Интеграция легкими прилипания Серебряные наноструктур в гидрогенизированное микрокристаллическая кремниевых солнечных элементов по трансферная печать

Общая цель этой технологии трансферной печати заключается в том, чтобы обеспечить жизнеспособную методологию для интеграции функциональных плазмонных наноструктур в такие устройства, как солнечные батареи. Этот метод может помочь продвинуться в практическом применении мета-наноструктур, таких как призматические солнечные батареи. Основное преимущество этого метода заключается в том, что можно быстро внедрить, желательные или спроектированные метананоструктуры в существующие структуры устройства, что приведет к значительным изменениям в исходном процессе изготовления.

Хотя этот метод был разработан, особенно для солнечных батарей, он также может быть применен к другим устройствам, использующим плазмонные свойства, таким как правоизлучающие диоды и датчики. Для начала установите форму с наноотверстиями в контейнер с политетрафторэтиленом. Далее место, 0,76 грамма сополимера винилметилсубоксана диметилсубоксана в одноразовую стеклянную бутылку.

С помощью микропипетки с одноразовым полипропиленовым наконечником добавьте в сополимер шесть микролитров комплекса платины дивинилтетраэтилдиоксана. Далее с помощью микропипетки с одноразовым полипропиленовым наконечником добавьте в сополимер 24 микролитра 2 4 6 8 тетраэтил тетра винил цикло тетра субоксан и перемешайте раствор. При необходимости кратковременно измените эти объемы, чтобы оставаться в одном соотношении с сополимером.

Затем добавьте 240 микролитров метилгидроса, сополимер лаана диметилсубоксана в стеклянную бутылку и быстро перемешайте его с помощью одноразовой стеклянной пипетки, кратковременно обдуйте поверхность смеси азотом, а затем вылейте полученный твердый предварительный полимер PDMS на коммерчески доступную шаблонную форму, которая была размещена на спиннинг-котер. Покройте форму при 1000 об/мин в течение 40 секунд для достижения толщины слоя около 40 микрон. Затем поместите образец с вращающимся покрытием в предварительно разогретую камеру при температуре 65 градусов Цельсия на 30 минут. Для кратковременного сшивания жестких ПДМС во время нагрева смешайте шесть граммов силикона с 0,6 граммами катализатора в одноразовой стеклянной бутылке.

При необходимости варьируйте количество катализатора, чтобы сохранить соотношение 1 к 10 с силиконом. Затем поместите стеклянную бутылку в вакуумную осушительную камеру и примените вакуум около 133 Паскалей на 15 минут, чтобы дегазировать смесь. Далее быстро вылейте смесь DGAs на нагретую форму, чтобы создать мягкий слой PDMS толщиной около трех миллиметров.

Поместите полученный образец обратно в вакуумную сушку и дегазируйте образец еще на час. Затем перенесите образец Дега в нагревательную камеру и нагрейте с комнатной температуры до 80 градусов Цельсия со скоростью около трех градусов Цельсия в минуту. Держите образец при температуре 80 градусов Цельсия в течение пяти часов, чтобы полностью сшить твердый и мягкий PDMS после охлаждения образца до комнатной температуры.

Осторожно снимите штамп PDMS с формы. Повторно используйте форму до пяти раз, чтобы при необходимости подготовить дополнительные штампы. Разрежьте полученный штамп наностолба на кусочки размером семь на семь миллиметров с помощью ножа и храните их на воздухе до тех пор, пока они не будут использованы.

Кроме того, приготовьте раствор связующего слоя блок-сополимера и подложки из гидрогенизированного микрокристаллического силикона, как описано в сопроводительном текстовом протоколе. Промойте штампы PDMS в 30 миллилитрах этанола с помощью ультразвуковой ванны в течение 15 минут, а затем высушите штамп, обдув его чистым азотом. Затем с помощью двусторонней клейкой ленты прикрепите очищенные штампы PDMS к держателю образца.

Затем поместите образцы в электронно-лучевую систему испарения и нанесите на марки серебряную пленку толщиной от 10 до 80 нанометров, используя скорость осаждения от 5 до 10 ангстрем в секунду и давление примерно в 3,5 раза в 10 до минус четырех паскалей. Извлеките марки с серебряным покрытием из испарительной системы и сразу же используйте их на этапе трансферной печати. Возьмите тонкопленочные силиконовые подложки, приготовленные, как описано в прилагаемом текстовом протоколе, и нанесите на них слой 0,3 миллилитра связующего раствора блок-сополимера при 5000 об/мин в течение 40 секунд.

Затем смочите поверхность покрытых подложек этанолом с помощью цифровой микропипетки, а затем мягко нанесите штамп PDMS с серебряным покрытием на влажную поверхность этанола. Не нажимайте штамп при нанесении штампа PDM на субкурс. Пожалуйста, не нажимайте на нее.

Достаточно просто надавливания. Штамп самопроизвольно вступает в тесный контакт между поверхностными нормами за счет поверхностного натяжения этанола. Затем поместите тонкую пленку силиконовой подложки вместе с штампом в вакуумную камеру и примените вакуум около 133 Паскалей.

Через пять минут заполните вакуумную камеру воздухом и выньте тонкую пленку из силиконовой подложки. Снимите штамп с тонкой пленки силиконовой подложки, удерживая пинцет с обеих сторон штампа, чтобы перенести печать серебряных нанодисков. В случае успеха след штамповки виден в виде более зеленого пятна.

Промойте тонкопленочную силиконовую подложку с переносной печатью непрерывным потоком этанола в течение 15 секунд, а затем высушите подложку, обдув ее газообразным азотом. Затем поместите напечатанную на пленку кремниевую подложку с переносом в технологическую камеру Аргоннской плазменной системы. Откачайте воздух в технологической камере около пяти минут для того, чтобы достичь давления около 20 Паскалей.

Затем откройте клапан Аргоннского газопровода и вручную отрегулируйте расход примерно до четырех SCCM или любого другого расхода, необходимого для генерации плазмы. Подождите около пяти минут, чтобы давление стабилизировалось до 40 Паскалей. Затем включите систему для генерации Аргоннской плазмы на 108 секунд.

Наконец, закройте клапан газовой магистрали, остановите накачку и заполните рабочую камеру воздухом для извлечения очищенной плазмы, перенесите напечатанные тонкопленочные силиконовые подложки. Следуйте остальной части прилагаемого текстового протокола, чтобы получить подробную информацию о том, как завершить изготовление тонкопленочного кремниевого солнечного элемента и измерить его эффективность и производительность. Эти изображения полученного массива серебряных нанодисков с помощью сканирующей электронной микромикроскопии на подложках из гидрогенизированного микрокристаллического кремния ясно демонстрируют некоторые наноразмерные особенности, заложенные в конструкцию.

Диаметр нанодисков составляет в среднем 200 нанометров. Расстояние между центрами в среднем составляет 460 нанометров, а толщина серебряных нанодисков в среднем 40 нанометров. Здесь показаны внешние спектры квантовой эффективности изготовленных ячеек в сравнении с эталонной ячейкой.

Ячейка с серебряным нанодиском показала более высокие сигналы в длинноволновом диапазоне от 650 до 1,100 нанометров. Такое селективное усиление длины волны ясно указывает на преимущественное действие плазмонных активных серебряных нанодисков для использования в солнечных батареях. А именно, захват плазмонного света Один раз необходимо, чтобы процесс трансферной печати мог быть завершен менее чем за 30 минут, если он выполнен правильно.