đế thủy tinh Corning.
1.2.3.2.Tính chất quang phát quang và hiện tượng truyền hạt tả
Một trong những cách đơn giản nhất để khảo sát quá trình truyền hạt tải của bán dẫn có độ rộng vùng cấm lớn là quan sát quá trình dập tắt hiện tượng quang phát quang của hai loại bán dẫn có độ rộng vùng cấm khác nhau nhưng có công thoát gần bằng nhau. Trong thí nghiệm của chúng tôi, sử dụng hai loại vật liệu là ZnO có Eg = 3,34eV và CdS có Eg = 2,5eV. Hai vật liệu này có mức Ec gần với nhau (hình II.1.21)
a. Tính chất quang phát quang
Dung dịch sol được điều chế để tạo màng AZO là dung dịch trong suốt trong
điều kiện thường nhưng dưới sự kích thích của đèn UV thì dung dịch phát quang mạnh ánh sáng màu xanh blue (hình II.1.22a). Điều này chứng tỏ hạt ZnO tạo thành có kích thước nhỏ, khi có ánh sáng từđèn UV chiếu vào dung dịch, điện tử sẽ nhận năng lượng kích thích, từ vùng hóa trị nhảy lên vùng dẫn. Sau đó lại tái hợp với lỗ trống ở vùng hóa trị và phát xạ ra năng lượng với bước sóng tương ứng với từng màu sắc mà ta nhìn thấy (hình II.1.21).
Hình II.1.22: Mô phỏng hiện tượng phát quang của dung dịch ZnO
Bên cạnh đó, từ phổ PL (hình II.1.22 b) còn cho chúng tôi thấy rằng, khi pha tạp Al3+ trong dung dịch từ 0% đến 6% không ảnh hưởng nhiều đến vị trí và cường độ đỉnh. Điều đó có nghĩa kích thước hạt không thay đổi nhiều khi pha tạp Al3+.
Hình II.1.23: (a) Màu phát quang của dung dịch AxMM1 (b) Phổ PL của dung dịch AxMM1
(b) (a)
b. Hiện tượng truyền hạt tải và ứng dụng trong pin mặt trời
Hiện tượng truyền hạt tải là một vấn đề quan trọng đểứng dụng ZnO:Al vào pin mặt trời. Để kiểm chứng khả năng truyền điện tử và dập tắt phát quang của dung dịch ZnO, chúng tôi pha thêm dung dịch CdS phát quang màu đỏ vào [9] vì CdS có Eg=2,5eV dễ dàng sinh hạt tải ngay cả trong vùng ánh sáng khả kiến (hình II.1.24a). Chúng tôi nhận thấy rằng: khi pha CdS vào ZnO thì màu phát quang của dung dịch ZnO bị dập tắt (hình II.1.24a).
Hình II.1. 24: (a) Màu phát quang khi của CdS,CdS- ZnO và ZnO, (b) Hiện tượng truyền hạt tải khi pha dung dịch CdS vào ZnO
Hiện tượng này được giải thích một cách định tính như sau [24]: Khi chiếu đèn UV có bước sóng xanh vào dung dịch hỗn hợp ZnO-CdS, CdS dễ dàng sinh điện tử
dịch chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, do sự chênh lệch giữa hai vùng dẫn nhỏ nên
điện tử có xu hướng dịch chuyển sang vùng dẫn của ZnO mà không tái hợp với lỗ
trống ở vùng hóa trịđể phát quang. Đồng thời khi đó, lỗ trống được hình thành ở vùng hóa trị trong quá trình kích thích có xu hướng di chuyển đến bề mặt của hạt và tham gia phản ứng với các chất hữu cơ. Do đó, khi pha CdS vào ZnO thì có hiện tượng dập tắt phát quang xảy ra (hình II.1.25b). Điều đó cũng có nghĩa là có sự truyện hạt tải trong dung dịch ZnO. Đây chính là tiền đềđể chúng tôi tiếp tục nghiên cứu ở các phần tiếp theo. Một cách lý giải khác, khi chiếu đèn UV cực tím vào dung dịch để kích thích
đồng thời điện tử của CdS và ZnO lên vùng dẫn. Điện tử sinh thành trong CdS sẽ
truyền qua mức Ec của AZO một cách dễ dàng, trong khi đó lổ trống sinh thành từ
AZO có thể truyền qua CdS, dẫn đến các nano bán dẫn này chỉ có thuần một loại hạt tải và có thể bị tái hợp với các mức bẫy khác của dung môi hữu cơ bao quanh dẫn đến hiện tượng ánh sáng phát ra màu trắng và tắt nhanh dần sau đó.
Hình II.1.25 là phổ quang phát quang với bước sóng kích 400 nm của dung dịch CdS, ZnO và hỗn hợp CdS-ZnO minh họa rõ nét quá trình dập tắt phát quang hay tương ứng là quá trình truyền hạt tải xảy ra. Việc ứng dụng hiện tượng này trong thực tế bằng cách tạo các lớp mỏng nano CdS xen kẻ với các lớp mỏng nano ZnO sẽ là một cấu trúc tốt cho việc nghiên cứu PMT màng mỏng hoặc quá trình quang xúc tác màng mỏng.
Hình II.1.25: Phổ PL của dung dịch (a) CdS, (b) CdS-ZnO, (c) ZnO
Với những kết quả đạt được từ việc chế tạo màng ZnO:Al, màng AZO hoàn toàn đủđiều kiện để tiến hành ứng dụng vào chế tạo và khảo sát sựảnh hưởng đến hiệu suất của pin mặt trời.
(b) (c)