دمج ضوء الاصطياد الفضة النانوية في مهدرج الجريزوفولفين سيليكون الخلايا الشمسية عن طريق التحويل الطباعة

الهدف العام من تقنية الطباعة المنقولة هذه هو توفير منهجية قابلة للتطبيق لدمج الهياكل النانوية البلازمونية الوظيفية في أجهزة مثل الخلايا الشمسية. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في التقدم في تطبيق الجهاز العملي لهياكل النانو الفوقية مثل الخلايا الشمسية المنشورية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن للمرء أن يقدم بسرعة هياكل النانو الفوقية أو المرغوب فيها أو المصممة في هياكل الأجهزة الحالية مما يؤدي إلى تغييرات كبيرة في عملية التصنيع الأصلية.

على الرغم من تطوير هذه الطريقة ، خاصة بالنسبة للخلايا الشمسية ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على الأجهزة الأخرى التي تستخدم خصائص البلازمونية مثل الثنائيات وأجهزة الاستشعار الباعثة للصوت الأيمن. للبدء ، ضع قالب ثقب نانو في حاوية بولي تترافلورو إيثيلين. في المرتبة التالية ، 0.76 جرام من بوليمر فينيل ميثيل سوبوكسان ثنائي ميثيل سوبوكسان في زجاجة زجاجية يمكن التخلص منها.

استخدم ماصة صغيرة بطرف بولي بروبيلين يمكن التخلص منه لإضافة ستة ميكرولترات من مركب رباعي إيثيل ديوكسان البلاتين دي فينيل إلى البوليمر المشترك. بعد ذلك ، استخدم ماصة صغيرة بطرف بولي بروبلين يمكن التخلص منه لإضافة 24 ميكرولتر من 2 4 6 8 رباعي إيثيل تترا فينيل سيكلو تترا سوبوكسان إلى البوليمر المشترك ، واخلط المحلول. قم بتغيير هذه الأحجام لفترة وجيزة إذا لزم الأمر ، لتبقى في نفس النسبة مع البوليمر المشترك.

ثم أضف 240 ميكرولترا من هيدروس الميثيل ، وبوليمر ثنائي ميثيل سوبوكسان إلى الزجاجة ، واخلطها بسرعة باستخدام ماصة زجاجية يمكن التخلص منها ، قم بتفجير سطح الخليط بالنيتروجين لفترة وجيزة ، ثم اسكب البوليمر المسبق PDMS الصلب الناتج على قالب منقوش متاح تجاريا تم وضعه على تدور كوتر ، قم بتغطية القالب عند 1000 دورة في الدقيقة لمدة 40 ثانية لتحقيق سمك طبقة يبلغ حوالي 40 ميكرون. ثم ضع العينة المطلية بالدوران في غرفة مسخنة مسبقا على حرارة 65 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة. لربط PDMS الصلب لفترة وجيزة أثناء التسخين ، امزج ستة جرامات من السيليكون مع 0.6 جرام من المحفز في زجاجة زجاجية يمكن التخلص منها.

قم بتغيير كمية المحفز إذا لزم الأمر للحفاظ على نسبة واحد إلى 10 مع السيليكون. ثم ضع الزجاجة في فراغ مجفف وقم بتطبيق فراغ من حوالي 133 باسكال لمدة 15 دقيقة لتفريغ الخليط. بعد ذلك ، اسكب خليط DGAs بسرعة على القالب الساخن من أجل إنشاء طبقة PDMS ناعمة بسمك حوالي ثلاثة ملليمترات.

ضع العينة الناتجة مرة أخرى في الفراغ وجففها وقم بتفريغ العينة لمدة ساعة إضافية. ثم انقل عينة Degas إلى غرفة التسخين وقم بتسخينها من درجة حرارة الغرفة حتى 80 درجة مئوية بمعدل حوالي ثلاث درجات مئوية في الدقيقة. احتفظ بالعينة عند 80 درجة مئوية لمدة خمس ساعات لربط PDMS الصلب والناعم تماما بعد تبريد العينة إلى درجة حرارة الغرفة.

انزع ختم PDMS بعناية من القالب. أعد استخدام القالب حتى خمس مرات لإعداد طوابع إضافية إذا لزم الأمر. قم بقص ختم عمود النانو الناتج إلى قطع سبعة ملليمترات في سبعة ملليمترات باستخدام سكين وتخزينها تحت الهواء حتى يتم استخدامها.

بالإضافة إلى ذلك ، قم بإعداد محلول طبقة ربط البوليمر المشترك للكتلة وركائز السيليكون الدقيقة التبلور المهدرجة كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب. اغسل طوابع PDMS في 30 مل من الإيثانول باستخدام حمام بالموجات فوق الصوتية لمدة 15 دقيقة ، ثم جفف الختم عن طريق نفخه بالنيتروجين النقي. بعد ذلك ، استخدم شريطا لاصقا على الوجهين لتثبيت طوابع PDMS التي تم تنظيفها على حامل العينة.

ثم ضع العينات في نظام تبخر شعاع الإلكترون وقم بإيداع طبقة فضية بسمك 10 إلى 80 نانومتر على الطوابع باستخدام معدل ترسيب من خمسة إلى 10 أنجستروم في الثانية وضغط حوالي 3.5 في 10 أس سالب أربعة باسكال. أخرج الطوابع المطلية بالفضة من نظام التبخر واستخدمها على الفور في خطوة طباعة النقل. خذ ركائز السيليكون ذات الأغشية الرقيقة المحضرة كما هو موضح في بروتوكول النص المصاحب وقم بتدويرها ب 0.3 مل من محلول ربط البوليمر المشترك للكتلة عند 5 ، 000 دورة في الدقيقة لمدة 40 ثانية.

بعد ذلك ، قم بترطيب سطح الركائز المطلية بالإيثانول باستخدام ماصة رقمية دقيقة ، ثم قم بتطبيق ختم PDMS المطلي بالفضة برفق على السطح المبلل بالإيثانول. لا تضغط على الختم عند تطبيق طابع PDM على السعر الفرعي. يرجى تجنب الضغط عليه.

مجرد الضغط يكفي. يقوم الختم تلقائيا بالاتصال الحميم بين معدل السطح بسبب التوتر السطحي للإيثانول. بعد ذلك ، ضع ركيزة السيليكون ذات الأغشية الرقيقة مع ختم في غرفة مفرغة وقم بتطبيق فراغ يبلغ حوالي 133 باسكال.

بعد خمس دقائق ، املأ غرفة التفريغ بالهواء وأخرج ركيزة السيليكون ذات الأغشية الرقيقة. قم بإزالة الختم من ركيزة السيليكون ذات الأغشية الرقيقة عن طريق الإمساك بجانبي ملاقط الطوابع لنقل أقراص النانو الفضية المطبوعة. إذا نجحت ، فإن أثر الختم مرئي كبقعة أكثر خضرة.

شطف المنقولةالركيزة السيليكون الرقيقة المطبوعة مع تدفق مستمر من الإيثانول لمدة 15 ثانية ، ثم تجفيف الركيزة عن طريق النفخ عليها بغاز النيتروجين. بعد ذلك ، ضع ركيزة السيليكون المطبوعة المطبوعة في غرفة المعالجة لنظام بلازما Argonne. قم بضخ الهواء في غرفة المعالجة لمدة خمس دقائق تقريبا لتحقيق ضغط يبلغ حوالي 20 باسكال.

ثم افتح صمام خط غاز Argonne واضبط معدل التدفق يدويا على حوالي أربعة SCCM أو أي معدل تدفق ضروري لتوليد البلازما. انتظر حوالي خمس دقائق حتى يستقر الضغط إلى 40 باسكال. ثم قم بتشغيل النظام لتوليد بلازما الأرجون لمدة 108 ثانية.

أخيرا ، أغلق صمام خط الغاز ، وتوقف عن الضخ واملأ الهواء في غرفة العملية لإخراج ركائز السيليكون المطبوعة بالبلازما ، ونقل ركائز السيليكون المطبوعة بالغشاء الرقيق. اتبع ما تبقى من بروتوكول النص المصاحب للحصول على تفاصيل حول كيفية إكمال تصنيع الخلية الشمسية المصنوعة من السيليكون الرقيق وقياس كفاءتها وإنتاجها. تعرض صور الفحص المجهري الإلكتروني الماسح هذه لمجموعة أقراص النانو الفضية الناتجة على ركائز السيليكون الجريزوفولفين المهدرجة بوضوح بعض الميزات النانوية المدمجة في التصميم.

متوسط قطر الأقراص النانوية 200 نانومتر. يبلغ متوسط المسافة من المركز إلى المركز 460 نانومتر ويبلغ متوسط سمك أقراص النانو الفضية 40 نانومتر. تظهر هنا أطياف الكفاءة الكمومية الخارجية للخلايا المصنعة مقارنة بالخلية المرجعية.

أظهرت الخلية المدمجة في قرص النانو الفضي إشارات أعلى في نطاق الطول الموجي الطويل من 650 إلى 1 ، 100 نانومتر. يشير هذا التعزيز الانتقائي للطول الموجي بوضوح إلى التأثير التفضيلي لأقراص النانو الفضية النشطة البلازمون لاستخدام الخلايا الشمسية. وهي محاصرة الضوء البلازموني مرة واحدة يجب أن تكتمل عملية طباعة النقل في أقل من 30 دقيقة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح.