Từ năm 2017 đến năm 2019, nhóm nghiên cứu của TS. Mai Xuân Dũng tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc chất điện li đến đặc trưng của pin mặt trời cấu trúc Schottky đảo: FTO/chất điện li/chấm lượng tử PbS/Au-Ag”.

Đề tài nhằm thực hiện ba mục tiêu sau: Chế tạo và đo đặc trưng vôn - ampe của pin mặt trời cấu trúc Schottky đảo “FTO / chất điện li / lớp bán dẫn PbS loại p /Au-Ag” với các chất điện li khác nhau để làm Mã số hồ sơ Ngày nhận báo cáo (Do Cơ quan điều hành Quỹ ghi) 3 sáng tỏ mối quan hệ giữa cấu trúc hóa học của chất điện li với tính chất quangđiện tử của pin; tối ưu hóa pin Schottky đảo sử dụng chất điện li phù hợp tìm được ở bước a) để tăng hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin; từ kết quả nghiên cứu sử dụng chấm lượng tử PbS đưa ra những định hướng dài hạn nhằm thay thế PbS bằng các họ chấm lượng tử thân thiện hơn với môi trường.

Sau hai năm nghiên cứu, đề tài đã thu được một số kết quả nổi bật như sau:

1. Đã tổng hợp thành công chấm lượng tử PbS (PbS QDs) dạng hạt keo bằng phương pháp phun nóng. PbS QDs thu được có cấu trúc tinh thể, có dạng hình cầu hoặc gần cầu, có sự phân bố kích thước đồng đều, và có nhóm chức bề mặt là oleate. Đường kính, độ rộng vùng cấm của PbS QDs có thể thay đổi được bằng cách thay đổi nhiệt độ phun nóng hay tỷ lệ mole giữa PbO và Oleic acid.

2. Đã bền hóa bề mặt PbS QDs với ion Clbằng cách xử lý PbS QDs với dung dịch của tetramethylammonium chloride (TMACl) hoặc tetrabutylammonium chloride (TBACl) trong quá trình làm sạch PbS QDs. Ion Cl giảm nồng độ các bẫy điện tử (trapping site) trên bề mặt của PbS QDs ở trạng thái dung dịch cũng như trạng thái màng mỏng qua đó tăng độ dẫn của màng PbS QDs.

3. Đã chế tạo transistor trong đó màng mỏng PbS QDs là bán dẫn để nghiên cứu tính chất dẫn điện của màng PbS QDs; nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc hóa học bề mặt (có hay không có ion Cl- , các phối tử liên kết pha rắn khác nhau) đến tính chất bán dẫn của màng PbS QDs; nghiên cứu ảnh hưởng của ion linh động đến tính chất bán dẫn của màng PbS QDs.

4. Đã chế tạo pin mặt trời có cấu trúc khác nhau, bao gồm: Schottky truyền thống (ITO/PbS QDs/LiFAl); Schottky đảo (FTO / chất điện li (PEI, PFN) / PbS QDs/ MoOx / Au-Ag) và tiếp xúc pn dị thể (FTO/ZnO nhiệt độ thấp / PbS QDs / MoOx/Au-Ag).

5. Đã so sánh ảnh hưởng của độ dày lớp PbS QDs đến tính năng làm việc của pin Schottky truyền thống và pin Schottky đảo. Trong đó, lớp PbS QDs được chế tạo bằng phương pháp phủ quay, EDT được sử dụng để thay thế phối tử oleate ban đầu và độ dày lớp PbS QDs được thay đổi bằng số chu kỳ quay phủ. Kết quả cho thấy pin Schottky đảo có hiệu suất chuyển hóa năng lượng (PCE) tăng dần theo độ dày lớp PbS QDs và đạt giá trị ổn định khi độ dày thay đổi trong khoảng 200 - 260 nm. Ở độ dày 200 nm, pin Schottky đảo có có hiệu suất lượng tử ngoại (số electron đo được / số photon hấp thụ) ở vùng ánh sáng bước sóng ngắn cao hơn so với pin Schottky truyền thống.

6. Đã so sánh ảnh hưởng của kích thước (hoặc độ rộng vùng cấm của PbS QDs) đến tính năng làm việc của pin Schottky truyền thống và pin Schottky đảo. Kết quả cho thấy, pin Schottky đảo luôn có thế mở Voc cao hơn so với pin Schottky truyền thống.

7. Đã so sánh tính chất hoạt động của pin Schottky đảo với hai loại chất điện li hữu cơ khác nhau: PEI (chất điện li có mạch carbon no) và PFN (chất điện li có mạch.

8. Đã chế tạo thành công màng mỏng ZnO ở nhiệt độ dưới 200 độ C - nhiệt độ tương thích với các đế plastic. Màng ZnO có cấu trúc tinh thể wurzite ở nhiệt độ thiêu kết 100 độ C, có độ rộng vùng cấm là 3,2 eV, là bán dẫn loại n với hoạt độ electron là 0,09 cm2 V -1 s -1. Pin mặt trời FTO/ ZnO 100 độ C / PbS - EDT/ MoOx/Au-Ag cho hiệu suất chuyển hóa năng lượng bằng 3,1%.

Kết quả đạt được có ý nghĩa khoa học rất lớn và đã được công bố trên tạp chí Quốc tế hàng đầu là Journal of Physical Chemistry Letters.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16793/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)