Name: Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Poznaj technikę druku transferowego do integracji plazmonicznych nanostruktur srebra w ogniwach słonecznych z krzemem mikrokrystalicznym. Metoda zwiększa wydajność poprzez pułapkowanie światła.

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

Autorzy dziękują Organizacji Rozwoju Nowej Energii i Technologii Przemysłowych (NEDO) przy Ministerstwie Gospodarki, Handlu i Przemysłu (METI) w Japonii za wsparcie finansowe.

1. Przygotowanie pieczęci PDMS
<ol>
	<li>Umieść formę z nanootworami (nanonadrukowana folia z tworzywa sztucznego z polimeru cykloolefinowego, rozmiar: 50 mm × 50 mm) w pojemniku z politetrafluoroetylenu (PTFE).</li>
	<li>Odważyć kopolimer winylometylosiloksanu-dimetylosiloksanu (0,76 g dla formy 50 mm × 50 mm) w jednorazowej szklanej butelce i wymieszać z kompleksem Pt-diwinylotetrametylodiloksan (6 μl, za pomocą cyfrowej mikropipety z jednorazową końcówką polipropylenową) i 2,4,6,8-tetrametylotetracyklotetrasiloksan (24 μl, za pomocą cyfrowej mikropipety z jednorazową końcówką polipropylenową).</li>
	<li>Dodać kopolimer metylohydrosiloksan-dimetylosiloksan (0,24 ml, za pomocą cyfrowej mikropipety z jednorazową końcówką polipropylenową) do szklanej butelki i szybko wymieszać za pomocą jednorazowej szklanej pipety. Po przedmuchaniu powierzchni formy osadzonej w pojemniku z PTFE przezN2, należy wlać powstałą mieszaninę ("twardy" prepolimer PDMS) na formę i rozpocząć wirowanie z prędkością 1 000 obr./min przez 40 sekund, aby uzyskać grubość warstwy ~40 μm.</li>
	<li>Umieścić wirową próbkę w gorącej komorze podgrzanej do temperatury 65 °C na 30 minut w celu krótkotrwałego usieciowania twardego PDMS.</li>
	<li>Podczas podgrzewania odważ silikon (6 g) i wymieszaj go z katalizatorem (0,6 g) w jednorazowej szklanej butelce. Umieścić szklaną butelkę w eksykatorze próżniowym i stosować podciśnienie (~133 Pa) przez 15 minut, aby usunąć powietrze uwięzione w mieszaninie silikonu ("miękki" prepolimer PDMS).</li>
	<li>Wyjmij formę i miękki prepolimer PDMS odpowiednio z komory grzewczej i eksykatora próżniowego, a następnie szybko wlej miękki prepolimer PDMS na podgrzaną formę. Grubość miękkiej warstwy PDMS wynosi ~3 mm.</li>
	<li>Otrzymaną próbkę ponownie umieścić w eksykatorze próżniowym w celu dalszego odgazowania przy ciśnieniu ~133 Pa przez co najmniej 1 godzinę.</li>
	<li>Przenieść odgazowaną próbkę do komory grzewczej i rozpocząć stopniowe podgrzewanie do temperatury 80 °C (szybkość ogrzewania ~3 °C/min). Utrzymuj tę temperaturę przez 5 godzin, aby całkowicie usieciować twardy i miękki PDMS.</li>
	<li>Po schłodzeniu próbki do temperatury pokojowej należy ostrożnie odkleić stempel PDMS od formy. W razie potrzeby użyj ponownie formy, aby przygotować drugie (lub więcej) stempli. Uwaga: Ta sama forma może być użyta co najmniej pięć razy bez pogorszenia jakości stempla.</li>
	<li>Pokrój otrzymany stempel nanopillar (dwuwarstwowy twardy/miękki kompozyt PDMS)27 na kawałki o pożądanych rozmiarach (zwykle 7 mm × 7 mm w przypadku naszych ogniw słonecznych) za pomocą noża i przechowuj je pod powietrzem do czasu użycia.</li>
</ol>
2. Przygotowanie roztworów kopolimerów blokowych
<ol>
	<li>Zważyć proszek bloku polistyrenowego poli-2-winylopirydyny (PS-b-P2VP) w szklanej butelce i wymieszać z o-ksylenem w stosunku 3 mg/ml (PS-b-P2VP/o-ksylen).</li>
	<li>Mieszać mieszaninę za pomocą mieszadła magnetycznego pokrytego PTFE w temperaturze 70 °C przez 1 godzinę.</li>
