転写印刷により水素化微結晶シリコン太陽電池の光トラッピング銀ナノ構造の統合

Hidenori Mizuno; Hitoshi Sai; Koji Matsubara; Hidetaka Takato; Michio Kondo

doi:10.3791/53276

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方法論記事

転写印刷により水素化微結晶シリコン太陽電池の光トラッピング銀ナノ構造の統合

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DOI:

10.3791/53276

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2015年11月9日

Hidenori Mizuno¹ , Hitoshi Sai² , Koji Matsubara² , Hidetaka Takato¹ , Michio Kondo¹

¹Renewable Energy Research Center, Fukushima Renewable Energy Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Koriyama, Fukushima, Japan, ²Research Center for Photovoltaic Technologies, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Ibaraki, Japan

この記事について

サマリー

太陽電池にプラズモン金属ナノ構造を導入するための実行可能な転写印刷ベースの方法論が説明されています。ナノピラーポリ(ジメチルシロキサン)スタンプを使用して、Agベースの秩序化ナノディスクアレイを標準的な水素添加微結晶Si太陽電池と統合し、プラズモン光トラップによるデバイス性能の向上につながりました。

要約

金属ナノ構造の潜在的な応用の一つは、一般にプラズモン効果として知られているナノサイズの金属のユニークな光学特性が重要な役割を果たす太陽電池での光捕捉です。しかし、この分野の研究は、目的の機能性金属ナノ構造を含むデバイスの作製が困難であるため、妨げられてきました。この問題に対する実行可能な戦略を提供するために、ここでは、設計された金属ナノ構造と太陽電池を含むさまざまなデバイスアーキテクチャとの迅速かつ低コストの統合を可能にする転写印刷ベースのアプローチを示します。ナノピラーポリ(ジメチルシロキサン)(PDMS)スタンプは、市販のナノホールプラスチックフィルムをマスターモールドとして作製しました。このナノパターン化されたPDMSスタンプ上にAg膜を堆積させ、それをブロック共重合体(結合層)でコーティングした水素添加微結晶Si(μc-Si:H)表面に転写印刷して、秩序あるAgナノディスク構造を得ました。その結果、Agナノディスクを組み込んだμc-Si:H太陽電池は、転写印刷されたAgナノディスクを添加していない細胞と比較して、Agナノディスクに由来するプラズモン光捕捉効果により、高い性能を示すことが確認されました。シンプルさと汎用性のため、このアプローチを通じてさらなるデバイスアプリケーションも実現可能になります。

概要

技術分野の広い範囲で機能的なナノ構造のアプリケーションのための長年の要望がありました。この傾向への期待の一つが改善されたかの革新的なパフォーマンスにつながるデバイスアーキテクチャの新しいデザインを開くことです。太陽電池の分野では、例えば、金属ナノ構造の使用は、積極的に、それらの魅力的な光（ すなわち 、プラズモン）特性、効果的な集光システムを構築する¹潜在的に有益で検討されている^。2,3実際、いくつかの理論的研究^{4 -6}ようなプラズモニック光トラップは、太陽電池セルで所望の金属ナノ構造を統合するための戦略を開発、従来のX線光学系（テクスチャ）が結果として光閉じ込め限界^。7をベース超える効果を得ることができることを示唆しているが、これらを実現するためにますます重要になってきています理論的予測。

戦略の数が持っていますの成功した実証をもたらし^10,11どちらも、金属膜^8,9または予め合成された金属ナノ粒子の分散液^。8-24これらには、例えば、単純な（低コスト）熱アニーリングこの課題に対応するために提案されてプラズモニック光トラップ。しかし、これらの手法により作製した金属ナノ構造体は、通常、理論モデルに適合するように挑戦していることを指摘しなければなりません。対照的に、このようなフォトリソグラフィー、電子ビームリ....