Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: 学ぶ転写印刷法による銀ナノ構造の水素化微結晶シリコン太陽電池への統合技術。プラズモニック光トラッピングによるデバイス性能向上と、LEDやセンサーへの応用可能性を探索する。

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著者は、日本の経済産業省傘下の新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の財政的支援に感謝します。

PDMSスタンプの作製<ol><li>ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）コンテナ内：ナノホールモールド（50ミリメートル×50ミリメートルナノインプリントシクロオレフィンポリマープラスチックフィルム、サイズ）を設定します。 </li><li> 2,4（ディスポーザブルポリプロピレンチップでデジタルマイクロピペットを用いて、6μl）を使い捨てガラス瓶にビニルメチルシロキサン - ジメチルシロキサン共重合体（50ミリメートル×50ミリメートルの金型用0.76グラム）を計量し、白金 - ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体とそれを混ぜ、 （ディスポーザブルポリプロピレンチップでデジタルマイクロピペットを用いて24μlの、）6,8- tetramethyltetra-vinylcyclotetrasiloxane。 </li><li>ガラス瓶に（ディスポーザブルポリプロピレンチップでデジタルマイクロピペットを用いて、0.24ミリリットル）メチルヒドロシロキサン - ジメチルシロキサン共重合体を追加し、使い捨てガラスピペットを使用して、すぐにそれを混ぜます。 PTFEコンテナに設定され、金型の表面をN 2により送風された後、金型に得られた混合物（「ハード」のPDMSプレポリマー）を注ぎ、スピンコートを開始〜40ミクロ​​ンの層厚を達成するために40秒間1000rpmでる。 </li><li> 30分には簡単にハードPDMSをクロスリンクするために、65℃に予熱ホットチャンバー内でスピンコートされたサンプルを置きます。 </li><li>加熱中、シリコーン（6 g）を計量し、使い捨てガラス瓶に触媒（0.6グラム）とそれを混ぜます。真空デシケーター中でガラスびんを置き、シリコーン混合物（「ソフト」のPDMSプレポリマー）に閉じ込められた空気を除去するために15分間真空（〜133 Paの）を適用します。 </li><li>それぞれ、加熱室と真空デシケーターから金型とソフトPDMSプレポリマーを取り出し、かつ迅速に加熱された金型の上にソフトPDMSプレポリマーを注ぎます。ソフトPDMS層の厚さが約3 mmです。 </li><li>少なくとも1時間〜133 Paのさらなる脱気のために再び真空デシケーター中で得られた試​​料を置きます。 </li><li>加熱室に脱気したサンプルを移し、80℃（〜3℃/分の加熱速度）まで徐々に加熱開始。 5時間この温度を保ちますハードとソフトPDMS完全に架橋します。 </li><li>室温までサンプルを冷却した後、PDMSは、金型から慎重スタンプはがし。必要に応じて、第二の（またはそれ以上）のスタンプを製造するために金型を再利用します。注：同じモールドをスタンプ品質を劣化させることなく、少なくとも5回使用することができます。 </li><li>結果ナノピラースタンプ（二層ハード/ソフトPDMSコンポジット）27は、ナイフを使用して所望の大きさ（当社の太陽電池の一般的に7ミリメートル×7ミリメートル）の片に切断し、使用するまで空気中で保管してください。 </li></ol>ブロック共重合体溶液の調製<ol><li> （PS-bの-P2VP / O -xylene）ガラス瓶にポリスチレンブロック -ポリ-2-ビニルピリジン（PS- Bが-P2VP）の粉末を秤量し、3 mg / mlの比でOの -xyleneとそれを混ぜます。 </li><li> 1時間70°CでのPTFE被覆磁気攪拌棒を用いて混合物を撹拌しました。 </li><li>攪拌せずに室温で24時間以上のために、得られた溶液を保管してくださいリングは、自己組織化ミセルの形成を完了する。しっかりソリューションを密封し、周囲条件下で保管してください。注：液の品質があっても一年間の準備の後に変更されていません。 </li></ol> μCのa-Siの調製：H基質<ol><li> SnO 2で被覆された洗浄用メガネ：超音波浴を用いてH 2 O（500mL）で、室温で界面活性剤（500 ml）に溶解し、H 2 O（500mL）で（15：F（F、以下、ガラス/のSnO 2を示します ）各分間）。 N 2を吹き付けることによって、それらを乾燥させます。 </li><li>洗浄したガラスをロード/ SnO 2を基板ホルダーと預金のZnO中のF基質：ジョージア州（20 nm）の表2に指定された条件での直流（DC）スパッタリングシステムを使用して。 </li><li>ガラスをロード/のSnO 2：F / ZnOの：プラズマ化学を使用してのH P（10 nm）で、I（500 nm）であり 、n（40 nm）の層：別の基板ホルダーと預金μのc-Si中のGa基板VAPOR蒸着表2に指定された条件で（PECVD）システム。 </li><li>転送・印刷工程まで真空またはN 2下で基質H（N - - I H pのガラス/ SnO 2を：F / ZnOの：のGa /μの C-Si）の結果、μCのa-Siに保管してください。 </li></ol> PDMSスタンプの4 Agをコーティング<ol><li> N 2を吹き付けて EtOHで（ステップ1で調製）、PDMSスタンプ（30ミリリットル）で15分間超音波浴を用いて、乾燥を洗ってください。 </li><li>両面接着テープを使用してサンプルホルダーに洗浄PDMSスタンプをロードし、以下の条件の電子ビーム（EB）蒸着システム用いてAg膜（10-80 nm）を堆積させる。堆積速度= 5~10オングストローム/秒、圧力=〜1.5×10 -4 Paで。 </li><li> EB蒸着システムから銀でコーティングされたスタンプを取り出し、以下の伝達印刷工程ですぐにそれらを使用しています。 </li></ol>シン上のAgナノディスクの5転写印刷フィルムのSi表面<ol><li> 5000で（ディスポーザブルポリプロピレンチップでデジタルマイクロピペットを用いて、50ミリメートル×50ミリメートルのサンプル0.3 ml）をSiはPS-Bは-P2VP溶液で真空またはN 2とスピンコートの下に格納された基板の薄膜を取り出し40秒間回転数。 </li><li> EtOHをデジタルマイクロピペット（5ミクロン/セル面積）を使用してPS-Bは-P2VP被覆表面を湿らせ、銀でコーティングされたPDMSは、エタノール、湿潤表面にそっとスタンプも適用されます。スタンプを押さないでください。 </li><li>真空チャンバー内でスタンプを持つ薄膜Si基板を配置し、真空（〜133 Paの）を適用します。 </li><li> 5分後、空気と真空チャンバーを充填し、薄膜Si基板を取り出します。 </li><li>銀ナノディスク印刷を転送するために、ピンセットでスタンプの両方の側面を保持することによって、薄膜Si基板からスタンプを削除します。注意：成功した場合、スタンプの跡が緑がかったスポットとして表示されます。 </li><li> Etの連続的な流れと転写印刷した薄膜Si基板をすすぎますOH 15秒（〜30ミリリットル）およびN 2を吹き付けて乾燥しました。 </li><li> Arプラズマシステムを使用してPS-B-P2VPコーティングを削除します。 <ol><li> Arプラズマシステムの処理チャンバ内で転写プリント薄膜Si基板を配置します。 </li><li> 〜5分（圧力〜20 Pa）とするためのプロセスチャンバ内の空気を送り出します。 </li><li> Arガスラインのバルブを開き、手動で4 SCCMへの流量を調整します。 40 Paまでの圧力を安定させるために〜5分間待ってください。 </li><li> 108秒間Arプラズマを生成します。 </li><li> Arガスラインのバルブを閉じ、ポンプ停止、およびSi基板のプラズマ洗浄、転写印刷した薄膜を取り出すプロセスチャンバ内に空気を埋めます。 </li></ol></li></ol>薄膜シリコン太陽電池製造の6完成<ol><li>ポリイミドテープを使用して、Arプラズマ処理後に転写印刷した薄膜Si基板にメタルマスクを取り付けます。 </li><li>マスクされた直流スパッタ装置の基板ホルダで基板とdeposiをロードトンのZnO：Gaの（100 nm）で、銀（250 nm）で、及びZnO：Gaを表2に指定された条件で（40 nm）で順次。 </li><li>基板からの金属マスクを外し、マスクされた薄膜Si層を除去する（ すなわち 、面積のZnO：GaとAgが堆積されていなかった）、反応性イオンエッチング（RIE）システムを使用して。 <ol><li> RIEシステムの処理チャンバ内にサンプルを置きます。 </li><li>製造者の指示に従って、プロセスチャンバ内の空気を送り出します。 </li><li> = 20 Paで、電力は100W、時間= 1分20秒100/20 = SF 6 / O 2流量SCCM、圧力：製造者の指示を次のように次のようにプロセス条件を設定します。 </li><li> 、SF 6とO 2ガスラインを開き、圧力を安定化し、プラズマを発生させます。 </li><li> SF 6とO 2ガスラインのバルブを閉じて、ポンプを停止し、サンプルを取り出し、プロセスチャンバ内にN 2を埋めます 。 </li></ol></li><li>入れ真空アニールチャンバ内のサンプルとは真空（〜133 Pa）と下175℃まで徐々に加熱開始します。 2時間この温度を維持し、その後室温まで冷却します。室内の空気を記入し、現在のセルを呼び出すことができるサンプルを取り出します。 </li><li>前面透明電極のはんだのSn-Zn系合金（ガラス/ SnO 2を：F /あるZnO：Gaを、RIE処理により露出した部分）は、超音波はんだ付け装置を用いました。 </li></ol>外部量子効率の7測定（EQE） <ol><li>ポリイミドテープを使用して製造セルに遮光マスクを取り付け、電池ホルダーにマスクされたセルを設定します。 （ - ）のGa電極：表裏はんだ付け電極（+）及びAg / ZnOのにプローブを接続します。 </li><li>それぞれ、300-1,100 nmおよび5nmの波長範囲と、ステップと、製造者の指示に従ってEQE測定システムを使用して、EQEスペクトルを測定します。 </li></ol>太陽光発電電流 - 電圧（JV）文字の8.測定ISTICS <ol><li>アモルファスSi基準セルを使用するJ-V特性測定システムの光強度を較正します。 <ol><li> JV特性測定システムのセルホルダーにアモルファスSi基準セルを設定し、光を照射します。 </li><li> JV特性測定システムに搭載したデジタルマルチメーターを使用して光生成電流を読みます。光生成電流が基準セル（8.34ミリアンペア/ cm 2）での正しい値が表示されるまで光強度を調整します。 </li></ol></li><li>セルに遮光マスクを取り付け、電池ホルダーにマスクされたセルを設定します。 （ - ）のGa電極：表裏はんだ付け電極（+）及びAg / ZnOのにプローブを接続します。 </li><li>細胞に較正された光（100ミリワット/ cm 2で、1日）を照射し、0.02 Vの電圧ステップで、製造業者の指示に従ってJV特性測定システムを使用して、光生成電流を測定</li></ol>

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</ol>

著者らは開示するものは何もない。

この記事では、二層ハード/ソフトPDMS複合体はスタンプ材料として使用した。27この組み合わせは、正確に直径六方最密充填円形ホールアレイた金型内の親ナノ構造を複製することが不可欠であることが判明しました230ナノメートル、500ナノメートルの深さ、及び460nmでの穴中心間距離の。唯一のソフトPDMSを用いた場合、スタンプは常に不十分なナノ構造表面に生じた（反転ピラー構造で例えば、鋭いエッジ）が低いヤング率; 28したがって、銀ナノディスクの転写印刷は達成可能ではなかったです。 結合層としてスピンコートしたブロック共重合体（PS-bは-P2VP）薄膜を使用することは、微結晶シリコンの転送が成功した印刷用の別のキーである：（R rms値 =〜6.6 nm）を滑らかにされていないH面、。金属構造の転写印刷は、もともと小さな有機分子を用いて開発されましたがWHIH面：CHは、我々はSAMの（3-メルカプト）の使用は（わずかに）テクスチャー微結晶シリコンのために動作しないことがわかった29、</s...

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、電子ビームリソグラフィーなどの半導体産業では、伝統的なナノ加工技術、12,13はよく 、サブ100 nmのレベルより下の構造を制御することができますが、それらは多くの場合、太陽電池に適用するにはあまりにも高価で時間がかかり、低コストでどこに大面積の能力が不可欠です。このようなナノインプリントリソグラフィ、ソフトリソグラフィ14-16、17,18のような方法、低コスト、高スループット、およびナノスケールの制御と大面積の要件を満たすために</sup&gt;ナノ球体リソグラフィー、19-21とホールマスクコロイドリソグラフィー22-24有望だろう。これらの選択肢の中で、我々は、ソフトリソグラフィー、高度な転写印刷技術を開発した。25ナノ構造のポリ（ジメチルシロキサン）（PDMS）スタンプとブロックコポリマー系接着剤層を使用して、注文した金属ナノ構造のパターニングが容易技術の数に達成することができ太陽電池用のものを含む関連物質。 この記事の焦点は、太陽電池構造を既存のに有効な光トラッピングプラズモニックナノ構造を組み込むために私たちの転写印刷方法の詳細な手順を記述することです。金属および太陽電池の他の種類は、このアプローチと互換性があるが、太陽電池は、この研究に選択した（ 図1）、26：実証場合のように、銀ナノディスクおよび薄膜は、微結晶シリコン（HμC-Si）を水素化しました。一緒にそのプロセスとシンプルさが、アプローチは、デバイスと機能性金属ナノ構造を統合するための便利なツールなどの多様な研究者が興味を持つであろう。

<table><tbody><tr><td>ナノホールモールド</td><td><a href="http://www.scivax.com">Scivax</a></td><td>FLH230/500-120</td><td></td></tr><tr><td>PTFE容器</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com">Eishin</a></td><td>n/a</td><td>カスタムメイド</td></tr><tr><td colspan="4">ハードPDMS材料</td></tr><tr><td>ビニルメチルシロキサン-ジメチルシロキサン共重合体</td><td><a href="http://www.gelest.com/gelest/forms/ホーム/home.aspx">Gelest</a></td><td>VDT-731</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;Pt-ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体</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>メチルヒドロシロキサン-ジメチルシロキサン共重合体</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-テトラメチルテトラ-ビニルシクロテトラシロキサン</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com">Sigma-Aldrich</a></td><td>396281</td><td>硬質PDMS</td></tr><tr><td>用添加剤 軟PDMS材料</td><td><a href="http://www.dowcorning.com">Dow Corning</a></td><td>Sylgard-184</td><td>シリコーン前駆体</td></tr><tr><td>PS-b-P2VP</td><td><a href="http://polymersource.com">ポリマー Source</a></td><td>P5742-S2VP</td><td>Mn &times;103 = 133-b-132</td></tr><tr><td>ガラス/SnO2:F 基板</td><td><a href="http://www.agc.com/english/company">旭硝子株式会社</a></td><td>Type VU</td><td>(株)D-process(http://d-process.jp/index.html)による表面を平らにする化学機械研磨</td></tr>剤 <tr><td>洗剤</td><td>フルウチ化学工業(株) http://www.furuchi.co.jp/eng/main.htm</td><td>セミコクリーン 56</td><td>ガラス/SnO/sub><2:F基板</td></tr><tr><td>ZnO:Gaサッタリングターゲット</td><td><a href="http://www.agcc.jp/2005/en/index.html">AGCセラミックス株式会社</a></td><td>5.7GZO</td><td></td></tr><tr><td>Agサッピングターゲット</td><td><a href="http://www.mitsubishicarbide.com/mmc/en/index.html">三菱マテリアルズ株式会社</a></td><td>4NAg</td><td></td></tr><tr><td>両面粘着テープ</td><td><a href="http://nisshin-em.co.jp/information/carbontape.html">日新EM株式会社</a></td><td>732</td><td></td></tr><tr><td>ポリイミドテープ</td><td><a href="http://www.dupont.com/products-and-services/membranes-films/polyimide-films/brands/kapton-polyimide-film.html">デュポン</a></td><td>カプトン 650S#25</td><td></td></tr><tr><td>Sn-Zn系はんだ</td><td><a href="http://www.kuroda-techno.com/english/index.html">(株)黒田テクノ</a></td><td>セラソルザー AL-200</td><td></td></tr><tr><td>デジタルマイクロピペット</td><td><a href="http://www.nichiryo.co.jp/en/product/pipette/ex/index.html">ニチリョー</a></td><td>00-NPX2-20 00-NPX2-200 00-NPX2-1000</td><td></td></tr><tr><td>加熱室</td><td><a href="http://www.eyelaworld.com/product_view.php?id=120">東京六垣会株式会社</a></td><td>VOS-201SD</td><td></td></tr><tr><td>電子ビーム蒸着器</td><td><a href="https://www.canon-anelva.co.jp/english/index.html">キヤノン-アネルバ</a></td><td>n/a</td><td>カスタムメイド</td></tr><tr><td>電子ビーム蒸発器</td><td><a href="http://arios.com/">Arios</a></td><td>n/a</td><td>オーダーメイド</td></tr><tr><td>スパッタリング装置</td><td><a href="http://www.ulvac.co.jp/en">Ulvac</a</td><td>>SBR-2306</td><td></td></tr><tr><td>PECVD装置</td><td><a href="http://www.shimadzu.co.jp/emit/en/">島津製作所</a</td><td>>SLCM-13</td><td></td></tr><tr><td>Arプラズマ装置</td><td><a href="http://www.plasma.de/index.html">Diner Electric GmbH</a></td><td>Femto</td><td></td></tr><tr><td>RIEシステム</td><td><a href="http://www.samcointl.com">Samco Inc.</a></td><td>RIE-10NR</td><td></td></tr><tr><td>超音波はんだ付け装置</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com/sub_sunbonder.htm">Colby-Eishin Enterprises, Inc.</a></td><td>SUNBONDER</td><td></td></tr><tr><td>EQE測定システム</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特性測定装置</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">文庫計(株)</a></td><td>OTENTOSUN-5S-I/V</td><td></td></tr><tr><td>アモルファスSi基準セル</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">文庫形機(株)</a></td><td>WPVS-NPB-S1</td><td>光量校正用</td></tr><tr><td>デジタルマルチメータ</td><td><a href="http://www.keithley.com/">Keithley Instruments Inc.</a></td><td>2400</td><td></td></tr></tbody></table>

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

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

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。

H（N層）： 図2は、微結晶シリコンの表面に銀ナノディスクの転写印刷のための一般的なプロセスの概要を説明します。簡単に説明すると、Ag膜（厚さ：10-80 nm）は第1の電子ビーム蒸着によってナノピラーPDMSスタンプの表面上に堆積されます。 H N層：並行して、PS-bは-P2VP溶液を新たに調製した微結晶シリコンの表面にスピンコートです。その後、エタノールの液滴は、PS-bは-P2VPコーティングされた表面上に配置され、及びAg蒸着PDMSスタンプをEtOHウェットPS- Bは-P2VP表面上に配置されます。スタンプと基板との間の密接な接触が自発的にエタノールの蒸発由来表面張力に起因して形成されるため押すいいえ、スタンプする必要がありません。エタノールを（減圧を用いて）離れて蒸発させた後、スタンプは、ナノピラーPDMSスタンプの隆起領域上に堆積されたAgの転送を完了するために、基板から解放されます。最後に、Arプラズマ処理は、PS-bは-P2VPコーティングを除去するために行われます。 </...

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。

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

この転写印刷技術の全体的な目標は、太陽電池などのデバイスに機能的なプラズモニックナノ構造を統合するための実行可能な方法論を提供することです。この手法は、プリズム太陽電池などのメタナノ構造の実用化に貢献することができます。この技術の主な利点は、既存のデバイス構造にメタナノ構造を迅速に導入、所望、または設計することができ、元の製造プロセスに大きな変更を加えることができることです。この方法は、特に太陽電池用に開発されましたが、発光ダイオードやセンサーなどのプラズモニック特性を使用して他のデバイスにも適用できます。まず、ナノホール型をポリテトラフルオロエチレン容器にセットします。次に、0.76グラムのビニルメチルサボキサンジメチルサボキサン共重合体を使い捨てガラス瓶に入れます。使い捨てのポリプロピレンチップを備えたマイクロピペットを使用して、6マイクロリットルのプラチナジビニルテトラエチルジオキサン複合体を共重合体に加えます。次に、使い捨てのポリプロピレンチップを備えたマイクロピペットを使用して、24マイクロリットルの2 4 6 8テトラエチルテトラビニルシクロテトラスボキサンをコポリマーに加え、溶液を混合します。必要に応じて、これらの体積を短時間変更して、共重合体と同じ比率を維持します。次いで、240マイクロリットルのメチルハイドロ、ラーンジメチルスボキサン共重合体をガラス瓶に加え、それを素早く混合し、使い捨てガラスピペットを用いて、混合物の表面に窒素を短時間吹き付け、次いで得られた硬質PDMSプレポリマーを、スピンコッター上に置かれた市販のパターン化された型に注ぎ、型を1000RPMで40秒間スピンコートして、約40ミクロンの層厚を達成する。次に、スピンコーティングしたサンプルを摂氏65度の予熱チャンバーに30分間入れます。加熱中に硬質PDMSを簡単に架橋するには、使い捨てガラス瓶に6グラムのシリコーンと0.6グラムの触媒を混合します。必要に応じて触媒の量を変えて、シリコーンとの比率を1対10に保ちます。次に、ガラス瓶を真空乾燥させ、約133パスカルの真空を15分間適用して混合物を脱気します。次に、加熱した金型にDGA混合物をすばやく流し込み、厚さ約3mmの柔らかいPDMS層を作成します。得られたサンプルを真空に戻し、サンプルをさらに1時間乾燥および脱気します。次に、デガスサンプルを加熱チャンバーに移し、室温から摂氏80度まで毎分約3°Cの速度で加熱します。サンプルを室温まで冷却した後、ハードPDMSとソフトPDMSを完全に架橋するために、サンプルを摂氏80度に5時間保持します。PDMSスタンプを型から慎重に剥がします。必要に応じて、金型を最大5回再利用して、追加のスタンプを準備します。出来上がったナノピラースタンプをナイフで7mm×7mmに切り取り、使用するまで空気中で保管します。さらに、添付のテキストプロトコルに記載されているように、ブロック共重合体結合層溶液および水素添加微結晶シリコーン基質を調製します。PDMSスタンプを超音波浴を使用して30ミリリットルのエタノールで15分間洗浄し、純粋な窒素でスタンプを吹き付けて乾燥させます。次に、両面粘着テープを使用して、洗浄したPDMSスタンプをサンプルホルダーに貼り付けます。次に、サンプルを電子ビーム蒸着システムに入れ、毎秒5〜10オングストロームの堆積速度と10の約3.5倍のマイナス4パスカルの圧力を使用して、厚さ10〜80ナノメートルの銀膜をスタンプに堆積します。銀メッキされたスタンプを蒸着システムから取り出し、転写印刷ステップですぐに使用します。添付のテキストプロトコルに記載されているように調製した薄膜シリコン基板を取り、0.3ミリリットルのブロック共重合体結合溶液で5, 000RPMで40秒間スピンコートします。次に、デジタルマイクロピペットを使用してコーティングされた基板の表面をエタノールで濡らし、銀でコーティングされたPDMSスタンプをエタノールの濡れた表面に柔らかく塗布します。PDMスタンプをサブレートに適用するときは、スタンプを押さないでください。押さないでください。押すだけで十分です。スタンプは、エタノールの表面張力により、表面速度との間に自発的に密接な接触をします。次に、薄膜シリコン基板をスタンプと一緒に真空チャンバーに入れ、約133パスカルの真空を適用します。5分後、真空チャンバーに空気を入れ、薄膜シリコン基板を取り出します。スタンプピンセットの両側を持って薄膜シリコン基板からスタンプを取り外し、印刷された銀ナノディスクを転写します。成功すると、スタンピングの痕跡が緑色のスポットとして表示されます。転写印刷された薄膜シリコン基板をエタノールの連続流で15秒間すすぎ、窒素ガスで基板を吹き付けて乾燥させます。次に、転写印刷した薄膜シリコン基板をアルゴンヌプラズマシステムのプロセスチャンバーに入れます。プロセスチャンバー内の空気を約5分間ポンプで送り出すと、約20パスカルの圧力が得られます。次に、アルゴンヌガスラインのバルブを開き、流量を約4 SCCMまたはプラズマを生成するために必要な流量に手動で調整します。圧力が40パスカルに安定するまで約5分間待ちます。次に、システムの電源を入れて、アルゴンヌプラズマを108秒間生成します。最後に、ガスラインのバルブを閉じ、ポンピングを停止し、プロセスチャンバーに空気を充填して、洗浄されたプラズマを取り出し、印刷された薄膜シリコン基板を転写します。薄膜シリコン太陽電池の製造を完了し、その効率と出力を測定する方法の詳細については、付属のテキストプロトコルの残りの部分に従ってください。水素添加微結晶シリコン基板上に得られた銀ナノディスクアレイのこれらの走査型電子顕微鏡画像は、設計に組み込まれたナノスケールの特徴の一部を明確に示しています。ナノディスクの直径は平均200ナノメートルです。中心間距離は平均460ナノメートルで、銀ナノディスクの厚さは平均40ナノメートルでした。ここでは、作製したセルの外部量子効率スペクトルを参照セルと比較したものです。銀ナノディスクに組み込まれたセルは、650〜1,100ナノメートルの長波長範囲でより高いシグナルを示しました。このような波長選択的増強は、太陽電池用のプラズモン活性銀ナノディスクの優先効果を明確に示しています。すなわち、プラズモニックライトトラッピングは、適切に実行されれば、転写印刷プロセスを30分以内に完了できることを一度行う必要があります。

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工学

ガラス基板上に多結晶シリコン薄膜太陽電池は、結晶化、欠陥のパッシベーションおよびメタライゼーションに続いてホウ素やリンをドープしたシリコン層の堆積によって製造されています。プラズモニック光トラッピングは〜45％の光電流の増強の結果、拡散反射板でキャップシリコン細胞表面上のAgナノ粒子を形成することによって導入されています。...

プラズモニック·強化されたライトトラップによる多結晶シリコン薄膜太陽電池

太陽エネルギー生産のデプロイ可能な電荷分離半導体ナノ複合材料の開発のための一般的な戦略が提示されます。ドナー - アクセプターナノ結晶薄膜のバルクへテロ接合太陽電池はエネルギー変換のために使用することができますが、我々は、単一ナノ粒子の幾何学におけるドナー -...

電荷分離ナノ結晶とその固体の手段によって太陽エネルギーを収穫

色素増感太陽電池と三重項 - 三重項消滅アップコンバージョンユニットを組み込んだ集積デバイスは、太陽スペクトルのより広い部分から、強化された集光を得、製造した。控えめな照射レベルの下の低エネルギー光子に有意に増強応答は、色素増感太陽電池の性能指数の記録の図を得、実証された。...

サブバンドギャップ光に色素増感型太陽電池の応答を増強する三重項 - 三重消滅アップコンバージョンシステムの統合

集中型太陽光発電システムにおける平行スペクトル分割分散素子としての高コントラスト格子の作製が実証されています。ナノインプリントリソグラフィー、TiO2スパッタリング、反応性イオンエッチングなどの製造プロセスについて説明します。反射率の測定結果は、光学性能を特徴付けるために使用されます。...

集中太陽光発電システムにおけるスペクトル分割分散素子の高コントラスト回折格子の作製

ここでは、シンクロトロン散乱技術を使用して、ミニスロットダイコーターを用いた有機薄膜太陽電池を製造するためのプロトコルとインライン関連構造の特徴付けを示します。...

バルクヘテロ接合太陽電池の印刷作製とその場で形態キャラクタリゼーション

私たちは、高粘度のAgペーストの印刷にレーザー誘起前方転写技術（LIFT）の使用を実演します。この技術は、マイクロスケールの2Dおよび3D構造を非リソグラフィーで印刷するための、シンプルで低温で堅牢なプロセスを提供します。...

銀ナノペーストのレーザー誘起フォワード転送

この論文は、色素増感太陽電池の製造に対するインクジェット印刷の適合性を調査します。バインダーフリーのTiO2ナノ粒子インクを配合し、FTOガラス基板上に印刷しました。印刷された層は、0.25cm2の活性面積と3.5%の効率を持つセルに作製されました。...

色素増感太陽電池用二酸化チタンのデジタル印刷

このプロトコルは、非導電性表面上に薄膜電子回路を製造するための層による無機ナノクリスタル膜の合成及び溶液堆積を記載しています。溶剤安定化インクは、堆積後の配位子交換及び焼結次のスピンおよびスプレーコーティングによりガラス基板上に完全な光起電力素子を製造することができます。...

完全に解決策が処理無機ナノ結晶太陽電池素子の作製

高濃度懸濁液の堅牢でアプリケーションに関連するレオロジー特性評価のためのプロトコルが提示されます。太陽電池製造におけるスクリーン印刷用途に用いられる銀ペーストをモデルシステムとして採用しています。...

高度に濃縮された懸濁液のレオロジー特性評価における課題 - スクリーン印刷シルバーペーストのためのケーススタディ

本プロトコルでは、CIGS薄膜太陽電池における銀ナノワイヤネットワークとCdSバッファ層との間の堅牢なナノスケール接触の製造のための詳細な実験手順について述べた。...

Cu(In,Ga)Se2薄膜太陽電池における銀ナノワイヤー電極とCdSバッファー層間の堅牢なナノスケール接触の製造

20nm以下の形状精度を持つ3Dマイクロスケールの特徴を固体および多孔質シリコンウエハーに金属アシストした化学インプリンティング用プロトコルが提示されています。...

金属補導電気化学ナノインプリンティングの多孔質および固体シリコンウエハー

学ぶ転写印刷法による銀ナノ構造の水素化微結晶シリコン太陽電池への統合技術。プラズモニック光トラッピングによるデバイス性能向上と、LEDやセンサーへの応用可能性を探索する。

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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