Thế kỷ 20 ñã chứng kiến dân số tăng gấp bốn lần v à nhu cầu tiêu thụ năng
lượng của con người tăng lên 16 lần. Năm 2005, tổngsố năng lượng tiêu thụ trên
toàn thế giới vào khoảng 15 TW và dự tính con số nà y sẽ là 30 TW vào năm 2030.
Trên thực tế, hơn 85 % năng lượng sử dụng hiện nay là từ dầu, than ñá và khí tự
nhiên. Không những số lượng nhiên liệu có hạn ñó không thể ñáp ứng ñược nhu cầu
về năng lượng ngày càng tăng của con người mà sự ñốt cháy chúng còn làm sinh ra
21,3 tỷ tấn CO
2
mỗi năm. ðiều này góp phần làm trái ñất nóng lên. Vì vậy mà việc
tìm kiếm những nguồn năng lượng mới sạch, giá rẻ và dồi dào trở nên cấp thiết hơn
bao giờ hết. Trong số những nguồn năng lượng mới như năng lượng sinh khối
(biomass), gió, nước v.v. thì không có nguồn năng lượng nào có thể ñáp ứng ñược
nhu cầu của con người bằng năng lượng vô hạn từ mặttrời. ðể ñiện mặt trời thực sự
góp phần ñáng kể vào cuộc sống con người thì cần phải nâng cao hiệu suất, cải tiến
công nghệ, không dùng vật liệu ñộc hại. Một trong số các hướng nghiên cứu ñó là pin
mặt trời giá rẻ nhằm thay thế các loại pin mặt trờisilic truyền thống ñắt tiền. Năm
1991, giáo sư Gratzel ñã phát minh ra loại pin mặt trời dùng chất nhuộm màu DSSC
(Dye-Sensitized Solar Cells) với hiệu suất ñạt ñược ~ 11 %. Bộ phận chính của loại
pin này là ñiện cực dùng vật liệu bán dẫn TiO
2
nano xốp có tẩm các chất nhuộm màu
như cơ kim, hữu cơ. Tuy nhiên pin DSSC cũng còn những hạn chế như giá thành của
các chất nhuộm mầu cao và ñộ bền thấp. Do ñó việc nghiên cứu thay thế chất nhuộm
màu hữu cơ, cơ kim bằng các hạt bán dẫn có vùng cấmphù hợp thu hút ñược sự quan
tâm của các nhà khoa học trên thế giới. Chính vì vậ y mà hiện nay một loại pin mới sử
dụng các hạt bán dẫn thay thế chất nhuộm màu cho ñiện cực ôxít bán dẫn nano xốp
TiO2
, ZnO ñang ñược nghiên cứu rộng rãi. ðó là pin mặt trời dùng bán dẫn làm chất
nhạy sáng, viết tắt là SSSC (Semiconductor-Sensitized Solar Cell).
Cũng như pin DSSCs, ñiện cực ôxít bán dẫn có vùng cấm rộng như TiO
2
,
ZnO ñóng vai trò hết sức quan trọng trong pin SSSC.Các vật liệu ôxít bán dẫn này
khi ñược chế tạo dưới dạng màng có cấu trúc nano sẽdẫn tới sự hình thành mạng
lưới các hạt liên kết với nhau cho phép quá trình dẫn ñiện tử diễn ra. ðây ñược xem
như là một ñặc tính hết sức quan trọng trong việc nghiên cứu chế tạo các linh kiện
quang ñiện tử ñặc biệt là pin mặt trời. Mặt khác cấu trúc nano xốp của các ñiện cực
ôxít bán dẫn TiO
2
, ZnO cho phép tăng diện tích tiếp xúc với các hạt bán dẫn nhạy
sáng. Các hạt bán dẫn nhạy sáng thường sử dụng là CdS, CdSe, InP, PbS,. Khi
ñược phủ lên hạt bán dẫn nhạy sáng này, các màng mỏng ôxít bán dẫn sẽ ñóng vai
2
trò như một ñiện cực thu ñiện tử. Do ñó việc chế tạ o các ñiện cực TiO
2
và ZnO cấu
trúc nano có các tính chất quang ñiện phù hợp cho v iệc tách và vận chuyển ñiện tử là
ñiều hết sức cần thiết cho pin mặt trời quang ñiện hóa dạng SSSC. ðây cũng là mục
tiêu chính của luận án.
Ở Việt Nam, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu ôxít bán dẫn như TiO
2
và ZnO có
cấu trúc nano cũng ñã ñược tiến hành nghiên cứu nhằ m mục ñích chế tạo các loại
sensors, hay các vật liệu phát quang. Tuy nhiên việc nghiê n cứu chế tạo các vật liệu
màng mỏng TiO2
, ZnO cấu trúc nano có các tính chất phù hợp với yê u cầu của việc
chế tạo linh kiện pin mặt trời chưa ñược quan tâm nhiều. Chính vì vậy chúng tôi chọn
ñề tài: “Chế tạo và khảo sát các tính chất của màng ôxít titan (TiO
2
), ôxít kẽm (ZnO)
cấu trúc nano ứng dụng làm ñiện cực thu ñiện tử trong pin mặt trời quang ñiện hóa ”.
