun Kim, Jeum-Jong Kim, Dong Woon Jung, Sang Ook Kang, Jaejung Ko (2009), “Highly efficient CdSe quantum-dot-sensitized TiO2 photoelectrodes for solar cell applications”, Electrochemistry
Communications 11, 1337–1339.
[40] Taro Toyoda, Junya Kobayash, Qing Shen (2008), “Correlation between crystal growth and photosensitization of nanostructured TiO2 electrodes using supporting Ti substrates by self-assembled CdSe quantum dots”, Thin Solid Films 516, 2426–2431.
[41] Tzarara Lo´pez-Luke, Abraham Wolcott, Li-ping Xu, Shaowei Chen, Zhenhai Wen,
Jinghong Li, Elder De La Rosa, and Jin Z. Zhang (2008), “Nitrogen-Doped and CdSe Quantum-Dot-Sensitized Nanocrystalline TiO2 Films for Solar Energy Conversion Applications”, J. Phys. Chem. C , 112, 1282-1292.
[42] Prashant V. Kamat (2008), “Quantum dots solar cells. Semiconductor nanocrytals as light harvesters”, J. Phys. Chem. C,112, 18737-18753.
[43] Wolfgang Johann Parak, Liberato Manna, Friedrich Christian Simmel, Daniele Gerion, and Paul Alivisatos, Quantum dots