Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

تصنيع حواجز شبكية عالية التباين لتقسيم الطيف المتشتتة عنصر في نظام الضوئية المركزة

Published: July 18, 2015 doi: 10.3791/52913
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Electrical Engineering, University of Sothern California

Introduction

سيكون لدينا مجتمع حديث لا البقاء على قيد الحياة دون تحريك جزء كبير من استهلاك الطاقة إلى مصادر الطاقة المتجددة. لتحقيق ذلك، علينا أن نجد وسيلة لحصاد الطاقة المتجددة في أقل من المصادر النفطية للطاقة في المستقبل القريب حيث التكلفة. الطاقة الشمسية هي الطاقة المتجددة الأكثر وفرة على الأرض. على الرغم من أن هناك الكثير من أوجه التقدم قد أحرز في حصاد الطاقة الشمسية، فإنه لا يزال تحديا كبيرا للتنافس مع مصادر الطاقة المعتمدة على النفط. تحسين كفاءة الخلايا الشمسية هي واحدة من أكثر الطرق فعالية لخفض تكلفة نظام حصاد الطاقة الشمسية.

وعادة ما تستخدم العدسات البصرية وعاكسات طبق في الضوئية الأكثر تركيزا أنظمة 1 (CPV) لتحقيق نسبة عالية من الإصابة الطاقة الشمسية على الخلايا الشمسية في منطقة صغيرة، لذلك هو مجد اقتصاديا لاستغلال مكلفة جنبا إلى جنب الخلايا الشمسية متعددة التقاطع 2 في نظم CPV، والحفاظ على معقولتكلف في نفس الوقت. ومع ذلك، بالنسبة لمعظم النظم الكهربائية الضوئية غير المركزة، والتي تتطلب عادة الدفعة منطقة كبيرة من الخلايا الشمسية، لا يمكن دمج الخلايا الشمسية جنبا إلى جنب ذات التكلفة العالية، على الرغم من أنها عادة ما يكون لها رد الطيف الشمسية على نطاق أوسع وأعلى كفاءة تحويل الكلية من تقاطع واحد الخلايا الشمسية 3.

في الآونة الأخيرة، مع مساعدة من موازية البصريات الطيف تقسيم (أي التشتت عنصر)، جعلت الطيف تقسيم موازية التكنولوجيا الضوئية 4 من الممكن أن تغطية الطيف مماثلة أو أفضل وكفاءة التحويل لا يمكن أن يتحقق دون استخدام الخلايا الشمسية مكلفة جنبا إلى جنب. يمكن تقسيم الطيف الشمسي في نطاقات مختلفة، ويمكن أن تستوعب كل فرقة وتحويلها إلى كهرباء بواسطة الخلايا الشمسية أحادية تقاطع المتخصصة. في هذه الطريقة، ومكلفة جنبا إلى جنب الخلايا الشمسية في أنظمة CPV يمكن الاستعاضة عن توزيع مواز من واحد تقاطع الخلايا الشمسيةالصورة دون التأثير على الأداء.

عنصر التشتت التي تم تصميمها في هذا التقرير يمكن تطبيقها في نظام CPV العاكسة (التي تقوم على عاكسات طبق) لتحقيق مواز تقسيم الطيف من أجل تحسين كفاءة تحويل الطاقة الشمسية الكهرباء وخفض التكاليف. يستخدم متعدد الطبقات حواجز شبكية عالية التباين (HCG) 5 كعنصر التشتت من خلال تصميم كل طبقة من HCG في العمل بوصفه عاكس الفرقة البصرية. يتم تحسين الهياكل والمعلمات للعنصر التشتت عدديا. وعلاوة على ذلك، تدرس تصنيع حواجز شبكية عالية التباين للعنصر التشتت باستخدام عازل (تيو 2) الاخرق، nanoimprint الطباعة الحجرية 6 و رد الفعل ايون النقش وأظهر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. إعداد Polydimethylsiloxane فارغ (PDMS) الركيزة لNanoimprint القالب

  1. عملية رقاقة السيليكون العلاج
    1. تنظيف 4 بوصة رقاقة السيليكون قبل الشطف مع الأسيتون والميثانول والأيزوبروبانول.
    2. ضربة الجافة باستخدام بندقية النيتروجين.
    3. تنظيفه باستخدام حل سمكة البيرانا (3: 1 خليط من حامض الكبريتيك مع 30٪ بيروكسيد الهيدروجين) عن طريق نقع داخل لمدة 15 دقيقة.
    4. شطفه بالماء DI. ضربة الجافة باستخدام بندقية النيتروجين.
    5. وضع رقاقة في مجفف الزجاج. إضافة قطرة (20 نقطة = 1 مل) من الإفراج عن وكيل (trichlorosilane) في المجفف.
    6. ضخ أسفل مجفف حتى يقرأ مقياس -762 عربة والانتظار لمدة 5 ساعة.
    7. أخذ يفر بها، والتي تم التعامل مع الافراج عن وكيل.
  2. إعداد PDMS فيلم (كما تستخدم القالب في Nanoimprint)
    1. تزن 10 غرام من السيليكون قاعدة المطاط الصناعي و 1 غرام من وكيل علاج.
    2. إضافتها في نفس زجاج الدورق.
    3. الأمراض المنقولة جنسياص وتخلط مع قضيب الزجاج لمدة 5 دقائق.
    4. وضع الخليط في مجفف فراغ حتى يقرأ مقياس -762 عربة لضخ جميع فقاعات الهواء المحتبسة.
    5. نشرها بالتساوي على تعامل 4 بوصة رقاقة السيليكون.
    6. خبز الرقاقة مع PDMS على رأس القائمة في الفرن فراغ لمدة 7 ساعة عند 80 ° C لعلاج الفيلم PDMS.

2. إعداد قالب Nanoimprint (الازدواجية من القالب الرئيسي)

  1. تدور اثني عشر قطرات (20 نقطة = 1 مل) من الأشعة فوق البنفسجية للشفاء مقاومة (15.2٪) على تنظيف رقاقة السيليكون فارغة لمدة 30 ثانية في 1500 دورة في الدقيقة.
  2. قشر بعناية قطعة من الفيلم PDMS قبالة رقاقة السيليكون المعالجة.
  3. وضع الفيلم PDMS على الأشعة فوق البنفسجية للشفاء مقاومة والسماح لها استيعاب الأشعة فوق البنفسجية مقاومة لمدة 5 دقائق ثم قشر تشغيله.
  4. كرر 2،1-2،3 في نفس الفيلم PDMS لمرتين. امتصاص الأشعة فوق البنفسجية مقاومة لمدة 3 دقائق و 1 دقيقة على التوالي.
  5. وضع الفيلم PDMS (بعد ثلاث مرات للأشعة فوق البنفسجية مقاومة امتصاص) على القالب الرئيسي السيليكون.
  6. وضعه في غرفة مع البيئة النيتروجين.
  7. تشغيل مصباح الأشعة فوق البنفسجية لعلاج العينة لمدة 5 دقائق.
  8. تقشر الفيلم PDMS. الأشعة فوق البنفسجية الشفاء مقاومة على PDMS سيبقي نمط سلبي من القالب الرئيسي.
  9. استخدام RF O 2 البلازما لعلاج العفن PDMS. (الطاقة RF: 30 W، الضغط: 260 mTorr، والوقت: 1 دقيقة)
  10. وضع قالب PDMS في فراغ الغرفة مع قطرة واحدة (20 نقطة = 1 مل) من الإفراج عن وكيل لمدة 2 ساعة.

3. Nanoimprint نقل نمط

  1. تدور ثمانية قطرات (20 نقطة = 1 مل) من PMMA (996k، 3.1٪) على الركيزة أن مطبوع لمدة 50 ثانية في 3500 دورة في الدقيقة.
  2. خبز على موقد لمدة 5 دقائق في 120 ° C.
  3. الانتظار للحصول على نموذج ليبرد.
  4. تدور ثمانية قطرات (20 نقطة = 1 مل) من الأشعة فوق البنفسجية للشفاء مقاومة (3.9٪) على نفس الركيزة.
  5. وضع القالب PDMS (المعد في الخطوة 2) على عينة (مع كل من الأشعة فوق البنفسجية مقاومة وPMMA).
  6. وضعه في غرفة مع البيئة النيتروجين.
  7. تشغيل مصباح الأشعة فوق البنفسجية لعلاج لمدة 5 دقائق.
  8. قشر العفن PDMS من العينة ونمط على قالب PDMS يحصل على تحويلها إلى نموذج.

