Luận án Tiến sĩ Vật Lý: Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của các nano tinh thể CdTeSe và Curcumin, định hướng ứng dụng trong quang điện

Chia sẻ: Lê Thị Hồng Nhung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:164

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của nghiên cứu là chế tạo, nghiên cứu các QD CdTeSe và chất màu curcumin, nhằm định hướng cho ứng dụng làm chất nhạy sáng trong pin mặt trời QDSSC và DSSC. Mời các bạn tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Vật Lý: Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của các nano tinh thể CdTeSe và Curcumin, định hướng ứng dụng trong quang điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Lê Xuân Hùng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC NANO TINH THỂ CdTeSe VÀ CURCUMIN, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG QUANG ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ Hà Nội – 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Lê Xuân Hùng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC NANO TINH THỂ CdTeSe VÀ CURCUMIN, ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG QUANG ĐIỆN Chuyên ngành: Quang học Mã sỗ: 9440110 LUẬN ÁN TIẾN SỸ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. Phạm Thu Nga 2. PGS. TS. Nguyễn Thị Thục Hiền Hà Nội – 2018
i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS.TS. Phạm Thu Nga và PGS.TS. Nguyễn Thị Thục Hiền, những người thầy đã nhiệt tình hướng dẫn, định hướng khoa học và truyền đạt nhiều kiến thức quý báu, giúp tôi cả về vật chất và tinh thần để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin cám ơn Viện Vật lý, Viện Khoa học Vật liệu và Học viện Khoa học và Công nghệ, thuộc Viện Hàn Lâm KH & CN Việt Nam đã luôn quan tâm đến tiến độ công việc và tạo điều kiện thuân lợi cho tôi học tập và nghiên cứu. Tôi cũng xin gửi đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Duy Tân, Viện Nghiên cứu và phát triển CNC và các phòng ban chức năng thuộc ĐH Duy Tân lời cảm ơn trân trọng vì sự quan tâm, tạo điều kiện hỗ trợ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TSKH. Vũ Xuân Quang, Viện trưởng Viện Nghiên cứu và Phát triển CNC-ĐH Duy Tân; PGS. TS. Nguyễn Xuân Nghĩa, Viện Vật lý đã động viên, góp ý, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn PGS. TS. Lê Văn Vũ, Giám đốc Trung tâm Khoa học Vật liệu, thuộc Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học tự nhiên; PGS.TS. Phạm Duy Long, phòng Vật liệu linh kiện năng lượng; TS. Đào Ngọc Nhiệm, phòng Vật liệu vô cơ, Viện Khoa học vật liệu; GS. Agnès Maître, TS. Laurent Coolen và cộng sự, Viện Khoa học về Nano Paris (INSP), Đại học Pierre và Marie Curie & CNRS, Pháp; đã giúp tôi thực hiện một số phép đo các mẫu nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Vũ Đức Chính, ThS. Phạm Nam Thắng, ThS. Hoàng Văn Nông và các anh, chị phòng Vật liệu và ứng dụng quang sợi, phòng Vật liệu vô cơ cùng các đồng nghiệp phòng TN Quang phổ-ĐH Duy Tân đã luôn giúp đỡ tôi trong việc thực hiện đề tài này. Cuối cùng tôi xin dành những tình cảm đặc biệt và lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, những người thân đặc biệt là mẹ và vợ của tôi cùng bạn bè đã luôn ở bên, động viên và tin tưởng giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để thực hiện tốt đề tài luận án. Tác giả luận án Lê Xuân Hùng
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phạm Thu Nga và PGS.TS. Nguyễn Thị Thục Hiền. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tác giả luận án Lê Xuân Hùng
iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................ vi DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ ................................................................vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT........................................xii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NANO TINH THỂ BÁN DẪN, CHẤT MÀU TỰ NHIÊN CURCUMIN VÀ PIN MẶT TRỜI DÙNG CHẤT NHẠY SÁNG .. 9 1.1. Các nano tinh thể bán dẫn là các chấm lượng tử và chấm lượng tử hợp kim ba thành phần .................................................................................................. 9 1.1.1. Cấu trúc điện tử và tính chất quang của các chấm lượng tử .................... 9 1.1.1.1. Cấu trúc điện tử cơ bản của các QD ............................................................... 9 1.1.1.2. Chuyển dời quang học của các QD............................................................... 14 1.1.1.3. Thời gian sống của exciton trong các QD và mối liên hệ giữa hiệu suất lượng tử và thời gian sống huỳnh quang .................................................................... 15 1.1.1.4. Các phonon trong tinh thể ............................................................................. 17 1.1.2. Chấm lượng tử hợp kim ba thành phần CdTeSe ..................................... 21 1.1.2.1. Cấu trúc mạng tinh thể của QD CdTexSe1-x .................................................. 21 1.1.2.2. Tính chất quang của QD CdTexSe1-x: hiệu ứng optical bowing .................... 23 1.2. Tổng quan về chất màu tự nhiên curcumin ................................................ 26 1.2.1. Giới thiệu về curcumin .............................................................................. 26 1.2.2. Tính chất hóa học của curcuminoid ......................................................... 28 1.2.2.1. Cấu trúc hóa học của curcuminoid ............................................................... 28 1.2.2.2. Tính chất hóa học của curcuminoid .............................................................. 29 1.2.3. Tính chất quang của chất màu tự nhiên curcumin ................................. 30 1.2.3.1. Phổ hấp thụ ................................................................................................... 