Name: Intégration de la Lumière de piégeage argent Nanostructures dans hydrogénée microcristalline cellules solaires en silicium par impression par transfert (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Découvrez une technique d'impression par transfert pour intégrer des nanostructures plasmoniques dans des cellules solaires au silicium microcristallin hydrogéné. Cette méthode améliore le piégeage de la lumière et les performances des dispositifs photovoltaïques.

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Les auteurs remercient l’Organisation de développement des nouvelles énergies et des technologies industrielles (NEDO) du ministère de l’Économie, du Commerce et de l’Industrie (METI) du Japon pour son soutien financier.

1. Préparation de PDMS Timbres <ol><li> Définir un moule de nanotrou (cyclo nanoimprinted film plastique de polymère d&#39;oléfine, taille: 50 mm x 50 mm) dans un polytétrafluoroéthylène (PTFE) conteneur. </li><li> Peser copolymère vinylméthylsiloxane-diméthylsiloxane (0,76 g pour le mm moule 50 mm × 50) dans une bouteille en verre jetable et le mélanger avec le complexe Pt-divinyltétraméthyldisiloxane (6 pi, en utilisant une micro pipette numérique avec une pointe de polypropylène à usage unique) et 2,4, 6,8-tetramethyltetra-vinylcyclotetrasiloxane (24 pi, en utilisant une micro pipette numérique avec une pointe de polypropylène à usage unique). </li><li> Ajouter copolymère méthylhydrosiloxane-diméthylsiloxane (0,24 ml, en utilisant une micro pipette numérique avec une pointe de polypropylène à usage unique) dans la bouteille en verre et mélanger rapidement à l&#39;aide d&#39;une pipette de verre jetable. Après que la surface du moule mis dans le récipient de PTFE est soufflé par N 2, versez le mélange résultant (&quot;dur&quot; PDMS de prépolymère) sur le moule et commencer spin-manteaution à 1000 tours par minute pendant 40 secondes pour atteindre l&#39;épaisseur de couche de 40 um ~. </li><li> Placer l&#39;échantillon de spin-enduit dans une chambre chaude préchauffé à 65 ° C pendant 30 min à brièvement réticuler les PDMS durs. </li><li> Pendant le chauffage, peser silicone (6 g) et de le mélanger avec du catalyseur (0,6 g) dans un flacon en verre à usage unique. Placer le flacon de verre dans un dessiccateur à vide et appliquer le vide (~ 133 Pa) pendant 15 minutes pour éliminer l&#39;air emprisonné dans le mélange de silicone (&quot;soft&quot; de prépolymère PDMS). </li><li> Sortez le moule et doux prépolymère de PDMS de la chambre de chauffage et dessiccateur à vide, respectivement, et verser rapidement les PDMS douces prépolymère sur le moule chauffé. L&#39;épaisseur de la couche de PDMS douce est d&#39;environ 3 mm. </li><li> Placer l&#39;échantillon résultant dans le dessiccateur à vide supplémentaire pour le dégazage supplémentaire à ~ 133 Pa au moins pendant 1 heure. </li><li> Transférer l&#39;échantillon dégazé à la chambre de chauffage et de commencer à chauffer progressivement jusqu&#39;à 80 ° C (vitesse de chauffage ~ 3 ° C / min). Gardez cette température pendant 5 heurespour réticuler les PDMS durs et mous complètement. </li><li> Après refroidissement de l&#39;échantillon jusqu&#39;à RT, décoller le timbre PDMS soigneusement du moule. Réutiliser le moule de préparer le second (ou plusieurs) des timbres, si nécessaire. Remarque: le même moule peut être utilisé au moins cinq fois sans dégradation de la qualité de cachet. </li><li> Couper le timbre nanopilier résultant (double couche dur / mou PDMS composite) 27 en morceaux de tailles désirées (typiquement 7 mm x 7 mm pour nos cellules solaires) à l&#39;aide d&#39;un couteau et de les stocker sous air jusqu&#39;à utilisation. </li></ol> 2. Préparation de copolymère bloc Solutions <ol><li> Peser la poudre du bloc polystyrène poly-2-vinylpyridine (PS- b -P2VP) dans une bouteille en verre et le mélanger avec o-xylène dans le rapport de 3 mg / ml (PS- b -P2VP / o-xylène) . </li><li> Incorporer le mélange à l&#39;aide d&#39;une barre d&#39;agitation magnétique revêtu de PTFE à 70 ° C pendant 1 heure. </li><li> Gardez la solution résultante pendant plus de 24 h à température ambiante, sans agitationanneau pour compléter la formation de micelles auto-assemblées. Sceller hermétiquement la solution et de le stocker dans des conditions ambiantes. Remarque: La qualité de la solution est inchangée, même un an après la préparation. </li></ol> 3. Préparation de μ c-Si: H Substrats <ol><li> Lavez les verres recouverts de SnO 2: F (désigner verre / SnO 2: F, ci-après) avec H 2 O (500 ml), du détergent (500 ml), et H 2 O (500 ml) à la température ambiante en utilisant un bain à ultrasons (15 min pour chaque). Séchez-les en soufflant N 2. </li><li> Chargez le verre nettoyée / SnO 2: F substrats dans un support de substrat et le dépôt de ZnO: Ga (20 nm) en utilisant un (DC) système de pulvérisation à courant continu avec les conditions spécifiées dans le tableau 2. </li><li> Chargez le verre / SnO 2: F / ZnO: substrats Ga dans un autre support de substrat et le dépôt μ c-Si: H p (10 nm), i (500 nm) et N (40 nm) couches en utilisant un produit chimique de plasma vapodépôt de r du système (PECVD) avec les conditions spécifiées dans le tableau 2. </li><li> Rangez la résultante μ c-Si: H (verre / SnO 2: F / ZnO: Ga / μ c-Si: H p - i - n) substrats sous vide ou N 2 jusqu&#39;à l&#39;étape de transfert de l&#39;impression. </li></ol> 4. Ag-revêtement de PDMS Timbres <ol><li> Laver les timbres (PDMS préparés à l&#39;étape 1) avec de l&#39;EtOH (30 ml) en utilisant un bain à ultrasons pendant 15 min et sèches par insufflation de N 2. </li><li> Chargez les timbres de PDMS nettoyées sur un support d&#39;échantillon en utilisant du ruban adhésif double-face et de déposer un film d&#39;Ag (10-80 nm) en utilisant un faisceau d&#39;électrons (EB) du système d&#39;évaporation avec les conditions suivantes: Taux dépôt = 5-10 Å / s, pression = ~ 1,5 x 10 -4 Pa. </li><li> Sortez les timbres Ag revêtus du système d&#39;évaporation EB et les utiliser immédiatement dans l&#39;étape d&#39;impression par transfert suivant. </li></ol> Impression 5. Transfert de Ag nanodisques sur mincefilm de Si Surfaces <ol><li> Sortez le mince film de Si substrats stocké sous vide ou N 2 et de spin-manteau avec la solution PS- b -P2VP (0,3 ml pour 50 mm × 50 mm échantillon, en utilisant un micro pipette numérique avec une pointe de polypropylène jetables) à 5000 tours par minute pendant 40 secondes. </li><li> Mouiller la surface PS- b -P2VP revêtu avec EtOH l&#39;aide d&#39;un micro pipette numérique (5 pm / de surface de la cellule) et d&#39;appliquer les PDMS Ag revêtus timbre doucement à la surface de EtOH-humide. Ne pas appuyer sur le timbre. </li><li> Placez le substrat Si couche mince avec le timbre dans une chambre à vide et appliquer le vide (~ 133 Pa). </li><li> Après 5 min, remplir la chambre à vide d&#39;air et sortir le substrat Si couche mince. </li><li> Enlevez le tampon du substrat Si couche mince en tenant à la fois du côté du timbre avec des pincettes pour transférer-impression nanodisques AG. Remarque: En cas de succès, la trace de marquage est visible comme une tache verdâtre. </li><li> Rincer le film mince substrat en Si de transfert imprimé avec un flux continu de EtOH pendant 15 s (~ 30 ml) et séché par soufflage de N2. </li><li> Retirer le revêtement PS-b-P2VP l&#39;aide d&#39;un système de plasma Ar. <ol><li> Placer la couche mince de Si substrat de transfert imprimé dans la chambre de processus du système de plasma Ar. </li><li> Pomper l&#39;air dans la chambre de traitement pendant environ 5 min (~ 20 pression Pa). </li><li> Ouvrez le robinet d&#39;une conduite de gaz Ar et ajuster manuellement le taux à 4 sccm. Attendre pour ~ 5 min pour stabiliser la pression à 40 Pa. </li><li> Générer Ar plasma pour 108 sec. </li><li> Fermez la vanne de la conduite de gaz Ar, arrêter le pompage, et remplir l&#39;air dans la chambre de traitement à prendre, les couches minces de transfert imprimé Si substrats plasmatiques nettoyés. </li></ol></li></ol> 6. Achèvement de Thin-film cellulaire Si solaire Fabrication <ol><li> Attacher des masques métalliques pour la couche mince de transfert des substrats de Si-imprimé après le traitement au plasma Ar utilisant des bandes de polyimide. </li><li> Charger les substrats masqués dans un support de substrat d&#39;un système de pulvérisation cathodique à courant continu et dépot ZnO: Ga (100 nm), Ag (250 nm), et de ZnO: Ga (40 nm) séquentiellement avec les conditions spécifiées dans le tableau 2. </li><li> Détachez les masques métalliques de substrats et enlever les couches masqués couche mince de silicium (par exemple, la zone où ZnO: Ga et Ag ne sont pas déposés) en utilisant un système de gravure ionique réactive (RIE). <ol><li> Placer les échantillons dans la chambre de traitement du système de RIE. </li><li> Pomper l&#39;air dans la chambre de traitement suivant les instructions du fabricant. </li><li> Définir les conditions du procédé de la façon suivante en suivant les instructions du fabricant: SF 6 / O 2 du débit = 100/20 sccm, la pression = 20 Pa, la puissance de 100 W, le temps = 1 min 20 sec. </li><li> Ouvrez les lignes SF 6 et O 2 gaz, stabiliser la pression, et générer un plasma. </li><li> Fermez la vanne de la ligne SF 6 et gaz O 2, arrêter le pompage, et remplissez N 2 dans la chambre de traitement de prendre les échantillons. </li></ol></li><li> Mettez leéchantillons dans une chambre sous vide recuit et commencer à chauffer progressivement jusqu&#39;à 175 ° C sous vide (~ 133 Pa). Gardez cette température pendant 2 heures, puis laisser refroidir à température ambiante. Remplissez air dans la chambre et de prendre des échantillons, qui peuvent désormais être appelées cellules. </li><li> Alliage à base de Sn-Zn à souder sur l&#39;électrode transparente avant (verre / SnO 2: F / ZnO: Ga, la partie exposée par le traitement RIE) en utilisant un dispositif de soudage par ultrasons. </li></ol> 7. Mesure de l&#39;efficacité quantique externe (EEQ) <ol><li> Fixez un masque protecteur de la lumière à une cellule fabriquée en utilisant du ruban de polyimide et définir la cellule masquée dans un support de cellule. Connectez sondes à l&#39;électrode avant soudé (+) et le dos Ag / ZnO: Ga électrode (-). </li><li> Mesurer spectres EEQ en utilisant un système de mesure de EEQ en suivant les instructions du fabricant avec une gamme de longueur d&#39;onde et étape de 300-1,100 nm et 5 nm, respectivement. </li></ol> 8. Mesure de photovoltaïque courant-tension (JV) Caractèretiques <ol><li> Calibrer l&#39;intensité lumineuse d&#39;un système de mesure des caractéristiques JV en utilisant une cellule de référence Si amorphe. <ol><li> Régler la cellule de référence Si amorphe à un support de cellule du système de mesure des caractéristiques JV, et illuminer la lumière. </li><li> Lisez le courant photogénéré l&#39;aide d&#39;un multimètre numérique équipé dans le système de mesure des caractéristiques JV. Ajuster l&#39;intensité lumineuse jusqu&#39;à ce que le courant photogénéré montre la bonne valeur pour la cellule de référence (8,34 mA / cm 2). </li></ol></li><li> Fixez un masque protecteur de la lumière à une cellule et définir la cellule masquée dans un support de cellule. Connectez sondes à l&#39;électrode avant soudé (+) et le dos Ag / ZnO: Ga électrode (-). </li><li> Illuminez la lumière calibrée (100 mW / cm 2, 1 soleil) sur la cellule et mesurer les courants photogénérées utilisant le système de mesure des caractéristiques JV suivant les instructions du fabricant avec un échelon de tension de 0,02 V. </li></ol>

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</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Dans cet article, un double-couche disque / PDMS doux composite a été utilisé comme matériaux de timbre. 27 Cette combinaison a été jugée essentielle pour reproduire précisément la nanostructure de parent dans le moule, ce qui était un tableau à trous ronds hexagonale serrée dont le diamètre de 230 nm, profondeur de 500 nm, et l&#39;espacement des trous 460 nm de centre à centre. Lorsque seuls PDMS Soft a été utilisé, le timbre toujours abouti à une surface mal nanostructuré (par exemple, pas de tranchant dan...

Il ya eu une demande de longue date pour l&#39;application de nanostructures fonctionnelles dans un large éventail de domaines technologiques. Une des attentes de cette tendance est d&#39;ouvrir une nouvelle conception des architectures de dispositifs conduisant à des performances améliorées ou novatrices. Dans le domaine des cellules solaires, par exemple, l&#39;utilisation de nanostructures métalliques a été activement exploré en raison de leurs propriétés intrigantes optiques (c.-à-plasmoniques), 1 potentiellement bénéfique pour construire des systèmes efficaces de lumière de piégeage. 2,3 études En effet, certains théoriques 4 -6 ont suggéré qu&#39;une telle piégeage de lumière plasmonique pourrait avoir des effets qui dépassent les optiques de rayons classiques (de texturing) à base de limite de piégeage de la lumière. 7 En conséquence, l&#39;élaboration de stratégies pour intégrer les nanostructures métalliques désirés avec des cellules solaires est devenu de plus en plus importante pour réaliser ces prédictions théoriques. Un certain nombre de stratégies ontété proposées pour répondre à ce défi 8-24. Ceux-ci comprennent, par exemple, simple (low-cost) de recuit thermique de films métalliques ou 8,9 dispersion des nanoparticules métalliques pré-synthétisé, 10,11 qui tous deux ont abouti à des démonstrations réussies plasmonique piégeage de la lumière. Cependant, il convient de souligner que les nanostructures métalliques fabriqués par ces approches sont généralement difficiles à correspondre aux modèles théoriques. En revanche, les techniques de nanofabrication traditionnels dans les industries de semi-conducteurs, tels que la photolithographie et faisceau d&#39;électrons lithographie, 12,13 peuvent contrôler des structures bien en dessous du niveau de nm sous-100, mais ils sont souvent trop coûteux et fastidieux à appliquer aux cellules solaires, où la capacité de grande surface à faible coût est essentielle. Afin de remplir le faible coût, à haut débit, et les exigences de grande surface avec l&#39;échelle nanométrique contrôlabilité, des méthodes telles que la lithographie par nano, 14-16 lithographie douce, 17,18 </sup&gt; Nanosphères lithographie, 19-21 et le trou-masque lithographie colloïdale 22-24 serait prometteur. Parmi ces choix, nous avons développé une lithographie douce, technique avancée d&#39;impression par transfert. 25 L&#39;utilisation d&#39;un poly nanostructuré (diméthylsiloxane) (PDMS) timbres et des couches adhésives à base de copolymère bloc, motif de nanostructures métalliques commandés pourrait être facilement atteint sur ​​un certain nombre de technologies de les documents pertinents, y compris ceux pour les cellules solaires. L&#39;objectif de cet article est de décrire la procédure détaillée de notre approche de transfert d&#39;impression à intégrer la lumière piégeage nanostructures plasmoniques efficaces dans les structures de cellules solaires existantes. Comme un cas démonstratif, nanodisques AG et à couche mince hydrogénées microcristalline Si (uC-Si: H) des cellules solaires ont été sélectionnés dans cette étude (Figure 1), 26 bien que d&#39;autres types de métaux et les cellules solaires sont compatibles avec cette approche. Avec son processusla simplicité, l&#39;approche serait d&#39;intérêt pour divers chercheurs comme un outil pratique pour intégrer les nanostructures métalliques fonctionnelles avec des appareils.

<table><tbody><tr><td>Moule nanohole</td><td><a href="http://www.scivax.com">Scivax</a></td><td>FLH230/500-120</td><td></td></tr><tr><td>Conteneur PTFE</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com">Eishin</a></td><td>n/a</td><td>Sur</td></tr><tr> mesure<td colspan="4">Matériaux PDMS durs</td></tr><tr><td>Copolymère vinylméthylsiloxane-diméthylsiloxane</td><td><a href="http://www.gelest.com/gelest/forms/ Accueil/home.aspx">Gelest</a></td><td>VDT-731</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp ; Complexe Pt-divinyltétraméthyldisiloxane</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>Copolymère méthylhydrosiloxane-diméthylsiloxane</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-tétraméthyltétra-vinylcyclotétrasiloxane</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com">Sigma-Aldrich</a></td><td>396281</td><td>Additif pour matériaux PDMS durs</td></tr><tr><td>Soft-PDMS</td><td><a href="http://www.dowcorning.com">Dow Corning</a></td><td>Sylgard-184</td><td>Précurseur de silicone</td></tr><tr><td>PS-b-P2VP</td><<td>a href="http://polymersource.com">Source polymère</a></td><td>P5742-S2VP</td><td>Mn & fois ; 103 = 133-b-132</td></tr><tr><td>Verre/SnO2 :F</td><td><a href="http://www.agc.com/english/company">Asahi Glass Co. Ltd.</a></td><td>Type VU</td><td>Poli chimiquement mécanique par D-process Inc. (http://d-process.jp/index.html) pour aplanir les surfaces</td></tr><tr><td>Détergent</td><td>Fruuchi Chemical Co. http://www.furuchi.co.jp/eng/main.htm</td><td>Semico-clean 56</td><td>Utilisé pour le nettoyage des substrats Glass/SnO2 :F Cible</td></tr> de <tr><td>fourniture 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>Cible de fourniture</td> Ag<td><a href="http://www.mitsubishicarbide.com/mmc/en/index.html">Mitsubishi Materials Co.</a></td><td>4NAg</td><td></td></tr><tr><td>Ruban adhésif double face</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>Ruban polyimide</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>Soudure</td> <td>à base de 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>Micropipette numérique</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>Chambre</td> <td>de chauffe<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>Évaporateur à faisceau d’électrons</td><td><a href="https://www.canon-anelva.co.jp/english/index.html">Canon-Anelva</a></td><td>n/a</td><td></td></tr><tr><td>Évaporateur à faisceau d’électrons</td> sur mesure<td><a href="http://arios.com/">Arios</a></td><td>n/a</td><td>Sur mesure</td></tr><tr><td>Système de pulvérisation cathodique</td><td><a href="http://www.ulvac.co.jp/en">Ulvac</a></td><td>SBR-2306</td><td></td></tr><tr><td>Système 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>Système plasma AR</td><td><a href="http://www.plasma.de/index.html">Diner Electric Gmbh</a></td><td>Femto</td><td></td></tr><tr><td>Système RIE</td><td><a href="http://www.samcointl.com">Samco Inc.</a></td><td>RIE-10NR</td><td></td></tr><tr><td>Appareil de soudage par ultrasons</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com/sub_sunbonder.htm">Colby-Eishin Enterprises, Inc.</a></td>Système de mesure <td>SUNBONDER</td><td></td></tr><tr><td>EQE</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>CEP-25BXS</td><td></td></tr><tr><td>J-V système de mesure des caractéristiques</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>Cellule de référence Si amorphe<</td><td>a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>WPVS-NPB-S1</td><td>Pour l’étalonnage de l’intensité lumineuse</td></tr><tr><td>Multimètre numérique</td><td><a href="http://www.keithley.com/">Keithley Instruments Inc.</a></td><td>2400</td><td></td></tr></tbody></table>

intégration de la lumière de piégeage argent nanostructures dans hydrogénée microcristalline cellules solaires en silicium par impression par transfert

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

L’une des applications potentielles des nanostructures métalliques est le piégeage de la lumière dans les cellules solaires, où les propriétés optiques uniques des métaux de taille nanométrique, communément appelées effets plasmoniques, jouent un rôle important. La recherche dans ce domaine a toutefois été entravée en raison de la difficulté de fabriquer des dispositifs contenant les nanostructures métalliques fonctionnelles souhaitées. Afin de fournir une stratégie viable à ce problème, nous présentons ici une approche basée sur l’impression par transfert qui permet l’intégration rapide et peu coûteuse de nanostructures métalliques conçues avec une variété d’architectures de dispositifs, y compris les cellules solaires. Les tampons en poly(diméthylsiloxane) (PDMS) ont été fabriqués à partir d’un film plastique nano-trous disponible dans le commerce comme moule maître. Sur ces tampons PDMS nanomotifs, des films Ag ont été déposés, qui ont ensuite été imprimés par transfert sur une surface microcristalline hydrogénée Si (μc-Si :H) recouverte de copolymère bloc (couche liante) pour obtenir des structures de nanodisques Ag ordonnées. Il a été confirmé que les cellules solaires μc-Si :H incorporées dans des nanodisques d’Ag qui en résultent présentent des performances supérieures à celles d’une cellule sans nanodisques d’Ag imprimés par transfert, grâce à l’effet de piégeage de la lumière plasmonique dérivé des nanodisques d’Ag. En raison de sa simplicité et de sa polyvalence, une application supplémentaire du dispositif serait également possible grâce à cette approche.

La figure 2 illustre le processus général de l&#39;impression par transfert de nanodisques Ag sur la surface de uC-Si: H (n couche). En bref, un film d&#39;Ag (épaisseur: 10 à 80 nm) est d&#39;abord déposée sur la surface d&#39;un timbre nanopilier de PDMS par évaporation sous faisceau d&#39;électrons. En parallèle, une solution de -P2VP b de PS est déposée par centrifugation sur la surface d&#39;un fraîchement préparée uC-Si: H n couche. Par la suite, une gouttelette d&#39;Et...

Une méthodologie viable basée sur l’impression par transfert pour introduire des nanostructures métalliques plasmoniques dans les cellules solaires est décrite. À l’aide de tampons en poly(diméthylsiloxane) à base de nanopiliers, un réseau de nanodisques ordonné à base d’Ag a été intégré à des cellules solaires microcristallines Si hydrogénées standard, ce qui a permis d’améliorer les performances du dispositif grâce au piégeage plasmonique de la lumière.

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

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

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.

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Intégration de la Lumière de piégeage argent Nanostructures dans hydrogénée microcristalline cellules solaires en silicium par impression par transfert (Vidéo) | JoVE Journal

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

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