Quang phổ Laser - Khảo sát trạng thái rắn của pin mặt trời TiO2 pha thêm Pb

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP
HỒ CHÍ MINH
HỒ CHÍ MINH
KHOA VẬT LÝ
KHOA VẬT LÝ
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG
SEMINAR
SEMINAR
:
:
Khảo sát trạng thái rắn của pin mặt
Khảo sát trạng thái rắn của pin mặt
trời TiO
trời TiO
2
2
pha thêm Pb
pha thêm Pb


Học viên: HOÀNG VĂN ANH
Học viên: HOÀNG VĂN ANH

3. Kết quả và thảo luận:
Phổ nhiễu xạ tia X với màng mỏng
TiO
2
pha thêm 10% Pb.trên đế Si ở
nhiều nhiệt độ khác nhau thể hiện
ở hình 1.Phổ XRD của màng mỏng
ở 400
0
C cho thấy tính chất vô định
hình của màng.Sự hình thành tinh
thể ở nhiệt độ 500
0
C và màng là đa
tinh thể,pha đơn A(Anatase) với
tinh thể định hướng cao mặt mạng
A(1 0 1) đến nhiệt độ 700
0
C. Ở
900
0
C, Đồng thời xuất hiện pha
R(rutile) quan sát được cùng với
cừờng độ mạnh của mặt mạng A(1
0 1).

Full-width at half-maximum
(FWHM) của đỉnh XRD với mặt

mạng A(1 0 1) và kích thước các
hạt tương ứng, được xác định bởi
dùng công thức Scherrer:Tg =
0,9.λ/βcosθ.
Tg kích thước hạt
Β là độ rộng(Radian) của đỉnh
nhiễu xạ tại ½ chiều cao của
đỉnh(độ rộng bán đỉnh).
θ góc nhiễu xạ.
λ bước sóng tia X.
và được thể hiện trong hình
2.Trong hình cho thấy sự tăng dần
kích thước các hạt với sự ủ nhiệt
tăng dần tới 700
0
C và trên 700
0
C
quan sát được sự tăng nhanh,cho
biết hình thành tinh thể ở nhiệt độ
cao.

Hình dạng bề mặt chụp bang SEM( hình 3)cho
thấy các hạt tinh thể nano có cấu trúc xốp với
màng có kích thước hạt thay đổi từ 10 –15 nm
đến 60 –150nm phụ thuộc vào sự ủ nhiệt.Kích
thước hạt thu được bởi SEM phù hợp với tính
toán bằng phương pháp FWHM của đỉnh
nhiễu xạ tia X. Mẫu ủ nhiệt ở 400
0

C,SEM cho
thấy bản chất vô định hình mà cũng được
chứng minh bởi kết quả của nhiễu xạ tia
X.Mẫu ủ nhiệt ở 500
0
C và 700
0
C các tinh thể có
cùng kích thước và hình dạng đã được quan
sát.Tuy nhiên ở 900
0
C, SEM cho thấy đồng
thời xuất hiện kích thước tinh thể lớn 150 nm
và nhỏ 60 nm có nhiều hình dạng khác
nhau,và có thể dẫn đến sự xuất hiện của phức
(A/R) được quan sát bởi XRD.Các kết quả cho
thấy rằng sự cải thiện những kết quả trước
đây,ở đó cho rằng xuất hiện hợp phức pha
(A/R) ngay cả 500
0
C và sự giảm tính chất của
tinh thể với việc pha thêm Pb vào TiO
2
đã
đươc quan sát.

Hình 4 là lấy đạo hàm dN(E)/dE phổ Auger
của mẫu ủ nhiệt ở 500
0
C, trong đó năng

lượng thay đổi từ 70 đến 600eV, đế được
làm sạch bằng Ar trong 1 min. Phổ cho ta
thấy các đỉnh 92,383, 418 và 512eV tương
ứng với chì Pb(NVV),Ti(L
2
,
3
M
2
,
3
M
2
,
3
),
Ti(L
3
, M
2
,
3
M
4
,
5
), và O(KL
2
,
3

L
2,3
), một cách
tương ứng, và …Ngoài ra, nó cũng không
chỉ ra các vết của cácbon hoặc các chất
trong suốt trong màng mỏng. Một đỉnh có
cường độ rất yếu cho biết nồng độ thấp của
chất thêm vào. Phổ này gợi ra rằng sự kết
hợp của Pb và TiO
2
và do đó có thể viết chất
đó là Pb
x
Ti
1-x
O
2
.

Hình 5 cho thấy độ dày
Auger của cùng loại
mẫu và cho biết sự phân
bố đều của Pb,Ti và O
dọc theo bề dày của
màng.
Phổ PL của màng TiO
2
tinh
khiết và pha thêm 10mol%
Pb vào TiO

2
trên đế Si và ủ
nhiệt ở 500
0
C, và được đo ở
77K ở hình 6.

Phổ cùa màng mòng TiO
2
tinh khiết giống với phổ phát
quang của anatase(gồm đơn và đa tinh thể) TiO
2
và
được coi là bức xạ kết hợp của sự tự bẫy exciton. Thêm
Pb là nguyên nhân của sự thay đổi phổ phát quang tiến
về vùng ánh sang bước sóng dài hơn và phù hợp với
các kết quả trước đó, tại đó chúng ta quan sát sự thay
đổi dần dần các đỉnh bức xạ tiến về bước sóng dài hơn
khi TiO
2
được pha tạp thêm Pb với hàm lượng tăng dần.
Điều này làm rõ sự giảm vùng cấm của màng mỏng TiO
2
pha Pb vào, và điều này cũng được làm rõ bởi phân tích
phổ UV- Visible.

4. Kết luận
Màng mỏng TiO
2
được pha Pb vào được tạo ra bằng phương pháp

sol-gel được dùng để tạo ra đặc tính mới làm giảm độ rộng vùng
cấm trong lớp tiếp xúc trong pin mặt trời(n-Pb
x
Ti
1-x
O
2
/p-CuInSe
2
).
Các kết quả cho thấy sự cải tiến vượt qua các kết quả trước đó về
trạng thái tinh thể và pha tinh thể và hình dạng bề mặt và tính đồng
nhất của màng mỏng.Màng mỏng đa tinh thể đơn pha(anatase) với
mặt mạng A((101) ủ nhiệt tới 700
0
C được quan sát bởi XRD.SEM
hình dạng bề mặt cho biết các tinh thể nano có cấu trúc xốp với các
phân tử có cùng kích thước và hình dạng.AES phân tích sự pha vào
của Pb vào TiO
2
và lý do của tạo Pb
x
Ti
1–x
O
2
.

Phương pháp độ sâu Auger cho ta biết sự phân bố đồng
đều của Pb.Ti và O dọc theo bề dày của của màng.Phổ

PL sự chuyển đổi của các đỉnh tiến về vùng bước sóng
dài hơn khi TiO
2
được pha thêm Pb, dẫn đến giảm độ
rộng vùng cấm của TiO
2
và các kết quả được xác định
bởi phổ UV-Vis và kính hiển vi PL.Hơn nũa sự pha thêm
Pb vào TiO
2
thì cần thiết để giảm vùng cấm hơn nữa và
tăng ái lực điện tử để liên kết các mức năng lượng của
Pb
x
Ti
1-x
O
2
với các mức của CuInSe
2
, để đạt được hiệu
suất theo lý thuyết 18% từ tế bào quang điện cấu tạo bởi
n-Pb
x
Ti
1-x
O
2
/p–CuInSe
2

.Nỗ lực để tạo màng Pb
x
Ti
1–x
O
2
đơn
pha với mong muốn đạt được những đặc tính của hiện
tượng quang điện để chế tạo tế bào quang điện n-Pb
x
Ti
1-
x
O
2
/p–CuInSe
2
.

Tài liệu tham khảo
1.K.Bcher. Frick.J. physic.Zelt 21(1980) 237.
2. B.O’Regan.M GratZel.Nature 353 (1991) 737.
3.M.M.
Rahman.T.Soga.T.Jimbo,M.UmenoJpn.J.Appl.pys.35(1996) 401.
4.SJ.Milne. SH.Pyke .J. Am.Ceram.Soc.74(1991)1407.
5. M.M. Rahman, T.Miki,K.M.Rishna, T.Soga, K.Igarashi,
S.Tanemura,M.umeno,Mater.Sci.Engg.B.in press.

Thank for your attention