MỞ ĐẦU Pin mặt trời là thiết bị sản xuất điện trực tiếp từ năng lượng mặt trời và được sử dụng rộng rãi ngày nay. Đây là giải pháp sử dụng nguồn năng lượng sạch thay thế cho việc sử dụng nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt như dầu mỏ, khí đốt… Vấn đề mấu chốt trong nền công nghiệp hiện nay phát triển công nghệ để giảm giá thành chế tạo và nâng cao hiệu suất biến đổi quang điện của pin. Tế bào quang điện của pin mặt trời thực chất là một lớp chuyển tiếp p−n dày và đã có rất nhiều loại vật liệu được sử dụng để chế tạo nó; tuy nhiên hiện nay chất bán dẫn silic vẫn được sử dụng nhiều nhất do Si là vật liệu phổ biến, đã và đang được sản xuất với số lượng lớn do có hiệu suất chuyển đổi quang điện cao. Tuy giá thành trên mỗi Watt của pin mặt trời trên nền tinh thể silic đã giảm rất đáng kể trong khoảng 10 năm trở lại đây, nhưng các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời để chuyển thành điện năng vẫn còn rất đắt so với giá điện hiện nay mỗi hộ gia đình phải chi trả hàng tháng.
Năm 1991, sự ra đời của “dye–sensitized solar cell (DSC)” – pin mặt trời nhạy quang dựa trên nền vật liệu TiO2 đã hứa hẹn là một vật liệu thay thế rẻ tiền hơn nhiều so với pin mặt trời truyền thống. Hiện nay, thế hệ pin mặt trời này đã đạt hiệu quả chuyển hóa đến 11% và một khả năng thích nghi tốt với điều kiện được chiếu sáng trong môt khoảng thời gian dài. Thực nghiệm với 8000 giờ chiếu sáng với cường độ gấp 2,5 lần ánh sáng mặt trời, và nhiệt độ thực nghiệm là 80 – 90°C cho thấy hiệu suất chỉ bị giảm đi rất ít, kết quả của 4 z thí nghiệm này giúp ta có thể tin tưởng vật liệu này có thể hoạt động rất bền bỉ trong khoảng thời gian ít nhất là 10 năm. Hiện nay hướng nghiên cứu sử dụng màng mỏng TiO2 như là điện cực thu điện tử trong các linh kiện pin mặt trời kiểu mới (pin mặt trời Grazel – pin mặt trời sử dụng vật liệu composite) đặc biệt được quan tâm và cho thấy có rất nhiều triển vọng.
Người ta nhận thấy bằng việc thay đổi kích thước và hình dạng của các nanô tinh thể TiO2 có thể tăng được hiệu suất làm việc của các linh kiện lên nhiều lần, điều này mở ra hướng đi mới cho việc nghiên cứu chế tạo các pin mặt trời giá rẻ. Có nhiều phương pháp công nghệ khác nhau đã được sử dụng để chế tạo màng TiO2 có cấu trúc nanô như các phương pháp nhúng kéo, quay phủ ly tâm hay phủ trải sử dụng công nghệ sol–gel … Tuy nhiên gần đây nhiều công trình nghiên cứu chỉ ra rằng bằng phương pháp vật lý như bốc bay chân không kết hợp ủ nhiệt không những có thể chế tạo được màng TiO 2 cấu trúc nanô với độ đồng nhất cao mà còn có thể dễ dàng thay đổi được kích thước và hình dạng của các hạt nano tinh thể. Đặc biệt với phương pháp này màng TiO2 có thể nhận được có độ tinh khiết cao. Việc nghiên cứu chế tạo màng TiO2 cấu trúc nano và khảo sát các tính chất điện, quang, quang điện hóa của chúng không chỉ có ý nghĩa về khoa học mà nó còn là cơ sở ban đầu cho việc hướng tới chế tạo pin mặt trời kiểu mới với giá thành hạ và kích thước lớn ứng dụng vào thực tiễn.