Name: Fabrication van High Contrast Roosters voor de Spectrum Splitting Dispersieve Element in een geconcentreerde Zonneinstallatie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 8 s
Description: Leer de fabricage van hoogcontrastroosters voor spectrum splitting in geconcentreerde fotovoltaïsche systemen met nanoimprint-lithografie en reactive ion etching. Deze methode verbetert de optische prestaties en energie-efficiëntie.

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

Dit onderzoek werd gesteund als onderdeel van het Centrum voor Energie Nanoscience, een Energy Frontier Research Center gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie, Office of Science onder Award Number DE-SC0001013. We willen ook Dr. Max Zhang Jianhua en Dr. Yang van HP Labs te bedanken voor hun hulp op TiO 2 film sputteren en brekingsindex meting.

1. Bereid de Blank Polydimethylsiloxaan (PDMS) Substraat voor nanoimprint Mold <ol><li> Silicon Wafer behandelingsproces <ol><li> Schoon een 4 inch siliciumwafel door spoelen met aceton, methanol en isopropanol. </li><li> Blaas het droog met stikstof pistool. </li><li> Maak gebruik van Piranha-oplossing (3: 1 mengsel van zwavelzuur met 30% waterstofperoxide) door onderdompeling in 15 min. </li><li> Spoel het met DI water. Föhnen met behulp van de stikstof pistool. </li><li> Plaats de wafer in een glas exsiccator. Voeg een druppel (20 druppels = 1 ml) van het vrijgeven van middel (trichloorsilaan) in de exsiccator. </li><li> Pomp beneden de exsiccator totdat de meter leest -762 Torr en wacht 5 uur. </li><li> Neem de wafer uit, die is behandeld met lossingsmiddel. </li></ol></li><li> Voorbereiding van de PDMS Film (Gebruikt als Schimmel in nanoimprint) <ol><li> Weeg 10 g siliconenelastomeer basis en 1 g verharder. </li><li> Voeg ze in dezelfde bekerglas. </li><li> Stir en meng met een glazen staaf voor 5 min. </li><li> Doe het mengsel in een vacuümexsiccator, totdat de meter leest -762 Torr te pompen uit alle luchtbellen. </li><li> Spreid ze gelijkmatig op het behandelde 4-inch silicium wafer. </li><li> Bak de wafer met PDMS bovenaan in de vacuümoven gedurende 7 uur bij 80 ° C aan het PDMS film te harden. </li></ol></li></ol> 2. Bereid de nanoimprint Mold (duplicatie van de Master Mold) <ol><li> Spin twaalf druppels (20 druppels = 1 ml) van UV hardbare weerstand (15,2%) op een schone lege siliciumwafel gedurende 30 seconden bij 1500 tpm. </li><li> Schil van een stuk PDMS film uit de behandelde silicium wafer zorgvuldig. </li><li> Zet de PDMS film op de UV weerstaan ​​en laat het absorberen de UV weerstaan ​​gedurende 5 minuten daarna afschilferen. </li><li> Herhaal 2.1-2.3 dezelfde PDMS film twee keer. Absorberen de UV weerstaan ​​gedurende 3 minuten en 1 min respectievelijk. </li><li> Plaats de PDMS film (na drie keer UV weerstaan ​​absorptie) op een silicium meester mal. </li><li> Zet het in een kamer met stikstof omgeving. </li><li> Zet UV lamp om het monster gedurende 5 minuten harden. </li><li> Trek het PDMS film. De uitgeharde UV weerstaan ​​aan de PDMS zal het negatieve patroon van de meester mal te houden. </li><li> Gebruik RF O 2 plasma te behandelen de PDMS mal. (RF-vermogen: 30 W, druk: 260 mTorr, tijd: 1 min) </li><li> Plaats de PDMS mal in een vacuümkamer met één druppel (20 druppels = 1 ml) losmiddel gedurende 2 uur. </li></ol> 3. nanoimprint Pattern Transfer <ol><li> Spin acht druppels (20 druppels = 1 ml) van PMMA (996k, 3,1%) op het substraat wordt bedrukt voor 50 sec bij 3500 rpm. </li><li> Bak het op een verwarmingsplaat gedurende 5 minuten bij 120 ° C. </li><li> Wacht tot het monster afkoelen. </li><li> Spin acht druppels (20 druppels = 1 ml) van UV hardbare weerstaan ​​(3,9%) op hetzelfde substraat. </li><li> Plaats de PDMS mal (bereid in stap 2) op het monster (zowel UV resist en PMMA). </li><li> Zet het in een kamer met stikstof omgeving.</li><li> Zet de UV-lamp uitharden 5 min. </li><li> Schil de PDMS mal uit het monster en het patroon op de PDMS mal wordt overgedragen aan het monster. </li></ol> 4. Cr Lift-off Process <ol><li> Reactief ionen etsen overgebleven laag UV weerstaan ​​en PMMA Opmerking: De SOP voor ICP machine kan worden gevonden op https://www.nanocenter.umd.edu/equipment/fablab/sops/etch-07/Oxford%20Chlorine%20Etcher%20SOP.pdf <ol><li> Log in RIE ICP machine. </li><li> Plaats een lege 4 inch silicium wafer. Voer de schone recept voor 10 min. </li><li> Neem de lege silicium wafer uit. </li><li> Monteer het monster op een andere schone silicium wafer en plaats hem in de machine. </li><li> Voer de UV resist ets recept voor 2 min (recept te vinden in tabel 1). </li><li> Neem het monster uit. Plaats een lege 4 inch silicium wafer. Re-run de schone recept (te vinden in tabel 1) gedurende 10 min. </li><li> Monteer het monster op een schone silicium waferen laad het in de machine. </li><li> Voer de PMMA ets recept (te vinden in tabel 1) voor 2 min. Opmerking: Nu de resterende resist is geëtst en het substraat wordt blootgesteld. </li></ol></li><li> Cr E-beam verdamping <ol><li> Log in op e-beam verdamper. </li><li> Laad de Cr metalen bron en het monster in de kamer. </li><li> Stel de dikte (20 nm) en depositie tarief (0,03 nm / sec). </li><li> Pomp de kamer totdat gewenste vacuüm (10 -7 Torr) wordt bereikt. </li><li> Start het depositieproces. </li><li> Neem het monster na de afzetting is voltooid. </li></ol></li><li> CR Lift-off Procedure <ol><li> Dompel het monster in aceton ultrasoon roeren gedurende 5 min. </li><li> Reinig het monster door spoelen met aceton, methanol en isopropanol. Opmerking: De Cr afgedampt de resist wordt getild en een Cr masker te etsen substraat wordt gevormd. </li></ol></li></ol> 5. TiO 2 DepTANDPUNT <ol><li> Load monster. </li><li> Stel de parameters voor de gelijkstroom magnetron sputtering machine <ol><li> Gebruik een kamerdruk van 1,5 mTorr, Ar stroom van 100 sccm en een sputtervermogen van 130 W. </li><li> Gebruik een temperatuur van 27 ° C en een podium rotatiesnelheid van 20 rpm. </li></ol></li><li> Start het sputter proces en stop op de gewenste dikte. </li><li> Neem het monster uit en gloeien de TiO 2 film in zuurstofarme omgeving bij 300 ° C gedurende 3 uur. </li></ol> 6. High Contrast raspen Etsen <ol><li> Log in het inductief gekoppeld plasma (ICP) reactief ion etsen (RIE) machine. </li><li> TiO 2 etsen <ol><li> Plaats een lege 4-inch silicium wafer. </li><li> Starten en uitvoeren van de schone recept (te vinden in tabel 1) gedurende 10 min. </li><li> Uitladen laden van de lege wafer en de belasting van het monster met Cr masker. </li><li> Stel etstijd. Start TiO 2 ets recept. De ets proces zal autotisch stoppen. </li><li> Uitladen van het monster. </li></ol></li><li> SiO 2 Etsen <ol><li> Herhaal stap 5.2 behalve gebruik maken van de SiO 2 ets recept. </li></ol></li></ol> 7. reflectiemeting <ol><li> Log in en zet het meetsysteem. </li><li> Plaats de reflectiestandaard spiegel op het monster houder en lijn het optische pad. </li><li> Kalibreer het systeem voor 100% reflectie. </li><li> Haal de reflectiestandaard spiegel en plaats de HCG. </li><li> Meet de reflectie van het HCG. </li><li> Sla de gegevens op en log uit van het meetsysteem. </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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Ten eerste, de kwaliteit van de TiO 2 film is zeer belangrijk voor HCG prestaties. De reflectiecoëfficiënt piek hoger zijn als de TiO 2 film minder verlies en oppervlakteruwheid. De TiO 2 film met een hogere brekingsindex is ook gunstig doordat de optische modus opsluiting wordt versterkt door een hoger contrast in index, die tot een vlakkere en bredere reflectie band HCG geven. Ten tweede zal de fabricagefouten aanzienlijk HCG en moeten worden vermeden. De g...

Onze moderne samenleving zal niet overleven zonder het verplaatsen van een aanzienlijk deel van het energieverbruik van hernieuwbare energiebronnen. Om dit te laten gebeuren, moeten we een manier vinden om hernieuwbare energie te oogsten tegen een kostprijs lager dan aardolie gebaseerde energiebronnen in de nabije toekomst te vinden. Zonne-energie is de meest overvloedige hernieuwbare energie op aarde. Ondanks dat er veel vooruitgang is geboekt in de zonne-energie oogsten, is het nog steeds erg moeilijk om te concurreren met op aardolie gebaseerde energiebronnen. Verbetering van de efficiëntie van zonnecellen is een van de meest efficiënte manieren om de systeemkosten van zonne-energie oogsten verlagen. Optische lenzen en reflectors schaal worden meestal gebruikt in de meest geconcentreerde fotovoltaïsche (CPV) systemen 1 een hoge concentratie van zonnestroom invloed op de kleine gebieden zonnecellen bereiken, zodat het economisch haalbaar om dure tandem meerdere zonnecellen 2 exploiteren CPV systemen, en een redelijke handhavenkosten tegelijkertijd. Echter, voor de meeste niet-geconcentreerde fotovoltaïsche systemen, die gewoonlijk een groot oppervlak gedeelte van zonnecellen, de hoge kosten tandem zonnecellen kunnen niet worden opgenomen, hoewel zij gewoonlijk een breder zonnespectrum respons en een hogere totale omzetting rendement dan de enkele junction zonnecellen 3. Onlangs, met behulp van de parallelle spectrum splitting optics (dwz dispersief element), de parallelle spectrum splitting 4 fotovoltaïsche technologie heeft het mogelijk gemaakt dat een soortgelijke of betere spectrum dekking en omzettingsrendement kan worden gerealiseerd zonder de dure tandem zonnecellen. De zonnespectrum kan worden opgesplitst in verschillende groepen en elke band kan worden geabsorbeerd en omgezet in elektriciteit door de gespecialiseerde enkelvoudige zonnecellen. Hierdoor kan de duur tandem zonnecellen CPV systemen worden vervangen door een parallelle distributie van single-junctie zonnecels zonder enig compromis op de prestaties. Het dispersief element dat is gemaakt in dit rapport kan worden toegepast in een reflectieve CPV (dat is gebaseerd op schotel reflectoren) parallelle spectrum splitting verbeterde zonne-elektriciteit en een verminderde kostprijs te realiseren. Meerlaagse hoog contrast roosters (HCG) 5 wordt gebruikt als het dispersieve element door het ontwerpen van elke laag van HCG werken als optische band reflector. De structuren en parameters van het dispersieve element worden numeriek geoptimaliseerd. Bovendien is de vervaardiging van hoog contrast roosters voor het dispersief element met diëlektrische (TiO 2) sputteren, nanoimprint lithografie 6 en reactief ionen etsen bestudeerd en aangetoond.

