Name: Fabricação de grades de alto contraste para o Splitting Spectrum dispersivo Elemento em um sistema fotovoltaico concentrado (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-18T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 8 s
Description: Aprenda a fabricar grades de alto contraste para sistemas fotovoltaicos concentrados usando litografia nanoimpressão e gravação por íons reativos. Este método melhora a eficiência óptica com baixo custo de produção.

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

Esta pesquisa foi apoiada como parte do Centro de Energia Nanociência, um Centro de Pesquisa de Energia Frontier financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciência sob Award Número DE-SC0001013. Queremos também agradecer ao Dr. Max Zhang Jianhua e Dr. Yang do HP Labs por sua ajuda na medição TiO2 pulverização catódica filme e índices de refração.

1. Prepare o polidimetilsiloxano Blank (PDMS) Substrato para nanoimpressão Mold <ol><li> Processo de Tratamento Silicon Wafer <ol><li> Limpar uma bolacha de silício de 4 polegadas por lavagem com acetona, metanol e isopropanol. </li><li> Funda-o secar usando a arma de azoto. </li><li> Limpar com solução piranha (mistura 3: 1 de ácido sulfúrico com 30% de peróxido de hidrogénio) por imersão dentro de 15 min. </li><li> Lavar com água DI. Seque usando a arma de azoto. </li><li> Coloque a bolacha em um dessecador de vidro. Adicionar uma gota (20 gotas = 1 ml) de agente (triclorossilano), libertando no exsicador. </li><li> Pump down exsicador até o medidor lê -762 Torr e esperar por 5 horas. </li><li> Leve o wafer fora, o que tem sido tratada com agente de liberação. </li></ol></li><li> Preparação de PDMS Film (Usado como Mold em nanoimpressão) <ol><li> Pesar 10 g de base de elastómero de silicone e 1 g de agente de cura. </li><li> Adicionar-los na mesma proveta de vidro. </li><li> Stir e misture com uma vareta de vidro durante 5 minutos. </li><li> Coloque a mistura em um exsicador de vácuo até que o calibre lê -762 Torr para bombear para fora todas as bolhas de ar aprisionadas. </li><li> Espalhe-os uniformemente sobre o tratado wafer de silício de 4 polegadas. </li><li> Cozer a bolacha com PDMS em cima no forno de vácuo durante 7 h a 80 ° C para curar o filme de PDMS. </li></ol></li></ol> 2. Prepare o Mold nanoimpressão (Duplicação do Mold Master) <ol><li> Gire doze gotas (20 gotas = 1 ml) de UV curável resistem (15,2%) em um wafer de silício em branco limpo durante 30 segundos a 1500 rpm. </li><li> Retire cuidadosamente um pedaço de filme PDMS fora do wafer de silício tratado. </li><li> Coloque o filme PDMS para o UV curável resistir e deixá-lo absorver a UV resistir por 5 min, em seguida, retire-a. </li><li> Repetir 2,1-2,3 no mesmo filme para PDMS duas vezes. Absorve a resistir UV durante 3 min e 1 min, respectivamente. </li><li> Coloque o filme PDMS (após três vezes UV resistir absorção) sobre um molde mestre de silício. </li><li> Colocá-lo em uma câmara com ambiente de azoto. </li><li> Ligue lâmpada de UV para curar a amostra durante 5 minutos. </li><li> Retire o filme PDMS. O UV curado resistir nas PDMS vai manter o padrão negativo do molde mestre. </li><li> Use RF O2 plasma para tratar o molde PDMS. (Potência RF: 30 W, a pressão: 260 mTorr, tempo: 1 min) </li><li> Coloque o molde PDMS em uma câmara de vácuo com uma gota (20 gotas = 1 ml) do agente de libertação, durante 2 h. </li></ol> 3. nanoimpressão Transferência Padrão <ol><li> Rotação oito gotas (20 gotas = 1 mL) de PMMA (996k, 3,1%) sobre o substrato a ser impresso por 50 segundos a 3500 rpm. </li><li> Asse numa placa de aquecimento durante 5 minutos a 120 ° C. </li><li> Aguarde até que a amostra arrefeça. </li><li> Rotação oito gotas (20 gotas = 1 mL) de UV curável resistem (3,9%) no mesmo substrato. </li><li> Coloque o molde PDMS (preparado no passo 2) para a amostra (com ambos UV resistir e PMMA). </li><li> Colocá-lo em uma câmara com ambiente de azoto.