4. الكروم، يقلع عملية

  1. أيون رد الفعل الحفر طبقة المتبقية من الأشعة فوق البنفسجية مقاومة وPMMA
    ملاحظة: SOP لآلة ICP يمكن العثور عليها في https://www.nanocenter.umd.edu/equipment/fablab/sops/etch-07/Oxford٪20Chlorine٪20Etcher٪20SOP.pdf
    1. تسجيل الدخول آلة ري ICP.
    2. تحميل فارغ 4 بوصة رقاقة السيليكون. تشغيل وصفة نظيفة لمدة 10 دقيقة.
    3. خذ رقاقة السيليكون فارغة بها.
    4. جبل العينة على رقاقة السيليكون نظيف آخر وتحميله في الجهاز.
    5. تشغيل الأشعة فوق البنفسجية مقاومة وصفة النقش لمدة 2 دقيقة (وصفة يمكن العثور عليها في الجدول رقم 1).
    6. أخذ عينة من. تحميل فارغ 4 بوصة رقاقة السيليكون. إعادة تشغيل صفة نظيفة (يمكن العثور عليها في الجدول رقم 1) لمدة 10 دقيقة.
    7. جبل العينة على رقاقة السيليكون نظيفةوتحميله في الجهاز.
    8. تشغيل وصفة النقش PMMA (يمكن العثور عليها في الجدول رقم 1) لمدة 2 دقيقة.
      ملاحظة: الآن المتبقي مقاومة وقد حفرت وتتعرض الركيزة.
  2. كر E-شعاع التبخر
    1. تسجيل الدخول إلى البريد شعاع المبخر.
    2. تحميل المصدر المعادن الكروم وعينة في الغرفة.
    3. تعيين سمك (20 نانومتر) ومعدل الترسيب (0.03 نانومتر / ثانية).
    4. ضخ الغرفة حتى فراغ المطلوبة (10 -7 عربة) يتم التوصل إليه.
    5. بدء عملية الترسيب.
    6. أخذ عينة من بعد انتهاء الترسيب.
  3. CR انطلاقه الداخلي
    1. تزج العينة في الأسيتون مع الإثارة بالموجات فوق الصوتية لمدة 5 دقائق.
    2. تنظيف العينة قبل الشطف مع الأسيتون والميثانول والأيزوبروبانول.
      ملاحظة: يبخر الكروم على مقاومة سيتم انطلق ويتكون قناع الكروم لالركيزة الحفر.

5. تيو 2 قسمosition

  1. عينة الحمل.
  2. تعيين المعلمات من أجل المباشرة الحالية آلة المغنطرون الاخرق
    1. استخدام ضغط الغرفة 1.5 mTorr، وتدفق عار 100 SCCM وقوة الاخرق من 130 W.
    2. استخدام درجة حرارة 27 ° C، وسرعة دوران المرحلة من 20 دورة في الدقيقة.
  3. بدء عملية تفل والتوقف عند سمك المطلوب.
  4. أخذ عينة من ويصلب الفيلم تيو 2 في بيئة الأكسجين عند 300 درجة مئوية لمدة 3 ساعات.

6. التباين العالي المشبك الحفر

  1. تسجيل الدخول في الجهاز إضافة بالحث البلازما (ICP) رد الفعل ايون النقش (ري).
  2. تيو 2 النقش
    1. تحميل فارغ 4 بوصة رقاقة السيليكون.
    2. بدء وتشغيل وصفة نظيفة (يمكن العثور عليها في الجدول رقم 1) لمدة 10 دقيقة.
    3. تفريغ تحميل رقاقة فارغة وتحميل عينة مع قناع الكروم.
    4. ضبط الوقت الحفر. بدء تيو 2 الحفر وصفة. عملية الحفر إرادة السياراتوقف تلقائياً.
    5. تفريغ العينة.
  3. شافي 2 النقش
    1. كرر الخطوة 5.2 باستثناء استخدام الحفر صفة شافي 2.