<table><tbody><tr><td>184 Silcone elastomer kit</td><td>Sylgard</td><td></td><td>Polydimethylsiloxaan (PDMS)</td></tr><tr><td>4 inch silicon wafer</td><td>Universitywafer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>4 inch fused silica wafer</td><td>Universitywafer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poly(methyl methacrylate)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>182265</td><td></td></tr><tr><td>UV-hardende resist</td><td></td><td></td><td>Niet verkrijgbaar op de markt</td></tr><tr><td>PlasmaLab System 100</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td>ICP IRE-machine</td></tr><tr><td>UV-uithardingssysteem voor nano-imprint fabricage</td><td></td><td></td><td>Niet verkrijgbaar op de markt</td></tr><tr><td>Ocean Optics HR-4000&nbsp;</td><td>Ocean Optics</td><td>HR-4000</td><td>Spectrometer met normale detector</td></tr><tr><td>Lambda 950 UV / VIS</td><td>PerkinElmer</td><td></td><td>spectrometer met hemisferische integratiedetector</td></tr><tr><td>JSM-7001F-LV</td><td>JEOL</td><td></td><td>Veld emissie SEM</td></tr><tr><td>DC-magnetron sputterapparaat</td><td></td><td></td><td>Apparatuur bevindt zich in HP labs, die ons hielpen om de TiO2 te sputteren</td></tr><tr><td>Metaal e-beam verdamper</td><td>Temescal</td><td>BJD-1800</td><td></td></tr></tbody></table>

fabrication van high contrast roosters voor de spectrum splitting dispersieve element in een geconcentreerde zonneinstallatie

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

Gratingen met hoog contrast zijn ontworpen en vervaardigd en de toepassing ervan wordt voorgesteld in een dispersief element dat het spectrum parallel splitst en dat de zonne-omzettingsefficiëntie van een geconcentreerd fotovoltaïsch systeem kan verbeteren. Het voorgestelde systeem zal ook de kosten van de zonnecellen in het geconcentreerde fotovoltaïsche systeem verlagen door de dure tandem-zonnecellen te vervangen door de kosteneffectieve enkelvoudige zonnecellen. De structuren en de parameters van de gratingen met hoog contrast voor de dispersieve elementen zijn numeriek geoptimaliseerd. De grote-oppervlakte fabricage van gratingen met hoog contrast werd experimenteel aangetoond met behulp van nano-imprint litografie en droog etsen. De kwaliteit van het grating materiaal en de prestaties van het vervaardigde apparaat werden beide experimenteel gekenmerkt. Door de meetresultaten te analyseren, worden de mogelijke neveneffecten van de fabricageprocessen besproken en worden verschillende methoden voorgesteld die het potentieel hebben om de fabricageprocessen te verbeteren, wat kan helpen om de optische efficiëntie van de vervaardigde apparaten te verhogen.

Figuur 1 toont de uitvoering van het dispersieve element (multilayer hoog contrast grating (HCG)) in een geconcentreerde fotovoltaïsche installatie. Het zonlicht wordt eerst gereflecteerd door de primaire spiegel en afbreuk doet aan de reflecterende dispersief element, waar de bundel wordt gereflecteerd en opgesplitst in verschillende bands van verschillende golflengten. Elke band zal van invloed zijn op een bepaalde locatie op de zonnecel array voor de beste absorptie en omzetting naar elektriciteit. D...

De fabricage van hoogcontrastroosters als parallel spectrumsplitsend dispersie-element in een geconcentreerd fotovoltaïsch systeem wordt gedemonstreerd. Fabricageprocessen inclusief nano-imprint litografie, TiO2 sputteren en reactieve ionen-etsen worden beschreven. Reflectiemeetresultaten worden gebruikt om de optische prestaties te karakteriseren.

Fabrication van High Contrast Roosters voor de Spectrum Splitting Dispersieve Element in een geconcentreerde Zonneinstallatie

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

Het algemene doel van het volgende experiment is om de vervaardiging van het contrastrijke spectrumsplitsingselement in een geconcentreerd fotovoltaïsch systeem aan te tonen. Dit wordt bereikt door PDMS-nano-imprintlithografie uit te voeren op een substraat van titaniumdioxideglas dat is bedekt met een laag UV-uithardbare fotolak. In een tweede stap wordt de resterende nano-imprint fotolak weggeëtst en wordt er een gestructureerd hardmasker van chroom geproduceerd met behulp van lift-offtechnieken.Vervolgens werden reactieve ionenetsmethoden gebruikt om de titaniumdioxide- en glasgraderingsmatrix te vormen op basis van meetresultaten van een spectrometer. De gefabriceerde contrastrijke gradering vertoont een breedbandreflectie die kan worden gebruikt als dispersie-elementen in een geconcentreerd fotovoltaïsch systeem. We kregen oorspronkelijk het idee voor deze methode toen we ontdekten dat deze titaniumdioxide-contrastroosters, in tegenstelling tot traditionele diffractieroosters, een exotisch reflectieprofiel vertonen.Daarom kunnen we dit gebruiken om een dispersie-element voor spectrumsplitting te bouwen dat de energieabsorptie van goedkope single-junction zonnecellen aanzienlijk zou verbeteren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals het gebruik van dure multi-junction zonneceltechnologie om breedbandig zonlicht te absorberen, is dat de roosters een hogere absorptie-efficiëntie bieden tegen lagere fabricagekosten. Bovendien is imprint-lithografie een kosteneffectieve fabricagetechnologie met een hoog rendement die geschikt is voor de productie van contrastrijke roosters over een groot oppervlak. Om het microfabricageproces te starten, plaatst u een schone silicon wafer in een glazen vacuümdessicator en voegt u één druppel vloeibaar trichloorethyleen toe aan een klein bekerglas in de dessicator.Sluit het deksel van de desiccator en vacumeer de kamer totdat de manometer onder één atmosfeer zakt. Sluit vervolgens de vacuümregelaar van de bron af en laat de geëvaporeerde sine-oplossing het oppervlak van de wafer gedurende vijf uur coaten onder statisch vacuüm. Laat na de behandeling het vacuüm lossen en haal de wafer uit de desiccator.Meet vervolgens 10 gram PDMS en één gram PDMS-uithardingsmiddel. Meng beide delen gelijkmatig met een glazen roerstaaf in een bekerglas van middelgroot formaat en plaats de schaal 20 tot 30 minuten in een vacuümexsikkaat om alle bellen uit het mengsel te verwijderen. Plaats na het ontgassen de wafer in een plastic Petrischaal en giet de PDMS langzaam over de siliciumwafer. Verplaats de wafer naar een vacuümoven en hard de PDMS zeven uur uit bij 80 °C.Haal tot slot het gestolde PDMS uit de oven en laat de polymeerfilm afkoelen tot kamertemperatuur. Neem een ander stuk siliciumwafer en plaats het substraat op een spincoater. Breng 12 druppels UV-uithardende photoresist aan op de wafer en spincoat de resist gedurende 30 seconden bij 1500 RPM terwijl de photoresist nog nat is.Verwijder voorzichtig een gedeelte van het uitgeharde PDMS van de vorige wafer en druk het PDMS zachtjes op de UV-uithardbare resist. Laat het PDMS vijf minuten lang in contact blijven met een fotoresist en pel het PDMS voorzichtig van het fotoresist-substraat om een afdruk van de graderingskenmerken in de zachte fotoresistlaag te maken. Druk de PDMS-film zachtjes op een bestaande siliciummastermatrijs die de betreffende negatieve reliëfkenmerken bevat.Plaats de combinatie van PDMS en de silicium master in een UV-oven en schakel de UV-lamp in om de zachte, tussenliggende fotolaklaag gedurende vijf minuten onder een stikstofatmosfeer uit te harden. Pel na het uitharden de PDMS-mal van de silicium master-wafer af. Als resultaat moet het PDMS-oppervlak nu een dunne laag uitgeharde fotolak bevatten met een oppervlakte-reliëf dat overeenkomt met de nanostructuren.Behandel tot slot het uitgeharde fotoresist-oppervlak met een korte RF-zuurstofplasmareiniging. Plaats vervolgens de PDMS-mal in een vacuümdesiccator en laat deze twee uur incuberen met één druppel trichloorethyleen. De structuren op de PDMS-fotoresist-nano-imprintmal zijn nu klaar om op een willekeurig substraat te worden overgebracht.Begin met het plaatsen van een wafer van gefuseerd silicium met een gesputterde laag titaniumdioxide van 340 nanometer op het oppervlak op de chuck van de spin-coater. Dispenseer acht druppels PMMA op de wafer en spin-coat het substraat gedurende 50 seconden bij 3.500 RPM. Plaats de wafer op een voorverwarmde hotplate, ingesteld op 120 °C, en voer een hard bake van de PMMA uit gedurende vijf minuten.Nadat de wafer is afgekoeld tot kamertemperatuur, wordt het substraat van het device terug op de spin chuck geplaatst. Breng acht druppels UV-uithardbare resist op het oppervlak aan en spin-coat deze. De tweede resistlaag wordt aangebracht bij 1500 RPM gedurende 30 seconden.De resulterende device-wafer is klaar voor de stap van nano-imprinting-transfer terwijl de UV-resist nog nat is. Plaats de nano-geïmprintte PDMS-mal voorzichtig, met de zijde van de uitgeharde resist-structuren naar beneden, in contact met een zacht UV-resistoppervlak. Plaats de gehele sandwich in een UV-oven en hard de natte resistlaag vijf minuten uit onder UV-bestraling in een stikstofatmosfeer.Zodra de UV-resist is uitgehard, wordt de PDMS-mal van de device-wafer gepeld om de resterende UV-resist die zich in de verlaagde gebieden van de gradatiekenmerken bevindt, te verwijderen. Plaats de wafer in een inductief gekoppelde plasma-etser en voer het UV-resist-etsrecept uit met zuurstofplasma gedurende twee minuten aan het einde van deze stap. De PMMA-onderlaag moet nu blootgesteld zijn in de verlaagde gebieden van de nanostructuur.Om de blootgestelde PMMA-laag te verwijderen en de onderliggende titaniumdioxidefilm vrij te leggen, selecteert u het PMMA-ets-programma in de console van de etser en past u gedurende twee minuten een zuurstofplasmabehandeling toe. Op dit moment is de device-wafer gereed voor de metaaldepositie- en patroonstappen die de uiteindelijke kenmerken van de nanogradient bepalen. Om het chroom-etsmasker bovenop het titaniumdioxide aan te brengen.Haal eerst de wafer uit de plasma-etcher en breng het substraat over naar een elektronenstraal-metaalverdampingsinstallatie met een chroombron. Versmelt na evacuatie van de kamer de metaalbron en breng 20 nanometers chroom aan met een snelheid van 0,03 nanometers per seconde. Haal de wafer uit de e-beam-verdampingsinstallatie en dompel het substraat onder in een met aceton gevulde glazen houder.Plaats de houder vervolgens in een ultrasoonbad en activeer het ultrasoonbad gedurende vijf minuten bij kamertemperatuur. Door ultrasone agitatie op de wafer toe te passen, zal het oplosmiddel de onderliggende PMMA-laag snel oplossen, waardoor al het chroom dat nog geen direct contact had met een titaandioxide-oppervlak wordt losgemaakt. Hierdoor zal de reeks stabiele chroompatronen die op de wafer achterblijft, met behulp van een pincet de uiteindelijke geometrie van de gradatie definiëren.Haal het apparaat uit het acetonbad en verwijder alle sporen van PMMA en losse metaalvijlsels met een spoelvolgorde van aceton, methanol en isopropanol. Droog de wafer met een zachte stroom stikstof of perslucht en controleer kort onder een microscoop op eventuele defecten in de wafer. Plaats vervolgens de wafer in de plasma-etser, start het etsrecept voor titaniumdioxide, haal de wafer na het etsen uit de machine en verifieer onder de microscoop de verwijdering van de blootgestelde titaniumdioxidelayer om de glazen sub-grading-kenmerken onder het titaniumdioxide te definiëren.Plaats de wafer opnieuw in de plasma-etser en start het etsproces voor siliciumdioxide. Haal het substraat eruit en inspecteer de wafer onder de microscoop op defecten. Verwijder ten slotte het harde chromiummasker met een snelzuur.Ets het blootgestelde titaandioxide-patroon en de uitsparingen in het glas; beide vormen de uiteindelijke structuur van de hoogcontrastgradiënt. Om de breedbandreflectie van de titaniumoxide-gradiënt te meten, begint u met het inschakelen van het optische meetsysteem en het plaatsen van een referentiestandaardspiegel op de monsterhouder.Lijn de monsterhouder uit met het pad van de invallende bundel en kalibreer de detector zodanig dat de totale gemeten reflectie van de standaardspiegel zich op een theoretisch niveau van 100% bevindt. Vervang vervolgens de standaardspiegel door een titaniumoxide-gradiënt met hoog contrast en start de breedbandreflectiemeting van het apparaat. Sla de meetgegevens op en log uit het meetsysteem terwijl de substraattemperatuur wordt verhoogd.Gedurende het metal sputtering-proces ontstaat een grotere korrelgrootte van titaniumdioxide en een hogere brekingsindex. De hogere oppervlakteruwheid maakt het tot een ongewenst materiaal voor de bovenste graderingslaag in vergelijking met metaaloxidefilms die bij lagere temperaturen zijn gedeponeerd, wanneer deze onder de elektronenmicroscoop worden bekeken. De aspectratio, zijwandhoek, pitch en lijnbreedte van de dubbellaagse graderingsstructuur kunnen gemakkelijk worden waargenomen in vergelijking met de vastgelegde reflectiedata.Met een normale detector met een kleine acceptiehoek. Een bolvormige detector met een bredere acceptiehoek kan de graderende reflectie en verstrooiing van ruwere metaaloxidoppervlakken vastleggen en karakteriseren. Zoals de gegevens suggereren, kan een lichte toename van de brekingsindex leiden tot een dramatische toename van de reflectiebandbreedte.Bovendien verslechtert de reflectiebandbreedte drastisch zodra de zijwandhoek afwijkt van een perfecte rechte hoek. Zodra men de techniek beheerst, kan dit proces in enkele uren worden voltooid als het correct wordt uitgevoerd. Het is belangrijk om onthouden om defecten tijdens het imprintproces te beheersen.Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in hoe grote oppervlakken met hoogcontrastroosters kunnen worden gefabriceerd met nanodruktechnieken, en hoe deze kunnen worden toegepast op de architectuur van een fotobotta-systeem.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Polykristallijn silicium dunne-film zonnecellen op glas worden vervaardigd door afzetting van boor en fosfor gedoteerd silicium lagen gevolgd door kristallisatie, defect passivering en metallisatie. Plasmonische licht-trapping wordt ingeleid door de vorming van Ag nanodeeltjes op de silicium celoppervlak afgedekt met een diffuus reflector resulteert in ~ 45% fotostroom toebehoren.

