집중 광전지 시스템에서 병렬 스펙트럼 분할 분산 소자로 고대비 격자의 제작이 시연됩니다. 나노임프린트 리소그래피,TiO2 스퍼터링 및 반응성 이온 에칭을 포함한 제조 공정에 대해 설명합니다. 반사율 측정 결과는 광학 성능을 특성화하는 데 사용됩니다.
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이 논문에서
요약
초록
고대비 격자는 설계 및 제작되었으며 그 적용은 집광형 태양광 시스템의 태양열 변환 효율을 향상시킬 수 있는 병렬 스펙트럼 분할 분산 소자에서 제안됩니다. 제안 된 시스템은 또한 값 비싼 탠덤 태양 전지를 비용 효율적인 단일 접합 태양 전지로 대체하여 집광 광 시스템의 태양 전지 비용을 낮출 것입니다. 분산 요소에 대한 고대비 격자의 구조와 매개변수는 수치적으로 최적화되었습니다. 고대비 격자의 대면적 제작은 나노임프린트 리소그래피와 드라이 에칭을 사용하여 실험적으로 시연되었습니다. 격자 재료의 품질과 제작 된 장치의 성능은 모두 실험적으로 특성화되었습니다. 측정 결과를 분석하여 제조 공정에서 발생할 수 있는 부작용에 대해 논의하고 제조 공정을 개선할 수 있는 잠재력이 있는 몇 가지 방법을 제안하여 제작된 장치의 광학 효율을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다.
서론
현대 사회는 재생 가능한 에너지 원으로 에너지 소비의 상당 부분을 움직이지 않고 생존 할 것이다. 이 일어날 수 있도록하기 위해, 우리는 가까운 미래에 석유 기반 에너지 원보다 낮은 비용으로 신 재생 에너지를 수확 할 수있는 방법을 찾을 수있다. 태양 에너지는 지구상에서 가장 풍부한 신 재생 에너지입니다. 진행됨 많은 태양 에너지를 수확하여 이루어진 것을에도 불구하고, 석유 계 에너지 원과 경쟁 여전히 매우 도전적이다. 태양 전지의 효율을 개선하는 것은 태양 에너지 수확의 시스템 비용을 절감 할 수있는 가장 효율적인 방법 중 하나이다.
그것이 고가 탠덤 다중 접합 태양 전지 (2)을 악용 경제성하므로 광학 렌즈 및 접시 반사기는 일반적으로, 작은 면적의 태양 전지에 태양 광이 입사 높은 농도를 달성하기 위해 가장 집중된 광 (CPV) 시스템 (1)에 사용되는 CPV 시스템 및 합리적인 유지동시에 비용. 그들은 일반적으로 더 넓은 태양 스펙트럼 응답 및보다 전반적으로 높은 변환 효율을 갖지만 그러나, 통상 태양 전지의 대 면적 분할을 필요로 가장 비 농축 광전지 시스템의 경우, 고가의 탠덤 태양 전지는, 혼입 될 수 없다 단일 접합 태양 전지 3.
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프로토콜
나노 임프린트 몰드 1. 빈 폴리 디메틸 실록산을 준비 (PDMS) 기판
- 실리콘 웨이퍼 처리 공정
- 아세톤, 메탄올 및 이소프로판올로 세척하여 4 인치 실리콘 웨이퍼를 청소한다.
- 이 질소 총을 이용한 드라이 불어.
- 15 분 동안 담가 내부 (30 %의 과산화수소와 황산의 혼합물을 3 일) 피라나 용액을 사용하여 청소한다.
- 탈 이온수로 씻어. 질소 총을 사용하여 건조 불어.
- 유리 데시 케이 터에 웨이퍼를 놓습니다. 데시 케이 터에 제 (트리클로로)를 해제 한 방울 (20 방울 = 1 ml)에 추가한다.
- 게이지가 -762 토르 표시 될 때까지 데시 케이 터를 펌프와 5 시간 동안 기다립니다.
- 박리제로 처리 된 웨이퍼 아웃 보자.
- PDMS 필름의 제조 (나노 임프린트의 몰드로 사용)
- 실리콘 엘라스토머 염기 10g 및 경화제의 1g을 단다.
