Điện cực anot:
Điện cực anot gồm lớp oxit kimloại bán dẫn phủ trên nền thủy tinh.
Titan dioxit được phủ lên đế thủy tinh có phủ lớp dẫn điện (thủy tinh dẫn) rồi nung đến nhiệt độ 400-500oC để hình thành màng xốp. Màng xốp phù hợp nhất theo nghiên cứu có độ dày từ 10-20 µm (với diện tích 1cm2, dày 10 µm có độ xốp cho diện tích bề mặt 1000 cm2). Đế thủy tinh dẫn điện được chế tạo bằng cách phủ lớp oxit dẫn điện trong suốt (TCO) trên nền thủy tinh hoặc nền polyme.Để đáp ứng nhu cầu sử dụng cho pin mặt trời perovskite thì TCO phải đảm bảo các điều kiện:
-Khơng hấp thụ bước sóng của bức xạ nhìn thấy hoặc bức xạ vùng hồng ngoại. - Điện trở thấp và giá trị điện trở ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ.[22]
Có hai loại TCO thường dùng là FTO (Flourine-doped tin oxide) hoặc ITO (indium-doped tin oxide).ITO là oxit thiếc có pha tạp indium, ITO khơng bền trong mơi trường axit,song lại có điện trở thấp ở nhiệt độ thường.Tuy nhiên điện trở của ITO không ổn định với sự thay đổi nhiệt độ.[22]
Lớp perovskite hữu cơ vô cơ halogen: Cực dương Lớp bán dẫn loại p Lớp Perovskite hấp thụ
Lớp bán dẫn loại n Cực âm
Kính thủy tinh (glass)
•Au, Ag, … •HTM (Spiro-OMeTAD,…, CuI, NiO,CuSCN,…) •Perovskite •TiO2, ZnO, •FTO, ITO,…
Lớp perovskite bao gồm các loại perovskite hữu cơ vô cơ halogen với khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và cung cấp năng lượng này cho các điện tử tự do và các lỗ trống để chúng dịch chuyểnmức năng lượng và di chuyển về các cực tương ứng:Các điện tử tự do chuyển về có thể chuyển trực tiếp qua lớp tiếp giáp (n-TF) đến FTO (Hình 1.10. (b))hoặc gián tiếp qua các lớp trung gian (TiO2 ,Zn0,… được thêm vào) rồi qua lớp tiếp giáp đến FTO (Hình 1.10. (a)).Ngược lại các lỗ trống điện tích dương lại dịch chuyển qua lớp bán dẫn loại p là HTM về cực dương.Bản thân lớp provskite cũng là một bán dẫn,nó mang tính chất bán dẫn nội tại.
Hình1.10.Sự dịch chuyển điện tử tự do và lỗ trống trong pin năng lượng mặt trờicó TiO2hình (a) và khơng có TiO2hình(b)[16]
Điện cực catot:
Điện cực catot thường sử dụng là lớp mỏng Au hoặc Al dược phủ lên trên lớp spiro-MeOTAD (2,2’,7,7’tetrakis(N,Np–dime thoxy–phenyl amin)-9,9’ - spirobifluorene),lớp này đóng vai trị là lớp chặn các ion âm, tích các ion dương vàlỗtrống. [22, 23]
Cho đến nay pin mặt trời perovskite ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu do hiệu suất cao và độ bền của nó,vì thế chúng liên tục được cải tiến và phát triển.Dưới đây là một số loại pin mặt trời perovskite hữu cơ vô cơ halogen đã được nghiên cứu chế tạo (Bảng 4)
