Name: Integración de luz de captura de plata de nanoestructuras en células solares de silicio hidrogenado microcristalina por transferencia Impresión (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Aprende la técnica de impresión por transferencia para integrar nanoestructuras plasmónicas en células solares de silicio microcristalino hidrogenado. Este método mejora la captación de luz y el rendimiento del dispositivo mediante trampas plasmónicas de luz.

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Los autores agradecen a la Organización de Desarrollo de Nueva Energía y Tecnología Industrial (NEDO) del Ministerio de Economía, Comercio e Industria (METI), Japón, por el apoyo financiero.

1. Preparación de Sellos PDMS <ol><li> Establecer un molde nanohole (ciclo nanoimprinted polímero de olefina película de plástico, tamaño: 50 mm x 50 mm) en un politetrafluoroetileno (PTFE) contenedor. </li><li> Pesar copolímero de vinilmetilsiloxano dimetilsiloxano (0,76 g para el molde de 50 mm × 50 mm) en una botella de vidrio desechable y se mezcla con el complejo de Pt-diviniltetrametildisiloxano (6 l, con una pipeta micro digital con una punta desechable de polipropileno) y 2,4, 6,8-tetramethyltetra-vinylcyclotetrasiloxane (24 l, con una pipeta micro digital con una punta desechable de polipropileno). </li><li> Añadir copolímero de metilhidrosiloxano dimetilsiloxano (0,24 ml, usando una pipeta micro digital con una punta desechable de polipropileno) en la botella de vidrio y se mezcla rápidamente con una pipeta de vidrio desechable. Después de la superficie del molde situado en el recipiente PTFE se sopla por N 2, verter la mezcla resultante (&quot;duro&quot; prepolímero PDMS) sobre el molde y comenzar spin-escudoing a 1.000 rpm durante 40 segundos para lograr el espesor de capa de ~ 40 m. </li><li> Coloque la muestra spin-revestido en una cámara caliente precalentada a 65 ° C durante 30 min a brevemente reticular las PDMS duros. </li><li> Durante el calentamiento, pesar de silicona (6 g) y se mezcla con el catalizador (0,6 g) en una botella de vidrio desechable. Coloque la botella de vidrio en un desecador de vacío y aplicar vacío (~ 133 Pa) durante 15 min para eliminar el aire atrapado en la mezcla de silicona (&quot;suave&quot; prepolímero PDMS). </li><li> Sacar el molde y prepolímero PDMS suave de la cámara de calefacción y desecador de vacío, respectivamente, y se vierte rápidamente el PDMS suaves prepolímero sobre el molde calentado. El espesor de la capa de PDMS es suave ~ 3 mm. </li><li> Coloque la muestra resultante en el desecador de vacío de nuevo para más de desgasificación en ~ 133 Pa por lo menos durante 1 hora. </li><li> Transferir la muestra desgasificada a la cámara de calentamiento y empezar a calentar gradualmente hasta 80 ° C (velocidad de calentamiento ~ 3 ° C / min). Mantener esta temperatura durante 5 horaspara reticular los PDMS duros y blandos por completo. </li><li> Después de enfriar la muestra a temperatura ambiente, se despegan los PDMS sello con cuidado del molde. Reutilizar el molde para preparar el segundo (o más) sellos, si es necesario. Nota: El mismo molde se puede utilizar por lo menos cinco veces sin degradación de la calidad del sello. </li><li> Cortar el sello nanopilares resultante (de doble capa dura / blanda PDMS compuesto) 27 en piezas de tamaños deseados (normalmente 7 mm x 7 mm para nuestras células solares), utilizando un cuchillo y almacenarlos bajo aire hasta su uso. </li></ol> 2. Preparación del bloque de copolímero Soluciones <ol><li> Pesar el polvo del bloque de poliestireno poli-2-vinilpiridina (PS-b -P2VP) en una botella de vidrio y se mezcla con o-xileno en una proporción de 3 mg / ml (PS-b -P2VP / o-xileno) . </li><li> Se agita la mezcla usando una barra de agitación magnética revestida de PTFE a 70 ° C durante 1 hr. </li><li> Mantenga la solución resultante durante más de 24 horas a temperatura ambiente y sin revueloanillo para completar la formación de micelas autoensambladas. Sellar herméticamente la solución y almacenarlo en condiciones ambientales. Nota: La calidad de la solución es la misma, incluso un año después de la preparación. </li></ol> 3. Preparación de μ c-Si: H Sustratos <ol><li> Vasos Lavado de cubiertas de SnO2: F (denotar vidrio / SnO2: F, en lo sucesivo) con H 2 O (500 ml), detergente (500 ml), y H 2 O (500 ml) a temperatura ambiente usando un baño de ultrasonidos (15 min para cada uno). Secarlos soplando N2. </li><li> Cargue el vidrio limpia / SnO2: F sustratos en un soporte de sustrato y depósito de ZnO: GA (20 nm) con un (DC) sistema de corriente continua de pulverización catódica con las condiciones especificadas en la Tabla 2. </li><li> Cargue el vidrio / SnO2: F / ZnO: sustratos Ga en otro soporte de sustrato y μ depósito de c-Si: H p (10 nm), i (500 nm) y n (40 nm) capas utilizando un producto químico mejorado con plasma vapor deposición del sistema (PECVD) con las condiciones especificadas en la Tabla 2. </li><li> Almacenar el resultado μ c-Si: H (vidrio / SnO2: F / ZnO: Ga / μ c-Si: H p - i - n) sustratos al vacío o N 2 hasta la etapa de impresión de transferencia. </li></ol> 4. Ag-recubrimiento de Sellos PDMS <ol><li> Lave los sellos PDMS (preparado en el paso 1) con EtOH (30 ml) utilizando un baño de ultrasonidos durante 15 minutos y secas soplando N2. </li><li> Cargue los sellos PDMS limpiados en un soporte de muestras con cinta adhesiva de doble cara y de depositar una película de Ag (10-80 nm) utilizando un haz de electrones (EB) sistema de evaporación con las condiciones siguientes: tasa de deposición = 5.10 Å / seg, presión = ~ 1,5 × 10 -4 Pa. </li><li> Saque los sellos con recubrimiento de Ag del sistema de evaporación EB y utilizarlos inmediatamente en la siguiente etapa de impresión de transferencia. </li></ol> 5. Transferencia de impresión de Ag nanodiscos en delgadapelícula de Si Superficies <ol><li> Saque la película delgada de Si sustratos almacenados al vacío o N 2 y spin-capa con la solución PD b -P2VP (0,3 ml de 50 mm x 50 mm de la muestra, con una pipeta micro digital con una punta desechable de polipropileno) en 5000 rpm durante 40 seg. </li><li> Humedezca la superficie con recubrimiento de -P2VP PS-b con EtOH con una pipeta micro digital (5 micras área / célula) y aplicar el PDMS con recubrimiento de Ag sello suavemente a la superficie-EtOH mojado. No presione el sello. </li><li> Coloque el sustrato de Si de película delgada con el sello en una cámara de vacío y aplicar vacío (~ 133 Pa). </li><li> Después de 5 minutos, llenar la cámara de vacío con el aire y sacar el sustrato de Si de película delgada. </li><li> Retire el sello de sustrato de Si de película fina mediante la celebración de un lado tanto de la estampilla con pinzas para transferir-impresión nanodiscos Ag. Nota: Si tiene éxito, la huella de estampación es visible como una mancha verdosa. </li><li> Enjuague la película delgada sustrato de Si impreso de transferencia con un flujo continuo de EtOH durante 15 s (~ 30 ml) y se seca mediante soplado N 2. </li><li> Retire el revestimiento PS-b-P2VP utilizando un sistema de plasma de Ar. <ol><li> Coloque la película delgada sustrato de Si impreso de transferencia en la cámara de proceso del sistema de plasma de Ar. </li><li> Bombear el aire en la cámara de proceso durante ~ 5 min (presión ~ 20 Pa). </li><li> Abrir la válvula de una línea de gas Ar y ajustar manualmente la velocidad de flujo a 4 sccm. Espere para ~ 5 minutos para estabilizar la presión de 40 Pa. </li><li> Generar plasma de Ar de 108 seg. </li><li> Cierre la válvula de la línea de gas Ar, dejar de bombear, y llenar de aire en la cámara de proceso para sacar los sustratos de Si, de película delgada impresa transferencia plasma limpiado. </li></ol></li></ol> 6. Finalización de capa fina Si Solar Fabricación celular <ol><li> Adjuntar máscaras de metal a la película delgada impresa transferencia-Si sustratos después del tratamiento con plasma Ar utilizando cintas de poliamida. </li><li> Cargar los substratos enmascarados en un soporte de sustrato de un sistema de pulverización catódica DC y deposit ZnO: Ga (100 nm), Ag (250 nm), y ZnO: Ga (40 nm) secuencialmente con las condiciones especificadas en la Tabla 2. </li><li> Separe las máscaras de metal de los sustratos y quitar las capas de película delgada de Si enmascarados (es decir, el área donde ZnO: no se depositaron Ga y Ag), utilizando un sistema de grabado por iones reactivos (RIE). <ol><li> Colocar las muestras en la cámara de proceso del sistema RIE. </li><li> Bombear el aire en la cámara de proceso, siguiendo las instrucciones del fabricante. </li><li> Establecer las condiciones del proceso como sigue siguiendo las instrucciones del fabricante: SF 6 / O 2 velocidad de flujo = 100/20 sccm, presión = 20 Pa, potencia 100 W, tiempo = 1 min 20 sec. </li><li> Abra las líneas de SF 6 y O2 gas, estabilizar la presión, y generar plasma. </li><li> Cierre la válvula de la línea de SF 6 y O2 gas, dejar de bombear, y llenar N 2 en la cámara de proceso para sacar las muestras. </li></ol></li><li> Pon elmuestras en una cámara de vacío recocido y comienzan calentando gradualmente hasta 175 ° C bajo vacío (~ 133 Pa). Mantener esta temperatura durante 2 horas, y luego se deja enfriar a temperatura ambiente. Llenar de aire en la cámara y sacar muestras, que ahora pueden ser llamados células. </li><li> Aleación a base de Sn-Zn de soldadura sobre el electrodo transparente frontal (vidrio / SnO2: F / ZnO: Ga, la parte expuesta por el tratamiento RIE) usando un dispositivo de soldadura por ultrasonidos. </li></ol> 7. Medición de la eficiencia cuántica externa (EQE) <ol><li> Adjunte una máscara de protección de luz a una célula fabricada usando cinta de poliamida y establecer la celda enmascarado en un soporte de celda. Conectar sondas para el electrodo frontal soldada (+) y la parte posterior Ag / ZnO: Ga electrodo (-). </li><li> Mida espectros EQE usando un sistema de medición EQE siguiendo las instrucciones del fabricante con una gama de longitud de onda y el paso de 300-1,100 nm y 5 nm, respectivamente. </li></ol> 8. Medición de la fotovoltaica actual tensión (JV) Caráctercas <ol><li> Calibrar la intensidad de la luz de un sistema de medición de las características de riesgo compartido utilizando una celda de referencia de Si amorfo. <ol><li> Establezca la célula amorfa referencia Si a un soporte de célula del sistema características de medición de riesgo compartido, e iluminar la luz. </li><li> Lea la corriente fotogenerada usando un multímetro digital equipado en el sistema de medición de las características de riesgo compartido. Ajuste la intensidad de la luz hasta que la corriente fotogenerada muestra el valor correcto para la celda de referencia (8,34 mA / cm 2). </li></ol></li><li> Adjunte una máscara de protección de luz a una celda y establecer la celda enmascarado en un soporte de celda. Conectar sondas para el electrodo frontal soldada (+) y la parte posterior Ag / ZnO: Ga electrodo (-). </li><li> Ilumine la luz calibrada (100 mW / cm 2, 1 sol) en la célula y medir corrientes fotogenerados utilizando el sistema de medición de las características de riesgo compartido siguiendo las instrucciones del fabricante con un escalón de tensión de 0,02 V. </li></ol>

