Môc lôc Më ®Çu……….……………1 Ch-¬ng 1: Tæng quan vÒ vËt liÖu TCO…….1 T×nh h×nh nghiªn cøu chÕ t¹o mµng ®iÖn cùc trong vµ ngoµi n-íc……. C¸c ph-¬ng ph¸p chÕ t¹o TCO………………………………………. Ph¬ng ph¸p vËt lý………………. Ph-¬ng ph¸p bay h¬i vµ ng-ng kÕt trong ch©n kh«ng …….
Ph¬ng ph¸p phón x¹ ca tèt………………………………. Ph¬ng ph¸p hãa häc…………. Ph¬ng ph¸p ®iÖn hãa…………………………………. Ph-¬ng ph¸p sol-gen…………………………………….
Ph¬ng ph¸p CVD………………………………. Ph¬ng ph¸p phun dung dÞch trªn ®Õ nãng…………. Mµng ®iÖn cùc trong suèt dÉn ®iÖn ITO……………………………. Mµng ®iÖn cùc trong suèt dÉn ®iÖn SnO2 ……………………….13 Ch-¬ng 2: Tæng quan vÒ pin mÆt trêi nano TiO2………….
VËt liÖu nano TiO2…………………………………………………. Mét sè øng dông tiªu biÓu cña vËt liÖu nano TiO2 ……………. øng dông trong lÜnh vùc m«i trêng…………………………. TiO2 øng dông trong ®iÖn tö…………………………….
Pin mÆt trêi thÕ hÖ míi nano TiO2 ………………………………. Mét vµi nÐt vÒ lÞch sö ph¸t triÓn cña pin mÆt trêi…………………. Pin mÆt trêi nano TiO2 .21 Ch-¬ng 3: Ph-¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ thùc nghiÖm.……………………………………………………………26 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. ThiÕt bÞ chÕ t¹o mµng vËt liÖu nano b»ng ph-¬ng ph¸p "Phun dung dÞch trªn ®Õ nãng"…………….
M« h×nh chi tiÕt thùc nghiÖm chÕ t¹o mÉu………. HÖ ®o nhanh hÖ sè truyÒn qua…………………….……………………32 Ch-¬ng 4: ChÕ t¹o vµ kh¶o s¸t tÝnh chÊt mµng ITO……. ChÕ t¹o vµ kh¶o s¸t tÝnh chÊt mµng In2O3 : Sn…. ChÕ t¹o vËt liÖu nano b¹c(Ag).
ChÕ t¹o vµ kh¶o s¸t tÝnh chÊt mµng ITO pha t¹p Ag. Kh¶o s¸t sù phô thuéc cña ®iÖn trë suÊt vµo nång ®é (%) Ag…. Kh¶o s¸t b»ng XRD. Kh¶o s¸t b»ng SEM.
Kh¶o s¸t ®é truyÒn qua. Kh¶o s¸t líp tiÕp xóc TiO2/ITO : Ag. ChÕ t¹o vµ kh¶o s¸t tÝnh chÊt mµng SnO2. ChÕ t¹o vµ kh¶o s¸t tÝnh chÊt mµng SnO2 : F.
ChÕ t¹o vµ kh¶o s¸t tÝnh chÊt mµng SnO2 pha t¹p Ag. Kh¶o s¸t mµng Ag b»ng XRD. Kh¶o s¸t mµng Ag b»ng SEM. Kh¶o s¸t mµng SnO2 : F/Ag b»ng XRD.
Kh¶o s¸t sù phô thuéc cña ®iÖn trë suÊt vµo tû lÖ pha t¹p Ag vµo mµng máng. Kh¶o s¸t tÝnh chÊt líp tiÕp xóc víi TiO2. BiÖn luËn kÕt qu¶.55 Tµi liÖu tham kh¶o.56 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Më ®Çu. Khoa häc c«ng nghÖ nano ®· b¾t ®Çu tõ thËp kû 60 cña thÕ kû XX.