Polykristallijn silicium dunne-film zonnecellen met plasmonische-enhanced Light-trapping

Een algemene strategie voor de ontwikkeling van lading-scheiden van halfgeleider nanokristallen composieten inzetbaar voor zonne-energie productie wordt gepresenteerd. We zien dat de assemblage van donor-acceptor nanokristallen domeinen in een nanodeeltje geometrie ontstaat een fotokatalytische functie, terwijl bulk heterojuncties van donor-acceptor nanokristallen films kunnen worden gebruikt voor fotovoltaïsche omzetting.

Oogsten Zonne-energie door middel van Charge-scheiden Nanokristallen en hun Solids

Een geïntegreerd apparaat, voorzien van een kleurstof zonnecel en triplet-triplet annihilatie up-conversie-eenheid werd geproduceerd, bieden verbeterde licht oogsten, uit een breder deel van het zonnespectrum. Onder bescheiden bestraling niveaus een aanzienlijk verbeterde respons op lage energie fotonen werd aangetoond, wat een recordcijfer van verdienste voor-kleurstof zonnecellen.

De integratie van een Drietal-triplet Annihilation Up-conversie systeem om Dye-zonnecel Response to Sub-bandgap Light Enhance

Het meetprotocol en data analyseprocedure worden gegeven voor het verkrijgen transversale coherentie van synchrotronstraling röntgenbron langs vier richtingen tegelijk via één 2-D dambord faseraster. Deze eenvoudige techniek kan worden toegepast voor volledige dwarse samenhang karakterisering van X-ray bronnen en X-ray optiek.

Meting van röntgenbundel coherentie langs meerdere richtingen gebruiken 2-D schaakbord faseraster

Hier presenteren we een protocol om organische dunne film zonnecellen met behulp van een mini-slot sterven coater en de bijbehorende in-line structuur karakteriseringen met behulp van synchrotronstraling scattering technieken te fabriceren.

Printing Fabrication van Bulk Heterojunction Solar Cells en In Situ Morfologie karakterisering

Dit protocol beschrijft de synthese en afzetting van oplossing anorganische nanokristallen laag voor laag op dunne film elektronica op niet-geleidende oppervlakken te produceren. Solvent-gestabiliseerde inkten kunnen volledige fotovoltaïsche apparaten op glassubstraten via spin en neveldeklaag volgende post-depositie ligand uitwisseling en sinteren produceren.

Fabricage van Fully Solution Verwerkte Anorganische Nanocrystal Fotovoltaïsche apparaten

We presenteren een uitgebreide studie over de effecten van verschillende fabricagemethoden voor organische / anorganische perovskiet dunne films door het vergelijken van kristalstructuren, toestandsdichtheid, energie, en uiteindelijk de zonnecel prestaties.

Invloed van Hybrid Perovskite fabricagemethoden on Film Formation, Electronic Structure en Zonnecel prestaties

De Achromatische doublet op glas (ADG) Fresnel lens maakt gebruik van twee materialen met verschillende dispersie te verminderen chromatische aberratie en haalbare concentratie te verhogen. In deze paper wordt een protocol voor de volledige karakterisering van de ADG Fresnel lens gepresenteerd.

Indoor experimentele evaluatie van de efficiëntie en de bestralingssterkte plek van de Achromatische Doublet op glas (ADG) Fresnel Lens voor het bijeenbrengen van fotovoltaïsche zonne-energie

Hier presenteren we een protocol voor de ontwikkeling van high-performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen met een hoge Si minderheid-carrier levensduur.

Ontwikkeling van High Performance GaP/Si heterojunctie zonnecellen

Dit artikel is een demonstratie en een richtlijn om in-house (met een röntgeninstrument in het laboratorium) in situ GISAXS-experimenten van drooginkten op roll-to-roll sleuf-matrijs gecoate, niet-fullerene organische fotovoltaïsche middelen uit te voeren en te analyseren.

In situ Beweiding Incidentie Kleine Hoek Röntgenverstrooiing op Roll-To-Roll Coating van organische zonnecellen met laboratorium röntgeninstrumentatie

Dit protocol beschrijft de constructie van een goedkoop, discreet, vezelgekoppeld en lucht-gespreid Fabry-Perot etalon met verschillende toepassingen, zoals in trace-gas spectroscopie. De fabricage is mogelijk in elke faciliteit met standaard optische laboratoriumapparatuur beschikbaar.

Fabricage van een goedkope, vezelgekoppelde en lucht-gespreide Fabry-Pérot Etalon

Leer de fabricage van hoogcontrastroosters voor spectrum splitting in geconcentreerde fotovoltaïsche systemen met nanoimprint-lithografie en reactive ion etching. Deze methode verbetert de optische prestaties en energie-efficiëntie.

Fabrication van High Contrast Roosters voor de Spectrum Splitting Dispersieve Element in een geconcentreerde Zonneinstallatie

Meer video's verkennen