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

En este artículo, un / PDMS blandos dura compuesta de doble capa se empleó como material de sellos. 27 Esta combinación resultó ser esencial para replicar con precisión la nanoestructura de los padres en el molde, que era una matriz de agujero redondo hexagonal close-embalado cuyo diámetro de 230 nm, la profundidad de 500 nm, y el agujero espaciamiento de centro a centro de 460 nm. Cuando se utilizó sólo PDMS suaves, el sello siempre dio lugar a una superficie mal nanoestructurados (por ejemplo, no borde afil...

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 luz plasmónica podría lograr efectos superiores a la óptica de rayos convencionales (texturizado) -basada límite de captura de luz. 7 En consecuencia, el desarrollo de estrategias para integrar nanoestructuras metálicas deseadas con las células solares se ha convertido cada vez más importante para hacer realidad estos predicciones teóricas. Una serie de estrategias tieneha propuesto para afrontar este reto. 24.8 Estos incluyen, por ejemplo, simple (bajo costo) recocido térmico de películas metálicas 8,9 o dispersión de nanopartículas metálicas previamente sintetizado, 10,11 los cuales dieron lugar a manifestaciones exitosas de captura la luz plasmónica. Sin embargo, debe señalarse que las nanoestructuras metálicas fabricadas por estos enfoques suelen ser difíciles de igualar a los modelos teóricos. En contraste, las técnicas de nanofabricación tradicionales en las industrias de semiconductores, tales como la fotolitografía y de litografía por haz de electrones, 12,13 pueden controlar estructuras bien por debajo del nivel nm sub-100, pero a menudo son demasiado caros y consumen mucho tiempo para aplicar a las células solares, donde la capacidad de gran superficie con un bajo costo es esencial. Con el fin de cumplir con el bajo costo, alto rendimiento, y los requisitos de gran superficie con capacidad de control a escala nanométrica, los métodos tales como la litografía de nanoimpresión, 14-16 litografía blanda, 17,18 </sup&gt; Litografía nanoesfera, 19-21 y el agujero-máscara coloidal litografía 22-24 sería prometedor. Entre estas opciones, hemos desarrollado un litográfica suave, la técnica de impresión por transferencia avanzado. 25 El uso de un poli nanoestructurado (dimetilsiloxano) (PDMS) sellos y las capas adhesivas a base de copolímero de bloque, patrón de nanoestructuras metálicas ordenados podría lograrse fácilmente en un número de tecnológicamente materiales pertinentes, incluyendo los de las células solares. El objetivo de este artículo es describir el procedimiento detallado de nuestro enfoque de impresión por transferencia para incorporar luz de captura nanoestructuras plasmónicas eficaces en las estructuras de células solares existentes. Como un caso demostrativo, nanodiscos AG y de película delgada hidrogenados microcristalina Si (mu c-Si: H) se seleccionaron células solares en este estudio (Figura 1), 26 aunque otros tipos de metales y las células solares son compatibles con este enfoque. Junto con su proceso desimplicidad, el enfoque sería de interés para diversos investigadores como una herramienta útil para integrar nanoestructuras metálicas funcionales con los dispositivos.

