ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHAN VŨ THỊ VÂN

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO CÁC LOẠI

VẬT LIỆU LAI CƠ KIM HALOGEN

PEROVSKITE CẤU TRÚC NANO ỨNG

DỤNG TRONG QUANG ĐIỆN TỬ

Ngành: Vật liệu và Linh kiện nano

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện bán dẫn nano

Mã số: 8440126.01 QDT

Tóm tắt luận văn thạc sĩ: Vật liệu và Linh kiện nano

Hà Nội-2018

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ................................................................................ 1

Chương 1. TỔNG QUAN ....................................................... 2

1.1 Giới thiệu chung về vật liệu Perovskite ....................... 2

1.1.1. Phân loại vật liệu Perovskite .................................... 2

1.1.2. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen Perovskite ............... 3

1.2. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen perovskite cấu trúc ba

chiều (3D) .......................................................................... 5

1.3. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen perovskite cấu trúc hai

chiều (2D) .......................................................................... 5

1.4. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen perovsksite cấu trúc

một chiều (1D) ................................................................... 6

1.5. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen perovskite cấu trúc

không chiều (0D) ............................................................... 6

1.6. Pin mặt trời hữu cơ vô cơ halogen perovskite ............ 6

1.6.1. Sự phát triển của pin mặt trời perovskite ................. 6

1.6.2. Cấu trúc pin mặt trời perovskite .............................. 7

1.7. Cấu trúc đi-ốt phát quang perovskite .......................... 8

Chương 2. THỰC NGHIỆM................................................... 9

2.1. Hóa chất và dụng cụ .................................................... 9

2.1.1. Hóa chất ................................................................... 9

2.1.2. Dụng cụ .................................................................. 10

2.2. Phương pháp chế tạo ................................................. 10

2.2.1. Phương pháp chế tạovật liệu cấu trúc 3D, 2D, 0D . 10

2.2.2. Phương pháp chế tạo pin mặt trời perovskite và đi-ốt

phát quang 10

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................ 12

3.1. Kết quả tổng hợp và đánh giá tính chất quang học của

MAPbBr3 (3D) ................................................................. 12

3.2. Kết quả tổng hợp và đánh giá tính chất quang học của

FAPbBr3 (3D) .................................................................. 13

3.3. Kết quả tổng hợp và đánh giá tính chất quang học của

PEPI (2D) ......................................................................... 15

3.4. Kết quả tổng hợp và đánh giá tính chất quang học của

(FA)4PbBr6 (0D) .............................................................. 17

3.5. Kết quả chế tạo pin mặt trời perovskite .................... 19

KẾT LUẬN ........................................................................... 22

DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

ĐẾN LUẬN VĂN ................................................................. 24

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................... 24

Tài liệu tham khảo tiếng Việt........................................... 24

Tài liệu tham khảo tiếng Anh........................................... 24

Danh mục hình tham khảo

Hình 1. 1: : Sơ đồ phân loại vật liệu Perovskite. ..................... 3 Hình 1. 2: Cấu trúc tinh thể của vật liệu Perovskite có công

thức chung là MAX3. Cation M nằm vị trí trung tâm (màu

xanh lá cây), cation kim loại A (màu xám), anion X (màu tím)

[5]. ........................................................................................... 4 Hình 1. 3: Hiệu suất của một số loại pin mặt trời được nghiên

cứu 1985-2015. ....................................................................... 7 Hình 1. 4 : Cấu trúc pin mặt trời perovskite. Hình 1.4 a: Cấu

trúc pin mặt trời perovskite dạng p-i-n, hình 1.4 b: Cấu trúc

pin mặt trời dạng n-i-p. ........................................................... 8 Hình 1. 5: Mô hình cấu trúc đi-ốt phát quang đơn lớp

perovskite (PeLED) ................................................................ 8

