Nghiên cứu chế tạo điện cực trên cơ sở vật liệu graphene/CNTs định hướng ứng dụng trong các linh kiện quang điện tử - Mã số đề tài: VAST.CTVL.05/17-18

Chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Văn Chúc
Đơn vị thực hiện Viện Khoa học Vật liệu
Thời gian thực hiện 2017 - 2019
Thuộc chương trình Thuộc chương trình phát triển Vật lý đến năm 2020
Cán bộ tham gia
Tổng kinh phí 600 triệu đồng
Xếp loại đề tài Xuất sắc
Mục tiêu đề tài

- Nghiên cứu thực nghiệm chế tạo và khảo sát các đặc tính quang, điện của màng mỏng dẫn điện trong suốt trên cơ sở vật liệu CNTs và vật liệu tổ hợp Gr/CNTs kết hợp với vật liệu polymer dẫn PEDOT:PSS.
- Thử nghiệm ứng dụng vật liệu chế tạo được trong pin mặt trời.

Kết quả đạt được

- Bằng phương pháp hóa học đã tổng hợp thành công màng mỏng dẫn điện tổ hợp DWCNTs/PEDOT:PSS trên đế thủy tinh. Kết quả phân tích cho thấy mẫu DWCNTs/PEDOT:PSS/thủy tinh với DWCNTs được phân tán trong các dung môi ethanol cho kết quả tốt nhất với chiều dày lớp màng ~ 50 nm, độ truyền qua đạt ~ 80% tại bước sóng 550 nm và điện trở ~ 14,5 Ω/□.
- Bằng phương pháp CVD nhiệt đã tổng hợp thành công vật liệu tổ hợp graphene/DWCNTs. Kết quả phân tích cho thấy mẫu graphene/DWCNTs/PEDOT:PSS/thủy tinh có điện trở thấp đạt ~ 790 Ω/□ với độ truyền qua đạt ~ 90 % tại bước sóng 550 nm.
- Bằng phương pháp hóa học đã tổng hợp thành công vật liệu tổ hợp Gr/CNTs/PEDOT:PSS. Kết quả đo điện trở cho thấy, với cùng chiều dày lớp màng khoảng 50-60 nm, mẫu vật liệu Gr/DWCNTs/PEDOT:PSS có điện trở suất nhỏ hơn so với mẫu Gr/SWCNTs/PEDOT:PSS và Gr/MWCNTs/PEDOT:PSS. Đặc biệt, với cùng tỷ lệ CNTs:Gr = 10:1, điện trở của mẫu Gr/DWCNTs/PEDOT:PSS đạt giá trị ~65 Ω/□, thấp hơn điện trở của mẫu Gr/SWCNTs/PEDOT:PSS (~75 Ω/□) và của mẫu Gr/MWCNTs/PEDOT:PSS (~ 92 Ω/□). Bên cạnh đó, độ truyền qua của các mẫu đạt khoảng 90% tại bước sóng 550 nm khi đế thủy tinh được xử lý bằng plasma.
- Đã thử nghiệm và so sánh hiệu suất chuyển đổi () của pin mặt trời trên cơ sở sử dụng màng tổ hợp vật liệu DWCNTs/PEDOT:PSS với vật liệu DWCNTs được phân tán trong 3 loại dung môi khác nhau: isopropanol, aceton và ethanol. Kết quả bước đầu cho thấy pin mặt trời sử dụng màng PEDOT:PSS/DWCNTs với DWCNTs được phân tán trong ethanol có hiệu suất chuyển đổi tốt nhất đạt 5,35%. Kết quả này khẳng định rằng dung môi ethanol không những đã cải thiện khả năng phân tán đồng đều của DWCNTs mà còn cải thiện khả năng bám dính và phủ kín đều vật liệu PEDOT:PSS/DWCNTs lên trên bề mặt đế điện cực, từ đó có thể đã giúp cải thiện quá trình khuếch tán và tái hợp giữa điện tử và lỗ trống tại lớp tiếp giáp giữa đế Si loại n và vật liệu PEDOT:PSS/DWCNTs (loại p).

Một số hình ảnh của đề tài:

T8.78.nvtruc1

T8.78.nvtruc2

Những đóng góp mới

- Bằng phương pháp hóa học, đã tổng hợp thành công các màng mỏng dẫn điện trong suốt trên cơ sở vật liệu DWCNTs/PEDOT:PSS và vật liệu tổ hợp Gr/DWCNTs/PEDOT:PSS.
- Đã thử nghiệm ứng dụng màng mỏng trên cơ sở vật liệu PEDOT:PSS/DWCNTs trong pin mặt trời. Kết quả bước đầu cho thấy pin mặt trời sử dụng màng PEDOT:PSS/DWCNTs với DWCNTs được phân tán trong ethanol có hiệu suất chuyển đổi tốt nhất đạt 5,35%.

