Name: Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Leer een transfer printing-techniek om plasmonische zilveren nanodisks te integreren in gehydrogeneerde microkristallijne silicium zonnecellen. Deze methode verbetert de lichtabsorptie en verhoogt de efficiëntie van zonne-energieopwekking.

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

playerTrialDesktop

De auteurs danken de New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) onder het Ministerie van Economie, Handel en Industrie (METI), Japan, voor de financiële ondersteuning.

1. Bereiding van PDMS Stamps <ol><li> Stel een nanohole mal (nanoimprinted cyclo alkeenpolymeer plastic film, grootte: 50 mm x 50 mm) in een polytetrafluorethyleen (PTFE) houder. </li><li> Weeg vinylmethylsiloxan-dimethylsiloxaan copolymeer (0,76 g voor de 50 mm × 50 mm schimmel) in een wegwerp glazen fles en meng het met Pt-divinyltetramethyldisiloxaan complex (6 pl, met behulp van een digitale micro-pipet met een wegwerp polypropyleen tip) en 2,4, 6,8-tetramethyltetra-vinylcyclotetrasiloxane (24 ui, met behulp van een digitale micro-pipet met een wegwerp polypropyleen tip). </li><li> Add methylhydrosiloxane-dimethylsiloxaan copolymeer (0,24 ml, met behulp van een digitale micro-pipet met een wegwerp polypropyleen tip) in de glazen fles en meng het snel met behulp van een wegwerp glazen pipet. Nadat het oppervlak van de in de houder PTFE matrijs geblazen door N2, giet het resulterende mengsel (&quot;hard&quot; PDMS prepolymeer) op de mal en begint spin-coating bij 1000 tpm gedurende 40 seconden om de dikte van ~ 40 urn bereiken. </li><li> Plaats de spin beklede monster in een hete kamer voorverwarmd bij 65 ° C gedurende 30 min kort verknopen de harde PDMS. </li><li> Tijdens het verwarmen, wegen silicone (6 g) en meng het met katalysator (0,6 g) in een wegwerpbare glazen fles. Plaats de fles in een vacuümexsiccator en toepassen vacuum (~ 133 Pa) gedurende 15 min aan de lucht in de silicone mengsel (&quot;soft&quot; PDMS-prepolymeer) te verwijderen. </li><li> Neem de vorm en zachte PDMS prepolymeer uit de droogstoof en vacuümexsiccator, respectievelijk, en snel giet de zachte PDMS prepolymeer op de verwarmde mal. De dikte van de zachte PDMS laag ~ 3 mm. </li><li> Plaats het verkregen monster in vacuüm exsiccator weer verdere ontgassing bij ~ 133 Pa tenminste gedurende 1 uur. </li><li> Breng het monster ontgast om de verwarmingskamer en start geleidelijk opwarmen tot 80 ° C (verwarmingssnelheid ~ 3 ° C / min). Houd deze temperatuur gedurende 5 uurte verknopen de harde en zachte PDMS volledig. </li><li> Na afkoeling van het monster tot op RT, trek het PDMS stempel voorzichtig uit de mal. Hergebruik de vorm om de tweede (of meer) zegels te bereiden, indien nodig. Opmerking: Dezelfde vorm kan ten minste vijf keer gebruiken zonder verslechtering van de kwaliteit stempel. </li><li> Snijd de resulterende nanopillar stempel (dubbellaags hard / zacht PDMS composiet) 27 in stukken van de gewenste maten (meestal 7 mm x 7 mm voor onze zonnecellen) met behulp van een mes en bewaar ze onder lucht tot gebruik. </li></ol> 2. Bereiding van blokcopolymeer Solutions <ol><li> Weeg het poeder van polystyreen-blok-poly-2-vinylpyridine (PS- -P2VP b) in een glazen fles en mengen met o-xyleen in een verhouding van 3 mg / ml (PS b -P2VP / o-xyleen) . </li><li> Roer het mengsel onder toepassing van een PTFE-beklede magnetische roerstaaf bij 70 ° C gedurende 1 uur. </li><li> Bewaar de verkregen oplossing gedurende meer dan 24 uur bij kamertemperatuur zonder roerring van de vorming van zelf-geassembleerde micellen voltooien. Goed af, de oplossing en bewaar het onder omgevingsomstandigheden. Opmerking: De kwaliteit van de oplossing onveranderd zelfs één jaar na de bereiding. </li></ol> 3. Bereiding van μ c-Si: H Substraten <ol><li> Was glazen bedekt met SnO 2: F (duiden glas / SnO 2: F hierna) met H2 O (500 ml), detergent (500 ml) en H2O (500 ml) bij KT onder toepassing van een ultrasoon bad (15 min elk). Droog ze door te blazen N2. </li><li> Laad het gereinigde glas / SnO 2: F substraten in een substraathouder en deposit ZnO: Ga (20 nm) met een gelijkstroom (DC) sputtersysteem met de in tabel 2 omstandigheden. </li><li> Plaats de glazen / SnO 2: F / ZnO: Ga substraten in een substraathouder en borg μ c-Si: H p (10 nm), i (500 nm) en n (40 nm) lagen met behulp van een plasma geassisteerde chemische vapor deposition (PECVD) systeem met de in tabel 2 omstandigheden. </li><li> Slaan de resulterende μ c-Si: H (glas / SnO2: F / ZnO: Ga / μ c-Si: H p - i - n) substraten onder vacuüm of N2 totdat de transfer-printen stap. </li></ol> 4. Ag-coating PDMS Stamps <ol><li> Was de PDMS stempels (bereid in stap 1) met EtOH (30 ml) met behulp van een ultrasoon bad gedurende 15 minuten en droog te blazen N2. </li><li> Laad de gereinigde PDMS stempels op een monsterhouder met dubbelzijdig plakband en storten een Ag film (10-80 nm) met behulp van een elektronenbundel (EB) verdamping systeem met de volgende voorwaarden: afzetting = 10/05 A / sec, druk = ~ 1,5 x 10 -4 Pa. </li><li> Neem de Ag-gecoate stempels van de EB verdamping systeem en onmiddellijk gebruiken in de volgende transfer printen stap. </li></ol> 5. Transfer Printing van Ag Nanodisks op Dunfilmschakelingenfilm Si Oppervlakken <ol><li> Neem de dunne-film Si substraten opgeslagen onder vacuüm of N2 en spin-jas met de PS- b -P2VP-oplossing (0,3 ml voor 50 mm × 50 mm, met gebruik van een digitale micro-pipet met een wegwerp polypropyleen tip) in 5000 tpm gedurende 40 sec. </li><li> Bevochtig de PS- b -P2VP-gecoate oppervlak met EtOH met een digitale micro pipet (5 micrometer / cel gebied) en toepassing van de Ag-gecoate PDMS stempel zachtjes op de EtOH-natte ondergrond. Druk niet op de stempel. </li><li> Plaats de dunne-film Si-substraat met het stempel in een vacuümkamer en toepassen vacuum (~ 133 Pa). </li><li> Na 5 min, vul de vacuümkamer met lucht en neem de dunne-film Si-substraat. </li><li> Verwijder de stempel van de dunne-film Si-substraat door het vasthouden van de beide zijden van de stempel met een pincet om Ag nanodisks-print overdragen. Opmerking: Als dat lukt, het spoor van stempelen is zichtbaar als een groene plek. </li><li> Spoel de overdracht bedrukte dunne-film Si-substraat met een continue stroom van EtOH van 15 sec (~ 30 ml) en droog door blazen N2. </li><li> Verwijder de PS-b-P2VP coating via een Ar plasmasysteem. <ol><li> Plaats de overdracht bedrukte dunne-film Si-substraat in de proceskamer van de Ar plasmasysteem. </li><li> Pomp de lucht in de proceskamer gedurende ~ 5 min (druk ~ 20 Pa). </li><li> Open de klep van een Ar gasleiding en handmatig aanpassen van het debiet tot 4 SCCM. Wacht ~ 5 min de druk 40 Pa te stabiliseren. </li><li> Genereren Ar plasma voor 108 sec. </li><li> Sluit het ventiel van de Ar gasleiding, stop pompen, en vul de lucht in de proceskamer tot het afsluiten van de plasma-gereinigd, transfer bedrukte dunne-film Si substraten. </li></ol></li></ol> 6. Voltooiing van dunne-film Si zonnecel Fabrication <ol><li> Hechten metalen maskers om de transfer bedrukte dunne-film Si substraten na de Ar plasma behandeling met polyimide tapes. </li><li> Laad de gemaskeerde substraat in een substraathouder van een DC sputteren systeem depositarist ZnO: Ga (100 nm), Ag (250 nm), en ZnO: Ga (40 nm) met achtereenvolgens de in tabel 2 omstandigheden. </li><li> Maak de metalen maskers uit de substraten en verwijder de gemaskerde dunne-film Si lagen (dat wil zeggen, het gebied waar ZnO: Ga en Ag niet werden afgezet) met behulp van een reactief ionen etsen (RIE) systeem. <ol><li> Plaats de monsters in de proceskamer van de RIE systeem. </li><li> Pomp de lucht in de proceskamer volgende instructies van de fabrikant. </li><li> Stel de procesomstandigheden als volgt na instructies van de fabrikant: SF 6 / O 2 debiet = 100/20 SCCM, druk = 20 Pa, vermogen 100 W, tijd = 1 min 20 sec. </li><li> Open de SF 6 en O 2 gasleidingen, het stabiliseren van de druk, en het genereren van plasma. </li><li> Sluit de klep van de SF 6 en O 2 gasleiding, stop pompen, en vul N2 in de proceskamer te nemen van de monsters. </li></ol></li><li> Zet demonsters in een vacuüm-annealing kamer en beginnen langzaam verwarmen tot 175 ° C onder vacuüm (~ 133 Pa). Houd deze temperatuur gedurende 2 uur, en laat afkoelen tot kamertemperatuur. Vul lucht in de kamer en nemen monsters, die nu cellen worden genoemd. </li><li> Soldeer Sn-Zn-gebaseerde legering aan de voorzijde transparante elektrode (glas / SnO 2: F / ZnO: Ga, het blootgestelde deel van de RIE behandeling) via een ultrasone soldeerinrichting. </li></ol> 7. Meting van externe Quantum Efficiency (EQE) <ol><li> Bevestig een licht-afschermende masker om een ​​gefabriceerde cel met behulp van polyimide tape en zet de gemaskerde cel in een cel houder. Sluit probes naar voren gesoldeerd elektrode (+) en terug Ag / ZnO: Ga elektrode (-). </li><li> Meet EQE spectra met behulp van een EQE meetsysteem volgens de instructies van de fabrikant met een golflengtebereik en stap van 300-1,100 nm en 5 nm, respectievelijk. </li></ol> 8. Meting van fotovoltaïsche Current-Voltage (JV) Characterschappen <ol><li> Kalibreren van de lichtintensiteit van een JV karakteristieken meetsysteem met behulp van een amorfe Si celverwijzing. <ol><li> Stel de amorfe Si celverwijzing naar een cel houder van de JV karakteristieken meetsysteem, en verlicht het licht. </li><li> Lees de photogenerated huidige gebruik van een digitale multi-meter voorzien in de JV karakteristieken meetsysteem. Pas de lichtintensiteit totdat de photogenerated huidige toont de juiste waarde voor de referentie cel (8,34 mA / cm2). </li></ol></li><li> Bevestig een licht-afschermende masker naar een cel en zet de gemaskerde cel in een cel houder. Sluit probes naar voren gesoldeerd elektrode (+) en terug Ag / ZnO: Ga elektrode (-). </li><li> Verlichten de gekalibreerde licht (100 mW / cm 2, 1 zon) op de cel en meet photogenerated stromingen met behulp van de JV karakteristieken meetsysteem volgens de instructies van de fabrikant met een spanning stap van 0,02 V. </li></ol>