§Õn nh÷ng n¨m 90 cña thÕ kû nµy, nh÷ng øng dông quan träng ®Çu tiªn cña ngµnh c«ng nghÖ míi, c«ng nghÖ nano ra ®êi ®· lµm chÊn ®éng giíi khoa häc kü thuËt[1]. Tõ sù kiÖn nµy, sù chó ý cña thÕ giíi vÒ «ng nghÖ Nano cµng t¨ng. Trªn toµn cÇu, c¹nh tranh vµ hîp t¸c gi÷a c¸c n-íc vÒ c«ng nghÖ Nano trë nªn rÊt s«i ®éng, vµ thùc sù nã ®· trë thµnh mét h-íng nghiªn cøu mòi nhän cña khoa häc vµ c«ng nghÖ thÕ giíi. Sù ph¸t triÓn cña khoa häc c«ng nghÖ ®· t¹o nªn nh÷ng b-íc tiÕn mang tÝnh ®ét ph¸ toµn cÇu.
Víi nh÷ng tiÒm n¨ng to lín vµ nh÷ng tÝnh chÊt ®Æc biÖt quý gi¸, cã thÓ øng dông trong nhiÒu ngµnh khoa häc kü thuËt mòi nhän, mµng ®iÖn cùc trong suèt TCO (Transparent Conducting Oxide) ®· vµ ®ang lµ mèi quan t©m, ®Çu t- nghiªn cøu cña nhiÒu trung t©m, viÖn nghiªn cøu lín trªn thÕ giíi v× nh÷ng tÝnh chÊt ®Æc thï vµ kh¶ n¨ng øng dông réng r·i trong nhiÒu lÜnh vùc kh¸c nhau nh-: N¨ng l-îng, ®iÖn tö, sinh häc, m«i tr-êng, x©y dung,… Trªn thÕ giíi t×nh h×nh nghiªn cøu màng TCO hÕt søc s«i ®éng, tõ c¸c n-íc ®ang ph¸t triÓn tíi c¸c n-íc c«ng nghiÖp hiÖn ®¹i nh- Mü, NhËt B¶n, Hàn Quèc. Trong rÊt nhiÒu héi nghÞ quèc gia còng nh- quèc tÕ kh«ng bao giê v¾ng mÆt nh÷ng c«ng tr×nh vÒ TCO và nh÷ng øng dông, nh- Workshop on Quantum solar Energy conversion[17], International Energy Conversion Engineering Conference[12],. Màng TCO ®· trë thành mét mÆt hàng mà chóng ta cã thÓ mua mét c¸ch rÊt dÔ dàng, tõ c¸c c«ng ty nh- c«ng ty tr¸ch nhiÖm h÷u h¹n Zhengzhou chida Tungsteng & Molybdenum Products[37] cña Trung Quèc, c«ng ty Solaronix cña Thôy SÜ, c«ng ty tr¸ch nhiÖm h÷u h¹n Photox Optical system[28] cña Anh,… Cã 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thÓ thÊy r»ng màng TCO ®· kh«ng chØ cßn là mét ®èi t-îng nghiªn cøu khoa häc mà nã thùc sù ®i vào øng dông thùc tÕ rÊt hiÖu qu¶. øng dông quan träng nhÊt cña màng ®iÖn cùc trong suèt dÉn ®iÖn ®ã lµ øng dông trong c¸c thiÕt bÞ quang ®iÖn, ®Æc biÖt là trong pin mÆt trêi nano TiO 2 [36],[19],[7],[34],[14],[21],[27], trong lóc mµ an toµn n¨ng l-îng ®ang lµ mèi quan t©m lín cña loµi ng-êi.
§Ó cã thÓ ph¸t triÓn bÒn v÷ng, chóng ta cÇn ph¶i tho¸t khái sù lÖ thuéc vµo nguån n¨ng l-îng ho¸ th¹ch v× chóng g©y « nhiÔm, lµm tr¸i ®Êt nãng lªn vµ b¶n th©n nã còng sÏ c¹n kiÖt sau kho¶ng 50 n¨m n÷a. Giíi khoa häc tr«ng cËy vµo nguån n¨ng l-îng t¸i t¹o. Trong ®ã, quan träng nhÊt lµ n¨ng l-îng mÆt trêi. C¸c nhµ khoa häc ®· tÝnh to¸n chØ cÇn thu lÊy n¨ng l-îng mÆt trêi chiÕu xuèng 0,1% diÖn tÝch bÒ mÆt tr¸i ®Êt vµ chØ cÇn mét hiÖu suÊt chuyÓn ®æi khiªm tèn lµ 10% thµnh ®iÖn n¨ng lµ chóng ta ®· tho¶ m·n hoµn toµn nhu cÇu n¨ng l-îng cña toµn nh©n lo¹i.