Sản phẩm

- Các bài báo đã công bố:
02 bài trên tạp chí quốc tế thuộc danh mục ISI:

  1. Van Trinh Pham, Thi Thanh Cao, Viet Cuong Le, Ngoc Hong Phan, Duy Long Pham, Ngoc Minh Phan, and Van Chuc Nguyen, “Effect of organic solvents on the properties of DWCNTs/PEDOT:PSS transparent conductive films”, Mater. Res. Express 4 (2017)105504.
  2. Pham Van Trinh, Phan Ngoc Hong, Bui Hung Thang, Nguyen Tuan Hong, Duong Van Thiet, Nguyen Van Chuc, and Phan Ngoc Minh, “Effect of surface morphology and dispersion media on the properties of PEDOT:PSS/n-Si hybrid solar cell containing functionalized graphene”, Advances in Materials Science and Engineering
    Volume 2017, Article ID 2362056, 9 pages.

01 bài trên tạp chí trong nước:

  1. Cao Thị Thanh, Phạm Văn Trình, Phan Ngọc Minh, Nguyễn Văn Chúc, “Ảnh hưởng của đế kim loại và kết quả tổng hợp màng graphen trên đế đồng bằng phương pháp CVD nhiệt ở áp suất khí quyển”, Tạp chí Hóa học 55 (3e12) 94-98 2017

03 báo cáo tại Hội nghị:

  1. Phạm Văn Trình, Lê Thị Thu Hương, Cao Thị Thanh, Phạm Duy Long, Nguyễn Văn Chúc, “Tổng hợp màng mỏng dẫn điện trong suốt trên cơ sở vật liệu ống nano cácbon hai tường (DWCNTs)”, Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học Vật liệu toàn quốc-SPMS 2017, pp. 673-676.
  2. Trần Văn Hậu, Phan Nguyễn Đức Dược, Phạm Văn Trình, Cao Thị Thanh, Nguyễn Văn Tú, Nguyễn Ngọc Trác, Nguyễn Thị Hồng, Nguyễn Văn Chúc, “Tổng hợp màng mỏng graphene từ đường saccarozo”, Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học Vật liệu toàn quốc-SPMS 2017, pp. 440-443
  3. Phan Nguyễn Đức Dược, Trần Văn Hậu, Phạm Văn Trình, Cao Thị Thanh, Nguyễn Văn Tú, Đàm Thế An, Nguyễn Thị Hồng Vân, Nguyễn Văn Chúc, “Nghiên cứu chế tạo màng mỏng tổ hợp ba chiều DWCNTs/graphene trên đế đồng thương mại bằng phương pháp ủ nhiệt”, Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học Vật liệu toàn quốc-SPMS 2017, pp. 444-447

- Các sản phẩm công nghệ

  • 05 mẫu màng điện cực trong suốt dẫn điện CNT/PEDOT:PSS: Màng mỏng CNTs/PEDOT:PSS/thủy tinh, kích thước 2 cm x 2 cm; chiều dày lớp màng khoảng 50 nm; điện trở ~15 Ω/□; độ truyền qua > 80%.
  • 05 mẫu màng điện cực trong suốt dẫn điện graphene/CNT/PEDOT:PSS: Màng mỏng
    graphene/CNTs/PEDOT:PSS/thủy tinh, kích thước 2 cm x 2 cm; chiều dày lớp màng khoảng 50-60 nm; điện trở ~100 Ω/□; độ truyền qua >80%.

- Các sản phẩm khác (Hỗ trợ đào tạo)
01 nghiên cứu sinh đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ:

  1. Cao Thị Thanh, Nghiên cứu chế tạo vật liệu ống nanô cácbon định hướng và vật liệu graphene nhằm ứng dụng trong cảm biến sinh học, bảo vệ tháng 6/2018 tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm KHCNVN.

01 học viên cao học ngành vật lí bảo vệ thành công luận văn thạc sĩ:

  1. Tạ Văn Hiển, “Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của màng graphene tổng hợp bằng phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi”, bảo vệ tháng 10/2018 tại Trường Đại học khoa học, Đại học Thái Nguyên.

02 sinh viên đã bảo vệ thành công luận văn tốt nghiệp:

  1. Lê Thị Thu Hương, “Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất của màng mỏng trong suốt trên cơ sở vật liệu nano cácbon”, bảo vệ tháng 6/2017 tại trường Đại học Công nghiệp Việt trì, Phú Thọ.
  2. Mai Thị Hương, “Nghiên cứu chế tạo màng mỏng dẫn điện trong suốt trên cơ sở vật liệu graphene/DWCNTs”, bảo vệ tháng 6/2018 tại Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, Phú Thọ.

Bản quyền thuộc về Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Địa chỉ: 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội. Email: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
Khi phát hành lại thông tin trên Website cần ghi rõ nguồn: "Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam".