LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS Nguyễn Thị
Thục Hiền, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm
luận văn cũng như trong quá trình học tập, nghiên cứu tại trường. Từ tận đáy lòng
em xin kính chúc cô cùng gia đình mạnh khoẻ và đạt được nhiều thành công trong
các nghiên cứu mới.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô khoa Vật lý - Trường Đại học
KHTN, đặc biệt là các thầy, cô giáo trong bộ môn Vật lý Đại cương, Vật lý Chất
rắn đã hướng dẫn tạo mọi điều kiện cho em được học tập và hoàn thành luận văn
này.
Em xin cảm ơn Ban giám đốc và cán bộ Trung tâm Khoa học vật liệu đã tạo
điều kiện giúp đỡ thực hiện các phép đo trong quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các bạn cùng lớp và những
người thân của tôi.
Hà Nội, tháng 12 năm 2012
Nguyễn Văn Tuyên

1


MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................2
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................5
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..............................................................................5
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................9
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................11
CHƯƠNG 1 ..............................................................................................................14
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ....................................................................................14
1.1.Tổng quan về pin DSSC ..........................................................................................................14
1.1.1. Giới thiệu tổng quát về pin mặt trời ........................................................14
1.1.2. Cấu tạo của pin DSSC .............................................................................14

2.2. Khảo sát tính chất của màng...................................................................................................53
2.2.1. Phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X.......................................53
2.2.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM) .............................................................55
2.2.3. Phổ tán sắc năng lượng (EDX) ..............................................................55
2.2.4. Phép đo huỳnh quang ..............................................................................56
2.2.5. Phổ tán xạ, hấp thụ và truyền qua ...........................................................57
2.2.6. Phổ tán xạ Raman....................................................................................58
CHƯƠNG 3 ..............................................................................................................59
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................59
3.1. Nghiên cứu tính chất của lớp đệm TiO2 ...............................................................................59
3.1.1. Nghiên cứu hình thái của lớp đệm TiO2 bằng ảnh SEM.........................59
3/88


3.1.2. Nghiên cứu cấu trúc lớp đệm TiO2 bằng giản đồ XRD ..........................60
3.1.3. Phổ EDX của lớp đệm TiO2 ....................................................................61
3.1.4. Phổ hấp thụ, truyền qua của lớp đệm TiO2 .............................................62
3.1.5. Nghiên cứu phổ huỳnh quang của lớp đệm TiO2 ....................................64
3.2. Nghiên cứu hình thái, tính chất của màng cột nano TiO2 chế tạo bằng phương pháp
thuỷ nhiệt ..........................................................................................................................................65
3.2.1. Nghiên cứu hình thái của màng cột nano TiO2 bằng ảnh SEM ..............65
3.2.2. Nghiên cứu giản đồ XRD của màng cột nano TiO2 ................................74
3.2.3. Nghiên cứu phổ tán xạ Raman của màng cột nano TiO2 ........................75
3.2.4. Phổ hấp thụ và truyền qua của màng cột nano TiO2 ...............................77
3.2.5. Nghiên cứu phổ huỳnh quang của cột nano TiO2 ...................................79
KẾT LUẬN ...............................................................................................................81
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................82

4/88


5/88


Hình 1.9. Đồ thị sự phụ thuộc của (αh)1/2 vào năng lượng photon (h)..................30
Hình 1.10. Vùng cấm của một số chất bán dẫn.........................................................30
Hình 1.11. Giản đồ minh hoạ cấu trúc vùng năng lượng electron của TiO2 anatase
(a) lá nano và (b) khối ...............................................................................................31
Hình 1.12. Minh hoạ cơ chế quang xúc tác của TiO2. ..............................................33
Hình 1.13. Cấu trúc tinh thể của ZnO ở ba dạng (a) Rocksalt, (b) Zinc blende và (c)
Wurtzite. Hình cầu màu xám và màu đen biểu thị cho nguyên tử Zn và O. .............34
Hình 1.14. Cấu trúc vùng năng lượng của ZnO. .......................................................35
Hình 1.15. Biểu đồ biểu diễn trường tinh thể và spin quỹ đạo chia vùng hoá trị của
ZnO thành 3 vùng con A, B và C, ở nhiệt độ 4,2 K. .................................................36
Hình 1.16. Phổ huỳnh quang của ZnO khối loại n ....................................................37
Hình 1.17. Sự tán sắc chiết suất của ZnO đối với Ec (a )và E||c (b) bên dưới bờ
hấp thụ cơ bản. ..........................................................................................................38
Hình 1.18. Nguyên lý của phương pháp sputtering tạo màng mỏng. .......................40
Hình 1.19. Nguyên lý lắng đọng xung laser. ............................................................41
Hình 1.20. Nguyên lý lắng đọng chùm điện tử. ........................................................41
Hình 1.21. Quá trình sol-gel và quá trình xử lý để tạo ra các dạng vật liệu khác
nhau. ..........................................................................................................................42
Hình 1.22 Cấu tạo của nồi hấp ..................................................................................43
Hình 2.1. Ảnh máy rung rửa siêu âm Elma...............................................................45
Hình 2.2. Ảnh tủ sấy Memmert. ................................................................................45
Hình 2.3. Ảnh lò ủ mẫu Lenton.................................................................................46
Hình 2.4. Máy quay phủ được chế tạo tại phòng thí nghiệm bộ môn Vật lý đại
cương - Khoa Vật lý - ĐH KHTN.............................................................................46
Hình 2.5. Ảnh nồi hấp được sử dụng để ủ thuỷ nhiệt mẫu. ......................................47
Hình 2.6. Sơ đồ khối mô tả quy trình tạo sol. ...........................................................49
Hình 2.7. Minh hoạ quá trình quay phủ ....................................................................50

Hình 3.13. Ảnh SEM mẫu thuỷ nhiệt được ủ ở các nhiệt độ khác nhau...................69
Hình 3.14. Ảnh SEM của màng cột nano TiO2 được ủ thuỷ nhiệt đối với trường hợp
đế ITO có và không có lớp đệm TiO2 .......................................................................71
Hình 3.15. Ảnh SEM của màng cột nano TiO2 được ủ thuỷ nhiệt trong 22 giờ, nhiệt
độ 150oC, mẫu TN13. ................................................................................................72

7/88


Hình 3.16. Ảnh SEM của màng cột TiO2 được chế tạo bằng phương pháp thuỷ nhiệt
với thời gian ủ thuỷ nhiệt khác nhau: ........................................................................73
Hình 3.20. Phổ hấp thụ của màng cột nano TiO2, mẫu TN10. .................................78
Hình 3.21. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc (h)1/2 vào năng lượng photon (h), mẫu
TN10..........................................................................................................................78
Hình 3.22. Phổ truyền qua UV-Vis- NR của màng cột nano TiO2, mẫu TN10. .......79

8/88


BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AM 1.5

Cường độ sáng tại mặt đất khi mặt trời chiếu
một góc 48,2o so với phương thẳng đứng.

CB (conduction band)

Vùng dẫn

C.E (counter electrode)

Quỹ đạo phân tử lấp đầy cao nhất

Orbital)
ITO (indium tin oxide)

Kính phủ lớp dẫn điện trong suốt ITO

LHE (light harvesting efficiency)

Hiệu suất thu ánh sáng

LUMO (lowest unoccupied molecular

Quỹ đạo phân tử bỏ trống thấp nhất

orbital)
PED (pulsed electron deposition)

Lắng đọng xung chùm điện tử

PLD (pulsed laser deposition)

Lắng đọng xung lade

SEM (scanning electron microscope)

Kính hiển vi điện tử quét

TBX (titanium butoxide)


efficiency)
EQE (external quantum efficiency)

Hiệu suất lượng tử ngoài

FF (fill factors)

Hệ số lấp đầy

10/88


MỞ ĐẦU
Hiện nay, nhu cầu sử dụng năng lượng của con người ngày càng tăng, trong
khi nguồn năng lượng hoá thạch (như dầu mỏ, than đá, khí đốt,...) ngày càng cạn
kiệt. Đồng thời, việc sử dụng quá mức năng lượng hoá thạch là một trong những
nguyên nhân chủ yếu gây nên ô nhiễm môi trường và làm biến đổi khí hậu. Do vậy,
vấn đề thay thế nguồn năng lượng hoá thạch bằng các nguồn năng lượng sạch có
khả năng tái tạo (như: năng lượng gió, thuỷ điện, mặt trời,...) là hướng đi quan trọng
đặt ra đối với các quốc gia trên thế giới. Trong đó, năng lượng mặt trời tỏ ra có
nhiều ưu điểm so với các nguồn năng lượng tái tạo khác. Đó là nguồn năng lượng
vô tận, siêu sạch và miễn phí. Hàng năm, Trái đất nhận được nguồn năng lượng mặt
trời vào khoảng 3,8.1024 J, nhiều hơn khoảng 10000 lần nhu cầu năng lượng của con
người hiện tại. Một báo cáo về năng lượng mới do Trung tâm Nghiên cứu của Hội
đồng châu Âu phát hành đã tiến hành tổng hợp và đánh giá số liệu về điện mặt trời
trong vòng 10 năm (từ 1990 đến 2010) và cho thấy một thực tế đáng quan tâm.
Trong năm 1990, tổng sản lượng điện mặt trời trên toàn thế giới chỉ có 46 MW, 10
năm sau, sản lượng này đã tăng gấp 500 lần và lên đến 23,5 GW. Vói sự phát triển
nhanh chóng này, làm cho công nghiệp điện mặt trời trở thành một trong những
ngành công nghiệp phát triển nhanh nhất trên thế giới. Mặc dù sản lượng điện mặt

Pin DSSC thường sử dụng bán dẫn ôxít kim loại vùng cấm rộng có cấu trúc
nano, như: TiO2, ZnO, SnO2, ... làm điện cực. Trong đó, TiO2 có nhiều ưu điểm,
như: độ bền hoá học cao, không độc, rẻ tiền và có tính chất quang tốt nên thu hút
được sự chú ý của nhiều nghiên cứu.
Nhiều nghiên cứu [31, 56] cho thấy, hiệu suất của pin DSSC sử dụng điện
cực TiO2 xốp cao hơn hiệu suất của pin DSSC có điện cực được làm từ ZnO,
SnO2,... Hơn nữa, nhiều nghiên cứu [20, 54] cho thấy, pin DSSC sử dụng điện cực
TiO2 có cấu trúc ống, dây, thanh (cột) nano đã chứng minh được ưu thế vượt trội về
hiệu suất so với điện cực TiO2 có cấu trúc hạt nano.
Vì những lý do trên, trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu chế
tạo vật liệu TiO2 có cấu trúc dạng cột nano để sử dụng làm điện cực cho pin mặt
trời.
 Mục tiêu của luận văn:
12/88


Chế tạo thành công vật liệu TiO2 có cấu trúc cột nano trên đế ITO bằng
phương pháp sol-gel và phương pháp thuỷ nhiệt.
Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố trong quá trình ủ thuỷ nhiệt đến sự
hình thành và các thông số chiều dài, đường kính cột, mật độ cột trên đế ITO.
 Đối tượng nghiên cứu của luận văn:
Vật liệu TiO2 có cấu trúc cột nano.
 Phương pháp nghiên cứu:
Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm.
 Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, luận văn được
chia làm 3 chương, như sau:
Chương 1: Tổng quan lý thuyết
Giới thiệu tổng quan về pin mặt trời sử dụng chất nhạy màu, vật liệu nano
ZnO, TiO2 và một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano, trong đó có giới thiệu chi

- Tính mềm dẻo, trong suốt.
- Dễ biến tính, có độ linh động cao.
- Nhẹ và giá thành thấp.
Trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu chế tạo màng TiO2 có
cấu trúc cột nano trên đế ITO để sử dụng làm điện cực cho pin DSSC.
1.1.2. Cấu tạo của pin DSSC
Cấu tạo của một pin DSSC điển hình được minh hoạ trên hình 1.1

14/88


Hình 1.1. Cấu trúc pin mặt trời DSSC dùng điện cực TiO2.

Các thành phần cấu tạo của DSSC bao gồm:
- Điện cực làm việc được chế tạo từ tấm thuỷ tinh có phủ lớp ôxit dẫn điện
trong suốt (TCO), như FTO, ITO,... trên lớp TCO có phủ các hạt nano TiO2. Trên
các hạt nano TiO2 có phủ một đơn lớp chất màu nhạy sáng (chất màu nhạy sáng này
liên kết chặt chẽ với các hạt nano TiO2). Chất nhạy màu thường được sử dụng là phức
ruthenium như: N3, N719, N749 và Z907 [51]. Một số trường hợp chấm lượng tử (ví
dụ: CdS, CdSe, ...) còn được dùng thay cho chất nhạy màu.
- Một chất điện li (ví dụ: dung dịch Iốt) được cho vào giữa hai điện cực. Chất
điện li có vai trò nhận electron từ điện cực đối và trả cho chất màu.
- Điện cực đối (counter electrode) được cấu tạo từ đế TCO có phủ một lớp
màng Pt để xúc tác phản ứng khử với chất điện li, một số trường hợp graphit còn
được sử dụng để thay thế Pt [17, 33].
1.1.3. Nguyên lý hoạt động của pin DSSC
Nguyên lý hoạt động của pin DSSC được mô tả trên hình 1.2

Hình 1.2. Minh hoạ nguyên lý hoạt động của pin DSSC.



