집중 태양 광 발전 시스템의 스펙트럼 분할 흩어 요소에 대한 고 대비 격자의 제작

다음 실험의 전반적인 목표는 집광형 태양광 시스템에서 고대비 스펙트럼 분할 요소의 제작을 입증하는 것입니다. 이는 UV 경화형 포토 레지스트 층으로 덮인 이산화 티타늄 유리 기판 위에 PDMS 나노 임프린트 리소그래피를 수행하여 달성됩니다. 두 번째 단계로, 잔류 나노 임프린트 포토 레지스트를 에칭하고 리프트 오프 기술을 사용하여 패턴화된 크롬 하드 마스크를 생산합니다.

다음으로, 분광계의 측정 결과를 기반으로 이산화티타늄 및 유리 등급 어레이를 형성하는 데 사용되는 반응성 이온 에지. 제작된 고대비 등급은 집중 광전지 시스템에서 분산 요소로 사용할 수 있는 광대역 반사율을 나타냅니다. 우리는 이 방법에 대한 아이디어를 처음 떠올렸고, 기존의 결핍 인사말과 달리 이 이산화티타늄 고대비 인사말이 이국적이고 입증된 반사율 프로파일을 나타낸다는 것을 발견했습니다.

따라서 우리는 이를 사용하여 저가의 단일 접합 태양 전지로 에너지 흡수를 크게 향상시킬 수 있는 스펙트럼 분할 분산 요소를 구축할 수 있습니다. 광대역 태양광을 흡수하기 위해 고가의 다중 접합 태양 전지 기술을 사용하는 것과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 격자가 더 낮은 제조 비용으로 더 높은 흡수체 효율을 제공한다는 것이며, 임프린트는 대면적 고대비 인사말의 제작에 적합한 저비용 고수율 제조 기술이다. 미세 가공 공정을 시작하려면 깨끗한 실리콘 웨이퍼를 유리 진공 건조액에 넣고 액체 트리클로로에틸렌 한 방울을 건조제 내부의 작은 비커에 추가합니다.

건조제 뚜껑을 닫고 게이지가 1기압 이하로 떨어질 때까지 챔버를 비웁니다. 그런 다음 소스 진공 조절기를 끄고 기화된 사인 용액이 정적 진공 상태에서 5시간 동안 웨이퍼 표면을 코팅하도록 합니다. 처리 후 진공을 해제하고 웨이퍼를 건조제에서 꺼냅니다.

다음으로, PDMS 10g과 PDMS 경화제 1g을 측정합니다.중간 크기의 비커에 유리 막대로 두 부분을 골고루 섞고 접시를 진공 건조제에 20-30분 동안 넣어 혼합물의 모든 기포를 제거합니다. 가스를 제거한 후 웨이퍼를 플라스틱 페트리 접시에 넣고 PDMS를 실리콘 웨이퍼에 천천히 붓습니다. 웨이퍼를 진공 오븐으로 옮기고 섭씨 80도에서 7시간 동안 PDMS를 경화시킵니다.

마지막으로 응고된 PDMS를 오븐에서 꺼내 폴리머 필름을 실온으로 식힙니다. 다른 실리콘 웨이퍼 조각으로 시작하여 기판을 스핀 코더에 놓습니다. 척은 웨이퍼에 UV 경화형 포토레지스트 12방울을 디스펜싱하고 포토 레지스트가 젖은 상태에서 30초 동안 1500RPM에서 레지스트를 스핀 코팅합니다.

이전 웨이퍼에서 경화된 PDMS의 일부를 조심스럽게 제거하고 PDMS를 UV 경화 레지스트 위로 부드럽게 누릅니다. PDMS가 5분 동안 포토 레지스트와 접촉하도록 하고 포토 레지스트 기판에서 PDMS를 조심스럽게 벗겨내어 소프트 포토 레지스트 층에 그레이딩 피쳐의 각인을 만듭니다. PDMS 필름을 관심 있는 네거티브 릴리프 피쳐가 포함된 기존 실리콘 마스터 몰드에 부드럽게 누릅니다.

PDMS 실리콘 마스터 조합을 UV 오븐에 넣고 UV 램프를 켜서 질소 분위기에서 5분 동안 부드럽게 끼워진 감광층을 경화시킵니다. 경화 후 실리콘 마스터 웨이퍼에서 PDMS 몰드를 벗겨냅니다. 결과적으로, PDMS 표면은 이제 나노 등급 기능에 해당하는 표면 릴리프와 함께 경화된 포토레지스트의 얇은 층을 포함해야 합니다.

마지막으로, 경화된 포토레지스트 표면을 빠른 RF 산소 플라즈마 청소로 처리합니다. 그런 다음 PDMS 금형을 진공 상태에서 건조시키고 트리클로로에틸렌 한 방울로 2시간 동안 배양합니다. PDMS 포토 레지스트 나노 임프린팅 몰드의 기능은 이제 주어진 기판으로 패턴을 전송할 준비가 되었습니다.

먼저 표면에 340나노미터의 스퍼터링된 이산화티타늄 층이 있는 용융 실리카 장치 웨이퍼를 놓습니다. 스핀 코더에 Chuck은 웨이퍼에 PMMA 8방울을 투약하고 50초 동안 3, 500RPM으로 기판을 스핀 코딩합니다. 섭씨 120도로 설정된 예열된 핫 플레이트에 웨이퍼를 옮기고 PMMA를 5분 동안 하드 베이킹합니다.

웨이퍼를 실온으로 냉각한 후 장치 기판을 스핀 척에 다시 놓습니다. UV 경화형 레지스트 8방울을 표면에 바르고 스핀 코트를 합니다. 1500 RPM에서 30 초 동안 레지스트의 두 번째 층.

결과 장치 웨이퍼는 UV 레지스트가 여전히 젖은 상태에서 나노 각인 전달 단계를 수행할 준비가 됩니다. 경화된 레지스트 기능 면이 아래를 향하도록 하여 부드러운 UV 레지스트 표면과 접촉하도록 나노 각인된 PDMS 몰드를 부드럽게 배치했습니다. 샌드위치 전체를 UV 오븐에 넣고 질소 분위기 아래에서 5분 동안 UV 조명 아래에서 습식 레지스트 층을 경화시킵니다.

UV 레지스트가 경화되면 장치 웨이퍼에서 PDMS 몰드를 벗겨내어 그레이딩 피처의 오목한 영역 내에 있는 나머지 UV 레지스트를 제거합니다. 웨이퍼를 유도 결합 플라즈마 에칭기로 옮기고 이 단계가 끝날 때 2분 동안 산소 플라즈마로 UV 레지스트 에칭 레시피를 실행합니다. PMMA 언더레이는 이제 나노 구조의 오목한 영역에 노출되어야 합니다.

노출된 PMMA 층을 제거하고 그 아래에 있는 이산화티타늄 필름을 드러내려면 Etcher 콘솔에서 PMMA 에칭 프로그램을 선택하고 2분 동안 산소 플라즈마 처리를 적용합니다. 현재 장치 웨이퍼는 나노 등급의 최종 기능을 정의하는 금속 증착 및 패터닝 단계를 수행할 준비가 되었습니다. 이산화 티타늄 위에 크롬 에칭 마스크를 만듭니다.

먼저, 플라즈마 에칭기에서 웨이퍼를 내리고 기판을 크롬 소스를 포함하는 전자빔 금속 증발기로 옮깁니다. 챔버 배출 후 금속 소스를 녹이고 초당 0.03나노미터의 속도로 20나노미터의 크롬을 증착합니다. 전자빔 증발기에서 웨이퍼를 내리고 기판을 아세톤으로 채워진 유리 용기에 담급니다.

그런 다음 용기를 초음파 탱크 안에 넣고 실온에서 5 분 동안 초음파 탱크를 작동시킵니다. 웨이퍼에 초음파 교반을 가하면 용매가 기본 PMMA 층을 빠르게 용해시켜 이미 이산화 티타늄 표면과 밀접하게 접촉하지 않은 크롬을 방출합니다. 결과적으로, 웨이퍼에 남아 있는 안정적인 크롬 패턴의 배열은 핀셋을 사용하여 그레이딩의 최종 형상을 정의합니다.

아세톤 수조에서 장치를 꺼내고 아세톤, 메탄올 및 이소프로판올의 헹굼 순서로 PMMA의 모든 흔적과 느슨한 금속 조각을 제거합니다. 질소 또는 압축 공기의 부드러운 흐름으로 웨이퍼를 건조시키고 현미경으로 웨이퍼 결함을 간단히 확인합니다. 그런 다음 웨이퍼를 플라즈마 에칭기에 로드하고, 이산화티타늄 에칭 레시피를 시작하고, 에칭 후 웨이퍼를 언로드하고, 현미경으로 노출된 이산화티타늄 층의 제거를 확인하여 이산화티타늄 아래의 유리 하위 등급 기능을 정의합니다.

웨이퍼를 플라즈마 에칭기에 다시 로드하고 이산화규소 에칭 레시피를 시작합니다. 기판을 내리고 현미경으로 웨이퍼에 결함이 있는지 검사합니다. 마지막으로 빠른 산으로 크롬 하드 마스크를 제거합니다.

에칭, 노출된 이산화티타늄 패턴과 유리 오목한 부분 트렌치는 모두 고대비 그레이딩의 최종 구조를 나타냅니다. 산화티타늄 등급의 광대역 반사율을 측정합니다. 먼저 광학 측정 시스템을 켜고 샘플 홀더에 참조 표준 미러를 배치합니다.

샘플 홀더를 입사 빔 경로에 정렬하고 표준 미러에서 측정된 총 반사율이 이론적으로 100% 수준이 되도록 검출기를 보정합니다. 다음으로, 표준 미러를 고대비 산화티타늄 등급으로 교체하고 장치의 광대역 반사율 측정을 시작합니다. 측정에서 데이터를 저장하고 기판 온도를 높이면서 측정 시스템에서 로그아웃합니다.

금속 스퍼터링 과정에서 이산화티타늄 입자 크기가 커지고 굴절률이 높아집니다. 표면 거칠기가 높기 때문에 전자 현미경으로 볼 때 더 낮은 온도에서 증착된 금속 산화물 필름과 비교할 때 바람직하지 않은 최고 등급 재료가 됩니다. 이중 레이어 등급 구조의 종횡비 측벽 각도, 피치 및 선 너비는 캡처된 반사율 데이터와 비교하여 쉽게 볼 수 있습니다.

수용 각도가 작은 일반 감지기로. 수용 각도가 더 넓은 구형 검출기는 거친 금속 산화물 표면에서 등급, 반사율 및 산란을 포착하고 특성화할 수 있습니다. 데이터에서 알 수 있듯이 굴절률이 약간 증가하면 반사율 대역폭이 크게 증가할 수 있습니다.

또한 측벽 각도가 완벽한 직각에서 벗어나면 반사율 대역폭이 크게 저하됩니다. 일단 마스터하면 이 기술을 제대로 수행하면 몇 시간 안에 완료할 수 있습니다. 각인 프로세스 중에 결함을 제어하는 것을 기억하는 것이 중요합니다.

이 비디오를 시청한 후에는 나노 인쇄 기술을 사용하여 넓은 영역, 고대비 거딩을 제작하고 포토 보타 시스템 아키텍처에 적용하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.