7. قياس الانعكاس

  1. تسجيل الدخول وتشغيل نظام القياس.
  2. وضع مرآة مستوى الانعكاس على صاحب العينة ومواءمة مسار بصري.
  3. معايرة نظام لالانعكاس بنسبة 100٪.
  4. خلع معيار مرآة الانعكاس ووضع HCG.
  5. قياس الانعكاس للHCG.
  6. حفظ البيانات وتسجيل الخروج من نظام القياس.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

ويبين الشكل 1 تنفيذ عنصر التشتت (عالية متعدد الطبقات صريف النقيض من (HCG)) في نظام الضوئية المركزة. وينعكس ضوء الشمس لأول مرة من قبل المرآة الأولية واعتداء على عنصر التشتت العاكسة، حيث ينعكس شعاع وتقسيمها إلى نطاقات مختلفة من أطوال موجية مختلفة. سيكون لكل فرقة يمس موقع معين على مجموعة الخلايا الشمسية للحصول على أفضل امتصاص وتحويل الكهرباء. المفتاح لهذا النظام هو تصميم وتنفيذ عنصر التشتت، التي تتألف من طبقات متعددة من HCG.

ويبين الشكل (2) ونتيجة التحسين العددية لكل طبقة في العنصر التشتت. تم حساب النتائج التي حققتها محدود، الفارق الزمني المجال (FDTD) 7 البرمجيات القائمة على المحاكاة التجارية "Lumerical" والتحقق من صحتها مزيدا من التحليل الدقيق إلى جانب الموجة (RCWA) 8. معامل الانكسارمن تيو 2 كانت من قاعدة البيانات SOPRA 9 الإنترنت. يمكن للالأمثل ستة طبقة عنصر التشتت توفر انعكاس ما مجموعه أكثر من 90٪ على مدى الطيف الشمسي بأكمله 10،11.

للتدليل على انعكاس واسع النطاق من HCG تجريبيا، واحدة من ست طبقات في التشتت هيكل العنصر HCG وملفقة باستخدام nanoimprint تلفيق. كما هو مبين في الشكل (3)، كل كتلة صريف يتكون من جزأين. المواد من صريف العلوي هو تيو 2 وتنصهر المواد من صريف الفرعي السيليكا. الملعب من 2D HCG هو 453 نانومتر. عرض الخط من كل صريف هو 220 نانومتر. ذروة كلا كبار ودون صريف هو 340 نانومتر. المواد الركيزة هو نفس صريف من الباطن.

أودع تيو 2 على السيليكا تنصهر في مختبرات HP باستخدام آلة الحالية المباشرة المغناطيسية تفل. كان ضغط الغرفة 1.5 mTorr مع تدفق عار عن 100 SCCM. قوة تفلوكان 130 W وكانت نسبة 4 نانومتر / دقيقة. وقد باءت بالفشل دفعتين من تيو 2 فيلم في درجات حرارة مختلفة، 27 ° C و 270 درجة مئوية على التوالي. لضمان ترسب الفيلم حتى، تحولت مرحلة الركيزة تناوب على (20 دورة في الدقيقة) خلال الاخرق. تم مطوع سواء دفعات من تيو 2 الأفلام في 300 درجة مئوية لمدة 3 ساعات بعد الاخرق لتحسين جودة الفيلم. بعد الترسيب، تم فحص كل من دفعات من تيو 2 أفلام باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) (الشكل 4). تم قياس مؤشرات الانكسار من تيو 2 الأفلام أيضا (الشكل 5). كانت مؤشرات الانكسار قياس أقل 10٪ من قاعدة بيانات موحدة، لأن الفيلم كان يسهل اختراقها والتي يمكن أيضا أن يلاحظ في الشكل (4). وعند درجة حرارة أعلى الاخرق يمكن أن يزيد من معامل الانكسار، ومع ذلك كانت خشونة من الفيلم أعلى من ذلك بكثير. للوصول إلى توازن جيد بين مؤشرات الانكسار وفيلم خشونة، والفيلم تيو 2 الذي SPUTوقد تم اختيار الإحلال في 27 ° C كمادة صريف.

ويبين الخطوات الرئيسية لnanoimprint تلفيق تخطيطي في الشكل (6). أولا، يتم الضغط على العفن مع أنماط معينة على الأشعة فوق البنفسجية يمكن علاجها مقاومة على الركيزة. ثم يطبق ضوء الأشعة فوق البنفسجية لعلاج مقاومة. بعد المعالجة، يمكن فصل القالب من الركيزة وشكل مقاومة هو العكس تماما من العفن. نمط مطبوع ويمكن استخدام قناع لحفر المتبقي مقاومة، والمعادن وديعة، يقلع وحفر في نهاية المطاف إلى الركيزة. بهذه الطريقة، ويحصل على تحويل شكل القالب إلى الركيزة.

