Waiting
Login processing...

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

Engineering

המצאה של Gratings ניגודיות הגבוה לפיצול הספקטרום Dispersive האלמנט במערכת פוטוולטאית מרוכזת

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

Introduction

החברה המודרנית שלנו לא תשרוד בלי לזוז חלק משמעותי של צריכת אנרגיה למקורות אנרגיה מתחדשים. כדי שזה יקרה, אנחנו צריכים למצוא דרך לקצור אנרגיה מתחדשת בעלות נמוכה יותר מאשר מקורות אנרגיה מבוסס נפט בעתיד הקרוב. אנרגיה סולארית היא האנרגיה מתחדשת הנפוצה ביותר על פני כדור הארץ. למרות שהרבה התקדמות נעשה בקצירת אנרגיה סולארית, זה עדיין מאוד מאתגר להתחרות עם מקורות אנרגיה מבוסס נפט. שיפור היעילות של תאים סולריים הוא אחת הדרכים היעילה ביותר להפחית את עלות המערכת של קצירת אנרגיה סולארית.

עדשות אופטיות ומחזירי מנה משמשים בדרך כלל בפוטו המרוכז רוב המערכות (CPV) 1 כדי להשיג ריכוז גבוה של כוח שכיחות שמש בתאים הסולריים הקטן באזור, כך שזה מבחינה כלכלית לנצל תאים סולריים רב-צומת בד בבד יקר 2 ב מערכות CPV, וכדי לשמור על סבירהתעלה באותו הזמן. עם זאת, עבור רוב מערכות פוטו הלא מרוכזות, אשר בדרך כלל דורשות תשלום שטח גדול של תאים סולריים, לא יכולים להיות משולבים התאים הסולריים טנדם העלות גבוהה, למרות שיש להם בדרך כלל תגובה רחבה יותר שמש ספקטרום ויעילות המרה כוללת גבוהה מ תאים סולריים צומת יחידה 3.

לאחרונה, עם העזרה של אופטיקה פיצול ספקטרום המקבילה (כלומר אלמנט נפיצה), בטכנולוגית פוטו פיצול ספקטרום המקבילה 4 הפכה זה אפשרי כי כיסוי ספקטרום דומה או טוב יותר ויעילות המרה ניתן להשיג ללא שימוש בתאים סולריים טנדם היקר. ספקטרום השמש ניתן לפצל להקות שונות וכל להקה יכולה להיספג ומרת חשמל על ידי התאים הסולריים יחידה צומת המיוחדות. בדרך זו, ניתן להחליף התאים הסולריים טנדם היקר במערכות CPV ידי הפצה מקבילה של תאים סולריים חד-צומתים ללא כל פשרה בביצועים.

האלמנט נפיצה שתוכנן בדוח זה יכול להיות מיושם במערכת CPV רעיוני (המבוסס על מחזירי מנה) לממש את פיצול ספקטרום מקביל להתייעלות שמש-חשמל ההמרה ועלות מופחתת. שבכות רב שכבתי ניגודיות גבוהה (HCG) 5 משמשת כאלמנט נפיצה על ידי עיצוב כל שכבה של HCG לעבוד כרפלקטור להקה אופטי. המבנים והפרמטרים של האלמנט נפיצה מותאמים מבחינה מספרית. יתר על כן, הייצור של שבכות ניגודיות גבוהות לאלמנט נפיצה באמצעות דיאלקטרי (Tio 2) המקרטעת, ליתוגרפיה nanoimprint 6 ותחריט יון תגובתי הוא למד והפגין.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

מצע (PDMS) 1. מכין את polydimethylsiloxane בלנק לעובש Nanoimprint

  1. תהליך סיליקון ופל הטיפול
    1. נקה פרוסות סיליקון 4 אינץ 'על ידי שטיפה עם אצטון, מתנול וisopropanol.
    2. לייבשו באמצעות אקדח החנקן.
    3. נקה אותו באמצעות פתרון פיראניה (3: 1 תערובת של חומצה גופרתית עם 30% מי חמצן) על ידי השרייה בתוך 15 דקות.
    4. לשטוף אותו עם מים די. מכה יבשה באמצעות אקדח החנקן.
    5. מניחים את פרוסות בייבוש זכוכית. הוסף טיפה (20 טיפות = 1 מיליליטר) של שחרור סוכן (trichlorosilane) לייבוש.
    6. לשאוב את הייבוש עד מד קורא -762 Torr ולחכות 5 שעות.
    7. קח הרקיק החוצה, אשר טופל עם שחרור סוכן.
  2. הכנת PDMS הסרט (משמש כעובש בNanoimprint)
    1. שוקל 10 גרם של בסיס אלסטומר סיליקון ו1 גרם של סוכן ריפוי.
    2. הוסף אותם באותה כוס זכוכית.
    3. Stir ולערבב עם מוט זכוכית במשך 5 דקות.
    4. מכניס את התערובת לייבוש ואקום עד מד קורא -762 Torr לשאוב את כל בועות האוויר שנלכדו.
    5. מורחים אותם באופן שווה על גבי פרוסות סיליקון 4 אינץ 'שטופלו.
    6. אופים את פרוסות עם PDMS על גבי בתנור הוואקום במשך 7 שעות על 80 מעלות צלזיוס כדי לרפא את סרט PDMS.

2. מכין את עובש Nanoimprint (שכפול מעובש האב)

  1. ספין עשר טיפות (20 טיפות = 1 מיליליטר) של UV לריפוי להתנגד (15.2%) על פרוסות סיליקון ריקות נקיות למשך 30 שניות ב 1500 סל"ד.
  2. זהירות לקלף פיסת סרט PDMS את פרוסות סיליקון טופלו.
  3. שים את סרט PDMS על UV לריפוי להתנגד ולתת לו לספוג UV להתנגד במשך 5 דקות לאחר מכן לקלף אותו.
  4. חזור על 2.1-2.3 באותו סרט PDMS לשתי פעמים. ספוג UV להתנגד במשך 3 דקות ודקות 1 בהתאמה.
  5. מניחים את סרט PDMS (לאחר UV שלוש הפעמים להתנגד קליטה) על עובש אב סיליקון.
  6. הכניס אותו לתוך תא עם סביבת חנקן.
  7. הפעל מנורת UV לרפא המדגם במשך 5 דקות.
  8. לקלף את סרט PDMS. UV נרפא להתנגד בPDMS ישמור הדפוס השלילי של עובש האב.
  9. השימוש RF O 2 פלזמה לטיפול בעובש PDMS. (כוח RF: 30 וואט, לחץ: 260 mTorr, זמן: 1 דקות)
  10. מניחים את תבנית PDMS בתא ואקום עם טיפה אחת (20 טיפות = 1 מיליליטר) של שחרור סוכן עבור שעה 2.

3. העברת תבנית Nanoimprint

  1. ספין שמונה טיפות (20 טיפות = 1 מיליליטר) של PMMA (996K, 3.1%) על המצע להיות מוטבע עבור 50 שניות ב 3500 סל"ד.
  2. לאפות אותו על פלטה חמה למשך 5 דקות ב 120 מעלות צלזיוס.
  3. חכה המדגם להתקרר.
  4. ספין שמונה טיפות (20 טיפות = 1 מיליליטר) של UV לריפוי להתנגד (3.9%) באותו המצע.
  5. מניחים את תבנית PDMS (מוכן בשלב 2) על המדגם (עם שני UV להתנגד וPMMA).
  6. הכניס אותו לתוך תא עם סביבת חנקן.
  7. הפעל את מנורת UV לרפא במשך 5 דקות.
  8. פיל עובש PDMS את המדגם ואת התבנית על תבנית PDMS מועבר למדגם.

4. תהליך המראת Cr

  1. יון תגובת תחריט שכבת שייר של UV להתנגד וPMMA
    הערה: ניתן למצוא SOP לICP מכונה בhttps://www.nanocenter.umd.edu/equipment/fablab/sops/etch-07/Oxford%20Chlorine%20Etcher%20SOP.pdf
    1. התחבר RIE ICP מכונה.
    2. לטעון פרוסות סיליקון 4 אינץ 'ריקות. הפעל את המתכון הנקי במשך 10 דקות.
    3. קח את פרוסות סיליקון ריקות החוצה.
    4. הר המדגם על עוד פרוסות סיליקון נקיות ולטעון אותו לתוך המכונה.
    5. הפעל את UV להתנגד מתכון תחריט למשך 2 דקות (ניתן למצוא את המתכון בטבלה 1).
    6. קח לדוגמא את. לטעון פרוסות סיליקון 4 אינץ 'ריקות. המתכון הנקי להפעיל מחדש (ניתן למצוא בטבלה המס '1) במשך 10 דקות.
    7. הר המדגם על פרוסות סיליקון נקיותולטעון אותו לתוך המכונה.
    8. הפעל את מתכון תחריט PMMA (ניתן למצוא בטבלה המס '1) במשך 2 דקות.
      הערה: עכשיו השייר להתנגד כבר חרוט ואת המצע חשוף.
  2. Cr E-קרן אידוי
    1. היכנס למאייד קורה אלקטרוני.
    2. טען את מקור Cr מתכת ומדגם לתוך התא.
    3. הגדר את העובי (20 ננומטר) ושיעור בתצהיר (0.03 ננומטר / sec).
    4. לשאוב את התא עד ואקום הנדרש (10 -7 Torr) הוא הגיע.
    5. התחל את התהליך בתצהיר.
    6. קח לדוגמא לאחר הגימורים בתצהיר.
  3. CR-הרם את נוהל
    1. לטבול את המדגם באצטון עם תסיסה קולית במשך 5 דקות.
    2. נקה את המדגם על ידי שטיפה עם אצטון, מתנול וisopropanol.
      הערה: Cr התאדה בלהתנגד יוסר וממסכת Cr לתחריט מצע נוצר.

5. Tio 2 חוגosition

  1. מדגם עומס.
  2. הגדר את הפרמטרים למכונה המקרטעת magnetron הנוכחי הישירה
    1. השתמש בלחץ קאמרי של 1.5 mTorr, זרימת Ar של 100 SCCM וכוח המקרטעת של 130 W.
    2. השתמש בטמפרטורה של 27 מעלות צלזיוס ומהירות סיבוב של שלב 20 סל"ד.
  3. התחל את תהליך גמגום ולעצור בעובי רצוי.
  4. קח לדוגמא את ולחשל את סרט Tio 2 בסביבת חמצן ב 300 מעלות צלזיוס במשך 3 שעות.

6. חדות גבוהה פומפייה תחריט

  1. התחבר במכונה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP) תחריט יון תגובתי (RIE).
  2. דוד תחריט 2
    1. לטעון פרוסות סיליקון 4 אינץ 'ריקות.
    2. להתחיל ולהפעיל את המתכון הנקי (ניתן למצוא בטבלה המס '1) במשך 10 דקות.
    3. לפרוק לטעון הרקיק הריק ולטעון את המדגם עם מסכת Cr.
    4. הגדרת זמן תחריט. התחל Tio 2 מתכון תחריט. אוטומטי רצון תהליך התחריטmatically לעצור.
    5. לפרוק את המדגם.
  3. SiO 2 תחריט
    1. חזור על שלב 5.2 מלבד להשתמש במתכון תחריט SiO 2.

מדידת 7. החזרה

  1. התחבר ולהפעיל את מערכת המדידה.
  2. מניחים את המראה סטנדרטי החזרה על בעל המדגם וליישר את הנתיב האופטי.
  3. לכייל את המערכת להחזרת 100%.
  4. קח את המראה סטנדרטי החזרה ולמקם HCG.
  5. מדוד את ההחזרה של HCG.
  6. שמור את הנתונים ולהתנתק ממערכת המדידה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

איור 1 מציג את היישום של האלמנט נפיצה (צורם ניגודיות גבוהה multilayer (HCG)) במערכת פוטו מרוכזת. אור השמש משתקף ראשון במראה הראשוני ופוגע באלמנט נפיצה רעיוני, שבו הקרן באה לידי ביטוי והתפצל ללהקות שונות של אורכי גל שונים. כל להקה לפגוע במיקום מסוים במערך התאים הסולרי לקליטה הטובה ביותר וההמרה לחשמל. המפתח למערכת זו הוא התכנון וביצוע של האלמנט נפיצה, שמורכב ממספר השכבות של HCG.

איור 2 מציג את התוצאה המספרית אופטימיזציה לכל שכבה באלמנט נפיצה. התוצאות חושבו על ידי תחום בזמן הסופי, הבדל (FDTD) 7 תוכנה מבוססת סימולציה מסחרית "Lumerical" ומאומתים עוד יותר על ידי ניתוח קפדני בשילוב-גל (RCWA) 8. השבירהשל Tio 2 היה ממסד הנתונים המקוון Sopra 9. האלמנט נפיצה שש-השכבה מותאמת יכול לספק השתקפות כוללת של יותר מ -90% בהשוואה לספקטרום השמש כולה 10,11.

כדי להדגים את ההחזרה בפס רחב של HCG באופן ניסיוני, אחד משש השכבות במבנה HCG האלמנט נפיצה הוא מפוברק באמצעות ייצור nanoimprint. כפי שניתן לראות באיור 3, כל בלוק צורם מורכב משני חלקים. החומר של צורם העליון הוא Tio 2 והחומר של צורם תת הוא התמזגו סיליקה. המגרש של HCG 2D הוא 453 ננומטר. רוחב הקו של כל צורם הוא 220 ננומטר. הגובה של שני צורם העליונים ותת הוא 340 ננומטר. החומר של המצע זהה צורם המשנה.

Tio 2 הופקד על סיליקה התמזגה במעבדות HP באמצעות מכונה גמגום magnetron נוכחית ישירה. הלחץ קאמרי היה mTorr 1.5 עם זרימת Ar כ -100 SCCM. כוח גמגוםהיה 130 W והשיעור היה 4 ננומטר / דקה. שתי קבוצות של Tio סרט 2 היו גמגמו בטמפרטורות שונות, 27 ° C ו 270 מעלות צלזיוס בהתאמה. כדי להבטיח אפילו סרט בתצהיר, סיבוב שלב המצע היה מופעל (20 סל"ד) במהלך מקרטעות. שני קבוצות של Tio 2 סרטים היו מרותק ב 300 מעלות צלזיוס במשך 3 שעות לאחר מקרטעות כדי לשפר את איכות סרט. לאחר בתצהיר, שתי קבוצות של Tio 2 סרטים נבחנו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים (SEM) (איור 4). מדדי השבירה של Tio 2 סרטים נמדדו גם (איור 5). מדדי השבירה שנמדדו היו 10% נמוכים יותר מאשר מסד נתונים סטנדרטיים, משום שהסרט היה נקבובי אשר יכול גם להיות שנצפה באיור 4. טמפרטורה גבוהה יותר המקרטעת יכולה להגדיל את מקדם השבירה, אבל החספוס של הסרט היה הרבה יותר גבוה. כדי להגיע לאיזון טוב בין מדדי שבירה וחספוס סרט, סרט Tio 2 שsputtered ב 27 מעלות צלזיוס נבחר כחומר הצורם.

השלבים העיקריים לייצור nanoimprint מוצגים באופן סכמטי באיור 6. ראשית, עובש עם דפוסים מסוימים נלחץ על UV לריפוי להתנגד על המצע. לאחר מכן אור UV מוחל לרפא להתנגד. לאחר הריפוי, העובש יכול להיות מופרד מהמצע וצורת להתנגד היא בדיוק ההפך מהעובש. הדפוס המוטבע יכול לשמש כמסכה כדי לחרוט השייר להתנגד, הפקדת המתכת, להרים את ולבסוף לחרוט לתוך המצע. בדרך זו, את הצורה של התבנית מועברת לתוך המצע.

לפברק 2D HCG, עובש משוכפל מאדון 1D תקופתי צורם סיליקון אשר היה מפוברק על ידי יתוגרפיה התערבות 12. אז אותו העובש משמש להטביע פעמיים בכיוונים מאונך באותו המצע סיליקון לדפוס מערך חור 2D (איור 7). Nanoimprint ההיברידי <sup> תהליך 13 יכול לעשות דגימות שטח גדול עם רזולוציה גבוהה ופגמים קטנים. התוצאות הטבועות (מערך סיליקון מערך חור 2D) מוצגת באיור 8. החספוס של קצוות יכול להצטמצם עוד יותר בעזרת טכנולוגיות קצה החלקת 14.

אחרי דפוסי nanoimprint ומערך מסכת Cr הושלם, מכונה ICP RIE משמשת כדי לחרוט המדגם. שני מתכוני תחריט שונים פותחו לTio 2 והתמזגו סיליקה בהתאמה, אשר מוצגת בטבלה 1. המבנה המפוברק מוצג באיור 9.

ההחזרה (מתחולת הנורמלית) של 2D HCG נמדדה באמצעות שני ספקטרומטרים שונים עם סוגים שונים של גלאים, גלאים הרגילים וגלאי האינטגרציה תחום. בניגוד לגלאי שילוב כדור, יש לו את הגלאי הרגיל זווית קטנה יחסית של קבלה ולכן לא יקבל את l הפזורים ight. כפי שניתן לראות באיור 10, ההבדל בעקומות החזרה נמדדות על ידי שני הגלאים מצביע על כך שהאור מפוזר על ידי HCG בשל חספוס המבנה. ההבדל בין מדידת תחום האינטגרציה ונתוני סימולציה הוא בעיקר בשל אובדן טעויות מהותיות וייצור. עקומות ההחזרה יכולות להוכיח כי המכשיר המפוברק יכול לעבוד כרפלקטור להקה כשכבה אחת באלמנט נפיצה. בשל ניגודיות הגבוהה של מדד בין צורם והמצע, יש HCG עצמאות זווית טובה. עקומת ההחזרה לא תשתנה הרבה כאשר זווית השכיחות היא פחות מ -15 מעלות.

איור 1
איור 1: היישום של האלמנט נפיצה (מרובה HCG) במערכת פוטו המרוכז (CPV).

הין-page = "תמיד"> איור 2
איור 2: מבחינה מספרית מותאם עקומות החזרה לעיצוב נפיצה האלמנט (שש-השכבה נערמה HCG) שיכול לכסות את רוב ספקטרום השמש.

איור 3
איור 3: המבנה מותאם של HCG להפגנה של ייצור nanoimprint.

איור 4
איור 4: תמונות SEM (צפה בחתך) של 2 סרטי Tio גמגמו ב() 27 ° C ו- (ב) 270 ° C. אנא לחץ כאן לצפייה גדולה יותרגרסה של נתון זה.

איור 5
איור 5: נמדד ושבירה סטנדרטית (מסד נתונים Sopra) מדדים של Tio 2 סרטים גמגמו.

איור 6
איור 6:. תהליך ייצור Nanoimprint אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 7
איור 7: תמונת SEM של אדון סיליקון מערך חור 2D (תצוגה מלמעלה למטה).

src איור 8: התמונה של אב סיליקון 2D מערך חור המפוברק על ידי nanoimprint מבוסס PDMS.

איור 9
איור 9: תמונת SEM (צפה בחתך) של HCG 2D המפוברק.

איור 10
איור 10: עקומה אחת מדומה החזרה ושתי עקומות החזרה נמדדו באמצעות גלאי אינטגרציה תחום וגלאי רגיל בהתאמה.

איור 11
איור 11: (א) אפקט של שבירהעל ההחזרה HCG; (ב) השפעה של זווית דפנות על ההחזרה HCG. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

ICP כוח קדימה כוח SF 6 זרימה C 4 F 8 זרימה O 2 זרימה לחץ תחריט דרג
Tio 2 0 W 25 W 25 SCCM 10 SCCM 10 SCCמ ' 10 mTorr 43 ננומטר / דקה
סיליקה התמזגה 0 W 100 W 0 SCCM 15 SCCM 15 SCCM 10 mTorr 20 ננומטר / דקה
להתנגד 0 W 25 W 25 SCCM 15 SCCM 0 10 mTorr 22 ננומטר / דקה
PMMA 0 W 30 W 0 0 30 SCCM 2 mTorr 55 ננומטר / דקה
נקי 1,000 W 200 W 0 0 50 SCCM 50 mTorr NA

טבלה 1: מתכוני התחריט לTio 2, סיליקה התמזגה, UV להתנגד, PMMA ונקי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ראשית, האיכות של סרט Tio 2 היא חיונית מאוד לביצוע HCG. שיא ההחזרה יהיה גבוה יותר אם הסרט Tio 2 יש פחות אובדן וחספוס פני השטח. סרט Tio 2 עם שבירה גבוהה יותר הוא גם נוח כי כליאת המצב האופטית תהיה משופרת על ידי ניגודיות גבוהה יותר במדד, אשר יכול להצמיח שטוח ולהקת החזרה רחבה יותר בHCG.

שנית, תהיה שגיאות ייצור השפעות משמעותיות על HCG ויש להימנע. החספוס הציג בייצור יגרום אור יותר להיות מפוזר, ולכן ההחזרה תהפוך נמוכה יותר. הסטייה של פרמטרים בייצור HCG כוללים רוחב קו, גובה ומגרש לא תהיה אפשר למכשיר לעבוד בצורה אופטימלית כמו בסימולציה. יתר על כן, ההחזרה של HCG מאוד תלויה פרופיל התחריט, כלומר הזווית של דפנות. באיור 11, את ההשפעה של זווית דפנותים על ההחזרה של HCG מחושב מבחינה מספרית. כזוויות דפנות להקטין מ -90 מעלות עד 84 מעלות, ההחזרה הממוצעת יורדת מלמעלה מ -90% לפחות מ -50%, כי HCG מתנהג יותר כמו ציפוי נגד השתקפויות בצורת חרוט, כאשר זווית הדפנות היא קטנה.

היעילות האופטית של האלמנט נפיצה חשובה ליעילות הכוללת של מערכת CPV, כך ההחזרה של כל שכבה של HCG צריכה להיות גבוהה ככל האפשר. בהתבסס על האמור לעיל, ואילו את היעילות האופטית לשכבה המפוברקת היא כ -60%, יש כמה שיפורים אפשריים להחזרת HCG טובה יותר. המצב המקרטעת Tio 2 יכול להיות מותאם יותר על מנת ליצור את הסרט עם מדד גבוה יותר, חספוס פני השטח פחות ואובדן אופטי נמוך. מתכוני התחריט יבשים צריכים להיות מותאמים יותר לפרופיל תחריט טוב יותר, מה שהופכים את זקופה הצורם, אשר יכול להיות מושגת על ידי התאמת השילוב של גזים (4 C F8, SF 6 ו- O 2) כדי לאזן את התחריט ומחדש בתצהיר תהליך. תהליך nanoimprint וההמראה צריך להשתפר כדי למנוע שגיאות חספוס וייצור, כך שהפיזור המיותר יכול להיות מופחת כדי להגביר את היעילות האופטית הכוללת.

על ידי לערום שכבות מרובות של HCGs דו ממדים עם מסרים שונים, המראה נפיצה יכול לפעול בספקטרום רחב הרבה יותר. המראה יכול אור מהורהר ישיר לזוויות שונות בהתאם לאורכי גל, בדרך של אריזת כל שכבות HCG לאחר מכן בזוויות הטיה שונות. יתר על כן, המראה נפיצה יכול להיות מפוברק באמצעות יתוגרפיה nanoimprint (אפס) בשטח גדול ובמחיר נמוך. יתר על כן, המערכת המוצעת כוללת אינטגרציה קלה עם פוטו רכז קיים התקנה (CPV) כך שיש לו הפוטנציאל להיות מקובל על ידי התעשייה כדי לשפר את יעילות המרת אנרגיה סולרית.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך במסגרת המרכז לאנרגיה הננו, מרכז מחקר Frontier אנרגיה ממומן על ידי משרד אנרגיה של ארה"ב, משרד מדע תחת מספר פרס DE-SC0001013. גם אנחנו רוצים להודות לד"ר מקס ג'אנג וד"ר Jianhua יאנג של מעבדות HP לעזרתם במדידת Tio 2 המקרטעת סרט ומדדי שבירה.

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

הנדסה גיליון 101 פיצול ספקטרום מקביל אלמנט נפיצה ניגודיות גבוהה צורמת מערכת פוטוולטאית מרוכזת ליתוגרפיה nanoimprint תחריט יון תגובה
המצאה של Gratings ניגודיות הגבוה לפיצול הספקטרום Dispersive האלמנט במערכת פוטוולטאית מרוכזת
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