Công nghệ & sản phẩm mới, Khoa học và đời sống, Tin tức
GISAXS tiết lộ việc đóng gói các chấm lượng tử PbS được sử dụng trong pin mặt trời
Chấm lượng tử là các tinh thể bán dẫn nano có kích thước khoảng từ hai đến mười nanomet. Do đặc tính quang điện tử có thể điều chỉnh được, chúng được sử dụng trong một loạt các ứng dụng như đèn LED, đơn transistor, phim X-quang và pin mặt trời. Khi được sử dụng trong pin mặt trời, ánh sáng kích thích tạo ra một cặp electron-lỗ trống trong các chấm lượng tử, chúng có thể được tách ra bằng cách đặt một thế điện hóa. Và dòng điện được sinh ra bởi dòng electron và lỗ trống.
Chấm lượng tử chì sulfide (PbS) là vật liệu đầy hứa hẹn để sản xuất vật liệu quang điện vì chúng có hiệu suất cao, chi phí thấp và độ ổn định cao trong môi trường không khí. Các mặt tinh thể học khác nhau có thể xuất hiện trong các phương pháp tổng hợp chấm lượng tử khác nhau đã được chứng minh là do các thuộc tính liên kết phối tử khác nhau, do đó tác động đến sự xuất hiện của ‘trạng thái bẫy hạt điện tử – trap states’. Những trạng thái bẫy điện tử này hạn chế hiệu suất của pin mặt trời trong khi sự thụ động hóa của chúng (passivation of trap states) đang là một hướng quan trọng để tăng hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các thiết bị này.
Sự hợp tác gần đây của các nhà nghiên cứu từ Đại học Khoa học và Công nghệ Hoa Trung với Đại học Kỹ thuật Munich, Đại học Khoa học và Công nghệ Phương Nam với Đại học Thâm Quyến đã dẫn đến một công bố [1] cho thấy có thể kiểm soát sự hình thành các mặt tinh thể của các chấm lượng tử PbS bằng cách kiểm soát sự tổng hợp của chúng. Dưới sự kiểm soát nhiệt động lực học, chúng chủ yếu phát triển thành các bát diện bị cắt ngắn (truncated octahedrons) (hình c bên dưới) với các mặt {100} và {111}, trong khi dưới chế độ tăng trưởng động học, các bát diện chỉ biểu hiện các mặt {111} (hình d dưới đây).
Grazing Incidence Small-Angle X-ray Scattering (GISAXS) là một phương pháp hiệu quả để phát hiện sự khác biệt về hình dạng của các chấm lượng tử này vì nó nhạy với việc đóng gói vật liệu. Sự đóng gói của các chấm lượng tử trong các màng mỏng được quay phủ (spin-coated films) được xác định bởi hình dạng, các mặt của các hạt này. Trong khi các khối bát diện bị cắt ngắn (truncated octahedrons) được đóng gói dưới dạng hình cầu theo kiểu lập phương tâm mặt (FCC); còn các khối bát diện xếp chồng lên nhau theo bố cục hình khối / tứ giác (BCC / BCT) có tâm. Các peak Bragg được tính toán từ các mô hình siêu mạng này (được hiển thị bằng các chấm trắng) tương ứng tốt với kết quả GISAXS (hình a và b ở trên). Hơn nữa, kết quả GISAXS cho phép tính toán các hằng số mạng.
Một số ví dụ thú vị khác về cách GISAXS cũng như Grazing Incidence Wide-Angle X-ray Scattering (GIWAXS) được sử dụng thành công trong nghiên cứu các chấm lượng tử có thể được tìm thấy trong một bài báo gần đây được tham khảo bên dưới [2]. GISAXS là một kỹ thuật nhạy với bề mặt cung cấp thông tin cấu trúc của màng mỏng cấu trúc nano ở kích thước nanomet (1 – 200 nm) với thông tin thống kê liên quan đến vùng chiếu xạ của chùm tia X. Bằng cách thay đổi cấu hình đo của thiết bị tán xạ tia X, các thông số mẫu ở thang độ dài ngắn hơn (0,1 – 1 nm) có thể được thăm dò trong chế độ đo GIWAXS. Trong bài báo, các tác giả trình bày các ví dụ khác nhau về các phép đo gần đây trên các cấu trúc siêu tinh thể khác nhau. Họ chỉ ra rằng GISAXS / GIWAXS là những kỹ thuật có giá trị để hiểu sự tự lắp ráp và cấu trúc của các chấm lượng tử.
Nguyễn Tiến Dũng dịch
Nguồn: https://www.xenocs.com/eye-on-publications-quantum-dots-gisaxs/
Tìm hiểu thêm thiết bị tán xạ tia X được sử dụng cho ứng dụng trên tại đây!
Các bài báo công bố được sử dụng trong bài viết:
