7.3.1. Mởđầu
Trong những năm gần đõy, vật liệu quang tử hữu cơ (Photonic Organic Material) đó được nghiờn cứu và phỏt triển rộng khắp trong cỏc phũng thớ nghiệm ở cỏc nước trờn thế giới. Vật liệu quang tử hữu cơ cú ưu điểm là màng mỏng nano hữu cơ nờn mềm dẻo, dễ uốn khỳc, nhẹ khụng vỡ và cụng nghệ chế tạo khụng phức tạp, giỏ thành hạ. Cựng với sự phỏt triển cụng nghệ màng mỏng nano, hạt nano, rất nhiều đề tài về vật liệu quang tử hữu cơđược tập trung nghiờn cứu. Những linh kiện được chế tạo từ vật liệu bỏn dẫn hữu cơ tiờu biểu như: linh kiện phỏt quang hữu cơ (Organic/Polymeric light emitting display), linh kiện transistor màng mỏng hữu cơ (Organic Thin Film Transistors: OTFT), laser bỏn dẫn hữu cơ và gần đõy nhất là pin mặt trời hữu cơ (Organic Solar Cell: OSC)
Vật liệu bỏn dẫn hữu cơ mang hai đặc tớnh. Tớnh bỏn dẫn điện và là chất hữu cơ. Vỡ là chất bỏn dẫn nờn nú cú tớnh chất như cỏc chất bỏn dẫn vụ cơ. Nhưng vỡ nú là chất hữu cơ nờn mang đặc tớnh chất hữu cơ như tớnh mềm dẻo, dễ gia cụng, hỡnh thự đa dạng. Cụng nghệ
chế tạo từ bỏn dẫn hữu cơ thành linh kiện gần nhưđó được chuẩn húa với kỹ thuật khụng phức tạp và cú khả năng triển khai rộng và nhanh.
Đú là cỏc kỹ thuật Spin coating, Inject, Microcontact printing. Gần
đõy nhất với cụng nghệ nano tự sắp xếp phõn tử (Self-Assembled Molecular - SAM), chế tạo màng mỏng nano với kớch thước tựy ý.
Quỏ trỡnh cụng nghệ chế tạo linh kiện khụng phức tạp nờn giỏ thành hạ.
Trong thế kỷ thứ XXI, năng lượng là vấn đề hàng đầu mà thế giới phải giải quyết (Theo Richard Smalley, Nobel Laureate). Nhất là trong bối cảnh nguồn dầu mỏ dần bị cạn kiệt, giỏ thành lờn cao, nguồn cung cấp khụng ổn định. Nguồn than đỏ cũng cú hạn và ụ nhiễm mụi trường. Vỡ vậy việc tỡm kiếm năng lượng khỏc đang đặt ra bài toỏn phải giải quyết của cỏc nhà khoa học trong mọi lĩnh vực. Những nguồn năng lượng cú triển vọng như năng lượng hạt nhõn, nhiệt hạch, năng lượng sinh học, năng lượng giú, súng biển, thủy triều, pin nhiờn liệu và năng lượng mặt trời. So với cỏc nguồn năng lượng khỏc nguồn năng lượng mặt trời cú những ưu điểm:
- Nguồn năng lượng vụ tận - Trang thiết bịđơn giản - Cú thể triển khai mọi nơi
- Năng lượng sạch khụng gõy ụ nhiễm mụi trường
Năng lượng mặt trời cú thể sử dụng bằng nhiều cụng nghệ khỏc nhau:
- Cụng nghệ quang điện: Photovoltaic Solar Cell.
- Cụng nghệ nhiệt mặt trời : Solarthermal, năng lượng mặt trời → nhiệt.
- Phỏt điện mặt trời : Solar thermal power generation. - Chiếu sỏng: Lighting.
Chuyển húa năng lượng mặt trời theo cụng nghệ chế tạo pin mặt trời đó được nghiờn cứu từ lõu. Pin mặt trời vụ cơ kiểu tiếp xỳc p/n đó
được Bell Labs của Mỹ phỏt minh từ năm 1954 với hiệu suất chuyển húa đạt 4,5%. Từđú đến nay pin mặt trời vụ cơđó được triển khai nghiờn cứu, ứng dụng trong hầu hết cỏc ngành kinh tế, khoa học và cụng nghệ. Theo đú mỗi năm sản lượng tăng 30%. Tuy nhiờn, pin mặt trời vụ cơ cú cụng nghệ sản xuất phức tạp, giỏ thành cao. Để
khắc phục những nhược điểm của pin mặt trời vụ cơ vật liệu silicon. Việc nghiờn cứu thay thế bằng pin mặt trời hữu cơđang được triển khai mạnh. So với pin mặt trời vụ cơ (Inorganic Solar Cell), pin mặt trời hữu cơ (OSC) cú những ưu điểm:
- Cụng nghệđơn giản. - Tớnh mềm dẻo, trong suốt.
- Dễ biến tớnh, cú độ linh động cao. - Nhẹ và giỏ thành thấp.
Pin mặt trời hữu cơ (OSC) đó được nghiờn cứu từ những năm 1970 của thế kỷ trước. Nhưng vỡ hiệu suất thấp nờn khụng cú triển
vọng ứng dụng. Đến năm 1986 C.Tang của Eastman Kodak phỏt
minh ra Pin mặt trời hữu cơ trờn cơ sở Copper Phtalocyanine (CuPc) và perylene tetracarboxylic derivation cú khả năng ứng dụng rộng rói. Từđú việc nghiờn cứu về OSC được triển khai nghiờn cứu rộng khắp và chuyờn sõu.
Từ năm 1990 với cụng nghệ nano cỏc nhà khoa học đó chế tạo pin mặt trời hữu cơ màng mỏng nano với chất hữu cơ fullerence (C60) đạt hiệu suất quang điện 1%.
Đến năm 2000, cựng với sự tập trung nghiờn cứu cao độ, cỏc phũng thớ nghiệm của Mỹ, Nhật đó chế tạo được OSC với hiệu suất 5%. Lớp vỏ plastic đ−ợc phủ bằng TEC Liên kết đặc tr−ngcủa STI
Lá Ti làm nên chất nhạy màuTiO2
Hỡnh 228: Ảnh OSC tấm lớn được triển khai ở Úc
Năm 2005 với sự điều chỉnh cấu trỳc vật liệu bỏn dẫn hữu cơ
người ta đó chế tạo được OSC đạt hiệu suất phỏt quang đến 10-11%. Với kết quả trờn mở rộng ra khả năng ứng dụng rộng rói OSC. Cỏc nước đầu tư nghiờn cứu nhiều OSC là Mỹ, Nhật, Tõy Âu, Hàn Quốc,
Úc với thị phần phỏt minh sỏng chế năm 2006: Mỹ 74%, Nhật 10%,
Hàn Quốc 6% và 10% là cỏc nước cũn lại (theo tài liệu Polymer
Science and Technology 8/2006).