Fabrication de réseaux de contraste élevé pour le fractionnement du spectre dispersif élément d'un système photovoltaïque à concentration

L’objectif général de l’expérience suivante est de démontrer la fabrication de l’élément de séparation du spectre à contraste élevé dans un système photovoltaïque concentré. Ceci est réalisé en effectuant une lithographie par nano-impression PDMS sur un substrat de verre de dioxyde de titane recouvert d’une couche de photorésine durcissable aux UV. Dans un deuxième temps, la résine photo résiduelle de nano-impression est gravée et un masque dur au chrome à motifs est produit à l’aide de techniques de décollage.

Ensuite, les arêtes ioniques réactives ont été utilisées pour former le réseau de granulométrie du dioxyde de titane et du verre sur la base des résultats de mesure d’un spectromètre. Le gradage à contraste élevé fabriqué présente une réflectance à large bande qui peut être utilisée comme éléments dispersifs dans un système photovoltaïque concentré. Nous avons d’abord eu l’idée de cette méthode pourquoi nous avons découvert que, contrairement aux salutations déficientes traditionnelles, ces salutations à contraste élevé en dioxyde de Titan présentent un profil de réflectance exotique prouvé.

Par conséquent, nous pouvons l’utiliser pour construire un élément dispersif à répartition du spectre qui améliorerait considérablement l’absorption d’énergie avec des cellules solaires à jonction unique à faible coût. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes, telles que l’utilisation d’une technologie coûteuse de cellules solaires à jonctions multiples pour absorber la lumière solaire à large bande, est que les réseaux offrent des rendements d’absorbeurs plus élevés à un coût de fabrication inférieur, et la graphie d’impression est une technologie de fabrication à haut rendement à faible coût qui convient à la fabrication de salutations à contraste élevé de grande surface. Pour commencer le processus de microfabrication, placez une plaquette de silicium propre dans un dessiccation sous vide en verre et ajoutez une goutte de trichloréthylène liquide dans un petit bécher à l’intérieur de la dessiccature.

Fermez le couvercle de dessiccation et évacuez la chambre jusqu’à ce que la jauge descende en dessous d’une atmosphère. Fermez ensuite le régulateur de vide source et laissez la solution sinusoïdale vaporisée recouvrir la surface de la plaquette pendant cinq heures sous vide statique. Après le traitement, relâchez le vide et retirez la plaquette de la dessiccation.

Ensuite, mesurez 10 grammes de PDMS et un gramme d’agent de durcissement PDMS Dans un bécher de taille moyenne, mélangez uniformément les deux parties avec une tige de verre et placez le plat à l’intérieur d’un dessiccation sous vide pendant 20 à 30 minutes pour dégazer toutes les bulles du mélange. Après le 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 un four sous vide et faites durcir le PDMS pendant sept heures à 80 degrés Celsius.

Enfin, sortez le PDMS solidifié du four et laissez le film polymère refroidir à température ambiante. En commençant par un autre morceau de plaquette de silicium, placez le substrat sur un codeur de spin. Le mandrin distribue 12 gouttes de résine photosensible durcissable aux UV sur la plaquette et essore la résine à 1500 tr/min pendant 30 secondes pendant que la résine photosensible est encore humide.

Retirez avec précaution une section du PDMS durci de la plaquette précédente et appuyez doucement sur le PDMS sur le Resist durcissable aux UV. Laissez le PDMS rester en contact avec une résine photosensible pendant cinq minutes et décollez soigneusement le PDMS du substrat de résine photosensible pour créer une empreinte de caractéristiques d’étalonnage sur la couche de résine photosensible molle. Appuyez doucement le film PDMS sur un moule Silicon Master existant contenant les caractéristiques de relief négatif d’intérêt.

Placez la combinaison PDMS Silicon Master dans un four UV et allumez la lampe UV pour durcir la couche de résine photosensible en sandwich mou pendant cinq minutes sous une atmosphère d’azote. Après le durcissement, décollez le moule PDMS de la plaquette maîtresse en silicone. En conséquence, la surface du PDMS doit maintenant contenir une fine couche de résine photosensible durcie avec un relief de surface correspondant aux caractéristiques de classement nanométrique.

Enfin, traitez la surface photosensible durcie avec un nettoyage rapide au plasma d’oxygène RF. Placez ensuite le moule PDMS dans un dessiccation sous vide et incubez avec une goutte de trichloréthylène pendant deux heures. Les caractéristiques du moule de nano-impression PDMS sont maintenant prêtes à être transférées sur n’importe quel substrat donné.

Pour commencer, placez une plaquette de dispositif de silice fondue avec une couche de 340 nanomètres de dioxyde de titane pulvérisé sur sa surface. Sur le codeur de spin, Chuck distribue huit gouttes de PMMA sur la plaquette et code de spin le substrat à 3 500 tr/min pendant 50 secondes. Transférez la gaufrette sur une plaque chauffante préchauffée, réglée à 120 degrés Celsius et dure. Cuire le PMMA pendant cinq minutes.

Après avoir refroidi la plaquette à température ambiante, replacez le substrat de l’appareil sur le mandrin de rotation. Appliquez huit gouttes de vernis UV sur la surface et essorez. La deuxième couche de résistance à 1500 tr/min pendant 30 secondes.

La plaquette de dispositif résultante est prête pour l’étape de transfert de nano-impression alors que la résistance aux UV est encore humide. Placez délicatement le moule PDMS nano-imprimé avec la fonction de réserve durcie face vers le bas en contact avec une surface douce résistante aux UV. Placez l’ensemble du sandwich dans un four UV et faites durcir la couche de réserve humide sous éclairage UV pendant cinq minutes sous une atmosphère d’azote.

Une fois la résistance aux UV durcie, décollez le moule PDMS de la plaquette de l’appareil pour éliminer la résine UV restante résidant dans les régions en retrait des caractéristiques de classement. Transférez la plaquette dans un graveur à plasma couplé inductif et exécutez la recette de gravure résistante aux UV avec du plasma d’oxygène pendant deux minutes à la fin de cette étape. La sous-couche PMMA doit maintenant être exposée aux régions en retrait de la nanostructure.

Afin d’enlever la couche de PMMA exposée et de découvrir le film de dioxyde de titane en dessous, choisissez le programme de gravure du PMMA dans la console Etcher et appliquez le traitement au plasma d’oxygène pendant deux minutes. À ce moment, la plaquette du dispositif est prête pour les étapes de dépôt et de structuration du métal qui définiraient les caractéristiques finales de la nanogradation. Pour créer le masque de gravure au chrome sur le dioxyde de titane.

Tout d’abord, déchargez la plaquette du graveur plasma et transférez le substrat dans un évaporateur métallique à faisceau d’électrons contenant une source de chrome. Après l’évacuation de la chambre, faites fondre la source métallique et déposez 20 nanomètres de chrome à une vitesse de 0,03 nanomètre par seconde. Déchargez la plaquette de l’évaporateur à faisceau d’électrons et plongez le substrat dans un récipient en verre rempli d’acétone.

Placez ensuite le récipient à l’intérieur d’un réservoir à ultrasons, actionnez le réservoir à ultrasons pendant cinq minutes à température ambiante. En appliquant une agitation ultrasonique sur la plaquette, le solvant dissoudra rapidement la couche de PMMA sous-jacente, libérant ainsi tout chrome qui n’était pas déjà en contact intime avec une surface de dioxyde de titane. Par conséquent, l’ensemble de motifs de chrome stables laissés sur la plaquette définira la géométrie finale de la gradation à l’aide d’une pince à épiler.

Sortez l’appareil du bain d’acétone et éliminez toutes les traces de PMMA et de limaille métallique lâche avec une séquence de rinçage à l’acétone, au méthanol et à l’isopropanol. Séchez la plaquette avec un léger jet d’azote ou d’air comprimé et vérifiez brièvement au microscope s’il y a des défauts de plaquette. Ensuite, chargez la plaquette dans le graveur plasma, commencez la recette de gravure au dioxyde de titane, déchargez la plaquette après la gravure et vérifiez l’élimination de la couche de dioxyde de titane exposée au microscope pour définir les caractéristiques de sous-classement du verre sous le dioxyde de titane.

Rechargez la plaquette dans le graveur plasma et commencez la recette de gravure au dioxyde de silicium. Déchargez le substrat et inspectez la plaquette à la recherche de défauts au microscope. Enfin, retirez le masque dur au chrome avec un acide rapide.

Etch, le motif exposé en dioxyde de titane et les tranchées d’évidement en verre représentent tous deux la structure finale de l’étalonnage à haut contraste. Pour mesurer la réflectance à large bande de la granulométrie de l’oxyde de titane. Commencez par allumer le système de mesure optique et placez un miroir étalon de référence sur le porte-échantillon.

Alignez le porte-échantillon sur la trajectoire du faisceau incident et calibrez le détecteur de manière à ce que la réflectance totale mesurée sur le miroir standard soit à un niveau théorique de 100 %. Ensuite, remplacez le miroir standard par un grade d’oxyde de titane à contraste élevé et commencez la mesure de la réflectance à large bande du dispositif. Enregistrez les données de la mesure et déconnectez-vous du système de mesure tout en augmentant la température du support.

Au cours du processus de pulvérisation du métal, la taille des grains de dioxyde de titane est plus grande et l’indice de réfraction est plus élevé. Sa rugosité de surface plus élevée en fait un matériau de qualité supérieure indésirable par rapport aux films d’oxyde métallique déposés à des températures plus basses lorsqu’ils sont observés au microscope électronique. L’angle de la paroi latérale, le pas et la largeur de la ligne de la structure de gradation à double couche sont facilement visibles par rapport aux données de réflectance capturées.

Avec un détecteur normal de petit angle d’acceptation. Un détecteur sphérique avec un angle d’acceptation plus large peut capturer et caractériser la réflectance et la diffusion de la gradation à partir de surfaces d’oxyde métallique plus rugueuses. Comme le suggèrent les données, une légère augmentation de l’indice de réfraction peut induire une augmentation spectaculaire de la largeur de bande de réflectance.

De plus, lorsque l’angle de la paroi latérale s’écarte d’un angle droit parfait, la bande passante de réflectance se dégrade considérablement. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en quelques heures si elle est exécutée correctement. Il est important de ne pas oublier de contrôler les défauts pendant le processus d’empreinte.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de fabriquer de grandes surfaces, un anneau à contraste élevé, à l’aide de techniques de nano-impression, et de les appliquer à l’architecture du système photo botta.