<table><tbody><tr><td>Molde de nanoagujeros</td><td><a href="http://www.scivax.com">Scivax</a></td><td>FLH230/500-120</td><td></td></tr><tr><td>Contenedor de PTFE</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com">Eishin</a></td><td>n/a</td><td>Hecho</td></tr><tr> a medida<td colspan="4">Materiales duros</td></tr><tr><td>de PDMS Copolímero de vinilometilsiloxano-dimetilsiloxano<</td><td>a href="http://www.gelest.com/gelest/forms/ Inicio/home.aspx">Gelest</a></td><td>VDT-731</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; Complejo de pt-diviniltetrametildisiloxano</td><td><a href="http://www.gelest.com/gelest/forms/Home/home.aspx">Gelest</a></td><td>SIP6831.1</td><td></td></tr><tr><td>Copolímero de metilhidrosiloxano-dimetilsiloxano</td><td><a href="http://www.gelest.com/gelest/forms/Home/home.aspx">Gelest</a></td><td>HMS-301</td><td></td></tr><tr><td>2,4,6,8-tetrametiltetra-vinilciclotetrasiloxano</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com">Sigma-Aldrich</a></td><td>396281</td><td>Aditivo para materiales duros-PDMS</td></tr><tr><td>blandos</td><td><a href="http://www.dowcorning.com">Dow Corning</a></td><td>Sylgard-184 Precursor de</td><td>silicona</td></tr><tr><td>PS-b-P2VP</td><<td>a href="http://polymersource.com>Fuente de polímero</a></td><td>P5742-S2VP</td><td>Mn y veces; 103 = 133-b-132</td></tr><tr><td>Vidrio/SnO2:F sustratos</td><td><a href="http://www.agc.com/english/company">Asahi Glass Co. Ltd.</a></td><td>Tipo VU</td><td>Pulido mecánico químico por D-process Inc. (http://d-process.jp/index.html) para aplanar las superficies</td></tr><tr><td>Detergente</td><td>Fruuchi Chemical Co. http://www.furuchi.co.jp/eng/main.htm</td><td>Semico-clean 56</td><td>Se utiliza para la limpieza de sustratos de vidrio/SnO2:F Objetivo de</td></tr><tr><td>pulverización ZnO:Ga</td><td><a href="http://www.agcc.jp/2005/en/index.html">AGC Ceramics Co. Ltd.</a></td><td>5.7GZO</td><td></td></tr><tr><td>Objetivo de pulverización de Ag</td><td><a href="http://www.mitsubishicarbide.com/mmc/en/index.html">Mitsubishi Materials Co.</a></td><td>4NAg</td><td></td></tr><tr><td>Cinta adhesiva de doble cara</td><td><a href="http://nisshin-em.co.jp/information/carbontape.html">Nisshin EM Co.</a></td><td>732</td><td></td></tr><tr><td>Cinta de poliimida</td><td><a href="http://www.dupont.com/products-and-services/membranes-films/polyimide-films/brands/kapton-polyimide-film.html">Dupont</a></td><td>Kapton 650S#25</td><td></td></tr><tr><td>Soldadura</td> <td>basada en Sn-Zn<a href="http://www.kuroda-techno.com/english/index.html">Kuroda Techno Co., Ltd.</a></td><td>Cerasolzer AL-200</td><td></td></tr><tr><td>Micropipeta digital</td><td><a href="http://www.nichiryo.co.jp/en/product/pipette/ex/index.html">Nichiryo</a></td><td>00-NPX2-20 00-NPX2-200 00-NPX2-1000</td><td></td></tr><tr><td>Cámara</td> <td>de calentamiento<a href="http://www.eyelaworld.com/product_view.php?id=120">Tokyo Rikakikai Co., Ltd.</a></td><td>VOS-201SD</td><td></td></tr><tr><td>Evaporador de haz de electrones</td><td><a href="https://www.canon-anelva.co.jp/english/index.html">Canon-Anelva</a></td><td>n/a</td> Evaporador de haz de electrones <td>hecho a medida</td></tr><tr><td></td><td><a href="http://arios.com/">Arios</a></td><td>n/a</td><td>Hecho a medida</td></tr><tr><td>Sistema de pulverización catódica</td><td><a href="http://www.ulvac.co.jp/en">Ulvac</a></td><td>SBR-2306</td><td></td></tr><tr><td>Sistema PECVD</td><td><a href="http://www.shimadzu.co.jp/emit/en/">Shimadzu Emit Co. Ltd.</a></td><td>SLCM-13</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de plasma</td> <td>AR<a href="http://www.plasma.de/index.html">Diner Electric Gmbh</a></td><td>Femto</td><td></td></tr><tr><td>Sistema RIE</td><td><a href="http://www.samcointl.com">Samco Inc.</a></td><td>RIE-10NR</td><td></td></tr><tr><td>Dispositivo de soldadura ultrasónica</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com/sub_sunbonder.htm">Colby-Eishin Enterprises, Inc.</a>Sistema de</td> medición <td>SUNBONDER</td><td></td></tr><tr><td>EQE</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>Sistema de medición de características CEP-25BXS</td><td></td></tr><tr><td>J-V</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>OTENTOSUN-5S-I/V</td><td></td></tr><tr><td>Célula de referencia de Si amorfo</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>WPVS-NPB-S1</td><td>Para la calibración de la intensidad de la luz</td></tr><tr><td>Multímetro</td> <td>digital<a href="http://www.keithley.com/">Keithley Instruments Inc.</a></td><td>2400</td><td></td></tr></tbody></table>

integración de luz de captura de plata de nanoestructuras en células solares de silicio hidrogenado microcristalina por transferencia impresión

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

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.

