Name: המצאה של Gratings ניגודיות הגבוה לפיצול הספקטרום Dispersive האלמנט במערכת פוטוולטאית מרוכזת (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 8 s
Description: למד לייצר גרידים בעלי ניגודיות גבוהה לפיצול ספקטרום במערכות פוטוולטאיות מרוכזות באמצעות ליתוגרפיית ננו-חותמת וחיטוף יוני תגובתי. שיטה זו משפרת ביצועים אופטיים ומייעלת המרת אנרגיה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה נתמך במסגרת המרכז לאנרגיה הננו, מרכז מחקר Frontier אנרגיה ממומן על ידי משרד אנרגיה של ארה&quot;ב, משרד מדע תחת מספר פרס DE-SC0001013. גם אנחנו רוצים להודות לד&quot;ר מקס ג&#39;אנג וד&quot;ר Jianhua יאנג של מעבדות HP לעזרתם במדידת Tio 2 המקרטעת סרט ומדדי שבירה.

מצע (PDMS) 1. מכין את polydimethylsiloxane בלנק לעובש Nanoimprint <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תהליך סיליקון ופל הטיפול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה פרוסות סיליקון 4 אינץ &#39;על ידי שטיפה עם אצטון, מתנול וisopropanol. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לייבשו באמצעות אקדח החנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה אותו באמצעות פתרון פיראניה (3: 1 תערובת של חומצה גופרתית עם 30% מי חמצן) על ידי השרייה בתוך 15 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשטוף אותו עם מים די. מכה יבשה באמצעות אקדח החנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את פרוסות בייבוש זכוכית. הוסף טיפה (20 טיפות = 1 מיליליטר) של שחרור סוכן (trichlorosilane) לייבוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשאוב את הייבוש עד מד קורא -762 Torr ולחכות 5 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח הרקיק החוצה, אשר טופל עם שחרור סוכן. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת PDMS הסרט (משמש כעובש בNanoimprint) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שוקל 10 גרם של בסיס אלסטומר סיליקון ו1 גרם של סוכן ריפוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף אותם באותה כוס זכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Stir ולערבב עם מוט זכוכית במשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכניס את התערובת לייבוש ואקום עד מד קורא -762 Torr לשאוב את כל בועות האוויר שנלכדו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מורחים אותם באופן שווה על גבי פרוסות סיליקון 4 אינץ &#39;שטופלו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופים את פרוסות עם PDMS על גבי בתנור הוואקום במשך 7 שעות על 80 מעלות צלזיוס כדי לרפא את סרט PDMS. </li></ol></li></ol> 2. מכין את עובש Nanoimprint (שכפול מעובש האב) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין עשר טיפות (20 טיפות = 1 מיליליטר) של UV לריפוי להתנגד (15.2%) על פרוסות סיליקון ריקות נקיות למשך 30 שניות ב 1500 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהירות לקלף פיסת סרט PDMS את פרוסות סיליקון טופלו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את סרט PDMS על UV לריפוי להתנגד ולתת לו לספוג UV להתנגד במשך 5 דקות לאחר מכן לקלף אותו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על 2.1-2.3 באותו סרט PDMS לשתי פעמים. ספוג UV להתנגד במשך 3 דקות ודקות 1 בהתאמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את סרט PDMS (לאחר UV שלוש הפעמים להתנגד קליטה) על עובש אב סיליקון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכניס אותו לתוך תא עם סביבת חנקן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל מנורת UV לרפא המדגם במשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקלף את סרט PDMS. UV נרפא להתנגד בPDMS ישמור הדפוס השלילי של עובש האב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השימוש RF O 2 פלזמה לטיפול בעובש PDMS. (כוח RF: 30 וואט, לחץ: 260 mTorr, זמן: 1 דקות) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את תבנית PDMS בתא ואקום עם טיפה אחת (20 טיפות = 1 מיליליטר) של שחרור סוכן עבור שעה 2. </li></ol> 3. העברת תבנית Nanoimprint <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין שמונה טיפות (20 טיפות = 1 מיליליטר) של PMMA (996K, 3.1%) על המצע להיות מוטבע עבור 50 שניות ב 3500 סל&quot;ד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפות אותו על פלטה חמה למשך 5 דקות ב 120 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חכה המדגם להתקרר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספין שמונה טיפות (20 טיפות = 1 מיליליטר) של UV לריפוי להתנגד (3.9%) באותו המצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את תבנית PDMS (מוכן בשלב 2) על המדגם (עם שני UV להתנגד וPMMA). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכניס אותו לתוך תא עם סביבת חנקן.