</li><li> Acender a luz UV para curar durante 5 minutos. </li><li> Retire o molde PDMS fora a amostra e o padrão sobre o molde PDMS é transferido para a amostra. </li></ol> 4. Cr Descolagem Processo <ol><li> Ion reativa gravura camada residual de UV resistir e PMMA Nota: A SOP para a máquina ICP pode ser encontrada em https://www.nanocenter.umd.edu/equipment/fablab/sops/etch-07/Oxford%20Chlorine%20Etcher%20SOP.pdf <ol><li> Log in máquina RIE ICP. </li><li> Coloque uma pastilha de silício em branco de 4 polegadas. Executar a receita limpa para 10 min. </li><li> Leve o wafer de silício em branco para fora. </li><li> Monte a amostra em outra pastilha de silício limpo e carregá-lo para dentro da máquina. </li><li> Executar a UV resistir receita condicionamento durante 2 min (a receita pode ser encontrada na Tabela 1). </li><li> Leve a amostra para fora. Coloque uma pastilha de silício em branco de 4 polegadas. Volte a executar a receita limpo (pode ser encontrado na Tabela 1) durante 10 min. </li><li> Monte a amostra sobre uma pastilha de silício limpoe carregá-lo para dentro da máquina. </li><li> Executar a receita gravura PMMA (pode ser encontrada na Tabela 1) durante 2 min. Nota: Agora o resíduo resistem foi gravado e o substrato é exposto. </li></ol></li><li> Cr E-feixe de evaporação <ol><li> Faça o login no evaporador e-feixe. </li><li> Carregue a fonte de metal Cr e amostras para a câmara. </li><li> Defina a espessura (20 nm) e taxa de deposição (0,03 nm / seg). </li><li> Bomba da câmara de vácuo até requerido (10 -7 Torr) é alcançado. </li><li> Iniciar o processo de deposição. </li><li> Leve a amostra para fora após a conclusão de deposição. </li></ol></li><li> Cr Levante-off Procedimento <ol><li> Imergir a amostra em acetona, com agitação ultra-sons durante 5 min. </li><li> Limpar a amostra por lavagem com acetona, metanol e isopropanol. Nota: O Cr evaporada no resistem vai ser retirada e uma máscara de Cr para substrato de gravação é formada. </li></ol></li></ol> 5. TiO 2 DepOSIÇÃO <ol><li> Amostra de carga. </li><li> Defina os parâmetros para a máquina de corrente contínua pulverização catódica <ol><li> Use uma pressão na câmara de 1,5 mTorr, o fluxo de Ar de 100 sccm e uma fonte de pulverização de 130 W. </li><li> Utilize uma temperatura de 27 ° C e uma velocidade de rotação de fase 20 rpm. </li></ol></li><li> Inicie o processo de pulverização catódica e parar em espessura desejada. </li><li> Leve a amostra para fora e emparelhar o TiO 2 filme em ambiente de oxigênio a 300 ° C durante 3 horas. </li></ol> 6. Alto Contraste Grades Gravura <ol><li> Log na máquina de plasma indutivamente acoplado (ICP) gravação iónica reactiva (RIE). </li><li> TiO 2 decapagem <ol><li> Coloque uma pastilha de silício em branco de 4 polegadas. </li><li> Iniciar e executar a receita limpo (pode ser encontrada na Tabela 1) durante 10 min. </li><li> Descarregar carregar o wafer em branco e carregar a amostra com Cr máscara. </li><li> Definir tempo de ataque. Iniciar TiO2 receita decapagem. O processo de gravação vontade automaticamente parar. </li><li> Descarregar a amostra. </li></ol></li><li> SiO2 Etching <ol><li> Repita o passo 5.2 excepto o uso da receita gravura SiO 2. </li></ol></li></ol> Medição 7. Reflectance <ol><li> Fazer login e ligar o sistema de medição. </li><li> Coloque o espelho padrão de reflexão no suporte de amostras e alinhar o caminho óptico. </li><li> Calibrar o sistema para a reflectância a 100%. </li><li> Tire o espelho padrão de reflexão e coloque o HCG. </li><li> Medir a reflectância da HCG. </li><li> Salvar os dados e sair do sistema de medição. </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>