La Figura 2 describe el proceso general para la impresión por transferencia de nanodiscos Ag sobre la superficie de mu c-Si: H (capa n). En resumen, una película de Ag (espesor: de 10-80 nm) se deposita primero sobre la superficie de un sello de PDMS nanopilares por evaporación por haz de electrones. En paralelo, una solución -P2VP PS- b es mediante revestimiento por centrifugación sobre la superficie de un recién preparada mu c-Si: H n capa. Posteriormente, una gotita de EtOH...

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.

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

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

El objetivo general de esta técnica de impresión por transferencia es proporcionar una metodología viable para integrar nanoestructuras plasmónicas funcionales en dispositivos como las células solares. Este método puede ayudar a avanzar en la aplicación práctica de dispositivos de metananoestructuras como las células solares prismáticas. La principal ventaja de esta técnica es que se pueden introducir, desear o diseñar rápidamente metananoestructuras en las estructuras de dispositivos existentes, lo que resulta en cambios significativos en el proceso de fabricación original.Aunque este método se ha desarrollado, especialmente para las células solares, también se puede aplicar a otros dispositivos que utilizan propiedades plasmónicas, como diodos emisores y sensores de emisión derecha. Para comenzar, coloque un molde de nano agujero en un recipiente de politetrafluoroetileno. En el siguiente lugar, 0,76 gramos de copolímero de vinilo metilsuboxano dimetilsuboxano en una botella de vidrio desechable.Utilice una micropipeta con una punta de polipropileno desechable para añadir seis microlitros de complejo de platino di vinilo tetraetil dioxano al copolímero. A continuación, utilice una micropipeta con una punta de polipropileno desechable para añadir 24 microlitros de 2 4 6 8 tetraetilo tetra vinilo ciclotetra tetra suboxano al copolímero y mezcle la solución. Modifique brevemente estos volúmenes si es necesario, para que permanezcan en la misma proporción que el copolímero.Luego agregue 240 microlitros de hidros de metilo, copolímero de laano dimetil suboxano a la botella de vidrio y mezcle rápidamente con una pipeta de vidrio desechable, sople brevemente la superficie de la mezcla con nitrógeno y luego vierta el prepolímero PDMS duro resultante en un molde con patrón disponible comercialmente que se ha colocado en un coter de centrifugado y cubra el molde a 1000 RPM durante 40 segundos para lograr un espesor de capa de aproximadamente 40 micras. A continuación, coloque la muestra recubierta de centrifugación en una cámara precalentada a 65 grados centígrados durante 30 minutos. Para reticular brevemente el PDMS duro durante el calentamiento, mezcle seis gramos de silicona con 0,6 gramos de catalizador en una botella de vidrio desechable.Varíe la cantidad de catalizador si es necesario para mantener una proporción de uno a 10 con la silicona. A continuación, coloque la botella de vidrio en un desecador al vacío y aplique un vacío de unos 133 pascales durante 15 minutos para desgasificar la mezcla. A continuación, vierta rápidamente la mezcla de DGA en el molde calentado para crear una capa suave de PDMS de unos tres milímetros de grosor.Vuelva a colocar la muestra resultante en el vacío, desece y desgasifique la muestra durante una hora adicional. A continuación, transfiera la muestra de desgasificación a la cámara de calentamiento y caliéntela desde la temperatura ambiente hasta 80 grados centígrados a una velocidad de unos tres grados centígrados por minuto. Mantenga la muestra a 80 grados centígrados durante cinco horas para reticular completamente el PDMS duro y blando después de enfriar la muestra a temperatura ambiente.Despegue el sello PDMS con cuidado del molde. Reutilice el molde hasta cinco veces para preparar sellos adicionales si es necesario. Corta el sello de nanopilar resultante en pedazos de siete milímetros por siete milímetros con un cuchillo y guárdalos al aire hasta que se usen.Además, prepare la solución de la capa de unión de copolímero en bloque y los sustratos de silicona microcristalina hidrogenada como se describe en el protocolo de texto adjunto. Lave los sellos PDMS en 30 mililitros de etanol utilizando un baño ultrasónico durante 15 minutos y luego seque el sello soplándolo con nitrógeno puro. A continuación, utilice cinta adhesiva de doble cara para fijar los sellos PDMS limpios en un portamuestras.A continuación, coloque las muestras en un sistema de evaporación por haz de electrones y deposite una película de plata de 10 a 80 nanómetros de espesor sobre los sellos, utilizando una tasa de deposición de cinco a 10 angstroms por segundo y una presión de aproximadamente 3,5 veces 10 por menos cuatro pascales. Saque los sellos recubiertos de plata del sistema de evaporación y utilícelos inmediatamente en el paso de impresión por transferencia. Tome los sustratos de silicio de película delgada preparados como se describe en el protocolo de texto adjunto y cúbralos con 0,3 mililitros de la solución aglutinante de copolímero en bloque a 5.000 RPM durante 40 segundos.A continuación, humedezca la superficie de los sustratos recubiertos con etanol utilizando una micropipeta digital y, a continuación, aplique suavemente el sello de PDMS recubierto de plata sobre la superficie húmeda de etanol. No presione el sello cuando aplique el sello PDM a la subtasa. Por favor, evite presionarlo.Basta con pulsar. El sello hace espontáneamente un contacto íntimo entre la tasa superficial debido a la tensión superficial del etanol. A continuación, coloque el sustrato de silicona de película delgada junto con un sello en una cámara de vacío y aplique vacío de aproximadamente 133 pascales.Después de cinco minutos, llene la cámara de vacío con aire y saque el sustrato de silicona de película delgada. Retire el sello del sustrato de silicona de película delgada sosteniendo ambos lados de las pinzas de sello para transferir los nanodiscos de plata de impresión. Si tiene éxito, el rastro del estampado es visible como una mancha más verde.Enjuague el sustrato de silicona de película delgada impreso por transferencia con un flujo continuo de etanol durante 15 segundos y luego seque el sustrato soplando sobre él con gas nitrógeno. A continuación, coloque el sustrato de silicio de película delgada impreso por transferencia en la cámara de proceso de un sistema de plasma Argonne. Bombee el aire en la cámara de proceso durante unos cinco minutos para alcanzar una presión de unos 20 pascales.A continuación, abra la válvula de la línea de gas Argonne y ajuste manualmente el caudal a unos cuatro SCCM o el caudal que sea necesario para generar plasma. Espere unos cinco minutos para que la presión se estabilice a 40 pascales. A continuación, encienda el sistema para generar plasma de Argonne durante 108 segundos.Finalmente, cierre la válvula de la línea de gas, deje de bombear y llene de aire en la cámara de proceso para sacar los sustratos de silicio de película delgada impresos por transferencia y limpios por plasma. Siga el resto del protocolo de texto adjunto para obtener detalles sobre cómo completar la fabricación de la célula solar de silicio de película delgada y medir su eficiencia y rendimiento. Estas imágenes de microscopía electrónica de barrido de la matriz de nanodiscos de plata resultante sobre sustratos de silicio microcristalino hidrogenado muestran claramente algunas de las características a nanoescala incorporadas en el diseño.El diámetro de los nano discos tiene un promedio de 200 nanómetros. La distancia de centro a centro promedió 460 nanómetros y el grosor de los nano discos de plata promedió 40 nanómetros. Aquí se muestran los espectros de eficiencia cuántica externa de las celdas fabricadas en comparación con una celda de referencia.La celda incorporada de nano disco de plata mostró señales más altas en el rango de longitud de onda larga de 650 a 1.100 nanómetros. Tal mejora selectiva de la longitud de onda indica claramente el efecto preferencial de los nanodiscos de plata activos del plasmón para el uso de células solares. Es decir, la captura de luz plasmónica, una vez que el proceso de impresión por transferencia se puede completar en menos de 30 minutos si se realiza correctamente.

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

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