Tình trạng năng lượng hiện nay đang phải đối mặt với những thách thức phức tạp trong quá trình sản xuất và các vấn đề về môi trường. Với dân số thế giới tiếp tục gia tăng nhanh hơn và quá trình toàn cầu hóa, việc sản xuất năng lượng bổ sung là cần thiết để đáp ứng nhu cầu trong tương lai. Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng bền vững tốt nhất, được kỳ vọng sẽ đóng một vai trò quan trọng cho giải pháp này. Một trong những kỹ thuật tốt nhất để khai thác nguồn tài nguyên này là thông qua công nghệ quang điện mặt trời, sản xuất điện trực tiếp từ bức xạ mặt trời. Tuy nhiên, một trong những vấn đề vẫn còn tồn tại là hiệu suất thấp. Để giải quyết vấn đề này, công nghệ vật liệu biến hóa được chú ý bởi khả năng tạo ra các thiết bị tiên tiến cho các ứng dụng khác nhau. Công nghệ pin mặt trời là một trong những lĩnh vực được hưởng lợi từ công nghệ này. Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ có thể được sử dụng trong pin mặt trời để cải thiện khả năng hấp thụ. Cụ thể, MA hấp thụ đa dải tần cho pin mặt trời hiệu suất cao thế hệ mới đã được đề xuất. Thiết kế cho khả năng hấp thụ gần như hoàn hảo (99,94%) với băng thông 23,4% trong quang phổ khả kiến. Ngoài ra, tính linh hoạt trong thiết kế của MA cũng được khai thác nhằm giữ cho độ hấp thụ không bị ảnh hưởng bởi góc phân cực và góc tới của bức xạ điện từ [15].
Một thiết kế cấu trúc hấp thụ dựa trên vật liệu biến hóa hoạt động trong vùng hồng ngoại với đỉnh hấp thụ đạt 83,6% có thể kết hợp các lớp pin mặt trời hoạt động ở vùng hồng ngoại bên trong cấu trúc hấp thụ để tăng đáng kể hiệu suất pin mặt trời được đề xuất [50].
Hình 1.11. (a) Cấu trúc vật liệu biến hóa tích hợp trong pin mặt trời. (b) Kết quả mô phỏng của cấu trúc [50].
Hình dạng của thiết kế được thể hiện trong Hình 1.11. Trường E của ánh sáng phân cực tuyến tính được hiển thị bằng một mũi tên màu đỏ. Phản ứng của môi trường được mô phỏng bằng cách sử dụng phần mềm thương mại. Các thông số tán xạ phức và biểu đồ của độ truyền qua (|S21|), phản xạ (|S11|), và dữ liệu về độ hấp thụ (A), được biểu thị trong Hình 1.11(b). Kết quả thu được đỉnh độ hấp thụ đạt 83,6% ở 184,2 THz (1628 nm). Cấu trúc SRR được sử dụng trong mô phỏng này được chế tạo thông qua kỹ thuật khắc chùm điện tử và được kiểm chứng thực nghiệm bằng cách sử dụng bộ truyền quang tự chế. Các tham số của cấu trúc SRR đã được xác minh bằng cách so sánh dữ liệu mô phỏng và thực nghiệm. Nghiên cứu sử dụng sách của Palik [51] cho thông số của bạc (Ag) trong các mô phỏng. Hình 1.11(b) cho thấy độ phản xạ giảm ở khoảng 185 THz với độ bán rộng (FWHM) 45,7 THz [50].
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Luận văn sử dụng kết hợp các phương pháp mô phỏng, tính toán lý thuyết và kiểm chứng bằng thực nghiệm nhằm đem lại kết quả chính xác nhất có thể. Từ ý tưởng nghiên cứu, cấu trúc MA được đề xuất và mô phỏng thông qua phần mềm thương mại CST. Cuối cùng, để kiểm chứng các tính toán và mô phỏng, luận văn trình bày các kết quả thực nghiệm chế tạo và đo đạc mẫu.