لافتعال 2D HCG، يتم تكرار قالب من الدوري سيد السيليكون صريف 1D التي كانت ملفقة من قبل تدخل الطباعة الحجرية 12. ثم يتم استخدام نفس قالب لبصمة مرتين في الاتجاهات المتعامدة على نفس الركيزة السيليكون لنمط مجموعة حفرة 2D (الشكل 7). وnanoimprint الهجين <سوب> 13 عملية يمكن أن تجعل عينات مساحة كبيرة مع ارتفاع القرار والعيوب قليلا. نتائج مطبوع (2D مجموعة ثقب مجموعة السيليكون) في الشكل (8). وخشونة حواف يمكن مواصلة خفض بمساعدة حافة تجانس التقنيات 14.

بعد اكتمال الزخرفة nanoimprint والكروم قناع مجموعة، يتم استخدام جهاز ICP ري لحفر العينة. وقد وضعت اثنين وصفات النقش مختلفة لتيو 2 وتنصهر السيليكا على التوالي، والذي يظهر في الجدول 1. ويرد هيكل ملفقة في الشكل 9.

تم قياس الانعكاس (من وقوع العادي) من 2D HCG باستخدام اثنين من الطيف المختلفة مع أنواع مختلفة من أجهزة الكشف، للكشف عن العادي وكشف التكامل المجال. وعلى النقيض من كشف التكامل المجال، للكشف عن العادي لديه زاوية صغيرة نسبيا من القبول، وبالتالي لن يحصل على لتر متناثرة آيت. كما هو مبين في الشكل 10، والفرق في منحنيات الانعكاس قياس كل من كشف يشير إلى أن الضوء المتناثرة من قبل HCG بسبب خشونة هيكل. ويرجع ذلك أساسا إلى فقدان المواد والتصنيع أخطاء الفرق بين قياس المجال التكامل وبيانات المحاكاة. يمكن للمنحنيات الانعكاس تثبت أن جهاز ملفقة يمكن أن تعمل بمثابة عاكس الفرقة باسم طبقة واحدة في العنصر التشتت. بسبب التباين العالي من المؤشر بين صريف والركيزة، HCG تتمتع بالاستقلال زاوية جيدة. فإن منحنى الانعكاس لا تتغير كثيرا عند زاوية السقوط هي أقل من 15 درجة.

الشكل 1
الشكل 1: تنفيذ عنصر التشتت (متعددة HCG) في نظام الضوئية المركزة (CPV).

هين صفحة = "دائما"> الرقم 2
الشكل 2: الأمثل عدديا منحنيات الانعكاس لتصميم عنصر التشتت (ستة طبقة مكدسة HCG) التي يمكن أن تغطي معظم الطيف الشمسي.

الشكل (3)
الرقم 3: الهيكل الأمثل لHCG للتظاهر من nanoimprint تلفيق.

الرقم 4
الشكل 4: الصور SEM (عرض مستعرضة) من باءت بالفشل تيو 2 الأفلام في (أ) 27 ° C و (ب) 270 ° C. الرجاء انقر هنا لعرض أكبرنسخة من هذا الرقم.

الرقم 5
الشكل 5: قياس والانكسار القياسية (قاعدة بيانات SOPRA) مؤشرات باءت بالفشل تيو 2 أفلام.

الشكل (6)
الرقم 6: عملية تصنيع Nanoimprint الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7
الرقم 7: صورة SEM من 2D الماجستير مجموعة حفرة السيليكون (عرض من أعلى إلى أسفل).

الرقم 8: صورة 2D مجموعة حفرة سيد السيليكون ملفقة من قبل nanoimprint أساس PDMS.

الرقم 9
الرقم 9: صورة SEM (عرض مستعرضة) من 2D HCG ملفقة.

الرقم 10
الرقم 10: واحد منحنى الانعكاس محاكاة واثنين من منحنيات الانعكاس قياسها باستخدام كاشف التكامل المجال وكشف الطبيعي على التوالي.

