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

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Mizuno, H., Sai, H., Matsubara, K., Takato, H., Kondo, M. Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing. J. Vis. Exp. (105), e53276, doi:10.3791/53276 (2015).

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Abstract

Introduction

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 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.

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Protocol

1. Preparação de PDMS selos

  1. Definir um molde nanohole (ciclo nanoimprinted filme plástico de polímero de olefina, tamanho: 50 mm x 50 mm) de um recipiente (PTFE) politetrafluoroetileno.
  2. 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).
  3. 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 ("duro" 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.
  4. Colocar a amostra revestidos por centrifugação numa câmara quente pré-aquecido a 65 ° C durante 30 min para brevemente reticular os PDMS rígidos.
  5. 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 ("soft" pré-polímero de PDMS).
  6. 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.
  7. Colocar a amostra resultante em exsicador de vácuo mais uma vez para mais de desgaseificação a ~ 133 Pa pelo menos durante 1 hora.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.

2. Preparação de copolímero em bloco Solutions

  1. 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) .
  2. Agita-se a mistura utilizando uma barra de agitação magnética revestida com PTFE a 70 ° C durante 1 h.
  3. 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.

3. Preparação de μ c-Si: H Substratos

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.

4. Ag-revestimento de PDMS selos

  1. 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.
  2. 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.
  3. Retire os selos Ag-revestidos do sistema de evaporação EB e usá-los imediatamente no passo seguinte impressão de transferência.

5. Transferência de impressão de Ag nanodiscos em fina-filme Si Surfaces

  1. 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.
  2. 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.
  3. Coloque o thin-film substrato de Si com o carimbo em uma câmara de vácuo e aplicar vácuo (~ 133 Pa).
  4. Após 5 min, encher a câmara de vácuo com ar e tirar o thin-film substrato de Si.
  5. 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.
  6. 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.
  7. Remover o revestimento PS-b-P2VP usando um sistema de plasma de Ar.
    1. Colocar o substrato de película fina de Si impresso de transferência na câmara de processo do sistema de plasma de Ar.
    2. Bombear o ar na câmara de processo durante ~ 5 min (~ pressão 20 Pa).
    3. 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.
    4. Gerar plasma de Ar para 108 seg.
    5. 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.

6. Conclusão do Thin-film Si Solar celular Fabrication

  1. Anexar máscaras de metal para o thin-film impresso de transferência de Si substratos após o tratamento com plasma Ar usando fitas de poliimida.
  2. 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.
  3. 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).
    1. Coloque as amostras na câmara de processo do sistema de RIE.
    2. Bombear o ar na câmara de processo de acordo com as instruções do fabricante.
    3. 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.
    4. Abra as linhas de SF 6 e O 2 de gás, estabilizar a pressão, e gerar plasma.
    5. 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.
  4. 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.
  5. 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.

7. A medição da eficiência quântica externa (EQE)

  1. 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 (-).
  2. 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.

8. Medição de sistemas fotovoltaicos de corrente-tensão (JV) Personagemticas

  1. Calibrar a intensidade da luz de um sistema de medição de características JV usando uma célula de referência Si amorfo.
    1. Definir a célula de referência Si amorfo a um suporte de célula do sistema de medição características JV, e iluminar a luz.
    2. 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).
  2. 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 (-).
  3. 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

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Representative Results

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 superfície revestida de -P2VP o PS- b, e o carimbo de PDMS-Ag depositado é colocada na superfície -P2VP PS-b-se o EtOH molhado. Não é necessário para pressionar o selo, porque um contacto íntimo entre o selo e o substrato forma espontaneamente, devido à tensão de superfície derivada da evaporação do EtOH. Após o EtOH é evaporado (usando uma pressão reduzida), o selo é libertado do substrato para completar a transferência do Ag depositado na região elevada do selo nanopillar PDMS. Finalmente, umaTratamento por plasma Ar é levada a cabo para remover o revestimento -P2VP PS- b.

Mostrado na Figura 3 a digitalizar imagens de microscopia eletrônica (SEM) da matriz nanodisk Ag resultando em (em) uC-Si: H. Superfícies (células) 26 Figura 3A e 3B são parte superior e vistas de uma mesma amostra inclinada. O root mean square rugosidade (rms R) do subjacente uC-Si: H superfície foi de 6,6 nm; No entanto, a transferência quase completa da nanodiscos Ag, cujo diâmetro, a distância centro-a-centro, e a espessura das nanodiscos Ag foram de 200, 460, e 40 nM, respectivamente, foi obtida. A Figura 3C representa a vista em corte transversal de A preenchido uC-Si: H estrutura celular, isto é, depois da deposição (sputtering) de ZnO: Ga / Ag / ZnO: Ga camadas no topo da matriz de Ag nanodisk mostrado na Figura 3A e 3B. O direito incorporado Ag nanodiscos sobre o sistema fotovoltaico uC-Si: H m> p - I - n camadas foram claramente observada.

Os espectros EQE das células fabricadas são mostrados na Figura 4 26 Em comparação com uma célula de referência (um uC-Si: célula H fabricada em simultâneo com saltar o processo de impressão por transferência)., O espectro EQE do nanodisk Ag (espessura: 40 nm) célula incorporada mostrou sinais mais elevados na faixa de comprimento de onda longa (650-1,100 nm). Esse reforço de comprimento de onda selectivo indicado claramente o efeito preferencial dos nanodiscos Ag plasmonically-activos para células solares; ou seja, plasmonic luz trapping. A quantificação do grau de a retenção de luz na gama 650-1,100 nm observado na Figura 3 foi realizado pela soma dos valores EQE de cada célula e tendo a razão de um deles (célula a célula / referência de Ag nanodisk-incorporada). O valor foi de 1,60; portanto, 60% de aumento EQE foi conseguida pela luz aprisionamento plasmonic Ag nanodisk-mediada.

ENT "> A Tabela 1 resume as características fotovoltaicas das células incorporaram-nanodisk e de referência de Ag. 26 Confirmou-se, como seria de esperar, que a densidade de corrente de curto-circuito (J SC) da célula Ag nanodisk-incorporada aumentada em comparação com a de a célula de referência (11,4 para 12,4 mA / cm2), devido à melhoria EQE descrito acima. Como para a tensão de circuito aberto (V OC) e fator (FF) preencher, aqueles das duas células foram quase os mesmos (V OC : ~ 0,52 V, ff:. ~ 0,76) Como consequência, a eficiência fotoconversão (η) da célula incorporados-nanodisk Ag melhorado (4,5% a 5,0%).

figura 1
Figura 1. Esquema secção transversal de um Ag nanodisk-incorporado uC-Si:. Nanodiscos H célula solar AG localiza na parte de trás do uC-Si: H célula solar.: "target =" _ blank //www.jove.com/files/ftp_upload/53276/53276fig1large.jpg "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2. Processo Geral para a impressão de transferência de Ag nanodiscos. O Ag-revestido selo nanopillar PDMS é aplicada sobre a PS-b--P2VP revestidos por película fina de Si substrato, cuja superfície é molhada com EtOH. Tratamento por plasma Ar é aplicado para remover o revestimento de PS-b-P2VP e para expor a camada de película fina de Si. Após este processo, ZnO: Ga / Ag / ZnO: camadas Ga precisam ser depositada no topo das Ag nanodiscos impresso de transferência para completar toda a estrutura da célula solar mostrado na Figura 1. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura .


Figura 3. Imagens de SEM Transfer-Impresso Ag nanodiscos (diâmetro = 200 nm, espessura = 40 nm) (A) Vista de cima de impresso de transferência Ag nanodiscos em um uC-Si:. Superfície H. (B) Vista inclinada do impresso de transferência Ag nanodiscos em um uC-Si: H superfície. (C) Transversal vista de impressos de transferência de nanodiscos AG (tamanho: 200 nm) incorporado em um uC-Si:. Célula H 26 de Copyright 2014 A Sociedade Japonesa de Física Aplicada. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura .

Figura 4
Figura 4. EQE Spectra de uC-Si:. Células H (linha azul) Ag nanodisk (ND) -incorporated celular. (Red linha tracejada)26 Referência celular. Respostas melhoradas foram observados com a linha azul devido ao aprisionamento de luz Ag ND-mediada. Este valor foi modificado a partir Ref. 26. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.


Tabela 1. Resumo do Photovoltaic JV Características de uC-Si: H células.

Tipo de celular J SC (mA / cm 2) Oc V (V) FF Η (%)
Ag-incorporada nanodisk 12,4 0,526 0,764 5
Referência 11,4 0,521 0,763 4,5


Tabela 2. As condições de deposição.

; "> Fluxo Ar = 200 sccm, pressão = 0,133 Pa, DC = 100 W de potência, a rotação da amostra = 10 rpm, taxa de deposição = ~ 6 A / sec.
Degraus Sistema de deposição Materiais Condições
3.2 Sputtering ZnO: Ga Ar taxa = 200 sccm, pressão = 0,133 fluir Pa, DC = 200 W de potência, a rotação da amostra = 10 rpm, taxa de deposição = ~ 3,3 Å / s.
3.3 CVD uC-Si: H P Caudal de SiH 4 / H 2 / B 2 H 6 = 3,5 / 450/2 sccm, temperatura do substrato = 140 ° C, pressão = 1,5 torr, rádio frequência (RF) de densidade de potência = 80 mW / cm 2, tempo de deposição = 5 min 45 seg (taxa = ~ 0,3 Å / s).
uC-Si: H i A taxa de fluxo de SiH4 / H 2 = 10,5 / 380 sccm, temperatura do substrato = 180 ° C, pressão = 200 Pa, a densidade de potência de RF = 40 mW / cm 2, o tempo de deposição = 1 hr 2 min (taxa = ~ 1,3 A / seg).
uC-Si: H n A taxa de fluxo de SiH4 / H 2 / PH 3 = 3/148/12 sccm, temperatura do substrato = 195 ° C, pressão = 40 Pa, a densidade de potência de RF = 80 mW / cm 2, o tempo de deposição = 23 min (taxa = ~ 0,3 Â / seg).
6.2 Sputtering ZnO: Ga Fluxo Ar = 200 sccm, pressão = 0,133 Pa, DC = 200 W de potência, a rotação da amostra = 10 rpm, taxa de deposição = ~ 3,3 Å / s.
Ag

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Discussion

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 invertido), devido ao módulo a baixa de Young; 28 portanto, a impressão de transferência de nanodiscos Ag nunca foi possível.

O uso de copolímero em bloco revestido de rotação (PS- b -P2VP) filmes finos como camadas de ligação é outra chave para a impressão de transferência bem-sucedida no uC-Si: superfícies H, que não são lisos (R rms = ~ 6,6 nm). Embora a transferir-impressão de estruturas metálicas foi desenvolvido originalmente utilizando pequenas moléculas orgânicas which forma monocamadas auto-organizadas (SMAS) sobre superfícies, 29 verificou-se que o uso de SAMs (3-mercaptopropiltrimetoxissilano) não funciona para os (ligeiramente) texturizado uC-Si: H superfícies. Além disso, a formação de SAM, com boa qualidade leva tempo (~ um par de horas), enquanto que o nosso processo requer menos de um minuto (40 segundos por spin coating). Este ponto pode ser importante para materiais que necessitam de operações rápidas para evitar eventos desfavoráveis ​​de superfície, tais como a formação de óxidos ou contaminações excesso.

Os papéis de EtOH em impressão de transferência também devem ser enfatizados. O primeiro papel é, como já descrito, para auxiliar a formação do contacto íntimo entre o selo e a superfície do alvo utilizando a tensão superficial depois da evaporação. A segunda função é para reconstruir a película fina PS- -P2VP b, o que garante a captação de metais (AG) sobre a PDMS selos através da formação de ligações de coordenação piridina-metálicos. 25 Acreditamos que suito evento dinâmica na interface selo / substrato é essencial para a impressão por transferência, especialmente em superfícies texturizadas.

Quando a impressão de transferência por procedimento acima não foi bem sucedida, o motivo foi principalmente em selos utilizados. Uma vez que o contacto entre conformado um selo e um substrato é crítica, o nivelamento da superfície do selo é muito importante. A planeza é determinada pelo estado de um molde original; portanto, uma vez que a impressão de transferência falhar, seria o tempo para mudar o molde. De acordo com nossa experiência, o número de vezes que um molde pode ser reutilizados é cinco, mas seria aumentado por uma limpeza e armazenamento do molde apropriado. Nivelamento de um selo também tem um impacto significativo sobre a área que pode ser impressa de modo uniforme de transferência. Nesta matéria, temos demonstrado uma padronização 20 mm × 20 milímetros escala com um selo preparado a partir de um novo molde 25.

Quanto ao design padrão do molde / selo,com orifícios redondos estruturas / coluna com o diâmetro de 230/200 nm foram utilizados (o menor diâmetro do pilar é devido à forma cónica do furo original). Esta escolha foi simplesmente porque tal molde (filme plástico nanoimprinted) estava disponível comercialmente, e não foi a única fabricada especificamente para a nossa aplicação de células solares. Isto por sua vez significa que há muito espaço para desenhos padrão, o que levaria a muito superior capacidade luz trapping em comparação com o resultado mostrado aqui. A este respeito, o uso de simulação óptico seria útil para pesquisa de melhores padrões. Embora o fabrico de moldes reais (provavelmente por litografia por feixe de electrões) pode ser caro, uma vez fabricados, os selos correspondentes pode ser replicado tantas vezes quanto necessário. Assim, o custo total do processo pode ser suprimida de forma significativa, o que é a grande vantagem de abordagens de impressão por transferência.

Em termos de metais de transferência de impressão pelo procedimento descrito delae, Au, Cu, Ni e foram confirmados para ser aplicável. Deve ser mencionado que nenhum dos referidos metais proporcionou melhores efeitos de captura de luz em comparação com o caso de Ag. Outro metal foi testado Al, que é considerado como um bom candidato para aplicações de luz de armadilhagem plasmonic 30 Constatou-se., No entanto, que a impressão de transferência de Al for bem sucedida, possivelmente devido à forte afinidade com PDMS. Portanto, as modificações de PDMS superfícies 31 pode não ser necessária a fim de facilitar a impressão de transferência, reduzindo a interacção entre PDMS e depositado Al.

Para além de uC-Si: H, o método pode ser usado com uma variedade de materiais, incluindo superfícies altamente irregulares (texturizada) (R RMS ≥ 20 nm) 25 Na verdade, já anteriormente abordado a possibilidade de texturização sinérgico / plasmon-. mediada trapping luz fabricando células com vidro texturizado / SnO 2:. F substratos 17 Além disso, uma effe luz trapping semelhanteCT foi documentada utilizando células Si amorfo hidrogenado. 32 Outros materiais tecnologicamente importantes, tais como Si cristalino, GaAs, InP, e óxidos de metais, também são compatíveis com o método, e, portanto, novas aplicações do dispositivo (não só para as células solares) seria esperado.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Nanohole mold Scivax FLH230/500-120
PTFE container Eishin n/a Custom made
Hard-PDMS materials
Vinylmethylsiloxane-dimethylsiloxane copolymer Gelest VDT-731
 Pt-divinyltetramethyldisiloxane complex Gelest SIP6831.1
Methylhydrosiloxane-dimethylsiloxane copolymer Gelest HMS-301
2,4,6,8-tetramethyltetra-vinylcyclotetrasiloxane Sigma-Aldrich 396281 Additive for hard-PDMS
Soft-PDMS materials Dow Corning Sylgard-184 Silicone precursor
PS-b-P2VP Polymer Source P5742-S2VP Mn × 103 = 133-b-132
Glass/SnO2:F substrates Asahi Glass Co. Ltd. Type VU Chemical mechanical polished by D-process Inc. (http://d-process.jp/index.html) to flatten the surfaces
Detergent Fruuchi Chemical Co.
http://www.furuchi.co.jp/eng/main.htm
Semico-clean 56 Used for the cleaning of Glass/SnO2:F substrates
ZnO:Ga supputtering target AGC Ceramics Co. Ltd. 5.7GZO
Ag supputtering target Mitsubishi Materials Co. 4NAg
Double-sided adhesive tape Nisshin EM Co. 732
Polyimide tape Dupont Kapton 650S#25
Sn-Zn-based Solder Kuroda Techno Co., Ltd. Cerasolzer AL-200
Digital micro pipette Nichiryo 00-NPX2-20
00-NPX2-200
00-NPX2-1000
Heating chamber Tokyo Rikakikai Co., Ltd. VOS-201SD
Electron beam evaporator Canon-Anelva n/a Custom made
Electron beam evaporator Arios n/a Custom made
Sputtering system Ulvac SBR-2306
PECVD system Shimadzu Emit Co. Ltd. SLCM-13
Ar plasma system Diner Electric Gmbh Femto
RIE system Samco Inc. RIE-10NR
Ultrasonic soldering device Colby-Eishin Enterprises, Inc. SUNBONDER
EQE measurement system Bunkoukeiki Co. Ltd. CEP-25BXS
J-V characteristics measurement system Bunkoukeiki Co. Ltd. OTENTOSUN-5S-I/V
Amorphous Si reference cell Bunkoukeiki Co. Ltd. WPVS-NPB-S1 For light intensity calibration
Digital multi-meter Keithley Instruments Inc. 2400

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References

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