Name: Fabrication de réseaux de contraste élevé pour le fractionnement du spectre dispersif élément dun système photovoltaïque à concentration (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 8 s
Description: Découvrez la fabrication de réseaux à contraste élevé pour le fractionnement spectral dans les systèmes photovoltaïques à concentration. Cette méthode par nanoimpression et gravure ionique réactive améliore l'efficacité énergétique.

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Cette recherche a été financée dans le cadre du Centre pour l&#39;énergie nanosciences, un centre de recherche Frontier énergie financé par le Département américain de l&#39;énergie, Bureau de la science sous Award Nombre DE-SC0001013. Nous tenons également à remercier le Dr Max Zhang et Yang Jianhua Dr de HP Labs pour leur aide sur TiO 2 pulvérisation du film et de la mesure des indices de réfraction.

1. Préparer le Polydimethylsiloxane Blank (PDMS) Substrat pour nanoimpression Mold <ol><li> Processus Silicon traitement Wafer <ol><li> Nettoyer une tranche de silicium de 4 pouces par rinçage avec de l&#39;acétone, le methanol et l&#39;isopropanol. </li><li> Soufflez sécher à l&#39;aide du pistolet d&#39;azote. </li><li> Nettoyer à l&#39;aide d&#39;une solution de piranha (3: 1 de mélange de l&#39;acide sulfurique avec 30% de peroxyde d&#39;hydrogène) par trempage pendant 15 min à l&#39;intérieur. </li><li> Rincez avec de l&#39;eau DI. Séchez à l&#39;aide du pistolet d&#39;azote. </li><li> Placer la plaque dans un dessiccateur en verre. Ajouter une goutte (20 gouttes = 1 ml) d&#39;agent (trichlorosilane) libérant dans le dessiccateur. </li><li> Pomper le dessiccateur jusqu&#39;à ce que la jauge indique -762 Torr et attendre pendant 5 heures. </li><li> Prendre la galette, qui a été traitée avec un agent de libération. </li></ol></li><li> Préparation de PDMS Film (Utilisé comme moisissure dans les nano-impression) <ol><li> Peser 10 g de silicone élastomère de base et 1 g d&#39;agent de durcissement. </li><li> Ajoutez-les dans le même récipient en verre. </li><li> Stir et mélanger avec une baguette de verre pendant 5 minutes. </li><li> Mettre le mélange dans un dessiccateur à vide jusqu&#39;à ce que la jauge indique -762 Torr pour pomper toutes les bulles d&#39;air piégées. </li><li> Les répartir uniformément sur la plaquette de silicium de 4 pouces traitée. </li><li> Faire cuire au four la plaquette sur le dessus de PDMS dans le four à vide pendant 7 heures à 80 ° C pour durcir le film de PDMS. </li></ol></li></ol> 2. Préparer le moule nano-impression (reproduction de la moule principal) <ol><li> Spin douze gouttes (20 gouttes = 1 ml) de UV curable résister (15,2%) sur une plaquette de silicium vierge propre pendant 30 secondes à 1500 tours par minute. </li><li> Retirer délicatement un morceau de film PDMS au large de la plaquette de silicium traité. </li><li> Mettez le film sur le PDMS UV curable résister et laisser absorber résister à l&#39;UV pendant 5 min, puis l&#39;éplucher au loin. </li><li> Répétez 2.1-2.3 sur le même film PDMS pour deux fois. Absorber résister à l&#39;UV pendant 3 min et 1 min respectivement. </li><li> Placez le film PDMS (après UV trois fois résister à l&#39;absorption) sur un moule maître de silicium. </li><li> Le mettre dans une chambre à environnement d&#39;azote. </li><li> Allumer lampe UV pour durcir l&#39;échantillon pendant 5 min. </li><li> Décoller le film de PDMS. Résistez à l&#39;UV durci sur les PDMS gardera le modèle négatif du moule maître. </li><li> Utilisation RF plasma O 2 pour traiter le moule PDMS. (Puissance RF: 30 W, pression: 260 mTorr, le temps: 1 min) </li><li> Placer le moule PDMS dans une chambre à vide avec une goutte (20 gouttes = 1 ml) d&#39;agent de libération pendant 2 heures. </li></ol> 3. nanoimpression Motif Transfert <ol><li> Spin huit gouttes (20 gouttes = 1 ml) de PMMA (996k, 3,1%) sur le substrat pour être imprimé pendant 50 sec à 3500 rpm. </li><li> Cuire sur une plaque chauffante pendant 5 min à 120 ° C. </li><li> Attendez que l&#39;échantillon refroidir. </li><li> Spin huit gouttes (20 gouttes = 1 ml) de UV curable résistent (3,9%) sur le même substrat. </li><li> Placez le moule PDMS (préparé à l&#39;étape 2) sur l&#39;échantillon (à la fois avec UV résister et PMMA). </li><li> Le mettre dans une chambre à environnement d&#39;azote.