30 1.2.3.2. Phổ huỳnh quang ........................................................................................... 31 1.3. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất của pin mặt trời ..................................................................................................... 32 1.3.1. Giới thiệu chung về pin mặt trời dùng chất nhạy sáng (sensitizer solar cell). ...................................................................................................................... 32 1.3.2. Cấu tạo của pin mặt trời dùng chất nhạy sáng. ....................................... 35 1.3.3. Các thông số của pin. ................................................................................ 37 1.3.3.1. Hiệu suất chuyển đổi photon thành dòng điện .............................................. 37 1.3.3.2. Đặc trưng mật độ dòng - điện áp (J-V) ......................................................... 38
iv CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU VÀ CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM ..................................................................................................... 41 2.1. Chế tạo các chấm lượng tử CdTeSe và cấu trúc lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe (ZnTe) ..................................................................................................................... 41 2.1.1. Chế tạo các chấm lượng tử CdTeSe.......................................................... 43 2.1.1.1. Chế tạo CdTeSe với tỉ lệ mol chất ban đầu Cd:(Te: Se) khác nhau.............. 43 2.1.1.2. Chế tạo các QD CdTeSe ở nhiệt độ khác nhau ............................................. 46 2.1.1.3. Chế tạo các QD CdTexSe1-x với lượng Te(x) thay đổi (x = 0; 0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1) .................................................................................................................. 46 2.1.2. Bọc các chấm lượng tử CdTeSe bởi lớp vỏ ZnSe và ZnTe ...................... 47 2.1.2.1. Bọc các QD CdTeSe với lớp vỏ ZnSe ............................................................ 47 2.1.2.2. Các QD CdTeSe bọc vỏ ZnTe........................................................................ 49 2.1.3. Biến đổi bề mặt các chấm lượng tử với axít mercaptopropionic (MPA) 49 2.2. Chế tạo curcumin từ củ nghệ vàng Việt Nam ............................................. 53 2.3. Các phương pháp vật lý sử dụng trong nghiên cứu ................................... 54 2.3.1. Nghiên cứu hình thái học và cấu trúc ...................................................... 54 2.3.1.1. Xác định hình dáng và phân bố kích thước bằng kính hiển vi điện tử truyền qua và kính hiển vi điện tử quét ................................................................................. 54 2.3.1.2. Xác định pha tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. ............................. 56 2.3.2. Các phương pháp nghiên cứu tính chất dao động và tính chất quang .. 57 2.3.2.1. Phương pháp ghi phổ tán xạ Raman ở nhiệt độ phòng và các nhiệt độ khác nhau (300K- 84K) ....................................................................................................... 57 2.3.2.2. Phổ hấp thụ quang học .................................................................................. 60 2.3.2.3. Phổ quang huỳnh quang ở nhiệt độ phòng và các nhiệt độ khác nhau (300K - 84K) ............................................................................................................... 61 2.3.2.4. Phép đo hiệu suất lượng tử của QD .............................................................. 62 2.3.2.5. Phép đo huỳnh quang phân giải theo thời gian và xác định thời gian sống của QD ....................................................................................................................... 63 2.4. Chế tạo linh kiện pin mặt trời sử dụng chấm lượng tử và chất màu curcumin làm chất nhạy sáng ............................................................................. 64 2.4.1. Chế tạo linh kiện ........................................................................................ 65 2.4.1.1. Chế tạo điện cực anốt – quang ...................................................................... 65 2.4.1.2. Chế tạo điện cực đối và chất điện ly lỏng ..................................................... 68 2.4.1.3. Lắng đọng chất nhạy sáng trên màng xốp oxít ............................................. 69 2.4.1.4. Lắp ráp, tạo thành linh kiện .......................................................................... 70 2.4.2. Phép đo thông số của linh kiện pin mặt trời ............................................ 71 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN VỀ CÁC CHẤM LƯỢNG TỬ CdTeSe CẤU TRÚC LÕI VÀ LÕI/VỎ................................................................. 73
v 3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ các chất ban đầu đến tính chất các chấm lượng tử CdTeSe ................................................................................................................... 73 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nuôi đến tính chất của các chấm lượng tử ........ 77 3.2.1. Hình thái học và cấu trúc tinh thể ............................................................ 77 3.2.2. Các phổ hấp thụ và huỳnh quang ............................................................. 81 3.2.3. Phổ tán xạ Raman và huỳnh quang của các chấm lượng tử CdTeSe được đo tại các nhiệt độ khác nhau từ 300K xuống 84K ................................... 84 3.3. Ảnh hưởng của thành phần lên tính chất của các chấm lượng tử CdTexSe1-x .............................................................................................................. 