<ol><li>Murray, W. A., Barns, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Plasmonic Materials.</a> Adv. Mater. 19, 3771-3782 (2007).</li>
<li>Atwater, H. A., Polman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics+for+improved+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Plasmonics for improved photovoltaic devices.</a> Nat. Mater. 9, 205-213 (2010).</li>
<li>Green, M. A., Pillai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Harnessing+plasmonics+for+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photon%22%5BJournal%5D)">Harnessing plasmonics for solar cells.</a> Nat. Photon. 6, 130-132 (2012).</li>
<li>Yu, Z., Raman, A., Fan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fundamental+limit+of+nanophotonic+light+trapping+in+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Fundamental limit of nanophotonic light trapping in solar cells.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 107, 17491-17496 (2010).</li>
<li>Callahan, D. M., Munday, J. N., Atwater, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solar+Cell+Light+Trapping+beyond+the+Ray+Optic+Limit%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Solar Cell Light Trapping beyond the Ray Optic Limit.</a> Nano Lett. 12, 214-218 (2012).</li>
<li>Biswas, R., Xu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+and+plasmonic+crystal+based+enhancement+of+solar+cells+%E2%80%94+Theory+of+overcoming+the+Lambertian+limit%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Non-Cryst.+Solids%22%5BJournal%5D)">Photonic and plasmonic crystal based enhancement of solar cells — Theory of overcoming the Lambertian limit.</a> J. Non-Cryst. Solids. 358, 2289-2294 (2012).</li>
<li>Yablonovitch, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+ray+optics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opt.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">Statistical ray optics.</a> J. Opt. Soc. Am. 72, 899-907 (1982).</li>
<li>Chantana, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Localized+surface+plasmon+enhanced+microcrystalline+silicon+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Non-Cryst.+Solids%22%5BJournal%5D)">Localized surface plasmon enhanced microcrystalline silicon solar cells.</a> J. Non-Cryst. Solids. 358, 2319-2323 (2012).</li>
<li>Tan, H., Santbergen, R., Smets, A. H. M., Zeman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+Light+Trapping+in+Thin-film+Silicon+Solar+Cells+with+Improved+Self-Assembled+Silver+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Plasmonic Light Trapping in Thin-film Silicon Solar Cells with Improved Self-Assembled Silver Nanoparticles.</a> Nano Lett. 12, 4070-4076 (2012).</li>
<li>Mizuno, H., Sai, H., Matsubara, K., Kondo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+Trapping+by+Ag+Nanoparticles+Chemically+Assembled+inside+Thin-Film+Hydrogenated+Microcrystalline+Si+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Jpn.+J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Light Trapping by Ag Nanoparticles Chemically Assembled inside Thin-Film Hydrogenated Microcrystalline Si Solar Cells.</a> Jpn. J. Appl. Phys. 51, 042302-1-4(2012).</li>
<li>Chen, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Broadband+Enhancement+in+Thin-Film+Amorphous+Silicon+Solar+Cells+Enabled+by+Nucleated+Silver+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Broadband Enhancement in Thin-Film Amorphous Silicon Solar Cells Enabled by Nucleated Silver Nanoparticles.</a> Nano Lett. 12, 2187-2192 (2012).</li>
<li>Spinelli, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+Impedance+Matching+Using+Coupled+Plasmonic+Nanoparticle+Arrays%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optical Impedance Matching Using Coupled Plasmonic Nanoparticle Arrays.</a> Nano Lett. 11, 1760-1765 (2011).</li>
<li>Temple, T. L., Bagnall, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+properties+of+gold+and+aluminium+nanoparticles+for+silicon+solar+cell+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Optical properties of gold and aluminium nanoparticles for silicon solar cell applications.</a> J Appl. Phys. 109, 084343-1-13(2011).</li>
<li>Ferry, V. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimized+Spatial+Correlations+for+Broadband+Light+Trapping+Nanopatterns+in+High+Efficiency+Ultrathin+Film+a-Si%3AH+Solar+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Optimized Spatial Correlations for Broadband Light Trapping Nanopatterns in High Efficiency Ultrathin Film a-Si:H Solar Cells.</a> Nano Lett. 11, 4239-4245 (2011).</li>
<li>Paetzold, U. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+reflection+grating+back+contacts+for+microcrystalline+silicon+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Plasmonic reflection grating back contacts for microcrystalline silicon solar cells.</a> Appl. Phys. Lett. 99, 181105-1-3(2011).</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+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+B%22%5BJournal%5D)">Nanoimprint Lithography.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 14, 4129-4133 (1996).</li>
<li>Na, S. -I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+Polymer+Solar+Cells+with+Surface+Relief+Gratings+Fabricated+by+Simple+Soft+Lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Efficient Polymer Solar Cells with Surface Relief Gratings Fabricated by Simple Soft Lithography.</a> Adv. Funct. Mater. 18, 3956-3963 (2008).</li>
<li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Soft+Lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Soft Lithography.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 37, 550-575 (1998).</li>
<li>Battaglia, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+Trapping+in+Solar+Cells%3A+Can+Periodic+Beat+Random%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Light Trapping in Solar Cells: Can Periodic Beat Random.</a> ACS Nano. 6, 2790-2797 (2012).</li>
<li>Hsu, C. -M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Efficiency+Amorphous+Silicon+Solar+Cell+on+a+Periodic+Nanocone+BackReflector%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Energy+Mater%22%5BJournal%5D)">High-Efficiency Amorphous Silicon Solar Cell on a Periodic Nanocone BackReflector.</a> Adv. Energy Mater. 2, 628-633 (2012).</li>
<li>Hulteen, J. C., Van Duyne, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanosphere+lithography%3A+A+materials+general+fabrication+process+for+periodic+particle+array+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+A%22%5BJournal%5D)">Nanosphere lithography: A materials general fabrication process for periodic particle array surfaces.</a> J. Vac. Sci. Technol. A. 13, 1553-1558 (1995).</li>
<li>Daif, O. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Front+side+plasmonic+effect+on+thin+silicon+epitaxial+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Sol.+Energy+Mater.+Sol.+Cells%22%5BJournal%5D)">Front side plasmonic effect on thin silicon epitaxial solar cells.</a> Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 104, 58-63 (2012).</li>
<li>Niesen, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+Efficiency+Enhancement+of+High+Performance+Organic+Solar+Cells+with+a+Nanostructured+Rear+Electrode%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Energy+Mater%22%5BJournal%5D)">Plasmonic Efficiency Enhancement of High Performance Organic Solar Cells with a Nanostructured Rear Electrode.</a> Adv. Energy Mater. 3, 145-150 (2013).</li>
<li>Fredriksson, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hole-Mask+Colloidal+Lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Hole-Mask Colloidal Lithography.</a> Adv. Mater. 19, 4297-4302 (2007).</li>
<li>Mizuno, H., Kaneko, T., Sakata, I., Matsubara, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Capturing+by+self-assembled+block+copolymer+thin+films%3A+transfer+printing+of+metal+nanostructures+on+textured+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Commun%22%5BJournal%5D)">Capturing by self-assembled block copolymer thin films: transfer printing of metal nanostructures on textured surfaces.</a> Chem. Commun. 50, 362-364 (2014).</li>
<li>Mizuno, H., Sai, H., Matsubara, K., Takato, H., Kondo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transfer-printed+silver+nanodisks+for+plasmonic+light+trapping+in+hydrogenated+microcrystalline+silicon+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Express%22%5BJournal%5D)">Transfer-printed silver nanodisks for plasmonic light trapping in hydrogenated microcrystalline silicon solar cells.</a> Appl. Phys. Express. 7, 112302-1-4(2014).</li>
<li>Odom, T. W., Love, J. C., Wolfe, D. B., Paul, K. E., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+Pattern+Transfer+in+Soft+Lithography+Using+Composite+Stamps%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Improved Pattern Transfer in Soft Lithography Using Composite Stamps.</a> Langmuir. 18, 5314-5320 (2002).</li>
<li>Schmid, H., Michel, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Siloxane+Polymers+for+High-Resolution%2C+High-Accuracy+Soft+Lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Siloxane Polymers for High-Resolution, High-Accuracy Soft Lithography.</a> Macromolecules. 33, 3042-3049 (2000).</li>
<li>Loo, Y. -L., Willett, R. L., Baldwin, K. W., Rogers, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interfacial+Chemistries+for+Nanoscale+Transfer+Printing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Interfacial Chemistries for Nanoscale Transfer Printing.</a> J. Am. Chem. Soc. 124, 7654-7655 (2002).</li>
<li>Hylton, N. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Loss+mitigation+in+plasmonic+solar+cells%3A+aluminium+nanoparticles+for+broadband+photocurrent+enhancements+in+GaAs+photodiodes%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Loss mitigation in plasmonic solar cells: aluminium nanoparticles for broadband photocurrent enhancements in GaAs photodiodes.</a> Sci. Rep. 3, 2874-1-6(2013).</li>
<li>Delamarche, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microcontact+Printing+Using+Poly%28dimethylsiloxane%29+Stamps+Hydrophilized+by+Poly%28ethylene+oxide%29+Silanes%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Microcontact Printing Using Poly(dimethylsiloxane) Stamps Hydrophilized by Poly(ethylene oxide) Silanes.</a> Langmuir. 19, 8749-8758 (2003).</li>
<li>Mizuno, H., Sai, H., Matsubara, K., Kondo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+Light+Trapping+in+Amorphous+Si+Solar+Cells+Using+Periodic+Ag+Nanodisk+Structures%5BTitle%5D)+AND+%22MRS+Proc%22%5BJournal%5D)">Plasmonic Light Trapping in Amorphous Si Solar Cells Using Periodic Ag Nanodisk Structures.</a> MRS Proc. , 1627-1613 (2014).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

In dit artikel werd een dubbel-gelaagde hard / zacht PDMS samengestelde gebruikt als stempel materialen. 27 Deze combinatie bleek essentieel te zijn voor de ouder nanostructuur precies repliceren in de vorm, waarin een hexagonaal close-verpakt ronde gaten array waarvan de diameter was van 230 nm, de diepte van 500 nm en hole hart op hart afstand van 460 nm. Wanneer slechts zachte PDMS gebruikt, het stempel steeds resulteerde in een slecht nanogestructureerde oppervlak (bijvoorbeeld geen scherpe rand in de omg...

Er is al lang een vraag naar de toepassing van functionele nanostructuren in een breed scala van technologisch gebied. Een van de verwachtingen voor deze trend is om nieuwe ontwerp van het apparaat architecturen leidt tot verbeterde of vernieuwende voorstellingen te openen. Op het gebied van zonnecellen, bijvoorbeeld, het gebruik van metalen nanostructuren is actief onderzocht vanwege hun intrigerende optische (bijv plasmonische) eigenschappen, 1 mogelijk gunstige effectieve licht vangsystemen construeren. 2,3 immers enkele theoretische studies 4 -6 hebben gesuggereerd dat dergelijke plasmonische licht trapping effecten overschrijding van de conventionele ray optische (texturen) -gebaseerde lichtgrens trapping. 7 Daardoor konden bereiken, het ontwikkelen van strategieën om de gewenste metalen nanostructuren te integreren met zonnecellen is steeds belangrijker geworden om deze te realiseren theoretische voorspellingen. Een aantal strategieënvoorgesteld om deze uitdaging. 8-24 Deze omvatten bijvoorbeeld eenvoudige (low-cost) thermisch gloeien van metaalfolies 8,9 of dispersie van pre-gesynthetiseerde metaal nanodeeltjes, 10,11 beide resulteerde in succesvolle demonstraties plasmonische light trapping. Er moet echter worden opgemerkt dat de metalen nanostructuren vervaardigd door deze benaderingen doorgaans uitdagen aan te passen aan de theoretische modellen. In tegenstelling tot de traditionele nanofabricage technieken halfgeleiderindustrie, zoals fotolithografie en electron beam lithografie, 12,13 kan controlestructuren ver onder de sub-100 nm niveau, maar ze zijn vaak te duur en tijdrovend te passen op zonnecellen, waar grote-area vermogen met lage kosten is essentieel. Om de low-cost, high-throughput en groot oppervlak eisen nanoschaal beheersbaarheid, werkwijzen zoals nanoimprint lithografie, 14-16 zachte lithografie, 17,18 vervullen </sup&gt; Nanosfeer lithografie, 19-21 en hole-masker colloïdale lithografie 22-24 zou veelbelovend. Onder deze keuzes, hebben we een zachte lithografische, geavanceerde transferdruk ontwikkelde techniek. 25 Met een nanogestructureerde poly (dimethylsiloxaan) (PDMS) stempels en blokcopolymeer gebaseerde kleeflagen kan patroonvorming van gelast metalen nanostructuren gemakkelijk worden bereikt op een aantal technologisch relevant materiaal, inclusief die voor zonnecellen. De focus van dit artikel is om de gedetailleerde procedure van onze transfer printen aanpak beschrijven effectieve licht trapping plasmonische nanostructuren te nemen in bestaande zonnecellen structuren. Als demonstratief geval Ag nanodisks en dunne-film gehydrogeneerd microkristallijn Si (uc-Si: H) zonnecellen werden geselecteerd in deze studie (figuur 1), 26 hoewel andere soorten metalen en zonnecellen verenigbaar zijn met deze benadering. Samen met zijn proceseenvoud, zou de aanpak van belang zijn voor diverse onderzoekers als een handig hulpmiddel om functionele metalen nanostructuren te integreren met apparaten.

<table><tbody><tr><td>Nanohole mold</td><td><a href="http://www.scivax.com">Scivax</a></td><td>FLH230/500-120</td><td></td></tr><tr><td>PTFE container</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com">Eishin</a></td><td>n/a</td><td>Op maat gemaakt</td></tr><tr><td colspan="4">Hard-PDMS materialen</td></tr><tr><td>Vinylmethylsiloxaan-dimethylsiloxaan copolymer</td><td><a href="http://www.gelest.com/gelest/forms/Home/home.aspx">Gelest</a></td><td>VDT-731</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;Pt-divinyltetramethyldisiloxaan complex</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>Methylhydrosiloxaan-dimethylsiloxaan copolymer</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-tetramethyltetra-vinylcyclotetrasiloxaan</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com">Sigma-Aldrich</a></td><td>396281</td><td>Additief voor hard-PDMS</td></tr><tr><td>Soft-PDMS materialen</td><td><a href="http://www.dowcorning.com">Dow Corning</a></td><td>Sylgard-184</td><td>Silicone precursor</td></tr><tr><td>PS-b-P2VP</td><td><a href="http://polymersource.com">Polymer Source</a></td><td>P5742-S2VP</td><td>Mn × 103 = 133-b-132</td></tr><tr><td>Glas/SnO2:F substraten</td><td><a href="http://www.agc.com/english/company">Asahi Glass Co. Ltd.</a></td><td>Type VU</td><td>Chemisch mechanisch gepolijst door D-process Inc. (http://d-process.jp/index.html) om de oppervlakken vlak te maken</td></tr><tr><td>Detergent</td><td>Fruuchi Chemical Co. http://www.furuchi.co.jp/eng/main.htm</td><td>Semico-clean 56</td><td>Gebruikt voor het reinigen van Glas/SnO2:F substraten</td></tr><tr><td>ZnO:Ga supputtering doel</td><td><a href="http://www.agcc.jp/2005/en/index.html">AGC Ceramics Co. Ltd.</a></td><td>5.7GZO</td><td></td></tr><tr><td>Ag supputtering doel</td><td><a href="http://www.mitsubishicarbide.com/mmc/en/index.html">Mitsubishi Materials Co.</a></td><td>4NAg</td><td></td></tr><tr><td>Dubbelzijdig plakband</td><td><a href="http://nisshin-em.co.jp/information/carbontape.html">Nisshin EM Co.</a></td><td>732</td><td></td></tr><tr><td>Polyimide tape</td><td><a href="http://www.dupont.com/products-and-services/membranes-films/polyimide-films/brands/kapton-polyimide-film.html">Dupont</a></td><td>Kapton 650S#25</td><td></td></tr><tr><td>Sn-Zn-gebaseerde Soldeer</td><td><a href="http://www.kuroda-techno.com/english/index.html">Kuroda Techno Co., Ltd.</a></td><td>Cerasolzer AL-200</td><td></td></tr><tr><td>Digitale micro pipette</td><td><a href="http://www.nichiryo.co.jp/en/product/pipette/ex/index.html">Nichiryo</a></td><td>00-NPX2-20 00-NPX2-200 00-NPX2-1000</td><td></td></tr><tr><td>Verwarmingskamer</td><td><a href="http://www.eyelaworld.com/product_view.php?id=120">Tokyo Rikakikai Co., Ltd.</a></td><td>VOS-201SD</td><td></td></tr><tr><td>Elektronenbundel verdamper</td><td><a href="https://www.canon-anelva.co.jp/english/index.html">Canon-Anelva</a></td><td>n/a</td><td>Op maat gemaakt</td></tr><tr><td>Elektronenbundel verdamper</td><td><a href="http://arios.com/">Arios</a></td><td>n/a</td><td>Op maat gemaakt</td></tr><tr><td>Sputtersysteem</td><td><a href="http://www.ulvac.co.jp/en">Ulvac</a></td><td>SBR-2306</td><td></td></tr><tr><td>PECVD systeem</td><td><a href="http://www.shimadzu.co.jp/emit/en/">Shimadzu Emit Co. Ltd.</a></td><td>SLCM-13</td><td></td></tr><tr><td>Ar plasma systeem</td><td><a href="http://www.plasma.de/index.html">Diner Electric Gmbh</a></td><td>Femto</td><td></td></tr><tr><td>RIE systeem</td><td><a href="http://www.samcointl.com">Samco Inc.</a></td><td>RIE-10NR</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasoon soldeerapparaat</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 meetsysteem</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 karakteristieken meetsysteem</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>OTENTOSUN-5S-I/V</td><td></td></tr><tr><td>Amorfe Si referentiecel</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>WPVS-NPB-S1</td><td>Voor lichtintensiteitskalibratie</td></tr><tr><td>Digitaal multimeter</td><td><a href="http://www.keithley.com/">Keithley Instruments Inc.</a></td><td>2400</td><td></td></tr></tbody></table>

integratie van licht trapping silver nanostructures in gehydrogeneerde microkristallijn silicium zonnecellen door transfer printing

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

Een van de potentiële toepassingen van metaalnanostructuren is lichtvang in zonnecellen, waarbij unieke optische eigenschappen van nanogrootte metalen, algemeen bekend als plasmonische effecten, een belangrijke rol spelen. Onderzoek op dit gebied is echter belemmerd vanwege de moeilijkheid om apparaten te fabriceren die de gewenste functionele metaalnanostructuren bevatten. Om een haalbare strategie voor deze kwestie te bieden, tonen we hier een op transferprinting gebaseerde benadering die de snelle en goedkope integratie van ontworpen metaalnanostructuren met een verscheidenheid aan apparaatschijven mogelijk maakt, inclusief zonnecellen. Nanozuil poly(dimethylsiloxaan) (PDMS) stempels werden vervaardigd uit een commercieel verkrijgbare nanogat plastic film als mastermal. Op deze nanogestuurde PDMS stempels werden Ag-films gedeponeerd, die vervolgens werden overgedrukt op een blokcopolymeer (bindlaag) gecoate gehydrogeneerde microkristallijne Si (µc-Si:H) oppervlak om geordende Ag nanodisk structuren te verkrijgen. Het werd bevestigd dat de resulterende Ag nanodisk-incorporatieerde µc-Si:H zonnecellen hogere prestaties vertonen in vergelijking met een cel zonder de overgedrukte Ag nanodisks, dankzij het plasmonische lichtvangeffect afgeleid van de Ag nanodisks. Vanwege de eenvoud en veelzijdigheid zou verdere apparaattoepassing ook haalbaar zijn via deze benadering.

Figuur 2 schetst de algemene werkwijze voor de transfer printen van Ag nanodisks op het oppervlak van uc-Si: H (n layer). In het kort, een Ag-film (dikte: 10-80 nm) eerst afgezet op het oppervlak van een nanopillar PDMS stempel met elektronenstraal verdamping. Daarnaast werd een PS- b -P2VP oplossing spin-coating op het oppervlak van een vers bereide uc-Si: H-laag. Vervolgens wordt een druppel EtOH die op de PS- b--P2VP gecoate oppervlak, en de Ag-afgezette PDMS stemp...