</li><li> Allumez la lampe UV pour durcir pendant 5 min. </li><li> Peel le moule PDMS hors de l&#39;échantillon et le motif sur le moule PDMS est transféré à l&#39;échantillon. </li></ol> 4. Cr procédé lift-off <ol><li> Attaque ionique réactive de la couche résiduelle UV et résister PMMA Remarque: Le POS pour la machine ICP peut être trouvé à https://www.nanocenter.umd.edu/equipment/fablab/sops/etch-07/Oxford%20Chlorine%20Etcher%20SOP.pdf <ol><li> Se connecter la machine ICP RIE. </li><li> Déposez un wafer de silicium de 4 pouces. Exécutez la recette propre pour 10 min. </li><li> Prenez la plaquette de silicium vierge sur. </li><li> Monter l&#39;échantillon sur une autre tranche de silicium propre et le charger dans la machine. </li><li> Exécutez résister à l&#39;UV recette gravure pendant 2 min (la recette peut être trouvé dans le tableau 1). </li><li> Prenez l&#39;échantillon hors. Déposez un wafer de silicium de 4 pouces. Re-exécuter la recette propre (peut être trouvé dans le tableau 1) pendant 10 min. </li><li> Monter l&#39;échantillon sur une plaquette de silicium propreet la charger dans la machine. </li><li> Exécutez la recette gravure PMMA (peut être trouvé dans le tableau 1) pendant 2 min. Note: Maintenant, le résiduel de resist a été gravée et le substrat est exposée. </li></ol></li><li> Cr E-faisceau d&#39;évaporation <ol><li> Connectez-vous à l&#39;évaporateur à faisceau électronique. </li><li> Chargez la source de métal Cr et échantillon dans la chambre. </li><li> Réglez l&#39;épaisseur (20 nm) et la vitesse de dépôt (0,03 nm / sec). </li><li> Pomper la chambre jusqu&#39;à ce que le vide nécessaire (10 -7 Torr) est atteint. </li><li> Lancer le processus de dépôt. </li><li> Prenez l&#39;échantillon après les finitions de dépôt. </li></ol></li><li> CR Soulevez-off Procédure <ol><li> Immerger l&#39;échantillon dans de l&#39;acétone avec agitation ultrasonique pendant 5 min. </li><li> Nettoyer l&#39;échantillon en rinçant avec de l&#39;acétone, le methanol et l&#39;isopropanol. Remarque: Le Cr évaporée sur le resist seront ramassées et un masque pour Cr substrat gravure est formé. </li></ol></li></ol> 5. TiO 2 Deposition <ol><li> échantillon de charge. </li><li> Définissez les paramètres pour le courant la machine de pulvérisation magnétron directe <ol><li> Utilisez une pression de chambre de 1,5 mTorr, Ar débit de 100 sccm et une puissance de pulvérisation de 130 W. </li><li> Utiliser une température de 27 ° C et une vitesse de rotation de phase de 20 tours par minute. </li></ol></li><li> Lancer le processus de pulvérisation et arrêter à l&#39;épaisseur souhaitée. </li><li> Prendre l&#39;échantillon et à recuire le film de TiO 2 dans un environnement d&#39;oxygène à 300 ° C pendant 3 heures. </li></ol> 6. High Contrast caillebotis Gravure <ol><li> Se connecter la machine plasma à couplage inductif (ICP) gravure ionique réactive (RIE). </li><li> Gravure de TiO 2 <ol><li> Déposez un wafer de silicium de 4 pouces. </li><li> Démarrer et exécuter la recette propre (peut être trouvé dans le tableau 1) pendant 10 min. </li><li> Décharger charger la plaquette vierge et charger l&#39;échantillon avec masque Cr. </li><li> Réglez le temps de gravure. Lancer TiO 2 gravure recette. Le processus de gravure volonté autoarrêter automatiquement. </li><li> Décharger l&#39;échantillon. </li></ol></li><li> SiO 2 Gravure <ol><li> Répétez l&#39;étape 5.2, sauf utiliser la gravure recette SiO 2. </li></ol></li></ol> 7. Réflexion mesure <ol><li> Connectez-vous et mettez le système de mesure. </li><li> Placez le miroir étalon de réflexion sur le support d&#39;échantillon et aligner le chemin optique. </li><li> Calibrer le système pour le 100% de réflectance. </li><li> Enlever le miroir étalon de réflexion et placer le HCG. </li><li> Mesurer la réflectance de la HCG. </li><li> Sauvegardez les données et se connecter sur le système de mesure. </li></ol>