	<li>Otrzymany roztwór należy przechowywać przez ponad 24 godziny w temperaturze pokojowej bez mieszania, aby zakończyć tworzenie się miceli do samodzielnego organizowania. Szczelnie zamknij roztwór i przechowuj go w warunkach otoczenia. Uwaga: Jakość roztworu pozostaje niezmieniona nawet rok po przygotowaniu.</li>
</ol>
3. Przygotowanie μsubstratów c-Si:H
<ol>
	<li>Umyć szklanki pokryte SnO2:F (oznaczać szkło/SnO2:F, dalej) zH2O(500 ml), detergentem (500 ml) iH2O(500 ml) w temperaturze pokojowej przy użyciu kąpieli ultradźwiękowej (15 min dla każdej). Wysuszyć je, N2.</li>
	<li>Oczyszczone podłoża szklane/SnO2:F załadować do uchwytu substratu i osadzić ZnO:Ga (20 nm) za pomocą systemu napylania prądem stałym (DC) w warunkach określonych w tabeli 2.</li>
	<li>Załadować podłoża szkło/SnO2:F/ZnO:Ga do innego uchwytu podłoża i osadzić μ warstwyc-Si:H p (10 nm), i (500 nm) i n (40 nm) za pomocą systemu chemicznego osadzania z fazy gazowej wspomaganej plazmą (PECVD) w warunkach określonych w tabeli 2.</li>
	<li>Powstałe μpodłoża c-Si:H (szkło/SnO2:F/ZnO:Ga/μc-Si:H p-i-n) należy przechowywać w próżni lubN2 do etapu drukowania transferowego.</li>
</ol>
4. Powlekanie pieczęci PDMS
<ol>
	<li>Stemple PDMS (przygotowane w kroku 1) przemyć EtOH (30 ml) za pomocą kąpieli ultradźwiękowej przez 15 minut i wysuszyć przez wdmuchiwanie N2.</li>
	<li>Oczyszczone stemple PDMS należy załadować na uchwyt próbki za pomocą dwustronnej taśmy klejącej i nałożyć folię Ag (10-80 nm) za pomocą systemu odparowywania wiązką elektronów (EB) w następujących warunkach: szybkość osadzania = 5-10 A/s, ciśnienie = ~1,5 × 10-4 Pa.</li>
	<li>Wyjmij stemple z powłoką Ag z systemu odparowywania EB i użyj ich natychmiast w następnym kroku druku transferowego.</li>
</ol>
5. Drukowanie transferowe nanodysków Ag na cienkowarstwowych powierzchniach krzemowych
<ol>
	<li>Wyjąć cienkowarstwowe podłoża Si przechowywane w próżni lubN2 i ponownie pokryć roztworem PS-b-P2VP (0,3 ml dla próbki 50 mm × 50 mm, używając cyfrowej mikropipety z jednorazową końcówką polipropylenową) przy 5 000 obr./min przez 40 sekund.</li>
	<li>Zwilż powierzchnię pokrytą PS-b-P2VP EtOH za pomocą cyfrowej mikropipety (5 μm/obszar komórki) i delikatnie nałóż stempel PDMS z powłoką Ag na mokrą powierzchnię EtOH. Nie naciskaj stempla.</li>
	<li>Umieść cienkowarstwowe podłoże Si ze stemplem w komorze próżniowej i zastosuj próżnię (~133 Pa).</li>
	<li>Po 5 minutach napełnij komorę próżniową powietrzem i wyjmij cienkowarstwowe podłoże Si.</li>
	<li>Usuń stempel z cienkowarstwowego podłoża Si, przytrzymując obie strony stempla pęsetą, aby wydrukować nanodyski Ag w celu nadruku transferowego. Uwaga: Jeśli się powiedzie, ślad stemplowania jest widoczny jako zielonkawa plama.</li>
	<li>Płukać cienkowarstwowe podłoże Si z nadrukiem transferowym ciągłym przepływem EtOH przez 15 sekund (~30 ml) i wysuszyć przez przedmuchiwanie N2.</li>
	<li>Usunąć powłokę PS-b-P2VP za pomocą systemu plazmowego Ar.
	<ol>
		<li>Umieść cienkowarstwowe podłoże Si z nadrukiem transferowym w komorze procesowej systemu plazmowego Ar.</li>
		<li>Wypompować powietrze z komory procesowej przez ~5 min (ciśnienie ~20 Pa).</li>
		<li>Otwórz zawór przewodu gazowego Ar i ręcznie ustaw natężenie przepływu na 4 sccm. Odczekaj ~5 min, aby ustabilizować ciśnienie do 40 Pa.</li>
		<li>Generuj plazmę Ar przez 108 sekund.</li>
		<li>Zamknij zawór przewodu gazowego Ar, zatrzymaj pompowanie i wlej powietrze do komory procesowej, aby usunąć oczyszczone plazmowo, drukowane transferowo cienkowarstwowe podłoża Si.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. Zakończenie produkcji cienkowarstwowych ogniw słonecznych Si
<ol>
	<li>Przymocuj metalowe maski do cienkowarstwowych podłoży Si z nadrukiem transferowym po obróbce plazmą Ar za pomocą taśm poliimidowych.</li>