87 3.3.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái học của các QD CdTexSe1-x ..................... 87 3.3.2. Tính chất quang của QD hợp kim CdTexSe1-x .......................................... 91 3.4. Ảnh hưởng của chiều dày lớp vỏ đến tính chất của các chấm lượng tử cấu trúc lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe (ZnTe).......................................................................... 94 3.4.1. Các chấm lượng tử lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe................................................... 96 3.4.2. Các chấm lượng tử lõi/vỏ CdTeSe/ZnTe ................................................ 101 3.4.3. Thời gian sống phát xạ của exciton trong các chấm lượng tử lõi/vỏ và hiện tượng nhấp nháy huỳnh quang của đơn chấm ........................................ 104 3.4.3.1. Thời gian sống phát xạ của exciton trong các QD ...................................... 104 3.4.3.2. Tính chất nhấp nháy huỳnh quang của đơn chấm CdTeSe/ZnSe 2ML ....... 107 3.5. Tính chất quang của các chấm lượng tử đã biến đổi bề mặt ................... 109 3.6. Kết quả đo thông số của pin mặt trời thử nghiệm chế tạo và dùng các chấm lượng tử làm chất nhạy sáng ................................................................... 112 3.6.1. Ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai điển cực lên các thông số của pin ................................................................................................................ 112 3.6.2. Kết quả đo thông số pin khi thành phần Te của các QD CdTeSe thay đổi ............................................................................................................... 114 3.6.3. Pin mặt trời dùng chất nhạy sáng là các QD lõi / vỏ ............................. 115 CHƯƠNG 4. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ CHẤT MÀU TỰ NHIÊN CURCUMIN .......................................................................................................... 119 4.1. Nghiên cứu nhận dạng pha kết tinh tinh thể của curcumin ............................... 120 4.2. Nghiên cứu phổ dao động của phân tử curcumin bằng phổ Raman ................. 123 4.3. Nghiên cứu tính chất hấp thụ và huỳnh quang của chất màu curcumin tự nhiên ........................................................................................................................... 127 4.4. Kết quả đo thông số của pin mặt trời dùng curcumin làm chất nhạy sáng ..... 131 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 136 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ...................... 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 141
vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Thành phần chính của củ ngệ vàng ............................................................. 26 Bảng 3.1. Thông số về phổ huỳnh quang của các QD chế tạo theo các nhiệt độ khác nhau trong môi trường ODE-OA ................................................................ 82 Bảng 3.2. Thông số về phổ huỳnh quang của các QD có thành phần Te thay đổi ...... 92 Bảng 3.3. Thông số về phổ huỳnh quang của các QD lõi CdTeSe và lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe nML (với n =1, 2, 4, 6 ML) ................................................. 99 Bảng 3.4. Thông số về phổ huỳnh quang của các QD lõi CdTeSe và lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe nML (với n =1, 2, 4, 6 ML) ............................................... 103 Bảng 3.5. Thời gian sống của exciton dựa trên việc làm khớp đường cong suy giảm thời gian trong các mẫu QD lõi CdTeSe và lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe có chiều dày lớp vỏ thay đổi .................................................................................... 105 Bảng 3.6. Thời gian sống của excton dựa trên việc làm khớp đường cong suy giảm thời gian trong các mẫu QD lõi CdTeSe và lõi/vỏ CdTeSe/ZnTe có chiều dày lớp vỏ thay đổi .................................................................................... 106 Bảng 3.7. Bảng các thông số đặc trưng của pin mặt trời với khoảng cách giữa hai điện cực thay đổi ....................................................................................... 113 Bảng 3.8. Bảng các thông số đặc trưng của pin mặt trời sử dụng các QD với thành phần Te thay đổi ........................................................................................ 114 Bảng 3.9. Các thông số đặc trưng của pin mặt trời với các QD lõi/vỏ khác nhau .... 116 Bảng 4.1. Bảng giá trị dhkl được tính từ giản đồ XRD của bột curcumin chế tạo được so với thẻ chuẩn JPDS 09-816 ................................................................... 120 Bảng 4.2. Hàm lượng của các thành phần curcumin có trong các mẫu N1, N2, N3, N5 được phân tích bằng phương pháp HPLC/MS .................................... 121 Bảng 4.3. Tần số dao động thực nghiệm của curcumin trong vùng 900-1700 cm-1 . 125 Bảng 4.4. Các thông số đặc trưng của pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng là curcumin với nồng độ thay đổi .................................................................................. 132