<ol><li>Horne, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Solid+500+Sun+Compound+Concentrator+PV+Design%5BTitle%5D)+AND+%22Photovoltaic+Energy+Conversion%2C+Conference+Record+of+the+2006+IEEE+4th+World+Conference+on%22%5BJournal%5D)">A Solid 500 Sun Compound Concentrator PV Design.</a> Photovoltaic Energy Conversion, Conference Record of the 2006 IEEE 4th World Conference on. , 694-697(2006).</li>
<li>Guter, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Current-matched+triple-junction+solar+cell+reaching+41.1%25+conversion+efficiency+under+concentrated+sunlight%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Current-matched triple-junction solar cell reaching 41.1% conversion efficiency under concentrated sunlight.</a> Applied Physics Letters. 94, 223504(2009).</li>
<li>Shockley, W., Queisser, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detailed+Balance+Limit+of+Efficiency+of+p-n+Junction+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells.</a> Journal of Applied Physics. 32, 510-519 (1961).</li>
<li>Green, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+for+low+dimensional+structures+in+photovoltaics%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Science+and+Engineering%3A+B%22%5BJournal%5D)">Potential for low dimensional structures in photovoltaics.</a> Materials Science and Engineering: B. 74, 118-124 (2000).</li>
<li>Karagodsky, V., Chang-Hasnain, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physics+of+near-wavelength+high+contrast+gratings%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Physics of near-wavelength high contrast gratings.</a> Opt. Express. 20, 10888-10895 (2012).</li>
<li>Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoimprint+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%3A+Microelectronics+and+Nanometer+Structures%22%5BJournal%5D)">Nanoimprint lithography.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 14, 4129-4133 (1996).</li>
<li>Namiki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+FDTD+algorithm+based+on+alternating-direction+implicit+method.+Microwave+Theory+and+Techniques%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on%22%5BJournal%5D)">A new FDTD algorithm based on alternating-direction implicit method. Microwave Theory and Techniques.</a> IEEE Transactions on. 47, 2003-2007 (1999).</li>
<li>Moharam, M. G., Gaylord, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rigorous+coupled-wave+analysis+of+planar-grating+diffraction%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Rigorous coupled-wave analysis of planar-grating diffraction.</a> J. Opt. Soc. Am. 71, 811-818 (1981).</li>
<li>Smilab. S. nk Database. World Wide Web. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.sopra-sa.com/">http://www.sopra-sa.com/</a> (2015).</li>
<li>Yao, Y., Liu, H., Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectrum+splitting+using+multi-layer+dielectric+meta-surfaces+for+efficient+solar+energy+harvesting%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+A%22%5BJournal%5D)">Spectrum splitting using multi-layer dielectric meta-surfaces for efficient solar energy harvesting.</a> Appl. Phys. A. 115, 713-719 (2014).</li>
<li>Yao, Y., Liu, H., Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+high-contrast+gratings+for+a+parallel+spectrum+splitting+dispersive+element+in+a+concentrated+photovoltaic+system%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Fabrication of high-contrast gratings for a parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 32, 06FG04-06FG04-6 (2014).</li>
<li>Solak, H. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-50+nm+period+patterns+with+EUV+interference+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronic+Engineering%22%5BJournal%5D)">Sub-50 nm period patterns with EUV interference lithography.</a> Microelectronic Engineering. 67, 56-62 (2003).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hybrid+nanoimprint%E2%88%92+soft+lithography+with+sub-15+nm+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+letters%22%5BJournal%5D)">Hybrid nanoimprint− soft lithography with sub-15 nm resolution.</a> Nano letters. 9, 2306-2310 (2009).</li>
