1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHẾ TẠO ĐIỆN CỰC
1.3.1. Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Hướng nghiên cứu chế tạo linh kiện quang điện tử hữu cơ như linh kiện phát quang hữu cơ (OLED) và OPV đã phát triển mạnh trong những năm gần đây. Các màn hình OLED đã bước đầu được sản xuất ở quy mô thương mại. Với xu hướng phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, pin mặt trời hữu cơ OPV cũng được coi là một trong những loại pin có nhiều tiềm năng thay thế pin nền silic nhờ vào giá thành thấp bởi quy trình cơng nghệ chế tạo OPV được thực hiện trên diện tích rộng, mềm dẻo bằng các quy trình gia cơng đơn giản như là phương pháp phủ quay, tráng màng film. Nhằm thay thế cho điện cực ITO (indium tin oxide) có nhược điểm là giòn về mặt cơ học và nguồn cung indium đang trở nên khan hiếm, các nhà khoa học đang nghiên cứu phát triển các loại điện cực mềm dẻo, rẻ tiền và dễ gia công như graphen, carbon nanotube, sợi nano bạc, polyme dẫn… Bước đầu, các nhà khoa học đã chế tạo được các điện cực gần như trong suốt với độ dẫn tương đối tốt từ các vật liệu này. Ví dụ, bằng phương pháp ép cơ học, Makoto Karakawa và cộng sự có thể chế tạo điện cực sợi nano bạc có giá trị điện trở chỉ 21 /sq và độ truyền qua 85% (Hình 1.13) [25].
Hình 1.13. Ảnh chụp FE-SEM của sợi nano bạc (trái), mối tương quan giữa
Điện cực này được ứng dụng trong pin mặt trời BHJ (bulk heterojunction solar cells) có cấu trúc đế thuỷ tinh/điện cực sợi nano bạc/PEDOT:PSS/lớp hoạt động/điện cực Al, đạt hiệu suất chuyển hoá năng lượng 3,05% tương đương với linh kiện sử dụng điện cực ITO truyền thống đạt hiệu suất 3,06%. Tuy nhiên kết quả của nghiên cứu này mới chỉ dừng ở việc sử dụng điện cực bạc nano trên đế thuỷ tinh cứng dễ nứt vỡ.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm qua, ở trong nước đã có một số nghiên cứu có liên quan đến nhiệm vụ. Tuy nhiên, đây mới chỉ là những kết quả bước đầu, đặt nền móng cho hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu và linh kiện quang điện tử dẻo ở nước ta. Do hướng nghiên cứu này có tính đa ngành, địi hỏi sự kết hợp giữa chế tạo vật liệu cấu trúc nano, tổng hợp hữu cơ, chế tạo điện cực và chế tạo linh kiện quang điện tử dẻo, hiện chưa có một cơng trình nào ở trong nước đáp ứng đầy đủ các yếu tố này. Nhóm nghiên cứu của các tác giả Hồng Thị Thu, Huỳnh Trần Mỹ Hịa, Trần Quang Trung tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh đã chế tạo được điện cực dẫn điện trong suốt dựa trên tổ hợp sợi nano bạc và graphene. Cơng trình đã được cơng bố trên Tạp chí Phát triển KH&CN, tập 18, số T4, 2015. Tuy nhiên, phương pháp chế tạo còn phức tạp và điện cực chế tạo chưa được ứng dụng trong chế tạo linh kiện quang điện tử.
Nhóm nghiên cứu của TS. Phạm Văn Trình tại Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã chế tạo được điện cực dẫn điện trong suốt dựa trên tổ hợp Carbon nanotube đa tường/PEDOT:PSS trên đế thủy tinh. Điện cực có độ truyền qua 80,3% ở bước sóng 550 nm và điện trở 14,5 /sq. Cơng trình đã được cơng bố trên Tạp chí Materials Research Express, Volume 4, Number 10, 2017.
Một số nhóm nghiên cứu tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Tiên tiến về Khoa học và Công nghệ-Đại học Bách Khoa Hà Nội... đã chế tạo thành công nano bạc cho các ứng dụng ngoài lĩnh vực chế tạo linh kiện quang điện tử.
Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Nano của GS. Đặng Mậu Chiến tại Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh đã chế tạo mực in nano bạc với nồng độ nano bạc có thể tới 20%. Cơng trình đã được cơng bố trên Tạp chí Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 6 (2015) 015003 (8pp).
Một số nhóm nghiên cứu tại Viện Hóa học và Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trường Đại học Thái Nguyên, Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh... đã chế tạo nano graphen cho các ứng dụng khác nhau.
Từ nhiều năm qua, một số nhóm nghiên cứu tại Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và tại Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh... đã tổng hợp được một số vật liệu bán dẫn và dẫn điện hữu cơ ứng dụng chế tạo linh kiện transistor hiệu ứng trường (OFET) và OPV.
Một số nhóm nghiên cứu từ các cơ sở như Viện Hóa học và Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Đại học Quốc Gia Hà Nội, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã bước đầu nghiên cứu chế tạo linh kiện quang điện tử như OFET, OLED và OPV.
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. HĨA CHẤT VÀ THIẾT BỊ
2.1.1. Hóa chất
- Bạc nitrat (Silver nitrate – AgNO3) cung cấp bởi Sigma-Aldrich với độ tinh khiết ≥ 99.8%.
- Ethylene glycol (OHCH2CH2OH) xuất xứ Fisher Sciencetific (UK) với độ tinh khiết > 99%.
- Nickle (II) chloride (NiCl2) của Xilong Scientific Co. Ltd. (Trung Quốc) độ tinh khiết 99%.
- Natri bromua (sodium bromide – NaBr) của Xilong Scientific Co. Ltd. (Trung Quốc) độ tinh khiết 99%.
- Polyvinylpyrrolidone (PVP) của Weng Jiang Reagent độ tinh khiết 99%, khối lượng phân tử trung bình 360 000 Da. Cơng thức cấu tạo như hình dưới đây.