Integración de luz de captura de plata de nanoestructuras en células solares de silicio hidrogenado microcristalina por transferencia Impresión

Hidenori Mizuno; Hitoshi Sai; Koji Matsubara; Hidetaka Takato; Michio Kondo

doi:10.3791/53276

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Artículo de método

Integración de luz de captura de plata de nanoestructuras en células solares de silicio hidrogenado microcristalina por transferencia Impresión

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DOI:

10.3791/53276

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9 de noviembre de 2015

Hidenori Mizuno¹ , Hitoshi Sai² , Koji Matsubara² , Hidetaka Takato¹ , Michio Kondo¹

¹Renewable Energy Research Center, Fukushima Renewable Energy Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Koriyama, Fukushima, Japan, ²Research Center for Photovoltaic Technologies, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Ibaraki, Japan

En este artículo

Resumen

Se describe una metodología viable basada en la impresión por transferencia para introducir nanoestructuras metálicas plasmónicas en células solares. Mediante el uso de sellos de poli(dimetilsiloxano) de nanopilares, se integró una matriz de nanodiscos ordenada basada en Ag con células solares de Si microcristalino hidrogenado estándar, lo que mejoró el rendimiento del dispositivo debido a la captura de luz plasmónica.

Resumen

Una de las aplicaciones potenciales de las nanoestructuras metálicas es la captura de luz en células solares, donde las propiedades ópticas únicas de los metales de tamaño nanométrico, comúnmente conocidas como efectos plasmónicos, juegan un papel importante. Sin embargo, la investigación en este campo se ha visto obstaculizada debido a la dificultad de fabricar dispositivos que contengan las nanoestructuras metálicas funcionales deseadas. Con el fin de proporcionar una estrategia viable a este problema, mostramos aquí un enfoque basado en la impresión por transferencia que permite la integración rápida y de bajo costo de nanoestructuras metálicas diseñadas con una variedad de arquitecturas de dispositivos, incluidas las células solares. Los sellos de poli(dimetilsiloxano) (PDMS) de nanopilares se fabricaron a partir de una película de plástico de nanoagujeros disponible comercialmente como molde maestro. En estos sellos de PDMS nanomodelados, se depositaron películas de Ag, que luego se imprimieron por transferencia sobre una superficie de Si microcristalino hidrogenado recubierto de copolímero de bloque (capa de unión) (μc-Si:H) para proporcionar estructuras de nanodiscos de Ag ordenadas. Se confirmó que las células solares μc-Si:H incorporadas en nanodiscos de Ag resultantes muestran un mayor rendimiento en comparación con una célula sin los nanodiscos de Ag impresos por transferencia, gracias al efecto de captura de luz plasmónica derivado de los nanodiscos de Ag. Debido a la simplicidad y versatilidad, también sería factible una mayor aplicación del dispositivo a través de este enfoque.

Introducción

Ha habido una demanda de larga data para la aplicación de nanoestructuras funcionales en una amplia gama de campo tecnológico. Una de las expectativas para esta tendencia es abrir el nuevo diseño de arquitecturas de dispositivos que conducen a mejores o innovadores actuaciones. En el campo de las células solares, por ejemplo, el uso de nanoestructuras metálicas ha sido explorado activamente debido a sus propiedades ópticas interesantes (es decir, plasmónicas), ¹ potencialmente beneficioso para la construcción de sistemas de luz de captura eficaces. ^2,3 estudios De hecho, algunos teóricos ^{4 -6} han sugerido que tal captura la l....