Hình 3. 1: Phổ huỳnh quang của mẫu MAPbBr3 kích thích

bằng xung laser với bước sóng λ = 532 nm. ......................... 12 Hình 3. 2: Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của vị trí đỉnh phát

quang, diện tích đỉnh phát quang, độ bán rộng của đỉnh phát

quang, chiều cao của đỉnh phát quang của mẫu MAPbBr3 phát

quang vào mật độ năng lượng của xung laser. ...................... 12 Hình 3. 3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu FAPbBr3 màng

mỏng và mẫu bột. .................................................................. 13 Hình 3. 4: Phổ hấp thụ của mẫu màng mỏng FAPbBr3. ....... 13 Hình 3. 5: Phổ huỳnh quang của mẫu FAPbBr3 kích thích

bằng xung laser với bước sóng λ = 532 nm .......................... 14 Hình 3. 6: Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của vị trí (Xc), diện

tích, FWHM, chiều cao của mẫu MAPbBr3 phát quang vào

mật độ năng lượng của xung laser. ....................................... 14 Hình 3. 7: Ảnh SEM mẫu màng mỏng PEPI với các độ phân

giản khác nhau ...................................................................... 15 Hình 3. 8: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu màng mỏng PEPI. ... 15 Hình 3. 9: Phổ hấp thụ của mẫu màng mỏng PEPI. .............. 16

Hình 3. 10: Phổ huỳnh quang của màng mỏng PEPI. ........... 16 Hình 3. 11: Phổ PL kích bằng bước sóng laser λ = 405 nm. . 17 Hình 3. 12: Kết quả ảnh SEM mẫu (FA)4PbBr6 được đo ở các

độ phân giản khác nhau. ........................................................ 17 Hình 3. 13: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu (FA)4PbBr6 ............ 18 Hình 3. 14: Phổ PL kích bằng laser bằng bước sóng λ = 325

nm ......................................................................................... 18 Hình 3. 15: Đường đặc trưng J-V của pin mặt trời perovskite

cấu trúc p-i-n. ........................................................................ 19 Hình 3. 16: Hình ảnh đi-ốt phát quang FAPbBr3. ................. 20 Hình 3. 17: Phổ phát xạ điện tử của mẫu đi-ốt phát quang

FAPbBr3 perovskite. ............................................................. 20 Hình 3. 18: Đường đặc trưng I-V đi-ốt phát quang perovskite.

.............................................................................................. 21

Danh mục bảng tham khảo

Bảng 2. 1: Bảng thống kê một số hóa chất sử dụng trong thí

nghiệm .................................................................................... 9 Bảng 2. 2: Bảng tên một số dụng cụ, thiết bị sử dụng trong thí

nghiệm. ................................................................................. 10 Bảng 2. 3: Bảng thông số kỹ thuật của phương pháp phún xạ

và phương pháp bốc bay nhiệt. ............................................. 11

1

MỞ ĐẦU Trên thế giới, theo diễn đàn kinh tế thế giới (WEF) tổng kết vào năm 2016, có 10 công nghệ nổi bật nhất. Ngoài những đóng góp của cảm biến nano, công nghệ Blockchain, nội tạng nhân tạo thì vật liệu thế hệ mới đóng góp vào 2 loại vật liệu ảnh hưởng nhất trong tương lai đó là vật liệu graphene và vật liệu perovskite. Ở Việt Nam, theo bộ Khoa học và công nghệ, công nghệ vật liệu mới hiện là một trong bốn lĩnh vực trọng tâm của nhà nước được ưu tiên và phát triển. Việt Nam đang tập trung phát triển các loại vật liệu mới như: vật liệu cảm biến, vật liệu chế tạo bộ nhớ thế hệ mới, vật liệu nano, vật liệu composit…

Vật liệu perovskite được nhà khoáng vật học người Nga L. A. Perovski tìm thấy ở dãy núi Uran năm 1839. Nhưng đến thế kỉ XXI thì vật liệu này mới được nghiên cứu rộng rãi khi một số nhóm nghiên cứu tìm ra khả năng hấp thụ và phát xạ của nhóm vật liệu này. Từ đó, hàng loại các nghiên cứu về khả năng ứng dụng của vật liệu perovskite trong các thiết bị quang điện tử.

Từ những ứng dụng của vật liệu perovskite đã giúp tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu và chế tạo các loại vật liệu lai cơ kim halogen perovskite cấu trúc nano ứng dụng trong quang điện tử” với mục đích tìm hiểu các tính chất quang của vật liệu sau đó lựa chọn các phương pháp kỹ thuật, phương pháp chế tạo phù hợp để phân tích các tính chất đặc trưng vật liệu và chế tạo pin mặt trời và các đi-ốt phát quang perovskite. Trong đề tài này có những nội dung nghiên cứu sau:

Chế tạo vật liệu perovskite cấu trúc 3D, 2D, OD và tiến hành phân tích cấu trúc và tính chất quang học.

Chế tạo pin mặt trời và đi-ốt phát quang perovskite. Khảo sát các thông số của pin mặt trời và đi-ốt phát

quang.

2

Chương 1. TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về vật liệu Perovskite

1.1.1. Phân loại vật liệu Perovskite

Công nghệ vật liệu là ngành nghiên cứu về mối quan

hệ thành phần, cấu trúc, các công nghệ chế tạo, xử lý và tính

chất của các vật liệu. Thông thường đối tượng nghiên cứu là

vật liệu ở thể rắn, sau đó mới đến lỏng, thể khí. Các tính chất

được nghiên cứu là cấu trúc, tính chất điện từ, nhiệt, quang

cơ… với mục đích là tạo ra các vật liệu để thỏa mãn các nhu

cầu, ứng dụng trong kỹ thuật. Nhiều loại vật liệu mới ra đời ứng

dụng trong các lĩnh vực: điện tử, truyền thông… trong đó phải

kể đến vật liệu đa dạng perovskite. Công thức phân tử chung

của vật liệu Perovskite là MAX3 hoặc (R-NH3)AX4 [5, 6]

Trong đó:

A, M là các ion (cation) có bán kính khác nhau.

X là các ion (anion) như: oxi, nhóm halogen

(Clo, Brom, Iot).

R là một nhóm hữu cơ.

Vật liệu Perovskite được chia làm hai loại chính là: vật liệu

Perovskite oxit vô cơ và vật liệu perovskite halogen. Trong đó

vật liệu perovskite oxit vô cơ gồm vật liệu perovskite tự nhiên

(khoáng vật) và vật liệu perovskite pha tạp; vật liệu perovskite

halogen được chia làm hai loại là vật liệu perovskite halogen

kim loại kiềm (alkali- halide perovskite) và vật liệu perovskite

hữu cơ vô cơ halogen (organo-metal halide perovskite).

3

Hình 1. 1: : Sơ đồ phân loại vật liệu Perovskite.

1.1.2. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen Perovskite

Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen MAX3 hoặc (R-

NH3)2AX4 trong đó:

M là các ion dương gốc hữu cơ như: CH3NH3+,

CH3CH2NH3+, HC(NH2)2,...

A là các ion dương kim loại như: Pb2+, Sn2+,…

R là các gốc hữu cơ như: C6H5(CH2)2+, FC6H4(CH2)2

+

X là các ion âm nhóm halogen như: Cl-, I-, Br-…

4

Hình 1. 2: Cấu trúc tinh thể của vật liệu Perovskite có công

thức chung là MAX3. Cation M nằm vị trí trung tâm (màu

xanh lá cây), cation kim loại A (màu xám), anion X (màu

tím) [5].

