TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA: KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2015-2016 /XÉT GIẢI THƢỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT" NĂM 2016 TỔNG HỢP VẬT LIỆU LAI HỌ TINH THỂ PEROVSKITE CƠ KIM TỪ MUỐI ALKYLAMMONIUM VÀ PbI2 Thuộc nhóm ngành khoa học: HÓA HỌC TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA: KHOA HỌC TỰ NHIÊN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA CUỘC THI SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2015-2016 XÉT GIẢI THƢỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT" NĂM 2016 TỔNG HỢP VẬT LIỆU LAI HỌ TINH THỂ PEROVSKITE CƠ KIM TỪ MUỐI ALKYLAMMONIUM VÀ PbI2 Thuộc nhóm ngành khoa học: HĨA HỌC Sinh viên thực hiện: Lê Thị Thanh Tâm Nam, Nữ: Nữ Dân tộc: kinh Lớp, khoa: D13HPT02, Khoa học Tự nhiên Năm thứ: Ngành học: Hóa học Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Trung Hiếu /Số năm đào tạo: UBND TỈNH BÌNH DƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu lai họ tinh thể Perovskite kim từ muối alkylammonium PbI2 - Sinh viên thực hiện: Lê Thị Thanh Tâm - Lớp: D13HPT02 Khoa: Khoa học tự nhiên Năm thứ: Số năm đào tạo: - Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Nguyễn Trung Hiếu Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu tổng hợp Perovskite khảo sát điều kiện phản ứng Tính sáng tạo: Perovskite đƣợc tổng hợp từ nguồn alkylammonium PbI2 Kết nghiên cứu: Đã tổng hợp thành cơng Perovskite tìm đƣợc điều kiện tổng hợp tốt Đóng góp mặt kinh tế - xã hội, giáo dục đào tạo, an ninh, quốc phòng khả áp dụng đề tài: Có ý nghĩa mặt kinh tế perovskite vật liệu cho pin mặt trời perovskite, khả to lớn áp dụng vào ứng dụng thực tế Công bố khoa học sinh viên từ kết nghiên cứu đề tài (ghi rõ họ tên tác giả, nhan đề yếu tố xuất có) nhận xét, đánh giá sở áp dụng kết nghiên cứu (nếu có): Ngày 04 tháng 04 năm 2016 Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) Nhận xét ngƣời hƣớng dẫn đóng góp khoa học sinh viên thực đề tài (phần người hướng dẫn ghi): Xác nhận lãnh đạo khoa (ký, họ tên) Ngày 04 tháng 04 năm 2016 Ngƣời hƣớng dẫn (ký, họ tên) UBND TỈNH BÌNH DƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc THÔNG TIN VỀ SINH VIÊN CHỊU TRÁCH NHIỆM CHÍNH THỰC HIỆN ĐỀ TÀI I SƠ LƢỢC VỀ SINH VIÊN: Ảnh 4x6 Họ tên: Lê Thị Thanh Tâm Sinh ngày: 04 tháng 01 năm 1994 Nơi sinh: Thuận An – Sông Bé Lớp: D13HPT02 Khóa: 2013 - 2017 Khoa: Khoa học tự nhiên Địa liên hệ: 522/9A, khu phố Đông Thành, phƣờng Tân Đông Hiệp, thị xã Dĩ An, tỉnh Bình Dƣơng Điện thoại: 01667.603.661 Email: lethithanhtam0401@gmail.com II Q TRÌNH HỌC TẬP (kê khai thành tích sinh viên từ năm thứ đến năm học): * Năm thứ 1: Ngành học: Hóa học Khoa: Khoa học tự nhiên Kết xếp loại học tập: Trung bình-Khá Sơ lƣợc thành tích: HK1: 7.43 HK2: 6.32 * Năm thứ 2: Ngành học: Hóa học Khoa: Khoa học tự nhiên Kết xếp loại học tập: Khá Sơ lƣợc thành tích: HK1: 7.84 HK2:7.43 Xác nhận lãnh đạo khoa (ký, họ tên) Ngày 04 tháng 04 năm 2016 Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài (ký, họ tên) TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Bình Dƣơng, ngày 04 tháng 04 năm 2016 Kính gửi: Ban tổ chức Giải thƣởng “Tài khoa học trẻ Đại học Thủ Dầu Một” Tên (chúng tôi) là: Lê Thị Thanh Tâm Sinh ngày 04 tháng 01 năm 1994 Sinh viên năm thứ: /Tổng số năm đào tạo: Lớp, khoa : D13HPT02, Khoa học tự nhiên Ngành học: Hóa học (Ghi rõ họ tên sinh viên chịu trách nhiệm đề tài hai sinh viên trở lên thực hiện, ghi in đậm) Thông tin cá nhân sinh viên chịu trách nhiệm chính: Địa liên hệ: 522/9A, khu phố Đông Thành, phƣờng Tân Đơng Hiệp, thị xã Dĩ An, tỉnh Bình Dƣơng Số điện thoại (cố định, di động): 01667.603.661 Địa email: lethithanhtam0401@gmail.com Tôi (chúng tôi) làm đơn kính đề nghị Ban tổ chức cho tơi (chúng tôi) đƣợc gửi đề tài nghiên cứu khoa học để tham gia xét Giải thƣởng “Tài khoa học trẻ Đại học Thủ Dầu Một” năm 2016 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu lai họ tinh thể Perovskite kim từ muối alkylammonium PbI2 Tôi (chúng tôi) xin cam đoan đề tài (chúng tôi) thực dƣới hƣớng dẫn ThS Nguyễn Trung Hiếu; đề tài chƣa đƣợc trao giải thƣởng khác thời điểm nộp hồ sơ luận văn, đồ án tốt nghiệp Nếu sai, (chúng tôi) xin chịu trách nhiệm trƣớc khoa Nhà trƣờng Xác nhận lãnh đạo khoa (ký, họ tên) Ngƣời làm đơn (Sinh viên chịu trách nhiệm thực đề tài ký ghi rõ họ tên) DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ tên MSSV Lớp Khoa Phan Thị Linh 1324401120197 D13HPT02 KHTN Huỳnh Thị Thanh Thùy 1324401120179 D13HPT02 KHTN Vũ Thị Thảo Trang 1324401120187 D13HPT02 KHTN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu 5 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 10 Bố cục đề tài 10 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 1.1 Giới thiệu 11 1.2 Tính chất vật liệu perovskite 12 1.2.1 Cấu trúc tinh thể thành phần 14 1.2.2 Tính chất quang perovskite 25 CHƢƠNG 2: QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM 27 2.1 Hóa chất thiết bị nghiên cứu 27 2.1.1 Hóa chất 27 2.1.2 Thiết bị 27 2.2 Qui trình phản ứng tổng hợp Perovskite 27 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 29 3.1 Tổng hợp Perovskite DMAPbI3 29 3.2 Tổng hợp Perovskite EAPbI3 30 3.3 Tổng hợp Perovskite MAPbI3 32 3.4 Tổng hợp Perovskite FAPbI3 35 3.5 Độ bền ẩm perovskite 37 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 39 4.1 Kết luận 39 4.2 Kiến nghị 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu Bảng 1.1 Nhiệt độ chuyển pha số perovskite Bảng 1.2 Bán kính ion cấu tử tạo thành perovskite Trang 18 20 DANH MỤC HÌNH Tên hình Hình Sơ đồ tia tới tia phản xạ mạng tinh thể Trang Hình Sơ đồ mô tả hấp thụ ánh sáng dung dịch Hình 1.1 Sự khác biệt A đối xứng cầu A khơng đối xứng cầu 14 Hình 1.2 Ô mạng tinh thể perovskite lập phƣơng lý tƣởng 15 Hình 1.3 Các giá trị tính tốn hệ số tolerance hệ số bát diện số 16 perovskite Hình 1.4 Sự che phủ vân đạo mật độ electron CH3NH3PbBr3 19 Hình 1.5 Pin mặt trời dùng FAPbIxBr3-x với tỉ lệ I:Br khác 24 Hình 1.6 Phổ hấp thu lƣợng band gap số perovskite 26 Hình 3.1 Phổ UV-Vis PbI2 DMAPbI3 nhiệt độ tổng hợp khác 29 Hình 3.2 Phổ UV-Vis EAPbI3 nhiệt độ tổng hợp khác 30 Hình 3.3 Đồ thị K/M (Kubelka-Munk) xác định lƣợng band gap 31 EAPbI3 Hình 3.4 Ảnh XRD perovskite 2D trực thoi EAPbI3 32 Hình 3.5 Phổ UV-Vis MAPbI3 nhiệt độ tổng hợp khác 33 Hình 3.6 Đồ thị K/M (Kubelka-Munk) xác định lƣợng band gap MAPbI3 Hình 3.7 Ảnh XRD perovskite 3D MAPbI3 Hình 3.8 Phổ UV-Vis FAPbI3 nhiệt độ tổng hợp khác Hình 3.9 Đồ thị K/M (Kubelka-Munk) xác định lƣợng band gap FAPbI3 Hình 3.10 Ảnh XRD perovskite 3D FAPbI3 Hình 3.11 Độ bền sau ngày bình hút ẩm EAPbI3 Hình 3.12 Độ bền sau ngày bình hút ẩm MAPbI3 Hình 3.13 Độ bền sau ngày bình hút ẩm FAPbI3 34 34 35 36 36 37 38 38 MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Trong năm gần đây, vật liệu perovskite thu hút đƣợc nhiều quan tâm nhà khoa học lĩnh vực pin mặt trời Ƣu điểm bật vật liệu hiệu suất chuyển hóa lƣợng pin vừa cao nhƣng giá vật liệu sản xuất rẻ qui trình chế tạo đơn giản Pin mặt trời sử dụng vật liệu silicon lại có giá thành đắt qui trình sản xuất phức tạp Perovskite kim vật liệu lai họ tinh thể Perovskite, có khả chuyển hóa lƣợng mặt trời thành dịng điện, đƣợc nhà khoa học giới phát vào năm 2009[1] Nó cấu trúc tinh thể dạng ABX3 lập phƣơng, A cation ammonium hữu cơ, B kim loại chuyển tiếp (Pb Sn) X halogenua (Cl, Br, I) Các chất hấp thụ quang perovskite thƣờng đƣợc nghiên cứu nhiều triiodua chì methylammonium (CH3NH3PbI3) methylammonium thiếc iodua (CH3NH3SnI3)[2] Hƣớng ứng dụng vật liệu lĩnh vực điện từ chuyển hóa lƣợng[3-5] Vật liệu Perovskite kim đƣợc tổng hợp theo nhiều qui trình khác Đáng ý nhất, alkylammonium chì halogenua đƣợc tạo cách sử dụng loạt kỹ thuật dung môi kỹ thuật bay hơi, hai có khả ứng dụng qui mơ lớn với tính khả thi tƣơng đối cao Nói chung, để tổng hợp Perovskite kim phải có hai thành phần muối ammonium hữu muối vô kim loại halogenua Một nguyên liệu sản xuất phổ biến Perovskite kim muối alkylammonium muối PbI2 Gần đây, việc nghiên cứu chế tạo pin mặt trời từ vật liệu Perovskite kim ngày thịnh hành đƣợc nhà khoa học giới quan tâm khơng giá thành vật liệu rẻ, qui trình sản xuất đơn giản mà cịn hiệu suất chuyển đổi lƣợng ẩn số thu hút nhà khoa học quan tâm Khác với nguyên liệu sản xuất pin mặt trời silicon giá thành cao mà hiệu suất đạt 20% [6]; vật liệu Perovskite giá thành rẻ hiệu suất chuyển hóa lƣợng từ 3,8% năm 2009[1] Năm 2012, hiệu suất chuyển đổi lƣợng pin mặt trời perovskite lên khoảng 18%[6], đạt khoảng 20% vào năm 2014[6] Với hiệu 28 - Giai đoạn 1: Pha dung dịch: Cân lấy 0.002 mol muối Ammonium Iodine 0.002 mol PbI2 cho vào chai bi có nắp đậy, việc cân đƣợc thực glovebox khí N2; tỉ lệ mol Ammonium Iodine: PbI2 = 1:1 Sau cho vào chai bi 1000 µl DMF (Dimethylformamide) 1000µl Gamma-Butyrolactone để dung dịch sau hịa tan có nồng độ chất tan 1mol/l Sau khuấy từ đun hỗn hợp chai bi tốc độ khuấy 500rpm nhiệt độ khoảng 80 0C chất rắn tan hết thời gian khoảng 30 – 45 phút Dung dịch thu đƣợc gọi dung dịch tiền chất Perovskite (Perovskite Precusor solution) - Giai đoạn 2: Tạo màng mỏng (thin film): có cách dùng cọ quét nhƣ sơn spincoating máy spin-coater Cách dùng cọ quét: Đặt thủy tinh mỏng có diện tích phù hợp lên bếp có nhiệt độ khoảng 1000C, sau nhúng cọ vào dung dịch Perovskite Precusor quét vài lần lên kính thủy tinh, đem kính sấy tủ sấy nhiệt độ mong muốn t0C thời gian 30 – 45 phút Cách spin-coating: đặt thủy tinh lên máy spin-coater thiết đặt máy quay tốc độ 3000-4000rpm 30 giây, mở công tắc cho máy quay liền sau nhỏ dung dịch tiền chất perovskite lên thủy tinh - Giai đoạn 3: Đo quang phổ hấp thu UV-Vis: Các kính sau sấy đƣợc đem đo phổ UV-Vis khoảng bƣớc sóng từ 350 nm – 1000 nm Chạy nhiễu xạ tia X (XRD): Tiền chất Perovskite đƣợc tạo thành cách cho kết tinh dung dịch tiền chất perovskite giai đoạn dung môi toluene thu đƣợc dạng chất rắn Lọc lấy chất rắn đem sấy t0C nhƣ giai đoạn để thu đƣợc Perovskite Cuối gửi mẫu Perovskite chạy nhiễu xạ tia X (XRD) 29 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Tổng hợp Perovskite DMAPbI3 Hình 3.1 Phổ UV-Vis PbI2 DMAPbI3 nhiệt độ tổng hợp khác Nhƣ nói chƣơng 2, t > 1, kết kích thƣớc A lớn hay kích thƣớc B nhỏ, tính đối xứng tăng lên, làm cho cấu trúc lục giác ổn định Hơn nữa, perovskite có nhiều chiều khơng gian khác phụ thuộc vào kích thƣớc cấu tử hợp thành Nếu vị trí A bị chiếm chỗ cation hóa trị nhƣ Rb+, Cs+, CH3NH3+ HC(NH2)2+ tạo thành mạng cấu trúc chiều (3D); cation lớn nhƣ CH3CH2NH3+ cấu trúc chiều (2D) chiều (1D) đƣợc tạo thành Do ta thấy kích thƣớc cation A q lớn làm phá hủy cấu trúc mạng 3D, tƣơng ứng với trƣờng hợp t 1) Nhƣ vậy, dự đốn thay MA cation lớn cho tính đối xứng cao tƣơng ứng với band gap nhỏ cho phép hấp thu ánh sáng nhiều Để thay ion MA khơng ƣu đãi kích thƣớc, cation khác đƣợc nghiên cứu gồm: ethylammonium (EA), formamidinium (FA) cesium (Cs) với RCs < RMA < 31 RFA < REA Tuy nhiên, việc thay MA cation lớn nhiều nhu EA (CH3CH2NH3+) làm phá vỡ tính đối xứng 3D cho cấu trúc tinh thể trực thoi 2D với band gap tƣơng đối lớn khoảng 2,2eV EAPbI3 Pin mặt trời sử dụng EAPbI3 đạt đƣợc hiệu suất khoảng 2,4% Do đó, nhƣ cation có bán kính ion nằm khoảng bán kính MA EA triển vọng Hình 3.2 cho thấy khảo sát nhiệt độ tạo perovskite EAPbI3 có nhiệt độ tổng hợp 1000C có bờ hấp thu 550nm cao so với bờ hấp thu PbI2 Các nhiệt độ tổng hợp khác lại có bờ hấp thu trùng với bờ hấp thu PbI Nhƣ vậy, có tổng hợp nhiệt độ 1000C tạo thành perovskite có cấu trúc tinh thể trực thoi 2D từ EAI PbI2 Hình 3.3 Đồ thị K/M (Kubelka-Munk) xác định lƣợng band gap EAPbI3 Hình 3.3 cho thấy đồ thị K/M dùng để xác định band gap perovskite EAPbI Từ đồ thị cho thấy lƣợng band gap perovskite 2D vào khoảng 2,25 eV Vì perovskite 2D nên lƣợng band gap lớn lƣợng band gap lý tƣởng perovskite 3D 32 Hình 3.4 Ảnh XRD perovskite 2D trực thoi EAPbI3 Hình 3.4 cho thấy ảnh nhiễu xạ tia X (XRD) perovskite EAPbI3 (CH3CH2NH3PbI3) với thông số ô mạng trực thoi sở a = 8,7419 angstrong, b = 8,1475 angstrong, c = 30,3096 angstrong 3.3 Tổng hợp Perovskite MAPbI3 Hình 3.5 cho thấy