vii DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ minh họa sự hình thành các vùng năng lượng từ các quỹ đạo nguyên tử cho nguyên tố được giả định M. Khi số nguyên tử tăng lên, khoảng cách giữa các mức năng lượng giảm đi. Trong một tinh thể vĩ mô, chứa ~1023 nguyên tử, khoảng cách giữa các mức năng lượng là đủ nhỏ mà có thể được coi một dải năng lượng liên tục. .................................................................................... 9 Hình 1.2. a) Các nghiệm hàm sóng (x) đối với bài toán một hạt trong một hộp 1D. b) Sơ đồ lượng tử hóa các mức năng lượng trong các nano tinh thể bán dẫn, với sự tăng độ rộng vùng cấm khi kích thước hạt giảm ....................................... 11 Hình 1.3. Sơ đồ các mức năng lượng phụ thuộc kích thước và các chuyển dời hấp thụ quang học được phép trong QD .................................................................... 14 Hình 1.4. Sơ đồ mạng tinh thể điều hòa mô tả các nguyên tử (đường tròn màu đỏ) được nối bằng các lò xo. Hình trên: tất cả các nguyên tử đều nằm ở vị trí cân bằng của chúng, với khoảng cách phân chia a. Hình dưới: các nguyên tử bị tác động ra khỏi vị trí cân bằng bằng một số các lực nén lò xo và kéo giãn. Khoảng cách dịch chuyển từ vị trí cân bằng đối với nguyên tử thứ n là u(na)17 Hình 1.5. Sơ đồ mô tả chuỗi 1D với hai đơn vị nguyên tử và các lo xo khác nhau ......... 18 Hình 1.6. a) Mối quan hệ tán sắc đối với chuỗi 1D trên cơ sở 2 nguyên tử, với các mode âm tần số thấp hơn và các mode quang tần số cao hơn. b) Sơ đồ mô tả các mode quang ngang (phía trên) và âm ngang (phía dưới) trên cơ sở 2 nguyên tử .................................................................................................................... 19 Hình 1.7. Bên trái: vùng Brillouin thứ nhất cho tinh thể lập phương giả kẽm, ứng với đối xứng điểm. Bên phải: Đường cong tán sắc phonon được tính toán cho zb- CdSe, đưa ra cả phonon quang và phonon âm, cũng như sự khác nhau giữa các phonon ngang và dọc .............................................................................. 20 Hình 1.8. (a) Giản đồ pha của CdTe-CdSe, (b) sơ đồ ô cơ sở cấu trúc lập phương (zb) hoạt tính quang, (c) sơ đồ ô cơ sở cấu trúc lục giác (wz) không hoạt tính quang .............................................................................................................. 21 Hình 1.9. Bước sóng đỉnh hấp thụ thứ nhất của QD CdTexSe1-x như là hàm của đường kính D của QD (tính theo angstrom), tại các giá trị thành phần x khác nhau 24 Hình 1.10. Một số loài nghệ đặc trưng ............................................................................ 26 Hình 1.11. Cấu trúc các thành phần của curcuminoid .................................................... 27 Hình 1.12. Các đồng phân của curcumin: (1) s-cis-diketone, (2) s-trans-diketone, (3) enol ......................................................................................................................... 28
viii Hình 1.13. Phổ hấp thụ của các thành phần curcumin ................................................... 30 Hình 1.14. Phổ khích thích và huỳnh quang của curcumin (1) và di-O-acetylated (7) và trong methanol ............................................................................................... 30 Hình 1.15. Cấu tạo của pin mặt trời dụng chất nhạy sáng .............................................. 35 Hình 1.16. Sơ đồ các mức năng lượng của các vật liệu cấu tạo nên pin mặt trời QDSSC ......................................................................................................................... 36 Hình 1.17. Đường đặc trưng J-V của QDSSC ................................................................. 38 Hình 2.1. Sơ đồ chế tạo các QD CdTeSe trong môi trường ODE-OA ............................. 44 Hình 2.2. Ảnh về quy trình chế tạo các QD (a, b, c), và ảnh các QD khi chiếu dưới đèn tử ngoại: các QD khi nhiệt độ chế tạo thay đổi (d), các QD thay đổi thành phần Te (e) ..................................................................................................... 45 Hình 2.3. Sơ đồ chế tạo các QD lõi / vỏ trong môi trường ODE ..................................... 48 Hình 2.4. Cấu trúc phân tử của MPA .............................................................................. 50 Hình 2.5. Sơ đồ biến đổi bề mặt các QD.......................................................................... 51 Hình 2.6. Sơ đồ tách chiết Curcumin từ củ nghệ vàng .................................................... 53 Hình 2.7. Một sóng điện từ tới với một tần số đã cho tương tác với một mẫu phân tử. Một mode dao động của mẫu với tần số vib điều biến (điều chỉnh) tần số laser, và dạng sóng bị điều biến như là thành phần tần số tại 0, 0 - vib (tán xạ Stockes, dịch chuyển đỏ) và 0 + vib (tán xạ anti-Stockes, dịch chuyển xanh blue) ..... 58 Hình 2.8. Sơ đồ khối hệ đo huỳnh quang phân giải thời gian .......................................... 63 Hình 2.9. Sơ đồ chế tạo pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng ......................................... 64 Hình 2.10. Ảnh bề mặt màng TiO2 với các độ phóng đại 35 lần (a),50000 lần (b) và ảnh mặt cắt của màng TiO2 trong 1 lần phủ (c), 2 lần phủ (d) được chụp bằng ảnh SEM ............................................................................................................... 65 Hình 2.11. Ảnh mặt cắt màng MWCNT – TiO2 của điện cực đối .................................... 67 Hình 2.12. Một số hình ảnh về linh kiện pin mặt trời: a) ảnh điện cực quang sau khi ngâm điện cực này trong chất nhạy sáng, b) ảnh điện cực đối sau khi phủ lớp MWCNT, c) linh kiên pin mặt trời dùng chất nhạy sáng là các QD sau khi lắp ghép, d) linh kiện pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng là chất màu tự nhiên curcumin sau khi lắp ghép ............................................................................. 69 Hình 2.13. Mô hình mạch tương tương diốt cơ bản đối với pin mặt trời......................... 70 Hình 3.1. Ảnh chụp các mẫu QD hợp kim CdTeSe chế tạo theo hai tỷ lệ các chất ban đầu khác nhau: dưới ánh sáng thường (a) và dưới ánh sáng đèn tử ngoại (b) ....... 73 Hình 3.2. Phổ Raman của các QD CdTeSe với tỷ lệ mol ban đầu khác nhau. ................. 74
