IV. ỨNG DỤNG CỦA MÀNG NANO
2. ỨNG DỤNG MÀNG NANO TRONG CÔNG NGHÊ PIN MẶT TRỜI
Với tính chất lượng tử (quantum) nổi trội tạo nên đặc tính quang – điện đặc biệt khi ở kích thước nano, màng nano là đối tượng được nghiên cứu và ứng dụng lớn trong pin mặt trời nói riêng và hệ thống quang-điện-bán dẫn nói chung.
Màng nano hiện nay được dùng trong pin mặt trời nhằm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng, giúp giảm hiện tượng phản ánh sáng, thất thoát ra ngoài môi trường khiến giảm khả năng hấp thụ ánh sáng gây bởi các linh kiện có trong pin, đồng thời giúp làm giảm kích
thước pin, …cũng như giảm giá thành, đồng thời tăng cảm quan về màu sắc, và phạm vi sử dụng.
Tác dụng của màng nano trong pin mặt trời trình bày như sau:
Dựa vào tính chất plasmon bề mặt (hay tính chất quantum) của hạt nano, nên sự hấp thu ánh sáng sẽ phụ thuộc vào từng loại hạt nano và kích thước hạt, hạt càng nhỏ thì bandgap sẽ càng tiến về vùng tử ngoại, càng lớn tiến về vùng hồng ngoại (hình IV.3). Do đó, màng nano kim loại hay composite-kim loại sẽ thay thế các lớp màng truyền thống, có thể một hay vài lớp với bề dày khác nhau, có thể cùng một loại kim loại hay khác loại. Từ đó, giúp làm tăng vùng bandgap trong dãy quang phổ của mặt trời, tăng đáng kể khả năng hấp thụ ánh sáng.
Hình IV.3: Bandgap theo kích thước hạt quantum
Theo thuyết về sự giao thoa màng mỏng, khi sóng ánh sáng truyền qua vật liệu màng mỏng, sẽ đồng thời phản xạ ở mặt trên và truyền xuống mặt dưới. Khi tiếp xúc với mặt
dưới, ánh sáng lại tiếp tục truyền qua hoặc bị phản xạ. Ánh sáng phản xạ từ mặt trên và mặt dưới sẽ giao thoa với nhau. Độ giao thoa sẽ tăng cường hay triệt tiêu phụ thuộc vào sự khác biệt độ mỏng, hệ số khúc xạ của lớp màng, và góc tới của tia sáng ban đầu lên lớp màng. Mà ta biết rằng, pin mặt trời hay pin quang điện gồm nhiều lớp màng mỏng xếp chồng lên nhau nhằm tăng sự hấp thu ánh sáng vào lớp bán dẫn
bên trong. Nên ánh sáng thường thất thoát giữa các lớp màng nơi hiện tượng giao thoa xảy ra.
Vì thế, ngoài khả năng tăng hấp thụ ánh sáng, màng nano còn có tác dụng chống sự phản xạ ánh sáng, gây thất thoát ra môi trường. Điều này là do, dưới tác động của các photon ánh sáng, các eletron trên bề mặt hạt nano có trong màng nano bị kích thích hình thành hiệu ứng plasmon trên bề mặt hạt nano, làm chệch hướng các photon ánh sáng, khiến chúng bật lại và đi tiếp về phía
pin. Chính điều này làm tăng sự hấp thu những tia sáng có bước sóng dài hơn, giúp chuyển hóa năng lượng tốt hơn và giảm thất thoát ánh sáng tốt hơn.
Pin mặt trời dùng công nghệ này còn gọi là pin mặt trời plasmon hay pin mặt trời quantum dot.
Hình IV.3 : Sự thất thoát ánh sáng do phản xạ của pin mặt trời màng mỏng thông thường.
Hình IV.4: Tác dụng chống phản ánh sáng của các hạt nano chứa trong màng nano cho pin mặt trời plasmon
KẾT LUẬN
Có thể nói, màng nano ra đời như một bước ngoặc mới trong công nghệ màng. Với các tính chất nổi bật về quang-cơ-điện do bởi các hiệu ứng đặc biệt của vật liệu nano gây nên…. mà nó ngày càng được ứng dụng rộng rãi, giải quyết được những vấn đề mà công nghệ màng micro vẫn chưa làm được.
Hiện nay, công nghệ màng nano là một trong những lĩnh vực đang được nghiên cứu mạnh mẽ của khoa học vật liệu, vật lý chất rắn, điện tử, bán dẫn cũng như trong các ứng dụng cho đời sống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].Jovan Matovic and Zoran Jakšić (2009). Nanomembrane: A New MEMS/NEMS Building Block, Micro Electronic and Mechanical Systems, Kenichi Takahata (Ed.), ISBN:
978-953-307-027-8, InTech, Available from:
http://www.intechopen.com/books/microelectronic-and-mechanical- systems/nanomembrane-a-newmems-nems-building-block
[2].Luis M.Liz-Mazan (2004), Nanometals formation and color, Materials today, ISBN:1369-7021.
[3].Milton Ohring (1992), Materials Science of Thin Films, Academic Press, London, 1st
edition, ISBN:978-0-12-524990-X.
[4].Milton Ohring (2001), Materials Science of Thin Films, Academic Press, London, 2nd
edition, ISBN:978-0-12-524975-1.
[5].http://www.khoahoc.com.vn/congnghemoi/cong-nghe-moi/27989_pin-mat-troi- plasmonic-nghe-thuat-bat-giu-anh-sang.aspx
[6].http://vi.wikipedia.org/wiki/
[7].http://en.wikipedia.org/wiki/