CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO VẬT LIỆU
2.1. Cấu hình PMT plasmonics và các loại vật liệu liên quan
2.1.1.2. Giản đồ năng lượng tiếp xúc Au-TiO2
Chế tạo hệ hạt nano Au/TiO2 có đặc tính tốt nhằm ứng dụng cho pin mặt trời (PMT) plasmonics là nhiệm vụ trọng tâm của luận án. Trước hết chúng ta xem xét giản đồ năng lượng chi tiết của tiếp xúc giữa Au và TiO2 như được chỉ ra trên Hình
Hình 2.2. Giản đồ năng lượng tiếp xúc Au và TiO2
Trên Hình 2.2 là giản đồ năng lượng tiếp xúc Au và TiO2. Trong đó ϕM và ϕS lần lượt là năng lượng Fermi của kim loại và bán dẫn tính từ mức chân khơng, χS là ái lực electron trong bán dẫn. EC, EV, EF lần lượt là mức năng lượng vùng dẫn, vùng hoá trị và Fermi của TiO2.
Do mức Fermi của Au nằm dưới mức Fermi của TiO2 nên khi tiếp xúc với nhau thì có sự khuếch tán electron và lỗ trống xuyên qua biên tiếp xúc để cân bằng mức Fermi, trong khi khoảng cách giữa các vùng năng lượng bên phía bán dẫn là khơng thay đổi. Kết quả là các mức năng lượng bên phía bán dẫn bị uốn cong tạo ra hàng rào thế Schottky (Hình 2.2).
Như sơ đồ trên chỉ ra thì chiều cao rào thế tính từ bên kim loại là φM = ϕM –
χS cịn chiều cao rào thế tính từ bên bán dẫn là φS = ϕM – ϕS. Các electron muốn di
chuyển qua lớp tiếp xúc thì phải vượt qua hàng rào thế đó. Cơng thốt (ϕ) của Au khoảng 5,4 eV; của TiO2 đối với 2 pha anatase và rutile lần lượt là 5,1 eV và 4,8 eV,
và ái lực (χS) của TiO2 khoảng 4,3 eV. Như vậy có thể tính được ra chiều cao rào thế trong tiếp xúc giữa Au và TiO2 pha anatase là: φM = 1,1 eV; φS = 0,3 eV.
Ở trạng thái bình thường, các electron tự do ở bề mặt kim loại Au không thể vượt qua hàng rào thế. Nhưng trong trạng thái kích thích, các điện tử có mức năng lượng khoảng 1 đến 4 eV, vì vậy chúng hầu như đủ khả năng vượt qua rào thế.