1.3.1 Phương pháp phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến (UV-Vis)
Các phép đo quang phổ UV/Vis V670 được tiến hành trên hệ máy Jasco – V670 (Jasco – Nhật Bản).
Khi phân tử nhận được năng lượng kích thích, các phân tử sẽ chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích. Do đó các điện tử từ mức năng lượng thấp chuyển lên mức năng lượng cao, tức trong phân tử đã xảy ra bước chuyển năng lượng điện tử.
Theo quy tắc chọn lọc trong phổ điện tử khi phân tử nhận năng lượng có thể xảy ra các bước chuyển năng lượng (hình 1.10).
Hình 1.10: Sơ đồ chuyển mức năng lượng và các bước chuyển năng lượng trong phổ điện tử
Điều kiện xảy ra các bước chuyển là tần sốυ của bức xạđiện từ phải thỏa mãn hệ thức: ΔE = hυ. Trong đó ΔE là biến thiên năng lượng của các bước chuyển.
Vậy chính bước chuyển năng lượng điện tử khi phân tử hấp thụ năng lượng của các bức xạđiện tửđã gây nên hiệu ứng phổ hấp thụ. Vì vậy, số liệu của phổ hấp thụ cho phép ta nghiên cứu đặc điểm của các phân tử.
1.3.2 Phép đo quang phát quang (PL)
Cơ chế phát xạ ánh sáng trong tinh thể bán dẫn có thểđược mô tảnhư sau:
Ban đầu, điện tử ở trạng thái cơ bản, sau khi hấp thụ năng lượng photon chiếu tới nó chuyển từ vùng hóa trị (trạng thái cơ bản) lên vùng dẫn (trạng thái kích thích). Sau đó điện tử này có thể bị nhiệt hóa và mất bớt năng lượng do va chạm với các dao động mạng và rơi xuống trạng thái kích thích thấp nhất trong vùng dẫn. Nó di chuyển tự do trong vùng dẫn cho đến khi bị bắt tại một mức bẫy. Các tâm phát quang thường là những trạng thái kích thích của các nguyên tử tạp chất bên trong vật liệu hoặc là những khuyết tật của mạng tinh thể.
Quá trình phục hồi của điện tử từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản thông qua việc tái hợp với lỗ trống tự do trong vùng hóa trị, giải phóng năng lượng dưới dạng photon (quá trình lượng tửhóa năng lượng) được gọi là quá trình tái hợp bức xạ.
Hình 1.11: Cơ chế phát xạ ánh sáng 1.3.3 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD)
Đây là một kỹ thuật đặc trưng ứng dụng định luật nhiễu xạ Bragg, cho phép xác định cấu trúc tinh thể hạt nano và đánh giá kích thước hạt.
Do các hạt sắp xếp hỗn độn, tùy vào khoảng cách giữa các mặt mạng, các tia X chiếu đến các mặt mạng bị nhiễu xạở nhiều góc khác nhau và phổđược thành lập ứng với các góc θ nhiễu xạ (là góc giữa tia X và các mặt mạng) thỏa mãn định luật Bragg:
2dsinθ = nλ (1.25) Trong đó: n là bậc nhiễu xạ (số nguyên); θ là góc nhiễu xạ (rad); d là khoảng cách giữa các mặt mạng (nm); λlà bước sóng tia X (nm).
Ngoài ra, dựa vào phổ XRD, đỉnh nhiễu xạ còn cho chúng ta thông tin về đường kính trung bình của hạt thông qua công thức Scherrer:
Trong đó: d là đường kính hạt (nm); θ là góc nhiễu xạ(rad); λ là bước sóng tia X (nm); Δ(2θ) là độ rộng tại ẵ đỉnh phổ XRD cực đại tớnh theo 2θ (rad).
1.3.4 Phổ Raman:
Phổ Raman có thể cung cấp những thông tin về nano bán dẫn và những photon quang học trong nano bán dẫn. Trong vật liệu rắn, sự dao động của tinh thể được mô tả ở dạng tập hợp các mode dao động gọi là những phonon, có hai loại phonon: những phonon quang và những phonon âm.
Những phonon âm tương ứng với những sóng âm trong mạng, bao gồm có những phonon âm dọc và phonon âm ngang được ký hiệu là LA và TA. Những phonon quang trong vật liệu rắn được tạo bởi những nguyên tử trong mạng và cũng có những phonon quang dao động dọc ký hiệu là LO và những phonon quang dao động ngang ký hiệu TO (hình 1.12)
Hình 1.12 Các mode dao động của tinh thể
Khi hạt bị giới hạn bởi ba chiều, thì quy tắc chọn lực của phonon sẽ coi như không còn đúng n ữa,vì vậy những phonon ở xa vùng Brillouin cũng s ẽ được phát hiện bởi phổ Raman và kết quả là có một sự bất đối xứng lệch về phía tần số thấp.
1.3.5 Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Phương pháp này cho phép thu ảnh phóng đại mẫu nhờ thấu kính. Cơ chế phóng đại của TEM là nhờ thấu kính điện tửđặt bên trong hệđo. Thấu kính này có khả năng thay đổi tiêu cự. Sử dụng tia điện tử (sóng điện từ) bước sóng cỡ 0.4nm chiếu lên mẫu ở hiệu điện thế≈ 100kV. Ảnh thu được cho ta biết chi tiết hình thái học của mẫu theo độ tương phản tán xạvà tương phản nhiễu xạ, qua đó có thể xác định được kích thước hạt một cách khá chính xác.
1.3.6 Phương pháp chụp ảnh trên kính hiển vi điện tử quét (SEM)
Phương pháp này được sử dụng đểxác định hình dạng và cấu trúc bề mặt của vật liệu. Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu được những bức ảnh ba chiều rõ nét và không đòi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn bị mẫu.Các bước ghi được ảnh SEM như sau: Một chùm electron được quét trên bề mặt mẫu và tạo ra một tập hợp các hạt thứ cấp đi tới detector, tại đây nó sẽ được chuyển thành tín hiệu điện, các tín hiệu này sau khi được khuếch đại đi tới ống tia catốt và được quét lên ảnh.
1.3.7 Hệ đo tính năng của pin mặt trời chấm lượng tử nhạy quang
Hình 1.13: Hệmáy Keithley đo hiệu suất pin
Pin mặt trời sau khi chế tạo được đánh giá tính năng bằng đặc trưng dòng thế (I-V) được đo bằng hệ máy Keithley (Keithley model 2400 digital source meter, USA) kết hợp với hệ mô phỏng ánh sáng mặt trời Solar Simulator (Solarena, Thụy Điển) (hình 1.13). Cường độ sang được điều khiển bằng pin chuẩn (Photodiode) đã được chuẩn hóa. Đo đường I-V trên hệhai điện cực, điện cực làm việc được nối với điện cực anode-quang của pin, điện cực đối được nối với cathode của pin. Tốc độ quét thế 5 mV/s, quét thế mạch hở Voc đến 0. Số liệu đường I-V được xử lý bằng phần mềm IV2400.