Vật liệu perovskite hữu cơ vô cơ halogen CH3NH3PbI3

đặc biệt có tính chất quang điện hấp dẫn với độ rộng vùng cấm

Eg = 1.55 eV tương ứng với bước sóng λ = 800 nm, quãng

đường khuếch tán của hạt tải L = 100 nm đến 1 µm làm cho vật

liệu perovskite trở thành ứng cử viên lý tưởng cho các tế bào

năng lượng mặt trời. Những tính chất hấp dẫn của vật liệu này

nhờ vào kết quả của năng lượng liên kết exciton thấp 30 meV

và độ linh động của hạt tải cao.

Ví dụ như các hợp chất CH3NH3AX3 (A, là Pb, Sn, X

là Cl, Br hoặc I). Cấu trúc và tính chất vật lý của loại hợp chất

này lần đầu tiên được đưa ra bởi Weber vào năm 1978. Trong

đó những ion Pb2+ và Sn2+ chủ yếu ổn định với cấu trúc lập

phương ở nhiệt độ thường. Ví dụ như CH3NH3PbI3,

CH3NH3PbBr3, CH3NH3PbCl3 có cấu trúc thường gặp là lập

5

phương (cubic) ở nhiệt độ phòng với thông số mạng lần lượt là:

a= 6.27 Ao, 5.92 Ao, 5.68 Ao. Các thông số mạng thay đổi khi

các phân tử có nhiều halogen khác nhau, ví dụ

CH3NH3PbBr2.3Cl0.7 có a= 5.98 Å, CH3NH3PbBr2.07I0.93 có a=

6.03 Å, CH3NH3PbBr0.45I2.55 có a= 6.25 Å.... Một loại

Perovskite khác với công thức phân tử (C4H9NH3)2(CH3NH3)n-

1SnnI3n+1 cũng đã được đặc biệt quan tâm [8].

1.2. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen perovskite cấu trúc ba

chiều (3D)

Như đã giới thiệu chung ở phần trên, vật liệu perovskite

cấu trúc 3D hay còn gọi là vật liệu khối, có cấu trúc gồm sự lặp

lại của các ô cơ bản. Trong đó vị trí trung tâm là các cation M,

bao quanh bởi các octahedral. Vật liệu perovskite cấu trúc 3D

là MAX3 như: CH3NH3PbI3, CH3NH3PbBr3, CsPbI3…

Cấu trúc của các vật liệu 3D này được nghiên cứu từ

những năm 1870-1980 nhưng đến khi tìm thấy được khả năng

ứng dụng của vật liệu này trong các thiết bị quang điện tử thì

cấu trúc vật liệu được nghiên cứ rộng rãi.

1.3. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen perovskite cấu trúc hai

chiều (2D)

Các hợp chất perovskite 2D có công thức dạng chung:

(R-NH3)2AX4, trong đó:

R là một amoni cation béo hoặc thơm

A là một kim loại hóa trị hai có khả năng kết

hợp với các nguyên tố halogen tạo thành khối

bát diện.

6

X là các nguyên tố halogen.

Trong cấu trúc (R-NH3)2AX4 được chỉ ra rằng các đơn

lớp vô cơ được xen kẽ với các cation amoni hữu cơ, nơi mà các

nhóm hữu cơ R tự liên kết thông qua liên kết “ᴫ-ᴫ” hoặc liên

kết thông qua lực Van der Waals.

1.4. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen perovsksite cấu trúc một

chiều (1D)

Vật liệu nano cấu trúc một chiều (1D) là vật liệu có

kích thước nano mét và có chiều dài từ vài trăm nano mét đến

vài centimét. Do có hiệu ứng giam giữ kích thước, điện tử tự

do trên một chiều (hai chiều bị giam giữ) nên vật liệu 1D có

tính chất vật lý mới mà vật liệu 3D không có. Ví dụ: dây nano,

ống nano…

1.5. Vật liệu hữu cơ vô cơ halogen perovskite cấu trúc

không chiều (0D)

Vật liệu nano cấu trúc không chiều (0D) là vật liệu có

kích thước nano mét. Do có hiệu ứng giam giữ kích thước, điện

tử tự do bị giam giữ trong cả ba chiều. Các loại vật liệu

perovskite cấu trúc 0D nghiên cứu gần đây là: (MA)4PbI6,

CsPbBr6…Vật liệu perovskite 0D có tính chất quang tuyệt vời.

1.6. Pin mặt trời hữu cơ vô cơ halogen perovskite

1.6.1. Sự phát triển của pin mặt trời perovskite

7

Hình 1. 3: Hiệu suất của một số loại pin mặt trời được

nghiên cứu 1985-2015.

Vào cuối thế kỉ XX, những tấm pin mặt trời Silic sau nhiều

năm nghiên cứu đã được sản xuất thương mại hóa và được tung

ra thị trường hòa nhập cùng sản lượng điện thế giới Những tấm

pin mặt trời Silic vô định hình từ 1985- 2009 nghiên cứu với

hiệu suất khoảng 7.5% đến 13% mất hơn 20 năm để cải thiện

hiệu suất tăng khoảng 5.5%. Pin mặt trời chất màu nhạy quang

(DSSC) phát triển từ năm 1991 với hiệu suất ban đầu khoảng

6% đến năm 2012 đạt được khoảng 12%, trong khoảng 10 năm

nghiên cứu và phát triển hiệu suất tăng được 6%. Còn đến năm

2009, tấm pin mặt trời đầu tiên đạt 3.8% đến năm 2015 hiệu

suất đạt được hơn 20% trong vòng 6 năm nghiên cứu, hiệu suất

pin được cải thiên rõ rệt tăng đến 17%, đó là con số ấn tượng

trong lịch sử phát triển pin mặt trời

1.6.2. Cấu trúc pin mặt trời perovskite

8

Hình 1. 4 : Cấu trúc pin mặt trời perovskite. Hình 1.4 a:

Cấu trúc pin mặt trời perovskite dạng p-i-n, hình 1.4 b:

Cấu trúc pin mặt trời dạng n-i-p.

Cấu trúc pin mặt trời dạng n-i-p hay cấu trúc pin mặt

trời đảo ngược dạng p-i-n được hình dung như một chiếc bánh

sandwich với lớp loại i kẹp giữa hai bán dẫn loại n và loại p.

1.7. Cấu trúc đi-ốt phát quang perovskite

Hình 1. 5: Mô hình cấu trúc đi-ốt phát quang đơn lớp

perovskite (PeLED)

Hình 1.5a, Biểu diễn cấu trúc một đi-ốt phát quang đơn

lớp perovskite bao gồm 2 lớp FTO đóng vai trò là lớp điện cực,

lớp perovskite FAPbBr₃ đóng vai trò là lớp phát xạ.

9

Chương 2. THỰC NGHIỆM

2.1. Hóa chất và dụng cụ

2.1.1. Hóa chất

Bảng 2. 1: Bảng thống kê một số hóa chất sử dụng trong

thí nghiệm.

10

2.1.2. Dụng cụ

STT Dụng cụ, máy móc thiết bị

1 Pepet thủy tinh 2ml

2 Cốc thủy tinh dung tích

khác nhau: 5ml, 50 ml, 500

ml…

3 Màng lọc

4 Xi-lanh

5 Máy rung siêu âm

6 Máy phủ quay

7 Máy đo độ ẩm

8 Máy phún xạ

9 Máy bốc bay nhiệt

10 Kính hiển vi

……

Bảng 2. 2: Bảng tên một số dụng cụ, thiết bị sử dụng trong

thí nghiệm.

2.2. Phương pháp chế tạo

2.2.1. Phương pháp chế tạovật liệu cấu trúc 3D, 2D, 0D

Chúng tôi tiến hành chế tao các loại vật liệu perovskite

cấu trúc 3D, 2D, 0D, bằng phương pháp nhỏ giọt và phương

pháp quay phủ.

2.2.2. Phương pháp chế tạo pin mặt trời perovskite và đi-

ốt phát quang

Pin mặt trời được chế tạo theo cấu trúc

FTO/PEDOT:PSS/FAPbBr3/AZO/Ag trong đó:

11

- Lớp PEDOT:PSS và lớp FAPbBr3 được chế tạo bằng

phương pháp phủ quay.

- Lớp AZO và điện cực Ag theo bảng 2.3

Thông số kỹ

thuật của

phương pháp

Lớp AZO Lớp điện cực Ag

Phún xạ Bia: AZO

Áp suất: <5.10-

6Torr

Nguồn dòng:

RF.

Công suất:

90W.

Thời gian: 30

phút.

Bốc bay nhiệt Ag

Áp suất:<5.10-

6Torr.

Nguồn dòng: 70A.

Độ dày: 200 nm.

Bảng 2. 3: Bảng thông số kỹ thuật của phương pháp phún

xạ và phương pháp bốc bay nhiệt.

2.3. Phương pháp đáng giá đặc trưng

Phương pháp nhiễu xạ tia X

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét

Phương pháp đo huỳnh quang

Phương pháp đo phổ hấp thụ

Phương pháp đo đường đặc trưng I-V

12

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả tổng hợp và đánh giá tính chất quang học của

MAPbBr3 (3D)

Hình 3. 1: Phổ huỳnh quang của mẫu MAPbBr3 kích thích

bằng xung laser với bước sóng λ = 532 nm.

Hình 3. 2: Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của vị trí đỉnh

phát quang, diện tích đỉnh phát quang, độ bán rộng của

đỉnh phát quang, chiều cao của đỉnh phát quang của mẫu

MAPbBr3 phát quang vào mật độ năng lượng của xung

laser.

13

3.2. Kết quả tổng hợp và đánh giá tính chất quang học của

FAPbBr3 (3D)

Hình 3. 3: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu FAPbBr3 màng

mỏng và mẫu bột.

Hình 3. 4: Phổ hấp thụ của mẫu màng mỏng FAPbBr3.

14

Hình 3. 5: Phổ huỳnh quang của mẫu FAPbBr3 kích thích

bằng xung laser với bước sóng λ = 532 nm

Hình 3. 6: Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của vị trí (Xc),

diện tích, FWHM, chiều cao của mẫu MAPbBr3 phát

quang vào mật độ năng lượng của xung laser.

15

3.3. Kết quả tổng hợp và đánh giá tính chất quang học của

PEPI (2D)

Hình 3. 7: Ảnh SEM mẫu màng mỏng PEPI với các độ

phân giản khác nhau

Hình 3. 8: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu màng mỏng PEPI.

16

Hình 3. 9: Phổ hấp thụ của mẫu màng mỏng PEPI.

Hình 3. 10: Phổ huỳnh quang của màng mỏng PEPI.

17

Hình 3. 11: Phổ PL kích bằng bước sóng laser λ = 405 nm.

3.4. Kết quả tổng hợp và đánh giá tính chất quang học của

(FA)4PbBr6 (0D)

Hình 3. 12: Kết quả ảnh SEM mẫu (FA)4PbBr6 được đo ở

các độ phân giản khác nhau.

18

Hình 3. 13: Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu (FA)4PbBr6

Hình 3. 14: Phổ PL kích bằng laser bằng bước sóng λ =

325 nm

19

3.5. Kết quả chế tạo pin mặt trời perovskite

Hình 3. 15: Đường đặc trưng J-V của pin mặt trời

perovskite cấu trúc p-i-n.

3.6 Kết quả chế tạo đi-ốt phát quang perovskite

20

Hình 3. 16: Hình ảnh đi-ốt phát quang FAPbBr3.

Hình 3. 17: Phổ phát xạ điện tử của mẫu đi-ốt phát quang

FAPbBr3 perovskite.

21

0 2 4 60

50

100

150

Cu

on

g d

o d

on

g d

ien

(m

A)

Hieu dien the (V)

Hình 3. 18: Đường đặc trưng I-V đi-ốt phát quang

perovskite.

