Chế tạo màng mỏng TIO2 CDS cấu trúc NANO bằng công nghệ bốc bay kết hợp ủ nhiệt và khảo sát tính chất điện, quang, quang điện của chúng

12 283 0
  • Loading ...
1/12 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 15/12/2016, 15:23

I HC QUC GIA H NI TRNG I HC CễNG NGH PHAN TH QU ANH Chế tạo màng mỏng TiO2/CdS cấu trúc nano công nghệ bốc bay kết hợp ủ nhiệt khảo sát tính chất điện, quang, quang điện chúng LUN VN THC S H Ni 2010 I HC QUC GIA H NI TRNG I HC CễNG NGH PHAN TH QU ANH Chế tạo màng mỏng TiO2/CdS cấu trúc nano công nghệ bốc bay kết hợp ủ nhiệt khảo sát tính chất điện, quang, quang điện chúng Chuyờn ngnh: Vt liu v Linh kin nano LUN VN THC S NGI HNG DN KHOA HC: TS PHM DUY LONG H Ni 2010 M U Pin mt tri l thit b sn xut in trc tip t nng lng mt tri v c s dng rng rói ngy õy l gii phỏp s dng ngun nng lng sch thay th cho vic s dng ngun nng lng truyn thng ang dn cn kit nh du m, khớ t Vn mu cht nn cụng nghip hin phỏt trin cụng ngh gim giỏ thnh ch to v nõng cao hiu sut bin i quang in ca pin T bo quang in ca pin mt tri thc cht l mt lp chuyn tip pn dy v ó cú rt nhiu loi vt liu c s dng ch to nú; nhiờn hin cht bỏn dn silic c s dng nhiu nht Si l vt liu ph bin, ó v ang c sn xut vi s lng ln cú hiu sut chuyn i quang in cao Tuy giỏ thnh trờn mi Watt ca pin mt tri trờn nn tinh th silic ó gim rt ỏng k khong 10 nm tr li õy, nhng cỏc thit b s dng nng lng mt tri chuyn thnh in nng cũn rt t so vi giỏ in hin mi h gia ỡnh phi chi tr hng thỏng Nm 1991, s i ca dyesensitized solar cell (DSC) pin mt tri nhy quang da trờn nn vt liu TiO2 ó hn l mt vt liu thay th r tin hn nhiu so vi pin mt tri truyn thng Hin nay, th h pin mt tri ny ó t hiu qu chuyn húa n 11% v mt kh nng thớch nghi tt vi iu kin c chiu sỏng mụt khong thi gian di Thc nghim vi 8000 gi chiu sỏng vi cng gp 2,5 ln ỏnh sỏng mt tri, v nhit thc nghim l 80 90C cho thy hiu sut ch b gim i rt ớt, kt qu ca thớ nghim ny giỳp ta cú th tin tng vt liu ny cú th hot ng rt bn b khong thi gian ớt nht l 10 nm Hin hng nghiờn cu s dng mng mng TiO2 nh l in cc thu in t cỏc linh kin pin mt tri kiu mi (pin mt tri Grazel pin mt tri s dng vt liu composite) c bit c quan tõm v cho thy cú rt nhiu trin vng Ngi ta nhn thy bng vic thay i kớch thc v hỡnh dng ca cỏc nanụ tinh th TiO2 cú th tng c hiu sut lm vic ca cỏc linh kin lờn nhiu ln, iu ny m hng i mi cho vic nghiờn cu ch to cỏc pin mt tri giỏ r Cú nhiu phng phỏp cụng ngh khỏc ó c s dng ch to mng TiO2 cú cu trỳc nanụ nh cỏc phng phỏp nhỳng kộo, quay ph ly tõm hay ph tri s dng cụng ngh solgel Tuy nhiờn gn õy nhiu cụng trỡnh nghiờn cu ch rng bng phng phỏp vt lý nh bc bay chõn khụng kt hp nhit khụng nhng cú th ch to c mng TiO cu trỳc nanụ vi ng nht cao m cũn cú th d dng thay i c kớch thc v hỡnh dng ca cỏc ht nano tinh th c bit vi phng phỏp ny mng TiO2 cú th nhn c cú tinh khit cao Vic nghiờn cu ch to mng TiO2 cu trỳc nano v kho sỏt cỏc tớnh cht in, quang, quang in húa ca chỳng khụng ch cú ý ngha v khoa hc m nú cũn l c s ban u cho vic hng ti ch to pin mt tri kiu mi vi giỏ thnh h v kớch thc ln ng dng vo thc tin Vi cỏc mc ớch nh trờn, sau mt thi gian trung ch to v nghiờn cu, mng mng TiO2 ng dng lm in cc dng cho pin mt tri ó c ch to thnh cụng, cỏc kt qu kho sỏt bc u l kh quan Cỏc kt qu