Name: Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 45 s
Description: Aprenda a técnica de transferência por impressão para integrar nanoestruturas plasmônicas de prata em células solares de silício microcristalino hidrogenado. Este método melhora a captura de luz e o desempenho do dispositivo fotovoltaico.

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Os autores agradecem à Organização de Desenvolvimento de Novas Energias e Tecnologia Industrial (NEDO) do Ministério da Economia, Comércio e Indústria (METI), Japão, pelo apoio financeiro.

1. Preparação de PDMS selos <ol><li> Definir um molde nanohole (ciclo nanoimprinted filme plástico de polímero de olefina, tamanho: 50 mm x 50 mm) de um recipiente (PTFE) politetrafluoroetileno. </li><li> Pesar copolímero de dimetilsiloxano-vinilmetilsiloxano (0,76 g para o molde 50 mm × 50 mm) numa garrafa de vidro descartável e misturá-lo com o complexo de Pt-diviniltetrametildissiloxano (6 ul, utilizando uma micro pipeta digital com uma ponta de polipropileno descartável) e 2,4, 6,8-tetramethyltetra-vinylcyclotetrasiloxane (24 ul, utilizando uma micro pipeta digital com uma ponta de polipropileno descartável). </li><li> Adicionar copolímero de dimetilsiloxano-methylhydrosiloxane (0,24 ml, utilizando uma micro pipeta digital com uma ponta de polipropileno descartável) no frasco de vidro e mistura-lo rapidamente usando uma pipeta de vidro descartável. Depois da superfície do molde definida no recipiente de PTFE é soprado por N 2, verter a mistura resultante (&quot;duro&quot; pré-polímero de PDMS) sobre o molde e começa a rotação do aventalção a 1000 rpm durante 40 segundos para atingir a espessura de camada de 40 ~ ^ M. </li><li> Colocar a amostra revestidos por centrifugação numa câmara quente pré-aquecido a 65 ° C durante 30 min para brevemente reticular os PDMS rígidos. </li><li> Durante o aquecimento, a pesar de silicone (6 g) e misturá-lo com o catalisador (0,6 g) numa garrafa de vidro descartável. Colocar o frasco de vidro em um excicador de vácuo e aplicar vácuo (~ 133 Pa) durante 15 min para remover o ar preso na mistura de silicone (&quot;soft&quot; pré-polímero de PDMS). </li><li> Retire o molde e pré-polímero PDMS suave da câmara de aquecimento e secador de vácuo, respectivamente, e despeje rapidamente os PDMS moles pré-polímero para o molde aquecido. A espessura da camada de PDMS macio é ~ 3 mm. </li><li> Colocar a amostra resultante em exsicador de vácuo mais uma vez para mais de desgaseificação a ~ 133 Pa pelo menos durante 1 hora. </li><li> Transfira a amostra desgaseificada para a câmara de aquecimento e começam aquecendo gradualmente até 80 ° C (velocidade de aquecimento ~ 3 ° C / min). Manter esta temperatura durante 5 hpara reticular o PDMS duros e macios completamente. </li><li> Depois de se arrefecer a amostra até à TA, descascar o PDMS selo cuidadosamente a partir do molde. Reutilizar o molde para preparar o segundo (ou mais) selos, se necessário. Nota: O mesmo molde pode ser usado, pelo menos, cinco vezes sem a degradação da qualidade do selo. </li><li> Corte o selo nanopillar resultante (dupla camada hard / soft PDMS composto) 27 em pedaços de tamanhos desejados (normalmente 7 mm x 7 mm para as nossas células solares), utilizando uma faca e armazená-las sob ar até à sua utilização. </li></ol> 2. Preparação de copolímero em bloco Solutions <ol><li> Pesa-se o pó de bloco polystyrene- -poli-2-vinilpiridina (PS-b -P2VP) em um frasco de vidro e mistura-lo com o-xileno na proporção de 3 mg / ml (PS-b -P2VP / o-xileno) . </li><li> Agita-se