Ảnh SEM của anode quang TiO2/CdS/CdSe/ZnS đƣợc thể hiện trên hình 6 -11. Ở độ phóng đại 200k cho thấy lớp màng sau khi ngâm màng TiO2/CdS trong dung dịch CdSe và sử dụng phƣơng pháp SILAR ZnS có cấu trúc xốp. Các hạt tƣơng đối đồng đều, có kích thƣớc khoảng 25 – 40nm và sắp xếp chặt khít nhau.
(c)
Hình 4.34 Ảnh SEM TiO2 (a), TiO2/CdS (b) và TiO2/CdS/CdSe/ZnS (c)
So sánh với ảnh SEM của TiO2, TiO2/CdS thì thấy màng sau khi SILAR ZnS vẫn giữ đƣợc độ xốp nhƣ ban đầu. Các lớp CdS, ZnS hấp phụ theo kiểu lớp – lớp, lớp trƣớc làm nền để lớp sau hình thành.
4.5. Hiệu suất pin QDSSC với anode TiO2/CdS/CdSe/ZnS
Bảng 4.3 Thông số của pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang với các anode quang là TiO2/CdS/CdSe và TiO2/CdS/CdSe/ZnS
Tên điện cực FF JSC(mA/cm2) VOC (V) η (%)
TiO2/CdS(4)/CdSe
200oC 0.362 6.840 0.490 1.214
TiO2/CdS(4)/CdSe/ZnS
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 1 2 3 4 5 6 I (m A/cm 2 ) U (V) CdS/CdSe CdS/CdSe/ZnS
Hình 4.35 Đặc trưng I-V của anode TiO2/CdS/CdSe và TiO2/CdS/CdSe/ZnS.
Đặc tính IV của pin mặt trời chấm lƣợng tử sử dụng cathode Pt và anode TiO2/CdS/CdSe, TiO2/CdS/CdSe/ZnS đƣợc thể hiện trong hình 4.35 và bảng 4.3. Cả hai pin sử dụng 2 loại cathode này đều có thế mạch hở tƣơng đối cao (trên 0.4V). Tuy nhiên, pin sử dụng cathode có lớp SILAR ZnS có tất cả các thông số vƣợt trội hơn cả. Dòng ngắn mạch của loại pin này đạt gần 7.0 mA/cm2,cao hơn so với pin không có ZnS (4.1mA/cm2) và hiệu suất cũng cao hơn (đạt 1.436% so với 1.214%).
Nhƣ vậy, lớp ZnS hấp phụ lên anode quang TiO2/CdS/CdSe bằng 1 chu kỳ SILAR đã tạo nên sự khác biệt lớn cho hai loại pin chấm lƣợng tử. Lớp ZnS không những tăng lƣợng photon hấp thu trên anode, làm tăng hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng của pin mà còn góp phần làm tăng thế mạch hở cũng nhƣ cƣờng độ dòng ngắn mạch của pin.
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận
Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã hoàn thành các mục tiêu đề ra:
Về tổng hợp chấm lƣợng tử CdSe:
Tổng hợp chấm lƣợng tử CdSe bằng phƣơng pháp Colloide và điều khiển kích thƣớc hạt CdSe theo thời gian phát triển tinh thể cũng nhƣ nhiệt độ phản ứng.
Bằng các phƣơng pháp phân tích nhƣ phổ hấp thụ UV-Vis, phổ nhiễu xạ tia X đã xác định đƣợc kích thƣớc trung bình của hạt nano CdSe (khoảng 2.3nm, nhỏ hơn bán kính Bohr của CdSe là 5.6nm), cho hiệu ứng giam giữ lƣợng tử mạnh. Khi kích thƣớc hạt giảm, đỉnh hấp thụ exciton thứ nhất bị dịch chuyển về phía bƣớc sóng ngắn, chứng tỏ có xảy ra hiệu ứng suy giam lƣợng tử.
Từ phổ nhiễu xạ tia X xác định đƣợc hạt nano CdSe do tôi tổng hợp có cấu trúc lập phƣơng.
Về chế tạo màng anode quang TiO2/CdS/CdSe/ZnS làm điện cực cho pin mặt
trời.
Đã chế tạo thành công màng TiO2 bằng phƣơng pháp in lụa, màng
TiO2/CdS bằng phƣơng pháp SILAR, màng TiO2/CdS/CdSe bằng
phƣơng pháp ngâm trong dung dịch nano CdSe và màng
TiO2/CdS/CdSe/ZnS bằng phƣơng pháp SILAR.
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, khẳng định có sự gắn kết cũng nhƣ sự chuyển điện tích từ chấm lƣợng tử CdSe qua màng CdS, TiO2.
Đã tạo đƣợc lớp thụ động bề mặt ZnS, có tác dụng ngăn cản dòng điện tử sinh ra trong anode vào dung dịch chất điện ly.
