Ảnh hưởng của nồng độ graphen (0.1 0.7 %) đến tính chất quang và điện của hỗn hợp PEDOT:PSS/Gr được đánh giá thông qua việc khảo sát tính chất màng mỏng của hỗn hợp này trên đế thủy tinh. Màng mỏng PEDOT:PSS/Gr có chiều dày khoảng 50 nm được phủ trên đế thủy tinh bằng phương pháp spin-coating (2000v/p (10s) + 6000 v/p (60s)) và được ủ ở nhiệt độ 140oC trong môi trường khí N2 (Hình 3.3).
Hình 3.3. Ảnh SEM của màng PEDOT:PSS/Gr trên đế thủy tinh
Hình 3.4. Phổ Raman của màng PEDOT:PSS/Gr trên đế thủy tinh
Phổ Raman của PEDOT:PSS và PEDOT:PSS/Gr với một số đỉnh đặc trưng được thể hiện như trên hình 3.4. Các đỉnh 1438 cm-1, 1499 cm-1 và 1531 cm-1 xuất hiện ở cả hai mẫu vật liệu. Theo Lindfors và các cộng sự, sự dao động của liên kết C=C có thể được đặc trưng bởi các đỉnh 1600cm-1 và 1500 cm-1 tương ứng với sự bất đối xứng và đối xứng của C=C [62]. Sự tồn tại của PEDOT:PSS trong hỗn hợp được chứng minh thông qua các đỉnh trong dải sóng từ 1400-1500 cm-1, đó là kết quả của sự cộng hưởng vòng thiophene giữa hai trạng thái benzoid và quinoid trong phân tử PEDOT [63]. Các đỉnh 1356 cm-1 và 1596 cm-1 chỉ xuất hiện trong mẫu có thành phần graphen, đó tương ứng là các đỉnh D và G. Đáng chú ý là đỉnh đặc trưng của 1435 cm-1 của PEDOT:PSS bị dịch lên số sóng cao hơn (1438 cm-1) khi có thêm thành phần Gr. Quá trình dịch
chuyển này được cho là do sử chuyển đổi cấu trúc cộng hưởng PEDOT:PSS và tương tác π – π giữa Gr và cấu trúc aromatic của PEDOT:PSS [64].
Sự ảnh hưởng của nồng độ graphen đến phổ truyền qua của màng PEDOT:PSS/Gr được thể hiện như trên hình 3.5. Có thể nhận thấy rằng khi nồng độ graphen trong hỗn hợp tăng lên thì độ truyền qua của màng giảm xuống. Độ truyền qua của màng tại 550 nm được xác định lần lượt là 86.6%, 83.7%, 75.2%, 69.6% và 61.2% tương ứng với hỗn hợp chứa 0, 0.1, 0.3, 0.5 và 0.7% Gr. Trong khi đó độ dẫn điện của màng lại tăng lên khi có thêm thành phần Gr trong hỗn hợp (Hình 3.6). Độ dẫn điện của màng lớn nhất đối với hỗn hợp có chứa 0.5 wt.% Gr (1290 S/cm) lớn hơn gần 60% so với màng PEDOT:PSS không có Gr (810 S/cm). Tuy nhiên khi nồng độ của Gr lớn hơn 0.5% thì độ dẫn điện của màng giảm xuống (1176 S/m). Điều này có thể là do sự kết đám của graphen trong hỗn hợp. Như vậy, thông qua các kết quả nghiên cứu trên ta có thể kết luận được rằng hỗn hợp PEDOT:PSS/Gr với hàm lượng Gr là 0.5% với độ truyền qua gần 70% có độ dẫn điện tốt nhất và có thể được sử dụng để chế tạo pin mặt trời dạng hybrid SiNW/PEDOT:PSS/Gr.
Hình 3.6. Điện trở và độ dẫn điện của màng PEDOT:PSS/Gr trên đế thủy tinh