a mistura utilizando uma barra de agitação magnética revestida com PTFE a 70 ° C durante 1 h. </li><li> Manter a solução resultante durante mais de 24 horas à temperatura ambiente sem agitaçãoanel para completar a formação de micelas de auto-montadas. Firmemente selar a solução e armazená-lo em condições ambientais. Nota: A qualidade da solução mantém-se inalterada mesmo um ano após a preparação. </li></ol> 3. Preparação de μ c-Si: H Substratos <ol><li> Vidros Lavar coberto com SnO 2: F (denotar vidro / SnO2: F, daqui em diante) com H2O (500 ml), detergente (500 ml), e H 2 O (500 ml) à temperatura ambiente utilizando um banho de ultra-sons (15 min para cada). Seque-os por sopro N 2. </li><li> Coloque o vidro limpo / SnO 2: F substratos em um suporte de substrato e depósito de ZnO: Ga (20 nm) utilizando uma corrente contínua (DC) Sistema de pulverização direta com as condições especificadas na Tabela 2. </li><li> Coloque o vidro / SnO 2: F / ZnO: substratos Ga em outro titular substrato e depósito μ c-Si: H p (10 milhas náuticas), i (500 nm), e N (40 nm) camadas usando um produto químico melhorado por plasma Vapodeposição r sistema (PECVD) com as condições especificadas na Tabela 2. </li><li> Guarde o resultante μ c-Si: H (vidro / SnO 2: F / ZnO: Ga / μ c-Si: H p - i - n) substratos sob vácuo ou N 2 até o passo-a impressão de transferência. </li></ol> 4. Ag-revestimento de PDMS selos <ol><li> Lavar os carimbos de PDMS (preparado no passo 1) com EtOH (30 ml) usando um banho ultrassónico durante 15 minutos e secas por sopro de N2. </li><li> Coloque os selos PDMS limpos em um suporte de amostras usando fita adesiva dupla-face e depositar um filme de Ag (10-80 nm) usando um feixe de elétron (EB) com sistema de evaporação seguintes condições: taxa de deposição = 5-10 A / s, a pressão = ~ 1,5 x 10 -4 Pa. </li><li> Retire os selos Ag-revestidos do sistema de evaporação EB e usá-los imediatamente no passo seguinte impressão de transferência. </li></ol> 5. Transferência de impressão de Ag nanodiscos em fina-filme Si Surfaces <ol><li> Retire a película fina Si substratos armazenados sob vácuo ou N 2 e spin-coat com a solução PS- b -P2VP (0,3 ml para 50 mm x 50 milímetros da amostra, utilizando uma micro pipeta digital com uma ponta de polipropileno descartáveis) a 5.000 rpm durante 40 seg. </li><li> Molhar a superfície PS-b--P2VP revestido com EtOH utilizando uma micro-pipeta digitais (5 uM área / célula) e aplicam-se os PDMS Ag-revestidos carimbar suavemente para a superfície de EtOH-molhado. Não pressione o selo. </li><li> Coloque o thin-film substrato de Si com o carimbo em uma câmara de vácuo e aplicar vácuo (~ 133 Pa). </li><li> Após 5 min, encher a câmara de vácuo com ar e tirar o thin-film substrato de Si. </li><li> Remova o selo do thin-film substrato de Si, segurando o lado tanto do carimbo com uma pinça para transferir-impressão nanodiscos AG. Nota: Se for bem sucedido, o traço de estampagem é visível como uma mancha esverdeada. </li><li> Lavar o substrato de Si película fina impressa de transferência com um fluxo contínuo de EtOH durante 15 seg (~ 30 ml) e seco por sopro de N2. </li><li> Remover o revestimento PS-b-P2VP usando um sistema de plasma de Ar. <ol><li> Colocar o substrato de película fina de Si impresso de transferência na câmara de processo do sistema de plasma de Ar. </li><li> Bombear o ar na câmara de processo durante ~ 5 min (~ pressão 20 Pa). </li><li> Abra a válvula de uma linha de gás Ar e ajustar manualmente a taxa de fluxo de 4 sccm. Esperar para ~ 5 min para estabilizar a pressão para 40 Pa. </li><li> Gerar plasma de Ar para 108 seg. </li><li> Fechar a válvula da linha de gás Ar, parar de bombear, e encher de ar na câmara de processo para tirar os, de película fina impressa de transferência de substratos limpos de plasma Si. </li></ol></li></ol> 6. Conclusão do Thin-film Si Solar celular Fabrication <ol><li> Anexar máscaras de metal para o thin-film impresso de transferência de Si substratos após o tratamento com plasma Ar usando fitas de poliimida. </li><li> Coloque os substratos mascarados em um suporte de substrato de um sistema de pulverização catódica DC e deposit ZnO: Ga (100 nm), Ag (250 nm), e ZnO: Ga (40 nm), sequencialmente, com as condições especificadas na Tabela 2. </li><li> Separar os revestimentos de metal a partir dos substratos e remover os mascarados de película fina de Si camadas (isto é, a área em que o ZnO: Ga e Ag não foram depositados) usando um sistema de gravação iónica reactiva (RIE). <ol><li> Coloque as amostras na câmara de processo do sistema de RIE. </li><li> Bombear o ar na câmara de processo de acordo com as instruções do fabricante. </li><li> Definir as condições do processo como segue seguindo as instruções do fabricante: SF 6 / O 2 taxa de fluxo = 100/20 sccm, pressão = 20 Pa, de potência de 100 W, tempo = 1 min 20 seg. </li><li> Abra as linhas de SF 6 e O 2 de gás, estabilizar a pressão, e gerar plasma. </li><li> Fechar a válvula da linha SF 6 e O 2 gás, parar de bombear, e preencher N 2 na câmara de processo para tirar as amostras. </li></ol></li><li> Coloqueamostras em uma câmara de vácuo por meio de recozimento e começar a aquecer gradualmente até 175 ° C sob vácuo (~ 133 Pa). Manter esta temperatura durante 2 horas, e, em seguida, deixar arrefecer até à temperatura ambiente. Encha ar na câmara e retirar amostras, que agora podem ser chamadas de células. </li><li> Liga à base de Sn-Zn solda na frente eletrodo transparente (vidro / SnO 2: F / ZnO: Ga, a parte exposta pelo tratamento RIE) utilizando um dispositivo de soldagem ultra-sônica. </li></ol> 7. A medição da eficiência quântica externa (EQE) <ol><li> Anexar uma máscara de luz blindagem a uma célula fabricada usando fita de poliimida e definir a célula mascarada em um suporte celular. Conecte-se sondas para o eletrodo frente soldado (+) e de volta Ag / ZnO: Ga eletrodo (-). </li><li> Medir espectros EQE usando um sistema de medição EQE seguindo as instruções do fabricante com uma gama de comprimento de onda e a etapa de 300-1,100 nm e 5 nm, respectivamente. </li></ol> 8. Medição de sistemas fotovoltaicos de corrente-tensão (JV) Personagemticas <ol><li> Calibrar a intensidade da luz de um sistema de medição de características JV usando uma célula de referência Si amorfo. <ol><li> Definir a célula de referência Si amorfo a um suporte de célula do sistema de medição características JV, e iluminar a luz. </li><li> Leia a corrente fotogerada usando um multímetro digital equipado no sistema de medição de características JV. Ajustar a intensidade luminosa até que a corrente fotogerada mostra o valor correcto para a célula de referência (8,34 mA / cm2). </li></ol></li><li> Anexar uma máscara de luz blindagem a uma célula e definir a célula mascarada em um suporte celular. Conecte-se sondas para o eletrodo frente soldado (+) e de volta Ag / ZnO: Ga eletrodo (-). </li><li> Iluminar a luz calibrado (100 mW / cm 2, um sol) na célula e medir correntes fotogerados usando o sistema de medição de características JV seguindo as instruções do fabricante, com um passo de 0,02 V. tensão </li></ol>