phổ hấp thu UV-Vis perovskite MAPbI3 đƣợc tổng hợp nhiệt độ khác Các phổ hấp thu cho thấy hấp thu ánh sáng khả kiến với bờ hấp thu nằm khoảng 800-820nm Từ ta thấy perovskite MAPbI3 đƣợc tạo thành nhiệt độ phịng sau spin-coating khơng cần phải sấy nhiệt độ cao Tuy nhiên, trình sấy nhiệt độ cao nhiệt độ phịng làm cho dung mơi dung dịch tiền chất perovskite mau bay bay hoàn toàn Perovskite MAPbI3 dễ đƣợc tạo thành; quan sát thực nghiệm cho thấy trộn PbI2 33 với MAI phần tiếp xúc hạt tinh thể rắn có màu đen perovskite Q trình hịa tan dung mơi hữu phân cực có ý nghĩa để trộn hồn tồn phân tử PbI2 MAI lại với Bản chất phản ứng tạo perovskite phản ứng pha rắn xảy sau làm bay hết dung môi hữu phân cực Năng lƣợng band gap MAPbI3 vào khoảng 1,5eV dựa vào đồ thị K/M(Kubelka-Munk) hình 3.6 Hình 3.5 Phổ UV-Vis MAPbI3 nhiệt độ tổng hợp khác 34 Hình 3.6 Đồ thị K/M (Kubelka-Munk) xác định lƣợng band gap MAPbI3 Hình 3.7 Ảnh XRD perovskite 3D MAPbI3 Hình 3.7 cho thấy pic nhiễu xạ pha perovskite tinh chất MAPbI3 hồn tồn khơng có tạp chất PbI2 chƣa phản ứng Các pic đặc trƣng có cƣờng độ cao tƣơng ứng với mặt (110), (220), (310), (224) Các pic đặc trƣng khác pha MAPbI3 có cƣờng độ thấp nhƣ mặt (200), (202), (312), (314)(411), (404) 35 3.4 Tổng hợp Perovskite FAPbI3 Hình 3.8 cho thấy phổ hấp thu UV-Vis khoảng bƣớc sóng từ 400nm – 900nm mẫu perovskite FAPbI3 đƣợc tổng hợp nhiệt độ khác từ nhiệt độ phòng đến 1700C Ở nhiệt độ thấp (từ nhiệt độ phòng đến 800C) phổ UV-Vis cho thấy chƣa có tạo thành perovskite 3D FAPbI3, chứng có đỉnh bắt đầu hấp thu bƣớc sóng 500nm giống nhƣ PbI2 Ở nhiệt độ 1700C, perovskite 3D FAPbI3 đƣợc tạo thành hấp thu toàn vùng ánh sáng khả kiến phần hồng ngồi với bờ hấp thu khoảng 850-900nm Hình 3.9 cho biết lƣợng band gap FAPbI3 vào khoảng 1,40eV Hình 3.10 cho thấy ảnh nhiễu xạ tia X FAPbI3 với pic đặc trƣng cƣờng độ cao mặt (001), (002), (012), (022), (003) Hình 3.8 Phổ UV-Vis FAPbI3 nhiệt độ tổng hợp khác 36 Hình 3.9 Đồ thị K/M (Kubelka-Munk) xác định lƣợng band gap FAPbI3 Hình 3.10 Ảnh XRD perovskite 3D FAPbI3 37 3.5 Độ bền ẩm perovskite Các perovskite thƣờng có độ bền ẩm kém; nguyên nhân quan trọng cản trở việc sản xuất pin mặt trời perovskite thƣơng mại Cho nên cần phải nghiên cứu độ bền perovskite môi trƣờng ẩm nhƣ Trong nội dung báo cáo này, nghiên cứu độ bền ẩm perovskite cách đo phổ hấp thu UV-Vis mẫu sau vừa tổng hợp sau ngày Môi trƣờng trữ mẫu perovskite ngày mơi trƣờng bình hút ẩm silica gel Chúng thu đƣợc số kết độ bền ba mẫu perovskite là: EAPbI3, MAPbI3, FAPbI3 Quan sát thực nghiệm nhận thấy qua ngày mẫu EAPbI3, FAPbI3 ngã sang màu vàng; mẫu MAPbI3 nguyên màu đen Qua hình 3.11, 3.12, 3.13 ta nhận thấy có phổ hấp thu UV-Vis MAPbI3 gần nhƣ nguyên nhƣ ban đầu tổng hợp Các mẫu EAPbI3, FAPbI3 có độ hấp thu phổ UV-Vis giảm rõ rệt Đƣờng hấp thu sau ngày có đỉnh hấp thu bƣớc sóng 500nm PbI2 Từ đề nghị mẫu phân hủy môi trƣờng ẩm cho PbI2 Hình 3.11 Độ bền sau ngày bình hút ẩm EAPbI3 38 Hình 3.12 Độ bền sau ngày bình hút ẩm MAPbI3 Hình 3.13 Độ bền