Tình hình nghiên cứu chế tạo màng điện cực trong và ngoài n-ớc
ITO (In2O3:Sn) là một loại màng bán dẫn trong suốt dẫn điện (TCO) đã được nghiên cứu từ những năm 70 và ngày càng phát triển Ứng dụng quan trọng nhất của màng TCO là trong các thiết bị quang điện, đặc biệt là điện cực cho pin mặt trời Chất lượng của màng TCO được đánh giá qua các tiêu chí như điện trở, độ truyền qua, độ phản xạ, độ bám dính và độ bền hóa học Để sử dụng làm điện cực cho pin mặt trời, màng điện cực cần đáp ứng những yêu cầu cụ thể.
Các ph-ơng pháp chế tạo TCO
Phương pháp hóa học
Ở áp suất thấp, quá trình thổi qua bình diễn ra hiệu quả, kết hợp với sự ngưng đọng trên bề mặt, dẫn đến các phản ứng hóa học Những phản ứng này tạo ra bột với thành phần mong muốn.
1.2.2.4 Ph-ơng pháp phun dung dịch trên đế nóng
Phương pháp phun dung dịch muối cho phép tạo ra màng oxit kim loại thông qua quá trình lắng đọng trên đế nóng Thành phần màng có thể thay đổi tùy thuộc vào dung dịch phun, trong khi khí nén thường sử dụng là khí trơ hoặc không khí Phương pháp này mang lại nhiều lợi ích như diện tích màng rộng, độ bám dính tốt và khả năng đồng đều cao, đồng thời cũng khá kinh tế nhờ vào thiết bị đơn giản Tuy nhiên, một hạn chế của phương pháp này là tạp chất trong môi trường có thể ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu Công nghệ chế tạo màng ITO và SnO2 cho pin mặt trời là những ví dụ điển hình cho phương pháp này.
Trong nghiên cứu hoàn thành luận văn, chúng tôi đã chọn phương pháp "Phun dung dịch trên đế nóng" để chế tạo vật liệu ITO và các vật liệu TCO khác.
Màng điện cực trong suốt dẫn điện ITO
Màng mỏng In2O3 pha tạp thiếc ITO được nghiên cứu rộng rãi nhờ khả năng ứng dụng vượt trội, được coi là màng dẫn điện tốt nhất Chúng có ứng dụng quan trọng trong chế tạo pin mặt trời với độ truyền qua lớn, điện trở bề mặt nhỏ và độ bền cao Hiện nay, nhiều phương pháp chế tạo màng ITO đang được sử dụng, bao gồm phún xạ, phun nhiệt phân dung dịch và bốc bay chùm điện tử Theo thống kê từ các nghiên cứu công bố trên thế giới, kết quả chế tạo màng ITO hiện tại đạt điện trở khoảng 10^-4 – 10^-3 Ωcm và độ truyền qua trên 80%.
Màng điện cực trong suốt dẫn điện SnO 2
Màng ô-xít Indi mặc dù có chất lượng tốt nhưng chi phí cao đã thúc đẩy nghiên cứu các vật liệu thay thế, trong đó nổi bật là ô-xít thiếc (SnO2) và ô-xít kẽm Màng SnO2 chủ yếu bao gồm Sn và có thể thêm F hoặc Sb3+, với cấu trúc tứ giác, được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo cảm biến hóa học để phát hiện các khí độc hại như CO, H2, CH4 Màng này có ưu điểm như độ bám dính cao, bền hóa học, không bị ảnh hưởng bởi H2O và dung dịch muối-axít, cùng với tính dẫn điện tốt và độ trong suốt cao Tuy nhiên, nhược điểm lớn là dễ bị phá hủy trong axít HF Các phương pháp chế tạo phổ biến bao gồm bốc bay nhiệt trong chân không, phún xạ catốt, và phun phủ bằng hơi hóa học Chúng tôi cũng sẽ giới thiệu một số kết quả nghiên cứu về màng SnO2 đã được công bố trên thế giới.
Màng ô-xít thiếc (SnO2) hiện nay có chất lượng tương đương với màng Indi ô-xít và có khả năng thay thế hiệu quả cho điện cực bằng Indi ô-xít Màng SnO2 thường được pha tạp bằng Flo, với điện trở bề mặt khoảng 10 / và độ truyền qua đạt trên 80%.