Er wordt een haalbare op transferdruk gebaseerde methodologie beschreven om plasmonische metaalnanostructuren in zonnepanelen te introduceren. Met behulp van nanopijler poly(dimethylsiloxane) stempels, werd een Ag-gebaseerde geordende nanodisk-array geïntegreerd met standaard gehydrogeneerde microkristallijne Si-zonnepanelen, wat leidde tot verbeterde prestaties van het apparaat als gevolg van plasmonisch lichtopsluiting.

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing

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

Het algemene doel van deze transferprinttechniek is om een haalbare methodologie te bieden om functionele plasmonische nanostructuren in apparaten zoals zonnecellen te integreren. Deze methode kan helpen om de praktische toepassing van meta-nanostructuren in apparaten zoals prismatische zonnecellen te bevorderen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat men snel gewenste of ontworpen meta-nanostructuren kan introduceren in bestaande apparaatstructuren, wat significante veranderingen in het oorspronkelijke fabricageproces tot gevolg heeft.Hoewel deze methode is ontwikkeld, vooral voor zonnecellen, kan deze ook worden toegepast op andere apparaten die gebruik maken van plasmonische eigenschappen, zoals recht uitstralende diodes en sensoren. Om te beginnen, plaats een nano-gatmal in een polytetrafluorethyleen container. Plaats vervolgens 0,76 gram vinylmethyl suboxaan dimethyl suboxaan copolymeer in een wegwerpbare glazen fles.Gebruik een micropipet met een wegwerpbare polypropyleen tip om zes microliter van het platina di vinyl tetraethyl dioxaan complex aan het copolymeer toe te voegen. Gebruik vervolgens een micropipet met een wegwerpbare polypropyleen tip om 24 microlit

integration-light-trapping-silver-nanostructures-hydrogenated

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

We beschrijven een nanomoulding techniek die goedkope nanoschaal patronen van functionele materialen, materialen stapels en volledige apparaten mogelijk maakt. Nanomoulding kan worden uitgevoerd op elke nanoimprinting installatie en kan worden toegepast op een groot aantal materialen en depositieprocessen.

Nanomoulding van Functional Materials, een veelzijdige aanvulling patroon replicatie methode om nanoimprinting

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

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

We demonstreren het gebruik van de Laser-induced forward transfer techniek (LIFT) voor het printen van hoog-viscositeit Ag pasta. Deze techniek biedt een eenvoudig, lage temperatuur, robuust proces voor het niet-litografisch printen van microschaal 2D en 3D structuren.

Laser-geïnduceerde Forward Overdracht van Ag Nanopaste

Dit artikel onderzoekt de geschiktheid van inkjetprinten voor de productie van kleurling gevoelige zonnepanelen. Een bindmiddelvrije TiO2 nanodeeltjesinkt werd geformuleerd en op een FTO-glassubstraat geprint. De gedrukte laag werd vervaardigd tot een cel met een actieve oppervlakte van 0,25 cm2 en een efficiëntie van 3,5%.

Digital Printing titaandioxide voor kleurstof zonnecellen

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

Er wordt een protocol gepresenteerd voor een robuuste en op applicatie gerichte reologische karakterisering van sterk geconcentreerde suspensies. Zilverpasta's die worden gebruikt voor screenprintingtoepassing in de productie van zonnecellen, worden gebruikt als modelsystemen.

Uitdagingen in Reologische karakterisering van sterk geconcentreerde Suspensions - Een Case Study for-Zeefdruk Silver Plakt

In dit protocol beschrijven we de gedetailleerde experimentele procedure voor de fabricage van een robuust nano weegschaal contact tussen een zilver nanodraad-netwerk en een CDs-buffer laag in een dun-film Solar Cell van CIGS.

Fabricage van robuust Nanoscale contact tussen een zilver Nanowire elektrode en CdS buffer Layer in Cu (in, ga) se2 dunne-film zonnecellen

Een protocol voor metaalondersteunde chemische inprenting van 3D-microschaalkenmerken met vormnauwkeurigheid van minder dan 20 nm in vaste en poreuze siliciumwafers wordt gepresenteerd.

Metaalondersteunde elektrochemische nano-afdruk van poreuze en vaste siliciumwafers

Leer een transfer printing-techniek om plasmonische zilveren nanodisks te integreren in gehydrogeneerde microkristallijne silicium zonnecellen. Deze methode verbetert de lichtabsorptie en verhoogt de efficiëntie van zonne-energieopwekking.

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing (Video) | JoVE Journal

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing

Meer video's verkennen