ix Hình 3.3. Phổ hấp thụ và huỳnh quang của các mẫu có tỷ lệ mol các chất ban đầu khác nhau. ................................................................................................................. 75 Hình 3.4. Giản đồ nhiểu xạ tia X của các QD chế tạo ở các nhiệt độ khác nhau ........... 77 Hình 3.5. Phổ Raman của các QD được chế tạo ở các nhiệt độ khác nhau (a), và tỷ số cường độ của vạch LO2 (188 cm-1) với LO1 (159 cm-1) khi làm khớp (b). ....... 78 Hình 3.6. Ảnh TEM của QD CdTeSe chế tạo ở 260 oC.................................................... 79 Hình 3.7. Phổ hấp thụ của các QD chế tạo tại các nhiệt độ khác nhau từ 180 oC đến 280 oC ...................................................................................................................... 81 Hình 3.8. Phổ huỳnh quang của QD chế tạo tại các nhiệt độ khác nhau từ 180 oC đến 280 oC ............................................................................................................... 81 Hình 3.9. (a) Sự phụ thuộc Raman vào nhiệt độ của các QD hợp kim ba thành phần CdTeSe. Hình cài là đồ thị mô tả sự phụ thuộc tần số của vạch LO1 và LO2 vào nhiệt.độ. (b) Một phần phổ Raman trong dải từ 140 cm-1 đến 220 cm-1 được chuẩn hóa để quan sát sự thay đổi các mode dao động theo nhiệt độ. ............ 83 Hình 3.10. Sơ đồ minh họa thế năng dao động điều hòa và thế năng Morse .................. 85 Hình 3.11. Phổ huỳnh quang đo tại các nhiệt độ khác nhau (từ 84K tới 300K) của một mẫu QD CdTeSe ............................................................................................ 85 Hình 3.12. Sự phụ thuộc của cực đại phát xạ (a) và độ bán rộng của phổ (b) vào nhiệt độ của các QD CdTeSe ....................................................................................... 86 Hình 3.13. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các các chấm lượng tử CdTexSe1-x chế tạo tại nhiệt độ 260 oC trong 10 phút với thành phần Te thay đổi (x=0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 08). Các vạch nhiễu xạ đối với vật liệu khối cho zb-CdSe và zb-CdSe cũng được đưa ra ............................................................................................................ . 87 Hình 3.14. Phổ Raman của các QD CdTexSe1-x chế tạo tại nhiệt độ 260 oC trong 10 phút với thành phần Te thay đổi (x=0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 08). .................................. 89 Hình 3.15. Ảnh TEM của các QD CdTexSe1-x chế tạo tại 260 oC (10 phút) với hàm lượng Te khác nhau, từ 0,2 tới 0,8 tương ứng với ảnh a, b, c, d và e ...................... 90 Hình 3.16. Phổ hấp thụ của các QD CdTexSe1-x chế tạo tại 260 oC trong 10 phút với hàm lượng Te thay đổi từ 0,2 tới 0,8 ..................................................................... 90 Hình 3.17. Phổ huỳnh quang của các QD CdTexSe1-x (x = 0,2; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8) chế tạo tại 260 oC trong 10 phút dưới bước sóng kích thích 532 nm ......................... 91 Hình 3.18. Sự phụ thuộc của vị trí cực đại huỳnh quang, bờ hấp thụ (a), và độ bán rộng (b) vào thành phần Te của các QD CdTexSe1-x chế tạo tại 260 oC trong 10 phút ............................................................................................................... 92
x Hình 3.19. Giản đồ nhiễu xạ của QD lõi CdTeSe và lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe 2ML chế tạo tại 260 oC (10 phút). Các vạch nhiễu xạ đối với vật liệu khối cho zb-CdSe và zb- CdSe cũng được đưa ra ................................................................................ . 95 Hình 3.20. Phổ Raman của các QD lõi CdTeSe và lõi vỏ CdTeSe/ZnSe có độ dày khác nhau................................................................................................................ 96 Hình 3.21. Ảnh TEM của QD lõi CdTeSe (a) và lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe 2ML (b) ............... 97 Hình 3.22. Phổ hấp thụ của QD lõi CdTeSe và lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe nML (với n = 1, 2, 4, 6) .................................................................................................................... 98 Hình 3.23. Phổ phát quang của QD lõi CdTeSe và lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe nML (với n =1, 2, 4, 6 ML) ...................................................................................................... 99 Hình 3.24. Mô hình về dải năng lượng thay đổi trong chấm lượng tử do ảnh hưởng của ứng suất mạng tinh thể (lattice strain). ......................................................... 100 Hình 3.25. Phổ Raman của các QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnTe nML (với n = 0, 1, 2, 4, 6) ... 101 Hình 3.26. Phổ hấp thụ của QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnTe nML (với n = 0, 1, 2, 4, 6) ......... 102 Hình 3.27. Phổ huỳnh quang của các QD lõi và lõi/ vỏ CdTeSe/ZnTe có độ dày lớp vỏ khác nhau. .................................................................................................... 102 Hình 3.28. Các dường cong huỳnh quang tắt dần của hệ mẫu lõi vỏ CdTeSe/ZnSe nML với n= 0, 1, 2, 4, 6 ML ................................................................................. 105 Hình 3.29. Đường cong huỳnh quang tắt dần của hệ mẫu lõi vỏ CdTeSe/ZnTe nML với n= 0, 1, 2, 4 ML ........................................................................................... 106 Hình 3.30. Đường tự động hiệu chỉnh cường độ huỳnh quang của một QD CdTeSe/ZnSe riêng biệt ...................................................................................................... 107 Hình 3.31. Đường cong suy giảm huỳnh quang của đơn chấm CdTeSe/ZnSe............... 107 Hình 3.32. Mối tương quan cường độ - thời gian của một QD CdTeSe/ZnSe ................ 108 Hình 3.33. Phổ huỳnh quang của QD CdTe0,5Se0,5 phân tán trong Toluen và trong nước sau khi biến đổi bề mặt với MPA .................................................................. 