Os autores não têm nada a divulgar.

Em primeiro lugar, a qualidade do filme de TiO 2 é muito crucial para o desempenho de HCG. O pico de reflectância será mais elevada se o filme de TiO 2 com menos perda e a rugosidade da superfície. O TiO2 filme com um índice de refracção mais elevado, também é favorável porque o modo de confinamento óptica irá ser reforçada por um contraste maior no índice, o que pode dar origem a uma banda mais achatada e mais larga na reflectância HCG. Em segundo lugar, os ...

Nossa sociedade moderna não vai sobreviver sem mover uma parcela significativa do consumo de energia de fontes renováveis ​​de energia. Para que isso aconteça, temos de encontrar uma maneira de colher a energia renovável a um custo menor do que as fontes de energia à base de petróleo em um futuro próximo. A energia solar é a energia renovável mais abundante na Terra. Apesar de que um grande número de avanços têm sido feitos na colheita de energia solar, que ainda é muito difícil de competir com fontes de energia à base de petróleo. Melhorar a eficiência das células solares é uma das maneiras mais eficientes para reduzir o custo do sistema de captação de energia solar. Lentes ópticas e reflectores de prato são normalmente utilizados em sistemas fotovoltaicos mais concentrada (CPV) um para alcançar uma elevada concentração de energia solar de incidência sobre as células solares de pequena área, de modo que é economicamente viável para explorar em tandem caro células solares multi-junção em dois sistemas CPV, e para manter um razoávelcustar ao mesmo tempo. No entanto, para a maioria dos sistemas fotovoltaicos não-concentrados, que normalmente exigem uma parcela de células solares de grande área, as células solares em tandem de alto custo não podem ser incorporados, embora eles geralmente têm uma resposta espectro solar mais ampla e uma maior eficiência de conversão global do que o único de junção de células solares 3. Recentemente, com a ajuda dos paralelas óptica de divisão de espectro (isto é, elemento dispersivo), paralela a divisão do espectro tecnologia fotovoltaica 4 tornou possível que uma cobertura de espectro semelhante ou melhor e eficiência de conversão pode ser conseguida sem a utilização de células solares em tandem caro. O espectro solar podem ser divididos em diferentes faixas e cada faixa pode ser absorvida e convertida em electricidade por as células solares de junção única especializados. Desta forma, as células solares em tandem caros nos sistemas CPV pode ser substituído por uma distribuição paralela de uma única junção de células solaress sem qualquer compromisso sobre o desempenho. O elemento de dispersão que foi concebido no presente relatório pode ser aplicada num sistema CPV reflectora (que se baseia na reflectores de prato) para realizar a divisão do espectro paralelo para a melhoria da eficiência de conversão de energia solar de energia elétrica e custo reduzido. Multicamada grelhas de alto contraste (hCG) 5 é utilizado como o elemento de dispersão através da concepção de cada camada de HCG para trabalhar como um reflector de banda óptica. As estruturas e os parâmetros do elemento dispersivo são numericamente optimizado. Além disso, o fabrico de grades de alto contraste para o elemento dispersivo usando dieléctrico (TiO 2) sputtering, nanoimpressão litografia 6 e gravação iónica reactiva é estudada e demonstrada.