- 같은 유리 비커에 추가.
- STI는R 및 5 분 동안 유리 막대로 혼합한다.
- 게이지가 모든 갇힌 공기 방울을 펌프 -762 토르 표시 될 때까지 진공 데시 케이 터에 혼합물을 넣어.
- 처리 한 4 인치 ....
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결과
도 1은 농축 광전지 시스템에서 분산 요소 (다층 높은 콘트라스트 격자 (HCG))의 구현을 도시한다. 태양 광은 제 차 미러에 의해 반사 된 빔이 반사되고, 다른 파장의 상이한 대역들로 분할되어 반사 분산 요소에 충돌한다. 각 대역은 전기 가장 흡수 및 전환 용 태양 전지 어레이상의 특정 위치에 충돌한다. 본 시스템의 핵심은 설계 및 HCG의 여러 층으로 구성되는 분산 요소의 구현이다.
도 2는 분산 형 소자의 각 층에 대한 수치 최적화 결과를 나타낸다. 결과를 유한 차분 시간 영역 (FDTD) 7 기반 상업 시뮬레이션 소프트웨어 "Lumerical"더욱 정밀 결합 파 분석 (RCWA) (8)에 의해 검증하여 계산되었다. 굴절률이산화 티탄의 SOPRA 9 온라인 데이터베이스에서였다. 최적화 여섯 층 분산 요소는 전체 태.......
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토론
우선, 이산화 티탄 막의 품질 HCG 성능에 매우 중요하다. 이산화 티탄 막은 적은 손실 및 표면 거칠기를 갖는 경우, 반사율 피크는 높을 것이다. 광학 모드가 한정 HCG의 평탄한 야기하고 넓은 반사 밴드를 제공 할 수있는 인덱스 높은 콘트라스트에 의해 향상되기 때문에 더 높은 굴절률과 이산화 티탄 막도 바람직하다.
둘째로, 제조 오차 HCG에 상당한 영향을 미칠 것이며, 피해야한다. 제작에 도입 된 거칠기는 산란 할 더 많은 빛을 발생할 수 있으므로 반사율이 낮은 될 것입니다. 선 폭, 높이 및 피치를 포함 HCG 제조에서 파라미터의 편차는 시뮬레이션 장치에 최적으로 작동하도록 허용하지 않을 것이다. 또한, HCG의 반사율 강하게 측벽의 각도 즉, 에칭 프로파일에 의존한다. 도 11, 측벽 각의 사실상HCG의 반사율에의 수치 계산된다. 측벽의 각도가 84 °, 90 °.......
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공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
이 연구는 에너지 나노, 수상 번호 DE-SC0001013에서 에너지, 과학의 사무실의 미 교육부에 의해 투자 에너지 프론티어 연구 센터의 센터의 한 부분으로 지원되었다. 우리는 또한 이산화 티탄 박막 스퍼터링 및 굴절률 측정에 그들의 도움 박사 최대 장과 HP 연구소의 박사 지안 후아 양 감사드립니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 184 실콘 엘라스토머 키트 | 실가드 | 폴리디메틸실록산(PDMS) | |
| 4인치 실리콘 웨이퍼 | Universitywafer | ||
| 4인치 용융 실리카 웨이퍼 | Universitywafer | ||
| 폴리(메틸 메타크릴레이트) | Sigma-Aldrich | 182265 | |
| UV 경화 레지스트 | nor 시장에 | ||
| 나와 있지 않음PlasmaLab 시스템 100 | 옥스포드 기기 | ICP IRE 기계 | |
| 나노 임프린트 제작 | 시장에서는 사용할 수 없음 | ||
| Ocean Optics HR-4000 | 일반 검출기가 있는 | Ocean Optics | HR-4000 |
| Lambda 950 UV/VIS | PerkinElmer | 분광계 반구 통합 검출기 | |
| JSM-7001F-LV | JEOL | 전계 방출 SEM | |
| DC 마그네트론 스퍼터링 머신 | 장비는 TiO2Metal e-beam 증발기를 스퍼터링하는 데 도움을 준 HP 연구소에 있습니다. | ||
| 테메스칼 | BJD-1800 |
참고문헌
- 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).
- Guter, W., et al.
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재인쇄 및 허가
