Luận Văn Ứng dụng màng P3HT vào chế tạo linh kiện pin mặt trời và diod phát quang hữu cơ

(Luận văn hoàn chỉnh, đầy đủ mọi chi tiết, dài 96 trang)


Mục lục

Lời mở đầu . 1

A. Lý thuyết tổng quan . 2

A.1. Bán dẫn hữu cơ 3

A.1.1. Giới thiệu hợp chất hữu cơ 4

A.1.2. Lai hóa 7

A.1.3. Phân tử benzen . 10

A.1.4. Cấu trúc vùng năng lượng 11

A.1.5. Phân tử liên hợp . 13

A.1.6. Các hạt tải điện và exciton trong bán dẫn hữu cơ 15

A.1.6.1. Các hạt tải điện . 15

A.1.6.2. Excition . 18

A.2. Vật liệu Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) 20

A.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin mặt trời cơ bản 24

A.3.1. Cấu tạo pin mặt trời 24



A.3.2. Nguyên lý hoạt động 25



A.3.3. Đặc trưng I-V Pin Mặt trời . 32



A.3.4. Hiệu suất Pin Mặt Trời . 33

A.4. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động cơ bản của diod phát quang hữu cơ 36



A.4.1. Cấu tạo . 36



A.4.1.1 Cấu trúc đơn lớp 36



A.4.1.2. Cấu trúc đa lớp 37



A.4.2.Tiếp xúc bán dẫn điện cực 38



A.4.2.1.Tiếp xúc Schottky 38



A.4.2.2.Tiếp xúc Ohmic . 40

B.Phần thực nghiệm . 42

B.1.Các thiết bị 43



B.1.1.Thiết bị sử dụng trong tiến trình thực nghiệm 43



B.1.1.1.Glove box tạo màng . 44



B.1.1.2. Buồng ủ nhiệt 45



B.1.1.3. Hệ bốc bay 45



B.1.1.4 Hệ ủ nhiệt chân không cao Torr . 49



B.1.1.5. Hệ pha tạp loại n+ cho wafer Si đơn tinh thể (c-Si) . 50



B.1.2. Các thiết bị đo . 52



B.1.2.1. Hệ đo điện phát quang L-V và đặc trưng I-V . 52



B.1.2.2 Hệ đo quang phát quang (PL) 53



B.1.2.3. Hệ UV-Vis 53



B.1.2.4. Hệ Stylus profilometer . 54



B.1.2.5. Hệ đo Hall Ecopia HMS 3000 54



B.2. Quá trình hoàn nguyên vật liệu P3HT từ dạng bột thành màng mỏng 54



B.2.1. Quá tình hòa tan P3HT trong dung môi . 54



B.2.1.1. Tiến trình thực nghiệm . 56



B.2.2.2. Kết quả và thảo luận . 63

B.3. Ứng dụng P3HT vào chế tạo linh kiện pin mặt trời và diod phát quang hữu

cơ 69



B.3.1. Ứng dụng vào pin mặt trời . 69



B.3.1.1 Tiến trình thực nghiệm 69



B.3.1.2 Kết quả và thảo luận 71

B.3.2. Ứng dụng trong diode phát quang hữu cơ (OLED) 76



B.3.2.1. Tiến trình thực nghiệm . 76



B.3.2.2. Kết quả và thảo luận . 81

Kết luận 84



Lời Mở Đầu


Polymer dẫn hay bán dẫn hữu cơ được phát hiện đầu tiên vào năm 1975. Cho

đến nay nhiều vật liệu polymer dẫn đã được tổng hợp thành công và được các nhà

khoa học trên thế giới nghiên cứu và ứng dụng trong các linh kiện điện tử, quang

điện tử . Các polymer dẫn có được các ưu điểm nổi bật so với các chất bán dẫn vô

cơ như dễ chế tạo, giá thành sản xuất thấp, . và tính uốn dẻo. Với các ưu điểm này

cho thấy vật liệu polymer dẫn là vật liệu đầy hứa hẹn cho các ứng dụng như pin mặt

trời, các linh kiện điện tử hoặc điện huỳnh quang với giá rẻ, có khả năng uốn dẻo.

Polyhiophene là nhóm vật liệu quan trọng trong vật liệu polymer dẫn với các

ứng dụng sensor hay diode hữu cơ phát quang, pin mặt trời và transistor. Những

nghiên cứu sâu về các vật liệu này đã được thực hiện và đưa ra nhiều thông tin về

tính chất của nhóm polymer thiophene. Trong tất cả các dẫn xuất polythiophene,

poly(3-hexythiophene) (P3HT) và regioregular P3HT(RR-P3HT) được tìm hiểu một

cách rộng rãi nhất. Khi ở trạng thái rắn, RR-P3HT thể hiện một vài tính chất ưu việt

như có độ tinh thể hóa cao và có độ trât tự xa hơn so với các polymer dẫn khác.

Nhằm ứng dụng vật liệu P3HT vào các linh kiện, quá trình hoàn nguyên vật

liệu P3HT từ dạng bột ban đầu thành màng mỏng chiếm vai trò hết sức quan trọng,

vì nó ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của màng P3HT cũng như của linh kiện hữu

cơ ứng dụng màng P3HT. Bên cạnh đó, chúng tôi tìm hiểu khái quát cơ chế của các

linh kiện này nhằm đưa ra các ứng dụng màng P3HT vào chúng một cách phù hợp

nhất.