<table><tbody><tr><td>Kit de elastômero de 184 Silcone</td><td>Sylgard</td><td></td><td>Polidimetilsiloxano (PDMS)</td></tr> <tr><td>wafer de silício de 4 polegadas</td><td>Universitywafer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wafer de sílica fundida de 4 polegadas</td><td>Universitywafer</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Poli (metacrilato de metila)</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>182265</td><td></td></tr><tr><td>resistente</td><td></td><td></td> a cura <td>por UV Nem disponível no mercado</td></tr><tr><td>Sistema PlasmaLab 100</td><td>Oxford Instruments</td><td></td><td>ICP IRE máquina</td></tr><tr><td>Sistema de cura UV para fabricação</td><td></td><td></td> de nanoimpressão <td>Não disponível no mercado</td></tr><tr><td>Ocean Optics HR-4000&nbsp;</td><td>Espectrômetro Ocean Optics</td><td>HR-4000</td><td>com detector normal</td></tr><tr><td>Lambda 950 UV / VIS</td><td>Espectrômetro</td><td>PerkinElmer</td><td></td> com detector de integração de hemisfério</tr><tr><td>JSM-7001F-LV</td><td>JEOL</td><td></td> Máquina <td></td></tr><tr><td>de pulverização catódica de magnetron SEM DC</td> de emissão de <td></td><td></td> campo O <td>equipamento está nos laboratórios HP, que nos ajudaram a pulverizar o evaporador de feixe eletrônico TiO2</td></tr><tr><td>Metal</td><td>Temescal</td><td>BJD-1800</td><td></td></tr></tbody></table>

fabricação de grades de alto contraste para o splitting spectrum dispersivo elemento em um sistema fotovoltaico concentrado

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

Grades de alto contraste são projetadas e fabricadas e sua aplicação é proposta em um elemento dispersivo de divisão de espectro paralelo que pode melhorar a eficiência de conversão solar de um sistema fotovoltaico concentrado. O sistema proposto também reduzirá o custo da célula solar no sistema fotovoltaico concentrado, substituindo as caras células solares em tandem pelas células solares de junção única econômicas. As estruturas e os parâmetros das grades de alto contraste para os elementos dispersivos foram otimizados numericamente. A fabricação de grandes áreas de grades de alto contraste foi demonstrada experimentalmente usando litografia de nanoimpressão e corrosão a seco. A qualidade do material da grade e o desempenho do dispositivo fabricado foram caracterizados experimentalmente. Ao analisar os resultados das medições, os possíveis efeitos colaterais dos processos de fabricação são discutidos e vários métodos que têm o potencial de melhorar os processos de fabricação são propostos, o que pode ajudar a aumentar a eficiência óptica dos dispositivos fabricados.

A Figura 1 mostra a implementação do elemento dispersivo (multicamada alta grade contraste (GCH)) num sistema fotovoltaico concentrado. A luz solar é reflectida pelo primeiro espelho primário e colide com o elemento dispersivo reflexiva, em que o feixe é reflectido e dividido em diferentes bandas de comprimentos de onda diferentes. Cada banda vai colidir com um determinado local na matriz de células solares para a melhor absorção e conversão em eletricidade. A chave para este sistema é a concepção e imp...

A fabricação de grades de alto contraste como o elemento dispersivo de divisão de espectro paralelo em um sistema fotovoltaico concentrado é demonstrada. Processos de fabricação, incluindo litografia de nanoimpressão, pulverização catódica de TiO2 e gravação de íons reativos são descritos. Os resultados da medição de refletância são usados para caracterizar o desempenho óptico.