الرقم 11
الرقم 11: (أ) تأثير معامل الانكسارعلى HCG الانعكاس. (ب) تأثير زاوية جدار على HCG الانعكاس. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

ICP الطاقة إلى الأمام الطاقة SF 6 تدفق C 4 F 8 التدفق O 2 تدفق الضغط النقش أسعار
تيو 2 0 W 25 W 25 SCCM 10 SCCM 10 SCCم 10 mTorr 43 نانومتر / دقيقة
السيليكا تنصهر 0 W 100 W 0 SCCM 15 SCCM 15 SCCM 10 mTorr 20 نانومتر / دقيقة
يقاوم 0 W 25 W 25 SCCM 15 SCCM 0 10 mTorr 22 نانومتر / دقيقة
PMMA 0 W 30 W 0 0 30 SCCM 2 mTorr 55 نانومتر / دقيقة
نظيف 1000 W 200 W 0 0 50 SCCM 50 mTorr NA

الجدول 1: وصفات الحفر لتيو 2، والسليكا المنصهر، الأشعة فوق البنفسجية مقاومة، PMMA ونظيفة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

أولا، نوعية الفيلم تيو 2 هو أمر بالغ الأهمية لأداء HCG. سوف ذروة الانعكاس تكون أعلى إذا كان الفيلم تيو 2 ديها أقل خسارة وخشونة السطح. الفيلم تيو 2 مع ارتفاع مؤشر الانكسار هو أيضا مواتية لأنه سيتم تعزيز وضع الحبس البصري على النقيض العالي في المؤشر، والتي يمكن أن تؤدي إلى تملق والفرقة الانعكاس أوسع في HCG.

وثانيا، فإن أخطاء تلفيق يكون لها آثار كبيرة على HCG وينبغي تجنبها. وخشونة قدم في تصنيع يسبب المزيد من الضوء على أن تكون منتشرة، وبالتالي فإن الانعكاس تصبح أقل. سوف انحراف المعلمات في HCG تلفيق بما في ذلك خط العرض والطول والملعب لا يسمح الجهاز للعمل على النحو الأمثل كما هو الحال في المحاكاة. وعلاوة على ذلك، فإن الانعكاس من HCG تعتمد بقوة على ملف الحفر، أي زاوية جدار. في الشكل 11، وتأثير زاوية جداريتم احتساب الصورة على الانعكاس من HCG عدديا. كما تقلل من زوايا جدار من 90 درجة إلى 84 درجة مئوية، قطرات متوسط ​​الانعكاس من أكثر من 90٪ إلى أقل من 50٪، وذلك لأن HCG يتصرف أشبه المضادة للانعكاس طلاء على شكل مخروط عند زاوية جدار صغير.

كفاءة البصرية للعنصر التشتت مهمة لالكفاءة العامة للنظام CPV، وبالتالي فإن الانعكاس كل طبقة من HCG يجب أن تكون على أعلى مستوى ممكن. واستنادا إلى المناقشة أعلاه، في حين أن كفاءة البصرية للطبقة ملفقة حوالي 60٪، وهناك العديد من التحسينات الممكنة للحصول على أفضل HCG الانعكاس. حالة الاخرق تيو 2 يمكن أن يكون الأمثل لتوليد مزيد من الفيلم مع المؤشر أعلى، وأقل خشونة السطح وانخفاض فقدان بصري. ينبغي تعديل صفات الحفر الجافة مزيد من بتعيين ملف تعريف النقش أفضل، مما يجعل من استقامة صريف، وهو ما يمكن تحقيقه من خلال تعديل مزيج من الغازات (C 4 F8، SF 6 و O 2) لتحقيق التوازن بين الحفر وإعادة ترسب العملية. وينبغي تحسين عملية nanoimprint ورفع قبالة لتجنب خشونة وتلفيق الأخطاء بحيث يمكن تخفيض تناثر لا لزوم لها لزيادة كفاءة البصرية الشاملة.

من التراص طبقات متعددة من HCGs ثنائية الأبعاد مع ملاعب مختلفة، ويمكن للمرآة التشتت تعمل في نطاق أوسع من ذلك بكثير. المرآة يمكن عاكس الضوء المباشر في زوايا مختلفة وفقا لالأطوال الموجية، في وسيلة لتعبئة جميع طبقات HCG في وقت لاحق في زوايا إمالة مختلفة. وعلاوة على ذلك، المرآة التشتت يمكن أن تكون ملفقة باستخدام الطباعة الحجرية nanoimprint (لا شيء) في منطقة واسعة وبتكلفة منخفضة. وعلاوة على ذلك، فإن النظام المقترح يضم سهولة التكامل مع القائمة الضوئية المكثف (CPV) الإعداد لذلك لديه القدرة على أن تكون مقبولة على نطاق واسع من جانب الصناعة لتحسين كفاءة تحويل الطاقة الشمسية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