Bảng 1.1 : Kết quả nghiên cứu vật liệu ITO
Tài liệu tham khảo Phương pháp chế tạo Thông số chế tạo Điện trở (điện trở suất, độ dẫn) Độ truyền qua Thông tin bổ sung
Bốc bay chùm điện tử
In2O3:Sn Phun thủy phân 10 wt%Sn, 525 o C 35/ > 90%
ITO Dung dịch hóa học Phủ quay 3000 vòng
/phút, nhiệt phân ở 220 o trong 1 phút, ủ 800 o C
2.54 10 -3 cm Điện trở suất giảm nhanh theo nhiệt độ trong khoảng 400 –
In2O3:CdO 5% Cd/In 16800 S/cm
Bảng 1.2 : Kết quả nghiên cứu vật liệu SnO 2
Tài liệu tham khảo Phương pháp chế tạo Thông số chế tạo Điện trở
(điện trở suất, độ dẫn) Độ truyền qua Thông tin bổ sung
Trên đế kính hoặc thạch anh, 400 o C
50 Kết luận hạt lớn hơn khi R nhỏ và ngược lại
– 0.5 M SnCl4 300 ~ 80% Độ truyền qua giảm khi nồng độ SnCl4 tăng, còn điện trờ thì ngược lại
Phun dung dịch Td50-400 o C 5.65 / 70% (800nm)
SbCl3 2.17 / 45 - 55 % Độ truyền qua giảm khi nồng độ Sb tăng
C 2 H 5 OH NH4F + nước cất Thời gian 40’
Tốc độ phun: 61/phút Áp suất 6.5*10 4 Nm
SnCl 4 5H 2 O + nước + C2H 5 OH, điều chỉnh PH bằng HCl
SnO2:F 0.28 / 66% Điện cực trên lưới Nikel
Ch-ơng 2 tổng quan về pin mặt trời nano tiO 2
Vật liệu nano TiO 2
TiO2 tồn tại dưới ba dạng thù hình chính là Anatase, Rutile và Brookit, trong đó Rutile là dạng phổ biến nhất Tùy thuộc vào điều kiện chế tạo, có thể thu được vật liệu với các pha khác nhau hoặc cả ba pha cùng tồn tại Anatase và Rutile là hai cấu trúc thường gặp, với pha Rutile có biến dạng Orthohombic yếu và pha Anatase có biến dạng mạnh, dẫn đến tính đối xứng cao hơn ở Rutile Trong ứng dụng thực tiễn, pha Anatase nổi bật với hoạt tính cao hơn và được sử dụng trong cấu trúc pin mặt trời quang điện hóa nano TiO2.
Hình 2.1: Sơ đồ chuyển mức năng l-ợng electron của TiO 2 khi bị kích thích h e -
TiO2 là một bán dẫn ôxít, trong đó vùng dẫn được hình thành từ các mức 3d của Titan, trong khi vùng hóa trị thuộc về oxy (2p) Khi hấp thụ ánh sáng có bước sóng λ < 380 nm (đối với pha Anatase) hoặc khi điện tử nhận được năng lượng E ≥ 3.2 eV, chúng sẽ nhảy từ vùng 2p của oxy lên vùng 3d của Titan.
2.2 Một số ứng dụng tiêu biểu của Vật liệu nano TiO 2
2.2.1 ứ ng dụng trong lĩnh vực môi tr-ờng
TiO2 là một vật liệu an toàn, nhưng khi tiếp xúc với tia cực tím, Nano TiO2 trở thành một chất oxy hóa mạnh mẽ, có khả năng đóng vai trò xúc tác trong phản ứng tách nước Các sản phẩm được tạo ra từ quá trình này có thể ứng dụng hiệu quả trong pin nhiên liệu.
Các chất hữu cơ gây ô nhiễm, như trichloromethane (CHCl3), có thể bị phân hủy thành các chất không độc hại như H2O và CO2 thông qua tác dụng quang xúc tác của TiO2 Trichloromethane, sản phẩm của quá trình khử trùng nước sinh hoạt bằng clo, được cho là tác nhân gây ung thư, nhưng dưới tác động của quang xúc tác TiO2, nó sẽ được chuyển hóa thành CO2 và HCl.
TiO2 có tác dụng khử độc và làm sạch nước, đặc biệt trong nuôi trồng thủy sản, nơi nước thải sau mỗi chu kỳ nuôi chứa nhiều độc tố gây hại và bệnh tật Việc thay nước là cần thiết, và sử dụng TiO2 để khử độc tố trước khi thải ra môi trường là rất quan trọng để bảo vệ hệ sinh thái và hạn chế nguồn gốc gây dịch bệnh Công nghệ khử độc dựa trên tính chất quang xúc tác của TiO2 hứa hẹn sẽ mang lại thành công trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam, nơi có nhiều tiềm năng Ngoài ra, tính chất này của TiO2 cũng được ứng dụng trong việc khử độc tố từ khí thải và nước thải công nghiệp.
TiO2 đang được nghiên cứu và ứng dụng mạnh mẽ trong lĩnh vực xúc tác, đặc biệt là trong việc phủ lên bề mặt hoặc trộn vào các dụng cụ lọc như gốm, xốp, thủy tinh, nhựa, giấy lọc và vải, giúp tự làm sạch, chống gỉ và chống mốc Ngoài ra, TiO2 còn được sử dụng để phủ lên nền, tường nhằm diệt khuẩn và phân hủy các hơi độc hại trong không gian sống Công nghệ này tạo ra các bề mặt tự tẩy rửa mà không cần đến hóa chất hay tác động cơ học, ứng dụng rộng rãi trên tường, kính của các công trình xây dựng và xe hơi.
2.2.2 TiO 2 ứng dụng trong điện tử
Màng TiO2, với độ rộng vùng cấm lớn E g = 3,2 eV, được ứng dụng làm cổng cách điện trong transistor trường (FET) và detector đo bức xạ hạt nhân Khi pha tạp các tạp chất như đất hiếm và photpho, các mức năng lượng tạp hình thành trong vùng cấm E a, cho phép điện tử phát ra bức xạ khi chuyển từ mức kích thích Nguyên lý này cũng được áp dụng trong cửa sổ đổi màu Đặc tính xốp của màng TiO2 giúp nó hấp thụ khí hiệu quả, được nhiều nghiên cứu sử dụng để phát triển sensor khí xác định nồng độ hơi rượu Màng TiO2 có cấu trúc pha rutile rất nhạy với khí O2, do đó được dùng để xác định nồng độ O2.
O 2 trong các lò luyện kim
Ngoài ra, TiO 2 còn đ-ợc sử dụng để xác định nồng độ các chất khí độc có trong môi tr-ờng nh- CO, NO,
Vật liệu màng mỏng TiO2 pha hạt sắt từ được gọi là bán dẫn từ loãng, sở hữu năng lượng từ dị hướng cao và moment từ vuông góc với mặt phẳng Những tính chất quý báu này cho phép vật liệu lưu giữ thông tin với mật độ lớn, làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho ứng dụng trong điện tử và tin học Màng mỏng từ đa lớp với từ trở khổng lồ còn được sử dụng để đo từ trường rất thấp.
2.3 Pin mặt trời thế hệ mới nano TiO 2
2.3.1 Một vài nét về lịch sử phát triển của pin mặt trời
Pin mặt trời là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện, một hiện tượng được phát hiện bởi các nhà khoa học gần 200 năm trước.
Vào năm 1883, Frit đã chế tạo pin selenium đầu tiên với điện cực bằng vàng, sau đó Minchin phát triển pin mặt trời với cấu trúc Al/electrolyte/Se/Al, đạt điện thế 0.5V Tuy nhiên, phải đến nửa thế kỷ sau, khi Schottky đưa ra lý thuyết về hiệu ứng quang điện và Ohe phát hiện hiệu ứng quang điện trong silicon vào năm 1941, thì ngành công nghiệp pin mặt trời mới thực sự bùng nổ Pin mặt trời đã có nhiều ứng dụng quan trọng, như cung cấp năng lượng cho các trạm không gian và tàu du hành vũ trụ.
Các pin mặt trời hiện nay chủ yếu được sản xuất dựa trên tính chất quang của chuyển tiếp p-n, với silicon (Si) là vật liệu chính được sử dụng.
Hiện nay, chúng ta đã phát triển nhiều loại pin mặt trời sử dụng hợp chất bán dẫn, trong đó hợp chất A3B5 cho hiệu suất chuyển hoá cao Ngoài ra, cặp vật liệu Cu-In-S/Se dưới dạng màng mỏng cũng được ưa chuộng vì tính kinh tế và hiệu quả.
Pin mặt trời truyền thống thường có giá thành cao và công nghệ phức tạp, nhưng sự phát triển của công nghệ vật liệu nano, đặc biệt là vật liệu Nano TiO2, đã thay đổi cục diện Vật liệu này hiện đang cạnh tranh với pin silicon về hiệu suất chuyển đổi quang điện và giá thành sản xuất Màng mỏng TiO2 nano xốp với bề mặt hấp thụ tăng lên đến 1000 lần được sử dụng làm điện cực cho pin mặt trời Với cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và giá thành thấp, pin mặt trời dựa trên TiO2 nano hứa hẹn là một giải pháp năng lượng môi trường bền vững cho tương lai.
2.3.2 Pin mặt trời nano TiO 2
Dụng cụ chuyển hoá ánh sáng mặt trời sử dụng tổ hợp chất màu nhạy quang (N-methylphenazinium)-TiO2 pha Anatase đã được đăng ký bản quyền tại Mỹ từ năm 1978 Việc áp dụng chất màu này giúp mở rộng phổ hấp thụ của TiO2 đến vùng bước sóng 500nm, nhưng loại pin này vẫn gặp phải vấn đề về hiệu suất thấp và độ bền của chất màu không cao.
Vào năm 1990, M Gratzel và B O’Rogen đã giới thiệu pin mặt trời quang điện hóa sử dụng hạt Nano Titan Dioxide kết hợp với chất màu nhạy quang Ruthenium có đỉnh hấp thụ tại 550 nm Loại pin này được đánh giá là tương đối ổn định với hiệu suất chuyển hóa đạt từ 7-10%.
Một số ứng dụng tiêu biểu của vật liệu nano TiO 2
TiO 2 ứng dụng trong điện tử
Màng TiO2 với độ rộng vùng cấm lớn E g = 3,2 eV được ứng dụng làm cổng cách điện trong transistor trường (FET) và làm detector đo bức xạ hạt nhân Khi pha tạp các tạp chất như đất hiếm và photpho, các mức năng lượng tạp hình thành trong vùng cấm E a, cho phép điện tử phát ra bức xạ khi chuyển từ mức kích thích về các mức năng lượng này Nguyên lý này cũng được áp dụng trong cửa sổ đổi màu Đặc tính xốp của màng TiO2 giúp nó hấp thụ khí hiệu quả, và nhiều nghiên cứu đã chỉ ra khả năng sử dụng của nó trong cảm biến khí để xác định nồng độ hơi rượu Màng TiO2 với cấu trúc pha rutile đặc biệt nhạy với khí O2, cho phép xác định nồng độ khí chính xác.
O 2 trong các lò luyện kim
Ngoài ra, TiO 2 còn đ-ợc sử dụng để xác định nồng độ các chất khí độc có trong môi tr-ờng nh- CO, NO,
Vật liệu màng mỏng với nền TiO2 và được pha thêm các hạt sắt từ, hay còn gọi là bán dẫn từ loãng, sở hữu năng lượng từ dị hướng cao và moment từ vuông góc với mặt phẳng Những tính chất này rất quý báu, cho phép vật liệu ghi từ vuông góc lưu giữ thông tin với mật độ lớn Màng mỏng từ đa lớp với từ trở khổng lồ được ứng dụng để đo từ trường rất thấp, mang lại nhiều ứng dụng trong lĩnh vực điện tử và tin học.
Pin mặt trời thế hệ mới nano TiO 2
Một vài nét về lịch sử phát triển của pin mặt trời
Pin mặt trời là thiết bị chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện, một hiện tượng được các nhà khoa học phát hiện cách đây gần 200 năm.
Vào năm 1883, Frit đã chế tạo pin selenium đầu tiên với điện cực bằng vàng Chỉ sau đó không lâu, Minchin đã phát triển pin mặt trời với cấu trúc Al/electrolyte/Se/Al, đạt điện thế 0.5V Tuy nhiên, phải đến nửa thế kỷ sau, khi Schottky đưa ra lý thuyết về hiệu ứng quang điện và Ohe phát hiện hiệu ứng quang điện trong silicon năm 1941, pin mặt trời mới thực sự bùng nổ Hiện nay, pin mặt trời đã được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong việc cung cấp điện cho các trạm không gian và tàu du hành vũ trụ.
Các pin mặt trời hiện nay chủ yếu được sản xuất dựa trên tính chất quang của chuyển tiếp p-n, với silicon (Si) là vật liệu chính được sử dụng.
Hiện nay, chúng ta đã phát triển nhiều loại pin mặt trời từ các hợp chất bán dẫn, trong đó hợp chất bán dẫn A3B5 nổi bật với hiệu suất chuyển hóa cao Bên cạnh đó, cặp vật liệu Cu-In-S/Se dưới dạng màng mỏng cũng được ưa chuộng nhờ vào tính năng tiết kiệm chi phí.
Pin mặt trời truyền thống thường được chế tạo bằng công nghệ phức tạp và có giá thành cao Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ vật liệu nano, đặc biệt là vật liệu Nano TiO2, đã tạo ra một bước đột phá trong lĩnh vực này Pin quang điện hoá sử dụng TiO2 đang cạnh tranh mạnh mẽ với pin silicon về hiệu suất chuyển đổi quang điện và giá thành sản xuất Màng mỏng TiO2 nano xốp có khả năng hấp thụ ánh sáng tăng lên đến 1000 lần, cho phép sử dụng hiệu quả hơn làm điện cực cho pin mặt trời Với cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo và giá thành thấp, giải pháp này hứa hẹn sẽ phổ cập rộng rãi và góp phần vào tương lai năng lượng môi trường.
Pin mặt trời nano TiO 2
Dụng cụ chuyển hoá ánh sáng mặt trời, được phát triển từ tổ hợp chất màu nhạy quang (N-methylphenazinium)-TiO2 pha Anatase, đã được đăng ký bản quyền tại Mỹ vào năm 1978 Việc sử dụng chất màu này đã mở rộng phổ hấp thụ của TiO2 đến miền sóng 500nm Tuy nhiên, loại pin này vẫn gặp phải vấn đề về hiệu suất thấp và độ bền của chất màu.
Năm 1990, M Gratzel và B O’Rogen đã giới thiệu pin mặt trời quang điện hóa sử dụng hạt Nano Titan Dioxide kết hợp với chất màu nhạy quang Ruthenium có đỉnh hấp thụ ở 550 nm Loại pin này được đánh giá là tương đối ổn định và đạt hiệu suất chuyển hóa từ 7-10%.
Gần đây, M Gratzel đã giới thiệu một loại chất màu nhạy quang mới mang tên "Đen", giúp nâng cao hiệu suất chuyển hóa của Pin TiO2 lên hơn 11%.
Pin mặt trời nano TiO2 bao gồm điện cực phát là lớp màng TiO2 dày khoảng 10 μm, được chế tạo trên lớp màng dẫn điện trong suốt TCO Điện cực thu gồm lớp màng Pt dày khoảng 10 nm, được phủ trên màng dẫn điện SnO2 hoặc ZnO.
Không gian giữa hai điện cực đ-ợc lấp đầy bằng dung dịch điện ly với cặp Oxy hóa khử I - /I 3 -
Hai điện cực trong suốt đ-ợc nối với mạch ngoài tạo thành pin quang điện hoá.
Khi ánh sáng chiếu vào, chất màu bị kích thích tạo ra điện tử và lỗ trống Dưới tác dụng của điện trường nội tại sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa màng TiO2 và dung dịch điện ly, điện tử di chuyển ngược chiều với điện trường ra mạch ngoài Lỗ trống kết hợp với chất khử trong dung dịch điện ly tạo thành chất Oxy hóa, sau đó chất này bị khử trở lại bởi điện tử từ mạch ngoài, tạo thành mạch kín như mô tả trong hình 2.2.
Cơ chế hoạt động của pin quang điện hoá có thể mô tả bởi các quá trình sau:
- Khi chất màu hấp thụ ánh sáng chuyển sang trạng thái kích thích:
Hạt tải bị phân tách trên bề mặt TiO2 trong dung dịch điện ly, nơi điện tử di chuyển vào điện cực TiO2, tạo ra dòng điện trong mạch ngoài và hướng về phía điện cực thu Đồng thời, lỗ trống S+ được khử bởi chất khử có trong dung dịch điện ly.
- Chất Oxy hoá nhận điện tử ở cực catốt để trở về trạng thái ban đầu:
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của pin mặt trời quang điện hoá e - h
TiO 2 hoạt hoá chất màu Điện cực thu Điện cực phát e-
- Chuyển động của các phần tử Redox là chuyển động khuếch tán trong dung dịch điện ly
Hiệu suất chuyển hoá quang điện của pin TiO2 bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, trong đó vật liệu TiO2 là quan trọng nhất, tiếp theo là chất màu, cặp oxy hóa khử, cùng với điện cực phát và điện cực thu Hiện tại, các nhà khoa học và công nghệ vẫn đang đối mặt với nhiều thách thức trong lĩnh vực này.
Pin mặt trời truyền thống được sản xuất từ silic tinh khiết và yêu cầu công nghệ cao cùng quy trình phức tạp, dẫn đến chi phí cao Do đó, ứng dụng của chúng thường bị giới hạn trong một số lĩnh vực nhất định.
Pin mặt trời mới hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng vật liệu nano tinh thể TiO2, mang lại nhiều lợi ích vượt trội Loại pin này dễ chế tạo, không cần thiết bị công nghệ cao, và có giá thành thấp, giúp dễ dàng phổ biến trong cộng đồng Sự phát triển này đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong việc khai thác nguồn năng lượng mặt trời, một nguồn năng lượng vô tận và siêu sạch.
Trong cấu trúc pin mặt trời nano TiO2, hai điện cực làm từ vật liệu TCO đóng vai trò quan trọng Hiện nay, nghiên cứu nâng cao chất lượng điện cực TCO đang được chú trọng nhằm chế tạo pin mặt trời có hiệu suất cao, giá thành hợp lý và dễ dàng phổ biến Đây cũng chính là mục tiêu của chúng tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này.
Điện cực phát yêu cầu có điện trở nhỏ và độ truyền qua cao trong vùng khả kiến, trong khi điện cực thu cũng cần điện trở nhỏ Để cải thiện độ dẫn điện cho màng điện cực TCO, cần lựa chọn phương pháp, điều kiện chế tạo, tỷ lệ và cách pha tạp chất phù hợp Tuy nhiên, các giải pháp hiện tại thường có chi phí cao, thiết bị đắt tiền và khó ứng dụng rộng rãi Phương pháp "Phun dung dịch trên đế nóng" mà chúng tôi chọn để nghiên cứu chế tạo màng điện cực TCO là đơn giản, dễ thực hiện, chi phí thấp và cho chất lượng màng TCO tương đối tốt, đáp ứng yêu cầu nghiên cứu và khả năng chế tạo vật liệu thương phẩm ứng dụng rộng rãi Chi tiết về quá trình chế tạo mẫu sẽ được trình bày trong chương 3 và chương 4 của luận văn.
Ch-ơng 3 Ph-ơng pháp và thiết bị thực nghiệm
Hiệu suất chuyển hoá quang điện của pin mặt trời nano TiO2 phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có điện cực TCO Việc nâng cao độ dẫn cho điện cực TCO sẽ tăng dòng quang điện và cải thiện hiệu suất pin Để nâng cao chất lượng màng TCO, có thể lựa chọn phương pháp và điều kiện chế tạo phù hợp, cũng như chọn chất pha tạp Gần đây, việc pha tạp Bạc vào màng TCO đã được áp dụng nhằm giảm điện trở của các màng điện cực Sau khi tối ưu điều kiện chế tạo màng TCO, chúng tôi đã tiến hành pha tạp vật liệu nano Ag vào các màng SnO2 và In2O3, đồng thời khảo sát sự phụ thuộc của điện trở vào tỷ lệ pha tạp và nghiên cứu ảnh hưởng của sự pha tạp lên độ trong suốt của màng.
- AgNO 3 do Trung Quốc sản xuất
- Indium do Nga sản xuất
- SnCl 4 do Trung Quốc sản xuất
- Muối NH 4 NO 3 99% do Trung Quốc sản xuất
- Muối SbCl 3 >90% do Trung quốc sản xuất
- Cồn C 2 H 5 OH 99 % do Công ty hoá chất Đức Giang sản xuất
- N-ớc khử ion (Viện ITIMS- ĐHBKHN)
- N-ớc cất của Trung tâm Khoa học Môi tr-ờng- ĐHKHTN_HN
3.2 Thiết bị chế tạo màng vật liệu nano bằng ph-ơng pháp phun dung dịch trên đế nóng
Phương pháp “Phun dung dịch trên đế nóng” là một trong những kỹ thuật chế tạo vật liệu ôxít đơn giản và tiết kiệm chi phí So với nhiều phương pháp khác, nó không yêu cầu thiết bị đắt tiền, mang lại lợi thế lớn cho quá trình sản xuất Chúng tôi đã lựa chọn phương pháp này trong luận văn để tận dụng những ưu điểm của nó trong việc chế tạo vật liệu ôxít hiệu quả.
- Nguyên liệu ban đầu rẻ và dễ kiếm
- Dễ điều khiển đ-ợc các thành phần hoá học của màng chế tạo
- Thích hợp cho chế tạo hàng loạt
- Chu kỳ phát triển nhanh
- DÔ ®iÒu khiÓn vi cÊu tróc
- Thân thiện với môi tr-ờng
Phương pháp "Phun dung dịch trên đế nóng" yêu cầu vật liệu chế tạo màng phải hòa tan trong dung dịch và được phun lên đế nung nóng Đế được làm nóng đến nhiệt độ cao, tối đa lên đến 600°C, nhờ lò nung sử dụng đèn Halogen Ở nhiệt độ này, vật liệu có khả năng kết tinh ngay sau khi được phun lên đế Để đảm bảo kiểm soát nhiệt độ chính xác, chúng tôi đã áp dụng bộ khống chế nhiệt độ kỹ thuật số trong quá trình thực nghiệm Mô hình thực nghiệm chế tạo mẫu ở nhiệt độ cao được thể hiện trong hình 3.1.
Theo sơ đồ này ta có :
- Hộp inox bao bên ngoài đèn giúp bảo vệ và truyền nhiệt
- Đế giữ đèn làm bằng gỗ
- Bộ điều khiển và khống chế nhiệt độ
Bộ điều khiển và khống chế nhiệt độ:
Thiết bị này có tốc độ tăng nhiệt rất lớn hơn 200 o C/ phút Thiết bị có tác dụng nh- một lò nung có quán tính nhỏ
Theo sơ đồ hình 3.2 bộ khống chế nhiệt độ kỹ thuật số đ-ợc chia làm 8 khối và chúng có những chức năng nh-
1 - Khối đặt tín hiệu chuẩn nhiệt độ phòng
2 - Khối khuếch đại tín hiệu từ cặp nhiệt điện
Hộp inox bao bên ngoài đèn
Bé ®iÒu khiển và khèng chÕ nhiệt độ
Hình 3.1: Sơ đồ hệ tạo mẫu vật liệu nano bằng ph-ơng pháp
“Phun dung dịch trên đế nóng“
3 - Khối hiển thị nhiệt độ lò
5 - Khối đặt nhiệt độ khống chế
6 - Khối hiển thị giá trị đặt nhiệt độ
7 - Khối tạo dòng đốt lò
Giải thích chức năng và nguyên tắc hoạt động của các khối:
Khối 1 : Đ-a tín hiệu vào để chuẩn hệ thống về nhiệt độ phòng Điều này giúp cho thiết bị hoạt động chính xác không phụ thuộc nhiệt độ bên ngoài
Hình 3.2: Sơ đồ khối của bộ điều khiển và khống chế nhiệt độ
Khối 2 : Khuếch đại tín hiệu của cặp nhiệt điện để đ-a ra bộ hiển thị và lối vào của bộ so sánh Cặp nhiệt điện th-ờng cho giá trị thế nhiệt điện cỡ V do đó khối này có tác dụng khuếch đại tín hiệu đó lên cỡ mV để bộ hiển thị và bộ so sánh có thể hoạt động đ-ợc Hệ số khuếch đại đ-ợc đặt sao cho tín hiệu ra bộ hiển thị chỉ đúng nhiệt độ lò