Chế tạo và nghiên cứu tính chất của màng mỏng tio2 cấu trúc nano ứng dụng cho điện cực pin mặt trời quang điện – hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆNGUYỄN VĂN HIẾU CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA MÀNG ĐIỆN CỰC PIN MẶT TRỜI QUANG – ĐIỆN - HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH VẬT LIỆU VÀ LINH

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN HIẾU

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA MÀNG

ĐIỆN CỰC PIN MẶT TRỜI QUANG – ĐIỆN - HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO

HÀ NỘI – 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN HIẾU

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA MÀNG

ĐIỆN CỰC PIN MẶT TRỜI QUANG – ĐIỆN - HÓA

Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện Nano

Mã số: Chương trình đào tạo thí điểm

LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ CHÍNH QUY

Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô Quang Minh

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này đã được hoàn thành tại Phòng Vật liệu và Ứng dụng quang sợi –Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sựhướng dẫn của TS Ngô Quang Minh

Minh, n ười thầy đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu vàgiúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô giáo, các anh chị và bạnhọc tại Khoa Vật lý kỹ thuật – Trườn Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội,

đã tận tình giảng dạy và chỉ bảo cho tôi trong suốt nhữn năm học qua

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất cả các thầy/cô và anh/chị phòng Vật liệu và Ứngdụng quang sợi, nhữn n ười đã nhiệt tình đón óp ý kiến và iúp đỡ tôi trong quá trìnhnghiên cứu

Luận văn này được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài Nghiên cứu cơbản trong khoa học tự nhiên (NAFOSTED) mã số 103.03-2013.01

Cuối cùn , tôi xin được cảm ơn ạn è và n ười thân đã tạo điều kiện iúp đỡ tôitrong quá trình học tập và nghiên cứu

Hà Nội, ngày 29 tháng 12 năm 2014

Học viên

Nguyễn Văn Hiếu

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây à côn trình n hiên cứu của riên tôi dưới sự hướn dẫn của

TS N ô Quan Minh Các kết quả, số iệu tron uận văn à trun thực và chưa được ai côn

ố tron ất kỳ côn trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Hiếu

MỤC LỤC

Trang

V T TẮT V

MỞ ĐẦU 1

ƢƠ 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ÔXIT TITAN VÀ PIN MẶT TRỜI QU Đ ỆN HÓA (PEC) 4

ấ ậ ô (TiO 2 ) 4

1.1.1 Tính chất chung của TiO 2 4

1.1.2 Các pha của TiO 2 6

1.1.2.1 Pha rutile 7

1.1.2.2 Pha anatase 8

1.1.2.3 Pha brookite 8

1.1.2.4 So sánh cấu trúc dẫn tới tính chất của pha rutile và pha anatase 9

1.1.3 Tính chất điện của TiO 2 10

1.1.4 Tính chất quang của TiO 2 11

1.1.4.1 Chiết suất của màng mỏng TiO2 pha anatase và TiO2 pha rutile 12

1.1.4.2 Sự liên hệ giữa độ phản xạ R, độ truyền qua T và chiết suất n 13

1.1.5 Ứng dụng TiO2 làm điện cực thu điện tử trong pin mặt trời DSSC 14

1.2 Vậ T 2 15

1 2 1 Vật liệu Ti 2 pha tạp kim loại 15

1 2 2 iệu ứn plasmonic 16

1.2.3 Lớp tiếp xúc kim loại - bán dẫn hình thành trong tổ hợp nan kim loại:TiO2 17

1.3 Pin mặt trờ q đ n hóa (PEC) 19

1.3.1 Cấu tạo của pin mặt trời quan điện hóa dạng DSSC 20

1.3.2 Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời quan điện hóa dạng DSSC 22

