Transfer Baskı ile Hidrojene Mikrokristal Silikon Güneş Pilleri Işık Yakalama Gümüş Nanoyapıların Entegrasyonu

Bu transfer baskı tekniğinin genel amacı, fonksiyonel plazmonik nanoyapıları güneş pilleri gibi cihazlara entegre etmek için uygun bir metodoloji sağlamaktır. Bu yöntem, prizmik güneş pilleri gibi meta nano yapıların pratik cihaz uygulamasını ilerletmeye yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, istenen veya tasarlanan meta nano yapıların mevcut cihaz yapılarına hızlı bir şekilde tanıtılabilmesi, orijinal üretim sürecinde önemli değişikliklere yol açmasıdır.

Bu yöntem, özellikle güneş pilleri için geliştirilmiş olsa da, doğru yayan diyotlar ve sensörler gibi plazmonik özellikleri kullanan diğer cihazlara da uygulanabilir. Başlamak için, bir politetrafloroetilen kabına bir nano delikli kalıp yerleştirin. Sonraki yer, 0.76 gram vinil metil suboksan dimetil suboksan kopolimerini tek kullanımlık bir cam şişeye.

Kopolimere altı mikrolitre platin di vinil tetraetil dioksan kompleksi eklemek için tek kullanımlık polipropilen uçlu bir mikro pipet kullanın. Ardından, kopolimere 24 mikrolitre 2 4 6 8 tetraetil tetra vinil siklo tetra suboksan eklemek için tek kullanımlık polipropilen uçlu bir mikro pipet kullanın ve çözeltiyi karıştırın. Gerekirse, kopolimer ile aynı oranda kalmak için bu hacimleri kısaca değiştirin.

Daha sonra cam şişeye 240 mikrolitre metil hidros, laane dimetil suboksan kopolimeri ekleyin ve hızlı bir şekilde karıştırın Tek kullanımlık bir cam pipet kullanarak, karışımın yüzeyini kısa bir süre nitrojen ile üfleyin ve ardından elde edilen sert PDMS ön polimeri, yaklaşık 40 mikronluk bir tabaka kalınlığı elde etmek için kalıbı 1000 RPM'de 40 saniye boyunca 1000 RPM'de kaplayan ticari olarak temin edilebilen desenli bir kalıba dökün. Ardından, spin kaplı numuneyi 30 dakika boyunca 65 santigrat derecede önceden ısıtılmış bir odaya yerleştirin. Isıtma sırasında sert PDMS'yi kısaca çapraz bağlamak için, tek kullanımlık bir cam şişede altı gram silikonu 0.6 gram katalizörle karıştırın.

Silikon ile bir ila 10 oranını korumak için gerekirse katalizör miktarını değiştirin. Daha sonra cam şişeyi vakumlu bir kurutucuya koyun ve karışımın gazını almak için 15 dakika boyunca yaklaşık 133 Pascal'lık bir vakum uygulayın. Daha sonra, yaklaşık üç milimetre kalınlığında yumuşak bir PDMS tabakası oluşturmak için DGA karışımını ısıtılmış kalıba hızlı bir şekilde dökün.

Elde edilen numuneyi tekrar vakumlu kurutucuya yerleştirin ve numuneyi bir saat daha gazdan arındırın. Daha sonra Degas numunesini ısıtma odasına aktarın ve oda sıcaklığından dakikada yaklaşık üç santigrat derece hızında 80 santigrat dereceye kadar ısıtın. Numuneyi oda sıcaklığına soğuttuktan sonra sert ve yumuşak PDMS'yi tamamen çapraz bağlamak için numuneyi beş saat boyunca 80 santigrat derecede tutun.

PDMS damgasını kalıptan dikkatlice soyun. Gerekirse ek pullar hazırlamak için kalıbı beş defaya kadar yeniden kullanın. Elde edilen nano sütun damgasını bir bıçak kullanarak yedi milimetreye yedi milimetrelik parçalar halinde kesin ve kullanılana kadar hava altında saklayın.

Ek olarak, blok kopolimer bağlayıcı tabaka çözeltisini ve hidrojene mikrokristalin silikon substratları ekteki metin protokolünde açıklandığı gibi hazırlayın. PDMS damgalarını ultrasonik bir banyo kullanarak 30 mililitre etanolde 15 dakika yıkayın ve ardından damgayı saf nitrojen ile üfleyerek kurutun. Ardından, temizlenmiş PDMS damgalarını bir numune tutucuya yapıştırmak için çift taraflı yapışkan bant kullanın.

Daha sonra numuneleri bir elektron ışını buharlaştırma sistemine yerleştirin ve saniyede beş ila 10 angstrom biriktirme hızı ve yaklaşık 3,5 çarpı 10 ila eksi dört paskal basınç kullanarak pulların üzerine 10 ila 80 nanometre kalınlığında bir gümüş film bırakın. Gümüş kaplı kaşeleri buharlaştırma sisteminden çıkarınız ve hemen transfer baskı adımında kullanınız. Ekteki metin protokolünde açıklandığı gibi hazırlanan ince film silikon substratları alın ve bunları 40 saniye boyunca 5.000 RPM'de 0.3 mililitre blok kopolimer bağlama çözeltisi ile döndürün.

Daha sonra, kaplanmış alt tabakaların yüzeyini dijital bir mikro pipet kullanarak etanol ile ıslatın ve ardından gümüş kaplı PDMS damgasını etanolün ıslak yüzeyine yumuşak bir şekilde uygulayın. Damgaya basmayın PDM damgasını alt orana uyguladığınızda. Lütfen basmaktan kaçının.

Sadece basmak yeterlidir. Damga, etanolün yüzey gerilimi nedeniyle yüzey hızı arasında kendiliğinden yakın bir temas kurar. Daha sonra, ince film silikon alt tabakayı bir damga ile birlikte bir vakum odasına yerleştirin ve yaklaşık 133 paskal vakum uygulayın.

Beş dakika sonra, vakum odasını hava ile doldurun ve ince film silikon alt tabakayı çıkarın. Baskı gümüş nano diskleri aktarmak için damga cımbızının her iki tarafını tutarak damgayı ince film silikon alt tabakadan çıkarın. Başarılı olursa, damgalama izi daha yeşil bir nokta olarak görünür.

Transfer baskılı ince film silikon alt tabakayı 15 saniye boyunca sürekli bir etanol akışıyla durulayın ve ardından üzerine nitrojen gazı üfleyerek alt tabakayı kurutun. Ardından, transfer baskılı ince film silikon alt tabakayı bir Argonne plazma sisteminin işlem odasına yerleştirin. Yaklaşık 20 paskallık bir basınç elde etmek için proses odasındaki havayı yaklaşık beş dakika dışarı pompalayın.

Ardından Argonne gaz hattının vanasını açın ve akış hızını manuel olarak yaklaşık dört SCCM'ye veya plazma oluşturmak için gerekli olan akış hızına ayarlayın. Basıncın 40 Pascal'a sabitlenmesi için yaklaşık beş dakika bekleyin. Ardından 108 saniye boyunca Argonne plazması oluşturmak için sistemi açın.

Son olarak, gaz hattının vanasını kapatın, pompalamayı durdurun ve plazma ile temizlenmiş, baskılı ince film silikon alt tabakaları aktarmak için işlem odasına hava doldurun. İnce film silikon güneş pilinin imalatının nasıl tamamlanacağı ve verimliliğinin ve çıktısının nasıl ölçüleceği ile ilgili ayrıntılar için ekteki metin protokolünün geri kalanını takip edin. Hidrojene mikrokristalin silikon substratlar üzerinde elde edilen gümüş nano disk dizisinin bu taramalı elektron mikroskobu görüntüleri, tasarıma dahil edilen nano ölçekli özelliklerin bazılarını açıkça göstermektedir.

Nano disklerin çapı ortalama 200 nanometredir. Merkezden merkeze mesafe ortalama 460 nanometre ve gümüş nano disklerin kalınlığı ortalama 40 nanometredir. Üretilen hücrelerin dış kuantum verimlilik spektrumları, bir referans hücre ile karşılaştırıldığında burada gösterilmiştir.

Gümüş nano diske dahil hücre, 650 ila 1.100 nanometre arasındaki uzun dalga boyu aralığında daha yüksek sinyaller gösterdi. Bu tür dalga boyu seçici geliştirme, plazmon aktif gümüş nano disklerin güneş pili kullanımı için tercihli etkisini açıkça göstermektedir. Yani plazmonik ışık yakalama: Bir kez, düzgün bir şekilde yapıldığı takdirde transfer baskı işleminin 30 dakikadan daha kısa sürede tamamlanabilmesi gerekir.