Tổng hợp và nghiên cứu các tính chất quang của nano bán dẫn CdS nhằm thay thế chất mầu nhạy quang của Pin mặt trời nhạy quang DSC

Vũ Thị Hạnh Thu SVTH: Nguyễn Đằng Trai ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ ỨNG DỤNG TỔNG HỢP VÀ NGHI

CBHD: TS Lâm Quang Vinh CBPB: TS Vũ Thị Hạnh Thu SVTH: Nguyễn Đằng Trai

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ – VẬT LÝ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH VẬT LÝ ỨNG DỤNG

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG

CỦA NANO BÁN DẪN CdS NHẰM THAY THẾ

CHẤT MẦU NHẠY QUANG TRONG PIN MẶT TRỜI

NHẠY QUANG (DSC).

GIỚI THIỆU

LÝ THUYẾT

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

1

A

N

O

D

D*

C A T H O D E

I 3

-3I

-Hạn chế:

― Hiệu suất chưa cao (6-7%).

― Độ bền kém.

GIỚI THIỆU

I 3 - + 2e - → 3I

-D + hυ → -D*

D* → D + + e

3I - → I

-3 + 2e

D + + e → D

e (WE) → e (CE) + dòng điện

Pin mặt trời chất mầu nhạy quang,

Michael Grätzel

 Thay thế chất mầu nhạy quang bằng chấm lượng tử

nhạy quang (nano bán dẫn)

Chọn chấm lượng tử CdS vì:

Dễ tổng hợp và điều khiển

kích thước.

Có hiệu ứng giam giữ lượng

tử mạnh

Dễ dàng khảo sát tính chất

quang.

3

Mục Tiêu Đề Tài

Tổng hợp nano bán dẫn CdS, điều khiển kích thước hạt

theo các thông số.

Phân tích các tính chất quang của hạt nano bán dẫn CdS.

Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của màng TiO2-CdS.

Bán dẫn khối

1 Atom

Chấm lượng tử (nano bán dẫn)

10 2 Atoms

10 4 Atoms

> 10 6 Atoms

Quỹ đạo điện tử

1 nm - 100 nm

Conduc

-tion

Band gap

Valenc

e

 Có kích thước nanomet.

5

Vật liệu E g (eV) λ(nm) a B (nm)

CdS 2.42 512 3

CdSe 1.74 712 5.4

GaN 3.42 360 2.8

GaP 2.26 550 10-6.5

PbS 0.4 3100 18

R

e h

m e m R

h bulk

g E

R

g

E

0 2

2 8 1 ] 1 1

[ 2 8

2 )

( )

(

πεε

− +

+

 Chất bán

dẫn.

Bán kính Bohr của một số chất bán dẫn.

Công thức kayanuma:

Quy trình tổng hợp chấm lượng tử CdS

Cd(CH3COO)2.2H2O

(Cadmium acetate) CH3OH

Dung dịch không màu

Dung dịch nano CdS

60 0 C

HS(CH2)3Si(OCH3)3

(MPTMS)

CH3CSNH2 (Thioacetamide) CH3OH 15’

15’

15’

10’

CH3CSNH2 + CH3OH → CH3COCH + NH3 + H2S

Cd2+ + H2S → CdS + 2H+

M = MPTMS / Cadmium acetate

Kết quả và thảo luận về chấm lượng tử CdS

Tỉ lệ M M=0,15 M=0,2 M=0,4 M=0,8

E g (R) (eV) 3,21 3,32 3,37 3,46

Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch nano

CdS

M=0,15

Khảo sát ảnh hưởng của tỷ lệ chất liên kết

M = MPTMS / Cadmium acetate

 Có thể hình thành hạt nano

CdS.

 M khác nhau, R khác nhau.

 M quá lớn thì không hình thành

hạt nano CdS.

7

Kết quả và thảo luận về chấm lượng tử CdS

Phổ X-Ray của bột CdS nung trong không khí

 Nhiệt độ tăng, độ tinh thể hóa tăng.

 Đã tổng hợp được nano CdS.

Kết quả và thảo luận về chấm lượng tử CdS

 Dạng sợi.

 Đồng đều

(8-12 nm).

 Phù hợp với

kết quả nhiễu

xạ tia X, có sự

xuất hiện mặt

mạng (002).

9

Kết quả ảnh TEM của mẫu bột nano CdS

nung 2000C

 kích thước hạt CdS trong các mẫu chế tạo là nhỏ.

Kết quả và thảo luận về màng TiO2-CdS

Phổ UV-Vis của màng TiO2-CdS

sấy ở 200oC

Màu sắc của màng TiO2-CdS theo

(a) màng TiO2

(b) không

xử lý nhiệt

(c) sấy ở 200 o C

(d) sấy ở 300 o C

in lụa keo TiO 2

Xử lý nhiệt

Xử lý nhiệt

Ngâm trong

dd nano CdS

Xử lý sạch

Quy trình chế tạo màng TiO2-CdS

Kết quả và thảo luận về màng TiO2-CdS

Phổ hấp thu của màng TiO2-CdS theo thời gian ngâm

11

Kết quả và thảo luận về màng TiO2-CdS

Khi không có mặt TiO2:

CdS + hυ → CdS(h+ + e-)

CdS(h+ + e-) → CdS + hυ’

Có mặt TiO2 cường độ phát quang giảm mạnh do:

CdS (h+ + e-) + TiO2 → CdS(h+) + TiO2(e-)

Điện tử dịch chuyển thành công từ CdS sang TiO2

e

h

e

h

Slow

Fast

TiO 2 CdS

CdS Prashant V Kamat

Chế tạo thành công chấm lượng tử CdS và điều khiển kích thước hạt theo nồng

độ chất liên kết (M)

Kích thước trung bình của hạt nano CdS là nhỏ hơn bán kính Bohr và có pha tinh thể ở dạng lục giác

Có sự hấp thụ của CdS lên TiO2 và sự dịch chuyển của các hạt tải điện từ vùng dẫn CdS sang vùng dẫn của TiO2, đây là tính chất quan trọng trong việc ứng dụng tạo Pin mặt trời

Tăng tính ổn định của dung dịch CdS và khả năng hấp thụ của CdS lên màng TiO2

Khảo sát ảnh hưởng của kích thước, nhiệt độ xử lý của nano bán dẫn CdS lên hiệu suất chuyển đổi của Pin

Kết hợp nhiều lớp chấm lượng tử (CdS, CdSe, ZnS) hoặc chất mầu để cải thiện hiệu suất chuyển đổi của Pin mặt trời

13

Cảm Ơn Thầy Cô và Các Bạn

Đã Lắng Nghe.

16