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

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
Dye
A
N
O
D
E
TiO
2
D/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
2
Pin mặt trời chất mầu nhạy quang,
Michael Grätzel.
(thế hệ Pin mặt trời thứ 3)
 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 TiO
2
-CdS.
4
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
Energy
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
ER
g
E
0
2
2
8.1
]
11
[
2
8
2
)()(

πεε
−++=
 Hiệu ứng giam giữ lượng tử.
 Chất bán
dẫn.
Bán kính Bohr của một số chất bán dẫn.
Công thức kayanuma:
Quy trình tổng hợp chấm lượng tử CdS
Cd(CH
3
COO)
2
.2H
2
O
(Cadmium acetate)
CH
3
OH
Dung dịch không màu
Dung dịch nano CdS
60
0
C
HS(CH
2
)
3
Si(OCH
3

)
3
(MPTMS)
CH
3
CSNH
2
(Thioacetamide)
CH
3
OH
15’
15’
15’
10’
CH
3
CSNH
2
+ CH
3
OH → CH
3
COCH + NH
3
+ H
2
S
Cd
2+

+ H
2
S → CdS + 2H
+

6
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
λ (nm) 386 373 367 358
E
g
(R) (eV)
3,21 3,32 3,37 3,46
R (nm) 1,41 1,34 1,31 1,26
Phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch nano
CdS.
M=0,2 M=1,4
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.

8
 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 200
0
C.
 kích thước hạt CdS trong các mẫu chế tạo là nhỏ.
Kết quả và thảo luận về màng TiO
2
-CdS
Phổ UV-Vis của màng TiO
2
-CdS
sấy ở 200
o
C.
10
Màu sắc của màng TiO
2

-CdS theo
nhiệt độ nung.
(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 TiO
2
-CdS
Kết quả và thảo luận về màng TiO
2
-CdS
Phổ hấp thu của màng TiO
2

-CdS theo thời gian ngâm.
11
Kết quả và thảo luận về màng TiO
2
-CdS
Khi không có mặt TiO
2
:
CdS + hυ → CdS(h
+
+ e
-
).
CdS(h
+
+ e
-
) → CdS + hυ’
Có mặt TiO
2
cường độ phát quang giảm mạnh do:
CdS (h
+
+ e
-
) + TiO
2
→ CdS(h
+
) + TiO

2
(e
-
).
Điện tử dịch
chuyển thành công từ
CdS sang TiO
2
12
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 TiO
2
và sự dịch chuyển của các hạt tải điện từ vùng
dẫn CdS sang vùng dẫn của TiO
2
, 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
TiO
2
.
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
Cảm Ơn Thầy Cô và Các Bạn
Đã Lắng Nghe.
Đã Lắng Nghe.
16