1.3.3 Một số đặc trƣn của pin mặt trời 24

i

ƯƠ 2: T ỰC NGHIỆM CH TẠO MÀNG MỎNG ÔXÍT TITAN CẤU

TRÚ Ô VÀ Á P ƯƠP ÁPP Â TÍ 26

2 Cá ươ á ế t o màng mỏng 26

2 1 1 Phươn pháp phún xạ catốt (sputtering) 26

2.1.1.1 Nguyên lý quá trình chế tạo vật liệu bằn phươn pháp phún xạ catốt 26

2 1 1 2 Phươn pháp phún xạ cao tần (RF) 27

2 1 2 Phươn pháp quay phủ li tâm (spincoating) 28

2 1 3 Phươn pháp oxy hóa nhiệt 29

22Cá ươ á â 29

2 2 1 Phươn pháp chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 29

2 2 2 Phươn pháp nhiễu xạ tia X 31

2 2 3 Đo phổ hấp thụ 33

2 2 4 Đo đặc trưn -V 34

2 T ự 34

2.3.1 Thiết bị và ụn cụ th n hiệm 34

a ệ thiết ị phún xạ cao tần mini – sputter của ULVAC 34

ủ nhiệt 34

c áy quay phủ li t m spincoat r 3-8 34

ác ụn cụ cần thiết khác 34

2.3.2 Thực nghiệm chế tạo màng mỏng TiO2 34

2.3.2.1 Chế tạo màng mỏng Ti bằn phươn pháp phún xạ (sputtering) 35

2.3.2.2 Chế tạo màng mỏng TiO2 bằng phươn pháp xy hóa nhiệt 37

2.3.3 Chế tạo tổ hợp nanô Au:TiO 2 39

2 3 4 hế tạo tổ hợp nan :TiO2 40

ƯƠ 3: Ê ỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QU ,ĐỆNCỦA MÀNG MỎNG ÔXÍT TITAN 41

3.1 Phân tích ảnh hiể đ n tử quét FE-SEM 41

2 ế q ả â ả đ 43

3 3 1 Ảnh hưởn của c n suất phún xạ tới tính chất quang của màng mỏng TiO 2 45

3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian phún xạ tới tính chất quang của màng mỏng TiO2 46

3.3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ xử l tới tính chất quang của màng mỏng TiO 2 48

3.3.4 Ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt tới tính chất quang của màng mỏng TiO2 49

ặ ư I-V ỏ T 2 50

ƯƠ 4: Ê ỨU TÍ ẤT QU ,ĐỆỦTỔP Ô Ạ QÚY:ÔXÍT TITAN 52

ặ đ ể ấ á :TiO 2 52

2 ấ q - đ :TiO 2 53

4 2 1 T nh chất quan của tổ hợp nan u:TiO2 53

4 2 2 T nh chất điện của tổ hợp nan u:TiO2 55

ặ đ ể ấ á :TiO 2 56

4 3 1 Đặc điểm h nh thái h c của tổ hợp nan :TiO2 56

4 3 2 ấu trúc của tổ hợp nan :TiO2 57

T ấ q -đ :TiO 2 58

4 4 1 T nh chất quan của tổ hợp nan :TiO2 58

4 4 2 T nh chất điện của tổ hợp nan :TiO2 60

T UẬ 62

TÀ ỆU T Ả T V ỆT: 63

TÀ ỆU T Ả T : 63

T QUẢ Ô Ố, Á Á , T Ả 66

iii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH VẼ

nh 1 1: Sơ đồ năn lượng của vùng dẫn và vùng hóa trị của TiO2(pha anatase) 4

Hình 1.2: Titan oxit ở dạng bột 5

Hình 1.3: Mô tả cấu trúc phối tr đa điện của TiO 2 7

Hình 1.4: a) TiO2 pha rutile trong tự nhiên, b) cấu trúc tinh thể TiO2 pha rutile 8

Hình 1.5: a) TiO2 anatase trong tự nhiên, b) cấu trúc tinh thể TiO2 pha anatase 8

Hình 1.6: a) TiO2 brookite trong tự nhiên, b) cấu trúc tinh thể TiO2 brookite 9

nh 1 7: Ô cơ sở và các thông số cơ ản của TiO2: a) pha anatase, b) pha rutile 9

Hình 1.8: Phổ quang dẫn của màng mỏng TiO2 anatase và rutile 12

nh 1 9: Đặc trưn -V của linh kiện pin mặt trời DSSC sử dụn điện cực là TiO214 Hình 1.10: a) Plasmon khối; b) Plasmon bề mặt; c) plasmon bề mặt định xứ bề mặt .16

nh 1 11: h nh tổ hợp nan kim loại:TiO2 17

Hình 1.12: Sơ đồ năn lượng của tiếp xúc kim loại bán dẫn loại n 17

nh 1 13: Sự truyền điện tử từ hạt nan u san Ti 2 18

Hình 1.14: Hiệu suất của các loại pin mặt trời trong phòng thí nghiệm 20

Hình 1.15: Mô hình pin mặt trời DSSC 20

Hình 1.16: Cấu trúc của pin mặt trời DSSC 21

Hình 1.17: Mô tả cấu trúc của lớp hoạt tính trong Cells 22

Hình 1.18: Quá trình xảy ra ở lớp nhạy quang từ lớp quang catôt TiO2 trong DSSC .23

Hình 1.19: Quá trình hoạt động của pin mặt trời DSSC 23

nh 1 20: a) Đườn đặc trưn sán , ) sự ảnh hưởng của Rsh và RS lên hệ số FF 24

Hình 2.1: Nguyên lý quá trình hình thành màng mỏng bằng phún xạ catốt 26

nh 2 2: Sơ đồ phón điện phát sáng xoay chiều 27

Hình 2.3: Hệ phún xạ cao tần mini-sputter của ULVAC 28

nh 2 4: ác iai đoạn của quá trình quay phủ li tâm chế tạo màng mỏng 28

Hình 2.5: áy quay phủ li t m 3 - 8 29

Hình 2.6: Lò ủ nhiệt in r lu ST 55666C 29

Hình 2.7: Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 30

Hình 2.8: Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM 31

Hình 2.9: Sự tán xạ của chùm tia X trên bề mặt tinh thể 32

Hình 2.10: Sơ đồ n uyên l phươn pháp nhiễu xạ tia X 32

Hình 2.11: Hệ nhiễu xạ tia X - D-5000 33

Hình 2.12: Giản đồ mô tả phươn pháp đo phổ UV_VIS 33

Hình 2.13: Hệ đo UV-VIS-NIR (CARY-5000) 34

Hình 2.14: Hệ Auto-Lab Potentionstat PGS-30 34

Hình 2.15: Quá trình chế tạo màng mỏng TiO2 35

nh 2 16: a) ia Ti, ) đế được ắn vào đ a á đế 36

nh 2 17: a) ẫu được đặt vào thuyền thạch anh, ) mẫu được đặt tron l 37

nh 2 18: sơ đồ quá trình thực nghiệm oxy hóa màng mỏng Ti 38

Hình 2.19: Quá trình chế tạo tổ hợp nanô Au:TiO2 39

nh 2 20: a) sol- l hạt nan u, b) nhỏ sol- l u lên trên đế 39

nh 2 21: Quy tr nh chế tạo tổ hợp nan :TiO2 40

nh 2 22: Sol- l hạt nan k ch thước 10nm 40

Hình 3.1: a) àn mỏn Ti và ) màn mỏn Ti 2 41

nh 3 2: Ảnh -S của màn mỏn Ti sau xử l nhiệt tại: a) 400 o C, b) 450 o tron thời ian 2 giờ 42

nh 3 3: Ảnh -S ề mặt của màn mỏn Ti phún xạ với c n suất: a)70W, 42

vii

nh 3 4: Ảnh -S mặt cắt của màn mỏn Ti phún xạ với c n suất: a)70W, 43

Hình 3.5: Giản đồ nhiễu xạ tia X của màng mỏng Ti phún xạ với c n suất 80W, thời ian 10 phút sau xử l nhiệt 44

nh 3 6: Phổ hấp thụ và độ rộn v n cấm t nh từ các đồ thị iểu iễn sự phụ thuộc của (dh)1/2 th o hàm (h) của màn mỏn Ti 2 xử l nhiệt ở 500 o thời ian 2 iờ tron kh n kh 46

nh 3 7: Phổ hập thụ và độ rộn v n cấm t nh từ các đồ thị iểu iễn sự phụ thuộc của (dh) 1/2 th o hàm (h) của màn mỏn Ti sau xử l nhiệt 500 o thời ian 2 iờ tron kh n kh 47

Hình 3.8: Phổ hấp thụ và độ rộn v n cấm t nh từ các đồ thị iểu iễn sự phụ thuộc của (dh)1/2 th o hàm (h) của màng mỏn Ti xử l với các nhiệt độ khác nhau . 48

Hình 3.9: Phổ hấp thụ và độ rộn v n cấm t nh từ các đồ thị iểu iễn sự phụ thuộc của (dh)1/2 th o hàm (h) của màn mỏn Ti xử l nhiệt sau 2 iờ và 3 iờ 49

nh 3 10: Đồ thị đặc trưn -V sán của các màn mỏn Ti 2 được phún xạ với c n suất: a) 70W, b) 80W 50

Hình 4.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của tổ hợp nanô Au:TiO2 52

Hình 4.2: Ảnh FE-SEM bề mặt của tổ hợp nanô Au:TiO2 53

nh 4 3: Phổ hấp thụ của: TiO2 a) và tổ hợp nan u:TiO2 (b) 54

nh 4 4: Phổ hấp thụ của tổ hợp nan u:TiO2 xử l ở các nhiệt độ khác nhau 54

nh 4 5: Đườn đặc trưn -V của: a) màn mỏn Ti 2, ) tổ hợp nan u:TiO2 55

Hình 4 6: Ảnh -S của tổ hợp nan :TiO 2 56

nh 4 7: iản đồ nhiễu xạ tia X của tổ hợp nan :TiO 2 . 57

Hình 4.8: Phổ hấp thụ của: a) màn mỏn Ti 2, ) tổ hợp nan :TiO2 58

nh 4 9: Phổ hấp thụ của: a) màn mỏn trên đế T , ) tổ hợp nan :TiO2 59

nh 4 10: Phổ hấp thụ của: a) tổ hợp nan u:TiO2, ) tổ hợp nan :TiO2 59

nh 4 11: Đươn đặc trun -V của: a) màn mỏn Ti 2, ) tổ hợp nan Au:TiO2, c) tổ hợp nan :TiO 2 . 60

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.2: ác đặc tính cấu trúc của các dạng thù hình của TiO2 12

Ở ẦU

sẵn có tron tự nhiên như: than đá, ầu mỏ, kh đốt tự nhiên n ày một cạn kiệt và khó phụchồi Điều này khiến cho nh n loại đan đứn trước n uy cơ thiếu hụt

khoa h c hiện nay

th ch đầy đủ vào năm 1905 Sau đó, năm 1954 là pin mặt trời đạt hiệu suất 6% được

chất quan điện hóa tốt để sử ụn làm điện cực ột tron số các án ẫn đƣợc

2

phươn pháp hóa h c lắn đ n hóa h c từ pha hơi, sol- l, điện hóa, quay phủ li

C ƣơ : TỔ G QU VỀ VẬT LIỆU Ô IT TIT VÀ PIẶT

pha anatas ) h nh 1 1, có độ rộn v n cấm ~3,2 V

,

Hình 1.1: Sơ đồ năng lượng của vùng dẫn và vùng hóa trị của

TiO2(pha anatase)

tron các màn chốn phản xạ tron pin mặt trời silic và các thiết ị quan màn mỏn khác

đƣợc sử ụn để chế tạo các s nsor khí xác định nồn độ kh

4

CO, O2 ở nhiệt độ trên 600o ) hờ khả năn th ch ứn với cơ thể, TiO2 c n đƣợc

1 1 ƣới đ y

Hình 1.2: Titan oxit ở dạng bột Bảng 1.1: Một số tính chất quan trọng của TiO 2 pha anatase và rutile

Với các t nh chất l hóa như trên, Ti 2 c n được sử ụn nhiều tron c n

mãn điều kiện ảo toàn điện t ch tron toàn hệ và có xu hướn các

6

trốn , v n ẫn trốn điện Đó là các chất

hoàn toàn th ở nhiệt độ thườn hầu như là chất kh n ẫn án ẫn hoặc điện m i

Hình 1.3: Mô tả cấu trúc phối trí đa điện của TiO 2

1.1.2.1 Pha rutile

Hình 1.4: a) TiO 2 pha rutile trong tự nhiên, b) cấu trúc tinh thể TiO 2 pha rutile

1.1.2.2 Pha anatase

Hình 1.5: a) TiO 2 anatase trong tự nhiên, b) cấu trúc tinh thể TiO 2 pha

anatase 1.1.2.3 Pha brookite

8

Hình 1.6: a) TiO 2 brookite trong tự nhiên, b) cấu trúc tinh thể TiO 2 brookite

Hình 1.7: Ô cơ sở và các thông số cơ bản của TiO 2 : a) pha anatase, b) pha rutile

hữn sự khác nhau tron cấu trúc mạn ẫn đến sự khác nhau về mật độ điện

phẩm

10

tử ên tron pha rutil nhỏ và chủ yếu nhờ vào các polaron cặp điện tử-photon, lỗ

thể hiện như sau:

TiO2 hv eTiO

2Như chúng ta đã biết năng lượng vùng cấm của anatase và rutile tương ứng là3,2 và 3,0eV tại nhiệt độ phòng Chúng có thể được xác định từ nhiều kết quả thựcnghiệm khác nhau như đo đặc trưng I/V hay C/V của tiếp giáp p/n hay tiếp giápSchottky bán dẫn kim loại, hoặc đo phổ hấp thụ, đo độ dẫn phụ thuộc nhiệt độ hay

và rutile Kết quả trên hình 1.8 cho thấy năng lượng ngưỡng quang dẫn của màng

vùng và kết quả là năng lượng ngưỡng gần như phù hợp với năng lượng vùng cấm

rutile có vùng cấm thẳng

(3,0eV) Còn bờ hấp thụ của tinh thể TiO2 anatase đƣợc xác định là 3,2eV tại nhiệt

độ phòng và mở rộng tới 3,3eV tại 4K

Hình 1.8: Phổ quang dẫn của màng mỏng TiO 2 anatase và rutile

Bảng 1.2: Các đặc tính cấu trúc của các dạng thù hình của TiO 2

tron pin mặt trời

1.1.4.1 C ế ấ ỏ T 2 pha anatase và TiO 2 pha rutile

n 2n



n||

(1.1)

3

12

Tron đó n và n|| lần lƣợt là các ao độn vu n óc và son son với trục

Sự liên hệ chiết suất và mật độ khối lượng

sao khi màng mỏng chuyển lên từ trạng thái vô định hình sang tinh thể anatase vàrutile, chiết suất của màng mỏng tăn

Bryce Sydney Richards và các cộn sự của

Wales, Sydney- ustralia đã n hiên cứu và chứn

ta thấy độ phản xạ tỷ lệ thuận với chiết suất của màn , o vậy khi chiết suất

13

của màn tăn lên th độ phản xạ của màn tăn và độ truyền qua của màn iảm

Hình 1.9: Đặc trưng I-V của linh kiện pin mặt trời DSSC sử dụng điện cực là TiO 2

tinh thể và các t nh chất điện quan là lựa ch n tốt nhất để ứn ụn thu

điện tử tron pin mặt trời

với cấu trúclàm điện cực

14

1.2.1 Vậ T

2 2

Sự pha tạp các ion kim loại chuyển tiếp hoặc các ion kim loại nhóm đất hiếm

ơn nữa, sự trao đổi điện tử

thay đổi sự tái hợp điện tử - lỗ trốn

(n-1)+

1.2.2 H

Trong cấu trúc kim loại thì các tính chất quang h c chủ yếu là o các điện tử dẫncủa kim loại Sự k ch th ch điện từ làm cho nhữn điện tử này ao động tập thể, tạo lênmột hệ ao độn được g i là plasmon trong không gian của cấu trúc kim loại đó T y th

o các điều kiện iên, các ao động có thể được phân loại thành 3 mode: plasmon khối,plasmon bề mặt và plasmon bề mặt định xứ

Hình 1.10: a) Plasmon khối; b) Plasmon bề mặt; c) plasmon bề mặt định xứ bề mặt

Plasmon khối là các ao động tập thể của các điện tử dẫn trong khối kim loại vànăn lượng của các lượng tử khoảng 10eV trong các kim loại qu tươn ứng với bướcsóng chân không cỡ 12nm) Plasmon khối có thể được kích thích trực tiếp bằng bức

xạ điện từ

Plasmon bề mặt xảy ra tại giao diện điện môi - kim loại, tại đó các ao độngđiện t ch được lan truyền d c theo giao diện Són điện tử truyền d c theo giao diện

(surface plasmon polariton - SSP)

hi các ao độn plasmon được giam cầm trong cả ba chiều không gian, ví dụ

trong hạt và tạo thành một hệ ao động với tính chất cộn hưởng Các plasmon hạt cóthể được kích thích bởi các són điện từ lan truyền trong không gian [11, 26]

16

1.2.3 Lớ

:TiO 2

Hình 1.11:

Linh kiện bán dẫn đầu tiên được sử dụng trong thực tế là diode tiếp xúc điểm, bắt đầu từ năm 1904 ăm 1938 Schottky đưa ra m h nh iải thích tính chỉnh lưu của tiếp xúc kim loại - bán dẫn g i là mô hình hàng rào Schottky (Schottky barrier) h nhđược tr nh ày như h nh với trường hợp tiếp xúc giữa kim loại và bán dẫn loại n giống n

Hình 1.12: Sơ đồ năng lượng của tiếp xúc kim loại bán dẫn loại n

(a)- trước khi tiếp xúc, (b)- sau khi tiếp xúc

Với các đại lượng :

tiếp xúc với kim loại ta cũn

thoát của kim loại, tuy nhiên do ảnh hưởng của các trạng thái phân biên (trên bềmặt tiếp xúc kim loại – bán dẫn) sự ảnh hưởng này bị giảm đi

Tiếp xúc kim loại - bán dẫn không phải bao giờ cũn là tiếp xúc có tính chỉnh

trường hợp n ười ta cần một tiếp xúc kim loại – bán dẫn có điện trở tiếp xúc rất nhỏ

n th o định luật Ôm)

Độ cao của hàng rào sẽ bị hạ thấp khi nồn độ pha tạp tăn lên, khi độ cao của hàng rào giảm, n điện theo hiệu ứng xuyên hầm sẽ đón vai tr là chủ yếu

Schottky (cỡ 0,9 V) n ăn cản điện tử di chuyển từ phía kim loại sang bán dẫn Khicác hạt nanô u được kích thích bởi ánh sáng tới, đạt được trạng thái cộn hưởng ởkhoản ước sóng cỡ 500-700nm theo một số áo cáo đã đưa ra, các điện tử được

quá trình quang xúc tác phân hủy các hợp chất hữu cơ [20]

Hình 1.13: Sự tru ền điện tử t ạt nanô Au sang TiO 2

18

1.3 P ặ ờ q đ (PEC)

cho các vệ tinh nh n tạo, và n ày này cho cả các tàu vũ trụ

cứu

Hình 1.14: Hiệu suất của các loại pin mặt trời trong phòng thí nghiệm

Hình 1.15: Mô hình pin mặt trời DSSC

20

Ta có thể thấy điện cực trước của pin là một tấm thủy tinh ẫn điện tron

được phủ lên một lớp màu nhạy sán như Ruth nium ) ằn phươn pháp n m tẩm Điệncực đối của pin mặt trời S cũn là một phiến thủy tinh ẫn nhưn được phủ một lớp

Platin Pt) Phần iữa hai điện cực được phủ c làm đầy ởi un ịch chất điện li

Hình 1.16: Cấu trúc của pin mặt trời DSSC

điện tử acc ptor)

chặt với ề mặt oxit án ẫn uối c n là thời ian sốn của chún ưới điều kiện chịu trực

tiếp ánh sán mặt trời tron suốt quá tr nh sử ụn

d) un ịch chất điện li: là nhữn chất tan tron nước hay ở trạn thái nón chảy) tạo thành un ịch ẫn được điện Đó là un ịch của axit tan, azo tan và muối tan

e) Điện cực đối count r l ctro

mỏn platin lên ề mặt T Pt được trên

điện cực đối

): được chế tạo ằn cách phủ một lớp màn ết tới là chất xúc tác hoạt t nh mạnh ẫn điện

nhận thấy hỗn hợp của un ịch chất điện li, chất nhạy quan Thiết ị được

Hình 1.17: Mô tả cấu trúc của lớp hoạt tính trong Cells

22

Hình 1.18: Quá trình xảy ra ở lớp nhạy quang t lớp quang catôt TiO 2 trong DSSC

n oài tới điện cực đối

lại cho chất nhạy quan

ịch chất điện li vừa được nhận điện tử sẽ nhườn điện ,sau đó chuyển về trạn thái an đầu

ột cách tổn quát, quy tr nh hoạt độn của SS s có thể được iểu iễn ởi

Công suất ra cực đại (Pmax )

iữa c n suất ra cực đại và t ch số iữa cườn độ ệ

số lấp đầy cho iết khuynh hướn iến đổi

24

n quan điện Để hệ số lớn th RS phải nhỏ nhất có thể, đồn thời Rsh nhỏ,

(1.6)

J SCV OC

Hiệu suất biến đổi quang điện của in ặt trời (η))

iệu suất iến đổi quan điện η) đặc trƣn cho khả năn

trời, là tỷ số iữa c n suất ra cực đại và c n suất chiếu sán

làm việc của pin mặt trên pin

 

Pmax