Intégration de la Lumière de piégeage argent Nanostructures dans hydrogénée microcristalline cellules solaires en silicium par impression par transfert

1Renewable Energy Research Center, Fukushima Renewable Energy Institute, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Koriyama, Fukushima, Japan, 2Research Center for Photovoltaic Technologies, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Tsukuba, Ibaraki, Japan
Engineering

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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

Il ya eu une demande de longue date pour l'application de nanostructures fonctionnelles dans un large éventail de domaines technologiques. Une des attentes de cette tendance est d'ouvrir une nouvelle conception des architectures de dispositifs conduisant à des performances améliorées ou novatrices. Dans le domaine des cellules solaires, par exemple, l'utilisation de nanostructures métalliques a été activement exploré en raison de leurs propriétés intrigantes optiques (c.-à-plasmoniques), 1 potentiellement bénéfique pour construire des systèmes efficaces de lumière de piégeage. 2,3 études En effet, certains théoriques 4 -6 ont suggéré qu'une telle piégeage de lumière plasmonique pourrait avoir des effets qui dépassent les optiques de rayons classiques (de texturing) à base de limite de piégeage de la lumière. 7 En conséquence, l'élaboration de stratégies pour intégrer les nanostructures métalliques désirés avec des cellules solaires est devenu de plus en plus importante pour réaliser ces prédictions théoriques.

Un certain nombre de stratégies ontété proposées pour répondre à ce défi 8-24. Ceux-ci comprennent, par exemple, simple (low-cost) de recuit thermique de films métalliques ou 8,9 dispersion des nanoparticules métalliques pré-synthétisé, 10,11 qui tous deux ont abouti à des démonstrations réussies plasmonique piégeage de la lumière. Cependant, il convient de souligner que les nanostructures métalliques fabriqués par ces approches sont généralement difficiles à correspondre aux modèles théoriques. En revanche, les techniques de nanofabrication traditionnels dans les industries de semi-conducteurs, tels que la photolithographie et faisceau d'électrons lithographie, 12,13 peuvent contrôler des structures bien en dessous du niveau de nm sous-100, mais ils sont souvent trop coûteux et fastidieux à appliquer aux cellules solaires, où la capacité de grande surface à faible coût est essentielle. Afin de remplir le faible coût, à haut débit, et les exigences de grande surface avec l'échelle nanométrique contrôlabilité, des méthodes telles que la lithographie par nano, 14-16 lithographie douce, 17,18 19-21 et le trou-masque lithographie colloïdale 22-24 serait prometteur. Parmi ces choix, nous avons développé une lithographie douce, technique avancée d'impression par transfert. 25 L'utilisation d'un poly nanostructuré (diméthylsiloxane) (PDMS) timbres et des couches adhésives à base de copolymère bloc, motif de nanostructures métalliques commandés pourrait être facilement atteint sur ​​un certain nombre de technologies de les documents pertinents, y compris ceux pour les cellules solaires.

L'objectif de cet article est de décrire la procédure détaillée de notre approche de transfert d'impression à intégrer la lumière piégeage nanostructures plasmoniques efficaces dans les structures de cellules solaires existantes. Comme un cas démonstratif, nanodisques AG et à couche mince hydrogénées microcristalline Si (uC-Si: H) des cellules solaires ont été sélectionnés dans cette étude (Figure 1), 26 bien que d'autres types de métaux et les cellules solaires sont compatibles avec cette approche. Avec son processusla simplicité, l'approche serait d'intérêt pour divers chercheurs comme un outil pratique pour intégrer les nanostructures métalliques fonctionnelles avec des appareils.

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Protocol

1. Préparation de PDMS Timbres

  1. Définir un moule de nanotrou (cyclo nanoimprinted film plastique de polymère d'oléfine, taille: 50 mm x 50 mm) dans un polytétrafluoroéthylène (PTFE) conteneur.
  2. Peser copolymère vinylméthylsiloxane-diméthylsiloxane (0,76 g pour le mm moule 50 mm × 50) dans une bouteille en verre jetable et le mélanger avec le complexe Pt-divinyltétraméthyldisiloxane (6 pi, en utilisant une micro pipette numérique avec une pointe de polypropylène à usage unique) et 2,4, 6,8-tetramethyltetra-vinylcyclotetrasiloxane (24 pi, en utilisant une micro pipette numérique avec une pointe de polypropylène à usage unique).
  3. Ajouter copolymère méthylhydrosiloxane-diméthylsiloxane (0,24 ml, en utilisant une micro pipette numérique avec une pointe de polypropylène à usage unique) dans la bouteille en verre et mélanger rapidement à l'aide d'une pipette de verre jetable. Après que la surface du moule mis dans le récipient de PTFE est soufflé par N 2, versez le mélange résultant ("dur" PDMS de prépolymère) sur le moule et commencer spin-manteaution à 1000 tours par minute pendant 40 secondes pour atteindre l'épaisseur de couche de 40 um ~.
  4. Placer l'échantillon de spin-enduit dans une chambre chaude préchauffé à 65 ° C pendant 30 min à brièvement réticuler les PDMS durs.
  5. Pendant le chauffage, peser silicone (6 g) et de le mélanger avec du catalyseur (0,6 g) dans un flacon en verre à usage unique. Placer le flacon de verre dans un dessiccateur à vide et appliquer le vide (~ 133 Pa) pendant 15 minutes pour éliminer l'air emprisonné dans le mélange de silicone ("soft" de prépolymère PDMS).
  6. Sortez le moule et doux prépolymère de PDMS de la chambre de chauffage et dessiccateur à vide, respectivement, et verser rapidement les PDMS douces prépolymère sur le moule chauffé. L'épaisseur de la couche de PDMS douce est d'environ 3 mm.
  7. Placer l'échantillon résultant dans le dessiccateur à vide supplémentaire pour le dégazage supplémentaire à ~ 133 Pa au moins pendant 1 heure.
  8. Transférer l'échantillon dégazé à la chambre de chauffage et de commencer à chauffer progressivement jusqu'à 80 ° C (vitesse de chauffage ~ 3 ° C / min). Gardez cette température pendant 5 heurespour réticuler les PDMS durs et mous complètement.
  9. Après refroidissement de l'échantillon jusqu'à RT, décoller le timbre PDMS soigneusement du moule. Réutiliser le moule de préparer le second (ou plusieurs) des timbres, si nécessaire. Remarque: le même moule peut être utilisé au moins cinq fois sans dégradation de la qualité de cachet.
  10. Couper le timbre nanopilier résultant (double couche dur / mou PDMS composite) 27 en morceaux de tailles désirées (typiquement 7 mm x 7 mm pour nos cellules solaires) à l'aide d'un couteau et de les stocker sous air jusqu'à utilisation.

2. Préparation de copolymère bloc Solutions

  1. Peser la poudre du bloc polystyrène poly-2-vinylpyridine (PS- b -P2VP) dans une bouteille en verre et le mélanger avec o-xylène dans le rapport de 3 mg / ml (PS- b -P2VP / o-xylène) .
  2. Incorporer le mélange à l'aide d'une barre d'agitation magnétique revêtu de PTFE à 70 ° C pendant 1 heure.
  3. Gardez la solution résultante pendant plus de 24 h à température ambiante, sans agitationanneau pour compléter la formation de micelles auto-assemblées. Sceller hermétiquement la solution et de le stocker dans des conditions ambiantes. Remarque: La qualité de la solution est inchangée, même un an après la préparation.

3. Préparation de μ c-Si: H Substrats

  1. Lavez les verres recouverts de SnO 2: F (désigner verre / SnO 2: F, ci-après) avec H 2 O (500 ml), du détergent (500 ml), et H 2 O (500 ml) à la température ambiante en utilisant un bain à ultrasons (15 min pour chaque). Séchez-les en soufflant N 2.
  2. Chargez le verre nettoyée / SnO 2: F substrats dans un support de substrat et le dépôt de ZnO: Ga (20 nm) en utilisant un (DC) système de pulvérisation à courant continu avec les conditions spécifiées dans le tableau 2.
  3. Chargez le verre / SnO 2: F / ZnO: substrats Ga dans un autre support de substrat et le dépôt μ c-Si: H p (10 nm), i (500 nm) et N (40 nm) couches en utilisant un produit chimique de plasma vapodépôt de r du système (PECVD) avec les conditions spécifiées dans le tableau 2.
  4. Rangez la résultante μ c-Si: H (verre / SnO 2: F / ZnO: Ga / μ c-Si: H p - i - n) substrats sous vide ou N 2 jusqu'à l'étape de transfert de l'impression.

4. Ag-revêtement de PDMS Timbres

  1. Laver les timbres (PDMS préparés à l'étape 1) avec de l'EtOH (30 ml) en utilisant un bain à ultrasons pendant 15 min et sèches par insufflation de N 2.
  2. Chargez les timbres de PDMS nettoyées sur un support d'échantillon en utilisant du ruban adhésif double-face et de déposer un film d'Ag (10-80 nm) en utilisant un faisceau d'électrons (EB) du système d'évaporation avec les conditions suivantes: Taux dépôt = 5-10 Å / s, pression = ~ 1,5 x 10 -4 Pa.
  3. Sortez les timbres Ag revêtus du système d'évaporation EB et les utiliser immédiatement dans l'étape d'impression par transfert suivant.

Impression 5. Transfert de Ag nanodisques sur mincefilm de Si Surfaces

  1. Sortez le mince film de Si substrats stocké sous vide ou N 2 et de spin-manteau avec la solution PS- b -P2VP (0,3 ml pour 50 mm × 50 mm échantillon, en utilisant un micro pipette numérique avec une pointe de polypropylène jetables) à 5000 tours par minute pendant 40 secondes.
  2. Mouiller la surface PS- b -P2VP revêtu avec EtOH l'aide d'un micro pipette numérique (5 pm / de surface de la cellule) et d'appliquer les PDMS Ag revêtus timbre doucement à la surface de EtOH-humide. Ne pas appuyer sur le timbre.
  3. Placez le substrat Si couche mince avec le timbre dans une chambre à vide et appliquer le vide (~ 133 Pa).
  4. Après 5 min, remplir la chambre à vide d'air et sortir le substrat Si couche mince.
  5. Enlevez le tampon du substrat Si couche mince en tenant à la fois du côté du timbre avec des pincettes pour transférer-impression nanodisques AG. Remarque: En cas de succès, la trace de marquage est visible comme une tache verdâtre.
  6. Rincer le film mince substrat en Si de transfert imprimé avec un flux continu de EtOH pendant 15 s (~ 30 ml) et séché par soufflage de N2.
  7. Retirer le revêtement PS-b-P2VP l'aide d'un système de plasma Ar.
    1. Placer la couche mince de Si substrat de transfert imprimé dans la chambre de processus du système de plasma Ar.
    2. Pomper l'air dans la chambre de traitement pendant environ 5 min (~ 20 pression Pa).
    3. Ouvrez le robinet d'une conduite de gaz Ar et ajuster manuellement le taux à 4 sccm. Attendre pour ~ 5 min pour stabiliser la pression à 40 Pa.
    4. Générer Ar plasma pour 108 sec.
    5. Fermez la vanne de la conduite de gaz Ar, arrêter le pompage, et remplir l'air dans la chambre de traitement à prendre, les couches minces de transfert imprimé Si substrats plasmatiques nettoyés.

6. Achèvement de Thin-film cellulaire Si solaire Fabrication

  1. Attacher des masques métalliques pour la couche mince de transfert des substrats de Si-imprimé après le traitement au plasma Ar utilisant des bandes de polyimide.
  2. Charger les substrats masqués dans un support de substrat d'un système de pulvérisation cathodique à courant continu et dépot ZnO: Ga (100 nm), Ag (250 nm), et de ZnO: Ga (40 nm) séquentiellement avec les conditions spécifiées dans le tableau 2.
  3. Détachez les masques métalliques de substrats et enlever les couches masqués couche mince de silicium (par exemple, la zone où ZnO: Ga et Ag ne sont pas déposés) en utilisant un système de gravure ionique réactive (RIE).
    1. Placer les échantillons dans la chambre de traitement du système de RIE.
    2. Pomper l'air dans la chambre de traitement suivant les instructions du fabricant.
    3. Définir les conditions du procédé de la façon suivante en suivant les instructions du fabricant: SF 6 / O 2 du débit = 100/20 sccm, la pression = 20 Pa, la puissance de 100 W, le temps = 1 min 20 sec.
    4. Ouvrez les lignes SF 6 et O 2 gaz, stabiliser la pression, et générer un plasma.
    5. Fermez la vanne de la ligne SF 6 et gaz O 2, arrêter le pompage, et remplissez N 2 dans la chambre de traitement de prendre les échantillons.
  4. Mettez leéchantillons dans une chambre sous vide recuit et commencer à chauffer progressivement jusqu'à 175 ° C sous vide (~ 133 Pa). Gardez cette température pendant 2 heures, puis laisser refroidir à température ambiante. Remplissez air dans la chambre et de prendre des échantillons, qui peuvent désormais être appelées cellules.
  5. Alliage à base de Sn-Zn à souder sur l'électrode transparente avant (verre / SnO 2: F / ZnO: Ga, la partie exposée par le traitement RIE) en utilisant un dispositif de soudage par ultrasons.

7. Mesure de l'efficacité quantique externe (EEQ)

  1. Fixez un masque protecteur de la lumière à une cellule fabriquée en utilisant du ruban de polyimide et définir la cellule masquée dans un support de cellule. Connectez sondes à l'électrode avant soudé (+) et le dos Ag / ZnO: Ga électrode (-).
  2. Mesurer spectres EEQ en utilisant un système de mesure de EEQ en suivant les instructions du fabricant avec une gamme de longueur d'onde et étape de 300-1,100 nm et 5 nm, respectivement.

8. Mesure de photovoltaïque courant-tension (JV) Caractèretiques

  1. Calibrer l'intensité lumineuse d'un système de mesure des caractéristiques JV en utilisant une cellule de référence Si amorphe.
    1. Régler la cellule de référence Si amorphe à un support de cellule du système de mesure des caractéristiques JV, et illuminer la lumière.
    2. Lisez le courant photogénéré l'aide d'un multimètre numérique équipé dans le système de mesure des caractéristiques JV. Ajuster l'intensité lumineuse jusqu'à ce que le courant photogénéré montre la bonne valeur pour la cellule de référence (8,34 mA / cm 2).
  2. Fixez un masque protecteur de la lumière à une cellule et définir la cellule masquée dans un support de cellule. Connectez sondes à l'électrode avant soudé (+) et le dos Ag / ZnO: Ga électrode (-).
  3. Illuminez la lumière calibrée (100 mW / cm 2, 1 soleil) sur la cellule et mesurer les courants photogénérées utilisant le système de mesure des caractéristiques JV suivant les instructions du fabricant avec un échelon de tension de 0,02 V.

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Representative Results

La figure 2 illustre le processus général de l'impression par transfert de nanodisques Ag sur la surface de uC-Si: H (n couche). En bref, un film d'Ag (épaisseur: 10 à 80 nm) est d'abord déposée sur la surface d'un timbre nanopilier de PDMS par évaporation sous faisceau d'électrons. En parallèle, une solution de -P2VP b de PS est déposée par centrifugation sur la surface d'un fraîchement préparée uC-Si: H n couche. Par la suite, une gouttelette d'EtOH est placé sur la surface revêtue de -P2VP-PS- b, et le timbre PDMS Ag déposée est placée sur la surface de PS- b -P2VP de EtOH-humide. Pas de pression est nécessaire pour le timbre, car un contact intime entre le timbre et le substrat forme spontanément en raison de la tension de surface provenant de l'évaporation de l'EtOH. Après l'EtOH est évaporé à une distance (en utilisant une pression réduite), le tampon est libéré du substrat pour effectuer le transfert de l'Ag déposé sur la région surélevée de la nanopilier timbre de PDMS. Enfin, unTraitement au plasma Ar est effectuée pour enlever le revêtement de -P2VP PS- b.

Illustré à la figure 3 sont microscopie électronique à balayage (MEB) des images de l'résultant Ag réseau de nanodisk sur (dans) uC-Si:. Surfaces H (cellules) 26 Figure 3a et 3b sont le haut et le point de vue d'un même échantillon incliné. La racine carrée rugosité moyenne (rms R) du sous-jacent uC-Si: H de surface était de 6,6 nm; néanmoins, le transfert presque complète de la nanodisques Ag, dont le diamètre, la distance de centre à centre, et l'épaisseur des nanodisques Ag était de 200, 460 et 40 nm, respectivement, a été obtenue. La figure 3C est la vue en coupe transversale de une terminé uC-Si: H de structure de cellule, à savoir, après le dépôt (pulvérisation cathodique) de ZnO: Ga / Ag / ZnO: Ga couches sur le dessus de la matrice nanodisk Ag représenté sur la figure 3A et 3B. Le droit Ag nanodisques embarqué sur le photovoltaïque uC-Si: H m> p - i - n couches ont été clairement observé.

Les spectres de EQE des cellules fabriquées sont présentées sur la figure 4 26 Par rapport à une cellule de référence (a uC-Si: H cellule fabriquée en même temps que sauter le processus d'impression par transfert)., Le spectre de la nanodisk Ag de EQE (épaisseur: 40 nm) cellulaire incorporé montré des signaux plus élevés dans la gamme de longueur d'onde longue (650-1,100 nm). Cette amélioration de la longueur d'onde sélective indiqué clairement l'effet préférentiel des nanodisques Ag plasmonically-actifs pour des cellules solaires; à savoir, plasmonique piégeage de la lumière. La quantification du degré de piégeage de la lumière dans la plage de 650-1,100 nm observé sur la figure 3 a été réalisée en additionnant les valeurs de EQE de chaque cellule et en prenant le rapport entre eux (/ cellule de cellules de référence Ag-nanodisk constituée en société). La valeur était de 1,60; par conséquent, augmentation de EEQ 60% a été atteint par le piégeage de la lumière plasmonique Ag nanodisk médiation.

ent "> Le tableau 1 résume les caractéristiques photovoltaïques des cellules nanodisk-incorporé et de référence Ag. 26 Il a été confirmé, comme prévu, que la densité de courant de court-circuit (J sc) de la cellule Ag nanodisk incorporé augmenté par rapport à celui de la cellule de référence (11.04 à 12.04 mA / cm 2) en raison de l'amélioration de EEQ décrit ci-dessus. Quant à la tension en circuit ouvert (Voc) et le facteur de remplissage (FF), ceux des deux cellules étaient presque les mêmes (V oc : ~ 0,52 V, FF:. ~ 0,76) En conséquence, le rendement de photoconversion (η) de la cellule de nanodisk incorporé Ag améliorer (4,5% à 5,0%).

Figure 1
Figure 1. Schéma Croix-section d'un Ag nanodisk incorporée uC-Si:. Nanodisques H cellule solaire Ag localise à l'arrière de l'uC-Si: H cellule solaire.: //www.jove.com/files/ftp_upload/53276/53276fig1large.jpg "target =" _ blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2
Figure 2. Procédure générale pour l'impression de transfert de Ag nanodisques. L'Ag-enduit timbre nanopilier PDMS est appliqué sur le substrat en Si couche mince PS- b -P2VP revêtu dont la surface est humide avec EtOH. Traitement par plasma d'Ar est appliquée pour enlever le revêtement PS-b-P2VP et pour exposer la couche en Si en couche mince. Après ce processus, ZnO: Ga / Ag / ZnO: couches Ga besoin d'être déposé sur le dessus de l'appareil Ag nanodisques de transfert imprimé à remplir l'ensemble de la structure de cellule solaire montre la figure 1. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure .


Figure 3. SEM Images de Transfert-Imprimé Ag nanodisques (diamètre = 200 nm, épaisseur = 40 nm) (A) Vue du haut de transfert imprimé nanodisques Ag sur un uC-Si:. Surface de H. (B) de la vue inclinée de transfert imprimé nanodisques Ag sur un uC-Si: H de surface. (C) transversale vue de nanodisques Ag transfert imprimée (taille: 200 nm) embarqué dans un uC-Si:. H cellule 26 Droit d'auteur 2014 Le Japan Society of Applied Physics. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure .

Figure 4
Figure 4. EEQ Spectra de uC-Si:. Les cellules H (ligne bleue) Ag nanodisk (ND) -incorporated cellule. (Ligne pointillée rouge)Référence cellule. 26 meilleures réponses ont été observées avec la ligne bleue en raison de la piégeage de la lumière Ag ND-médiation. Ce chiffre a été modifié depuis Réf. 26. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.


Tableau 1. Résumé des Caractéristiques du photovoltaïque JV uC-Si: H cellules.

Type de cellule J sc (mA / cm 2) Voc (V) FF Η (%)
Ag nanodisk incorporé 12,4 0,526 0,764 5
Référence 11,4 0,521 0,763 4.5


Tableau 2. Les conditions de dépôt.

; "> Flux Ar = 200 sccm, la pression = 0,133 Pa, DC = 100 W, rotation de l'échantillon = 10 rpm, vitesse de dépôt = ~ 6 A / sec.
les étapes Système de dépôt Matériaux Conditions
3.2 Pulvérisation ZnO: Ga Taux = 200 sccm, la pression = 0,133 écouler Ar Pa, DC = 200 W, rotation de l'échantillon = 10 rpm, vitesse de dépôt = ~ 3.3 Å / s.
3.3 CVD uC-Si: H p Le débit de SiH 4 / H 2 / B 2 H 6 = 3,5 / 450/2 sccm, la température du substrat = 140 ° C, pression = 1,5 torr, la fréquence radio (RF) densité de puissance = 80 mW / cm 2, le temps de dépôt = 5 min 45 sec (taux = ~ 0,3 Å / s).
uC-Si: H i Débit de SiH 4 / H 2 = 10,5 / 380 sccm, la température du substrat = 180 ° C, la pression = 200 Pa, la densité de puissance RF = 40 mW / cm 2, temps de dépôt = 1 h 2 min (taux = ~ 1.3 Å / sec).
uC-Si: H n Débit de SiH 4 / H 2 / PH 3 = 3/148/12 sccm, la température du substrat = 195 ° C, la pression = 40 Pa, la densité de puissance RF = 80 mW / cm 2, temps de dépôt = 23 min (taux = ~ 0,3 Å / s).
6.2 Pulvérisation ZnO: Ga Ar débit = 200 sccm, la pression = 0,133 Pa, DC = 200 W, rotation de l'échantillon = 10 rpm, vitesse de dépôt = ~ 3.3 Å / s.
Ag

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Discussion

Dans cet article, un double-couche disque / PDMS doux composite a été utilisé comme matériaux de timbre. 27 Cette combinaison a été jugée essentielle pour reproduire précisément la nanostructure de parent dans le moule, ce qui était un tableau à trous ronds hexagonale serrée dont le diamètre de 230 nm, profondeur de 500 nm, et l'espacement des trous 460 nm de centre à centre. Lorsque seuls PDMS Soft a été utilisé, le timbre toujours abouti à une surface mal nanostructuré (par exemple, pas de tranchant dans la structure de pilier inversé) en raison de le module de Young bas; 28 donc, l'impression de transfert de nanodisques Ag n'a jamais été réalisable.

L'utilisation de copolymère bloc revêtu par centrifugation (PS- b -P2VP) films minces que des couches de liaison est une autre clé pour l'impression de transfert réussi sur le pC-Si: H surfaces, qui ne sont pas lisses (R RMS = ~ 6,6 nm). Bien que l'impression par transfert de structures métalliques a été initialement développé en utilisant des petites molécules organiques WHIch forme monocouches auto-assemblées (SAM) sur des surfaces, 29 nous avons constaté que l'utilisation de SAM (3-mercaptopropyltriméthoxysilane) ne fonctionne pas pour les (légèrement) texturé uC-Si: H surfaces. En outre, la formation de SAM avec une bonne qualité prend du temps (~ quelques heures), tandis que notre processus nécessite moins de 1 min (40 sec par spin coating). Ce point pourrait être important pour les matières qui doivent opérations rapides pour éviter les événements de surface défavorables, tels que la formation d'oxydes ou de contaminations excédentaires.

Les rôles de EtOH dans l'impression de transfert devraient également être souligné. Le premier rôle est, comme déjà décrit, pour faciliter la formation du contact intime entre la surface de tampon et cible en utilisant la tension de surface lors de l'évaporation. Le second rôle est de reconstituer le film mince PS- b -P2VP, qui assure la capture des métaux (Ag) sur PDMS timbres par la formation de liaisons de coordination pyridine métalliques. 25 Nous croyons que l'artuch événement dynamique à l'interface tampon / substrat est essentielle pour l'impression par transfert sur des surfaces texturées en particulier.

Lorsque l'impression de transfert par procédure ci-dessus a échoué, la raison était la plupart du temps en timbres employés. Depuis contact conforme entre un tampon et un substrat est critique, la planéité de la surface de l'empreinte est très important. La planéité est déterminée par l'état d'un moule d'origine; Par conséquent, une fois que l'impression par transfert échoue, ce serait la durée du changement de moule. Selon notre expérience, le nombre de fois un moule peut être réutilisé est de cinq ans, mais il serait augmentée par le nettoyage et le stockage du moule approprié. Planéité d'un timbre aurait également un impact significatif sur la zone qui peut être uniformément transfert imprimé. À ce sujet, nous avons démontré une structuration 20 mm x 20 mm à l'échelle avec un timbre préparé à partir d'un moule fraîche 25.

Quant à la conception de modèle du moule / timbre,trous ronds structures / pilier avec le diamètre de 230/200 nm étaient employées (le plus petit diamètre de la colonne est due à la forme conique du trou original). Ce choix était tout simplement parce que un tel moule (film plastique nanoimprinted) était disponible dans le commerce, et il n'a pas été celui fabriqué spécialement à notre demande de cellule solaire. Cela signifie qu'il ya beaucoup de place pour des conceptions de modèle, ce qui conduirait à la lumière de beaucoup supérieure capacité de piégeage par rapport au résultat montré ici. À cet égard, l'utilisation de la simulation optique serait utile à la recherche de meilleurs modèles. Bien que la fabrication de moules réelles (probablement par lithographie par faisceau d'électrons) peut être coûteux, une fois fabriqués, les timbres correspondants peuvent être reproduites autant de fois que nécessaire. Ainsi, le coût total du processus peut être supprimée de manière significative, ce qui est le grand avantage d'approches d'impression de transfert.

En termes de métaux transfert imprimable par la procédure décrite sone, Au, Cu, Ni et ont été confirmés comme applicables. Il convient de mentionner qu'aucune de ces métaux a fourni de meilleurs effets de piégeage de la lumière par rapport au cas de Ag. Un autre métal testé était Al, qui est considéré comme un bon candidat pour plasmoniques applications lumière de piégeage. 30 Il a été constaté, cependant, que l'impression par transfert d'Al échoue, probablement en raison de la forte affinité avec PDMS. Par conséquent, les modifications de PDMS surfaces 31 peuvent être nécessaires pour faciliter l'impression de transfert en réduisant l'interaction entre PDMS et déposés Al.

En dehors de uC-Si: H, le procédé peut être utilisé avec une variété de matériaux, y compris les surfaces rugueuses (très texturées) (R eff ≥ 20 nm) 25 En fait, nous avons abordé précédemment la possibilité de texturation synergique / plasmon-. médiée par piégeage de la lumière par la fabrication des cellules avec du verre texturé / SnO 2:. substrats de F 17 En outre, une lumière similaire piégeage effect a été documentée en utilisant des cellules de silicium amorphe hydrogéné. 32 D'autres matériaux technologiquement importants, tels que les cristalline de Si, GaAs, InP, et les oxydes de métaux, sont également compatibles avec le procédé, et donc d'autres applications de terminal (pas seulement pour les cellules solaires) serait attendu.

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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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