</li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את מנורת UV לרפא במשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פיל עובש PDMS את המדגם ואת התבנית על תבנית PDMS מועבר למדגם. </li></ol> 4. תהליך המראת Cr <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יון תגובת תחריט שכבת שייר של UV להתנגד וPMMA הערה: ניתן למצוא SOP לICP מכונה בhttps://www.nanocenter.umd.edu/equipment/fablab/sops/etch-07/Oxford%20Chlorine%20Etcher%20SOP.pdf <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחבר RIE ICP מכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטעון פרוסות סיליקון 4 אינץ &#39;ריקות. הפעל את המתכון הנקי במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את פרוסות סיליקון ריקות החוצה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר המדגם על עוד פרוסות סיליקון נקיות ולטעון אותו לתוך המכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את UV להתנגד מתכון תחריט למשך 2 דקות (ניתן למצוא את המתכון בטבלה 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח לדוגמא את. לטעון פרוסות סיליקון 4 אינץ &#39;ריקות. המתכון הנקי להפעיל מחדש (ניתן למצוא בטבלה המס &#39;1) במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר המדגם על פרוסות סיליקון נקיותולטעון אותו לתוך המכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את מתכון תחריט PMMA (ניתן למצוא בטבלה המס &#39;1) במשך 2 דקות. הערה: עכשיו השייר להתנגד כבר חרוט ואת המצע חשוף. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Cr E-קרן אידוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> היכנס למאייד קורה אלקטרוני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את מקור Cr מתכת ומדגם לתוך התא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את העובי (20 ננומטר) ושיעור בתצהיר (0.03 ננומטר / sec). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשאוב את התא עד ואקום הנדרש (10 -7 Torr) הוא הגיע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל את התהליך בתצהיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח לדוגמא לאחר הגימורים בתצהיר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> CR-הרם את נוהל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטבול את המדגם באצטון עם תסיסה קולית במשך 5 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את המדגם על ידי שטיפה עם אצטון, מתנול וisopropanol. הערה: Cr התאדה בלהתנגד יוסר וממסכת Cr לתחריט מצע נוצר. </li></ol></li></ol> 5. Tio 2 חוגosition <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדגם עומס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הפרמטרים למכונה המקרטעת magnetron הנוכחי הישירה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בלחץ קאמרי של 1.5 mTorr, זרימת Ar של 100 SCCM וכוח המקרטעת של 130 W. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בטמפרטורה של 27 מעלות צלזיוס ומהירות סיבוב של שלב 20 סל&quot;ד. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל את תהליך גמגום ולעצור בעובי רצוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח לדוגמא את ולחשל את סרט Tio 2 בסביבת חמצן ב 300 מעלות צלזיוס במשך 3 שעות. </li></ol> 6. חדות גבוהה פומפייה תחריט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחבר במכונה פלזמה בשילוב אינדוקטיבי (ICP) תחריט יון תגובתי (RIE). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דוד תחריט 2 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לטעון פרוסות סיליקון 4 אינץ &#39;ריקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל ולהפעיל את המתכון הנקי (ניתן למצוא בטבלה המס &#39;1) במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפרוק לטעון הרקיק הריק ולטעון את המדגם עם מסכת Cr. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדרת זמן תחריט. התחל Tio 2 מתכון תחריט. אוטומטי רצון תהליך התחריטmatically לעצור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפרוק את המדגם. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> SiO 2 תחריט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלב 5.2 מלבד להשתמש במתכון תחריט SiO 2. </li></ol></li></ol> מדידת 7. החזרה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחבר ולהפעיל את מערכת המדידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המראה סטנדרטי החזרה על בעל המדגם וליישר את הנתיב האופטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכייל את המערכת להחזרת 100%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את המראה סטנדרטי החזרה ולמקם HCG. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את ההחזרה של HCG. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את הנתונים ולהתנתק ממערכת המדידה. </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>

למחברים אין מה לחשוף.

ראשית, האיכות של סרט Tio 2 היא חיונית מאוד לביצוע HCG. שיא ההחזרה יהיה גבוה יותר אם הסרט Tio 2 יש פחות אובדן וחספוס פני השטח. סרט Tio 2 עם שבירה גבוהה יותר הוא גם נוח כי כליאת המצב האופטית תהיה משופרת על ידי ניגודיות גבוהה יותר במדד, אשר יכול להצמיח שטוח ולהקת החזרה רחבה יותר בHCG. שנית, תהיה שגיאות ייצור השפעות משמעותיות על HCG ויש להימנע. החספוס הציג בייצור יגרום אור יותר להיות ...

החברה המודרנית שלנו לא תשרוד בלי לזוז חלק משמעותי של צריכת אנרגיה למקורות אנרגיה מתחדשים. כדי שזה יקרה, אנחנו צריכים למצוא דרך לקצור אנרגיה מתחדשת בעלות נמוכה יותר מאשר מקורות אנרגיה מבוסס נפט בעתיד הקרוב. אנרגיה סולארית היא האנרגיה מתחדשת הנפוצה ביותר על פני כדור הארץ. למרות שהרבה התקדמות נעשה בקצירת אנרגיה סולארית, זה עדיין מאוד מאתגר להתחרות עם מקורות אנרגיה מבוסס נפט. שיפור היעילות של תאים סולריים הוא אחת הדרכים היעילה ביותר להפחית את עלות המערכת של קצירת אנרגיה סולארית. עדשות אופטיות ומחזירי מנה משמשים בדרך כלל בפוטו המרוכז רוב המערכות (CPV) 1 כדי להשיג ריכוז גבוה של כוח שכיחות שמש בתאים הסולריים הקטן באזור, כך שזה מבחינה כלכלית לנצל תאים סולריים רב-צומת בד בבד יקר 2 ב מערכות CPV, וכדי לשמור על סבירהתעלה באותו הזמן. עם זאת, עבור רוב מערכות פוטו הלא מרוכזות, אשר בדרך כלל דורשות תשלום שטח גדול של תאים סולריים, לא יכולים להיות משולבים התאים הסולריים טנדם העלות גבוהה, למרות שיש להם בדרך כלל תגובה רחבה יותר שמש ספקטרום ויעילות המרה כוללת גבוהה מ תאים סולריים צומת יחידה 3. לאחרונה, עם העזרה של אופטיקה פיצול ספקטרום המקבילה (כלומר אלמנט נפיצה), בטכנולוגית פוטו פיצול ספקטרום המקבילה 4 הפכה זה אפשרי כי כיסוי ספקטרום דומה או טוב יותר ויעילות המרה ניתן להשיג ללא שימוש בתאים סולריים טנדם היקר. ספקטרום השמש ניתן לפצל להקות שונות וכל להקה יכולה להיספג ומרת חשמל על ידי התאים הסולריים יחידה צומת המיוחדות. בדרך זו, ניתן להחליף התאים הסולריים טנדם היקר במערכות CPV ידי הפצה מקבילה של תאים סולריים חד-צומתים ללא כל פשרה בביצועים. האלמנט נפיצה שתוכנן בדוח זה יכול להיות מיושם במערכת CPV רעיוני (המבוסס על מחזירי מנה) לממש את פיצול ספקטרום מקביל להתייעלות שמש-חשמל ההמרה ועלות מופחתת. שבכות רב שכבתי ניגודיות גבוהה (HCG) 5 משמשת כאלמנט נפיצה על ידי עיצוב כל שכבה של HCG לעבוד כרפלקטור להקה אופטי. המבנים והפרמטרים של האלמנט נפיצה מותאמים מבחינה מספרית. יתר על כן, הייצור של שבכות ניגודיות גבוהות לאלמנט נפיצה באמצעות דיאלקטרי (Tio 2) המקרטעת, ליתוגרפיה nanoimprint 6 ותחריט יון תגובתי הוא למד והפגין.

<table><tbody><tr><td>184 ערכת אלסטומר סילקון</td><td>סילגארד</td><td></td><td>פולידימתילסילוקסן (PDMS)</td></tr> <tr><td>פרוסת סיליקון 4 אינץ'</td><td>פרוסת סיליקון 4</td><td></td><td></td></tr><tr><td>אינץ' פרוסת סיליקה התמזגה</td><td>Universitywafer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly (מתיל מתקרילט)</td> <td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>182265</td><td></td></tr><tr>עמיד <td></td><td></td><td>לריפוי UV</td><td>ולא זמין בשוק</td></tr><tr><td>PlasmaLab System 100</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td>ICP IRE מכונת</td></tr><tr><td>ריפוי UV לייצור</td><td></td><td></td> ננו-טביעות <td>לא זמין בשוק</td></tr><tr><td>Ocean Optics HR-4000&nbsp;</td><td>אופטיקה אוקיינוס</td><td>HR-4000</td><td>ספקטרומטר עם גלאי רגיל</td></tr><tr><td>Lambda 950 UV / VIS</td><td>Perkinספקטרומטר אלמר</td><td></td><td>עם גלאי אינטרגרציה בחצי הכדור</td></tr><tr><td>JSM-7001F-LV</td><td>JEOL</td><td></td><td>פליטת שדה SEM</td></tr><tr><td>DC מכונת</td><td></td><td></td> התזה מגנטרון <td>ציוד נמצא במעבדות HP, שעזר לנו לרסס את מאייד הקרן האלקטרונית TiO2</td></tr><tr><td>Metal</td><td>טמסקל</td><td>BJD-1800</td><td></td></tr></tbody></table>

המצאה של gratings ניגודיות הגבוה לפיצול הספקטרום dispersive האלמנט במערכת פוטוולטאית מרוכזת

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

סורגים בעלי ניגודיות גבוהה מתוכננים ומיוצרים ויישומם מוצע באלמנט פיזור מפצל ספקטרום מקביל שיכול לשפר את יעילות ההמרה הסולארית של מערכת פוטו-וולטאית מרוכזת. המערכת המוצעת גם תוריד את עלות התאים הסולאריים במערכת הפוטו-וולטאית המרוכזת על ידי החלפת התאים הסולאריים הטנדם היקרים בתאים סולאריים חד-צומתיים חסכוניים. המבנים והפרמטרים של סורגי ניגודיות גבוהה עבור האלמנטים המפזרים עברו אופטימיזציה מספרית. ייצור שטח גדול של סורגים בעלי ניגודיות גבוהה הודגם בניסוי באמצעות ליתוגרפיה ננו-טביעת ותחריט יבש. איכות חומר הסורג וביצועי המכשיר המיוצר אופיינו שניהם בניסוי. על ידי ניתוח תוצאות המדידה, נדונות תופעות הלוואי האפשריות מתהליכי הייצור ומוצעות מספר שיטות בעלות פוטנציאל לשפר את תהליכי הייצור, שיכולות לעזור להגביר את היעילות האופטית של המכשירים המיוצרים.

איור 1 מציג את היישום של האלמנט נפיצה (צורם ניגודיות גבוהה multilayer (HCG)) במערכת פוטו מרוכזת. אור השמש משתקף ראשון במראה הראשוני ופוגע באלמנט נפיצה רעיוני, שבו הקרן באה לידי ביטוי והתפצל ללהקות שונות של אורכי גל שונים. כל להקה לפגוע במיקום מסוים במערך התאים הסולרי לקליטה הטובה ביותר וההמרה לחשמל. המפתח למערכת זו הוא התכנון וביצוע של האלמנט נפיצה, שמורכב ממספר השכבות של HCG. איור 2</str...

מודגם ייצור סורגים בעלי ניגודיות גבוהה כאלמנט מפזר הספקטרום המקביל במערכת פוטו-וולטאית מרוכזת. מתוארים תהליכי ייצור הכוללים ליתוגרפיה של ננו-טביעה, התזת TiO2 ותחריט יונים תגובתי. תוצאות מדידת השתקפות משמשות לאפיון הביצועים האופטיים.

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

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

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא להדגים את הייצור של רכיב לפיצול ספקטרום בניגודיות גבוהה במערכת פוטו-וולטאיות רכזת. דבר זה מושג על ידי ביצוע ליתוגרפיית חתימה ננומטרית של PDMS על מצע זכוכית של טיטניום דו-חמצני המכוסה בשכבה של פוטורזיסט הניתן לפתיעה ב-UV. כשלב שני, שאריות הפוטורזיסט מהחתימה הננומטרית מוסרות בתהליך תערוכה, ומסכת קשיחה של כרום עם תבנית מיוצרת באמצעות טכניקות lift-off.בשלב הבא נעשה שימוש בחריטה יונה ריאקטיבית (reactive ion etching) ליצירת מערך הדירוג של הטיטניום דיאוקסיד והזכוכית, בהתבסס על תוצאות מדידה מספקטרומטר. הדירוג בעל הניגודיות הגבוהה שהוכן מציג רפלקטנציה רחבת-פס שניתן להשתמש בה כרכיבים מפזרים במערכת פוטו-וולטאיות רכזת. הרעיון לשיטה זו עלה תחילה כאשר גילינו שבניגוד לסריגים רגילים, סריגי טיטניום דיאוקסיד בעלי ניגודיות גבוהה אלה מציגים פרופיל רפלקטנציה יוצא דופן.לפיכך, ניתן להשתמש בו כדי לבנות רכיב מפיץ לפיצול ספקטרום, אשר ישפר משמעותית את ספיגת האנרגיה בתאי שמש בעלי צומת יחיד בעלות נמוכה. היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון שימוש בטכנולוגיית תאי שמש רב-צומתים יקרים לספיגת אור שמש רחב-סרט, הוא שהסריגים מציעים יעילויות ספיגה גבוהות יותר בעלות ייצור נמוכה יותר, וגרפיקה בהטבעה (imprint graphy) היא טכנולוגיית ייצור בעלות נמוכה ובתפוקה גבוהה המתאימה לייצור סריגים בעלי ניגודיות גבוהה בשטחים גדולים. כדי להתחיל את תהליך המיקרו-ייצור, הניחו פרוסת סיליקון נקייה בתוך מיבש ואקום מזכוכית והוסיפו טיפה אחת של טריכלוראתילן נוזלי לכוס כימית קטנה בתוך המייבש.סגרו את מכסה המייבש והוציאו את האוויר מהתא עד שהמד יירד מתחת לאטמוספירה אחת. לאחר מכן, סגרו את ווסת הוואקום של המקור ואפשרו לפתרון ה-sine המאודה לצפות את פני השבב במשך חמש שעות תחת ואקום סטטי. לאחר הטיפול, שחררו את הוואקום והוציאו את השבב מהמייבש.בשלב הבא, מודדים 10 גרם של PDMS וגרם אחד של חומר מעבדה (curing agent) עבור ה-PDMS. בכלי זכוכית (beaker) בגודל בינוני, מערבבים את שני החלקים באופן אחיד בעזרת מוט זכוכית, ומניחים את הכלי בתוך דסיקטור ואקום למשך 20 עד 30 דקות כדי להוציא את כל בועות האוויר מהתערובת. לאחר הוצאת הגזים, מניחים את הפרוסה (wafer) בתוך צלחת פטרי מפלסטיק ושופכים באיטיות את ה-PDMS על פרוסת הסיליקון. מעבירים את הפרוסה לתנור ואקום ומקשחים את ה-PDMS למשך שבע שעות בטמפרטורה של 80 °C.לבסוף, הוציאו את ה-PDMS שהתגבש מהתנור והניחו לסרט הפולימר להתקרר לטמפרטורת החדר. התחילו עם חתיכה נוספת של פרוסת סיליקון והניחו את התשתית על מכשיר spin coater. טפטפו 12 טיפות של פוטורזיסט (photo resist) הניתן להקשיה ב-UV על הפרוסה, ובצעו ציפוי בסבב (spin coating) במהירות של 1500 RPM למשך 30 שניות בעוד הפוטורזיסט עדיין רטוב.הסיר בזהירות חלק מה-PDMS שהספיק להקשיח מהוופר הקודם, והדבק בעדינות את ה-PDMS על ה-Resist הניתן להקשיה באמצעות UV. השאר את ה-PDMS במגע עם הפוטו-רזיסט למשך חמש דקות, וקלף בזהירות את ה-PDMS מתשבית הפוטו-רזיסט כדי ליצור טביעה של תבניות המדרגות על שכבת הפוטו-רזיסט הרכה. הדבק בעדינות את סרט ה-PDMS על תבנית מאסטר מסיליקון קיימת המכילה את תבליטי השלילה הרלוונטיים.הניחו את השילוב של ה-PDMS ומשטח המאסטר מסיליקון בתנור UV והדליקו את מנורת ה-UV כדי להקשות את שכבת הפוטורזיסט הרכה הכלואה ביניהם למשך חמש דקות תחת האטמוספירה של חנקן. לאחר ההקשיה, קלפו את תבנית ה-PDMS ממשטח המאסטר מסיליקון. כתוצאה מכך, פני השטח של ה-PDMS אמורים להכיל כעת שכבה דקה של פוטורזיסט שהוקשה, עם תבליט פני שטח התואם למבני הננו-גרדיאנט.לבסוף, טפלו במשטח הפוטורזיסט המקשוח בניקוי מהיר של פלזמת חמצן RF. לאחר מכן, הניחו את תבנית ה-PDMS במייבש ואקום והדגירו עם טיפה אחת של trichlorethylene למשך שעתיים. התבניות על תבנית הננו-הטבעה של הפוטורזיסט PDMS מוכנות כעת להעברת תבנית לכל מצע נתון.כדי להתחיל, הניחו על צ'אק של מכשיר סיבוב (spin coater) פרוסת סיליקה מותכת (fused silica) הכוללת שכבה של 340 nanometer של טיטניום די-אוקסיד ששוקעה בשיטת sputtering על פני השטח שלה. טפטפו שמונה טיפות של PMMA על הפרוסה ובצעו ציפוי סיבובי (spin coating) למצע במהירות של 3,500 RPM למשך 50 שניות. העבירו את הפרוסה לפלטה חמה שחוממה מראש ל-120 °C ובצעו אפייה קשיחה (hard bake) ל-PMMA למשך חמש דקות.לאחר קירור הפרוסה לטמפרטורת החדר, החזירו את מצע המכשיר אל גוף הסיבוב (spin chuck). טפטפו שמונה טיפות של רזיסט הניתן להקשיה באמצעות UV על פני השטח ובצעו ציפוי בסיבוב (spin coat). את השכבה השנייה של הרזיסט יש להנחיה במהירות של 1500 RPM למשך 30 שניות.פרוסת המכשיר שהתקבלה מוכנה לשלב העברת ההדפסה הננומטרית (nano imprinting) בעוד רכיב ה-UV resist עדיין רטוב. הניחו בעדינות את תבנית ה-PDMS עם ההדפסה הננומטרית, כאשר צד תכונות ה-resist שהתקשחו פונה כלפי מטה, במגע עם פני שטח רכים של UV resist. הכניסו את כל ה"סנדוויץ'" לתנור UV והקשיחו את שכבת ה-resist הרטובה תחת הקרנת UV למשך חמש דקות באטמוספירה של חנקן.לאחר שה-UV resist התב curing, קלפו את תבנית ה-PDMS מהוופר של המכשיר כדי להסיר את ה-UV resist שנותר באזורים השקועים של מבני המדורגות. העבירו את הוופר למכשיר חריטה ב-inductive coupled plasma והפעילו את תכנית החריטה של ה-UV resist עם פלזמת חמצן למשך שתי דקות בסוף שלב זה. כעת אמורה להיות חשיפה של ה-PMMA התחתי באזורים השקועים של הננו-מבנה.על מנת להסיר את שכבת ה-PMMA החשופה ולחשוף את שכבת הטיטניום די-אוקסיד שמתחתיה, בחרו בתוכנית תסריס ה-PMMA מקונסולת ה-Etcher והפעילו טיפול בפלזמת חמצן למשך שתי דקות. בשלב זה, פרוסת המכשיר מוכנה לשלבי שיקיעת מתכת ותבנית אשר יגדירו את המאפיינים הסופיים של הננו-דירוג. ליצירת מסכת תסריס כרום על גבי הטיטניום די-אוקסיד.ראשית, הוצא את הפרוסה מהמכשיר לצריבה בפלזמה והעבר את התשתית למאייד מתכת באמצעות קרן אלקטרונים המכיל מקור של כרום. לאחר ריקון התא, המס את מקור המתכת והשקע 20 nanometers של כרום בקצב של 0.03 nanometers לשנייה. הוצא את הפרוסה מהמאייד בקרן אלקטרונים והטבל את התשתית בתוך כלי זכוכית מלא באצטון.לאחר מכן, הניחו את המיכל בתוך מכשיר אולטרסוניק והפעילו את המכשיר למשך חמש דקות בטמפרטורת החדר. על ידי הפעלת רעידה אולטרסונית על גבי השבב, הממס ימיס במהירות את שכבת ה-PMMA שמתחתיה, ובכך ישחרר כל כרום שלא היה כבר במגע הדוק עם פני השטח של הטיטניום דאוקסיד. כתוצאה מכך, מערך תבניות הכרום היציבות שנותרו על השבב יגדירו את הגאומטריה הסופית של הדירוג באמצעות פינצטה.הוציאו את ההתקן מאמבט האצטון והסִירו את כל שאריות ה-PMMA ופירורי המתכת הרפואים באמצעות סדרת שטיפה של אצטון, מתנול ואיזופרופנול. ייבשו את פרוסת הסיליקון (wafer) באמצעות זרם עדין של חנקן או אוויר דחוס ובדקו בקצרה תחת מיקרוסקופ אם קיימים פגמים בפרוסה. לאחר מכן, העמיסו את הפרוסה למכשיר תכשיט הפלזמה (plasma etcher), הפעילו את פרוטוקול התכשיט עבור טיטניום dióxido, פריקו את הפרוסה לאחר התהליך, ואששו תחת המיקרוסקופ את הסרת שכבת הטיטניום dióxido החשופה כדי להגדיר את תכונות תת-המדרג של הזכוכית שמתחת לטיטניום dióxido.החזירו את הפרוסית (wafer) אל תא התססית של הפלזמה והתחילו את מתכון התססית של הסיליקה (silicon dioxide). הוציאו את התשתית ובדקו את הפרוסית לאיתור פגמים תחת המיקרוסקופ. לבסוף, הסירו את מסיכת הקרומיום הקשיחה באמצעות חומצה מהירה.חריטת תבנית הטיטניום דו-חמצני החשופה ותעלות השקיעה בזכוכית מייצגות את המבנה הסופי של המדרג בעל הניגודיות הגבוהה. כדי למדוד את ההחזר רחב-הסרט של מדרג תחמוצת הטיטניום, התחל בהפעלת מערכת המדידה האופטית והנח מראת סטנדרט לרפרנס על תומך הדגימה.יישרו את מחזיק הדגימה לנתיב הקרן הפוגעת וכיילו את הגלאי כך שהחזרנות הכוללת הנמדדת מהמראה הסטנדרטית תהיה ברמה תיאורטית של 100%. לאחר מכן, החליפו את המראה הסטנדרטית בסידור של תחמוצת טיטניום בעלת ניגודיות גבוהה והתחילו את מדידת החזרנות רחבת הפס של ההתקן. שמרו את נתוני המדידה והתנתקו ממערכת המדידה תוך כדי העלאת טמפרטורת המצע.תהליך ההספוטר של המתכת גורם לגודל גrains גדול יותר של טיטניום דו-חמצני ולמדד שבירה גבוה יותר. כאשר בוחנים זאת תחת מיקרוסקופ אלקטרונים, חספוס הפני השטח הגבוה שלו הופך אותו לחומר לא רצוי לשכבת ציפוי עליונה בהשוואה לשכבות תחמוצות מתכת שהופקדו בטמפרטורות נמוכות יותר. ניתן לראות בבירור את יחס הגובה לרוחב (aspect ratio), זווית הדופן, הפסיעה (pitch) ורוחב הקו של מבנה הציפוי הדו-שכבתי בהשוואה לנתוני הרפלקטנס שנמדדו.באמצעות גלאי רגיל בעל זווית קבלה קטנה. גלאי כדורי בעל זווית קבלה רחבה יותר יכול ללכוד ולאפיין את רפלקטנציית המדרג והפיזור ממשטחי תחמוצות מתכת מחושלים יותר. כפי שעולה מהנתונים, עלייה קלה במקדם השבירה עשויה להוביל לעלייה דרמטית ברוחב פס הרפלקטנציה.יתרה מכך, ככל שזווית הדופן רחוקה יותר מזווית ישרה מושלמת, רוחב פס השתקפות (reflectance bandwidth) מידרדר באופן דרמטי. ברגע שהטכניקה נשלטת, ניתן לבצעה תוך מספר שעות אם היא מבוצעת כראוי. חשוב לזכור לבקר את הפגמים במהלך תהליך ההטבעה.לאחר צפייה בסרטון זה, תהיה לכם הבנה טובה לגבי אופן הייצור של סריגים בניסיוניות גבוהה ובשטחים נרחבים, באמצעות טכניקות הדפסת ננו, והחלתם על ארכיטקטורת מערכת photo botta.

fabrication-high-contrast-gratings-for-spectrum-splitting-dispersive

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

סיליקון polycrystalline סרט דק תאים סולריים על זכוכית מיוצרים על ידי הפקדת שכבות בורון וזרחן סיליקון מסוממים ואחריו פסיבציה, פגם גבישים ו metallisation. Plasmonic אור השמנה הוא הציג על ידי יצירת חלקיקים שמייצרת חברת על משטח סיליקון תא כתרים עם רפלקטור מתפזרת וכתוצאה מכך שיפור ~ פוטוני 45%.

סיליקון polycrystalline תאים סולאריים סרט דק עם plasmonic משופרת אור השמנה

אסטרטגיה כללית לפיתוח של הפרדת תשלום מרוכבים מוליכים למחצה ננו פריסה לייצור אנרגיה סולארית מוצגת. אנו מראים כי הרכבה של תחומי התורם acceptor ננו בגיאומטרית nanoparticle אחת מעורר פונקצית הפוטו, בעוד בתפזורת-heterojunctions של-acceptor תורם ננו סרטים יכול לשמש להמרת אנרגית פוטו.

קצירת אנרגיה סולארית באמצעות תשלום פרדת Nanocrystals והמוצק שלהם

מכשיר משולב, כוללים יחידות השמדת תא ושלישיית שלישייה סולרית צבען רגיש עד המרה הופק, ונותן קצירת אור משופר, מסעיף רחב יותר של ספקטרום השמש. תחת רמות קרינה צנועות תגובה משופרת באופן משמעותי לפוטוני אנרגיה נמוכים הודגמה, מניב שיא דמותו של הכשרון עבור תאים סולריים צבען רגיש.

שילוב מערכת Up-המרת שלישיית שלישיית השמדה כדי לשפר רגיש-Dye תגובת תאי שמש לאור תת bandgap

הליך ניתוח פרוטוקול מדידת נתונים ניתן להשגת לכידות רוחביות של מקור קרינת synchrotron רנטגן לאורך ארבעה כיוונים בו זמנית באמצעות שלב שחמט יחיד 2-D צורמת. טכניקה פשוטה זו יכולה להיות מיושמת לאפיון קוהרנטיות רוחבי מלא של מקורות רנטגן ואופטיקה רנטגן.

מדידת רנטגן Beam קוהרנטיות לאורך כיוונים מרובים באמצעות 2-D דמקה שלב פומפיה

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפברק תאים סולריים אורגני סרט דק באמצעות coater למות מיני חריץ ומאפייני מבנה אונליין הקשורים באמצעות טכניקות פיזור synchrotron.

ייצור הדפסת תאים סולריים heterojunction הגורף באתרו אפיון מורפולוגיה

פרוטוקול זה מתאר את בתצהיר סינתזת פתרון של שכבת nanocrystals אורגנית אחר שכבה לייצר אלקטרוניקת סרט דקה על משטחים שאינם מוליכים. דיו מרכך מיוצב יכול לייצר התקנים פוטו מלאים על מצעי זכוכית באמצעות ציפוי ספין ומרסס בעקבות הדיאלוג ליגנד sintering שלאחר בתצהיר.

המצאה של התקנים פוטו ננו אורגניים לגמרי פתרון מעובד

אנו מציגים מחקר מקיף על ההשפעות של שיטות ייצור שונות עבור שכבות דקות perovskite אורגניות / אורגניות על ידי השוואת מבנים גבישיים, צפיפות מצבים, רמות אנרגיה, ובסופו של דבר ביצוע תאים סולאריים.

השפעת שיטות ייצור perovskite היברידיות על יצירת סרט, מבנה אלקטרוני, ואת ביצוע תאים סולאריים

כפיל אכרומטי על זכוכית (ADG) פרנל עדשה עושה שימוש בחומרים שני עם פיזור שונות כדי להפחית אברציה כרומטית להגביר את ריכוז השגה. בנייר זה, מוצג עבור אפיון מלא עדשת פרנל ADG פרוטוקול.

הערכת ניסיוני מקורה של יעילות, Irradiance שתאכלו כפיל אכרומטי על זכוכית (ADG) עדשת פרנל ריכוז Photovoltaics

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לפתח ביצועים גבוהים פער/Si heterojunction השמש תאים עם חיים גבוהה של המיעוט-המוביל סי.

פיתוח תאים סולריים ביצועים גבוהים פער/סי Heterojunction

נייר זה הוא הדגמה והנחיה לבצע ולנתח בתוך הבית (עם מכשיר רנטגן מעבדה) בניסויים GISAXS situ של ייבוש דיו על רול לגלגול חריץ למות מצופה, לא פולרן אורגני פוטו וולטאי.

באתרו שכיחות מרעה פיזור רנטגן זווית קטנה על ציפוי רול לגלגול של תאים סולריים אורגניים עם מכשור רנטגן מעבדה

פרוטוקול זה מתאר בנייה של אטלון פברי-פרו בעלות נמוכה, בדיד, מצומד סיבים ומרווח אוויר, עם יישומים שונים, כגון בספקטרוסקופיית גז עקבות. הייצור אפשרי בכל מתקן עם ציוד מעבדה אופטי סטנדרטי זמין.

ייצור אטאלון פברי-פרוט בעלות נמוכה, מצומד סיבים ומרווח באוויר

למד לייצר גרידים בעלי ניגודיות גבוהה לפיצול ספקטרום במערכות פוטוולטאיות מרוכזות באמצעות ליתוגרפיית ננו-חותמת וחיטוף יוני תגובתי. שיטה זו משפרת ביצועים אופטיים ומייעלת המרת אנרגיה.

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

גלה סרטונים נוספים