Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
➤ Gửi thông báo lỗi ⚠️ Báo cáo tài liệu vi phạmNội dung chi tiết: Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
MỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng 4.6 TWy [1J. Sự gia tăng này dẫn đến các nguồn nhiên liệu hóa thạch bị cạn kiệt nhanh chóng và gây ành hướng nghiêm trọng đến môi trường do khai thác và sứ dụng chúng. Bối cành này đà thúc đầy sự phát triển cùa các công nghệ sản xuầt nang lượng lừ các nguồn năng lượng sạch và có thế lái tạo, Irong đ Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng ó năng lượng mặt trời là sự lựa chọn tõỉ ưu. Một năm mặt trời cung cẵp khoáng 120000 terawatts (TW) năng lượng cho be mặt Trái đất [1J, nghía là năngChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
lượng cần cho lất cà các hoạt động cùa con người Irong 1 năm chi c'ân nhận từ mặt trời trong l,5h chiếu sáng. Do đó, thị trường pin quang điện (PV) thMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng à 40% [3J. Pin mặt trời Silic (Si) hiện nay đang chiếm lĩnh Ihị trường PV, chiếm 93% tống sô' nhà máy PV [4]. Các tàm pin mặt trời Si thế hệ dầu tiên cho hiệu suất chuyên dổi khá cao, gần 20%, tuy nhiên giá thành cùa chúng vẫn còn cao, nhất là đối với các nước đang hoặc chậm phái Iriến. Chính vì the Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng , cho tới nay pin mặl trời vẫn chưa được lắp dặt phố biến. Hiện nay, các thiết bị l’V dựa trên Silic tinh thê dà dạt dược hiệu suất 26,7% [4] gần vớiChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
mức hiệu suất lý Ihuyếl lối đa được xác định bởi Shockley là 31% [5J. Ngoài ra, pin mặt trời Si được chế lạo bô i các công nghệ phức tạp, đắt tiền, dôMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng năng suất của pin mặl trời đế giảm giá thành, mặl khác, lìm kiếm vậl liệu mới thay the và phát triển các the hệ pin mật trời tiẽp theo.Nhũng hạn chế cùa pin mặt trời Si đà thúc đấy sự phát triển của các công nghệ PV mới dựa trên những vật liệu giá thành thấp hơn và công nghệ sàn xuất đơn giãn hơn, t Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng rong dó có là pin mặt trời sử dụng chất màu nhạy quang (DSSC: Dye Sensitized Solar Cells). Hiện nay, DSSC là một trong nhũng công nghệ PV hứa hẹn nhấtChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
có thề thay thế pin mặt trời Si truyền thống. DSSC dễ dàng được chế tạo và cho ứng dụng khá linh hoạt: có thể dược chẽ tạo với nhiẽu chất nền có diệnMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng ; có bề mặt bán trong suổt, có nhiều màu phù hợp với các yêu cầu kiến trúc khi sử dụng trong xây dựng đối với các công trình tích hợp diện mặt trời [11]. Ưu điếm lớn nhất của DSSC là cho hiệu suất cao trong điều kiện chiếu sáng thấp, kể cà với nguồn sáng nhân tạo [12], tức là chúng có khà năng hoạt Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng động hiệu quả trong ngày ít/khồng có nắng, thậm chí ờ những mức chiếu sáng thấp mà pin mặt trời Si tinh thê’ đã ngừng phát ra dòng điện. Mặc dù hiện nChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
ay hiệu suất của DSSC mới đạt được 13% [ 13,14] nhưng những ưu việt trên đã thúc đáy sự nghiên cứu và phát triển của DSSC. Hiệu suất này được dự đoán MỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng bức xạ có năng lượng lớn hơn hoặc bâng độ rộng vùng cấm, electron trong vùng hóa trị được kích thích sang vùng dẩn để tạo thành dòng điện. Hầu hết các chất bán dẫn cho pin mặt trời Si đều có độ rộng vùng cãm rộng, phù hợp với bức xạ kích thích uv, nên phần lớn không tận dụng được năng lượng mặt trờ Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng i bời nâng lượng bức xạ mặt trời chú yếu tập trung ờ vùng khả kiến và hỏng ngoại gần. DSSC đã khắc phục hạn chế này bằng cách biến đối be mặt chất bánChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
dẫn bang chất màu nhạy quang có khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời ở vùng bước sóng mang nhiều năng lượng nhất. Dưới tác dụng của mặt trời, chãt màu nhMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng * có năng lượng cao hơn dáy vùng dẫn cùa chất bán dẫn. ớ trạng thái kích thích (S*), chất màu nhạy quang phóng điện lừ vào vùng dẫn của chất bán dẫn trên a-nốl quang và điện từ được dẫn ra ngoài lạo thành dòng điện. Chất màu được hoàn nguyên nhờ hệ điện ly là một cặp oxy hóa khứ (Ví dụ I~ ị 7").Kế t Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng ừ khi dược Gratzel phát hiện ra vào nãm 1991, DSSC dà thu hút dược nhiêu sự quan tâm nghiên cứu. Các nghiên cứu về DSSC chù yếu tập trung cho chất màuChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
