Herstellung von High Contrast Roste für die Spectrum Splitting dispersives Element in einer konzentrierten Photovoltaik-Anlage

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, die Herstellung des hochkontrastreichen Spektralspaltelements in einer konzentrierten Photovoltaikanlage zu demonstrieren. Dies wird durch die Durchführung einer PDMS-Nano-Imprint-Lithographie auf einem Titandioxidglassubstrat erreicht, das mit einer Schicht aus UV-härtendem Fotolack bedeckt ist. In einem zweiten Schritt wird der verbleibende Nano-Imprint-Fotolack weggeätzt und eine gemusterte Chrom-Hartmaske mit Hilfe von Lifted-Off-Techniken hergestellt.

Als nächstes werden reaktive Ionenkanten verwendet, um das Titandioxid- und Glas-Grading-Array auf der Grundlage von Messergebnissen eines Spektrometers zu bilden. Die hergestellte hohe Kontrastabstufung weist einen breitbandigen Reflexionsgrad auf, der als dispersive Elemente in einer konzentrierten Photovoltaikanlage verwendet werden kann. Wir hatten zuerst die Idee zu dieser Methode, warum wir entdeckten, dass diese Titandioxid-Begrüßungen mit hohem Kontrast im Gegensatz zu herkömmlichen mangelhaften Begrüßungen ein exotisch bewährtes Reflexionsprofil aufweisen.

Daher können wir es verwenden, um ein spektrumspaltendes dispersives Element zu bauen, das die Energieabsorption mit kostengünstigen Single-Junction-Solarzellen erheblich verbessern würde. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie z. B. der Verwendung teurer Mehrfachsolarzellentechnologie zur Absorption von Breitband-Solarlicht, besteht darin, dass die Gitter höhere Absorberwirkungsgrade bei geringeren Herstellungskosten bieten. Um den Mikrofabrikationsprozess zu beginnen, legen Sie einen sauberen Siliziumwafer in ein Glasvakuum-Trockenmittel und geben Sie einen Tropfen flüssiges Trichlorethylen in ein kleines Becherglas im Inneren des Trockenmittels.

Schließen Sie den Trockenmitteldeckel und evakuieren Sie die Kammer, bis das Messgerät unter eine Atmosphäre sinkt. Schalten Sie dann den Quellenvakuumregler aus und lassen Sie die verdampfte Sinuslösung die Waferoberfläche fünf Stunden lang unter statischem Vakuum beschichten. Lassen Sie nach der Behandlung das Vakuum los und nehmen Sie den Wafer aus dem Trockenmittel.

Messen Sie anschließend 10 Gramm PDMS und ein Gramm PDMS-Härtungsmittel In einem mittelgroßen Becherglas mischen Sie beide Teile gleichmäßig mit einem Glasstab und stellen Sie die Schale 20 bis 30 Minuten lang in ein Vakuumtrockenmittel, um alle Blasen aus der Mischung zu entgasen. Legen Sie den Wafer nach dem Entgasen in eine Petrischale aus Kunststoff und gießen Sie das PDMS langsam auf den Siliziumwafer. Übertragen Sie den Wafer in einen Vakuumofen und härten Sie das PDMS sieben Stunden lang bei 80 Grad Celsius aus.

Nehmen Sie zum Schluss das erstarrte PDMS aus dem Ofen und lassen Sie die Polymerfolie auf Raumtemperatur abkühlen. Beginnen Sie mit einem weiteren Stück Siliziumwafer und platzieren Sie das Substrat auf einem Spin-Coder. Geben Sie 12 Tropfen UV-härtenden Fotolack auf den Wafer und schleudern Sie den Lack 30 Sekunden lang bei 1500 U/min, während der Fotolack noch nass ist.

Entfernen Sie vorsichtig einen Teil des ausgehärteten PDMS vom vorherigen Wafer und drücken Sie das PDMS vorsichtig auf den UV-härtenden Resist. Lassen Sie das PDMS fünf Minuten lang in Kontakt mit einem Fotolack bleiben, und ziehen Sie das PDMS vorsichtig vom Fotolacksubstrat ab, um einen Abdruck von Grading-Merkmalen auf der weichen Fotolackschicht zu erzeugen. Drücken Sie die PDMS-Folie vorsichtig auf eine vorhandene Silicon Master-Form, die die interessierenden negativen Reliefmerkmale enthält.

Legen Sie die PDMS Silicon Master-Kombination in einen UV-Ofen und schalten Sie die UV-Lampe ein, um die weiche Sandwich-Fotolackschicht fünf Minuten lang unter Stickstoffatmosphäre auszuhärten. Nach dem Aushärten schälen Sie die PDMS-Form vom Silizium-Master-Wafer. Infolgedessen sollte die PDMS-Oberfläche nun eine dünne Schicht aus ausgehärtetem Fotolack mit einem Oberflächenrelief enthalten, das den Nanograding-Merkmalen entspricht.

Behandeln Sie abschließend die ausgehärtete Fotolackoberfläche mit einer schnellen Reinigung mit HF-Sauerstoffplasma. Legen Sie dann die PDMS-Form in ein Vakuum-Trockenmittel und inkubieren Sie sie zwei Stunden lang mit einem Tropfen Trichlorethylen. Die Funktionen der PDMS-Fotolack-Nanoprägeform können nun auf ein beliebiges Substrat übertragen werden.

Platzieren Sie zunächst einen Quarzglas-Wafer mit einer 340-Nanometer-Schicht aus gesputtertem Titandioxid auf seiner Oberfläche. Chuck gibt acht Tropfen PMMA auf den Wafer und spincodiert das Substrat 50 Sekunden lang mit 3.500 U/min. Den Wafer auf eine vorgeheizte Platte geben, auf 120 Grad Celsius einstellen und hart backen. Das PMMA fünf Minuten lang backen.

Nachdem Sie den Wafer auf Raumtemperatur abgekühlt haben, setzen Sie das Substrat des Geräts wieder auf das Spin-Chuck. Tragen Sie acht Tropfen UV-härtenden Lack auf die Oberfläche auf und schleudern Sie den Lack. Die zweite Resistschicht bei 1500 U/min für 30 Sekunden.

Der resultierende Gerätewafer ist bereit für den Nano-Imprinting-Transferschritt, während der UV-Lack noch nass ist. Platzieren Sie die nanobedruckte PDMS-Form vorsichtig mit der Seite des ausgehärteten Lackmerkmals nach unten in Kontakt mit einer weichen UV-Lackoberfläche. Legen Sie das gesamte Sandwich in einen UV-Ofen und härten Sie die Nasslackschicht unter UV-Beleuchtung fünf Minuten lang unter Stickstoffatmosphäre aus.

Sobald der UV-Resist ausgehärtet ist, ziehen Sie die PDMS-Form vom Device-Wafer ab, um den verbleibenden UV-Resist zu entfernen, der sich in den vertieften Bereichen der Grading-Funktionen befindet. Übertragen Sie den Wafer in einen induktiv gekoppelten Plasmaätzer und führen Sie das UV-Resist-Ätzrezept am Ende dieses Schritts zwei Minuten lang mit Sauerstoffplasma aus. Die PMMA-Unterlage sollte nun an den vertieften Bereichen der Nanostruktur freigelegt werden.

Um die freiliegende PMMA-Schicht zu entfernen und den darunter liegenden Titandioxidfilm freizulegen, wählen Sie das PMMA-Ätzprogramm in der Etcher-Konsole und wenden Sie die Sauerstoffplasmabehandlung zwei Minuten lang an. Zu diesem Zeitpunkt ist der Bauteilwafer bereit für die Metallabscheidung und die Strukturierungsschritte, die die endgültigen Merkmale der Nanogradierung definieren würden. Um die Chromätzmaske auf dem Titandioxid zu erstellen.

Entladen Sie zunächst den Wafer vom Plasmaätzer und überführen Sie das Substrat in einen Elektronenstrahl-Metallverdampfer, der eine Chromquelle enthält. Nach der Evakuierung der Kammer schmelzen Sie die Metallquelle und scheiden 20 Nanometer Chrom mit einer Geschwindigkeit von 0,03 Nanometern pro Sekunde ab. Entladen Sie den Wafer aus dem Elektronenstrahlverdampfer und tauchen Sie das Substrat in einen mit Aceton gefüllten Glasbehälter.

Stellen Sie dann den Behälter in einen Ultraschalltank und betätigen Sie den Ultraschalltank fünf Minuten lang bei Raumtemperatur. Durch das Auftragen von Ultraschallbewegung auf den Wafer löst das Lösungsmittel die darunter liegende PMMA-Schicht schnell auf und setzt dabei jegliches Chrom frei, das nicht bereits in engem Kontakt mit einer Titandioxid-Oberfläche stand. Infolgedessen definiert das Array stabiler Chrommuster, das auf dem Wafer verbleibt, mit einer Pinzette die endgültige Geometrie der Gradierung.

Nehmen Sie das Gerät aus dem Acetonbad und entfernen Sie alle Spuren von PMMA und losen Metallspänen mit einer Spülsequenz aus Aceton, Methanol und Isopropanol. Trocknen Sie den Wafer mit einem sanften Stickstoff- oder Druckluftstrahl und prüfen Sie ihn kurz unter dem Mikroskop auf Waferdefekte. Laden Sie dann den Wafer in den Plasmaätzer, beginnen Sie mit dem Titandioxid-Ätzrezept, entladen Sie den Wafer nach dem Ätzen und überprüfen Sie die Entfernung der freiliegenden Titandioxidschicht unter dem Mikroskop, um die Glasunterstufungsmerkmale unter dem Titandioxid zu definieren.

Laden Sie den Wafer wieder in den Plasmaätzer und beginnen Sie mit dem Siliziumdioxid-Ätzrezept. Entladen Sie das Substrat und untersuchen Sie den Wafer unter dem Mikroskop auf Defekte. Zum Schluss entfernen Sie die Chrom-Hartmaske mit einer schnellen Säure.

Ätzen, das freiliegende Titandioxid-Muster und die Glasaussparungen stellen die endgültige Struktur der Kontrastabstufung dar. Zur Messung des breitbandigen Reflexionsgrads der Titanoxid-Sortierung. Schalten Sie zunächst das optische Messsystem ein und platzieren Sie einen Referenznormalspiegel auf dem Probenhalter.

Richten Sie den Probenhalter auf den einfallenden Strahlengang aus und kalibrieren Sie den Detektor so, dass der gemessene Gesamtreflexionsgrad des Standardspiegels theoretisch bei 100 % liegt. Ersetzen Sie als Nächstes den Standardspiegel durch eine kontrastreiche Titanoxid-Einstufung und beginnen Sie mit der Breitband-Reflexionsmessung des Geräts. Speichern Sie die Daten aus der Messung und melden Sie sich vom Messsystem ab, während Sie die Substrattemperatur erhöhen.

Während des Metallsputterprozesses entsteht eine größere Korngröße von Titandioxid und ein höherer Brechungsindex. Seine höhere Oberflächenrauheit macht es zu einem unerwünschten Top-Sortiermaterial im Vergleich zu Metalloxid-Filmen, die bei niedrigeren Temperaturen unter dem Elektronenmikroskop abgeschieden werden. Das Seitenwandverhältnis Winkel, die Steigung und die Linienbreite der Dual-Layer-Grading-Struktur sind leicht zu erkennen, wenn man sie mit den erfassten Reflexionsdaten vergleicht.

Mit einem normalen Detektor mit kleinem Akzeptanzwinkel. Ein sphärischer Detektor mit einem breiteren Akzeptanzwinkel kann die Gradierreflexion und die Streuung von raueren Metalloxidoberflächen erfassen und charakterisieren. Wie die Daten nahelegen, kann ein leichter Anstieg des Brechungsindex zu einem dramatischen Anstieg der Reflexionsbandbreite führen.

Da der Seitenwandwinkel von einem perfekten rechten Winkel abweicht, verschlechtert sich die Reflexionsbandbreite dramatisch. Sobald Sie diese Technik beherrschen, kann sie in mehreren Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Es ist wichtig, daran zu denken, die Fehler während des Abdruckprozesses zu kontrollieren.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man große Flächen herstellt, kontrastreiche Gurte verwendet, Nanodrucktechniken verwendet und diese auf die Foto-Botta-Systemarchitektur anwendet.