thu c v cu trỳc v hỡnh thỏi hc cng nh tớnh cht in, in quang v quang in húa ca cỏc mu ch to ó c tin hnh kho sỏt, ỏnh giỏ tỡm cỏc iu kin ti u cho vic ch to cỏc in cc dng TiO2 ng dng cho pin mt tri, ỏp ng mc tiờu an ton nng lng cho tng lai Do ú tụi chn hng nghiờn cu vi ni dung: Ch to mng mng TiO2/CdS cu trỳc nano bng cụng ngh bc bay kt hp nhit v kho sỏt tớnh cht in, quang, quang in ca chỳng lm ti khúa lun B cc ca khúa lun gm: Chng 1: Tng quan v vt liu TiO2 Trong phn tng quan ny s gii thiu v cu trỳc v cỏc tớnh cht in, quang, quang in ca vt liu nanụ tinh th TiO2 Chng 2: Thc nghim Phn thc nghim s trỡnh by v phng phỏp ch to mu v cỏc phng phỏp phõn tớch ỏnh giỏ phm cht ca mu ch to Chng 3: Kt qu v tho lun ỏnh giỏ cỏc kt qu ó t c, nhng hn ch quỏ trỡnh nghiờn cu v a cỏc gii phỏp mi Kt lun chung Ti liu tham kho Lun ny c hon thnh di s kt hp nghiờn cu v o to gia Khoa Vt lý K thut Trng i hc Cụng ngh i hc Quc gia H Ni v Phũng Cụng ngh mng mng cu trỳc nano CHNG TNG QUAN V VT LIU TiO2 1.1 Cu trỳc ca TiO2 ễxớt TiO2 c xem l vt liu bỏn dn vựng cm rng (vi Eg = 3.2eV 3.6 eV) Vt liu ny c ch to di dng kớch thc nano cho thy nhiu tớnh cht húa, lý thỳ v v ang rt c quan tõm nhiu lnh vc ng dng khỏc nh lnh vc quang xỳc tỏc, nghiờn cu ch to sens, cỏc linh kin in sc v cỏc linh kin tớch tr v chuyn húa nng lng Trong vt liu TiO2, cỏc nguyờn t ụxy v titan sp xp theo cu trỳc bỏt din (Hỡnh 1.1): Hỡnh 1.1 Cu trỳc bỏt din ca TiO2 Mi hỡnh bỏt din trờn c coi nh mt ụ c s mng tinh th Tựy theo ụ mng Bravais v v trớ tng i gia cỏc hỡnh bỏt din, TiO2 s cú cỏc dng thự hỡnh: brookite, anatase v rutile Rutile: l trng thỏi tinh th bn ca TiO2, pha rutile cú rng khe nng lng 3,02 eV Rutile l pha cú xp cht cao nht so vi pha cũn li, lng riờng 4,2 g/cm3 Rutile cú kiu mng Bravais t phng vi cỏc hỡnh bỏt din xp tiờp xỳc cỏc nh (Hỡnh 1.2) Hỡnh 1.2 Cu trỳc rutile Anatase: l pha cú hot tớnh quang hoỏ mnh nht pha Anatase cú rng khe nng lng 3,23 eV v lng riờng 3,9 g/cm3 Anatase cng cú kiu mng Bravais t phng nh rutile nhng cỏc hỡnh bỏt din xp tip xỳc cnh vi v trc c ca tinh th b kộo di (Hỡnh 1.3) Hỡnh 1.3 Cu trỳc Anatase Brookite: cú hot tớnh quang hoỏ rt yu Brookite cú rng khe nng lng 3,4 eV, lng riờng 4,1 g/cm3 (Hỡnh 1.4) Do vt liu mng mng v ht nano TiO2 ch tn ti dng thự hỡnh anatase v rutile, hn na kh nng xỳc tỏc quang ca brookite hu nh khụng cú nờn ta s khụng xột n pha brookite phn cũn li ca ti Hỡnh 1.4 Pha brookite TiO2 cú mt s tớnh cht u vit thớch hp dựng lm cht quang xỳc tỏc: Hp th ỏnh sỏng vựng t ngoi, cho ỏnh sỏng vựng hng ngoi v kh kin truyn qua L vt liu cú xp cao vỡ vy tng cng kh nng xỳc tỏc b mt i lc b mt TiO2 i vi cỏc phõn t rt cao ú d dng ph lp TiO2 lờn cỏc loi vi bỏm dớnh rt tt Giỏ thnh thp, d sn xut vi s lng ln, tr hoỏ hc, khụng c, thõn thin vi mụi trng v cú kh nng tng hp sinh hc cao 1.2 Tớnh cht in ca tinh th nano TiO2 Hu ht cỏc nghiờn cu v tớnh dn in ca tinh th nano TiO2 c tin hnh bng cỏch cho mng tip xỳc vi dung dch in phõn bi vỡ nú cú hiu sut chuyn i nng lng cao ng dng lm pin mt tri (t bo Gratzel) (Hỡnh 1.5) H o in húa Mỏy vi tớnh Hỡnh 1.5 S nguyờn lý h o in húa : in cc lm vic (Mu: TiO2) ; in cc i Pt Trong ng dng ny cỏc l xp b mt c ph bng nhng lp hu c siờu mng v tip xỳc vi dung dch cht in phõn thm thu thụng qua cỏc l xp Trong thớ nghim ny cht in phõn úng vai trũ l mn ngn in trng l xp v khuch tỏn ht ti in Cỏc nghiờn cu cng cho thy cú th thay cht in phõn bng cỏc cht cỏch in trung bỡnh nh cht khớ, chõn khụng tng kh nng nh lng mt cỏch rừ rng cỏc tớnh cht ti in ca vt liu Vic o lng dn in mng xp TiO vi lp lc khớ hay l cỏch in bng Pt/TiO2 cho thy cu trỳc ro chn Schottky cao khong 1.7eV tng ng vi ỏi lc in t c 3.9eV i vi mng TiO2 v di 300K xy hiu ng xuyờn hm Thi gian sng ca in t c lp vi mt dũng tiờm, cũn quỏ trỡnh tỏi hp in t l trng li ph thuc vo mt dũng tiờm Vic nghiờn cu s ph thuc ca dn vo nhit v ỏp sut ca ụxy i vi trng thỏi rutile v anatase cho thy giỏ tr tuyt i ca dn c lp vi nhit hot húa nng lng E A = 0.85eV v ph thuc vo ỏp sut O2 p(O2) < 110 mbar Khi xp ca mng TiO2 gim thỡ tớnh cht in ph thuc vo hot húa b mt dn n s hỡnh thnh mc donor nụng v mc sõu ca by bt Bờn cnh ú, cỏc tớnh cht in v khuyt tt nhit ng lc ca tinh th TiO2 cng ph thuc vo ỏp sut riờng phn ca ụxy C th p(O2) > mbar dn in l hng s, ngc li p(O2) < 1014 mbar dn tng nhanh theo gim ca ỏp sut O2 vi h s m t l n = 1/2 ( ~ [p(O2)]n) Tớnh n nh dn in ti ỏp sut O2 cao cú th hiu l s dn cỏc domain ion, cũn i vi vt liu TiO2 ht thụ, dn l trng chim u th Khi dn bng domain ion thỡ nng lng hot ng c ~ 1.0 0.1eV, ngc li nng lng hot ng ch khỏc l 3.9 0.2 eV Vic o lng in tr sut v hiu ng Hall cng cho thy s chuyn tip kim loi cỏch in vựng donor ca mng mng anatase cú s trung donor cao iu ny li khụng c quan sỏt thy cu trỳc rutile iu kin tng t H qu l bỏn kớnh Bohr ca electron donor anatase b nh hng nhiu hn rutile, ú nh hng ca lng thỡ ngc li V cng cho thy rng nng lng mc donor anatase l rt nụng Ph quang hp th v quang dn cho thy vựng hp th ca mng anatase rng hn mng rutile nhit phũng (3.2 eV i vi anatase v 3.0 eV i vi rutile) Tớnh cht quang dn cng c nghiờn cu cỏc h hp cht: TiO C60 cho thy dn tng mnh i vi bc súng < 300nm Mc dự hiu ng quang xỳc tỏc c s dng vic kh c nc thi, nhng TiO cú rng vựng cm l 3.2 eV khụng thun li cho quỏ trỡnh hp thu vỡ phi s dng ỏnh sỏng cú bc súng ngn hn 400nm kớch thớch quỏ trỡnh to cp in t l trng Vỡ vy, vic pha cỏc kim loi chuyn tip nhm gim rng vựng cm cng c quan tõm, nhng iu ny li lm thay i TI LIU THAM KHO Ting Vit GS.TS Nguyn Nng nh (2005), Giỏo trỡnh Vt lý k thut v mng mng, Nh xut bn i hc Quc Gia H Ni GS Phan Hng Khụi (2006), Bi ging Nhp mụn Khoa hc v Cụng ngh Nano, Trng i hc Cụng ngh, i hc Quc gia H Ni Ting Anh Dobrowolski J.A., Ranger.M., and Wilkerson.R.L (1983), ``Measure the angular evaporation characteristics of sources, J Vac Sci Tech A.,1: 1403 Fang.J.H., Lu.X.M., et.al., (1998), ``CdSe/ TiO2 nanocrystalline solar cells, Supramolecular Science (5-6) (p 709-711) Graper E.G., (1995), ``Electron beam evaporation, Handbook of thin film process technology (D.B Glocker and S.I Shar, eds) Sec A1.2, Institute of Physics Publishing Glang R (1970), ``Vacuum Evaporation, Handbook of thin film technology (L.I Maissel and Glang, eds), Mc Graw-Hill, (p.1-20) Oey.C.C., Djurisic.A.B., Wang.H., et.al., (2006), ``Polymer-TiO2 solar cells: TiO2 interconnected network for improved cell performance, Nanotechnology 17 (p 706-713) Prevey P.S., (1986), ``X-ray diffraction residual stress techniques, Materials Characterization 10, 9th eds, ASM Metals Handbook (R.E Whan, et.al., eds) (p 380) 9 Sankapal B.R., Lux-Steiner M.Ch., Ennaoun A., (2005), ``Synthesis and characterization of anatase-TiO2 thin film, Applied Suface Science 239 (p 165-170) 10 Xie.Z, Henry.B.M., et.al., (2006), ``Study of the effect of changing the microstructure of titania layers on composite solar all performance, Thin Solid Films (511, 512) (p 523-528) Venkatachalam N, Palanichamy M, Murugesan.V (2007), ``Sol-gel preraration and characterization of nanosize TiO2 : Its photocatalytic performance, Materials Chemistry and Physics 10 [...]...TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1 GS.TS Nguyễn Năng Định (2005), Giáo trình “Vật lý kỹ thuật và màng mỏng , Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Hà Nội 2 GS Phan Hồng Khôi (2006), Bài giảng Nhập môn Khoa học và Công nghệ Nano, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh 3 Dobrowolski J.A., Ranger.M., and Wilkerson.R.L... (2006), ``Polymer -TiO2 solar cells: TiO2 interconnected network for improved cell performance”, Nanotechnology 17 (p 706-713) 8 Prevey P.S., (1986), ``X-ray diffraction residual stress techniques”, Materials Characterization 10, 9th eds, ASM Metals Handbook (R.E Whan, et.al., eds) (p 380) 9 Sankapal B.R., Lux-Steiner M.Ch., Ennaoun A., (2005), ``Synthesis and characterization of anatase -TiO2 thin film”,... Tiếng Anh 3 Dobrowolski J.A., Ranger.M., and Wilkerson.R.L (1983), ``Measure the angular evaporation characteristics of sources,” J Vac Sci Tech A.,1: 1403 4 Fang.J.H., Lu.X.M., et.al., (1998), ``CdSe/ TiO2 nanocrystalline solar cells”, Supramolecular Science 5 (5-6) (p 709-711) 5 Graper E.G., (1995), ``Electron beam evaporation”, Handbook of thin film process technology (D.B Glocker and S.I Shar, eds)... microstructure of titania layers on composite solar all performance”, Thin Solid Films (511, 512) (p 523-528) Venkatachalam N, Palanichamy M, Murugesan.V (2007), ``Sol-gel preraration and characterization of nanosize TiO2 : Its photocatalytic performance”, Materials Chemistry and Physics 10 ... NGH PHAN TH QU ANH Chế tạo màng mỏng TiO2/ CdS cấu trúc nano công nghệ bốc bay kết hợp ủ nhiệt khảo sát tính chất điện, quang, quang điện chúng Chuyờn ngnh: Vt liu v Linh kin nano LUN VN THC S... sỏt tớnh cht in, quang, quang in ca chỳng lm ti khúa lun B cc ca khúa lun gm: Chng 1: Tng quan v vt liu TiO2 Trong phn tng quan ny s gii thiu v cu trỳc v cỏc tớnh cht in, quang, quang in ca vt... to cỏc in cc dng TiO2 ng dng cho pin mt tri, ỏp ng mc tiờu an ton nng lng cho tng lai Do ú tụi chn hng nghiờn cu vi ni dung: Ch to mng mng TiO2/ CdS cu trỳc nano bng cụng ngh bc bay kt hp nhit
- Xem thêm -

Xem thêm: Chế tạo màng mỏng TIO2 CDS cấu trúc NANO bằng công nghệ bốc bay kết hợp ủ nhiệt và khảo sát tính chất điện, quang, quang điện của chúng , Chế tạo màng mỏng TIO2 CDS cấu trúc NANO bằng công nghệ bốc bay kết hợp ủ nhiệt và khảo sát tính chất điện, quang, quang điện của chúng , Chế tạo màng mỏng TIO2 CDS cấu trúc NANO bằng công nghệ bốc bay kết hợp ủ nhiệt và khảo sát tính chất điện, quang, quang điện của chúng

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn