שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

המטרה הכוללת של טכניקת הדפסת העברה זו היא לספק מתודולוגיה בת קיימא לשילוב ננו-מבנים פלזמוניים פונקציונליים במכשירים כגון תאים סולאריים. שיטה זו יכולה לעזור לקדם את היישום המעשי של מכשירים של מבני מטא ננו כגון תאים סולאריים פריזמיים. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להכניס במהירות, רצוי או מתוכנן מבני מטא ננו למבני מכשירים קיימים ולגרום לשינויים משמעותיים בתהליך הייצור המקורי.

למרות ששיטה זו פותחה, במיוחד עבור תאים סולאריים, ניתן ליישם אותה גם על מכשירים אחרים המשתמשים בתכונות פלזמוניות כגון דיודות וחיישנים פולטים ימין. כדי להתחיל, הגדר תבנית חור ננו למיכל פוליטטרפלואורואתילן. במקום הבא, 0.76 גרם קופולימר ויניל מתיל סובוקסן דימתיל סובוקסן לבקבוק זכוכית חד פעמי.

השתמש במיקרו פיפטה עם קצה פוליפרופילן חד פעמי כדי להוסיף שישה מיקרוליטר של קומפלקס פלטינה די ויניל טטראתיל דיאוקסאן לקופולימר. לאחר מכן, השתמש במיקרו פיפטה עם קצה פוליפרופילן חד פעמי כדי להוסיף 24 מיקרוליטר של 2 4 6 8 טטרה טטרה ויניל cyclo tetra suboxane לקופולימר, ולערבב את התמיסה. שנה בקצרה את הנפחים הללו במידת הצורך, כדי להישאר באותו יחס עם הקופולימר.

לאחר מכן מוסיפים לבקבוק הזכוכית 240 מיקרוליטר של מתיל הידרוס, קופולימר לאן דימתיל סובוקסאן, ומערבבים אותו במהירות בעזרת פיפטת זכוכית חד פעמית, נושפים את פני התערובת בחנקן בקצרה, ולאחר מכן יוצקים את הפולימר הקדם-PDMS הקשיח שנוצר על תבנית מעוצבת זמינה מסחרית שהונחה על ציפוי ספין קוטר ספין את התבנית ב-1000 סל"ד למשך 40 שניות כדי להשיג עובי שכבה של כ-40 מיקרון. לאחר מכן הכניסו את הדגימה המצופה ספין לתא שחומם מראש ל-65 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות. כדי להצליב לזמן קצר את ה-PDMS הקשיח במהלך החימום, מערבבים שישה גרם סיליקון עם 0.6 גרם זרז בבקבוק זכוכית חד פעמי.

שנה את כמות הזרז במידת הצורך כדי לשמור על יחס של 1 ל -10 עם הסיליקון. לאחר מכן מניחים את בקבוק הזכוכית במייבש ואקום ומורחים ואקום של כ-133 פסקל למשך 15 דקות כדי להסיר את התערובת. לאחר מכן, שפכו במהירות את תערובת ה-DGAs על התבנית המחוממת על מנת ליצור שכבת PDMS רכה בעובי של כשלושה מילימטרים.

הנח את הדגימה שהתקבלה בחזרה לתוך ייבוש הוואקום והוציא את הדגימה למשך שעה נוספת. לאחר מכן העבירו את דגימת הדגה לתא החימום וחממו מטמפרטורת החדר עד 80 מעלות צלזיוס בקצב של כשלוש מעלות צלזיוס לדקה. שמור את הדגימה בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס למשך חמש שעות כדי להצליב את ה-PDMS הקשים והרכים לחלוטין לאחר קירור הדגימה לטמפרטורת החדר.

קלף את חותמת ה- PDMS בזהירות מהתבנית. השתמש שוב בתבנית עד חמש פעמים להכנת חותמות נוספות במידת הצורך. חותכים את חותמת עמוד הננו המתקבלת לחתיכות של שבעה מילימטר על שבעה מילימטר בעזרת סכין ומאחסנים אותם באוויר עד לשימוש.

בנוסף, הכן את תמיסת שכבת קשירת הקופולימר של הבלוק ומצעי סיליקון מיקרו-קריסטליים מוקשים כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. שטפו את חותמות ה-PDMS ב-30 מיליליטר אתנול באמצעות אמבט קולי למשך 15 דקות, ולאחר מכן יבשו את החותמת על ידי ניפוחה בחנקן טהור. לאחר מכן, השתמש בסרט דבק דו צדדי כדי להדביק את חותמות ה-PDMS המנוקות על מחזיק דגימה.

לאחר מכן הניחו את הדגימות במערכת אידוי קרן אלקטרונים והניחו סרט כסף בעובי של 10 עד 80 ננומטר על הבולים באמצעות קצב שקיעה של חמישה עד 10 אנגסטרומים לשנייה ולחץ של כ-3.5 כפול 10 למינוס ארבע פסקל. הוציאו את החותמות המצופות כסף ממערכת האידוי והשתמשו בהן מיד בשלב הדפסת ההעברה. קח את מצעי הסיליקון של הסרט הדק שהוכנו כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה וסובב אותם בציפוי של 0.3 מיליליטר של תמיסת קשירת קופולימר הבלוק ב-5,000 סל"ד למשך 40 שניות.

לאחר מכן, הרטיבו את פני המצעים המצופים באתנול באמצעות מיקרו פיפטה דיגיטלית, ולאחר מכן מרחו את חותמת ה-PDMS המצופה כסף ברכות על המשטח הרטוב של האתנול. אל תלחץ על ה-stamp כאשר אתה מחיל את ה-PDM stamp על קצב המשנה. אנא הימנע מללחוץ עליו.

מספיק רק ללחוץ. החותמת יוצרת באופן ספונטני מגע אינטימי בין קצב פני השטח עקב מתח הפנים של אתנול. לאחר מכן, הניחו את מצע הסיליקון הדק יחד עם חותמת לתוך תא ואקום ומרחו ואקום של כ-133 פסקל.

לאחר חמש דקות, מלאו את תא הוואקום באוויר והוציאו את מצע הסיליקון הדק. הסר את החותמת ממצע הסיליקון של הסרט הדק על ידי החזקת שני הצדדים של פינצטת החותמת כדי להעביר דיסקי ננו כסופים מודפסים. אם הצליח, עקבות ההטבעה נראים כנקודה ירוקה יותר.

שטפו את מצע הסיליקון הדק המועבר בזרימה רציפה של אתנול למשך 15 שניות, ולאחר מכן יבשו את המצע על ידי נשיפה עליו בגז חנקן. לאחר מכן, הנח את מצע הסיליקון המודפס בסרט דק לתוך תא התהליך של מערכת פלזמה ארגון. שואבים את האוויר בתא התהליך למשך כחמש דקות על מנת להשיג לחץ של כ -20 פסקל.

לאחר מכן פתח את השסתום של קו הגז ארגון והתאם ידנית את קצב הזרימה לכארבעה SCCM או כל קצב זרימה הדרוש ליצירת פלזמה. המתן כחמש דקות עד שהלחץ יתייצב ל -40 פסקל. לאחר מכן הפעל את המערכת כדי ליצור פלזמת ארגון למשך 108 שניות.

לבסוף, סגור את השסתום של קו הגז, הפסק לשאוב ומלא אוויר לתא התהליך כדי להוציא את מצעי הסיליקון המודפסים של הפלזמה שנקה, העביר אותם. עקוב אחר שאר פרוטוקול הטקסט הנלווה לפרטים כיצד להשלים את הייצור של התא הסולארי מסיליקון סרט דק ולמדוד את היעילות והתפוקה שלו. תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקות אלה של מערך ננו-דיסק הכסף המתקבל על מצעי סיליקון מיקרו-קריסטליים מוקשים מציגות בבירור כמה מהתכונות הננומטריות המשולבות בתכנון.

קוטר דיסקות הננו הוא 200 ננומטר בממוצע. המרחק בין המרכז למרכז הוא 460 ננומטר בממוצע ועובי דיסקות הננו הכסופות הוא 40 ננומטר בממוצע. ספקטרום היעילות הקוונטית החיצוני של התאים המיוצרים מוצג כאן בהשוואה לתא ייחוס.

התא המשולב בננו דיסק כסף הראה אותות גבוהים יותר בטווח אורכי הגל הארוך של 650 עד 1, 100 ננומטר. שיפור סלקטיבי באורך גל כזה מצביע בבירור על ההשפעה המועדפת של דיסקי ננו כסף פעילים של פלזמון לשימוש בתאים סולאריים. כלומר לכידת אור פלזמוני פעם אחת יש להשלים את תהליך הדפסת ההעברה תוך פחות מ-30 דקות אם הוא מבוצע כראוי.