109 Hình 3.34. Phổ huỳnh quang của QD CdTeSe với thành phần Te thay đổi được phân tán trong nước sau khi biến đổi bề mặt với MPA ............................................... 110 Hình 3.35. Phổ huỳnh quang của QD lõi/vỏ CdTeSe/ZnSe được phân tán trong nước sau khi biến đổi bề mặt với MPA ........................................................................ 110 Hình 3.36. Một số hình ảnh về pin mặt trời mà chúng tôi đã chế tạo............................ 111 Hình 3.37. Đường đặc trưng J-V của pin mặt trời dùng chất nhạy sáng là các QD với khoảng cách giữa hai điện cực thay đổi ...................................................... 112 Hình 3.38. Đường đặc trưng J-V của pin mặt trời dùng chất nhạy sáng là các QD có thành phần Te thay đổi ................................................................................ 114
xi Hình 3.39. Đường đặc trưng J-V của pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng là QD lõi/vỏ CdTe0,5Se0,5/ZnSe nML với n = 0, 1, 2 ......................................................... 115 Hình 3.40. Đường đặc trưng J-V của pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng là QD lõi/vỏ CdTe0,5Se0,5/ZnTe nML với n = 0, 1, 2 ......................................................... 116 Hình 4.1. Ảnh chụp hai mẫu bột curcumin chế tạo được từ củ nghệ vàng .................... 119 Hình 4.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu curcumin N1, N2, N3, N4, và N5 chiết ly với điều kiện khác nhau so với các đỉnh nhiễu xạ của thẻ chuẩn JCPDS số 09-816 và CCDC số 82-8842 cho mục đích nhận dạng pha tinh thể .......... 121 Hình 4.3. Phổ Raman của củ nghệ tươi, các mẫu bột curcumin tự nhiên chiết ly (từ N1 đến N5), và mẫu bột curcumin thương mại (N8) ......................................... 123 Hình 4.4. (a) Phổ Raman của các mẫu curcumin thương mại được bán tại thị trường Việt Nam (N6, N8, N9, N10, N11) và mẫu chiết ly từ tự nhiên (N1, N12, N13). (b)Một phần của phổ Raman trong dải tần số được phóng to từ 920 cm-1 đến 1020 cm-1 và từ 1550 cm-1 đến 1650 cm-1 để quan sát sự thay đổi tần số cho mỗi mẫu khác nhau. ..................................................................................... 124 Hình 4.5. Phổ hấp thụ của dung dịch curcumin-ethanol với nồng độ curcumin khác nhau từ 1; 2,5; 5; 10 µg và 20 µg. Dung dịch curcumin có cực đại hấp thụ tại bước sóng  = 425 nm và độ hấp thụ tại bước sóng 425 nm tăng tuyến tính khi nồng độ curcumin tăng. Hình cài là mối quan hệ của độ hấp thụ với nồng độ curcumin ...................................................................................................... 127 Hình 4.6. Phổ phát quang chuẩn hóa của các mẫu curcumin chiết ly từ củ nghệ vàng và mẫu N6 ......................................................................................................... 128 Hình 4.7. Cấu trúc của curcumin với các nhóm chức ở các vị trí khác nhau ................ 129 Hình 4.8. Phổ phát quang chuẩn hóa của các mẫu curcumin chiết ly từ củ nghệ vàng và mẫu N6 sau sáu tháng lưu trữ đem ra đo lại ............................................... 129 Hình 4.9. Phổ phát quang chuẩn hóa của các mẫu curcumin N1 chiết ly từ củ nghệ, của các mẫu rửa và kết tinh lại nhiều lần (N1-a, N1-b, N1-c) và mẫu để sau sáu tháng rồi tái kết tinh lại (N1 Tái kết tinh) .................................................... 130 Hình 4. 10. Nguyên lý hoạt động của một pin mặt trời dùng chất màu nhạy sáng, ở đây chất màu là curcumin................................................................................... 131 Hình 4.11. Đường đặc trưng J-V của pin mặt trời sử dụng chất nhạy sáng là curcumin thay đổi theo nồng độ và thời gian ngâm .................................................... 132
xii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Acceptor : chất nhận điện tử APCE : hiệu suất hấp thụ photon thành dòng aB : bán kính Bohr CE : điện cực đối DSSCs : pin mặt trời sử dùng chất màu nhạy sáng đvty : đơn vị tùy ý Eg : độ rộng vùng cấm FE-SEM : kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường FWHM : độ bán rộng phổ HOMO : obital phân tử cao nhất bị chiếm HPLC/MS : sắc ký lỏng gắn với khối phổ kế HTM : vật liệu vận chuyển lỗ trống IPCE : hiệu suất chuyển đổi photon thành dòng điện J-V : mật độ dòng - điện áp LHE : hiệu suất thu nhận ánh sáng LO : mode dao động phonon quang dọc LUMO : obital phân tử thấp nhất không bị chiếm M : mol/lít ML : đơn lớp MWCNT : ống nano carbon đa tường NIR : vùng hồng ngoại gần nm : nano mét norm. : đơn vị chuẩn hóa PCE : hiệu suất chuyển đổi công suất PE : điện cực quang QY : hiệu suất lượng tử huỳnh quang QD : chấm lượng tử QDSSC : pin mặt trời sử dụng chấm lượng tử làm chất nhạy sáng SEM : kính hiển vi điện tử quét SSC : pin mặt trời dùng chất nhạy sáng  : thời gian sống phát xạ TEM : kính hiển vi điện tử truyền qua XRD : nhiễu xạ tia X zb : cấu trúc lập phương giả kẽm wz : cấu trúc lục giác max : vị trí đỉnh huỳnh quang, cực đại phát xạ inj : hiệu suất phun điện tử
xiii coll : hiệu suất thu thập điện tử Voc : thế hở mạch Jsc : mật độ dòng ngắn mạch Vmax : điện áp ứng với công suất cực đại Jmax : mật độ dòng ứng với công suất cực đại FF : hệ số lấp đầy Cur : Curcumin DMC : Demethoxycurcumin BDMC : Bisdemethoxycurcumin HDA : hexadecylamine MPA : 3 - mercaptopropionic acid OA : oleic acid ODE : 1- Octadecene PEG : poly ethylene glycol FTO : fluorine doped tin oxide TOP : trioctylphosphine TOPO : trioctylphosphine oxide
