Tóm tắt Luận văn Nghiên cứu và chế tạo các loại vật liệu lai cơ kim Halogen Perovskite cấu trúc nano ứng dụng trong quang điện tử

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, CsPbBr6Vật 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 6 0 50 100 150 C u o n g d o d o n g d ie n ( 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.