ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

PHÒNG THÍ NGHIỆM CÔNG NGHỆ NANO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN HOÀNG QUÂN

TỔNG HỢP NANO BÁN DẪN CdSe
VÀ NGHIÊN CỨU CÁC THÔNG SỐ
ẢNH HƯỞNG LÊN HIỆU SUẤT
CỦA PIN MẶT TRỜI CHẤM LƯỢNG TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HCM - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

PHÒNG THÍ NGHIỆM CÔNG NGHỆ NANO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN HOÀNG QUÂN

TỔNG HỢP NANO BÁN DẪN CdSe

Bookmark not defined.
1.1. Pin mặt trời ..................................................... Error! Bookmark not defined.
1.1.1. Các thế hệ pin mặt trời ............................ Error! Bookmark not defined.
1.1.2. Nguyên lí hoạt động chung...................... Error! Bookmark not defined.
1.1.3. Các thông số đặc trƣng của pin mặt trời .. Error! Bookmark not defined.
1.1.3.1. Dòng ngắn mạch (ISC: Short Circuit) ............ Error! Bookmark not
defined.
1.1.3.2. Thế mạch hở (VOC: Open – Circuit Voltage) Error! Bookmark not
defined.
1.1.3.3. Điểm có công suất cực đại (Pmax) ..... Error! Bookmark not defined.
1.1.3.4. Thừa số lấp đầy (FF: fill factor) ....... Error! Bookmark not defined.
1.1.3.5. Hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng (η) ............. Error! Bookmark not
defined.
1.2. Vật liệu nano [12] ........................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.1. Hiệu ứng bề mặt ...................................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2. Hiệu ứng giam giữ lƣợng tử .................... Error! Bookmark not defined.
1.2.2.1. Hệ ba chiều (vật liệu khối) .............. Error! Bookmark not defined.
1.2.2.2. Hệ hai chiều (màng nano tinh thể) .. Error! Bookmark not defined.
1.2.2.3. Hệ một chiều (dây lƣợng tử) ........... Error! Bookmark not defined.
1.2.2.4. Hệ không chiều (chấm lƣợng tử) ..... Error! Bookmark not defined.
1.3. Chấm lƣợng tử ................................................ Error! Bookmark not defined.
1.3.1. Chấm lƣợng tử [10] ................................. Error! Bookmark not defined.
HVTH: Nguyễn Hoàng Quân


[2]
Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Lâm Quang Vinh


CHƢƠNG 3 – QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM ........ Error! Bookmark not defined.
3.1. Tổng hợp CdSe QDs....................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Hóa chất và dụng cụ ................................ Error! Bookmark not defined.
HVTH: Nguyễn Hoàng Quân


[3]
Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Lâm Quang Vinh

3.1.2. Quy trình tổng hợp .................................. Error! Bookmark not defined.
3.2. Chế tạo điện cực anode TiO2/CdSe và TiO2/CdS/CdSe/ZnS ................. Error!
Bookmark not defined.
3.2.1. Tạo màng TiO2 trên đế FTO .................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Tạo điện cực anode TiO2/CdSe ............... Error! Bookmark not defined.
3.2.3. Tạo điện cực anode TiO2/CdS/CdSe/ZnSError! Bookmark not defined.
3.3. Chế tạo điện cực cathode Pt và ráp pin .......... Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Tạo điện cực cathode Pt .......................... Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Kĩ thuật ráp pin ........................................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 4 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .......... Error! Bookmark not defined.
4.1. Khảo sát chấm lƣợng tử CdSe chế tạo đƣợc .. Error! Bookmark not defined.
4.1.1. Phổ nhiễu xạ tia X ................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.2. Phổ hấp thụ và phát quang....................... Error! Bookmark not defined.
4.1.3. Ảnh hƣởng của tỉ lệ Cd:Se đến tính chất chấm lƣợng tử CdSe....... Error!
Bookmark not defined.
4.1.4. Ảnh hƣởng của nhiệt độ phản ứng .......... Error! Bookmark not defined.
4.1.5. Ảnh hƣởng của thời gian phản ứng ......... Error! Bookmark not defined.
4.2. Khảo sát anode TiO2/CdSe ............................. Error! Bookmark not defined.
4.2.1. Thời gian ngâm màng TiO2 trong dung dịch chấm lƣợng tử CdSe Error!

KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 11

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã đƣợc
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc.

HVTH: Nguyễn Hoàng Quân


[5]
Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Lâm Quang Vinh

Tác giả

Nguyễn Hoàng Quân

LỜI CẢM ƠN

Trƣớc tiên, tôi xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô đã giảng dạy trong
chƣơng trình cao học liên kết vật liệu và linh kiện nano khóa 8 tại phòng thí nghiệm
công nghệ nano, giữa trƣờng Đại học Công nghệ Hà nội – ĐHQG Hà nội và Phòng thí
nghiệm Công nghệ Nano – ĐHQG Tp.HCM, những ngƣời đã truyền đạt cho tôi kiến
thức hữu ích về vật liệu và linh kiện điện tử vi mô làm cơ sở cho tôi thực hiện tốt luận

DSSC (Dye – Sensitized Solar Cell) – Pin mặt trời chất màu nhạy quang
EDS (Energy – dispersive X-ray spectroscopy) – Kĩ thuật phân tích thành phần
các nguyên tố hóa học và tính chất của mẫu
Eg (Energy gap hoặc Band gap) – Năng lƣợng vùng cấm
FF (Fill Factor) (%) – Hệ số lấp đầy
FTO (Fluorine – doped tin oxide) – Thiết pha tạp TiO2
OA (Oleic Acid) – Chất tạo phức và hoạt động bề mặt
HVTH: Nguyễn Hoàng Quân


[7]
Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Lâm Quang Vinh

PMT – Pin mặt trời
QDs (Quantum Dots) – Chấm lƣợng tử
QDSSC (Quantum Dots – Sensitized Solar cell) – Pin mặt trời chấm lƣợng tử
nhạy quang
SC (Solar Cell) – Pin mặt trời
SEM (Scanning Electron Microscope) – Kính hiển vi điện tử quét
SILAR (Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction) – Phƣơng pháp phản
ứng và hấp thụ lớp ion liên tục
VOC (Open Circuit Voltage) (V) – Thế mạch hở
η (Power conversion efficiency) – Hiệu suất chuyển hóa năng lƣợng của pin mặt
trời

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 4.1 Thông số của pin mặt trời TiO2/CdSe. .......... Error! Bookmark not defined.

HVTH: Nguyễn Hoàng Quân


[9]
Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Lâm Quang Vinh

đƣờng hypebol trên hình tƣơng ứng với một trạng thái (ky, kz ) riêng biệt. .......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.7 (a) Vật rắn bị co lại trong cả ba chiều. (b) Vì hiệu ứng giam giữ, tất cả các
trạng thái đều là gián đoạn và đƣợc biểu diễn bằng các điểm trong không gian k ba
chiều. (c) Chỉ có các mức năng lƣợng gián đoạn là đƣơc phép. (d) Mật độ trạng thái
D0d(E) dọc theo một chiều. ............................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 1.8 Sự thay đổi màu sắc chấm lƣợng tử CdSe theo kích thƣớc hạt (dung dịch
đƣợc sắp xếp theo thứ tự tăng dần kích thƣớc hạt)[*] ... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.9. Các quá trình hấp thụ và phát quang trong tinh thể..... Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.10. Các chuyển dời trong chất bán dẫn. ............ Error! Bookmark not defined.
Hình 1. 11 Mô tả nguyên lí hoạt động của QDSSCs [25] ........... Error! Bookmark not
defined.
Hình 1.12 Quá trình truyền điện tử và tái hợp của hạt tải trong QDSSCs [25] ... Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.13. Phân bố năng lƣợng trong cấu trúc tầng TiO2/CdS/CdSe Error! Bookmark
not defined.
(a) Mối quan hệ năng lƣợng vùng cấm của TiO2, CdS và CdSe dạng vật liệu khối.
....................................................................................... Error! Bookmark not defined.
(b) Cấu trúc năng lƣợng vùng cấm sau khi tái phân bố electron tại bề mặt vật liệu CdS
và CdSe (mức Fermi liên kết dạng vật liệu khối) [29] .. Error! Bookmark not defined.
Hình 1.14. Các bƣớc trong chu trình SILAR [18] ......... Error! Bookmark not defined.

Bookmark not defined.
Hình 4.7 Phổ phát quang của các mẫu CdSe khi tăng thời gian phản ứng ........... Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.8 Đồ thị biễu diễn sự tƣơng quan giữa thời gian phản ứng và vị trí đỉnh phát
quang. ............................................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 4.9 Phổ hấp thụ UV-Vis của màng TiO2/CdSe ở những thời gian ngâm khác nhau
(chƣa nung) .................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.10 Phổ UV-Vis của CdSe QDs và màng TiO2 sau khi ngâm CdSe QDs .. Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.11 Phổ UV-Vis màng TiO2/CdSe trƣớc và sau khi nung theo nhiệt độ .... Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.12 Phổ PL của màng TiO2/CdSe trƣớc và sau khi nung . Error! Bookmark not
defined.
Hình 4.13 (a) Ảnh SEM của màng TiO2 trên đế thủy tinh và (b) ảnh chụp mặt cắt của
TiO2 trên đế thủy tinh bằng kính hiển vi Kim tƣơng..... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.14 Ảnh chụp SEM bề mặt màng TiO2/CdSe QDs với những độ phóng đại khác
nhau: độ phóng đại x10, x20 ở kích thƣớc 1µm và độ phóng đại x30, x50 ở kích thƣớc
100nm. ........................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.15 Phổ EDS của màng TiO2/CdSe .................... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.16 Phổ nhiễu xạ tia X của màng TiO2/CdSe ..... Error! Bookmark not defined.
Hình 4.17 Phổ UV-Vis màng TiO2/CdS theo số lớp CdS ........... Error! Bookmark not
defined.
Hình 4.18 Phổ PL TiO2/CdS theo số lớp CdS. ............. Error! Bookmark not defined.
Hình 4.19. Ảnh FE-SEM màng TiO2 (a); TiO2/CdS(1) (b) và TiO2/CdS(4) (c) ... Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.20 Phổ Raman màng TiO2/CdS(4)/CdSe theo nhiệt độ nung Error! Bookmark
not defined.
Hình 4.21 Phổ UV-Vis màng TiO2/CdS/CdSe theo số lớp CdS trƣớc khi nung. . Error!
Bookmark not defined.
Hình 4.22 Phổ PL màng TiO2/CdS/CdSe theo số lớp CdS trƣớc khi nung .......... Error!

Bookmark not defined.
Hình 4.35 Đặc trƣng I-V của anode TiO2/CdS/CdSe và TiO2/CdS/CdSe/ZnS. .... Error!
Bookmark not defined.

HVTH: Nguyễn Hoàng Quân


[12]
Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Lâm Quang Vinh

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.
HVTH: Nguyễn Hoàng Quân


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”.

HVTH: Nguyễn Hoàng Quân


[14]
Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Lâm Quang Vinh

[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.

“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-LUDWIGSUNIVERSTÄT 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 QDSensitized 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

HVTH: Nguyễn Hoàng Quân


[16]
Luận văn Thạc sĩ

GVHD: TS. Lâm Quang Vinh

CdS/CdSe/ZnS quantum dots co-modification”, Journal of Photochemistry and
Photobiology A: Chemistry 224, pp. 25-30.