Name: fabrication of high contrast gratings for the spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system
Uploaded: 2015-07-18T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System at JoVE.com

وأيد هذا البحث كجزء من مركز علم النانو للطاقة، وهو مركز أبحاث الطاقة الحدودي الذي تموله وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب العلوم تحت بجائزة عدد DE-SC0001013. نحن نريد أيضا أن أشكر الدكتور ماكس تشانغ والدكتور جيان هوا يانغ من مختبرات HP لمساعدتهم على تيو 2 الاخرق فيلم ومؤشرات قياس الانكسار.

1. إعداد Polydimethylsiloxane فارغ (PDMS) الركيزة لNanoimprint القالب <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عملية رقاقة السيليكون العلاج <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تنظيف 4 بوصة رقاقة السيليكون قبل الشطف مع الأسيتون والميثانول والأيزوبروبانول. </li><li styl...

<ol>
	<li>Horne, S., 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=A+Solid+500+Sun+Compound+Concentrator+PV+Design.">A Solid 500 Sun Compound Concentrator PV Design.</a> Photovoltaic Energy Conversion, Conference Record of the 2006 IEEE 4th World Conference on. , 694-697 (2006).</li><li>Guter, W., 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=Current-matched+triple-junction+solar+cell+reaching+41.1%+conversion+efficiency+under+concentrated+sunlight.">Current-matched triple-junction solar cell reaching 41.1% conversion efficiency under concentrated sunlight.</a> Applied Physics Letters. 94, 223504 (2009).</li><li>Shockley, W., Queisser, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detailed+Balance+Limit+of+Efficiency+of+p-n+Junction+Solar+Cells.">Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells.</a> Journal of Applied Physics. 32, 510-519 (1961).</li><li>Green, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+for+low+dimensional+structures+in+photovoltaics.">Potential for low dimensional structures in photovoltaics.</a> Materials Science and Engineering: B. 74, 118-124 (2000).</li><li>Karagodsky, V., Chang-Hasnain, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physics+of+near-wavelength+high+contrast+gratings.">Physics of near-wavelength high contrast gratings.</a> Opt. Express. 20, 10888-10895 (2012).</li><li>Chou, S. Y., Krauss, P. R., Renstrom, P. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoimprint+lithography.">Nanoimprint lithography.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures. 14, 4129-4133 (1996).</li><li>Namiki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+FDTD+algorithm+based+on+alternating-direction+implicit+method.+Microwave+Theory+and+Techniques.">A new FDTD algorithm based on alternating-direction implicit method. Microwave Theory and Techniques.</a> IEEE Transactions on. 47, 2003-2007 (1999).</li><li>Moharam, M. G., Gaylord, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rigorous+coupled-wave+analysis+of+planar-grating+diffraction.">Rigorous coupled-wave analysis of planar-grating diffraction.</a> J. Opt. Soc. Am. 71, 811-818 (1981).</li><li>Yao, Y., Liu, H., Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectrum+splitting+using+multi-layer+dielectric+meta-surfaces+for+efficient+solar+energy+harvesting.">Spectrum splitting using multi-layer dielectric meta-surfaces for efficient solar energy harvesting.</a> Appl. Phys. A. 115, 713-719 (2014).</li><li>Yao, Y., Liu, H., Wu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+high-contrast+gratings+for+a+parallel+spectrum+splitting+dispersive+element+in+a+concentrated+photovoltaic+system.">Fabrication of high-contrast gratings for a parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 32, 06FG04-06FG04-6 (2014).</li><li>Solak, H. H., 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=Sub-50+nm+period+patterns+with+EUV+interference+lithography.">Sub-50 nm period patterns with EUV interference lithography.</a> Microelectronic Engineering. 67, 56-62 (2003).</li><li>Li, Z., 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=Hybrid+nanoimprint&#8722;+soft+lithography+with+sub-15+nm+resolution.">Hybrid nanoimprint&#8722; soft lithography with sub-15 nm resolution.</a> Nano letters. 9, 2306-2310 (2009).</li><li>Yu, Z., Chen, L., Wu, W., Ge, H., Chou, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+nanoscale+gratings+with+reduced+line+edge+roughness+using+nanoimprint+lithography.">Fabrication of nanoscale gratings with reduced line edge roughness using nanoimprint lithography.</a> Journal of Vacuum Science &amp; Technology B. 21, 2089-2092 (2003).</li></ol>

أولا، نوعية الفيلم تيو 2 هو أمر بالغ الأهمية لأداء HCG. سوف ذروة الانعكاس تكون أعلى إذا كان الفيلم تيو 2 ديها أقل خسارة وخشونة السطح. الفيلم تيو 2 مع ارتفاع مؤشر الانكسار هو أيضا مواتية لأنه سيتم تعزيز وضع الحبس البصري على النقيض العالي في المؤشر، والتي ...

سيكون لدينا مجتمع حديث لا البقاء على قيد الحياة دون تحريك جزء كبير من استهلاك الطاقة إلى مصادر الطاقة المتجددة. لتحقيق ذلك، علينا أن نجد وسيلة لحصاد الطاقة المتجددة في أقل من المصادر النفطية للطاقة في المستقبل القريب حيث التكلفة. الطاقة الشمسية هي الطاقة المتجددة الأكثر وفرة على الأرض. على الرغم من أن هناك الكثير من أوجه التقدم قد أحرز في حصاد الطاقة الشمسية، فإنه لا يزال تحديا كبيرا للتنافس مع مصادر الطاقة المعتمدة على النفط. تحسين كفاءة الخلايا الشمسية هي واحدة من أكثر الطرق فعالية لخفض تكلفة نظام حصاد الطاقة الشمسية. وعادة ما تستخدم العدسات البصرية وعاكسات طبق في الضوئية الأكثر تركيزا أنظمة 1 (CPV) لتحقيق نسبة عالية من الإصابة الطاقة الشمسية على الخلايا الشمسية في منطقة صغيرة، لذلك هو مجد اقتصاديا لاستغلال مكلفة جنبا إلى جنب الخلايا الشمسية متعددة التقاطع 2 في نظم CPV، والحفاظ على معقولتكلف في نفس الوقت. ومع ذلك، بالنسبة لمعظم النظم الكهربائية الضوئية غير المركزة، والتي تتطلب عادة الدفعة منطقة كبيرة من الخلايا الشمسية، لا يمكن دمج الخلايا الشمسية جنبا إلى جنب ذات التكلفة العالية، على الرغم من أنها عادة ما يكون لها رد الطيف الشمسية على نطاق أوسع وأعلى كفاءة تحويل الكلية من تقاطع واحد الخلايا الشمسية 3. في الآونة الأخيرة، مع مساعدة من موازية البصريات الطيف تقسيم (أي التشتت عنصر)، جعلت الطيف تقسيم موازية التكنولوجيا الضوئية 4 من الممكن أن تغطية الطيف مماثلة أو أفضل وكفاءة التحويل لا يمكن أن يتحقق دون استخدام الخلايا الشمسية مكلفة جنبا إلى جنب. يمكن تقسيم الطيف الشمسي في نطاقات مختلفة، ويمكن أن تستوعب كل فرقة وتحويلها إلى كهرباء بواسطة الخلايا الشمسية أحادية تقاطع المتخصصة. في هذه الطريقة، ومكلفة جنبا إلى جنب الخلايا الشمسية في أنظمة CPV يمكن الاستعاضة عن توزيع مواز من واحد تقاطع الخلايا الشمسيةالصورة دون التأثير على الأداء. عنصر التشتت التي تم تصميمها في هذا التقرير يمكن تطبيقها في نظام CPV العاكسة (التي تقوم على عاكسات طبق) لتحقيق مواز تقسيم الطيف من أجل تحسين كفاءة تحويل الطاقة الشمسية الكهرباء وخفض التكاليف. يستخدم متعدد الطبقات حواجز شبكية عالية التباين (HCG) 5 كعنصر التشتت من خلال تصميم كل طبقة من HCG في العمل بوصفه عاكس الفرقة البصرية. يتم تحسين الهياكل والمعلمات للعنصر التشتت عدديا. وعلاوة على ذلك، تدرس تصنيع حواجز شبكية عالية التباين للعنصر التشتت باستخدام عازل (تيو 2) الاخرق، nanoimprint الطباعة الحجرية 6 و رد الفعل ايون النقش وأظهر.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>184 SILICONE ELASTOMER KIT</td>
			<td>SYLGARD</td>
			<td></td>
			<td>Polydimethylsiloxane (PDMS)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-inch silicon wafer</td>
			<td>Universitywafer</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-inch fused silica wafer</td>
			<td>Universitywafer</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(methyl methacrylate)</td>
			<td>SIGMA-ALDRICH</td>
			<td align="right">182265</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-curable resist</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Nor available on market</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PlasmaLab System 100</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td></td>
			<td>ICP IRE machine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV curing system for nanoimprint fabrication</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Not available on market</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ocean Optics HR-4000&#160;</td>
			<td>Ocean Optics</td>
			<td>HR-4000</td>
			<td>Spectrometer with normal detector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lambda 950 UV / VIS</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td></td>
			<td>spectrometer with hemisphere intergration detector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JSM-7001F-LV</td>
			<td>JEOL</td>
			<td></td>
			<td>Field emission SEM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC magnetron sputtering machine</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Equipment is in HP labs, who helped us to sputter the TiO2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal e-beam evaporator</td>
			<td>Temescal</td>
			<td>BJD-1800</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of high contrast gratings for the spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve the solar conversion efficiency of a concentrated photovoltaic system. The proposed system will also lower the solar cell cost in the concentrated photovoltaic system by replacing the expensive tandem solar cells with the cost-effective single junction solar cells. The structures and the parameters of high contrast gratings for the dispersive elements were numerically optimized. The large-area fabrication of high contrast gratings was experimentally demonstrated using nanoimprint lithography and dry etching. The quality of grating material and the performance of the fabricated device were both experimentally characterized. By analyzing the measurement results, the possible side effects from the fabrication processes are discussed and several methods that have the potential to improve the fabrication processes are proposed, which can help to increase the optical efficiency of the fabricated devices.

ويبين الشكل 1 تنفيذ عنصر التشتت (عالية متعدد الطبقات صريف النقيض من (HCG)) في نظام الضوئية المركزة. وينعكس ضوء الشمس لأول مرة من قبل المرآة الأولية واعتداء على عنصر التشتت العاكسة، حيث ينعكس شعاع وتقسيمها إلى نطاقات مختلفة من أطوال موجية مختلفة. سيكون لكل فرقة ?...

Watch this Scientific Journal Video about Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System at JoVE.com

Fabrication of High Contrast Gratings for the Spectrum Splitting Dispersive Element in a Concentrated Photovoltaic System

The fabrication of high contrast gratings as the parallel spectrum splitting dispersive element in a concentrated photovoltaic system is demonstrated. Fabrication processes including nanoimprint lithography, TiO2 sputtering and reactive ion etching are described. Reflectance measurement results are used to characterize the optical performance.

تصنيع حواجز شبكية عالية التباين لتقسيم الطيف المتشتتة عنصر في نظام الضوئية المركزة

High contrast gratings are designed and fabricated and its application is proposed in a parallel spectrum splitting dispersive element that can improve ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Electron Channeling Contrast Imaging for Rapid III-V Heteroepitaxial Characterization

الإلكترون توجيه التباين التصوير لرابيد III-V Heteroepitaxial توصيف

Misfit dislocations in heteroepitaxial layers of GaP grown on Si(001) substrates are characterized through use of electron channeling contrast imaging ...

Energy Dispersive X-ray Tomography for 3D Elemental Mapping of Individual Nanoparticles

التصوير المقطعي الطاقة المتشتتة الأشعة السينية ل3D عنصري رسم الخرائط من الجسيمات النانوية الفردية

Energy dispersive X-ray spectroscopy within the scanning transmission electron microscope (STEM) provides accurate elemental analysis with high spatial ...

Writing Bragg Gratings in Multicore Fibers

كتابة براج حواجز شبكية في ألياف متعددة النواة

Fiber Bragg gratings in multicore fibers can be used as compact and robust filters in astronomical and other research and commercial applications. Strong ...

Fabrication of Fully Solution Processed Inorganic Nanocrystal Photovoltaic Devices

تصنيع الحل بالكامل معالجتها غير العضوية النانوية الأجهزة الضوئية

We demonstrate a method for the preparation of fully solution processed inorganic solar cells from a spin and spray coating deposition of nanocrystal ...

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

إعادة التركيب حيوية في الأغشية الرقيقة المواد الضوئية عن طريق وحلها الوقت ميكروويف التوصيل

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

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions &#8212; A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

Challenges in Rheological Characterization of Highly Concentrated Suspensions ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚Â A Case Study for Screen-printing Silver Pastes

التحديات في الريولوجية توصيف المعلقات عالية التركيز - دراسة حالة ل-طباعة الشاشة الفضية المعاجين

A comprehensive rheological characterization of highly concentrated suspensions or pastes is mandatory for a targeted product development meeting the ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

تصنيع درجة الحرارة عالية من ذات البنية النانومترية اليتريا-استقرت-زركونيا (YSZ) السقالات من قبل<em&gt; في الموقع</em&gt; الكربون النموذجيه Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

طريقة لتسجيل النطاق العريض عالية الدقة الأطياف الانبعاثات من أقواس البرق المختبر

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...

Flow-assisted Dielectrophoresis: A Low Cost Method for the Fabrication of High Performance Solution-processable Nanowire Devices

ديليكتروفوريسيس ساعد تدفق: طريقة منخفضة تكلفة لتصنيع الأجهزة عالية الأداء الحل مفهرسة أسلاك متناهية الصغر

Flow-assisted dielectrophoresis (DEP) is an efficient self-assembly method for the controllable and reproducible positioning, alignment, and selection of ...