22

KẾT LUẬN

Bằng phương pháp chế tạo đơn giản phủ quay và phương pháp

nhỏ giọt (phương pháp dropping) chúng tôi đã chế tạo thành

công vật liệu MAPbBr3, FAPbBr3 cấu trúc 3D, PEPI cấu trúc

trúc 2D, (FA)4PbBr6, cấu trúc 0D, pin mặt trời perovskite với

cấu trúc FTO/PEDOT:PSS/FAPbBr3/AZO/Ag, đi-ốt phát

quang perovskite với cấu trúc FTO/FAPbBr3/FTO đơn giản.

Vật liệu MAPbBr3, FAPbBr3 có cấu trúc lập phương và

thuộc nhóm không gian Pm-3m, có tính chất quang tuyệt vời,

phát xạ ánh sáng màu xanh trong khoảng bước sóng từ 540 nm

đến 570 nm, hấp thụ tốt trong dải sáng tử ngoại đến dải sáng

màu xanh. Hai loại vật liệu MAPbBr3 và FAPbBr3 khi được

kích thích bằng xung laser với bước sóng λ= 532 nm, mật độ

năng lượng laser thấp lần lượt khoảng 3.5 μJ/cm2 và 1.42

μJ/cm2 chúng xuất hiện 2 đỉnh phát quang, đỉnh phát xạ tự phát

và đỉnh phát xạ tự phát khuếch đại. Điều này cho thấy vật liệu

này có tính chất phi tuyến và phát quang cao, có tiềm năng ứng

dụng tốt trong chế tạo các linh kiện quang điện tử như: đi-ốt

phát quang, laser.

Vật liệu PEPI có cấu trúc triclinic, nhóm không gian P-

1. Trong một ô cơ bản vật liệu PEPI 2D được tính toán với các

thông số mạng sau: a= 8.7389A0, b=8.7043 Å, c= 32.9952 Å,

α= 84.6460, β= 84.6570, ɣ= 89.6430. Vật liệu PEPI phát quang

tốt trong dải bước sóng xanh 500 nm- 600 nm, năng lượng hấp

thụ exciton tồn tại ở nhiệt độ phòng tại bước sóng 520 nm. Khi

kích thích vật liệu bằng đi-ốt laser với bước sóng 405 nm, vật

liệu này cũng xuất hiện 2 đỉnh phát quang: đỉnh phát xạ tự phát

23

và đỉnh phát xạ tự phát khuếch đại. Điều này cho thấy vật liệu

này ứng dụng tốt trong chế tạo các linh kiện điện tử.

Vật liệu (FA)4PbBr6 được tổng hợp thành công bằng

phương pháp nhỏ giọt và phương pháp phủ quay. Vật liệu

(FA)4PbBr6 có cấu trúc monoclinic a= 12.7937 Å, b= 12.7035

Å, c= 14.49 Å, β= 92.2980. Dựa vào phân tích phổ nhiễu xạ tia

X. Chúng tôi sử dụng phương pháp đo phổ huỳnh quang để

đánh giá tính chất quang của vật liệu. (FA)4PbBr6 phát quang

trắng, có dải bước sóng từ 400 nm tới 800 nm với đỉnh phát xạ

cao nhất ở bước sóng λ= 533.5 nm, kích thích bằng bước sóng

laser λ= 325 nm.

Pin mặt trời perovskite có cấu trúc

FTO/PEDOT:PSS/FAPbBr3/AZO/Ag được chúng tôi chế tạo

với các thông số kỹ thuật Voc = 0.14V, Jsc = 2.666 mA, FF =

0.254, PCE = 0.095%. Hiện nay, chúng tôi vẫn tiếp tục cải thiện

quy trình chế tạo để nâng cao hiệu suất của pin.

Đi-ốt phát quang perovskite có cấu trúc

FTO/FAPbBr3/FTO đơn giản được chế tạo thành công. Sự phát

quang của vật liệu gây ra bởi các đơn tinh thể được sắp xếp

trong lớp màng mỏng perovskite FAPbBr3.

