để khảo sát tắnh chất quang ựiện hóa của ựiện cực chế tạo ựược, chúng tôi sử dụng một tế bào quang ựiện hóa. Trong ựó ựiện cực TiO2/CdS ựóng vai trò là ựiện cực làm việc, ựiện cực ựối là Pt và chất ựiện ly là dung dịch chứa Na2S 0,1 M và KCl 1M. Sau ựó tiến hành ựo ựặc trưng J-V khi chiếu sáng và
không ựược chiếu sáng.
Hình 3.17 là ựặc trưng J-V khi chiếu sáng các ựiện cực TiO2/CdS (ựường c) và ựiện cực TiO2 (ựường b). Theo ựó các ựại lượng ựặc trưng: thế hở mạch, dòng
JSC = 11,5 ộA/cm2. Các giá trị này cao hơn rất nhiều so với ựiện cực TiO2 (VOC = 32 mV; JSC = 0,5 ộA/cm2). 0 20 40 60 80 100 120 140 160 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 J ( ộ A /c m 2 ) V (mV) a TiO2tèi b TiO 2 chiạu sịng c TiO 2/CdS chiạusịng a b c
Hình 3.17: đặc trưng J-V khi chiếu sáng ựiện cực TiO2 và TiO2/CdS.
Như vậy có thể thấy rằng việc phủ CdS lên bề mặt màng TiO2 ựã cho dòng quang ựiện tăng nhiều lần so với màng TiO2 khi chưa phủ CdS. Kết quả này ựược giải thắch bởi: i) sự có mặt của lớp màng CdS cấu trúc nano ựóng vai trò là chất nhạy sáng cho ựiện cực TiO2. điều này ựược chỉ ra rất rõ khi nghiên cứu phổ hấp thụ của các hệ màng TiO2 và TiO2/CdS trên hình 3.15. Khi ựó chỉ với một lớp rất mỏng CdS, khoảng 10 nm thì phổ hấp thụ của màng TiO2/CdS ựã tăng lên ựáng kể. đặc biệt là sự mở rộng của vùng phổ hấp thụ ra vùng bước sóng nhìn thấy ở gần bước sóng 500 nm và tới 540 nm khi màng CdS có chiều dày là 200 nm. Chắnh ựiều này làm tăng hiệu suất hấp thụ ánh sáng của hệ ựiện cực nano composit TiO2/CdS;
ii) sự có mặt của lớp CdS làm tăng khả năng tách các cặp hạt tải ựiện sinh ra do
chiếu sáng tại biên tiếp giáp giữa các hạt nano TiO2 và CdS thông qua cơ chế truyền ựiện tắch ựược chỉ ra dưới ựây.
Trên hình 3.18 là giản ựồ cấu trúc vùng năng lượng tương ứng với một cấu hình linh kiện pin quang ựiện hóa sử dụng ựiện cực TiO2/CdS cũng như mô hình truyền ựiện tắch tại biên tiếp giáp giữa TiO2 và CdS. Khi linh kiện ựược chiếu sáng, các hạt nano CdS sẽ hấp thụ ánh sáng và sinh ra các cặp
Hình 3.18: Giản ựồ năng lượng của cấu hình pin quang ựiện hóa sử dụng ựiện cực TiO2/CdS.
Khi ựó ựáy vùng dẫn của CdS nằm cao hơn ựáy vùng dẫn của bán dẫn TiO2 nên ựiện tử dễ dàng ựược tiêm vào vùng dẫn của TiO2 và ựược chuyển ra ựiện cực ITO. Vì vậy các cặp hạt tải ựược sinh ra do chiếu sáng sẽ ựược tách về hai ựiện cực. Chắnh ựiều này làm cho hiệu ứng quang ựiện hóa ựối với các linh kiện sử dụng cấu trúc màng TiO2/CdS mạnh lên rất nhiều. Vì thế dòng quang ựiện tăng lên dẫn ựến mật ựộ dòng ngắn mạch và thế hở mạch của linh kiện tăng lên nhiều lần so với ựiện cực chỉ có lớp màng TiO2.