nhạy quang, trong đó các chất màu mới luôn được tìm kiếm và nghiên cứu nhằm ứng dụng và tăng hiệu suất cho DSSC. Chat màu nhạy quang dược sử dụng nhiMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng Black dyc... Tuy nhiên, Ru là một trong những nguyên tõ hiểm, dắt tiền (-1500 USD/kg, 2015) và có dộc tính [2,19) nên các nghiên cứu về chẵt màu nhạy quang thương lập trung tống hợp các chất màu mới, trong đó Ru được thay thố bằng các kim loạĩ khác bền vừng, phố biến hơn và giá thành thấp hơn. Nhiề Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng u kim loại dã dược nghiên cứu dế thay thế Ru như sắt (Ee(ll)), Osmium (Os(ll)), platin (l’t(ìl)) và đồng (Cu(l)/Cu~) [20-23], trong đó Cu là kim loạiChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
thu hút được nhiều sự chú ý bời giá thành thãp hơn Ru (~6USD/kg, 2015) [24] và khả năng tạo dược nhiêu các phức chất hữu cơ chứa hai nhóm chức có liênMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng ã dưa ra các tính chất tương dông của Cu vái Ru như:-Cu là kim loại chuyền tiếp đa hóa trị có quá trình oxi hóa khừ thuận nghịch: Cu* -co Cu2+-lon Cu tạo thành các phức chất bền thích hợp với nhiều phổi tử-Phức chất Cu(I) hấp thụ mạnh bức xạ mặt trời với dài phố rộng-Mức HOMO của phức chất Cu(I) đượ Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng c tạo thành chù yếu từ các orbital nguyên từ của Cu(l)-Sự chuyền tiếp H0M0-LUM0 đặc trưng bời sự chuyến tiếp điện từ từ kim loại đếnphối từ (chuyên tiChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
ếp MLCT).Về mặt thực nghiệm, nghiên cứu của Sauvage [22] dã chứng minh câu trúc phức Cu* với phối từ hữu cơ 2,2'-bipyridine (bpy) và 1,10-phcnanthroliMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng suất chuyến đồi năng lượng của DSSC sử dung chất màu nhạy quang là phức Cu(I)-bpy khoáng 2% [28]. Gần đây, một số công bố chù yếu tập trung vào các phối từ12khác nhau dựa trên bộ khung 2,2'-bipyridine [29, 30]. Tuy nhiên, trong các nghiên cứu về phức Cu(l) gân dây cho thấy da phàn các cấu trúc phức Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng Cu(l) ở dạng tứ diện [30-32], chưa có nhiều cấu trúc phối từ mới.Tại Việt Nam, từ những năm 1990, đã có những nghiên cứu cơ bản vù ứng dụng dành cho DChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
SSC. Các nghiên cứu chú yếu tập trung vào việc tống hợp và sứ dụng các loại vật liệu mới, đưa ra các cấu trúc mới hoặc thay đồi quy trình chế tạo đế nMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng riển quy trình công nghệ cho DSSC.Do đó, với mong muốn tống hợp thêm các phức mới, trong đó sử dụng Cu thay cho Ru, tác giá dà lựa chọn dề tài: "Chế tạo và nghiên cứu tính chốt cùa vật liệu màu nhạy quang dựa trôn phức chất của Cu'ứng dụng trong chê tạo pin mặt trời màng móng''.Mục tiêu cuà luận ánN Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng ghiên cứu và chế lạo phức chất có chứa kim loại Cu* làm chất màu nhạy quang định hướng ứng dụng trong DSSC.Nội dung nghiên cứu(i)Sử dụng lý thuyết phiChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
ếm hàm mật độ (DFT), dựa trên cấu trúc cùa phức Ru, lính loán mô phỏng đế đưa ra cẩu trúc phức Irong đó Cu Ihay cho Ru. Phức Cu* có vùng cẩm hẹp và thMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng khiết cao dê làm chát màu nhạy quang trong DSSC. Khảo sát các dặc trưng cẩu trúc, hình thái học và giàn đồ năng lượng cùa phức Cu* và đánh giá khả năng ứng dụng choDSSC. ’(hi) Chế tạo hệ phun phủ nhiệt phân dê tạo màng TKb cho a-nổt quang trong DSSC. Khào sát lính chất của màng TiOj chế lạo được.(Ĩ Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng V) Chế lạo điện cực ca-lốt, Irong đó màng molybdenum (Mo) được lạo bằng phương pháp phún xạ thay cho FTO và Pt.(iii)Chẽ lạo thừ nghiệm DSSC, trong dớChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
sử dụng phức Cu" và các điện cực đã chế tạo được nhằm đánh giá khả năng úng dụng của phức Cu*.Các phưcrng pháp nghiên cữuPhương pháp nghiên cứu được sMỜĐẢUTheo báo cáo của Cơ quan Thông tin Năng lượng Mỹ năm 2017, mức tiêu thụ năng lượng thế giới sẽ tăng 28% trong giai đoạn 2015-2040, từ 19.2 đến 24 Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng đó sử dụng phương pháp kết tinh đổ tách sàn phẩm ra khỏi hỗn hợp phàn ứng và tinh chẽ sàn phẩm.-Các phương pháp khảo sát các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu: Cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), nhiễu xạ tia X đơn tinh thề, hiển vi điện từ quét (SEM), phô hấp thụ UV-Vis, đo độ dày màng, đo điện Chế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng trờ 4 mùi dò, đo quét thế vòng, dặc trưng l-V.Lý thuyết:-Phương pháp phiếm hàm mật độ không phụ thuộc thời gian (Density Functional Theory: DFT) sử dụChế tạo và nghiên cứu tính chất của vật liệu màu nhạy quang dựa trên phức chất của cu+ định hướng ứng dụng trong pin mặt trời màng mỏng
ng phiếm hàm tương quan trao đổi tổng quát GGA/PBE được sừ dụng đê’ tối ưu cấu trúc, tính toán các tính chất điện từ của13vật liệu.-Phương pháp phiếmGọi ngay
Chat zalo
Facebook