Fabricação de grades de alto contraste para o Splitting Spectrum dispersivo Elemento em um sistema fotovoltaico concentrado

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

O objetivo geral do experimento a seguir é demonstrar a fabricação do elemento de divisão de espectro de alto contraste em um sistema fotovoltaico concentrado. Isso é alcançado realizando litografia por nanoimpressão com PDMS sobre um substrato de vidro de dióxido de titânio revestido com uma camada de resistência fotográfica curável por UV. Como segundo passo, a resistência fotográfica residual da nanoimpressão é removida por ataque químico e uma máscara dura de cromo padronizada é produzida utilizando técnicas de levantamento.A seguir, bordas reativas de íons são utilizadas para formar o arranjo de graduação de dióxido de titânio e vidro com base nos resultados de medição de um espectrômetro. A graduação de alto contraste fabricada exibe uma refletância de banda larga que pode ser usada como elementos dispersivos em um sistema fotovoltaico concentrado. Tivemos inicialmente a ideia deste método ao descobrir que, diferentemente das tradicionais graduações deficientes, essas graduações de dióxido de titânio de alto contraste exibem um perfil de refletância comprovadamente exótico.Portanto, podemos utilizá-lo para construir um elemento dispersivo de divisão espectral que aumentaria significativamente a absorção de energia com células solares de junção única de baixo custo. A principal vantagem dessa técnica em relação aos métodos existentes, como o uso de tecnologia cara de células solares de múltiplas junções para absorver luz solar de banda larga, é que as grades oferecem eficiências mais altas de absorção a um custo de fabricação mais baixo. Além disso, a impressão litográfica é uma tecnologia de fabricação de baixo custo e alto rendimento, adequada para a fabricação de grades de alto contraste em grande área. Para iniciar o processo de microfabricação, coloque uma lâmina de silício limpa em um dessecador de vidro sob vácuo e adicione uma gota de tricloroetileno líquido em um pequeno béquer dentro do dessecador.Feche a tampa do dessecador e esvazie a câmara até que o medidor caia abaixo de uma atmosfera. Em seguida, feche o regulador de vácuo da fonte e deixe a solução de sine vaporizada revestir a superfície da pastilha por cinco horas sob vácuo estático. Após o tratamento, libere o vácuo e retire a pastilha do dessecador.Em seguida, meça 10 gramas de PDMS e um grama de agente de cura do PDMS. Em um béquer de tamanho médio, misture as duas partes uniformemente com uma haste de vidro e coloque o recipiente dentro de um dessecador a vácuo por 20 a 30 minutos para desgaseificar todas as bolhas da mistura. Após a desgaseificação, coloque a pastilha em uma placa de Petri de plástico e despeje lentamente o PDMS sobre a pastilha de silício. Transfira a pastilha para uma estufa a vácuo e cure o PDMS por sete horas a 80 graus Celsius.Por fim, retire o PDMS solidificado do forno e deixe a película polimérica esfriar até a temperatura ambiente. Começando com outro pedaço de wafer de silício, coloque o substrato em um spin coater. Aplique 12 gotas de resistência fotossensível curável por UV sobre o wafer e revista o resistência a 1500 RPM por 30 segundos enquanto o resistência ainda estiver úmido.Remova cuidadosamente uma seção do PDMS curado da lâmina anterior e pressione suavemente o PDMS sobre o resistente curável por UV. Deixe o PDMS em contato com o resistente fotossensível por cinco minutos e, em seguida, retire cuidadosamente o PDMS do substrato do resistente fotossensível para criar uma impressão das características de graduação na camada macia de resistente fotossensível. Pressione suavemente a película de PDMS sobre um molde mestre de silício existente que contenha as características em relevo negativo de interesse.Coloque a combinação de molde de PDMS e matriz de silício em uma estufa de UV e ligue a lâmpada de UV para curar a camada de fotopolímero macia e embutida por cinco minutos sob atmosfera de nitrogênio. Após a cura, desprenda o molde de PDMS da matriz de silício. Como resultado, a superfície do PDMS deverá conter agora uma fina camada de fotopolímero curado com relevo superficial correspondente às características de graduação nanométrica.Por fim, trate a superfície do fotoresiste curado com uma rápida limpeza a plasma de oxigênio RF. Em seguida, coloque o molde de PDMS em um dessecador a vácuo e incube com uma gota de tricloretileno por duas horas. As estruturas no molde de nanoimpressão por fotoresiste de PDMS estão agora prontas para serem transferidas para qualquer substrato desejado.Para começar, coloque uma pastilha de dispositivo de sílica fundida com uma camada de 340 nanômetros de dióxido de titânio depositada por pulverização catódica em sua superfície. No spin coater, o Chuck aplique oito gotas de PMMA sobre a pastilha e faça a centrifugação do substrato a 3.500 RPM durante 50 segundos. Transfira a pastilha para uma placa aquecida previamente ajustada a 120 graus Celsius e faça a cura térmica do PMMA por cinco minutos.Após resfriar a pastilha até a temperatura ambiente, coloque novamente o substrato do dispositivo sobre o porta-amostra do spin coater. Aplique oito gotas de resistente curável por UV sobre a superfície e realize o revestimento por centrifugação. A segunda camada de resistente deve ser processada a 1500 RPM durante 30 segundos.O wafer do dispositivo resultante está pronto para a etapa de transferência por nanoimpressão enquanto o resistente UV ainda está úmido. Coloque cuidadosamente o molde de PDMS com nanoimpressão, com o lado das estruturas do resistente curado voltado para baixo, em contato com a superfície macia do resistente UV. Coloque todo o conjunto em uma estufa de UV e cure a camada úmida de resistente sob iluminação UV por cinco minutos em atmosfera de nitrogênio.Uma vez que a resistência UV esteja curada, retire o molde de PDMS da pastilha do dispositivo para remover a resistência UV remanescente localizada nas regiões reentrantes das características de graduação. Transfira a pastilha para um gravador a plasma acoplado indutivamente e execute a receita de gravação da resistência UV com plasma de oxigênio por dois minutos ao final desta etapa. O PMMA subjacente deve agora estar exposto nas regiões reentrantes da nanoestrutura.Para remover a camada exposta de PMMA e expor o filme de dióxido de titânio subjacente, selecione o programa de ataque de PMMA no console do Etcher e aplique o tratamento com plasma de oxigênio por dois minutos. Neste momento, a pastilha do dispositivo está pronta para as etapas de deposição e confecção de metal, que definirão as características finais da nanoestruturação. Para criar a máscara de ataque de cromo sobre o dióxido de titânio.Primeiro, retire a pastilha do gravador a plasma e transfira o substrato para um evaporador metálico por feixe de elétrons contendo uma fonte de cromo. Após a evacuação da câmara, funda a fonte metálica e deposite 20 nanômetros de cromo a uma taxa de 0,03 nanômetros por segundo. Retire a pastilha do evaporador por feixe de elétrons e imerja o substrato em um recipiente de vidro contendo acetona.Em seguida, coloque o recipiente dentro de um banho ultrassônico e ative o banho ultrassônico por cinco minutos à temperatura ambiente. Ao aplicar agitação ultrassônica à pastilha, o solvente dissolverá rapidamente a camada subjacente de PMMA, liberando assim qualquer cromo que ainda não estivesse em contato íntimo com uma superfície de dióxido de titânio. Como resultado, o arranjo de padrões estáveis de cromo restantes na pastilha definirá a geometria final do gradiente usando pinças.Retire o dispositivo do banho de acetona e remova todos os vestígios de PMMA e partículas soltas de metal com uma sequência de enxágues com acetona, metanol e isopropanol. Seque a pastilha com um fluxo suave de nitrogênio ou ar comprimido e verifique brevemente a presença de quaisquer defeitos na pastilha sob um microscópio. Em seguida, carregue a pastilha no gravador a plasma, inicie o protocolo de gravação de dióxido de titânio, descarregue a pastilha após a gravação e verifique a remoção da camada exposta de dióxido de titânio sob o microscópio para definir as características de degradação do substrato de vidro sob o dióxido de titânio.Recarregue a pastilha na gravadora a plasma e inicie o protocolo de gravação de dióxido de silício. Descarregue o substrato e inspecione a pastilha quanto a defeitos sob o microscópio. Por fim, remova a máscara dura de cromo com um ácido rápido.Grave o padrão exposto de dióxido de titânio e as trincheiras recuadas no vidro, que representam juntas a estrutura final da graduação de alto contraste. Para medir a refletância ampla do revestimento de óxido de titânio, comece ligando o sistema de medição óptica e colocando um espelho padrão de referência no porta-amostras.Alinhe o porta-amostras ao caminho do feixe incidente e calibre o detector de modo que a reflectância total medida no espelho padrão esteja em um nível teórico de 100%. Em seguida, substitua o espelho padrão por um padrão de óxido de titânio de alto contraste e inicie a medição de reflectância em larga banda do dispositivo. Salve os dados da medição e saia do sistema de medição enquanto eleva a temperatura do substrato.Durante o processo de pulverização catódica, ocorre um tamanho de grão maior de dióxido de titânio e um índice de refração mais alto. Sua maior rugosidade superficial torna-o um material de graduação superficial indesejável quando comparado a filmes de óxido metálico depositados em temperaturas mais baixas, quando observado sob o microscópio eletrônico. O ângulo lateral da razão de aspecto, o passo e a largura da linha da estrutura de graduação em camada dupla podem ser facilmente visualizados em comparação com os dados de refletância capturados.Com um detector normal de pequeno ângulo de aceitação. Um detector esférico com um ângulo de aceitação mais amplo pode capturar e caracterizar a refletância gradativa e a dispersão provenientes de superfícies mais rugosas de óxidos metálicos. Conforme sugerem os dados, um pequeno aumento no índice de refração pode induzir um aumento acentuado na largura de banda da refletância.Além disso, à medida que o ângulo da parede lateral se desvia de um ângulo reto perfeito, a largura de banda de refletância degrada drasticamente. Uma vez dominada, esta técnica pode ser realizada em algumas horas, se for executada corretamente. É importante lembrar de controlar os defeitos durante o processo de impressão.Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como fabricar grandes áreas com guarnições de alto contraste, utilizando técnicas de impressão nanométrica, e aplicá-las à arquitetura de sistemas foto-boltaicos.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

Silício policristalino de película fina de células solares em vidro são fabricados pela deposição de boro e fósforo camadas de silício dopado seguido por cristalização passivação defeito, e metalização. Plasmonic luz aprisionamento é introduzido através da formação de nanopartículas de Ag na superfície da célula de silício tapado com um reflector difusa resultando em ~ reforço fotocorrente 45%.

Silício policristalino de película fina de células solares com plasmonic avançada Luz-caça com armadilhas

Uma estratégia geral para o desenvolvimento de carga de separação de compostos semicondutores nanocristais implantáveis ​​para a produção de energia solar é apresentada. Mostra-se que a montagem de domínios dador-aceitador de nanocristais de uma geometria de nanopartículas único dá origem a uma função fotocatalítica, enquanto bulk-heterojunções de dador-aceitador de nanocristais películas podem ser usados ​​para a conversão da energia fotovoltaica.

Captação de energia solar por meio da carga de separação de nanocristais e seus sólidos

Um dispositivo integrado, incorporando uma célula e tripleto-tripleto aniquilação solares up-conversion unidade sensibilizadas por corante foi produzida, obtendo-se a colheita de luz melhorada, a partir de uma secção mais larga do espectro solar. De acordo com os níveis de irradiação modestos foi demonstrada uma resposta melhorada significativamente para fótons de baixa energia, produzindo um número recorde de mérito para células solares sensibilizadas por corante.