1 MỞ ĐẦU Trong bối cảnh thế giới đang toàn cầu hóa thì nhu cầu năng lượng ngày một cấp thiết, việc ứng dụng các vật liệu tiên tiến vào ngành năng lượng tái tạo đang là xu thế chung của cả thế giới. Với điều kiện sẵn có tại phòng thí nghiệm và hướng nghiên cứu hiện có của nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Vật Liệu, là nghiên cứu các tính chất quang của các chấm lượng tử (Quantum dots – QD), nhằm cho các ứng dụng khác nhau, tôi đã được đề nghị nghiên cứu đề tài về các chất màu tự nhiên và chấm lượng tử nhằm định hướng ứng dụng cho pin mặt trời thế hệ thứ ba, là pin sử dụng chất nhạy sáng là các chất màu hữu cơ (Dye-sensitized solar cells- DSSC) hoặc các chấm lượng tử (Quantum dot-sensitized solar cells - QDSSC) [1]. Đây là nghiên cứu định hướng ứng dụng nhằm sử dụng tài nguyên mặt trời tại Việt Nam, và các nguyên liệu chất màu có nguồn gốc cây trồng tự nhiên, ví dụ như curcumin, chiết ly từ củ nghệ vàng có sẵn ở Việt Nam. Hai vấn đề về chất màu tự nhiên và chấm lượng tử đều rất hấp dẫn vì phương diện khả năng ứng dụng rộng rãi của chúng. Sự phát triển linh kiện quang điện có thể chia pin mặt trời thành ba thế hệ [1]. Thế hệ pin mặt trời đầu tiên dựa trên các phiến đơn tinh thể Si, có hiệu suất chuyển đổi năng lượng tương đối cao (~ 25%) [1, 2]. Thế hệ pin mặt trời thứ hai dựa trên công nghệ màng mỏng. Các pin mặt trời này có hiệu suất chuyển đổi năng lượng pin mặt trời tương đối thấp (~20%) [1, 3]. Thế hệ pin mặt trời thứ ba là pin mặt trời cho hiệu suất chuyển đổi cao với giá thành thấp, nhằm mục đích cải tiến các hạn chế của hai loại thế hệ trên [1, 4]. Trên lý thuyết, hiệu suất tối đa của pin đơn lớp chuyển tiếp tinh thể là ~ 33%, do giới hạn nhiệt động học được Shockley-Queisser đề ra [5]. Hiệu suất chuyển đổi, trên lý thuyết, của QDSSC có thể lên tới 42% nhờ vào hiệu ứng sản sinh ra nhiều exciton (MEG) của chấm lượng tử [6]. Một vài ví dụ về pin mặt trời loại này là pin mặt trời được tăng nhạy sáng bằng chất màu (DSSC), bằng chấm lượng tử (QDSSC), pin mặt trời với chấm lượng tử dạng huyền phù (CQDSSC), pin mặt trời hữu cơ, v.v…[7]. Dựa trên cấu trúc của DSSC, chấm lượng tử được giới thiệu như một sự thay thế cho chất màu bởi tính chất quang- điện tuyệt vời của mình [8-11]. QDSSC có thể được xem như là một sự chuyển hóa, đi từ pin mặt trời tăng nhạy bằng màu (DSSC), như được O’Regan và Gratzel báo cáo vào năm 1991 [11]. Ở thời điểm 2013, giá trị
2 công suất chuyển đổi công suất (PCE) ghi nhận được đối với lớp chuyển tiếp dạng lỏng trong QDSSC thường dưới 6% [12], thấp hơn một cách đáng kể so với pin mặt trời tương tự mà được tăng nhạy bằng chất màu (11-12%). Để đạt được hiệu suất cao hơn, chất tăng nhạy chấm lượng tử lí tưởng cần có độ rộng vùng cấm hẹp (1.1-1.4 eV), đáy vùng dẫn nằm cao hơn tương đối so với đáy cùng dẫn của TiO2, với độ ổn định cao. Mới đây, các chấm lượng tử hợp kim ba hoặc bốn thành phần là một phương án đầy triển vọng, so với chấm lượng tử làm chất tăng nhạy hai thành phần, bởi vì tính chất quang điện của chúng có thể thay đổi được bằng cách kiểm soát thành phần của chúng mà không cần làm thay đổi kích thước hạt [13, 14], và độ rộng vùng cấm của chúng có khả năng thu hẹp hơn so với hệ hai thành phần do hiệu ứng “optical bowing” [15-18]. Hiệu ứng “optical bowing” – tạm dịch là hiệu ứng “bẻ cong quang học”, là hiện tượng mà độ rộng vùng cấm thay đổi một cách phi tuyến khi thành phần hợp kim của hệ ba thành phần thay đổi. Bằng chứng cho hiệu ứng này là phổ huỳnh quang của vật liệu ba thành phần này dịch đỏ ra ngoài bước sóng phát xạ của bán dẫn hai thành phận [15, 19]. Ngày nay, trong một số ít thử nghiệm để khai thác chấm lượng tử hợp kim với vai trò làm chất tăng nhạy trong QDSSC, thì phần lớn nhắm vào chấm lượng tử hợp kim CdTexSe1-x do đỉnh hấp thụ mở rộng tới vùng hồng ngoại gần (NIR) [19, 20]. Nghiên cứu của bản luận án là một nghiên cứu mới, về việc sử dụng chấm lượng tử hợp kim CdSeTe trong pin mặt trời. Còn ở Việt Nam thì chưa có nhóm nào đề cập đến nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử hợp kim ba thành phần CdSeTe như trong đề tài của bản luận án này. Theo hiểu biết của chúng tôi, đã có hơn 40 công trình công bố trên vật liệu CdTeSe này. Trong đó từ năm 2003 đến năm 2013, các công trình nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các phương pháp chế tạo và các tính chất quang của vật liệu. Công trình công bố về ứng dụng của hợp kim này vào pin mặt trời là vào năm 2013 với hiệu suất chuyển đổi là 6% [12], đây là thời diểm mà tôi vừa được chấp nhận làm nghiên cứu sinh. Đây cũng là một nội dung chủ yếu của đề tài Nafosted do nhóm nghiên cứu chúng tôi thực hiện. Từ đó cho đến nay, đã có hơn 20 công bố về vật liệu này và hiệu suất chuyển đổi của pin mặt trời sử dụng QD CdTeSe này làm chất nhạy sáng không ngừng tăng lên, đến nay là khoảng hơn 11% [21, 22]. Các QD CdTeSe cũng được sử dụng làm lớp hoạt tính quang trong pin mặt trời trên cơ sở CdTe [21].
3 Qua đó, có thể thấy rằng đây là một loại vật liệu nano mang tính thời sự và có khả năng ứng dụng cao. Do vậy, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu về QD CdTeSe. Về phương diện pin mặt trời sử dụng chất màu, đã có một số công trình công bố về việc sử dụng chất màu tự nhiên làm chất nhạy sáng cho pin mặt trời. Đây là một trong những cố gắng trong việc sử dụng các nguyên liệu “tự nhiên” phục vụ cuộc sống. Chúng tôi cũng tận dụng cơ hội này để nghiên cứu về DSSC, tuy nhiên hiệu suất pin cho đến nay vẫn còn rất thấp. Gần đây, S. Suresh và cộng sự đã công bố pin mặt trời sử dụng curcumin với hiệu suất là 0,13% [23], S.J. Yoon và cộng sự cũng đưa ra hiệu suất của pin khoảng 0,11% khi sử dụng chỉ curcumin và lên 0,91% khi sử dụng hỗn hợp curcumin với K2CO3 [24]. Rất gần đây (6/2017), Khalil Ebrahim Jasim và đồng nghiệp [25], đã công bố về pin mặt trời sử dụng chất màu curcumin tự nhiên đạt được hiệu suất 0,41%. Đối với các QD, biểu hiện rõ nhất của hiệu ứng kích thước lượng tử là sự lượng tử hóa các mức năng lượng và làm mở rộng vùng cấm, khi