Về chế tạo pin mặt trời
Tiến hành ráp pin mặt trời chấm lƣợng tử với anode
Hƣớng phát triển
Đề tài có thể đƣợc mở rộng thêm các vấn đề sau:
Khảo sát thêm ảnh hƣởng của số đơn lớp ZnS lên các tính chất phát quang, hấp thụ của hạt nano CdSe cũng nhƣ ảnh hƣởng của thời gian thiêu kết phù hợp với từng nhiệt độ nung.
Hiệu suất pin mặt trời chấm lƣợng tử liên quan trực tiếp tới khả năng gắn kết CdSe QDs lên màng TiO2. Đề tài có thể phát triển theo hƣớng khảo sát khả năng hấp thụ CdSe QDs lên màng TiO2 bằng cách thay lớp đệm CdS QDs cũng nhƣ lớp ZnS bằng các vật liệu khác nhƣ PbS, ZnSe…
Phát triển theo hƣớng chấm lƣợng tử cấu trúc lõi-võ nhằm nâng cao hiệu suất pin CdSe bọc ZnS.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Dƣơng Đình Hiệp, Đặng Mậu Chiến, Huỳnh Thành Đạt, Lâm Quang Vinh, Lê
Tuấn Anh, Dƣơng Thanh Tài, Hà Thanh Tùng, Nguyễn Thanh Nguyên, Tính chất
quang của màng mỏng lượng tử CdSe/TiO2 cho các ứng dụng trong photonic, báo cáo khoa học công nghệ số 8, tháng 3/2013.
[2] Huỳnh Lê Thuỳ Trang (2011), Tổng hợp và nghiện cứu tính chất quang điện của pin mặt trời chấm lượng tử- chất màu nhạy quang (QDS-DSC), luận văn thạc sĩ, trƣờng Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM.
[3] Lê Vũ Tuấn Hùng, Lê Thị Quỳnh Anh, Phan Trung Vĩnh, Hoàng Lƣơng Cƣờng,
Huỳnh Chí Cƣờng, Đào Anh Tuấn, Nguyễn Thanh Lâm, Nguyễn Hữu Kế, Thực tập chuyên đề bộ môn vật lý ứng dụng, Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM, 110-111.
[4] Makoto Takagi, Các phương pháp phân tích trong hóa học, Dịch giả: Trần Thị Ngọc Lan, trang 209-211.
[5] Nguyễn Quang Liêm, “Chấm lượng tử bán dẫn CdSe, CdTe, InP và CuInS2: chế
tạo, tính chất quang và ứng dụng”, Bộ sách chuyên khảo ứng dụng và phát triển công nghệ cao, 2011.
[6] Nguyễn Thành Phƣơng (2012), “Tổng hợp chấm lượng tử CdSe và chế tạo pin mặt trời chấm lượng tử nhằm nâng cao hiệu suất pin”, Luận văn thạc sĩ, Đại học Khoa học tự nhiên – ĐHQG Tp.HCM.
[7] Nguyễn Thị Hoài Phƣơng, Các loại solar cells, đề tài thuyết trình, cao học quang học – k21, Đại học Khoa Học Tự Nhiên TP.HCM.
[8] Phạm Thị Tuyết Lan (2012) , “Mô phỏng và tối ưu hóa pin mặt trời hữu cơ cấu trúc nano đa lớp”, luận văn thạc sĩ, trƣờng Đại học Công Nghệ.
[9] Trần Thị Kim Chi (2010), Hiệu ứng kích thước ảnh hưởng lên tính chất quang của CdS, CdSe và CuInS2, Luận án tiến sỹ khoa học vật liệu, Viện khoa học và công nghệ Việt Nam.
[10] Vũ Đức Chính (2011), Nghiên cứu chế tạo, tính chất quang của các chấm lượng tử CdSe với cấu trúc lõi/ vỏ và định hướng ứng dụng, luận án tiến sĩ, viện khoa học vật liệu, Hà Nội.
Tiếng Anh
[11] C.S. Pathak, V. Agarwala, M.K. Mandal (2012), “Mechano-chemical synthesis and optical properties of ZnS nanoparticles”, Physica B 407, pp. 3309-3312.
[12] David R. Baker (2011), “On the advancement of quantum dot solar cell performance through enhanced charge carrier dynamics”, Doctor of Pholosophy, University of Notre Dame.
[13] David R. Baker and Prashant V. Kamat, “Photosensitization of TiO2
Nanostructures with CdS Quantum Dots: Particulate versus Tubular Support Architectures”, Advanced Function Materials, 19, 805-811.
[14] H. Moualkia, S. Hariech, M.S. Aida (2009), “Structural and optical properties of CdS thinfilms grown by chemical bath deposition”.
[15] Jianjun Tian, Rui Gao, Qifeng Zhang, Shengen Zhang, Yanwei Li, Jolin Lan, Xuanhui Qu, and Guozhong Cao (2012), “Enhanced Performance of CdS/CdSe Quantum Dot Cosensitized Solar Cells via Homogeneous Distribution of Quantum Dots in TiO2 Film”, The Journal of Physical Chemistry 116, 18655-18662.
