Khảo sát trạng thái rắn của pin mặt trời TiO2 pha thêm Pb TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG SEMINAR: Khảo sát trạng thái rắn của pin mặt trời TiO2 pha thêm Pb Học viên: HOÀNG VĂN ANH

3. Kết quả và thảo luận: Phổ nhiễu xạ tia X với màng mỏng TiO2 pha thêm 10% Pb.trên đế Si ở nhiều nhiệt độ khác nhau thể hiện ở hình 1.Phổ XRD của màng mỏng ở 4000C cho thấy tính chất vô định hình của màng.Sự hình thành tinh thể ở nhiệt độ 5000C 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 7000C. Ở 9000C, 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 7000C và trên 7000C 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 4000C,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 5000C và 7000C các tinh thể có cùng kích thước và hình dạng đã được quan sát.Tuy nhiên ở 9000C, 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 5000C và sự giảm tính chất của tinh thể với việc pha thêm Pb vào TiO2 đã đươc quan sát.

Hình 4 là lấy đạo hàm dN(E)/dE phổ Auger của mẫu ủ nhiệt ở 5000C, 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(L2,3M2,3M2,3), Ti(L3, M2,3M4,5), và O(KL2,3L2,3), 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 TiO2 và do đó có thể viết chất đó là PbxTi1-xO2.

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 TiO2 tinh khiết và pha thêm 10mol% Pb vào TiO2 trên đế Si và ủ nhiệt ở 5000C, và được đo ở 77K ở hình 6.

Phổ cùa màng mòng TiO2 tinh khiết giống với phổ phát quang của anatase(gồm đơn và đa tinh thể) TiO2 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 TiO2 được pha tạp thêm Pb với hàm lượng tăng dần. Điều này làm rõ sự giảm vùng cấm của màng mỏng TiO2 pha Pb vào, và điều này cũng được làm rõ bởi phân tích phổ UV- Visible.

4. Kết luận Màng mỏng TiO2 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-PbxTi1-xO2/p-CuInSe2). 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 7000C 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 TiO2 và lý do của tạo PbxTi1–xO2 .

Phương pháp độ sâu Auger cho ta biết sự phân bố đồng đều của Pb 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 TiO2 được pha thêm Pb, dẫn đến giảm độ rộng vùng cấm của TiO2 và các kết quả được xác định bởi phổ UV-Vis và kính hiển vi PL.Hơn nũa sự pha thêm Pb vào TiO2 thì cần thiết để giảm vùng cấm hơn nữa và tăng ái lực điện tử để liên kết các mức năng lượng của PbxTi1-xO2 với các mức của CuInSe2, để đạt được hiệu suất theo lý thuyết 18% từ tế bào quang điện cấu tạo bởi n-PbxTi1-xO2 /p–CuInSe2.Nỗ lực để tạo màng PbxTi1–xO2 đơn pha với mong muốn đạt được những đặc tính của hiện tượng quang điện để chế tạo tế bào quang điện n-PbxTi1-xO2 /p–CuInSe2.

1.K.Bcher. Frick.J. physic.Zelt 21(1980) 237. 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