<li>Yu, Z., Chen, L., Wu, W., Ge, H., Chou, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+nanoscale+gratings+with+reduced+line+edge+roughness+using+nanoimprint+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Fabrication of nanoscale gratings with reduced line edge roughness using nanoimprint lithography.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 21, 2089-2092 (2003).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Tout d&#39;abord, la qualité du film de TiO 2 est très important pour la performance de HCG. Le pic de réflectance sera plus élevé si le film de TiO 2 a moins de perte et de la rugosité de surface. Le film de TiO 2 avec un indice de réfraction supérieur est également favorable car le mode confinement optique sera renforcée par un contraste plus élevé de l&#39;indice, ce qui peut donner lieu à une plus plate et plus large bande de réflectance en HCG. Deuxièmem...

Notre société moderne ne survivra pas sans bouger une partie importante de la consommation d&#39;énergie de sources d&#39;énergie renouvelables. Pour ce faire, nous devons trouver un moyen de récolter de l&#39;énergie renouvelable à un coût moindre que les sources d&#39;énergie à base de pétrole dans un avenir proche. L&#39;énergie solaire est l&#39;énergie renouvelable la plus abondante sur terre. Malgré que beaucoup de progrès ont été accomplis dans la récolte de l&#39;énergie solaire, il est encore très difficile de rivaliser avec les sources d&#39;énergie à base de pétrole. Améliorer l&#39;efficacité des cellules solaires est l&#39;un des moyens les plus efficaces pour réduire le coût du système d&#39;exploitation de l&#39;énergie solaire. Lentilles optiques et des réflecteurs paraboliques sont généralement utilisés dans photovoltaïques plus concentré (CPV) 1 d&#39;atteindre une concentration élevée de l&#39;incidence de l&#39;énergie solaire sur les cellules solaires de petite surface, de sorte qu&#39;il est économiquement viable d&#39;exploiter tandem cher cellules solaires multi-jonctions 2 dans systèmes CPV, et pour maintenir un raisonnablecoûter en même temps. Cependant, pour la plupart des systèmes photovoltaïques non concentrés, qui nécessitent généralement une grande surface tranche de cellules solaires, les cellules solaires tandem à coût élevé ne peuvent pas être incorporé, même si elles ont généralement une réponse de spectre solaire plus large et un rendement de conversion global supérieur à la simple jonction des cellules solaires 3. Récemment, avec l&#39;aide de parallèles l&#39;optique de fractionnement du spectre (c.-à-dispersif élément), la technologie photovoltaïque de fractionnement du spectre parallèle 4 a permis que la couverture du spectre similaire ou meilleure et l&#39;efficacité de conversion peuvent être atteints sans l&#39;aide des cellules solaires en tandem cher. Le spectre solaire peut être divisé en différentes bandes et chaque bande peut être absorbée et convertie en électricité par des cellules solaires à jonction unique spécialisés. De cette façon, les cellules solaires tandem coûteux dans les systèmes de CPV peut être remplacée par une distribution parallèle d&#39;une seule jonction cellule solaires sans aucun compromis sur la performance. L&#39;élément dispersif qui a été conçu dans ce rapport peut être appliqué dans un système de CPV réfléchissante (qui est basé sur des réflecteurs paraboliques), pour réaliser le partage du spectre parallèle pour l&#39;amélioration de l&#39;efficacité de conversion solaire-électrique et un coût réduit. Multicouches grilles de contraste élevé (hCG) 5 est utilisé comme élément dispersif en concevant chaque couche de HCG pour travailler comme une bande réflecteur optique. Les structures et les paramètres de l&#39;élément dispersif sont numériquement optimisés. En outre, la fabrication de grilles de contraste élevé de l&#39;élément dispersif à l&#39;aide de diélectrique (TiO 2) de pulvérisation, la lithographie par nanoimpression 6 et gravure ionique réactive est étudiée et démontrée.

