המצאה של Gratings ניגודיות הגבוה לפיצול הספקטרום Dispersive האלמנט במערכת פוטוולטאית מרוכזת

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא להדגים את הייצור של אלמנט פיצול ספקטרום הניגודיות הגבוה במערכת פוטו-וולטאית מרוכזת. זה מושג על ידי ביצוע ליתוגרפיה של טביעת ננו PDMS על מצע זכוכית טיטניום דו חמצני המכוסה בשכבה של עמידות בפני צילום הניתנת לריפוי UV. כשלב שני, ההתנגדות הנותרת של צילום טביעת ננו נחרטת ומסכת כרום קשיחה מעוצבת מיוצרת בטכניקות מורמות.

קצוות היונים הריאקטיביים הבאים המשמשים ליצירת מערך דירוג הטיטניום הדו-חמצני והזכוכית בהתבסס על תוצאות מדידה מספקטרומטר. דירוג הניגודיות הגבוהה המיוצר מציג השתקפות פס רחב שיכולה לשמש כאלמנטים מפזרים במערכת פוטו-וולטאית מרוכזת. לראשונה היה לנו את הרעיון לשיטה זו מדוע גילינו שבניגוד לברכות מסורתיות חסרות, ברכות טיטאן דו חמצני אלה מציגות פרופיל השתקפות אקזוטי מוכח.

לכן, אנו יכולים להשתמש בו כדי לבנות אלמנט פיזור מפצל ספקטרום שישפר מאוד את ספיגת האנרגיה עם תאים סולאריים בצומת יחיד בעלות נמוכה. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון שימוש בטכנולוגיית תאים סולאריים רב-צומתים יקרה לספיגת אור סולארי בפס רחב הוא שהסורגים מציעים יעילות בולמים גבוהה יותר בעלות ייצור נמוכה יותר, וגרפיקת הטבעה היא טכנולוגיית ייצור בעלת תפוקה גבוהה בעלות נמוכה המתאימה לייצור ברכות בעלות ניגודיות גבוהה בשטח גדול. כדי להתחיל בתהליך המיקרו-ייצור, הנח פרוסת סיליקון נקייה לתוך חומר ייבוש ואקום מזכוכית והוסף טיפה אחת של טריכלוראתילן נוזלי לכוס קטנה בתוך חומר הייבוש.

סגור את מכסה הייבוש ופנה את החדר עד שהמד יורד מתחת לאטמוספירה אחת. לאחר מכן כבה את ווסת הוואקום המקורי ואפשר לתמיסת הסינוס המאודה לצפות את משטח הוופל למשך חמש שעות בוואקום סטטי. לאחר הטיפול יש לשחרר את הוואקום ולהוציא את הוופל מהחומר היבש.

לאחר מכן, מודדים 10 גרם PDMS וגרם אחד של חומר ריפוי PDMS בכוס בינונית, מערבבים את שני החלקים באופן שווה עם מוט זכוכית ומניחים את המנה בתוך מייבש ואקום למשך 20 עד 30 דקות כדי לנקות את כל הבועות מהתערובת. לאחר הסרת הגז, הניחו את הוופל בצלחת פטרי מפלסטיק ושפכו לאט את ה-PDMS על פרוסת הסיליקון. מעבירים את הוופל לתנור ואקום ומרפאים את ה-PDMS למשך שבע שעות ב-80 מעלות צלזיוס.

לבסוף, הוציאו את ה-PDMS המוצק מהתנור ותנו לסרט הפולימרי להתקרר לטמפרטורת החדר. החל מחתיכה נוספת של פרוסת סיליקון, הנח את המצע על קודן ספין. צ'אק מחלק 12 טיפות של התנגדות צילום הניתנת לריפוי UV על הוופל ומסתובב את ההתנגדות ב-1500 סל"ד למשך 30 שניות בזמן שהתנגדות הצילום עדיין רטובה.

הסר בזהירות חלק מה-PDMS הנרפא מהפרוסה הקודמת ולחץ בעדינות את ה-PDMS על ההתנגדות הניתנת לריפוי UV. אפשר ל-PDMS להישאר במגע עם התנגדות לצילום למשך חמש דקות ולקלף בזהירות את ה-PDMS ממצע ההתנגדות לצילום כדי ליצור חותם של תכונות דירוג על שכבת ההתנגדות הרכה לצילום. לחץ בעדינות על סרט ה-PDMS על תבנית סיליקון מאסטר קיימת המכילה את תכונות ההקלה השליליות המעניינות.

הכניסו את שילוב ה-PDMS Silicon Master לתנור UV והדליקו את מנורת ה-UV כדי לרפא את שכבת הפוטו-התנגדות הרכה למשך חמש דקות באווירת חנקן. לאחר הריפוי, מקלפים את תבנית ה-PDMS מפרוסת מאסטר הסיליקון. כתוצאה מכך, משטח ה-PDMS אמור להכיל כעת שכבה דקה של פוטו-רזיסט מרפא עם תבליט פני השטח המתאים למאפייני דירוג הננו.

לבסוף, טפל במשטח הפוטו-רזיסט הנרפא עם ניקוי מהיר של פלזמת חמצן RF. לאחר מכן מניחים את תבנית ה-PDMS במייבש ואקום ודוגרים עם טיפה אחת של טריכלוראתילן למשך שעתיים. התכונות בתבנית הטבעה ננו עמידות לצילום PDMS מוכנות כעת להעברת דפוס על כל מצע נתון.

כדי להתחיל, הניחו פרוסת מכשיר סיליקה התמזגה עם שכבה של 340 ננומטר של טיטניום דו חמצני מקרטע על פני השטח שלה. על מקודד הספין, צ'אק מחלק שמונה טיפות PMMA על הפרוסה ומקודד את המצע ב-3,500 סל"ד למשך 50 שניות. מעבירים את הוופל לצלחת חמה שחוממת מראש, מכוונים ל -120 מעלות צלזיוס וקשה אופים את ה- PMMA במשך חמש דקות.

לאחר קירור הוופל לטמפרטורת החדר, הנח את מצע המכשיר בחזרה על צ'אק הסיבוב. מרחו שמונה טיפות של עמידות בפני ריפוי UV על פני השטח וסובבו את הציפוי. שכבת ההתנגדות השנייה ב -1500 סל"ד למשך 30 שניות.

פרוסת המכשיר המתקבלת מוכנה לשלב העברת הטבעת הננו כאשר עמידות ה-UV עדיין רטובה. הנח בעדינות את תבנית ה-PDMS המוטבעת בננו כשצד תכונת ההתנגדות הנרפא פונה כלפי מטה למגע עם משטח עמיד בפני UV רך. הכניסו את כל הכריך לתנור UV ורפא את שכבת ההתנגדות הרטובה תחת תאורת UV למשך חמש דקות באווירת חנקן.

לאחר ריפוי עמידות ה-UV, קלף את תבנית ה-PDMS מפרוסת המכשיר כדי להסיר את התנגדות ה-UV שנותרה השוכנת באזורים השקועים של תכונות הדירוג. העבירו את הוופל לתחריט פלזמה מצומד אינדוקטיבי והריצו את מתכון תחריט עמידות UV עם פלזמת חמצן למשך שתי דקות בסוף שלב זה. כעת יש לחשוף את תשתית ה-PMMA באזורים השקועים של הננו-מבנה.

על מנת להסיר את שכבת ה-PMMA החשופה ולחשוף את סרט הטיטניום הדו-חמצני שמתחת, בחר בתוכנית תחריט PMMA מקונסולת ה-Etcher והחל את הטיפול בפלזמת החמצן למשך שתי דקות. ברגע זה, פרוסת המכשיר מוכנה לשלבי שקיעת מתכת ודפוס שיגדירו את המאפיינים הסופיים של דירוג הננו. ליצירת מסכת תחריט כרום על גבי טיטניום דו חמצני.

ראשית, פרקו את הוופל מתחרט הפלזמה והעבירו את המצע למאייד מתכת קרן אלקטרונים המכיל מקור כרום. לאחר פינוי החדר, ממיסים את מקור המתכת ומפקידים 20 ננומטר כרום בקצב של 0.03 ננומטר לשנייה. פרקו את הוופל מהמאייד האלקטרוני וטבלו את המצע במיכל זכוכית מלא אצטון.

לאחר מכן הנח את המיכל בתוך מיכל קולי, הפעל את המיכל האולטראסוני למשך חמש דקות בטמפרטורת החדר. על ידי החלת תסיסה קולית על הוופל, הממס ימיס במהירות את שכבת ה-PMMA הבסיסית, ובכך ישחרר כל כרום שלא היה כבר מגע אינטימי עם משטח טיטניום דו חמצני. כתוצאה מכך, מערך דפוסי הכרום היציבים שנותרו על הפרוסה יגדיר את הגיאומטריה הסופית של הדירוג באמצעות פינצטה.

הוצא את המכשיר מאמבט האצטון והסר את כל עקבות ה-PMMA ותיקי המתכת הרופפים בעזרת רצף שטיפה של אצטון, מתנול ואיזופרופנול. יבש את הוופל בזרם עדין של חנקן או אוויר דחוס ובדוק בקצרה אם יש פגמים בפרוסות תחת מיקרוסקופ. לאחר מכן טען את הוופל לתוך תחריט הפלזמה, התחל את מתכון תחריט הטיטניום הדו חמצני, פרק את הוופל לאחר התחריט, וודא את הסרת שכבת הטיטניום הדו חמצני החשופה מתחת למיקרוסקופ כדי להגדיר את תכונות תת-הדירוג של הזכוכית מתחת לטיטניום דו חמצני.

טען מחדש את הוופל לתוך תחריט הפלזמה והתחל את מתכון תחריט הסיליקון הדו חמצני. פרקו את המצע ובדקו את הוופל לאיתור פגמים מתחת למיקרוסקופ. לבסוף, הסר את מסכת הכרום הקשה עם חומצה מהירה.

חרוט את דפוס הטיטניום הדו-חמצני החשוף ותעלות שקע הזכוכית מייצגים שניהם את המבנה הסופי של דירוג הניגודיות הגבוהה. כדי למדוד את החזרת הפס הרחב של דירוג תחמוצת הטיטניום. התחל בהפעלת מערכת המדידה האופטית והצבת מראה סטנדרטית ייחוס על מחזיק הדגימה.

יישר את מחזיק המדגם לנתיב האלומה הפוגעת וכייל את הגלאי כך שההחזר הכולל הנמדד מהמראה הסטנדרטית יהיה ברמה תיאורטית של 100%. לאחר מכן, החלף את המראה הסטנדרטית בדירוג תחמוצת טיטניום בעל ניגודיות גבוהה והתחל במדידת החזר הפס הרחב של המכשיר. שמור את הנתונים מהמדידה והתנתק ממערכת המדידה תוך העלאת טמפרטורת המצע.

במהלך תהליך התזת המתכת מביא לגודל גרגר טיטניום דו חמצני גדול יותר ומקדם שבירה גבוה יותר. חספוס פני השטח הגבוה יותר שלו הופך אותו לחומר דירוג עליון לא רצוי בהשוואה לסרטי תחמוצת מתכת המופקדים בטמפרטורות נמוכות יותר במבט תחת מיקרוסקופ האלקטרונים. ניתן לראות בקלות את יחס הגובה-רוחב של זווית הדופן, הגובה ורוחב הקו של מבנה הדירוג הדו-שכבתי בהשוואה לנתוני ההשתקפות שנלכדו.

עם גלאי רגיל של זווית קבלה קטנה. גלאי כדורי עם זווית קבלה רחבה יותר יכול ללכוד ולאפיין את הדירוג, החזר ופיזור ממשטחי תחמוצת מתכת מחוספסים יותר. כפי שהנתונים מרמזים, עלייה קלה באינדקס השבירה יכולה לגרום לעלייה דרמטית ברוחב הפס של ההשתקפות.

יתר על כן, ככל שזווית הדופן חורגת מזווית ישרה מושלמת, רוחב הפס של ההשתקפות יורד באופן דרמטי. לאחר המאסטר, ניתן לבצע טכניקה זו תוך מספר שעות אם היא מבוצעת כראוי. חשוב לזכור לשלוט בפגמים במהלך תהליך ההטבעה.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לייצר שטחים גדולים, חגורות בניגודיות גבוהה, תוך שימוש בטכניקות הדפסת ננו, וליישם אותם על ארכיטקטורת מערכת פוטו בוטה.