sau ngày bình hút ẩm FAPbI3 39 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận - Từ tiền chất ban đầu PbI2 loại muối ammonium, tiến hành tổng hợp perovskite theo công thức tỉ lệ DMAPbI3, EAPbI3, MAPbI3, FAPbI3 Bằng phƣơng pháp phân tích UV-Vis nhiễu xạ tia X, xác định tổng hợp thành công perovskite 2D trực thoi EAPbI3, perovskite 3D cubic MAPbI3 FAPbI3 - Chúng khảo sát điều kiện nhiệt độ ảnh hƣởng đến trình tổng hợp perovskite tìm đƣợc điều kiện nhiệt độ tốt nhƣ sau: nhiệt độ 1000C tốt perovskite EAPbI3 MAPbI3, 1700C tốt perovskite FAPbI3 - Chúng khảo sát độ bền cách đo phổ hấp thu UV-Vis mẫu perovskite vừa tổng hợp xong sau ngày để bình hút ẩm silica gel Kết chúng tơi nhận thấy có MAPbI3 bền, EAPbI3 FAPbI3 bị phân hủy 4.2 Kiến nghị Với thời gian không nhiều kinh phí vừa phải nhƣng chúng tơi nghiên cứu tổng hợp thành công vật liệu lai perovskite kim từ tiền chất ban đầu PbI2 muối ammonium Trong tƣơng lai gần, điều kiện cho phép tiếp tục nghiên cứu tiếp vấn đề sau: - Nghiên cứu tổng hợp perovskite có cation A dạng hỗn hợp (mix), cation B dạng hỗn hợp (mix), halogen hỗn hợp - Nghiên cứu sâu thêm độ bền ẩm theo thời gian loại perovskite 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Kojima, A.T., Kenjiro; Shirai, Yasuo; Miyasaka, Tsutomu, "Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells" Journal of the American Chemical Society Vol 131, No 17, pp 6050-6051, 2009 Mitzi, D.B., "Synthesis, structure, and properties of organic-inorganic perovskites and related materials" Progress in Inorganic Chemistry, Vol., No., pp 121, 1999 al., E.J.J.-P.e., "Photoinduced giant dielectric constant in lead halide perovskite solar cells" J Phys Chem Lett, Vol 5, No 13, pp 2390-2394, 2014 C C Stoumpos, C.D.M., and M G Kanatzidis, "Semiconducting tin and lead iodide perovskites with organic cations: phase transitions, high mobilities, and near-infrared photoluminescent properties" Inorg Chem , Vol 52, No 15, pp 9019-9038, 2013 Ye, A.A.B.a.Z.G., "Recent progress in relaxor ferroelectrics with perovskite structure" J Mater Sci , Vol 41, No 1, pp 35-52, 2006 Collavini, S.V., S F and Delgado, J L., "Understanding the Outstanding Power Conversion Efficiency of Perovskite-Based Solar Cells" Angew Chem Int Ed., Vol 54, No., pp 9757-9759, 2015 Snaith, H.J., "Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, HighEfficiency Solar Cells" The Journal of Physical Chemistry Letters, Vol 4, No 21, pp 3623-3630, 2013 Jeon, N.J., et al., "Compositional engineering of perovskite materials for highperformance solar cells" Nature, Vol 517, No 7535, pp 476-80, 2015 Fierro, M.A.P.a.J.L.G., "Chemical Structures and Performance of Perovskite Oxides" Chem Rev., Vol 101, No., pp 1981-2017, 2001 Moller, C.K., "Crystal Structure and Photoconductivity of Cesium Plumbohalide" Nature, Vol 182, No., pp 1436-1436, 1958 Mitzi, D.B., "Synthesis, Structure, and Properties of Organic-Inorganic Perovskites and Related Materials" Progress in Inorganic Chemistry, Vol 48, No., pp 1-121, 