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

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.