<table><tbody><tr><td>184 Kit d’élastomère de silcone</td><td>Sylgard</td><td></td><td>Polydiméthylsiloxane (PDMS)</td></tr><tr><td>Plaquette de silicium de 4 pouces Plaquette</td><td>de</td> silicium fondu de <td></td><td></td></tr><tr><td>4 pouces Plaquette de silice fondue de 4 pouces Plaquette de silice</td><td>Université(méthacrylate</td><td></td><td></td></tr> de <tr><td>méthyle)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>182265</td><td></td></tr><tr><td>Résistance</td><td></td><td></td> à durcissement UV <td>Ni disponible sur le marché</td></tr><tr><td>PlasmaLab System 100</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td>ICP IRE machine</td></tr> de <tr><td>polymérisation UV pour la fabrication</td><td></td><td></td> de nano-impressions <td>Non disponible sur le marché</td></tr><tr><td>Ocean Optics HR-4000&nbsp ;</td><td>Spectromètre Ocean Optics</td><td>HR-4000</td><td>avec détecteur normal</td></tr><tr><td>Spectromètre Lambda 950 UV / VIS</td><td>PerkinSpectromètre Elmer</td><td></td><td>avec détecteur d’intégration d’hémisphère</td></tr><tr><td>JSM-7001F-LV</td><td>JEOL</td><td></td> Machine de pulvérisation magnétron à <td>émission de champ SEM</td></tr><tr><td>DC L’équipement</td><td></td><td></td><td>est dans les laboratoires HP, qui nous ont aidés à pulvériser l’évaporateur à faisceau d’électrons TiO2</td></tr><tr><td>Metal</td><td>Temescal</td><td>BJD-1800</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication de réseaux de contraste élevé pour le fractionnement du spectre dispersif élément d&#39;un système photovoltaïque à concentration

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

Des réseaux à contraste élevé sont conçus et fabriqués et leur application est proposée dans un élément dispersif à spectre parallèle qui peut améliorer l’efficacité de conversion solaire d’un système photovoltaïque concentré. Le système proposé réduira également le coût des cellules solaires dans le système photovoltaïque concentré en remplaçant les cellules solaires en tandem coûteuses par des cellules solaires à jonction unique rentables. Les structures et les paramètres des réseaux à contraste élevé pour les éléments dispersifs ont été optimisés numériquement. La fabrication de réseaux à contraste élevé sur de grandes surfaces a été démontrée expérimentalement à l’aide de la lithographie par nano-impression et de la gravure à sec. La qualité du matériau du caillebotis et les performances du dispositif fabriqué ont toutes deux été caractérisées expérimentalement. En analysant les résultats de mesure, les effets secondaires possibles des processus de fabrication sont discutés et plusieurs méthodes qui ont le potentiel d’améliorer les processus de fabrication sont proposées, ce qui peut aider à augmenter l’efficacité optique des dispositifs fabriqués.