2007 Kojima, A.T., K.; Miyasaka, T & Shirai, Y., "Novel photoelectrochemical cell with mesoscopic electrodes sensitized by lead-halide compounds (2)" Proc 210th ECS Meeting Vol., No., 2006 A Kojima, K.T., Y Shirai, T Miyasaka, "Organometal Halide Perovskites as VisibleLight Sensitizers for Photovoltaic Cells" J Am Chem Soc., Vol 131, No 17, pp 6050–6051, 2009 Im, J.H., et al., "6.5% efficient perovskite quantum-dot-sensitized solar cell" Nanoscale, Vol 3, No 10, pp 4088-93, 2011 H.S Kim, C.R.L., J.H Im, K.B Lee, T Moehl, A Marchioro, S.J Moon, R Humphry-Baker, J.H Yum, J.E Moser, M Gratzel, N.G Park, "Lead Iodide Perovskite Sensitized All-Solid-State Submicron Thin Film Mesoscopic Solar Cell with Efficiency Exceeding 9%" Scientific Reports, Vol 2, No., pp 591, 2012 Etgar, L., et al., "Mesoscopic CH3NH3PbI3/TiO2 heterojunction solar cells" J Am Chem Soc, Vol 134, No 42, pp 17396-9, 2012 M.M Lee, J.T., T Miyasaka, T.N Murakami, H.J Snaith, Henry J., "Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites" Science, Vol 338, No., pp 643-647, 2012 Y.H Chang, C.H.P., "First-principles study of the structural and the electronic properties of the lead-halide-based inorganic-organic perovskites (CH3NH3)PbX3 and CsPbX3 (X = Cl, Br, I) " J Korean Phys Soc., Vol 44, No., pp 889-893, 2004 C Li, X.L., W Ding, L Feng, Y Gao and Z Guo, "Formability of ABX3 (X = F, Cl, Br, I) halide perovskites" Acta Crystallogr Sect B: Struct Sci., Vol 64, No., pp 702-707, 2008 41 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 A Poglitsch, D.W., "Dynamic disorder in methylammonium trihalogenoplumbates (II) observed by millimeter‐wave spectroscopy" J Chem Phys., Vol 87, No., pp 6373-6378, 1987 S Pang, H.H., J Zhang, S Lv, Y Yu, F Wei, T Qin, H Xu, Z Liu, G Cui, "NH2CH=NH2PbI3: An alternative organolead iodide perovskite sensitizer for mesoscopic solar cells" Chemistry of Materials, Vol 26, No., pp 1485-1491, 2014 Stoumpos, C.C., C.D Malliakas, and M.G Kanatzidis, "Semiconducting tin and lead iodide perovskites with organic cations: phase transitions, high mobilities, and nearinfrared photoluminescent properties" Inorg Chem, Vol 52, No 15, pp 9019-38, 2013 Eperon, G.E., et al., "Formamidinium lead trihalide: a broadly tunable perovskite for efficient planar heterojunction solar cells" Energy & Environmental Science, Vol 7, No 3, pp 982, 2014 O.D Miller, E.Y., S.R Kurtz, "Strong Internal and External Luminescence as Solar Cells Approach the Shockley–Queisser Limit" IEEE J Photovolt., Vol 2, No., pp 303-311, 2012 J.-H Im, J.C., S.-J Kim, N.-G Park, "Synthesis, structure, and photovoltaic property of a nanocrystalline 2H perovskite-type novel sensitizer (CH3CH2NH3)PbI3" Nanoscale Res Lett., Vol 7, No., pp 353, 2012 Pellet, N., et al., "Mixed-organic-cation perovskite photovoltaics for enhanced solarlight harvesting" Angew Chem Int Ed Engl, Vol 53, No 12, pp 3151-7, 2014 D.E Scaife, P.F.W., W.G Fisher, "Crystal preparation and properties of cesium tin(II) trihalides" J Solid State Chem., Vol 9, No., pp 308-314, 1974 Chung, I., et al., "CsSnI3: Semiconductor or metal? High electrical conductivity and strong near-infrared photoluminescence from a single material High hole mobility and phase-transitions" J Am Chem Soc, Vol 134, No 20, pp 8579-87, 2012 Lee, J.W., et al., "High-efficiency perovskite solar cells based on the black polymorph of HC(NH2)2 PbI3" Adv Mater, Vol 26, No 29, pp 4991-8, 2014 Choi, H., et al., "Cesium-doped methylammonium lead iodide perovskite light absorber for hybrid solar cells" Nano Energy, Vol 7, No., pp 80-85, 2014 Bernal, C and K Yang, "First-Principles Hybrid Functional Study of the Organic– Inorganic Perovskites CH3NH3SnBr3and CH3NH3SnI3" The Journal of Physical Chemistry C, Vol 118, No 42, pp 24383-24388, 2014 Noel, N.K., et al., "Lead-free organic-inorganic tin halide perovskites for photovoltaic applications" Energy & Environmental Science, Vol 7, No 9, pp 3061-3068, 2014 P Umari, E.M., F De Angelis, "Relativistic GW calculations on CH3NH3PbI3 and CH3NH3SnI3 perovskites for solar cell applications" Sci Rep , Vol 4, No., pp 4467, 2014 Ogomi, Y., et al., "CH3NH3SnxPb(1-x)I3 Perovskite Solar Cells Covering up to 1060 nm" J Phys Chem Lett, Vol 5, No 6, pp 1004-11, 2014 Tidhar, Y., et al., "Crystallization of methyl ammonium lead halide perovskites: implications for photovoltaic applications" J Am Chem Soc, Vol 136, No 38, pp 13249-56, 2014 Noh, J.H., et al., "Chemical Management for Colorful, Efficient, and Stable Inorganic–Organic Hybrid Nanostructured Solar Cells" Nano Letters, Vol 13, No 4, pp 1764-1769, 2013 Mosconi, E., et al., "First-Principles Modeling of Mixed Halide Organometal Perovskites for Photovoltaic Applications" The Journal of Physical Chemistry C, Vol 117, No 27, pp 13902-13913, 2013 Bernal, C and K Yang, "First-Principles Hybrid Functional Study of the Organic– Inorganic Perovskites CH3NH3SnBr3 and CH3NH3SnI3" The Journal of Physical Chemistry C, Vol 118, No 42, pp 24383-24388, 2014 42 39 40 Ogomi, Y., et al., "CH3NH3SnxPb(1–x)I3 Perovskite Solar Cells Covering up to 1060 nm" The Journal of Physical Chemistry Letters, Vol 5, No 6, pp 1004-1011, 2014 Qiu, J., et al., "All-solid-state hybrid solar cells based on a new organometal halide perovskite sensitizer and one-dimensional TiO2 nanowire arrays" Nanoscale, Vol 5, No 8, pp 3245-3248, 2013 ... tạo vật liệu lai họ tinh thể Perovskite kim từ muối alkylammonium PbI2 Phương pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp tổng hợp: Vật liệu Perovskite đƣợc tổng hợp phƣơng pháp phản ứng pha rắn Vật liệu Perovskite. .. THƢỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT" NĂM 2016 TỔNG HỢP VẬT LIỆU LAI HỌ TINH THỂ PEROVSKITE CƠ KIM TỪ MUỐI ALKYLAMMONIUM VÀ PbI2 Thuộc nhóm ngành khoa học: HÓA HỌC Sinh viên thực hiện:... cứu khoa học để tham gia xét Giải thƣởng “Tài khoa học trẻ Đại học Thủ Dầu Một” năm 2016 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu lai họ tinh thể Perovskite kim từ muối alkylammonium PbI2 Tôi