Nguån n¨ng l-îng nµy lµ v« tËn, gi¸ rÎ, t¹i chç vµ s¹ch, kh«ng lµm mÊt c©n b»ng sinh th¸i trªn quy m« toµn cÇu. Do ®ã cã thÓ ®¸nh gi¸ sù ra ®êi pin mÆt trêi thÕ hÖ míi dùa trªn c¬ së vËt liÖu nano TiO 2 lµ hÕt søc cÊp thiÕt. §©y chÝnh lµ cøu c¸nh cho môc tiªu ph¸t triÓn bÒn v÷ng vµ tr-êng tån cña nh©n lo¹i trªn tr¸i ®Êt. Sù ra ®êi cña pin mÆt trêi trªn c¬ së vËt liÖu nano TiO2 ®-îc giíi khoa häc kü thuËt vµ kinh tÕ thÕ giíi coi lµ lêi gi¶i cho bµi to¸n chuyÓn ®æi n¨ng l-îng mÆt trêi ë quy m« toµn cÇu.
Theo xu h-íng chung cña thÕ giíi, c¸c nhà khoa häc ViÖt Nam còng cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ c«ng nghÖ chÕ t¹o và tÝnh chÊt cña màng TCO. Cã thÓ kÓ ra ®©y nh÷ng trung t©m, phßng thÝ nghiÖm tiªu biÓu nghiªn cøu vÒ TCO: ViÖn khoa häc vËt liÖu (ITMS); Trung t©m Khoa häc tù nhiªn & C«ng nghÖ Quèc gia; Tr-êng §¹i häc B¸ch khoa Hà Néi; §¹i häc Khoa häc tù nhiªn Thành phè Hå ChÝ Minh; Phßng thÝ nghiÖm VËt lý øng dông, Bé m«n VËt lý chÊt 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com r¾n, Bé m«n VËt lý §¹i c-¬ng, Khoa VËt lý, §¹i häc Khoa häc tù nhiªn - §¹i häc Quèc gia Hµ Néi. C¸c nghiªn cøu chñ yÕu tËp trung vào c¸c tÝnh chÊt quang, ®iÖn cña màng TCO, ngoµi ra còng cã nh÷ng nghiªn cøu vÒ tÝnh chÊt huúnh quang, hay tÝnh chÊt nh¹y khÝ. Trong øng dông chÕ t¹o pin mÆt trêi nano TiO2, nh÷ng vËt liÖu ®-îc quan t©m hµng ®Çu là màng ITO (IndiumTin Oxide), FTO (Fluorine-doped Tin Oxide, màng kÏm «xÝt, ®Æc biÖt là AZO (Al-doped Zinc Oxide).
XuÊt ph¸t tõ nh÷ng luËn cø ®ã, luËn v¨n nµy ®· tËp trung vµo nghiªn cøu chÕ t¹o mµng TCO theo c¸c yªu cÇu cña øng dông lµm ®iÖn cùc cho pin mÆt trêi nano TiO2 mµ môc tiªu chñ yÕu lµ mµng ®iÖn cùc ITO pha t¹p b¹c. B¶n luËn v¨n nµy ®-îc chia lµm 4 ch-¬ng. Ch-¬ng 1 : Tæng quan vÒ vËt liÖu TCO, ITO. Ch-¬ng 2 : Tæng quan vÒ pin mÆt trêi nano TiO2.
Ch-¬ng 3 : Ph-¬ng ph¸p vµ thiÕt bÞ thùc nghiÖm. Ch-¬ng 4 : ChÕ t¹o vµ kh¶o s¸t tÝnh chÊt mµng ITO. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ch-¬ng 1 Tæng quan vÒ vËt liÖu TCO, ITO 1. T×nh h×nh nghiªn cøu chÕ t¹o mµng ®iÖn cùc trong vµ ngoµi n-íc.
ITO lµ In2O3: Sn thuéc chñng lo¹i màng b¸n dÉn trong suèt dÉn ®iÖn TCO. C¸c mµng TCO ®· ®-îc nghiªn cøu tõ l©u, chóng ta cã thÓ t×m thÊy nh÷ng tài liÖu tõ nh÷ng n¨m 70, và ngày càng ph¸t triÓn. øng dông quan träng nhÊt cña màng ®iÖn cùc trong suèt dÉn ®iÖn ®ã là trong c¸c thiÕt bÞ quang ®iÖn, ®Æc biÖt là ®iÖn cùc cho pin mÆt trêi[36],[19],[7],[34],[14],[21],[27]. Trong øng dông nµy phÈm chÊt cña màng TCO ®-îc ®¸nh gi¸ qua ®iÖn trë, ®é truyÒn qua, ®é ph¶n x¹, ®é b¸m dÝnh, ®é bÒn ho¸ häc,… §Ó làm ®iÖn cùc cho pin mÆt trêi th× màng ®iÖn cùc ph¶i tháa m·n nh÷ng ®iÒu kiÖn sau [19]: - §iÖn trë suÊt < 10-4 cm.
- HÖ sè hÊp thô < 5%. C¸c ph-¬ng ph¸p chÕ t¹o TCO. §Ó cã thÓ chÕ t¹o vËt liÖu cã kÝch th-íc nanomet cã rÊt nhiÒu ph-¬ng ph¸p. Cã thÓ nãi lÞch sö c¸c ph-¬ng ph¸p chÕ t¹o vËt liÖu g¾n liÒn víi lÞch sö ph¸t 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com triÓn cña con ng-êi.
Riªng viÖc t×m hiÓu t-êng tËn mét ph-¬ng ph¸p còng ®· lµ mét vÊn ®Ò phøc t¹p bëi tÝnh ®a d¹ng vµ phong phó cña nã. Do ®ã, trong luËn v¨n nµy chóng t«i chØ nªu mét c¸ch tæng qu¸t vÒ mét vµi ph-¬ng ph¸p th«ng dông ®· ®-îc sö dông ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu nano nãi chung vµ vËt liÖu TCO nãi riªng. Nh- chóng ta biÕt, cho ®Õn nay ®· cã rÊt nhiÒu ph-¬ng ph¸p truyÒn thèng vµ biÕn thÓ kh¸c nhau ®-îc sö dông ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu. Tuy nhiªn vÒ nguyªn t¾c c¸c ph-¬ng ph¸p chÕ t¹o mµng vËt liÖu th-êng ®-îc chia thµnh hai lo¹i: Ph-¬ng ph¸p vËt lý vµ Ph-¬ng ph¸p ho¸ häc 1.
Ph-¬ng ph¸p vËt lý. C¸c ph-¬ng ph¸p vËt lý dïng ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu mµng, vËt liÖu nano th-êng dùa trªn nguyªn t¾c gi¶m kÝch th-íc. Theo ®ã vËt liÖu d¹ng khèi ban ®Çu sÏ bÞ ph©n t¸n nhá b»ng c¸c qu¸ tr×nh vËt lý råi sau ®ã ®-îc s¾p xÕp, l¾ng ®äng lªn trªn c¸c chÊt nÒn phï hîp. §©y lµ ph-¬ng ph¸p chÕ t¹o cho ta mµng vËt liÖu cã chÊt l-îng cao, nh-ng nÕu øng dông trong thùc tÕ th× gÆp khã kh¨n v× gi¸ thµnh cao, thiÕt bÞ quý hiÕm khã thùc hiÖn.
Ph-¬ng ph¸p bay h¬i vµ ng-ng kÕt trong ch©n kh«ng [26]. §©y lµ ph-¬ng ph¸p ®-îc sö dông t-¬ng ®èi réng r·i vµ cã thÓ sö dông ®Ó t¹o mµng ITO. Nguyªn t¾c chung lµ ®èt nãng vËt liÖu lµm cho nã bèc bay vµ ng-ng kÕt trªn ®Õ. Ta cã thÓ sö dông mÆt n¹ ®Ó chÕ t¹o vËt liÖu cã d¹ng theo ý muèn.
Ch©n kh«ng cao trong buång bèc bay nh»m tr¸nh t¸c dông t¸n x¹ cña vËt liÖu bëi khÝ d- trong qu¸ tr×nh t¹o mµng, kh«ng g©y ra t¹p chÊt ngoµi ý muèn trong vËt liÖu. Cã thÓ ph©n lo¹i ph-¬ng ph¸p bay h¬i theo c¬ chÕ cung cÊp nhiÖt: - Ph-¬ng ph¸p bay h¬i dïng thuyÒn ®iÖn trë: NhiÖt ®é bay h¬i ®-îc khèng chÕ b»ng c¸ch ®iÒu khiÓn dßng ®iÖn qua thuyÒn vËt liÖu. Tèc ®é bay h¬i ®-îc biÓu diÔn bëi biÓu thøc: 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Ps lµ ¸p suÊt trªn bÒ mÆt vËt liÖu.
M lµ khèi l-îng ph©n tö.