1.3. Pin mặt trời plasmonics
1.3.1. Tóm lược tình hình nghiên cứu về pin mặt trời plasmonics
Tính chất quang học của các hạt kim loại đã được nghiên cứu từ thời Faraday và trong những thập kỷ gần đây, sự quan tâm đã tăng lên, đặc biệt là do phát hiện ra cường độ tán xạ Raman có thể được tăng lên nhiều bậc thơng qua việc sử dụng các cấu trúc nano kim loại [14], [33], [34]. Theo đó, đã có rất nhiều cơng trình thảo luận về các tính chất cơ bản và ứng dụng của cộng hưởng plasmon, đặc biệt là trong quang học tích hợp và phân tích sinh học [14], [35], [36]. Các nghiên cứu ban đầu được công bố vào năm 1996 cho thấy các gợi ý về sự phân tách điện tích do plasmon bề mặt trong các hạt nano kim loại quý tiếp xúc với TiO2 [18], [37]. G. Zhao và cộng sự [37] là những người đầu tiên báo cáo về dòng quang anốt được tạo ra bởi sự chiếu sáng bằng ánh sáng nhìn thấy của điện cực TiO2 với lớp phủ TiO2 có chứa các hạt nano Au hoặc Ag. Đây là một kết quả nổi bật vì vùng cấm rộng (3,3 eV) của TiO2 có nghĩa là các điện cực TiO2 thơng thường chỉ tạo ra dịng quang khi được chiếu sáng bằng tia cực tím. Nguồn gốc của những dịng quang này được các tác giả giải thích là do sự kích thích của LSPR trong các hạt nano kim loại, tuy nhiên chưa rõ ràng vào thời điểm đó, vì thế lĩnh vực nghiên cứu này khơng được quan tâm trong những năm sau đó. Một cơng trình tiên phong khác trong lĩnh vực tăng cường plasmonic của các thiết bị nhạy với ánh sáng đã được thực hiện bởi Stuart và Hall (1998), đã chỉ ra rằng
dịng quang điện đạt được có thể tăng cường lên đến 18 lần cho máy dò quang (photo- detector) silicon với chiều dày 165 nm tại bước sóng 800 nm khi sử dụng các hạt nano Ag trên bề mặt thiết bị [14], [38]. Sau đó, hướng nghiên cứu về plasmonics và pin mặt trời plasmonics ngày càng được quan tâm, trên Hình 1.10 là thống kê về những cơng trình cơng bố liên quan đến vấn đề plasmonics nói chung và pin mặt trời plasmonics nói riêng [39]. Từ số liệu thống kê có thể thấy được mức độ tập trung nghiên cứu của các nhà khoa học trên thế giới về vấn đề này, tính riêng năm 2014, có khoảng 30.000 công bố liên quan đến vấn đề plasmonics nói chung trong đó có khoảng 8.500 bài là về pin mặt trời plasmonics.
Hình 1.10. Số cơng trình cơng bố trên thế giới liên quan đến vấn đề plasmonics nói
chung (a) và pin mặt trời plasmonics nói riêng (b) [39].
PMT plasmonics là một loại PMT thơng thường được tích hợp thêm cấu trúc plasmonics nhằm tăng cường các đặc tính của pin như dịng quang điện, hiệu suất, thế hở mạch… Khi được tích hợp, các cấu trúc plasmonics có thể truyền năng lượng plamon của nó cho các vật liệu được tích hợp. Có nhiều cơ chế truyền năng lượng như truyền năng lượng trường gần, truyền năng lượng trường xa hay truyền hạt tải trực tiếp của cấu trúc plamon. Tùy thuộc vào các đặc điểm về hình dạng và cấu trúc mà các cơ chế truyền này có hiệu quả khác nhau và tùy thuộc vào hiệu quả cũng như mục đích sử dụng mà nhiều cấu hình tích hợp đã được đưa ra và nghiên cứu. Trong đó có thể chia ra thành hai loại chính: i) Cấu trúc nano kim loại được tích hợp ở phía trước hoặc phía sau của lớp hoạt động (active layer) và ii) Cấu trúc nano kim loại được tích hợp trực tiếp vào các lớp hoạt động trong PMT.