Bảng4.Công thức một số loại pin mặt trời perovskite vô cơ hữu cơ halogen đã được nghiên cứu tổng hợp[16]
Stt Công thức pin Hiệu suất pin
(PEC) [%]
1 mp – TiO2/ MAPbI3/ spiro - MeOTAD 9.7
2 MAPbI3/ PCBM 3.9
3 ZnO nanorod/ MAPbI3/ spiro - MeOTAD 8.9 4 mp – TiO2/ MAPbI3/ P3HT-MWNT 6.45 5 Rutlle TiO2 nanorod/ MAPbI3/ spiro - MeOTAD 9.4 6 mp – TiO2/ MAPbI3/PTAA 12 7 mp – TiO2/ MAPbI3(2- step)/ spiro - MeOTAD 15 8 mp-ZnO/ MAPbI3/ spiro - MeOTAD 10.8 9 mp – TiO2/ MAPbI3(Toluene) / PTAA 16.46 10 mp – TiO2/ MAPbI3cuboid/ spiro - MeOTAD 17.01 11 ZnO nanorod/ MAPbI3/ spiro - MeOTAD 11.13
12 NiO/MAPbI3/ PCBM 9.51
13 polyTPD/MAPbI3/ PCBM 12.04 14 ZnO (25nm)/ MAPbI3/ spiro - MeOTAD 15.7 15 NiO(45nm)/MAPbI3/ PCBM 9.11 16 mp-TiO2/MAPbI3/CuSCN 12.4 17 mp-TiO2/MAPbI3/CuI 6.0 18 mp-Al2O3/MAPbI3-xClx/spiro-MeOTAD 10.9 18 MAPbI3-xClx/P3HT 10.4 19 (Al2O3+MAPbI3-xClx)/spiro-MeOTAD ở T<110oC 7.16 20 MAPbI3-xClx(evap)/spiro-MeOTAD 15.4 21 bl-Y:TiO2/MAPbI3-xClx(dung dịch)/spiro-MeOTAD 19.3 22 mp – TiO2/ MAPbBr3 / PCBTDPP 3.04 23 mp-Al2O3 /MAPbBr3 /PDI 0.56
Stt Công thức pin Hiệu suất pin (PEC) [%]
24 mp – TiO2/ MAPbBr3 / PIF8-TAA 6.7 25 mp-Al2O3/MAPbBr3-xCl/CBP 2.7 26 mp-TiO2/MAPb(I0.7Br0.3)3/PTAA 12.3 27 mp-TiO2/FAPbI3/spiro-MeOTAD 4.3 28 FAPbI3/spiro-MeOTAD 14.2 29 mp-TiO2/FAPbI3/ MAPbI3(ETL)/ spiro - MeOTAD 16.01 30 mp-TiO2/(MA0.6FA0.6)PbI3/spiro-MeOTAD 14.9 31 mp – TiO2/ MASnI3/ spiro - MeOTAD 6.4 32 mp – TiO2/ MASnI3/ spiro - MeOTAD 5.23 33 mp – TiO2/ MASnIBr2/ spiro - MeOTAD 5.73 34 mp – TiO2/ MASnxPb1-x I3/P3HT 4.18
1.2. Phƣơng pháp chế tạo perovskite hữu cơ vô cơ halogen
1.2.1. Phương pháp hóa học
Nguyên tắc chung [12,13,15,16,17]:
Để tổng hợp perovskite vô cơ hữu cơ halogen chúng tôi cần thực hiện hai giai đoạn (Hình 1.11): Ở giai đoạn 1 các tiền chất CH3NH3I, CH3NH3Br được tổng hợp từ metyl amin và HI, HBr theo phương trình phản ứng:
CH3NH2 + HX CH3NH3X
Ở giai đoạn này, vì phản ứng xảy ra tương đối mạnh nên phải đảm bảo phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp khoảng 0o
C.
Sau khi hoàn thành giai đoạn 1, giai đoạn 2 là quá trình tổng hợp các perovskite từ các tiền chất đã tổng hợp ở giai đoạn 1 và PbI2, SnI2 để tạo các perovskite :
Trong phản ứng này các dung mơi hữu cơ phân cực có chứa liên kết hydro vừa đóng vai trị dung mơi hịa tan và khuếch tán các chất phản ứng. Nhiệt độ được thay đổi 60oC, 100oC, 130oC để khảo sát hiệu suất, tìm nhiệt độ tối ưu.