	<li>Zamaskowane podłoża należy załadować do uchwytu substratu systemu rozpylania prądem stałym i osadzać kolejno ZnO:Ga (100 nm), Ag (250 nm) i ZnO:Ga (40 nm) w warunkach określonych w tabeli 2.</li>
	<li>Oderwij metalowe maski od podłoży i usuń zamaskowane cienkowarstwowe warstwy krzemu (tj. obszar, w którym nie zdeponowano ZnO:Ga i Ag) za pomocą systemu reaktywnego trawienia jonowego (RIE).
	<ol>
		<li>Umieścić próbki w komorze procesowej systemu RIE.</li>
		<li>Wypompuj powietrze z komory procesowej zgodnie z instrukcjami producenta.</li>
		<li>Ustaw warunki procesu w następujący sposób zgodnie z instrukcją producenta: SF6/O2 natężenie przepływu = 100/20 sccm, ciśnienie = 20 Pa, moc 100 W, czas = 1 min 20 sek.</li>
		<li>Otwórz przewody gazowe SF6 i O2, ustabilizuj ciśnienie i wygeneruj plazmę.</li>
		<li>Zamknąć zawór przewodu gazowego SF6 i O2, zatrzymać pompowanie i napełnić N2 do komory procesowej, aby pobrać próbki.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umieścić próbki w komorze wyżarzania próżniowego i rozpocząć stopniowe podgrzewanie do 175 °C w próżni (~133 Pa). Utrzymuj tę temperaturę przez 2 godziny, a następnie pozwól ostygnąć do RT. Napełnij komorę powietrzem i wyjmij próbki, które teraz można nazwać komórkami.</li>
	<li>stop na bazie Sn-Zn na przedniej przezroczystej elektrodzie (szkło/SnO2:F/ZnO:Ga, część odsłonięta przez obróbkę RIE) za pomocą ultradźwiękowego urządzenia do.</li>
</ol>
7. Pomiar zewnętrznej wydajności kwantowej (EQE)
<ol>
	<li>Przymocuj maskę chroniącą przed światłem do spreparowanej komórki za pomocą taśmy poliamidowej i umieść zamaskowaną komórkę w uchwycie na komórkę. Podłącz sondy do przedniej elektrody lutowanej (+) i tylnej elektrody Ag/ZnO:Ga (-).</li>
	<li>Zmierz widma EQE za pomocą systemu pomiarowego EQE zgodnie z instrukcjami producenta z zakresem długości fali i krokiem odpowiednio 300-1,100 nm i 5 nm.</li>
</ol>
8. Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej (J-V) w fotowoltaice
<ol>
	<li>Skalibrować natężenie światła w systemie pomiaru charakterystyki J-V za pomocą amorficznej celi referencyjnej Si.
	<ol>
		<li>Ustaw amorficzną komórkę odniesienia Si w uchwycie komórki systemu pomiaru charakterystyki J-V i oświetl światło.</li>
		<li>Odczyt fotogenerowanego prądu za pomocą multimetru cyfrowego wyposażonego w system pomiaru charakterystyki J-V. Dostosuj natężenie światła, aż prąd generowany przez foto pokaże odpowiednią wartość dla komórki referencyjnej (8.34 mA/cm2).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przymocuj maskę chroniącą przed światłem do komórki i umieść zamaskowaną komórkę w uchwycie na komórkę. Podłącz sondy do przedniej elektrody lutowanej (+) i tylnej elektrody Ag/ZnO:Ga (-).</li>
	<li>Oświetl skalibrowane światło (100 mW/cm2, 1 słońce) na ogniwie i zmierz prądy fotogenerowane za pomocą układu pomiaru charakterystyki J-V zgodnie z instrukcjami producenta z krokiem napięcia 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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W tym artykule jako materiały stemplowe zastosowano dwuwarstwowy twardo-miękki kompozyt PDMS. 27 Kombinacja ta okazała się niezbędna do precyzyjnego odtworzenia macierzystej nanostruktury w formie, która była sześciokątnie upakowanym układem okrągłych otworów o średnicy 230 nm, głębokości 500 nm i odstępach między otworami 460 nm. Gdy używany był tylko miękki PDMS, stempel zawsze skutkował słabo nanostrukturalną powierzchnią (na przykład brak ostrej krawędzi w odwróconej strukturze filaru) ze względu na niski ...

Od dawna istnieje zapotrzebowanie na zastosowanie funkcjonalnych nanostruktur w szerokim zakresie technologicznym. Jednym z oczekiwań związanych z tym trendem jest otwieranie nowych projektów architektur urządzeń prowadzących do poprawy lub innowacji wydajności. Na przykład w dziedzinie ogniw słonecznych zastosowanie nanostruktur metalowych jest aktywnie badane ze względu na ich intrygujące właściwości optyczne (tj. plazmoniczne),1 potencjalnie korzystne dla konstruowania skutecznych systemów zatrzymywania światła. 2,3 Rzeczywiście, niektóre badania teoretyczne4-6 sugerowały, że takie plazmoniczne pułapkowanie światła może osiągnąć efekty przekraczające konwencjonalny limit pułapkowania światła oparty na optyce promieniowej (teksturowaniu). 7 W związku z tym opracowanie strategii integracji pożądanych nanostruktur metalowych z ogniwami słonecznymi staje się coraz ważniejsze dla realizacji tych teoretycznych przewidywań.
Zaproponowano szereg strategii, aby sprostać temu wyzwaniu. 8-24 Należą do nich, na przykład, proste (tanie) wyżarzanie termiczne folii metalowych8,9 lub dyspersja wstępnie zsyntetyzowanych nanocząstek metali,10,11 które zaowocowały udanymi demonstracjami pułapkowania światła plazmonicznego. Należy jednak podkreślić, że nanostruktury metalowe wytwarzane za pomocą tych podejść są zwykle trudne do dopasowania do modeli teoretycznych. W przeciwieństwie do tego, tradycyjne techniki nanowytwarzania w przemyśle półprzewodnikowym, takie jak fotolitografia i litografia wiązką elektronów,12,13 mogą kontrolować struktury znacznie poniżej poziomu poniżej 100 nm, ale często są zbyt drogie i czasochłonne, aby można je było zastosować do ogniw słonecznych, w których niezbędne jest uzyskanie dużej powierzchni przy niskich kosztach. Aby spełnić wymagania dotyczące niskich kosztów, wysokiej przepustowości i dużych powierzchni przy możliwości sterowania w nanoskali, obiecujące byłyby metody takie jak litografia nanoodcisków14-16, litografia miękka17,18, litografia nanosferyczna19-21 i litografia koloidalna z maską dziurową22-24. Wśród tych wyborów opracowaliśmy miękką litografię, zaawansowaną technikę druku transferowego. 25 Korzystając z nanostrukturalnych stempli z poli(dimetylosiloksanu) (PDMS) i warstw kleju na bazie kopolimerów blokowych, można było łatwo uzyskać wzór uporządkowanych nanostruktur metalowych na wielu materiałach istotnych z technologicznego punktu widzenia, w tym na materiałach przeznaczonych do ogniw słonecznych.
Głównym celem tego artykułu jest opisanie szczegółowej procedury naszego podejścia do druku transferowego, polegającej na włączeniu skutecznych nanostruktur plazmonicznych zatrzymujących światło w istniejących strukturach komórek słonecznych. Jako przykład poglądowy, w tym badaniu wybrano nanodyski Ag i cienkowarstwowe uwodornione mikrokrystaliczne ogniwa słoneczne Si (μc-Si:H) (Rysunek 1),26 chociaż inne rodzaje metali i ogniw słonecznych są zgodne z tym podejściem. Wraz z prostotą procesu, podejście to może być interesujące dla różnych badaczy jako poręczne narzędzie do integracji funkcjonalnych nanostruktur metalowych z urządzeniami.

<table><tbody><tr><td>Forma z nanootworami</td><td><a href="http://www.scivax.com">Scivax</a></td><td>FLH230/500-120</td><td></td></tr><tr><td>Pojemnik PTFE</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com">Eishin</a></td><td>n/a</td><td>Wykonane</td></tr><tr> na zamówienie<td colspan="4">Materiały Hard-PDMS</td></tr><tr><td>Kopolimer winylometylosiloksanu-dimetylosiloksanu</td><td><a href="http://www.gelest.com/gelest/forms/ Strona główna/home.aspx">Gelest</a></td><td>VDT-731</td><td></td></tr><tr><td>&nbsp; Kompleks Pt-divinyltetramethyldisiloxane</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>Kopolimer metylohydrosiloksanu-dimetylosiloksanu</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-tetrametylo-winylocyklotetrasiloksan</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com">Sigma-Aldrich</a></td><td>396281</td><td>Dodatek do twardych materiałów PDMS</td></tr><tr><td>Soft-PDMS</td><td><a href="http://www.dowcorning.com">Dow Corning</a></td><td>Sylgard-184</td><td>Prekursor silikonu</td></tr><tr><td>PS-b-P2VP</td><<td>a href="http://polymersource.com">Źródło polimeru</a></td><td>P5742-S2VP</td><td>Mn &czasy; 103 = 133-b-132</td></tr><tr><td>Szkło/SnO2:F podłoża</td><td><a href="http://www.agc.com/english/company">Asahi Glass Co. Ltd.</a></td><td>Typ VU</td><td>Polerowany chemicznie mechanicznie przez D-process Inc. (http://d-process.jp/index.html) w celu spłaszczenia powierzchni</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>Służy do czyszczenia podłoży szklanych/SnO2:F</td></tr><tr><td>ZnO:Ga supputtering target</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 target</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>Dwustronna taśma klejąca</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>Taśma poliamidowa</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>Lut</td> <td>na bazie Sn-Zn<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>Cyfrowa mikropipeta</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>Komora</td> <td>grzewcza<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>Parownik wiązki elektronów</td><td><a href="https://www.canon-anelva.co.jp/english/index.html">Canon-Anelva</a></td><td>n/a</td><td>Wykonany na zamówienie</td></tr><tr><td>Parownik wiązki elektronów</td><td><a href="http://arios.com/">Arios</a></td><td>n/a</td><td>Wykonany na zamówienie</td></tr><tr><td>System rozpylania</td><td><a href="http://www.ulvac.co.jp/en">Ulvac</a></td><td>SBR-2306</td><td></td></tr><tr><td>System PECVD</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>System plazmowy Ar</td><td><a href="http://www.plasma.de/index.html">Diner Electric Gmbh</a></td><td>Femto</td><td></td></tr><tr><td>RIE system</td><td><a href="http://www.samcointl.com">Samco Inc.</a></td><td>RIE-10NR</td><td></td></tr><tr><td>Ultradźwiękowe urządzenie lutownicze</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com/sub_sunbonder.htm">Colby-Eishin Enterprises, Inc.</a></td>System pomiarowy <td>SUNBONDER</td><td></td></tr><tr><td>EQE</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>System pomiaru charakterystyki-25BXS</td><td></td></tr><tr><td>J-V</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>Amorficzna komórka referencyjna Si</td> <td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>WPVS-NPB-S1</td><td>Do kalibracji natężenia światła</td></tr><tr><td>Multimetr</td> <td>cyfrowy<a href="http://www.keithley.com/">Keithley Instruments Inc.</a></td><td>2400</td><td></td></tr></tbody></table>

integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego

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

Jednym z potencjalnych zastosowań nanostruktur metalowych jest zatrzymywanie światła w ogniwach słonecznych, gdzie unikalne właściwości optyczne nanometali, powszechnie znane jako efekty plazmoniczne, odgrywają ważną rolę. Badania w tej dziedzinie są jednak utrudnione ze względu na trudności w wytwarzaniu urządzeń zawierających pożądane funkcjonalne nanostruktury metalowe. Aby zapewnić realną strategię w tym zakresie, przedstawiamy tutaj podejście oparte na druku transferowym, które umożliwia szybką i tanią integrację zaprojektowanych nanostruktur metalowych z różnymi architekturami urządzeń, w tym ogniwami słonecznymi. Stemple z poli(dimetylosiloksanu) (PDMS) w postaci nanofilarów zostały wytworzone z dostępnej na rynku folii z tworzywa sztucznego z nanootworami jako formy wzorcowej. Na tych nanowzorzystych stemplach PDMS osadzono warstwy Ag, które następnie wydrukowano transferowo na pokrytej kopolimerem blokowym (warstwa wiążąca) powierzchni uwodornionego mikrokrystalicznego krzemu (μc-Si:H) pokrytej kopolimerem blokowym (warstwa wiążąca), aby uzyskać uporządkowane struktury nanodysków Ag. Potwierdzono, że powstałe ogniwa słoneczne μc-Si:H z nanodyskiem Ag wykazują wyższą wydajność w porównaniu z ogniwami bez nanodysków Ag drukowanych transferowo, dzięki efektowi pułapkowania światła plazmonicznego pochodzącemu z nanodysków Ag. Ze względu na prostotę i wszechstronność, dalsze zastosowanie urządzenia byłoby również możliwe dzięki temu podejściu.

Rysunek 2 przedstawia ogólny proces transferowego druku nanodysków Ag na powierzchni µc-Si:H (warstwa n). W skrócie, warstwa Ag (grubość: 10-80 nm) jest najpierw naniesiona na powierzchnię stempla PDMS z nanopilarami metodą naparowania wiązką elektronów. Równolegle na powierzchni świeżo przygotowanej warstwy µc-Si:H n nanosi się metodą spin-coatingu roztwór PS-b-P2VP. Następnie na powierzchnię pokrytą PS-b-P2VP nanosi się kroplę EtOH, a stempel PDMS z naniesionym Ag um...

Opisana jest realna metodologia oparta na druku transferowym, mająca na celu wprowadzenie plazmonicznych nanostruktur metalowych do ogniw słonecznych. Wykorzystując nanofilarowe stemple poli(dimetylosiloksanowe), uporządkowany układ nanodysków oparty na Ag zintegrowano ze standardowymi uwodornionymi mikrokrystalicznymi ogniwami słonecznymi Si, co doprowadziło do poprawy wydajności urządzenia dzięki plazmonicznemu pułapkowaniu światła.

Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego

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

Ogólnym celem tej techniki druku transferowego jest zapewnienie realnej metodologii integracji funkcjonalnych nanostruktur plazmonicznych w urządzeniach takich jak ogniwa słoneczne. Metoda ta może przyczynić się do postępu w praktycznym zastosowaniu meta nanostruktur w urządzeniach, takich jak pryzmatyczne ogniwa słoneczne. Główną zaletą tej techniki jest to, że można szybko wprowadzić, pożądane lub zaprojektowane meta nanostruktury do istniejących struktur urządzeń, co skutkuje znaczącymi zmianami w pierwotnym procesie wytwarzania.Chociaż metoda ta została opracowana, szczególnie dla ogniw słonecznych, można ją również zastosować w innych urządzeniach wykorzystujących właściwości plazmoniczne, takich jak diody elektroluminescencyjne i czujniki. Aby rozpocząć, umieść formę z nano otworami w pojemniku z politetrafluoroetylenu. Na następnym miejscu 0,76 grama kopolimeru winylu methyl suboxane dimethyl suboxane w jednorazowej szklanej butelce.Użyj mikropipety z jednorazową końcówką polipropylenową, aby dodać sześć mikrolitrów kompleksu platyny i winylu tetraetylodioksanu do kopolimeru. Następnie za pomocą mikropipety z jednorazową końcówką polipropylenową dodaj 24 mikrolitry 2 4 6 8 tetraetylo-winylu cyklotetrasuboksanu do kopolimeru i wymieszaj roztwór. W razie potrzeby na krótko zmień te objętości, aby pozostały w tym samym stosunku z kopolimerem.Następnie dodaj 240 mikrolitrów hydrosu metylowego, kopolimeru laane dimethyl suboxane do szklanej butelki i szybko wymieszaj Za pomocą jednorazowej szklanej pipety krótko przedmuchaj powierzchnię mieszaniny azotem, a następnie wlej powstały twardy polimer wstępny PDMS na dostępną w handlu wzorzystą formę, która została umieszczona na wirowaniu coter, powleczono formę z prędkością 1000 obr./min przez 40 sekund, aby uzyskać grubość warstwy około 40 mikronów. Następnie umieść próbkę pokrytą wirem w komorze nagrzanej do 65 stopni Celsjusza na 30 minut. Aby na krótko usieciować twardy PDMS podczas podgrzewania, wymieszaj sześć gramów silikonu z 0,6 grama katalizatora w jednorazowej szklanej butelce.W razie potrzeby zmieniaj ilość katalizatora, aby zachować stosunek od 1 do 10 z silikonem. Następnie umieść szklaną butelkę w osuszaczu próżniowym i stosuj próżnię około 133 Paskali przez 15 minut, aby odgazować mieszaninę. Następnie szybko wlej mieszaninę DGA na rozgrzaną formę, aby utworzyć miękką warstwę PDMS o grubości około trzech milimetrów.Otrzymaną próbkę umieścić z powrotem w próżni, wysuszyć i odgazować próbkę na dodatkową godzinę. Następnie przenieś próbkę Degas do komory grzewczej i podgrzej od temperatury pokojowej do 80 stopni Celsjusza z prędkością około trzech stopni Celsjusza na minutę. Utrzymuj próbkę w temperaturze 80 stopni Celsjusza przez pięć godzin, aby całkowicie usieciować twardy i miękki PDMS po schłodzeniu próbki do temperatury pokojowej.Ostrożnie odklej stempel PDMS od formy. Użyj ponownie formy do pięciu razy, aby w razie potrzeby przygotować dodatkowe stemple. Pokrój powstały stempel nano filaru na kawałki o wymiarach siedem milimetrów na siedem milimetrów za pomocą noża i przechowuj je pod powietrzem, aż zostaną użyte.Dodatkowo należy przygotować roztwór warstwy wiążącej kopolimeru blokowego i uwodornione mikrokrystaliczne podłoża silikonowe zgodnie z opisem w dołączonym protokole tekstowym. Umyj znaczki PDMS w 30 mililitrach etanolu za pomocą kąpieli ultradźwiękowej przez 15 minut, a następnie wysusz stempel, przedmuchując go czystym azotem. Następnie użyj dwustronnej taśmy klejącej, aby przymocować oczyszczone stemple PDMS do uchwytu na próbkę.Następnie umieść próbki w systemie odparowywania wiązką elektronów i nałóż na stemple srebrną warstwę o grubości od 10 do 80 nanometrów, stosując szybkość osadzania od pięciu do 10 angstremów na sekundę i ciśnienie około 3,5 razy 10 do minus czterech paskalów. Wyjmować stemple pokryte srebrzem z systemu odparowywania i używać ich natychmiast na etapie druku transferowego. Weź cienkowarstwowe podłoża krzemowe przygotowane zgodnie z opisem w dołączonym protokole tekstowym i obróć je 0,3 mililitra roztworu wiążącego kopolimer blokowy przy 5 000 obr./min przez 40 sekund.Następnie zwilż powierzchnię powlekanych podłoży etanolem za pomocą cyfrowej mikropipety, a następnie delikatnie nałóż posrebrzany stempel PDMS na mokrą powierzchnię etanolu. Nie naciskaj stempla Podczas stosowania stempla PDM do podstawki. Proszę unikać naciskania go.Wystarczy nacisnąć. Stempel spontanicznie nawiązuje bliski kontakt między szybkością powierzchniową ze względu na napięcie powierzchniowe etanolu. Następnie umieść cienkowarstwowe podłoże silikonowe wraz ze stemplem w komorze próżniowej i zastosuj próżnię około 133 paskalów.Po pięciu minutach napełnij komorę próżniową powietrzem i wyjmij cienkowarstwowe podłoże silikonowe. Usuń stempel z cienkowarstwowego podłoża silikonowego, przytrzymując obie strony pęsety do stempli, aby przenieść srebrne nanokrążki do drukowania. Jeśli się powiedzie, ślad stemplowania jest widoczny jako bardziej zielona plama.Płukać cienkowarstwowe podłoże silikonowe z nadrukiem transferowym ciągłym strumieniem etanolu przez 15 sekund, a następnie wysuszyć podłoże, na nie gazowym azotem. Następnie umieść cienkowarstwowe podłoże krzemowe z nadrukiem transferowym w komorze procesowej systemu plazmowego Argonne. Wypompuj powietrze z komory procesowej przez około pięć minut, aby osiągnąć ciśnienie około 20 paskalów.Następnie otwórz zawór przewodu gazowego Argonne i ręcznie ustaw natężenie przepływu na około cztery SCCM lub inne natężenie przepływu jest niezbędne do wytworzenia plazmy. Poczekaj około pięciu minut, aż ciśnienie ustabilizuje się na poziomie 40 paskali. Następnie włącz system, aby generować plazmę argonnową przez 108 sekund.Na koniec zamknij zawór przewodu gazowego, przerwij pompowanie i wlej powietrze do komory procesowej, aby wyjąć oczyszczone plazmowo, przeniesione cienkowarstwowe podłoża silikonowe z nadrukiem. Postępuj zgodnie z pozostałą częścią dołączonego protokołu tekstowego, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat tego, jak zakończyć produkcję cienkowarstwowego krzemowego ogniwa słonecznego oraz zmierzyć jego wydajność i wydajność. Te obrazy ze skaningowej mikroskopii elektronowej powstałej matrycy nanodysków srebra na uwodornionych podłożach z krzemu mikrokrystalicznego wyraźnie pokazują niektóre cechy nanoskali zawarte w projekcie.Średnica nanodysków wynosi średnio 200 nanometrów. Odległość od środka do środka wynosi średnio 460 nanometrów, a grubość srebrnych nanodysków wynosi średnio 40 nanometrów. Zewnętrzne widma wydajności kwantowej wytworzonych komórek są tutaj pokazane w porównaniu z komórką odniesienia.Ogniwo z wbudowanym srebrnym nanodyskiem wykazało wyższe sygnały w długim zakresie długości fal od 650 do 1 100 nanometrów. Takie selektywne wzmocnienie długości fali wyraźnie wskazuje na preferencyjny wpływ aktywnych nanodysków srebra plazmonów do stosowania w ogniwach słonecznych. Mianowicie pułapkowanie światła plazmonicznego Raz musi być tak, że proces drukowania transferowego można zakończyć w mniej niż 30 minut, jeśli zostanie wykonany prawidłowo.