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</ol>

Os autores não têm nada a divulgar.

Neste artigo, um disco / PDMS suaves composto duplo em camadas foi empregado como materiais de selo. 27 Esta combinação mostrou-se essencial para replicar precisamente a nanoestrutura pai no molde, que foi uma matriz rodada buracos hexagonal close-embalados cujo diâmetro de 230 nm, profundidade de 500 nm, e o furo espaçamento centro-a-centro de 460 nm. Quando apenas PDMS macios foi usada, o selo sempre resultou em uma superfície nanoestruturada mal (por exemplo, nenhuma borda afiada na estrutura de pilar inve...

Tem havido uma demanda de longa data para a aplicação de nanoestruturas funcionais em uma ampla gama de campo tecnológico. Uma das expectativas para esta tendência é abrir novo design de arquiteturas de dispositivos que levam a performances melhoradas ou inovadoras. No campo das células solares, por exemplo, o uso de nanoestruturas de metal tem sido activamente explorado devido às suas propriedades intrigantes ópticos (isto é, 1), plasmonic potencialmente benéficos para a construção de sistemas de luz de armadilhagem eficazes. 2,3 estudos Na verdade, alguns teóricos 4 -6 têm sugerido que tal luz trapping plasmonic podia ter efeitos que ultrapassem os óptica de raios convencionais (texturização) -baseado limite trapping luz. 7 Como resultado, o desenvolvimento de estratégias para integrar nanoestruturas metálicas desejados com células solares tornou-se cada vez mais importante a fim de realizar estes previsões teóricas. Um certo número de estratégias têmForam propostas para enfrentar esse desafio 8-24. Estes incluem, por exemplo, simples (low-cost) o tratamento térmico de filmes de metal 8,9 ou dispersão de nanopartículas metálicas pré-sintetizados, 10,11 sendo que ambos resultou em sucesso das demonstrações trapping luz plasmonic. No entanto, deve-se salientar que as nanoestruturas metálicas fabricadas por essas abordagens são geralmente um desafio para corresponder aos modelos teóricos. Em contraste, as técnicas tradicionais de nanofabrico em indústrias de semicondutores, tais como a fotolitografia e a litografia por feixe de electrões, pode controlar 12,13 estruturas bem abaixo do nível de sub-100 nm, mas eles são frequentemente demasiado caro e demorado para aplicar para células solares, onde a capacidade de grandes áreas com baixo custo é essencial. A fim de cumprir a baixo custo e de alto rendimento, e as exigências da grande-área com nanoescala controlabilidade, métodos tais como a litografia nanoimpressão, 14-16 litografia macia, 17,18 </sup&gt; Litografia nanosphere, 19-21 e hole-máscara coloidal litografia 22-24 seria promissor. Entre essas opções, temos desenvolvido uma litografia suave, avançado técnica de impressão de transferência. 25 Usando um poli nanoestruturada (dimetilsiloxano) (PDMS) selos e camadas adesivas à base de copolímero em bloco, padronização de nanoestruturas metálicas encomendados poderia ser facilmente alcançado em um número de tecnologicamente materiais relevantes, incluindo os de células solares. O foco deste artigo é descrever o procedimento detalhado da nossa abordagem de impressão por transferência para incorporar luz de armadilhagem nanoestruturas plasmonic eficazes em estruturas de células solares existente. Como um exemplo demonstrativo, nanodiscos Ag e de película fina hidrogenado Si microcristalina (uC-Si: H) células solares foram seleccionados neste estudo (Figura 1), 26 embora outros tipos de metais e células solares são compatíveis com esta abordagem. Em conjunto com o processo desimplicidade, a abordagem seria do interesse de diversos pesquisadores como uma ferramenta útil para integrar nanoestruturas metálicas funcionais com os dispositivos.

<table><tbody><tr><td>Molde de Nanohole</td><td><a href="http://www.scivax.com">Scivax</a></td><td>FLH230/500-120</td><td></td></tr><tr><td>Recipiente de PTFE</td><td><a href="http://www.colbyeishin.com">Eishin</a></td><td>n/a</td><td>Feito-à-medida</td></tr><tr><td colspan="4">Hard-PDMS materiais</td></tr><tr><td>Vinilmetilsiloxano-dimetilsiloxano-copolímero de dimetilsiloxano<</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; Complexo de Pt-diviniltetrametildisiloxano</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>Copolímero de metilhidrossiloxano-dimetilsiloxano</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-tetrametiltetra-vinilciclotetrasiloxano</td><td><a href="http://www.sigmaaldrich.com">Sigma-Aldrich</a></td><td>396281</td><td>Aditivo para materiais Soft-PDMS rígidos</td></tr><tr><td></td><td><a href="http://www.dowcorning.com">Dow Corning</a></td><td>Sylgard-184</td><td>Precursor de silicone</td></tr><tr><td>PS-b-P2VP</td><<td>a href="http://polymersource.com">Fonte do polímero</a></td><td>P5742-S2VP</td><td>Mn &times; 103 = 133-b-132</td></tr><tr><td>Substratos de vidro/SnO2:F</td><td><a href="http://www.agc.com/english/company">Asahi Glass Co. Ltd.</a></td><td>Type VU</td><td>Químico polido mecânico pela D-process Inc. (http://d-process.jp/index.html) para aplainar as superfícies</td></tr><tr><td>Detergente</td><td>Fruuchi Chemical Co. http://www.furuchi.co.jp/eng/main.htm</td><td>Semico-clean 56</td><td>Usado para a limpeza de substratos de vidro / 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>Fita adesiva dupla face</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>Fita de poliimida</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>Solda</td> <td>à base de 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>Digital micro pipeta</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>Câmara</td> <td>de aquecimento<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>Evaporador de feixe de elétrons</td><td><a href="https://www.canon-anelva.co.jp/english/index.html">Canon-Anelva</a></td><td>n/a</td><td>Evaporador de</td></tr><tr><td>feixe de elétrons</td> feito sob medida<td><a href="http://arios.com/">Arios</a></td><td>n/a</td><td>Feito sob medida</td></tr><tr><td>Sistema de pulverização catódica</td><td><a href="http://www.ulvac.co.jp/en">Ulvac</a></td><td>SBR-2306</td><td></td></tr><tr><td>Sistema 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>Sistema de plasma Ar</td><td><a href="http://www.plasma.de/index.html">Diner Electric Gmbh</a></td><td>Femto</td><td></td></tr><tr><td>Sistema RIE</td><td><a href="http://www.samcointl.com">Samco Inc.</a></td><td>RIE-10NR</td><td></td></tr><tr><td>Dispositivo de solda ultrassônica</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 sistema de medição</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>CEP-25BXS</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de medição de características JV</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>Célula de referência de si amorfo</td><td><a href="http://www.bunkoukeiki.co.jp/">Bunkoukeiki Co. Ltd.</a></td><td>WPVS-NPB-S1</td><td>Para calibração de intensidade de luz</td></tr><tr><td>Multímetro digital</td><td><a href="http://www.keithley.com/">Keithley Instruments Inc.</a></td><td>2400</td><td></td></tr></tbody></table>

integração da luz interceptação de prata nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por transferência de impressão

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

Uma das aplicações potenciais das nanoestruturas metálicas é o aprisionamento de luz em células solares, onde as propriedades ópticas únicas dos metais nanométricos, comumente conhecidas como efeitos plasmônicos, desempenham um papel importante. A pesquisa neste campo foi, no entanto, impedida devido à dificuldade de fabricar dispositivos contendo as nanoestruturas metálicas funcionais desejadas. A fim de fornecer uma estratégia viável para esse problema, mostramos aqui uma abordagem baseada em impressão por transferência que permite a integração rápida e de baixo custo de nanoestruturas metálicas projetadas com uma variedade de arquiteturas de dispositivos, incluindo células solares. Os selos de poli (dimetilsiloxano) (PDMS) de nanopilares foram fabricados a partir de um filme plástico de nanofuros disponível comercialmente como molde mestre. Nestes selos PDMS nanopadronizados, foram depositados filmes de Ag, que foram então impressos por transferência na superfície de Si microcristalino hidrogenado revestido com copolímero de bloco (camada de ligação) (μc-Si: H) para fornecer estruturas de nanodisco Ag ordenadas. Foi confirmado que as células solares μc-Si:H incorporadas a nanodiscos de Ag resultantes mostram desempenhos mais altos em comparação com uma célula sem os nanodiscos de Ag impressos por transferência, graças ao efeito de captura de luz plasmônica derivado dos nanodiscos de Ag. Devido à simplicidade e versatilidade, a aplicação adicional do dispositivo também seria viável por meio dessa abordagem.

A Figura 2 descreve o processo geral para a impressão por transferência de nanodiscos Ag sobre a superfície de uC-Si: H (camada N). Resumidamente, uma película de Ag (espessura: 10-80 nm) é depositado em primeiro lugar sobre a superfície de um selo nanopillar PDMS por evaporação por feixe de electrões. Em paralelo, uma solução -P2VP b PS- rotação é revestida sobre a superfície de um recém-preparado uC-Si: H camada n. Subsequentemente, uma gotícula de EtOH é colocada na superfí...

Uma metodologia viável baseada em impressão de transferência para introduzir nanoestruturas de metal plasmônico em células solares é descrita. Usando selos de poli (dimetilsiloxano) de nanopilares, uma matriz de nanodisco ordenada baseada em Ag foi integrada com células solares de Si microcristalinas hidrogenadas padrão, o que levou a um melhor desempenho do dispositivo devido ao aprisionamento de luz plasmônica.

Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão

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

O objetivo geral desta técnica de impressão por transferência é fornecer uma metodologia viável para integrar nanoestruturas plasmônicas funcionais em dispositivos como células solares. Este método pode ajudar a progredir na aplicação prática de dispositivos de meta-nanoestruturas, como células solares prismáticas. A principal vantagem desta técnica é que se pode introduzir rapidamente, desejada ou projetada meta-nanoestruturas em estruturas de dispositivos existentes, resultando em mudanças significativas no processo de fabricação original.Embora esse método tenha sido desenvolvido, especialmente para células solares, ele também pode ser aplicado a outros dispositivos usando propriedades plasmônicas, como diodos emissores de direita e sensores. Para começar, coloque um molde de nano furo em um recipiente de politetrafluoretileno. Em seguida, coloque 0,76 gramas de copolímero de vinil metil suboxano dimetil suboxano em uma garrafa de vidro descartável.Use uma micropipeta com ponta de polipropileno descartável para adicionar seis microlitros de complexo de platina di vinil tetraetil dioxano ao copolímero. Em seguida, use uma micropipeta com ponta de polipropileno descartável para adicionar 24 microlitros de 2 4 6 8 tetraetil tetravinil ciclotetra suboxano ao copolímero e misture a solução. Alterar brevemente estes volumes, se necessário, para manter a mesma proporção com o copolímero.Em seguida, adicione 240 microlitros de hidrosmetil, copolímero laane dimetil suboxano ao frasco de vidro e misture rapidamente Usando uma pipeta de vidro descartável, sopre a superfície da mistura com nitrogênio brevemente e, em seguida, despeje o pré-polímero PDMS duro resultante em um molde padronizado disponível comercialmente que foi colocado em um coter de spin coter revestir o molde a 1000 RPM por 40 segundos para atingir uma espessura de camada de cerca de 40 mícrons. Em seguida, coloque a amostra revestida por rotação em uma câmara pré-aquecida a 65 graus Celsius por 30 minutos. Para reticular brevemente o PDMS rígido durante o aquecimento, misture seis gramas de silicone com 0,6 gramas de catalisador em uma garrafa de vidro descartável.Varie a quantidade de catalisador, se necessário, para manter uma proporção de um para 10 com o silicone. Em seguida, coloque a garrafa de vidro em um dessecador a vácuo e aplique um vácuo de cerca de 133 Pascals por 15 minutos para desgaseificar a mistura. Em seguida, despeje rapidamente a mistura de DGAs no molde aquecido para criar uma camada macia de PDMS com cerca de três milímetros de espessura.Coloque a amostra resultante de volta no dessecador a vácuo e desgaseifique a amostra por mais uma hora. Em seguida, transfira a amostra de Degas para a câmara de aquecimento e aqueça da temperatura ambiente até 80 graus Celsius a uma taxa de cerca de três graus Celsius por minuto. Mantenha a amostra a 80 graus Celsius por cinco horas para reticular completamente o PDMS rígido e macio após o resfriamento da amostra até a temperatura ambiente.Retire o carimbo PDMS cuidadosamente do molde. Reutilize o molde até cinco vezes para preparar carimbos adicionais, se necessário. Corte o carimbo do nano pilar resultante em pedaços de sete milímetros por sete milímetros usando uma faca e guarde-os sob o ar até que sejam usados.Além disso, prepare a solução da camada de ligação do copolímero em bloco e os substratos de silicone microcristalino hidrogenado conforme descrito no protocolo de texto que acompanha. Lave os selos PDMS em 30 mililitros de etanol usando um banho ultrassônico por 15 minutos e, em seguida, seque o carimbo soprando-o com nitrogênio puro. Em seguida, use fita adesiva dupla face para fixar os carimbos PDMS limpos em um porta-amostras.Em seguida, coloque as amostras em um sistema de evaporação por feixe de elétrons e deposite um filme de prata de 10 a 80 nanômetros de espessura nos selos usando uma taxa de deposição de cinco a 10 angstroms por segundo e uma pressão de cerca de 3,5 vezes 10 elevado a menos quatro pascal. Retire os carimbos revestidos de prata do sistema de evaporação e use-os imediatamente na etapa de impressão por transferência. Pegue os substratos de silício de filme fino preparados conforme descrito no protocolo de texto que acompanha e gire-os com 0,3 mililitros da solução de ligação de copolímero em bloco a 5.000 RPM por 40 segundos.Em seguida, molhe a superfície dos substratos revestidos com etanol usando uma micropipeta digital e, em seguida, aplique o carimbo PDMS revestido de prata suavemente na superfície úmida do etanol. Não pressione o carimbo Quando você aplicar o carimbo PDM à subtaxa. Por favor, evite pressioná-lo.Basta pressionar o suficiente. O selo faz espontaneamente um contato íntimo entre a taxa de superfície devido à tensão superficial do etanol. Em seguida, coloque o substrato de silício de filme fino junto com um carimbo em uma câmara de vácuo e aplique vácuo de cerca de 133 pascais.Após cinco minutos, encha a câmara de vácuo com ar e retire o substrato de silício de filme fino. Remova o carimbo do substrato de silício de filme fino segurando ambos os lados da pinça do carimbo para transferir os nano discos de prata impressos. Se for bem-sucedido, o traço de estampagem é visível como um ponto mais verde.Enxágue o substrato de silício de filme fino impresso por transferência com um fluxo contínuo de etanol por 15 segundos e, em seguida, seque o substrato soprando sobre ele com gás nitrogênio. Em seguida, coloque o substrato de silício de filme fino impresso por transferência na câmara de processo de um sistema de plasma Argonne. Bombear o ar na câmara de processo durante cerca de cinco minutos para atingir uma pressão de cerca de 20 pascals.Em seguida, abra a válvula da linha de gás Argonne e ajuste manualmente a vazão para cerca de quatro SCCM ou qualquer vazão necessária para gerar plasma. Aguarde cerca de cinco minutos para que a pressão se estabilize em 40 Pascals. Em seguida, ligue o sistema para gerar plasma Argonne por 108 segundos.Finalmente, feche a válvula da linha de gás, pare de bombear e encha o ar na câmara de processo para retirar os substratos de silício de filme fino impressos limpos com plasma e transferência. Siga o restante do protocolo de texto que acompanha para obter detalhes sobre como concluir a fabricação da célula solar de silício de filme fino e medir sua eficiência e produção. Essas imagens de microscopia eletrônica de varredura da matriz de nano discos de prata resultante em substratos de silício microcristalino hidrogenado exibem claramente algumas das características em nanoescala incorporadas ao projeto.O diâmetro dos nanodiscos é em média de 200 nanômetros. A distância centro a centro é em média de 460 nanômetros e a espessura dos nanodiscos de prata é em média de 40 nanômetros. Os espectros de eficiência quântica externa das células fabricadas são mostrados aqui em comparação com uma célula de referência.A célula incorporada ao nanodisco de prata mostrou sinais mais altos na faixa de comprimento de onda longo de 650 a 1.100 nanômetros. Esse aprimoramento seletivo de comprimento de onda indica claramente o efeito preferencial dos nanodiscos de prata ativos do plasmon para uso em células solares. Ou seja, captura de luz plasmônica Uma vez deve que o processo de impressão por transferência possa ser concluído em menos de 30 minutos se for executado corretamente.

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Engenharia

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Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão

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