kích thước của QD giảm đến một kích thước nano mét (nm) so sánh được với bán kính Bohr (aB) của chất bán dẫn. Điều này được quan sát bằng thực nghiệm, qua việc thấy sự dịch đỉnh phổ hấp thụ (và huỳnh quang) về phía các bước sóng ngắn hơn, so với bán dẫn khối cùng thành phần. Biểu hiện rõ nhất của hiệu ứng giam giữ lượng tử là sự thay đổi cấu trúc vùng năng lượng, phân bố lại mật độ trạng thái ở lân cận đỉnh vùng hóa trị và đáy vùng dẫn: các vùng liên tục của bán dẫn khối sẽ trở thành một tập hợp các mức gián đoạn [26]. Một biểu hiện nữa của hiệu ứng giam giữ lượng tử là thời gian sống của exciton trong các QD lớn hơn rất nhiều so với bán dẫn khối, nó có thể đạt đến giá trị cỡ vài chục ns đến s (khi đo ở nhiệt độ thấp), trong khi đó thời gian sống phát xạ của bán dẫn khối cỡ vài trăm ps [27]. Các QD thường được chế tạo trong các môi trường hữu cơ nên thường xuất hiện các sai hỏng bề mặt và các liên kết treo làm giảm hiệu suất phát quang của vật liệu. Do vậy các QD thường được bọc các lớp vỏ vô cơ nhằm thụ động hóa bề mặt, để nâng cao hiệu suất phát quang. Cùng với mục đích bảo vệ bề mặt, các QD CdTeSe cũng được bọc với các lớp vỏ khác nhau, ví dụ như bọc lớp vỏ với độ rộng vùng cấm lớn như CdS [28-30], ZnS [31, 32]. Bên cạnh đó QD còn được bọc với lớp đệm rồi lớp vỏ CdS/ZnS nhằm hạn chế tối đa sai hỏng mạng [33], hoặc bọc lớp vỏ với ba
4 thành phần CdZnS [34]. Trong nghiên cứu của bản luận án này, chúng tôi đã tiến hành bọc vỏ cho các QD CdTeSe bằng lớp vỏ ZnSe và ZnTe, là những chất bán dẫn mà chưa có tác giả nào công bố, cho mục đích định hướng ứng dụng các QD này làm chất hấp thụ ánh sáng trong pin mặt trời. Với các chất màu tự nhiên, theo xu hướng sử dụng năng lượng xanh vào mục đích phục vụ con người, Zhou và cộng sự đã công bố vào năm 2011, đã nêu kết quả của việc dùng 20 chất màu tự nhiên khác nhau, làm chất tăng nhạy trong pin mặt trời, với cấu trúc pin khá đơn giản [35]. Những năm gần đây, các nhà khoa học đã quan tâm và khai thác curcumin như là một chất màu, nhằm ứng dụng trong pin mặt trời với hy vọng thử nghiệm chế tạo ra pin mặt trời theo một cách đơn giản nhất, để thu được dòng điện từ mặt trời và nguồn thiên nhiên. Như vậy, các chấm lượng tử CdTeSe và curcumin được xem như là các chất màu nhạy sáng sử dụng trong pin mặt trời thế hệ thứ ba. Việc nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang của các chất màu nhạy sáng là chất màu tự nhiên như curcumin và loại thay thế chất màu nhạy sáng trong pin mặt trời thế hệ mới là các chấm lượng tử CdTeSe, nhằm giúp hiểu sâu vật liệu để ứng dụng vào linh kiện. Nhìn chung đối tượng nghiên cứu là cùng hướng đến loại chất nhạy sáng dùng cho pin mặt trời. Trong thực tế của bối cảnh trên, tôi đã tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu luận án là: Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của các nano tinh thể CdTeSe và Curcumin, định hướng ứng dụng trong quang điện. Tính mới trong nội dung nghiên cứu của luận án: Nghiên cứu về các chấm lượng tử CdTeSe nhằm trả lời cho các câu hỏi khoa học như sau: về phương pháp chế tạo: a) nếu chế tạo và nuôi các nano tinh thể QD CdTeSe ở các nhiệt độ khác nhau, thì nhiệt độ nào là tốt nhất? trong khi vẫn giữ nguyên các điều kiện khác như: tỷ lệ thành phần các chất ban đầu và thời gian nuôi nano tinh thể. Và khi tăng nhiệt độ nuôi thì thành phần hợp kim CdTeSe có thay đổi không? kích thước của các QD có thay đổi không? b) tại một nhiệt độ thích hợp nhất, khi tỷ lệ các chất ban đầu (tính theo mole) thay đổi trong khi thời gian nuôi tinh thể và các điều kiện khác giữ nguyên, thì tính chất của các mẫu có thay đổi không? và thể hiện qua các tính chất nào? Quá trình bọc vỏ cho các QD cũng vậy. Từ các nghiên cứu đó, chúng tôi đã có thể tìm ra một số điểm mới là:
5 i) Nghiên cứu chế tạo ra QD CdTeSe trong môi trường ODE-OA, tại nhiệt độ thích hợp (260 oC), đây là nhiệt độ do chúng tôi tìm ra, cùng thời điểm với công bố về nhiệt độ tối ưu dùng cho phương pháp chế tạo tương tự. Phương pháp tán xạ Raman được dùng để khảo sát sự biến đổi thành phần của QD hợp kim CdTeSe tại các nhiệt độ chế tạo khác nhau, nhưng cùng thời gian nuôi tinh thể là 10 min. ii) Đã khảo sát cấu trúc và tính chất quang của các QD lõi CdTeSe được bọc các lớp vỏ ZnSe hoặc ZnTe. iii) Kết quả khảo sát đơn chấm đối với QD CdTeSe/ZnSe cho thấy thời gian sống của các đơn chấm này khoảng 100 ns và chu kỳ không phát quang (trạng thái “off”) đã được quan sát, nhưng chúng chỉ chiếm 20% trong toàn bộ thời gian. iv) Lần đầu tiên ở Việt Nam, chúng tôi đã nghiên cứu chiết tách curcumin từ củ nghệ vàng thu hoạch từ các vùng miền khác nhau, và nghiên cứu một cách có hệ thống tính chất của chất màu này, ở dạng tinh thể cũng như dạng lỏng. Bằng phương pháp Raman, đã có thể phân biệt được sự khác nhau giữa curcumin chiết tách từ nghệ vàng tự nhiên và curcumin tổng hợp hóa học. v) Đã thử nghiệm chế tạo pin mặt trời dùng QD và curcumin. Với pin dùng curcumin làm chất màu tăng nhạy sáng, hiệu suất chuyển đổi đạt được giá trị của công bố quốc tế 6/2017 là 0,4 %. Mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu Mục đích của luận án là: Mục đích cuối cùng của nghiên cứu là chế tạo, nghiên cứu các QD CdTeSe và chất màu curcumin, nhằm định hướng cho ứng dụng làm chất nhạy sáng trong pin mặt trời QDSSC và DSSC. Để thực hiện được việc này, chúng tôi cần làm các việc sau: i. Chế tạo các QD CdTeSe và cấu trúc lõi/vỏ với lớp vỏ ZnSe và ZnTe kết tinh đơn pha, kích thước đồng đều. Tìm ra điều kiện tối ưu cho phương pháp chế tạo. Chế tạo các QD CdTexSe1-x nhằm mục đích nghiên cứu so sánh. ii. Sử dụng phương pháp phổ Raman để nghiên cứu sự biến đổi về thành phần của QD hợp kim CdTeSe, nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang và giải thích các cơ chế vật lý liên quan.