Trong tương lai, chúng tôi sẽ tiếp tục tối ưu hóa quy

trình chế tạo đi-ốt phát quang với cấu trúc

ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PEI/FTO nhằm tăng tính ổn định

của đi-ốt. Ngoài ra, chúng tôi tiếp tục nghiên cứu về cấu trúc

và tính chất của vật liệu perovskite cấu trúc 2D, 1D, với ứng

dụng trong chế tạo đi-ốt phát quang và laser bán dẫn.

24

DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

ĐẾN LUẬN VĂN

1. Thi Van Phan Vu, Minh Tu Nguyen, Dam Thuy Trang Nguyen, Tien Dung Vu, Duc Long Nguyen. Ngoc Mai An, Minh Hieu Nguyen, Cong Doanh Sai, Van Diep Bui, Chi Hieu Hoang, Thanh Tu Truong, Ngoc Diep Lai, Thuat Nguyen-Tran, “Three-Photon Absorption Induced Photoluminescence in Organo-Lead Mixed Halide Perovskites”, Journal electronic material, June 2017, Volume 46, Issue 6, pp 3622–3626.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tham khảo tiếng Việt [1] Phùng Hồ, Phan Quốc Phô, “Giáo trình vật liệu bán dẫn”, NXB ĐHBK Hà Nội.

[2] “Bài giảng quang bán dẫn”. khoa Vật lý, trường đại học Khoa học Tự nhiên. ĐHQG Hà Nội.

[3] Phạm Luận, “Phương pháp phân tích phổ nguyên tử”, NXB ĐHQG Hà Nội.

[4] “Thực tập vật lý hiện đại”, khoa Vật lý, trường đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội, 2012.

Tài liệu tham khảo tiếng Anh [5] Chen, Yani He, Minhong Peng, Jiajun Sun, Yong Liang,

Ziqi, (2015) “Structure and growth control of organic–

inorganic halide perovskites for optoelectronics: From

polycrystalline films to single crystals”, Advanced Science,

Volume 3, Issue 4, pp 1530392.

[6] Wei, Y.Audebert, P.Galmiche, L.Lauret, J. S.Deleporte,

(2013), “Synthesis, optical properties and photostability of

novel fluorinated organic-inorganic hybrid (R-NH3)2PbX4

25

semiconductors”, Journal of Physics D: Applied Physics

Volume 46, Issue 13, pp 135105.

[7] Grzegorz Lupina, Jarek Dabrowski, Piotr Dudek, Grzegorz

Kozlowski, Mindaugas Lukosius, Christian Wenger, Hans

Joachim Mussig, (2009) “Perovskite BaHfO3 Dielectric Layers

for Dynamic Random Access Memory Storage Capacitor

Applications”, Advanced Engineering Materials, Volume 11,

Issue 4, pp 259-264.

[8] H Mashiyama, Y Kurihara, T Azetsu, (2016) “Disordered

cubic perovskite structure of CH3NH3X3 (X= Cl, Br, I)”,

Journal of the Korean Physiscal Society, Volume 32, pp 156-

158.

[9] Giovanni, David Chong, Wee Kiang Dewi, Herlina Arianita

Thirumal, Krishnamoorthy Neogi, IshitaRamesh,

RamamoorthyMhaisalkar, SubodhMathews, Nripan Sum, Tze

Chien, (2016) “Tunable room-temperature spin-selective

optical Stark effect in solution-processed layered halide

perovskites”,Science advances, Volume 2, Issue 6, pp

e1600477.

[10] Zhang, Pan Pan Zhou, Zheng Ji Kou, Dong Xing Wu, Si

Xin, (2017)“Perovskite Thin Film Solar Cells Based on

Inorganic Hole Conducting Materials” International Journal of

Photoenergy, Volume 2017, pp 6109092.