integration-light-trapping-silver-nanostructures-hydrogenated

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Polikrystaliczne cienkowarstwowe ogniwa słoneczne z krzemu na szkle są wytwarzane poprzez osadzanie warstw krzemu domieszkowanego borem i fosforem, a następnie krystalizację, pasywację defektów i metalizację. Pułapkowanie światła oparte na plazmonice wprowadza się poprzez formowanie nanocząsteczek Ag na powierzchni ogniwa krzemowego pokrytego reflektorem dyfuzyjnym, co skutkuje wzrostem prądu światła o ok. 45%.

Ogniwa słoneczne z cienkich warstw polikrystalicznego krzemu z plazmonicznym wspomaganiem pułapkowania światła

Przedstawiono ogólną strategię opracowania kompozytów nanokryształów półprzewodnikowych z separacją ładunku, które można wykorzystać w produkcji energii słonecznej. Wykazano, że zgrupowanie domen nanokryształów typu donora i akceptora w obrębie pojedynczej nanocząstki nadaje jej funkcję fotokatalityczną, podczas gdy heterozłącza objętościowe (bulk-heterojunctions) w filmach z nanokryształów typu donora i akceptora mogą być wykorzystywane do fotowoltażnej konwersji energii.

Pozyskiwanie energii słonecznej za pomocą nanocryształów rozdzielających ładunki oraz ich ciał stałych

Wyprodukowano zintegrowane urządzenie, zawierające barwnikowe ogniwo słoneczne i jednostkę do konwersji w górę anihilacji trypletowo-trypletowej, co pozwoliło na lepsze zbieranie światła z szerszego wycinka spektrum słonecznego. Przy umiarkowanych poziomach napromieniowania wykazano znacznie zwiększoną reakcję na fotony o niskiej energii, co przyniosło rekordową wartość dla ogniw słonecznych wrażliwych na barwnik.

Integracja systemu konwersji w górę anihilacji triplet-triplet w celu zwiększenia wrażliwości barwnika ogniwa słonecznego na światło sub-pasmo wzbronione

Pokazano wytwarzanie siatek o wysokim kontraście jako elementu dyspersyjnego rozdzielającego równoległe spektrum w skoncentrowanym systemie fotowoltaicznym. Opisano procesy wytwarzania, w tym litografię nanoimprint, rozpylanie TiO2 i reaktywne trawienie jonowe. Wyniki pomiarów współczynnika odbicia służą do scharakteryzowania parametrów optycznych.

Wykonanie siatek o wysokim kontraście dla elementu dyspersyjnego rozdzielającego widmo w skoncentrowanym systemie fotowoltaicznym

Tutaj prezentujemy protokół wytwarzania organicznych cienkich warstw ogniw słonecznych za pomocą powlekarki z matrycą mini-szczelinową oraz powiązane charakterystyki struktury w linii produkcyjnej za pomocą technik rozpraszania synchrotronowego.

Drukowanie, produkcja masowych heterozłączowych ogniw słonecznych i charakterystyka morfologii in situ

Demonstrujemy użycie techniki laserowego transferu do przodu (LIFT) do drukowania pasty Ag o wysokiej lepkości. Technika ta oferuje prosty, niskotemperaturowy, solidny proces do nielitograficznego drukowania struktur 2D i 3D w mikroskali.

Indukowany laserowo transfer do przodu nanopasty Ag

Ten artykuł bada przydatność druku atramentowego do produkcji barwnikowych ogniw słonecznych. Opracowano niezawierający spoiwa atrament nanocząsteczkowy TiO2 i wydrukowano go na podłożu szklanym FTO. Zadrukowana warstwa została wyprodukowana w komórce o powierzchni czynnej 0,25cm2 i wydajności 3,5%.

Druk cyfrowy dwutlenku tytanu do ogniw słonecznych uczulonych na barwnik

Ten protokół opisuje syntezę i osadzanie roztworu nieorganicznych nanokryształów warstwa po warstwie w celu wytworzenia cienkiej warstwy elektroniki na powierzchniach nieprzewodzących. Atramenty stabilizowane rozpuszczalnikiem mogą wytwarzać kompletne urządzenia fotowoltaiczne na podłożach szklanych poprzez powlekanie wirowe i natryskowe po wymianie ligandów i spiekaniu po osadzaniu.

Produkcja w pełni przetworzonych w roztworze nieorganicznych nanokrystalicznych urządzeń fotowoltaicznych

Przedstawiono protokół dla solidnej i istotnej dla zastosowania charakterystyki reologicznej wysoko skoncentrowanych zawiesin. Pasty srebrne stosowane do sitodruku w produkcji ogniw słonecznych są stosowane jako systemy modelowe.

Wyzwania w charakterystyce reologicznej wysoko skoncentrowanych zawiesin — studium przypadku dla past srebrnych do sitodruku

W tym protokole opisujemy szczegółową procedurę eksperymentalną wytwarzania solidnego kontaktu w nanoskali między siecią srebrnych nanoprzewodów a warstwą buforową CdS w cienkowarstwowym ogniwie słonecznym CIGS.

Wytwarzanie wytrzymałego kontaktu w nanoskali między elektrodą z nanodrutu srebrnego a warstwą buforową CdS w cienkowarstwowych ogniwach słonecznych Cu(In,Ga)Se2

Przedstawiono protokół chemicznego imprintingu 3D mikroskalowych elementów 3D z dokładnością poniżej 20 nm do stałych i porowatych płytek krzemowych.

Elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem porowatych i litych płytek krzemowych

Poznaj technikę druku transferowego do integracji plazmonicznych nanostruktur srebra w ogniwach słonecznych z krzemem mikrokrystalicznym. Metoda zwiększa wydajność poprzez pułapkowanie światła.

Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego (Wideo) | JoVE Journal

Integracja nanostruktur srebra zatrzymujących światło w uwodornionych mikrokrystalicznych krzemowych ogniwach słonecznych za pomocą druku transferowego

Przeglądaj więcej filmów