Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

การเตรียมและสมบัติทางแสงของวัสดุเชิงประกอบไทเทเนียมไดออกไซด์และพอลิเมอร์นำไฟฟ้าเอ็มเอเอช-พีพีวี

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

Preparation and optical properties of titanium dioxide and MEH-PPV conducting polymer composites

Year (A.D.)

2009

Document Type

Thesis

First Advisor

นิศานาถ ไตรผล

Second Advisor

รักชาติ ไตรผล

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Degree Level

ปริญญาโท

Degree Discipline

เทคโนโลยีเซรามิก

DOI

10.58837/CHULA.THE.2009.955

Abstract

งานวิจัยนี้เสนอวิธีการขึ้นรูปฟิล์มบางลูกผสม ระหว่างอนุภาคนาโน TiO₂ และพอลิเมอร์นำไฟฟ้า poly[2-methoxy, 5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) เพื่อประยุกต์ใช้งานด้านโฟโตโวลตาอิค โดยตัวทำละลายที่ใช้ในการเตรียมสารละลาย MEH-PPV และสารแขวนลอย TiO₂ ได้แก่ คลอโรเบนซีน โทลูอีน และเตตระไฮโดรฟูแรน การเลือกใช้ตัวทำละลายที่ต่างกันนั้น ส่งผลต่อรูปร่างและการจัดเรียงตัวของสายโซ่พอลิเมอร์ โดยพบว่า ฟิล์มบางจากตัวทำละลายเตตระไฮโดรฟูแรนเกิดการจัดเรียงตัวของสายโซ่พอลิเมอร์ แบบ aggregation มากที่สุด และมีสัณฐานวิทยาแตกต่างจากฟิล์มบางจากจากตัวทำละลายคลอโรเบนซีนและโทลูอีน นอกจากนี้ อัตราการระเหยของตัวทำละลายและอัตราเร็วในการ spin cast ชั้นของ TiO₂ ที่ 250 และ 450 รอบต่อนาที ยังส่งผลต่อขนาดของกลุ่มอนุภาค ความหนาแน่น และการกระจายอนุภาคบนซับสเตรตซิลิกอนเวเฟอร์ เมื่อทำการเตรียมฟิล์มบางลูกผสมโดย spin cast สารละลาย MEH-PPV ลงบนชั้น TiO₂ พบว่า ชนิดของตัวทำละลายและลักษณะของชั้น TiO₂ ส่งผลให้เกิดความแตกต่างทางสัณฐานวิทยา สมบัติทางแสง และลักษณะเฉพาะทางไฟฟ้าของฟิล์มบางลูกผสม โดยในฟิล์มบางลูกผสมที่เตรียมจากตัวทำละลายเตตระไฮโดรฟูแรน พบการแตกของฟิล์มและการเพิ่มของการจัดเรียงตัวแบบ aggregation ในขณะที่ฟิล์มบางลูกผสมจากตัวทำละลายคลอโรเบนซีนและโทลูอีนเกิดกลุ่มพอลิ เมอร์บนเนื้อฟิล์ม นอกจากนี้ยังพบว่า ชั้น TiO₂ ที่มีความหนาแน่นของอนุภาคมากหรือขนาดของกลุ่มอนุภาคเล็กจะส่งผลให้เกิดการ ลดลงของสเปคตราการคายแสง ซึ่งแสดงถึงการเกิดการรวมตัวของประจุพาหะที่น้อยลง และเมื่อทำการเปรียบเทียบกับฟิล์มบาง MEH-PPV พบว่า ฟิล์มบางลูกผสมให้ค่า photo current ที่สูงกว่าภายใต้การฉายแสง ซึ่งแสดงถึงศักยภาพในการนำไปประยุกต์ใช้งานด้านโฟโตโวลตาอิค

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

This research presented a fabrication process of hybrid thin films of TiO₂ nanoparticles and poly[2-methoxy, 5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) conducting polymer for photovoltaic application. The solvents used for preparation of MEH-PPV and TiO₂ solutions included chlorobenzene (CHB), toluene (TOL) and tetrahydrofuran (THF). The solvent selection influenced polymer chain conformations and interchain interactions, resulting in the most aggregation in the THF-cast film as well as a difference in morphology compared to CHB-cast and TOL-cast films. Moreover, the evaporation rate of the solvents in conjunction with spin-casting rates of 250 and 450 rpm affected agglomerate size, concentration and dispersion of TiO₂ nanoparticles on Si-wafer substrate. Once the hybrid thin films were fabricated by spin-casting the MEH-PPV solutions onto the TiO₂ layer, the solvents and characteristics of the TiO₂ layer caused the variations in morphology, optical property and I-V characteristic of the hybrid films. Cracks and an increase in aggregation were found in the THF-cast hybrid film while polymer clusters occurred in CHB-cast and TOL-cast hybrid films. The higher concentration or smaller agglomerate size of TiO₂ nanoparticles leaded to the decreasing of photoluminescence spectra, which corresponded to less charge recombination. When compared to the MEH-PPV thin films, the hybrid films generated higher photo current under illumination, which showed a potential for photovoltaic applications.

Link to Full Text

Share

COinS