Intégration de la Lumière de piégeage argent Nanostructures dans hydrogénée microcristalline cellules solaires en silicium par impression par transfert

L’objectif global de cette technique d’impression par transfert est de fournir une méthodologie viable pour intégrer des nanostructures plasmoniques fonctionnelles dans des dispositifs tels que les cellules solaires. Cette méthode peut aider à faire progresser l’application pratique de méta-nanostructures telles que les cellules solaires prismatiques. Le principal avantage de cette technique est que l’on peut rapidement introduire, souhaiter ou concevoir des méta-nanostructures dans des structures de dispositifs existantes, ce qui entraîne des changements significatifs dans le processus de fabrication d’origine.

Bien que cette méthode ait été développée, en particulier pour les cellules solaires, elle peut également être appliquée à d’autres dispositifs utilisant des propriétés plasmoniques telles que des diodes électroluminescentes droites et des capteurs. Pour commencer, placez un moule à nano-trous dans un récipient en polytétrafluoroéthylène. Ensuite, 0,76 gramme de copolymère de vinyle méthyl suboxane diméthyl suboxane dans une bouteille en verre jetable.

À l’aide d’une micropipette avec un embout en polypropylène jetable, ajoutez six microlitres de complexe platine-di-vinyletétraéthyle-dioxane au copolymère. Ensuite, utilisez une micro-pipette avec un embout jetable en polypropylène pour ajouter 24 microlitres de 2 4 6 8 tétraéthyle tétra vinyle cyclo tétra suboxane au copolymère et mélangez la solution. Modifiez brièvement ces volumes si nécessaire, pour rester dans le même rapport avec le copolymère.

Ajoutez ensuite 240 microlitres de méthylhydros, copolymère de laane diméthyl suboxane dans la bouteille en verre et mélangez-le rapidement À l’aide d’une pipette en verre jetable, soufflez brièvement la surface du mélange avec de l’azote, puis versez le prépolymère PDMS dur résultant sur un moule à motifs disponible dans le commerce qui a été placé sur un spin coter et reduisez le moule à 1000 tr/min pendant 40 secondes pour obtenir une épaisseur de couche d’environ 40 microns. Placez ensuite l’échantillon enrobé de centrifugation dans une chambre préchauffée à 65 degrés Celsius pendant 30 minutes. Pour réticuler brièvement le PDMS dur pendant le chauffage, mélangez six grammes de silicone avec 0,6 gramme de catalyseur dans une bouteille en verre jetable.

Variez la quantité de catalyseur si nécessaire pour garder un rapport de un à 10 avec le silicone. Placez ensuite la bouteille en verre dans un dessiccation sous vide et appliquez un vide d’environ 133 Pascals pendant 15 minutes pour dégazer le mélange. Ensuite, versez rapidement le mélange DGAs sur le moule chauffé afin de créer une couche souple de PDMS d’environ trois millimètres d’épaisseur.

Remettez l’échantillon obtenu dans le dessiccateur sous vide et dégazez l’échantillon pendant une heure supplémentaire. Transférez ensuite l’échantillon de dégaz dans la chambre de chauffe et chauffez-le à partir de la température ambiante jusqu’à 80 degrés Celsius à une vitesse d’environ trois degrés Celsius par minute. Maintenez l’échantillon à 80 degrés Celsius pendant cinq heures pour réticuler complètement les PDMS dur et mou après avoir refroidi l’échantillon à température ambiante.

Décollez soigneusement le tampon PDMS du moule. Réutilisez le moule jusqu’à cinq fois pour préparer des tampons supplémentaires si nécessaire. Coupez le tampon nano en morceaux de sept millimètres sur sept millimètres à l’aide d’un couteau et rangez-les à l’air jusqu’à ce qu’ils soient utilisés.

De plus, préparez la solution de couche de liaison du copolymère séquencé et les substrats de silicone microcristallin hydrogéné comme décrit dans le protocole de texte d’accompagnement. Lavez les tampons PDMS dans 30 millilitres d’éthanol à l’aide d’un bain d’ultrasons pendant 15 minutes, puis séchez le tampon en le soufflant avec de l’azote pur. Ensuite, utilisez du ruban adhésif double face pour fixer les tampons PDMS nettoyés sur un porte-échantillon.

Ensuite, placez les échantillons dans un système d’évaporation par faisceau d’électrons et déposez un film d’argent de 10 à 80 nanomètres d’épaisseur sur les timbres en utilisant un taux de dépôt de cinq à 10 angströms par seconde et une pression d’environ 3,5 fois 10 puissance moins quatre pascal. Sortez les tampons argentés du système d’évaporation et utilisez-les immédiatement dans l’étape d’impression par transfert. Prenez les substrats de silicium à couche mince préparés comme décrit dans le protocole de texte d’accompagnement et appliquez-les avec 0,3 millilitre de solution de liaison de copolymère séquencé à 5 000 tr/min pendant 40 secondes.

Ensuite, mouillez la surface des substrats revêtus d’éthanol à l’aide d’une micropipette numérique, puis appliquez doucement le tampon PDMS revêtu d’argent sur la surface humide de l’éthanol. N’appuyez pas sur le tampon Lorsque vous appliquez le tampon PDM au sous-taux. Veuillez éviter d’appuyer dessus.

Il suffit d’appuyer. Le timbre établit spontanément un contact intime entre les taux de surface en raison de la tension superficielle de l’éthanol. Ensuite, placez le substrat de silicium à couche mince avec un tampon dans une chambre à vide et appliquez un vide d’environ 133 pascals.

Au bout de cinq minutes, remplissez la chambre à vide d’air et retirez le substrat de silicium à couche mince. Retirez le tampon du substrat de silicium à couche mince en tenant les deux côtés de la pince à tampon pour transférer des nanodisques d’impression en argent. En cas de succès, la trace d’estampage est visible comme un endroit plus vert.

Rincez le substrat en silicium à couche mince imprimé par transfert avec un flux continu d’éthanol pendant 15 secondes, puis séchez le substrat en soufflant dessus avec de l’azote gazeux. Ensuite, placez le substrat de silicium à couche mince imprimé par transfert dans la chambre de traitement d’un système plasma Argonne. Pompez l’air dans la chambre de traitement pendant environ cinq minutes afin d’atteindre une pression d’environ 20 pascals.

Ouvrez ensuite la vanne de la conduite de gaz Argonne et ajustez manuellement le débit à environ quatre SCCM ou tout autre débit nécessaire pour générer du plasma. Attendez environ cinq minutes pour que la pression se stabilise à 40 Pascals. Ensuite, allumez le système pour générer du plasma Argonne pendant 108 secondes.

Enfin, fermez la vanne de la conduite de gaz, arrêtez le pompage et remplissez d’air dans la chambre de traitement pour retirer les substrats de silicium à couche mince nettoyés par plasma et imprimés par transfert. Suivez le reste du protocole de texte d’accompagnement pour plus de détails sur la façon de terminer la fabrication de la cellule solaire en silicium à couche mince et de mesurer son efficacité et sa sortie. Ces images de microscopie électronique à balayage du réseau de nanodisques d’argent résultant sur des substrats de silicium microcristallin hydrogéné montrent clairement certaines des caractéristiques à l’échelle nanométrique incorporées dans la conception.

Le diamètre des nanodisques est en moyenne de 200 nanomètres. La distance entre les centres est en moyenne de 460 nanomètres et l’épaisseur des nanodisques d’argent est en moyenne de 40 nanomètres. Les spectres d’efficacité quantique externe des cellules fabriquées sont présentés ici par rapport à une pile de référence.

La cellule incorporée au nanodisque d’argent a montré des signaux plus élevés dans la gamme de longueurs d’onde longues de 650 à 1 100 nanomètres. Une telle amélioration sélective de la longueur d’onde indique clairement l’effet préférentiel des nanodisques d’argent actifs plasmoniques pour l’utilisation des cellules solaires. À savoir le piégeage de la lumière plasmonique Une fois que le processus d’impression par transfert peut être terminé en moins de 30 minutes s’il est effectué correctement.