Integrando um Triplet-triplete Annihilation Sistema Up-conversion para melhorar Dye-sensibilizadas Response célula solar para a Luz Sub-bandgap

O procedimento de protocolo de medição e análise de dados são determinados para obter coerência transversal de uma fonte de raios-X radiação síncrotron ao longo de quatro direções simultaneamente usando uma única fase do tabuleiro de damas 2-D ralar. Esta técnica simples pode ser aplicado para a completa caracterização coerência transversal de fontes de raios-X e óptica de raios-X.

Medição do feixe de raios X coerência ao longo de múltiplas direções Usando 2-D Checkerboard fase reticulada

Aqui, apresentamos um protocolo para fabricar células solares orgânicas fina película usando um aplicador die mini-slot e caracterizações estrutura relacionados em-line usando técnicas de síncrotron de dispersão.

Impressão Fabricação de massa Heterojunction células solares e In Situ Morfologia Caracterização

Este protocolo descreve a síntese e deposição de camada de solução de nanocristais inorgânico por camada para produzir electrónica de película fina sobre as superfícies não condutoras. tintas solventes estabilizada pode produzir dispositivos fotovoltaicos completos sobre substratos de vidro por meio de revestimento por rotação e pulverização seguintes troca de ligantes pós-deposição e sinterização.

Fabricação de Solução totalmente processado inorgânicos nanocristais fotovoltaicos Devices

Nós apresentamos um extenso estudo sobre os efeitos de diferentes métodos de fabricação de filmes orgânicos / inorgânicos perovskita finas comparando estruturas cristalinas, densidade de estados, níveis de energia, e, finalmente, o desempenho da célula solar.

Influência do híbrido Métodos perovskita Fabricação na formação do filme, Estrutura Eletrônica e desempenho da célula solar

O dubleto acromático no vidro Fresnel (ADG) lente faz uso de dois materiais com dispersão diferente para reduzir a aberração cromática e aumentar a concentração atingível. Neste trabalho, é apresentado um protocolo para a caracterização completa da lente Fresnel ADG.

Interior avaliação Experimental da eficiência e da irradiância Spot do dubleto acromático em vidro (ADG) lente de Fresnel para concentrar a energia fotovoltaica

Aqui, apresentamos um protocolo para desenvolver alta performance GaP/Si heterojunction células solares com uma vida de minoria-portador de Si elevada.

Desenvolvimento de células solares de alta Performance GaP/Si Heterojunction

Este artigo é uma demonstração e uma diretriz para executar e analisar internamente (com um instrumento de raio-X de laboratório) em experimentos gisaxs in situ de tintas de secagem em rolo-a-rolo slot-die revestido, não-fullerene orgânico fotovoltaica.

In situ Pastando Incidência Pequeno Ângulo de Raio-X Dispersão em Revestimento Roll-To-Roll de Células Solares Orgânicas com Instrumentação de raios-X de laboratório

Este protocolo descreve a construção de um étalon de Fabry-Perot de baixo custo, discreto, acoplado a fibras e com espaço aéreo com várias aplicações, como em espectroscopia de gás traço. A fabricação é possível em qualquer instalação com equipamento de laboratório óptico padrão disponível.

Fabricação de um Etalon Fabry-Pérot de baixo custo, acoplado à fibra e com espaço a ar

Aprenda a fabricar grades de alto contraste para sistemas fotovoltaicos concentrados usando litografia nanoimpressão e gravação por íons reativos. Este método melhora a eficiência óptica com baixo custo de produção.

Fabricação de grades de alto contraste para o Splitting Spectrum dispersivo Elemento em um sistema fotovoltaico concentrado

Explorar mais vídeos