I3  2e  (C.E)  3I  (C.E)

(5)

1.1.4. Các thông số đặc trưng của pin mặt trời
1.1.4.1. Thế hở mạch Voc của pin
Thế hở mạch Voc là hiệu điện thế đo được khi mạch ngoài của pin mặt trời hở
(R = ∞), lúc đó dòng điện mạch ngoài J = 0.
Đối với pin DSSC, thế hở mạch Voc bằng hiệu mức Fermi của chất bán dẫn
với thế ôxi hoá khử của chất điện phân (ví dụ, pin DSSC sử dụng điện cực TiO2 sử
dụng cặp I- /I-3 có Voc0,9 V). Thực nghiệm cho thấy, thế hở mạch Voc thường có
giá trị thấp hơn so với tính toán lý thuyết do sự sự tái hợp của các điện tích tự do. Ở
các điều kiện hở mạch, sự tái hợp điện tích xảy ra trong lớp hoạt tính quang (lớp
chất nhạy màu được phủ lên bề mặt điện cực TiO2). Vì vậy, nếu sự tái kết hợp có
thể được giảm đến mức tối thiểu thì thế hở mạch Voc sẽ tiến tới giá trị lý thuyết. Tuy
16/88


nhiên, trong thực tế, không thể ngăn chặn hoàn toàn sự tái hợp. Vì vậy, thế hở mạch
Voc luôn nhỏ hơn giá trị tính toán theo lý thuyết.
1.1.4.2. Mật độ dòng ngắn mạch Jsc của pin
Mật độ dòng ngắn mạch Jsc là mật độ dòng điện trong mạch của pin mặt trời
khi làm ngắn mạch ngoài (R=0). Lúc đó hiệu điện thế mạch ngoài của pin V=0.
Mật độ dòng ngắn mạch Jsc phụ thuộc rất lớn vào số photon được hấp thụ. Số
photon được hấp thụ phụ thuộc vào hai yếu tố sau:
- Cường độ chùm sáng chiếu tới lớp hoạt tính quang của pin. Cường độ chùm
sáng càng lớn thì số photon chiếu tới lớp hoạt tính quang càng lớn.
- Phổ hấp thụ của lớp hoạt tính quang. Phổ hấp thụ của lớp hoạt tính quang
càng rộng thì số photon được hấp thụ càng nhiều.

(6)

Hệ số lấp đầy FF của pin cho biết xu hướng biến đổi của dòng điện. Hệ số
lấp đầy có giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 1, thông thường nhỏ hơn 1. Giá trị của
hệ số lấp đầy nhỏ hơn 1 có nguyên nhân do điện trở nội của pin, sự tái hợp cặp
electron-lỗ trống và một số nguyên nhân khác. Giá trị của FF càng lớn thì công suất
của pin cung cấp càng lớn.
1.1.4.4. Hiệu suất chuyển đổi năng lượng
Hiệu suất chuyển đổi năng lượng của pin (gọi tắt là hiệu năng) được sử dụng
để so sánh trực tiếp giữa công suất điện do pin tạo ra với công suất ánh sáng chiếu
tới pin. Hiệu suất của pin được định nghĩa theo biểu thức dưới đây:


FF.JSC .VOC
Pm
.100% 
.100%
Pin
Pin

(7)

trong đó,  là hiệu suất chuyển đổi năng lượng, có giá trị nằm trong khoảng từ 0
đến 100%; Pin là công suất chùm sáng/cm2, ở độ rọi AM 1.5 (điều kiện
I=100mW/cm2).
Giá trị  càng lớn thì khả năng chuyển đổi năng lượng của pin càng tốt, giá
trị của  là một trong những tiêu chí quan trọng đánh giá chất lượng của pin. Hiện

nay, hiệu suất cao nhất của pin DSSC là 11,1% [60].
Khi xét cấu trúc của pin DSSC thì hiệu suất tổng thể của nó bao gồm 3 loại

giờ trong điều kiện cường độ chiếu sáng AM 1.5 ở 20oC (pin sử dụng chất màu
nhạy quang N3). Các pin có hiệu suất cao hơn có thời gian hoạt động lên đến 7000
giờ. Một trong những tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá khả năng hoạt động của pin
là thời gian hoạt động phải đạt 1000 giờ trong điều kiện AM 1.5 ở nhiệt độ 80oC.
Khi hoạt động trong điều kiện thực tế, dưới tác dụng của tia UV hay ảnh
hưởng của nhiệt độ, các nhóm chức trong chất nhạy quang bị chuyển hóa sang các
dạng khác làm ảnh hưởng đến khả năng chuyển hóa năng lượng của DSSC. Bằng
cách giả lập môi trường hoạt động, gia tốc quá trình phân hủy bằng nhiệt, Graetzel
và cộng sự [24, 25] thấy rằng, khi tăng nhiệt độ lên 135oC bắt đầu có sự phân hủy
của nhóm NCS trong N3. Ở nhiệt độ trên 180oC quá trình tách nhóm cacboxyl bắt
đầu xảy ra. Khi nhiệt độ đạt 200oC quá trình giải hấp chất nhạy quang trên TiO2
xuất hiện. Tia UV cũng ảnh hưởng đáng kể đến độ bền của DSSC. Ở vùng năng
lượng của tia UV, TiO2 sẽ hấp thu năng lượng và các điện tử được được kích thích
trực tiếp lên vùng dẫn. Khi đó, TiO2 đóng vai trò như một chất xúc tác quang làm
cho quá trình phân hủy các thành phần trong DSSC diễn ra nhanh hơn.
1.1.4.6. Phổ dòng quang điện
Đo dòng quang điện Jsc dưới chỉ số độ rọi AM 1.5 sẽ đánh giá được khả năng làm
việc của pin trong điều kiện thực tế. Tuy nhiên, việc khảo sát giá trị Jsc ứng với ánh sáng
đơn sắc khác nhau sẽ cho biết chính xác dải phổ ánh sáng đóng góp cho dòng quang
điện. Hiệu suất sinh hạt tải của photon (IPCE), tỷ số giữa electron sinh ra (do photon
chiếu tới) so với số photon chiếu tới, còn được gọi là hiệu suất lượng tử ngoài (EQE).
IPCE được xác định bằng phép đo dòng quang điện tương ứng với ánh sáng đơn sắc có
bước sóng khác nhau. Biểu thức IPCE được xác định bởi công thức (8) [34].
IPCE() 

1240. Jsc ()
.100%
. I()

20/88

(9) vẫn có thể áp dụng cho electron trong pin quang điện không có điện trường với
một số hiệu chỉnh. Do lớp ôxit kim loại đứng yên nên số hạng đối lưu bị loại bỏ.
Trong hệ đơn tinh thể, sự uốn cong vùng năng lượng điều khiển quá trình
vận chuyển điện tích, được minh họa ở hình 1.6a.

21/88


Bán dẫn khối

Hạt nano

Ống nano

Hình 1.6. Trật tự đường đi của electron và lỗ trống trong chuyển tiếp p-n, bán dẫn khối (a), pin
mặt trời chuyển tiếp lỏng hạt nano ôxit kim loại (b) và pin mặt trời tiếp giáp lỏng ôxít kim loại 1
chiều, ống nano (c).

Theo lý thuyết vùng năng lượng [1], sự uốn cong vùng năng lượng là kết quả cân
bằng của mức Fermi chuyển qua bề mặt tiếp giáp, gây ra bởi sự tích tụ của một lớp
điện tích không gian. Tuy nhiên, trong hệ hạt nano, như pin mặt trời chất nhạy màu,
sự uốn cong vùng năng lượng không có vai trò trong việc vận chuyển electron.
Thực vậy, trong hệ khối, lớp điện tích không gian thường có cấp độ micromet. Do
đó, đối với hạt nano kích thước nhỏ hơn vài bậc so với lớp điện tích không gian thì
lực cuốn điện tích không đáng kể. Thậm chí ngay cả trong trường hợp lớp điện tích
không gian có phạm vi vào cỡ bán kính của hạt nano. Nhiều báo cáo [55] cho thấy,
khi tiếp xúc với màng bán dẫn, chất điện phân có thể rút hết lớp điện tích không
gian bởi quá trình khử điện tích. Trong những trường hợp như vậy, sự khuếch tán
trở thành cơ chế quan trọng cho quá trình truyền. Hơn nữa, một số nghiên cứu đã
chỉ ra rằng, nếu độ dài khuếch tán (Ln) lớn hơn độ dày của màng thì hiệu năng của


(11)

 n 
Dn   C  D0
 nL  .

(12)

n  

Như đã nêu ở 1.1.5.1, hiệu suất của pin DSSC phụ thuộc mạnh vào độ dài khuếch
tán. Hiện nay, nhiều nhóm [23, 32] tập trung nghiên cứu cấu trúc nano tiên tiến, như cấu trúc
một chiều, với mục đích tăng độ dài khuếch tán hạt tải nhằm cải thiện hiệu suất của pin
DSSC.
1.1.5.3. Cấu trúc chuyển điện tích một chiều
Khi thay thế màng hạt nano bằng màng nano có cấu trúc một chiều (1-D)
(màng được cấu tạo từ ống, thanh, dây nano) thì electron thực hiện chuyển động
theo một chiều thay vì chuyển động ngẫu nhiên theo ba chiều. Một số nhóm nghiên
cứu [32] đã cho thấy, cấu trúc một chiều cải thiện và giảm bớt sự tổn thất dòng điện
của pin một cách rõ rệt.

23/88


Sự cải tiến chính của cấu trúc một chiều là tăng độ dài khuếch tán do kích
thước tinh thể lớn hơn, sự tiếp xúc giữa các phần tử tốt hơn và ít các vị trí bẫy hơn.
Frank [65] đã xác định thời gian cư trú của các electron trong màng có cấu trúc một
chiều. Kết quả cho thấy, thời gian cư trú của electron lớn hơn vài bậc so với màng
cấu tạo từ hạt nano tương ứng. Hình 1.6c mô tả mật độ phân bố bẫy thấp trong

ôxi hoá ở bề mặt điện cực làm việc và bị khử ở điện cực đối. Phần tử phản ứng phải
khuếch tán qua lớp chất lỏng và tác dụng với điện cực thứ hai để hoàn thành mạch
của pin. Quá trình khuếch tán của phần tử phản ứng có thể chậm nếu khoảng cách
giữa các điện cực lớn. Vì vậy, một số pin được thiết kế kiểu bánh xăng - uýt nhằm
giảm thời gian chất điện phân khuếch tán giữa các điện cực. Trong những năm gần
đây, loại pin này đã có thành tựu đáng kể. Ngoài ra, người ta còn sử dụng một kỹ
thuật mạnh hơn, đó là: cho cả hai phần của cặp ôxi hoá khử vào trong chất điện
phân. Với cách làm như vậy, luôn luôn có dư chất phản ứng để khử hoặc ôxi hoá ở
bề mặt điện cực đối hoặc điện cực làm việc.
Tuy nhiên, không phải tất cả các cặp ôxi hoá khử đều phù hợp với tất cả các
chất nhạy màu. Về mặt điện hoá, thế ôxi hoá khử của cặp phải âm hơn mức HOMO
của chất nhạy màu. Điều kiện này cùng với tính chất tác dụng hoá học của nó với
điện cực làm việc và điện cực đối là cơ sở chính để lựa chọn cặp oxi hoá khử. Các
nghiên cứu đã cho thấy, đối với đối với pin sử dụng chất nhạy màu gốc ruthenium
thì electron chuyển động tốt nhất khi sử dụng cặp Iodide/tri-Iodide (I-/I3-) [43].
Đặc tính hoá học của cặp ôxi hoá/khử cũng giữ một vai trò quan trọng trong
việc làm giảm phẩm chất của màng. Ví dụ, nếu một cặp Iodide được sử dụng trong
pin chấm lượng tử CdSe, màng sẽ bắt đầu giảm phẩm chất khi được chiếu sáng [53].
Một cặp ôxi hoá khử phải ổn định với điện cực làm việc và điện cực đối trong một
thời gian dài. Cặp S2-/Sn2- rất ổn định với bán dẫn kim loại halogen, bởi vì sunphua
có thể tác dụng với bề mặt của chấm lượng tử, tạo thành một lớp ngăn cách mỏng.

25/88