[16] Luque, Antonio, Hegedus, Steven (2003), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, John Wiley & Sons, UK.
[17] M.Abdulkbadar and B. Thomas (1995), “Study of Raman spectra of nanoparticles of CdS and ZnS”, Nanostructured Materials”, Vol. 5, No. 3, pp.289-298.
[18] Md. Anower Hossain (2012), Semiconductor – sensitized mesoscopic solar cell: from TiO2 to SnO2, Thesis submitted for the degree of doctor of philosophy department of materials science & engineering, national university of Singapore.
[19] Melis Arin, Petra Lommens, Simon C Hopkins, Glem Pollefeyt, Johan Vander Eycken, Susagna Ricart, Xavier Granados, Bartek A Glowacki and Isabel Van Driessche, Deposition of photocatalytically active TiO2 films by inkjet printing of TiO2 nanoparticle suspensions obtained from microwave-assisted hydrothermal synthesis, Nanotechnology, Vol. 23, 2012.
[20] Ne´stor Guijarro, Teresa Lana-Villarreal, Qing Shen, Taro Toyoda, and Roberto Go´ mez (2010), “Sensitization of Titanium Dioxide Photoanodes with Cadmium Selenide Quantum Dots Prepared by SILAR: Photoelectrochemical and Carrier Dynamics Studies”, The Journal of Physical Chemistry 114, 21928-21937.
[21] Peter Wiirfel (2005), “Physics of Solar cell”, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
[22] Qisui Wanga, Song Lia, Peng Liub, Xinmin Min, Bio-templated CdSe quantum dots green synthesis in the functional protein, lysozyme, and biological activity investigation, Materials Chemistry and Physis, Vol. 137, 2012, 580-585.
[23] Renbao Wang, Lei Wan, Haihong Niu, Qiong Ma, Shiding Miao, Jinzhang Xu (2013), “Quantum dots co-sensitized solar cells: a new assembly process of CdS/CdSe linked to mesoscopic TiO2-nano-SiO2 hybrid film”, Springer, US.
[24] S. Saravana Kumar, M. Abdul Khadar, S.K. Dhara, T.R. Ravindran, K.G.M. Nair (2006), “Photoluminescence and Raman studies of ZnS nanoparticles implanted with Cu+ ions”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 435- 440.
[25] Saim Emin, Surya P. Singh, Liyuan Han, Norifusa Satoh, Ashraful Islam, (2011), “Colloidal quantum dot solar cells”, Solar Energy 85,1264–1282.
[26] Thanh Tung Ha, Lam Quang Vinh, Nguyen Thai Hoang, Huynh Thanh Dat,
“Performance of CdS/CdSe/ZnS quantum dot sensitized TiO2 mesopores for solar cells”.
[27] W. William Yu, Lianhua Qu, Wenzhuo Guo, and Xiaogang Peng (2003), “Experimental determination of the extinction coefficient of CdTe, CdSe and CdS nanocrystals”, Chemistry of Materials, 15(14), pp. 2854 - 2860.
[28] Xiao-Yun Yu, Jin-Yun Liao, Kang-Qiang Qiu, Dai-Bin Kuang, and Cheng-Yong Su, “Dynamic Study of Highly Efficient CdS-CdSe Quantum Dot-Sensitized Solar Cells Fabricated by Electrodeposition”, Acsnano, Vol.5, No.12, 9294-9500.
[29] Yuh-Lang Lee and Yi-Siou Lo (2009), “Highly Efficient Quantum Dot Sensitized Solar Cell Based on Co-Sensitization of CdS/CdSe”, Advanced Function Materials, 19, 604-609.
[30] Yunfei Zhou (2011), “Bulk-heterojunction Hybrid Solar Cells Based on Colloidal CdSe Quantum Dots and Conjugated Polymers”, DER ALBERT-LUDWIGS- UNIVERSTÄT FREIBURG IM BREISGAU.
[31] Zhenxiao Pan, Hua Zhang, Kan Cheng, Yumei Hou, Jianli Hua and Xinhua Zhong (2012), “Highly efficient inverted type-1 CdS/CdSe core/shell structure QD- Sensitized solar cells”, Acsnano, Vol.6, No.5, 3982-3991.
[32] Zhijie Wang, Shengchun , Xiangbo Zeng , Changsha Zhang , Mingji Shi , Furui Tan ,Zhanguo Wang , Junpeng Liu , Yanbing Hou c, Feng Teng , Zhihui Feng,
(2008)“Synthesis of MDMO-PPV capped PbS quantum dots and their
applicationto solar cells”, Polymer 49 4647–4651.
[33] Zi-Xia Li, Yu-Long Xie, Hua Xu, Tian-Ming Wang, Zhu-Guo Xu, Hao-Li Zhang
(2011), “Expanding the photoresponse range of TiO2 nanotube arrays by CdS/CdSe/ZnS quantum dots co-modification”, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 224, pp. 25-30.
Tài liệu trên internet
htttp://www.undp.org/energy/ http://www.ics-vietnam.com http://www.nrel.gov