La figure 1 illustre la mise en oeuvre de l&#39;élément dispersif (grille multicouche à haute propriété de contraste (HCG)) dans un système photovoltaïque concentré. La lumière du soleil est réfléchie par le premier miroir primaire et empiète sur l&#39;élément dispersif réfléchissant, où le faisceau est réfléchi et divisé en différentes bandes de longueurs d&#39;onde différentes. Chaque groupe se empiéter sur un certain emplacement sur le réseau de cellules solaires pour la meilleure absorption et la co...

La fabrication de réseaux à contraste élevé en tant qu’élément dispersif de séparation du spectre parallèle dans un système photovoltaïque concentré est démontrée. Les procédés de fabrication, y compris la lithographie par nano-impression, la pulvérisation cathodique TiO2 et la gravure ionique réactive, sont décrits. Les résultats de la mesure de la réflectance sont utilisés pour caractériser les performances optiques.

Fabrication de réseaux de contraste élevé pour le fractionnement du spectre dispersif élément d&#39;un système photovoltaïque à concentration

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

L'objectif général de l'expérience suivante est de démontrer la fabrication d'un élément de séparation de spectre à fort contraste dans un système photovoltaïque concentré. Cela est réalisé en effectuant une lithographie par nano-impression de PDMS sur un substrat en verre de dioxyde de titane recouvert d'une couche de résine photosensible durcissable aux UV. Dans une deuxième étape, la résine résiduelle de nano-impression est gravée, et un masque dur en chrome structuré est obtenu par des techniques de levage.Les bords réactifs d'ions suivants ont été utilisés pour former le réseau de gradation en dioxyde de titane et en verre, sur la base des résultats de mesure provenant d'un spectromètre. Le réseau de gradation à fort contraste fabriqué présente une réflectance large bande pouvant être utilisée comme éléments dispersifs dans un système photovoltaïque concentré. Nous avons eu pour la première fois l'idée de cette méthode lorsqu'il a été découvert que, contrairement aux réseaux de gradation traditionnels déficients, ces réseaux de gradation en dioxyde de titane à fort contraste présentent un profil de réflectance prouvée exotique.Par conséquent, nous pouvons l'utiliser pour concevoir un élément dispersif de séparation spectrale qui améliorerait considérablement l'absorption d'énergie en utilisant des cellules solaires à jonction unique peu coûteuses. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes, comme l'utilisation de technologies coûteuses de cellules solaires à plusieurs jonctions pour absorber la lumière solaire large bande, est que les réseaux offrent des rendements d'absorption plus élevés à un coût de fabrication réduit. De plus, l'imprégnation par graphie est une technologie de fabrication à faible coût et à haut rendement, adaptée à la réalisation de grands réseaux de haute contraste. Pour commencer le processus de microfabrication, placez une plaquette de silicium propre dans un dessiccateur sous vide en verre et ajoutez une goutte de trichloréthylène liquide dans un petit bécher placé à l'intérieur du dessiccateur.Fermer le couvercle du dessiccateur et faire le vide dans la chambre jusqu'à ce que le manomètre descende en dessous d'une atmosphère. Ensuite, fermer le régulateur de vide de la source et laisser la solution de sine vaporisée recouvrir la surface de la plaquette pendant cinq heures sous vide statique. Après le traitement, relâcher le vide et retirer la plaquette du dessiccateur.Ensuite, mesurez 10 grammes de PDMS et un gramme d'agent de réticulation du PDMS. Dans un bécher de taille moyenne, mélangez uniformément les deux composants à l'aide d'une tige en verre, puis placez le récipient dans un dessiccateur sous vide pendant 20 à 30 minutes afin de débarrasser le mélange de toutes les bulles d'air. Après dégazage, placez la plaquette dans une boîte de Pétri en plastique et versez lentement le PDMS sur la plaquette de silicium. Transférez la plaquette dans une étuve sous vide et laissez réticuler le PDMS pendant sept heures à 80 degrés Celsius.Enfin, sortez le PDMS solidifié du four et laissez refroidir le film polymère à température ambiante. En utilisant un autre morceau de tranche de silicium, placez le substrat sur un spin coater. Déposez 12 gouttes de résine photosensible durcissable aux UV sur la tranche et appliquez le revêtement par rotation à 1500 tr/min pendant 30 secondes, tant que la résine photosensible est encore humide.Retirer soigneusement une section de PDMS durci depuis le précédent wafer et appuyer délicatement le PDMS sur la résine photosensible durcissable aux UV. Laisser le PDMS en contact avec la résine photosensible pendant cinq minutes, puis décoller soigneusement le PDMS du substrat de résine photosensible afin de créer un empreinte des caractéristiques de graduation sur la couche molle de résine photosensible. Appuyer délicatement le film de PDMS sur un moule maître en silicium existant contenant les caractéristiques en creux d'intérêt.Placer l'ensemble en PDMS et sur le moule en silicium dans un four à UV et allumer la lampe UV pour durcir la couche de photo-résine souple prise en sandwich pendant cinq minutes sous une atmosphère d'azote. Après le durcissement, détacher le moule en PDMS de la plaquette-mère en silicium. En conséquence, la surface du PDMS doit désormais comporter une fine couche de photo-résine durcie présentant un relief de surface correspondant aux caractéristiques de gradation nanométrique.Enfin, effectuez un nettoyage rapide de la surface de la résine photosensible durcie à l’aide d’un plasma d’oxygène RF. Ensuite, placez le moule en PDMS dans un dessiccateur sous vide et incubez-le avec une goutte de trichloroéthylène pendant deux heures. Les motifs du moule de nano-impression par résine photosensible en PDMS sont désormais prêts à être transférés sur un substrat donné.Pour commencer, placez un wafer en silice fondue équipé d'une couche de 340 nanomètres de dioxyde de titane pulvérisé sur sa surface. Sur le spinner, déposez huit gouttes de PMMA sur le wafer à l'aide du porte-échantillon, puis effectuez le spin coating du substrat à 3 500 tr/min pendant 50 secondes. Transférez le wafer sur une plaque chauffante préchauffée à 120 degrés Celsius et durcissez le PMMA pendant cinq minutes.Après refroidissement de la plaquette à température ambiante, remettez le substrat du dispositif sur le mandrin de rotation. Appliquez huit gouttes de résine durcissable par UV sur la surface et effectuez un revêtement par rotation. Appliquez la deuxième couche de résine à 1500 tr/min pendant 30 secondes.Le wafer de dispositif obtenu est prêt pour l'étape de transfert par nano-impression tant que la résine UV est encore humide. Placez délicatement le moule en PDMS nano-imprimé, côté des motifs en résine durcie vers le bas, en contact avec la surface molle de la résine UV. Insérez l'ensemble en sandwich dans un four à UV et durcissez la couche de résine humide sous illumination UV pendant cinq minutes dans une atmosphère d'azote.Une fois que la résine sensible aux UV est polymérisée, décollez le moule en PDMS du substrat pour éliminer la résine UV résiduelle située dans les régions en creux des caractéristiques de gradation. Transférez le substrat dans un graveur à plasma couplé inductivement et exécutez la recette de gravure de la résine UV avec du plasma d'oxygène pendant deux minutes à la fin de cette étape. Le PMMA sous-jacent doit maintenant être exposé au niveau des régions en creux de la nanostructure.Pour éliminer la couche de PMMA exposée et découvrir la pellicule de dioxyde de titane située en dessous, sélectionnez le programme de gravure du PMMA à partir de la console de l'appareil de gravure et appliquez le traitement au plasma d'oxygène pendant deux minutes. À ce stade, la plaquette du dispositif est prête pour les étapes de dépôt et de structuration métalliques qui définiront les caractéristiques finales du réseau nanométrique. Pour créer le masque de gravure au chrome sur la couche de dioxyde de titane.Tout d'abord, retirez la plaquette du graveur à plasma et transférez le substrat dans un évaporateur métallique à faisceau d'électrons contenant une source de chrome. Après pompage de la chambre, faites fondre la source métallique et déposez 20 nanomètres de chrome à un débit de 0,03 nanomètre par seconde. Retirez ensuite la plaquette de l'évaporateur à faisceau d'électrons et immergez le substrat dans un récipient en verre rempli d'acétone.Ensuite, placer le récipient dans un bain ultrasonique et activer le bain ultrasonique pendant cinq minutes à température ambiante. En appliquant une agitation ultrasonique à la plaquette, le solvant dissout rapidement la couche sous-jacente de PMMA, libérant ainsi tout le chrome qui n’était pas en contact étroit avec une surface de dioxyde de titane. En conséquence, l’arrangement des motifs stables de chrome restants sur la plaquette définira la géométrie finale du gradient à l’aide de pinces.Sortez l'appareil du bain d'acétone et éliminez toutes les traces de PMMA et de particules métalliques libres à l'aide d'une série de rinçages successifs à l'acétone, au méthanol et à l'isopropanol. Séchez la plaquette à l'aide d'un flux doux d'azote ou d'air comprimé, puis examinez brièvement d'éventuels défauts de la plaquette au microscope. Chargez ensuite la plaquette dans l'enceinte de gravure plasma, lancez le protocole de gravure du dioxyde de titane, déchargez la plaquette après la gravure, puis vérifiez au microscope l'élimination de la couche de dioxyde de titane exposée afin de définir les caractéristiques de sous-cotation du verre situées sous le dioxyde de titane.Rechargez la plaquette dans l'enceinte de gravure plasma et lancez le protocole de gravure du dioxyde de silicium. Déchargez le substrat et inspectez la plaquette à la recherche de défauts au microscope. Enfin, éliminez le masque dur en chrome à l’aide d’un bain acide rapide.Graver le motif de dioxyde de titane exposé et les tranchées creusées dans le verre représente l'ensemble de la structure du gradin à fort contraste. Pour mesurer la réflectance large bande du gradin d'oxyde de titane, commencez par allumer le système de mesure optique et placez un miroir étalon sur le porte-échantillon.Alignez le porte-échantillon avec le trajet du faisceau incident et étalonnez le détecteur de sorte que la réflectance totale mesurée sur le miroir étalon atteigne un niveau théorique de 100 %. Ensuite, remplacez le miroir étalon par un calibrage en oxyde de titane à fort contraste et lancez la mesure de réflectance large bande de l'appareil. Enregistrez les données de la mesure et quittez le système de mesure tout en augmentant la température du substrat.Lors du processus de pulvérisation métallique, la taille des grains de dioxyde de titane est plus grande et l'indice de réfraction plus élevé. Sa rugosité de surface plus importante en fait un matériau de revêtement supérieur peu souhaitable par rapport aux films d'oxyde métallique déposés à des températures plus basses, lorsqu'observé au microscope électronique. Le rapport d'aspect, l'angle de paroi latérale, le pas et la largeur des lignes de la structure de gradation en double couche peuvent être facilement observés par comparaison avec les données de réflectance enregistrées.Avec un détecteur normal à faible angle d'acceptation. Un détecteur sphérique doté d'un angle d'acceptation plus large peut capter et caractériser la réflectance progressive et la diffusion provenant de surfaces plus rugueuses d'oxydes métalliques. Comme le suggèrent les données, une légère augmentation de l'indice de réfraction peut induire une augmentation spectaculaire de la largeur de bande de réflexion.En outre, lorsque l'angle de la paroi latérale s'écarte d'un angle droit parfait, la largeur de bande de réflectance se dégrade considérablement. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en plusieurs heures si elle est effectuée correctement. Il est important de veiller à contrôler les défauts pendant le processus d'empreinte.Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment fabriquer de grandes surfaces présentant un fort contraste grâce à des techniques d'impression nanométrique, et comment les appliquer à l'architecture des systèmes photo-botta.

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