وأيد هذا البحث كجزء من مركز علم النانو للطاقة، وهو مركز أبحاث الطاقة الحدودي الذي تموله وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب العلوم تحت بجائزة عدد DE-SC0001013. نحن نريد أيضا أن أشكر الدكتور ماكس تشانغ والدكتور جيان هوا يانغ من مختبرات HP لمساعدتهم على تيو 2 الاخرق فيلم ومؤشرات قياس الانكسار.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
184 Silcone elastomer kit Sylgard Polydimethylsiloxane (PDMS)
4 inch silicon wafer Universitywafer
4 inch fused silica wafer Universitywafer
Poly(methyl methacrylate) Sigma-Aldrich 182265
UV-curable resist Nor available on market
PlasmaLab System 100 Oxford Instruments ICP IRE machine
UV curing system for nanoimprint fabrication Not available on market
Ocean Optics HR-4000  Ocean Optics HR-4000 Spectrometer with normal detector
Lambda 950 UV / VIS PerkinElmer spectrometer with hemisphere intergration detector
JSM-7001F-LV JEOL Field emission SEM
DC magnetron sputtering machine Equipment is in HP labs, who helped us to sputter the TiO2
Metal e-beam evaporator Temescal BJD-1800

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Horne, S., et al. A Solid 500 Sun Compound Concentrator PV Design. Photovoltaic Energy Conversion, Conference Record of the 2006 IEEE 4th World Conference on. , 694-697 (2006).
  2. Guter, W., et al. Current-matched triple-junction solar cell reaching 41.1% conversion efficiency under concentrated sunlight. Applied Physics Letters. 94, 223504 (2009).
  3. Shockley, W., Queisser, H. J. Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells. Journal of Applied Physics. 32, 510-519 (1961).
  4. Green, M. A. Potential for low dimensional structures in photovoltaics. Materials Science and Engineering: B. 74, 118-124 (2000).
  5. Karagodsky, V., Chang-Hasnain, C. J. Physics of near-wavelength high contrast gratings. Opt. Express. 20, 10888-10895 (2012).
  6. Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. Nanoimprint lithography. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 14, 4129-4133 (1996).
  7. Namiki, T. A new FDTD algorithm based on alternating-direction implicit method. Microwave Theory and Techniques. IEEE Transactions on. 47, 2003-2007 (1999).
  8. Moharam, M. G., Gaylord, T. K. Rigorous coupled-wave analysis of planar-grating diffraction. J. Opt. Soc. Am. 71, 811-818 (1981).
  9. Smilab. S. nk Database. World Wide Web. , Available from: http://www.sopra-sa.com/ (2015).
  10. Yao, Y., Liu, H., Wu, W. Spectrum splitting using multi-layer dielectric meta-surfaces for efficient solar energy harvesting. Appl. Phys. A. 115, 713-719 (2014).
  11. Yao, Y., Liu, H., Wu, W. Fabrication of high-contrast gratings for a parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system. Journal of Vacuum Science & Technology B. 32, 06FG04-06FG04-6 (2014).
  12. Solak, H. H., et al. Sub-50 nm period patterns with EUV interference lithography. Microelectronic Engineering. 67, 56-62 (2003).
  13. Li, Z., et al. Hybrid nanoimprint− soft lithography with sub-15 nm resolution. Nano letters. 9, 2306-2310 (2009).
  14. Yu, Z., Chen, L., Wu, W., Ge, H., Chou, S. Y. Fabrication of nanoscale gratings with reduced line edge roughness using nanoimprint lithography. Journal of Vacuum Science & Technology B. 21, 2089-2092 (2003).

Tags

الهندسة، العدد 101، بالتوازي مع الطيف تقسيم، وعنصر والتشتت، وعلى النقيض عالية صريف، ونظام الضوئية المركزة، nanoimprint الطباعة الحجرية، على رد الفعل ايون النقش
تصنيع حواجز شبكية عالية التباين لتقسيم الطيف المتشتتة عنصر في نظام الضوئية المركزة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Yao, Y., Liu, H., Wu, W. Fabrication … More

Yao, Y., Liu, H., Wu, W. Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System. J. Vis. Exp. (101), e52913, doi:10.3791/52913 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter