この作品は、石油技術開発基金 (PTDF、ナイジェリア) と工学物理科学研究会議、英国、プログラム許可メンフィス (許可番号 EP/K003976/1) によって後援されました。著者は、博士 Zhizhao チェに有意義な議論を感謝しています。

1. 試験リグのセットアップ
注: は、図 1を参照してください。
<ol><li>
落下フィルム ユニット
	<ol>
<li>清潔なやわらかい布で基板 (ガラス) 表面の掃除から始めます。液体のプロパティの変更がその表面に汚れが付着しないことを確認します。</li>
		<li>必要な傾斜の角度にガラス基板のピボットを設定します。Β 15 ̊ の傾斜角度は、この作品で使用されました。</li>
		<li>電動ポンプに切り替え、さらにガラス基板をきれいにする膜表面の通常の液体の流れを確保します。この作品は、テスト液は脱イオン水です。</li>
		<li>接液部基板の表面全体を確認します。</li>
		<li>流量計を使用してフィルムの流量を測定します。この仕事のため流量に変化させた x 10-3 1.667 と対応するフィルム レイノルズ数Re = ρq10 x 10-3 m3/s/wµ55.5% と 333 の間で及ぶ。wは、落下フィルム幅、0.30 m です。</li>
		<li>ガラス基板上に所望の流量を取得するフローの接続バルブを徐々 に調整します。</li>
		<li>配布室にフィルム入口または空気の逆流で油圧ジャンプを避けるために選択した流量の対応するヌセルト フィルム厚さの値にフィルム入口マイクロ ステップのセットを調整します。</li>
		<li>手動でフィルム表面に一様流は下流を取得する配布室のすべての空気を吸い上げます。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
フィルム コントロール ユニット
	<ol>
<li>関数発生器はデータ集録カード (DAC) を介して非ラッチ型リレーを介してソレノイド バルブに接続されていることを確認します。</li>
		<li>電磁弁と関数発生器に切り替えます。</li>
		<li>関数発生器を強制目的の周波数に設定します。この作品は、2、3 Hz の周波数が使用されていました。</li>
		<li>希望波信号 (正弦波、ノコギリ波、方形波など) を選択します。この作品は、正弦波信号が使用されていました。図 2Aおよび2B自由な映画と制御された映画との対比を示します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
液滴生成システム
	<ol>
<li>水で満たされた注射器にきれいなプラスチック製のチューブを取り付けます。</li>
		<li>液滴形成配列装置シリンジに挿入します。</li>
		<li>(希望の液滴径) によって選ばれたサイズの注射針をプラスチック製のチューブのもう一方の端に貼付します。勉強した液滴径 0.0023 に 0.0044 m 間であった。</li>
		<li>フィルム表面上のドロップの落下高さを調整します。この作品は、ドロップの落下高さが 0.005 から 0.30 ± 0.02 - 2.96 ± 間の影響の速度を与える、0.45 メートルに変化させた 0.06 m/s。</li>
		<li>同様に、フィルムの入口からドロップの縦衝撃点を設定します。これは波が影響する前に整形式ことを確認するこの作品で 0.3 m に設定されました。</li>
		<li>シリンジ ポンプで必要な流量を設定します。</li>
		<li>フィルム表面に形成された波の波長より大きい液滴発生頻度を達成するために流量を調整します。滴は連続制御フィルムのさまざまな地域に影響を与えるようにします。図 2; を参照してください。各地域19,20の下に流れプロファイルの相違を表示する図 2 Dの特異な波形の拡大。</li>
	</ol>
</li>
	<li>
高速イメージング セットアップ
	<ol>
<li>三脚スタンド (または他の適切な配置) にカメラを配置します。</li>
		<li>希望の焦点距離のマクロレンズを選択し、これをカメラに接続します。</li>
		<li>高速カメラを切り替えるし、フィルム表面に直接フォーカスを確保します。膜表面にそれぞれ 7 と 12 ̊ 水平および垂直偏差でカメラの位置を合わせます。これはそれぞれ 67.5 μ m/ピクセルと縦とスパン方向の 46.6 μ m/ピクセルの解像度をもたらす影響過程の優れたサイドビュー画像を与えます。</li>
		<li>スポット液滴衝突正確に置かれた校正項目を使用して (大口径) でカメラのレンズのフォーカスを調整します。</li>
		<li>シャープなフォーカスを取得すると、カメラに入る光量が少ないように開口部を減らします。</li>
		<li>目的のフレーム レート、解像度、高速カメラのシャッター スピードを設定します。5000 fps、800 x 600 の解像度、フレーム レート絞りのサイズは 1/16、1 μ 秒のシャッター スピードは、この作品で使用されました。</li>
		<li>光は均一にイメージングの領域にわたって拡散して図 1のように、光源の前に光の拡散を配置します。</li>
		<li>イメージングの領域上の光の均一広がりを確認する光源の電源を入れます。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 校正
注: は、図 3を参照してください。
<ol><li>(正確に衝撃のスポット) フィルムの流れ方向に定規を置くし、膜表面の計測ポイントのスナップショットを取得します。</li>
	<li>繰り返し 2.1 がスパン方向の定規。</li>
	<li>上記を使用して、フィルム表面に空間解像度を取得します。</li>
</ol>3. ビデオの録画やデータ集録
<ol><li>リグ上の液膜流れが確立されると、シリンジ ポンプを起動し、フィルム表面に滴る水滴の影響を観察します。</li>
	<li>関数発生器を起動し、膜表面の時空波の製造工程を見学します。</li>
	<li>制御膜表面のさまざまな地域に影響を与えている連続の低下を確認します。</li>
	<li>フレーム番号と、この設定の後トリガーを観察への影響を適切にキャプチャするビデオの長さの約半分。</li>
	<li>光源の電源を入れ、影響が発生すると、イメージのキャプチャ トリガー。</li>
	<li>イメージのキャプチャが完了液膜の過熱を避けるために光源の電源。</li>
	<li>コンピューターの画面に取得したスナップショットを視覚的に分析します。こぶ地域で煽りますフラット フィルム、毛管波のいずれかの影響が発生したかどうかを確認してください。</li>
	<li>影響を与えるプロセスを示す部分にビデオをトリミングし、ビデオ/画像形式でフレーム範囲を保存します。</li>
	<li>Viz.孤独なこぶ、毛管波、フラット フィルム膜表面のすべての地域に 3.5 3.8 とレコードの個別の影響を繰り返します。</li>
</ol>4. 画像の後処理と分析
<ol><li>ビューのフィールドに定規を置き、どのように多くのピクセルが収まる間で 1 cm. キャリブレーション イメージを使用してカウントすることにより空間分解能を計算、画像寸法測定のスケール ファクターを取得します。</li>
	<li>高速画像から別の影響領域に影響を与えるプロセスの結果を比較します。顕著な違いを確認します。</li>
	<li>影響プロセスの製品の特性を測定する適当な MATLAB 画像処理ルーチンを使用して: しぶきですなわち、クラウンの高さ、直径、壁の厚さを測定、傾斜角度、クラウン側方向、数とサイズ噴出の二次液滴の分布。</li>
	<li>低-ウェーバーの影響のため上記 4.3 として同様の定量分析を行います。衛星のピンチ ・ オフ時間のカウント時間フレームの画像から削除し、頂点の長さとセカンダリ滴のピンチを前に部分的な合体に形成された列の幅を測定します。噴出の二次液滴のサイズを測定します。繰り返しピンチオフ工程におけるカスケードの数をカウントします。</li>
	<li>各地域ですべての質的な相違を観察します。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Yarin, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drop+impact+dynamics:+Splashing,+spreading,+receding,+bouncing&#8230;.">Drop impact dynamics: Splashing, spreading, receding, bouncing&#8230;.</a> Annual Review of Fluid Mechanics. 38, 159-192 (2006).</li><li>Rein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phenomena+of+liquid+drop+impact+on+solid+and+liquid+surfaces.">Phenomena of liquid drop impact on solid and liquid surfaces.</a> Fluid Dynamics Research. 12 (2), 61-93 (1993).</li><li>Liang, G., Mudawar, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+mass+and+momentum+interactions+during+drop+impact+on+a+liquid+film.">Review of mass and momentum interactions during drop impact on a liquid film.</a> International Journal of Heat and Mass Transfer. 101, 577-599 (2016).</li><li>Dam, D. 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R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Birth+and+growth+of+a+granular+jet.">Birth and growth of a granular jet.</a> Physical Review E. 78, 011305 (2008).</li></ol>

著者申告するものがあります。

このセクションでは、プロトコルから質的な結果を確保するために必要ないくつかのヒントを提供します。まず、ガラス基板上に液膜流れは液体薄膜の特性を確保するため完全に汚れ自由保たれなければならないは、妥協のない保持されます。これは (おそらく適切な洗剤を使用して、システムに解散を避けるため、トレイの上から抹消) 定期的なクリーニングによって達成可能であります。同様に、正確な結果を保証するため、いくつかの実験的ラウンド後全体のテスト液の定期的な交換が必要があります。
第二に、流体分布の商工会議所は、止水液膜が均一を確認する気密保持もよくメッシュあります。これは、手動で各実験の前にフューズ ボックスの空気を吸い上げることで行うことができます。フィルム入口マイクロメータ手順の使用も対応するレイノルズ数における膜流のヌセルト見積もりによって予測された正確な膜厚にフィルム入口ギャップ高さを設定するのにはお勧め。これは油圧ジャンプまたは入口逆流を防ぐ。
電磁弁の操作も常にチェックして正しく確認する必要があります。これは、流れの適切な脈動強制波の生産を確保するため必要があるためにです。これは、電磁弁と接続パイプに沿って知覚脈動の定期的クリック音からチェックでした。シリンジ ポンプに液体の流量は、水滴が落ちる前に任意の予備加速を回避滴下方法で排出できるように慎重に設定する必要があります。
高速カメラの適切な校正は、非常に正確な結果を得るために保障されなければなりません。開口部の大きさも注意深く選ばれなければならないフィールド、露光時間、画像全体の明るさの深さのようなパラメーターを考慮しました。カメラは、ビデオ録画中にトリガー、ユーザーはトリガーの前に記録されるフレームの数を推定する必要も。これはドロップ影響の時間に応じて、個人個人と異なる場合があります、実際の測定の前に練習のためのいくつかの試用テストを推奨するそれ故に。同様に、正しく配置され、よく拡散イメージのシャドウを最小限に抑えるため、光源がある必要があります。
注意してください、したがって通常波構造の形成は基になる物理学の正確な研究に不可欠な研究の主要な焦点が、落下の衝撃力学波の貢献を覚えていることが重要です。基板傾斜角の減少14,19波構造の遅い転移を容易にすること勧め三次元構造へ迅速に移行する波の構造を観察する場所のシナリオで.
技術の 1 つの制限は、影響の各地域の実際の瞬時の膜厚を指定する測定装置の不在で観察されます。これは全体的な観察された現象の詳細を提供しているでしょう。
このレポートに示された手順は、要約すると、液滴解散21,などの高速ダイナミクスを持つ多くの研究分野に適用できる高速イメージング システムとは、単純な波の進化ダイナミクスを研究するも使用できます。22/coalescence23、粒状ジェット24、マイクロ スケールでの重要な現象の観察、等。

液滴衝突は自然でとても共通の現象を好奇心観察1から注目を集めています。スプレー冷却、火抑制、インク ジェット印刷、スプレー塗装、蒸着プリント基板上はんだバンプの内部燃焼エンジンの設計を含む、多数のアプリケーションのための活発な研究領域を構成します。表面洗浄、およびセル印刷2。そのアプリケーションは、農業、例えば灌漑と作物の3、4を噴霧散水にも拡張します。ワージントンの5主要な進歩だけ最近なされた高速イメージング6の出現により、仕事と、19 世紀に先駆的な仕事のさかのぼる。それ以来、いくつかの研究を行った。異なったタイプの固体7,まで8、浅い、9と深い液体プール10,11薄膜12,13衝撃表面を使用してください。
しかし、にもかかわらず、大量液体表面 (すなわち、浅いと深いプールと静止膜) 液滴衝突に関する研究の流れる液体薄膜への影響には注目の受信していません。さらに、これまで、研究は、液滴衝撃力学波の空間構造の貢献を無視しています。
本報告で提案する液体流量; の入口-強制することによって影響を受けているダイナミクスが流れる映画の液滴衝突過程を調査するための詳細な実験手順以下、それらを '制御' 映画と呼びます。我々 は見つける (例えば、冷却塔、蒸留塔でとも環状流領域における二相流の観測) の多業界で多数のアプリケーションがあるこれら膜制御の重要なステップとなっている、特にとして、熱・物質移動多くプロセス産業14激化。興味を持った読者は、これに私たちの研究努力の結果の詳細について、以前作業15呼ばれます。
吸気流量の振動のこのアプリケーションは、フィルム表面に定期的に波が形成に結果します。我々 は孤立波の家族は、本質的に広く区切られた狭いピークによって特徴付けられる、率いている毛管波16,17,18のシリーズが先行に焦点を当てます。孤立波の構造の 3 つの主な部分に関連付けられている影響の結果を研究: 'フラット フィルム'、'波こぶ、および不備の毛管波の領域。私達はまた自由な流れる映画に関連付けられたこれらの結果を対照的です。自由なフィルム上の波の出現の確率論的性質が著しくも我々 が新しいメカニズムを示す制御フィルムの別の領域に落下衝撃応答の結果に影響を与えることが分かった質的両方の詳細と定量的。
以前紙15、同じプロシージャを使用してを研究したしぶき政権における液滴衝撃力学フィルム制御の効果。得られた結果は、放出の二次液滴の数とサイズの分布だけでなく、(高さ、径、壁の厚さ、傾き角度と方向) クラウン形態の定量的および定性的な違いを示した。
このレポートで述べる液滴衝突ダイナミクスともはね政権のみならず液滴の他の結果の知見の現在の簡潔な詳細でこれらの空間の構造の重要な役割を理解するために設計されたセットアップ衝撃 (すなわちバウンス、スライディング、全合体)。以下の標準的なプロトコルに従うことによってフィルム液滴衝撃運動制御の効果は再現可能な方法で学ぶことができます。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Function generator</td>
			<td>GW INSTEK</td>
			<td>AFG 2005 Series, Digital. Geo0852266</td>
			<td>Produces a varied type of wave signals, ranging from sine, square to saw-tooth wave at different frequencies (0.1 Hz - 5 MHz).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>Braintree Scientific Inc.</td>
			<td>Bs-8000 /225540</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solenoid valve</td>
			<td>SMC-VXD</td>
			<td>2142A. 
			0AE-5001</td>
			<td>Series-pilot-operated-two-port</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Relay</td>
			<td>Takamisara</td>
			<td>A5W-K. 
			154424C-03L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electric pump</td>
			<td>Clarke SP</td>
			<td>SPE1200SS 1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow meter</td>
			<td>RS Component</td>
			<td>CYNERGY3 UF25B 14011600040110</td>
			<td>Measurement range: 0.2-25 L/min</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micrometer step</td>
			<td>RS Component</td>
			<td>Micrometer Head</td>
			<td>0.01 mm/0 -13 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-speed camera</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>I-SPEED 3.</td>
			<td>Capable of recording at up to 100, 000 frames per second.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light source</td>
			<td>TLC Electrical supplies</td>
			<td>IP54 -black</td>
			<td>Double enclosed halogen floodlight. Rating 500 W.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light diffusor</td>
			<td>OptiGraphix</td>
			<td>DFPMET</td>
			<td>250 &#956;m thickness</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass substrate</td>
			<td>Instrument Glasses Ltd</td>
			<td>Soda Lime Float Glass; 570 mm x 300 mm x 4 mm</td>
			<td>Flatness tolerance 0.02/0.04.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Macro-lenses</td>
			<td>(a) Nikon 
			(b) Sigma</td>
			<td>(a) AF-Micro-Nikkor 60 mm f/2.8 D 
			(b) 105 mm f/2.8 Macro-Ex</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Test-liquid</td>
			<td>De-ionized water from the Imperial College Analytical Lab.</td>
			<td>Standard solution 
			(AnalaR)</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

film control to study contributions of waves to droplet impact dynamics on thin flowing liquid films

液滴衝突は自然でとても共通の現象をその審美的な魅力と幅広い用途のため注目を集めています。これは最近ドロップ影響動態に大きな影響を持っている示されている間、流れる液膜に関する先行研究は影響結果に波の空間構造の貢献を無視しています。本報告では、我々 は定期的な入口をドロップ影響ダイナミクス正規時空波構造の生産につながる流れる液膜の強制の効果を調べるためのステップバイ ステップの手順を概説します。電磁弁に関連して関数発生器を使用して、制服サイズの液滴の衝突ダイナミクスは高速カメラを使用してキャプチャされます間膜表面のこれらの時空通常波の構造を刺激します。3 つの領域検討;すなわち大きな波のピーク、フラット フィルム地域および波こぶ地域の毛管波地域。レイノルズ、フィルムなど重要な無次元量の効果ドロップ ウェーバーと Ohnesorge 番号フィルム流量、速度、ドロップ、ドロップ サイズによってパラメーター化も検討します。面白い、これまで未知ダイナミクスによってもたらされる両方の低と高慣性降下を流れる映画のフィルム入口強制のこのアプリケーションが分かった。

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Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

液滴衝撃流れる液膜による波の貢献を研究するためのプロトコルが表示されます。

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルム コントロール

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

7.3K ビュー.  Imperial College London. 液滴衝撃流れる液膜による波の貢献を研究するためのプロトコルが表示されます。

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Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To compensate for lower light absorption such physically thin devices have to incorporate light-trapping which increases their optical thickness. Light scattering by textured surfaces is a common technique but it cannot be universally applied to all solar cell technologies. Some cells, for example those made of evaporated silicon, are planar as produced and they require an alternative light-trapping means suitable for planar devices. Metal nanoparticles formed on planar silicon cell surface and capable of light scattering due to surface plasmon resonance is an effective approach.
The paper presents a fabrication procedure of evaporated polycrystalline silicon solar cells with plasmonic light-trapping and demonstrates how the cell quantum efficiency improves due to presence of metal nanoparticles.
To fabricate the cells a film consisting of alternative boron and phosphorous doped silicon layers is deposited on glass substrate by electron beam evaporation. An Initially amorphous film is crystallised and electronic defects are mitigated by annealing and hydrogen passivation. Metal grid contacts are applied to the layers of opposite polarity to extract electricity generated by the cell. Typically, such a ~2 &mu;m thick cell has a short-circuit current density (Jsc) of 14-16 mA/cm2, which can be increased up to 17-18 mA/cm2 (~25% higher) after application of a simple diffuse back reflector made of a white paint.
To implement plasmonic light-trapping a silver nanoparticle array is formed on the metallised cell silicon surface. A precursor silver film is deposited on the cell by thermal evaporation and annealed at 23&deg;C to form silver nanoparticles. Nanoparticle size and coverage, which affect plasmonic light-scattering, can be tuned for enhanced cell performance by varying the precursor film thickness and its annealing conditions. An optimised nanoparticle array alone results in cell Jsc enhancement of about 28%, similar to the effect of the diffuse reflector. The photocurrent can be further increased by coating the nanoparticles by a low refractive index dielectric, like MgF2, and applying the diffused reflector. The complete plasmonic cell structure comprises the polycrystalline silicon film, a silver nanoparticle array, a layer of MgF2, and a diffuse reflector. The Jsc for such cell is 21-23 mA/cm2, up to 45% higher than Jsc of the original cell without light-trapping or ~25% higher than Jsc for the cell with the diffuse reflector only.
Introduction
Light-trapping in silicon solar cells is commonly achieved via light scattering at textured interfaces. Scattered light travels through a cell at oblique angles for a longer distance and when such angles exceed the critical angle at the cell interfaces the light is permanently trapped in the cell by total internal reflection (Animation 1: Light-trapping). Although this scheme works well for most solar cells, there are developing technologies where ultra-thin Si layers are produced planar (e.g. layer-transfer technologies and epitaxial c-Si layers) 1 and or when such layers are not compatible with textures substrates (e.g. evaporated silicon) 2. For such originally planar Si layer alternative light trapping approaches, such as diffuse white paint reflector 3, silicon plasma texturing 4 or high refractive index nanoparticle reflector 5 have been suggested.
Metal nanoparticles can effectively scatter incident light into a higher refractive index material, like silicon, due to the surface plasmon resonance effect 6. They also can be easily formed on the planar silicon cell surface thus offering a light-trapping approach alternative to texturing. For a nanoparticle located at the air-silicon interface the scattered light fraction coupled into silicon exceeds 95% and a large faction of that light is scattered at angles above critical providing nearly ideal light-trapping condition (Animation 2: Plasmons on NP). The resonance can be tuned to the wavelength region, which is most important for a particular cell material and design, by varying the nanoparticle average size, surface coverage and local dielectric environment 6,7. Theoretical design principles of plasmonic nanoparticle solar cells have been suggested 8. In practice, Ag nanoparticle array is an ideal light-trapping partner for poly-Si thin-film solar cells because most of these design principle are naturally met. The simplest way of forming nanoparticles by thermal annealing of a thin precursor Ag film results in a random array with a relatively wide size and shape distribution, which is particularly suitable for light-trapping because such an array has a wide resonance peak, covering the wavelength range of 700-900 nm, important for poly-Si solar cell performance. The nanoparticle array can only be located on the rear poly-Si cell surface thus avoiding destructive interference between incident and scattered light which occurs for front-located nanoparticles 9. Moreover, poly-Si thin-film cells do not requires a passivating layer and the flat base-shaped nanoparticles (that naturally result from thermal annealing of a metal film) can be directly placed on silicon further increases plasmonic scattering efficiency due to surface plasmon-polariton resonance 10.
The cell with the plasmonic nanoparticle array as described above can have a photocurrent about 28% higher than the original cell. However, the array still transmits a significant amount of light which escapes through the rear of the cell and does not contribute into the current. This loss can be mitigated by adding a rear reflector to allow catching transmitted light and re-directing it back to the cell. Providing sufficient distance between the reflector and the nanoparticles (a few hundred nanometers) the reflected light will then experience one more plasmonic scattering event while passing through the nanoparticle array on re-entering the cell and the reflector itself can be made diffuse - both effects further facilitating light scattering and hence light-trapping. Importantly, the Ag nanoparticles have to be encapsulated with an inert and low refractive index dielectric, like MgF2 or SiO2, from the rear reflector to avoid mechanical and chemical damage 7. Low refractive index for this cladding layer is required to maintain a high coupling fraction into silicon and larger scattering angles, which are ensured by the high optical contrast between the media on both sides of the nanoparticle, silicon and dielectric 6. The photocurrent of the plasmonic cell with the diffuse rear reflector can be up to 45% higher than the current of the original cell or up to 25% higher than the current of an equivalent cell with the diffuse reflector only.

Polycrystalline silicon thin-film solar cells on glass are fabricated by deposition of boron and phosphorous doped silicon layers followed by crystallisation, defect passivation and metallisation. Plasmonic light-trapping is introduced by forming Ag nanoparticles on the silicon cell surface capped with a diffused reflector resulting in ~45% photocurrent enhancement.

プラズモニック·強化されたライトトラップによる多結晶シリコン薄膜太陽電池

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

工学

Nanomoulding of Functional Materials, a Versatile Complementary Pattern Replication Method to Nanoimprinting

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding combined with layer transfer enables the replication of arbitrary surface patterns from a master structure onto the functional material. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes. In particular we demonstrate the fabrication of patterned transparent zinc oxide electrodes for light trapping applications in solar cells.

We describe a nanomoulding technique which allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks and full devices. Nanomoulding can be performed on any nanoimprinting setup and can be applied to a wide range of materials and deposition processes.

機能材料のNanomoulding、ナノインプリントへ多目的相補パターンレプリケーション方法

We describe a nanomoulding technique which  allows low-cost nanoscale patterning of functional materials, materials stacks  and full devices. Nanomoulding ...

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for detailed observation, scenarios that make it challenging to observe with conventional imaging systems. One of these is the drop impact of liquids, which usually happens within one tenth of millisecond. To tackle this challenge, a fast imaging technique is introduced that combines a high-speed camera (capable of up to one million frames per second) with a macro lens with long working distance to bring the spatial resolution of the image down to 10 &#181;m/pixel. The imaging technique enables precise measurement of relevant fluid dynamic quantities, such as the flow field, the spreading distance and the splashing speed, from analysis of the recorded video. To demonstrate the capabilities of this visualization system, the impact dynamics when droplets of non-Newtonian fluids impinge on a flat hard surface are characterized. Two situations are considered: for oxidized liquid metal droplets we focus on the spreading behavior, and for densely packed suspensions we determine the onset of splashing. More generally, the combination of high temporal and spatial imaging resolution introduced here offers advantages for studying fast dynamics across a wide range of microscale phenomena.

Drop impact of non-Newtonian fluids is a complex process since different physical parameters influence the dynamics over a very short time (less than one tenth of a millisecond). A fast imaging technique is introduced in order to characterize the impact behaviors of different non-Newtonian fluids.

非ニュートン流体の落下衝撃ダイナミクスを研究するための高速撮像法

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can potentially contribute to the exposure of biota and humans. The diffusive gradients in thin films technique is introduced here for in-situ measurements of Pu bioavailability and speciation. A diffusion cell constructed for laboratory experiments with Pu and the newly developed protocol make it possible to simulate the environmental behavior of Pu in model solutions of various chemical compositions. Adjustment of the oxidation states to Pu(IV) and Pu(V) described in this protocol is essential in order to investigate the complex redox chemistry of plutonium in the environment. The calibration of this technique and the results obtained in the laboratory experiments enable to develop a specific DGT device for in-situ Pu measurements in freshwaters. Accelerator-based mass-spectrometry measurements of Pu accumulated by DGTs in a karst spring allowed determining the bioavailability of Pu in a mineral freshwater environment. Application of this protocol for Pu measurements using DGT devices has a large potential to improve our understanding of the speciation and the biological transfer of Pu in aquatic ecosystems.

The technique of diffusive gradients in thin films (DGT) is proposed for speciation studies of plutonium. This protocol describes diffusion experiments probing the behavior of Pu(IV) and Pu(V) in presence of organic matter. DGTs deployed in a karstic spring allow assessment of the bioavailability of Pu.

薄膜における拡散を用いた環境プルトニウムのスペシエーションと生物学的利用能の測定

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Recombination Dynamics in Thin-film Photovoltaic Materials via Time-resolved Microwave Conductivity

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials such as organo-lead halide perovskites is presented. The perovskite film thickness and absorption coefficient are initially characterized by profilometry and UV-VIS absorption spectroscopy. Calibration of both laser power and cavity sensitivity is described in detail. A protocol for performing Flash-photolysis Time Resolved Microwave Conductivity (TRMC) experiments, a non-contact method of determining the conductivity of a material, is presented. A process for identifying the real and imaginary components of the complex conductivity by performing TRMC as a function of microwave frequency is given. Charge carrier dynamics are determined under different excitation regimes (including both power and wavelength). Techniques for distinguishing between direct and trap-mediated decay processes are presented and discussed. Results are modelled and interpreted with reference to a general kinetic model of photoinduced charge carriers in a semiconductor. The techniques described are applicable to a wide range of optoelectronic materials, including organic and inorganic photovoltaic materials, nanoparticles, and conducting/semiconducting thin films.

A Time Resolved Microwave Conductivity technique for investigating direct and trap-mediated recombination dynamics and determining carrier mobilities of thin film semiconductors is presented here.

時間分解マイクロ波伝導を介して、薄膜太陽電池材料での再結合ダイナミクス

A method for investigating recombination dynamics of photo-induced charge carriers in thin film semiconductors, specifically in photovoltaic materials ...

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction of degradation mechanisms and prevention of module field failure can consequently decrease investment risks as well as increase the electricity yield. An improved knowledge level can for these reasons significantly decrease the total costs of PV electricity. 
In order to better understand and minimize the degradation of PV modules, the occurring degradation mechanisms and conditions should be identified. This should preferably happen under combined stresses, since modules in the field are also simultaneously exposed to multiple stress factors. Therefore, two 'Combined Stress test with in situ measurement' setups have been designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, illumination, and electrical biases as independently controlled stress factors on solar cells and minimodules. The setups also allow real-time monitoring of the electrical properties of these samples. This protocol presents these setups and describes the experimental possibilities. Moreover, results obtained with these setups are also presented: various examples about the influence of both deposition and degradation conditions on the stability of thin film Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) as well as Cu2ZnSnSe4 (CZTS) solar cells are described. Results on the temperature dependency of CIGS solar cells are also presented.

In Situ Monitoring of the Accelerated Performance Degradation of Solar Cells and Modules: A Case Study for CuIn,GaSe2 Solar Cells

Two &#39;Combined Stress test with in situ measurement&#39; setups, which allow real-time monitoring of accelerated degradation of solar cells and modules, were designed and constructed. These setups allow the simultaneous use of humidity, temperature, electrical biases, and illumination as independently controlled stress factors. The setups and various experiments executed are presented.

その場で太陽電池とモジュールの加速劣化のモニタリング: Cu (In, Ga) Se2太陽電池に関するケーススタディ

The levelized cost of electricity (LCOE) of photovoltaic (PV) systems is determined by, among other factors, the PV module reliability. Better prediction ...

Fabrication of Ultra-thin Color Films with Highly Absorbing Media Using Oblique Angle Deposition

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present an advanced method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics. The proposed process addresses several fabrication issues, including large area processing. Specifically, the protocol describes a process for fabricating ultra-thin color films using an electron beam evaporator for oblique angle deposition of germanium (Ge) and gold (Au) on silicon (Si) substrates.&#160; Film porosity produced by the oblique angle deposition induces color changes in the ultra-thin film. The degree of color change depends on factors such as deposition angle and film thickness. Fabricated samples of the ultra-thin color films showed improved color tunability and color purity. In addition, the measured reflectance of the fabricated samples was converted into chromatic values and analyzed in terms of color. Our ultra-thin film fabricating method is expected to be used for various ultra-thin film applications such as flexible color electrodes, thin film solar cells, and optical filters. Also, the process developed here for analyzing the color of the fabricated samples is broadly useful for studying various color structures.

We present a detailed method for fabricating ultra-thin color films with improved characteristics for optical coatings. The oblique angle deposition technique using an electron beam evaporator allows improved color tunability and purity. Fabricated films of Ge and Au on Si substrates were analyzed by reflectance measurements and color information conversion.

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラー フィルムの作製

Ultra-thin film structures have been studied extensively for use as optical coatings, but performance and fabrication challenges remain.&#160; We present ...

Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (Cu variant) entropy-stabilized oxides. Phase pure and chemically homogeneous (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (x = 0.20, 0.27, 0.33) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (x = 0.11, 0.27) ceramic pellets are synthesized and used in the deposition of ultra-high quality, phase pure, single crystalline thin films of the target stoichiometry. A detailed methodology for the deposition of smooth, chemically homogeneous, entropy-stabilized oxide thin films by pulsed laser deposition on (001)-oriented MgO substrates is described. The phase and crystallinity of bulk and thin film materials are confirmed using X-ray diffraction. Composition and chemical homogeneity are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. The surface topography of thin films is measured with scanning probe microscopy. The synthesis of high quality, single crystalline, entropy-stabilized oxide thin films enables the study of interface, size, strain, and disorder effects on the properties in this new class of highly disordered oxide materials.

The synthesis of high quality bulk and thin film (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O entropy-stabilized oxides is presented.

バルクと組成バリエーション エントロピー安定化酸化物薄膜合成

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and ...

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 (STO) Single-crystal Substrates

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio frequency (RF) magnetron sputtering. LSMO nanoparticles were deposited with diameters from 10 to 20 nm and heights between 20 and 50 nm. At the same time, (Gd) Ba2Cu3O7&#8722;&#948; ((Gd) BCO) films were fabricated on both undecorated and LSMO nanoparticle decorated STO substrates using RF magnetron sputtering. This report also describes the properties of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 quasi-bilayer films structures (e.g., crystalline phase, morphology, chemical composition); magnetization, magneto-transport, and superconducting transport properties were also evaluated.

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7ÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â 'ÃƒÆ’Ã…Â½ Â´/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 STO Single-crystal Substrates

Here, we present a protocol to grow LSMO nanoparticles and (Gd) BCO films on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio frequency (RF)-sputtering.

高周波マグネトロンスパッタ リングによる GdBa2Cu3O7−δ/チタン酸ストロンチウム3 (STO) 単結晶基板上 La0.67Sr0.33MnO3準二層フィルム

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio ...

Determining Tribocorrosion Rate and Wear-Corrosion Synergy of Bulk and Thin Film Aluminum Alloys

The increasing complexity and severity of service conditions in areas, such as aerospace and marine industries, nuclear systems, microelectronics, batteries, and biomedical devices, etc., impose great challenges on the reliable performance of alloys exposed to extreme conditions where mechanical and electrochemical attack co-exist. Finding ways for alloys to mitigate the combined attack of wear and corrosion (i.e., tribocorrosion) under such extreme conditions is thus highly critical for improving their reliability and service lifetime when used in such conditions. The challenge lies in the fact that wear and corrosion are not independent of each other, but rather work synergistically to accelerate the total material loss. Thus, a reliable method to evaluate the tribocorrosion resistance of metals and alloys is needed. Here, a protocol for measuring the tribocorrosion rate and wear-corrosion synergy of Al-based bulk and thin film samples in a corrosive environment under room temperature is presented.

Here, we present a protocol to measure the tribocorrosion rate and wear-corrosion synergy of thin film and bulk Al alloys in simulated sea water at room temperature.

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルムコントロール

要約

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プラズモニック·強化されたライトトラップによる多結晶シリコン薄膜太陽電池

機能材料のNanomoulding、ナノインプリントへ多目的相補パターンレプリケーション方法

非ニュートン流体の落下衝撃ダイナミクスを研究するための高速撮像法

薄膜における拡散を用いた環境プルトニウムのスペシエーションと生物学的利用能の測定

時間分解マイクロ波伝導を介して、薄膜太陽電池材料での再結合ダイナミクス

その場で太陽電池とモジュールの加速劣化のモニタリング: Cu (In, Ga) Se₂太陽電池に関するケーススタディ

斜め蒸着を使用してメディアを高吸収極薄カラーフィルムの作製

バルクと組成バリエーションエントロピー安定化酸化物薄膜合成

高周波マグネトロンスパッタリングによる GdBa₂Cu₃O₇₋_δ/チタン酸ストロンチウム₃ (STO) 単結晶基板上 La_0.67Sr_0.33MnO₃準二層フィルム

Tribocorrosion レートおよびバルク・薄膜アルミニウム合金の摩耗腐食相乗効果を決定します。

液滴衝撃による薄膜を流れる液膜に波の貢献を研究するフィルム コントロール

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