एक केंद्रित फोटोवोल्टिक प्रणाली में स्पेक्ट्रम बंटवारे फैलानेवाला तत्व के लिए उच्च कंट्रास्ट gratings के निर्माण
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
हमारे आधुनिक समाज अक्षय ऊर्जा स्रोतों के लिए ऊर्जा की खपत का एक महत्वपूर्ण भाग ले जाए बिना जीवित नहीं रह जाएगा। ऐसा करने के लिए, हम निकट भविष्य में पेट्रोलियम आधारित ऊर्जा स्रोतों की तुलना में कम कीमत पर अक्षय ऊर्जा फसल के लिए एक रास्ता खोजना होगा। सौर ऊर्जा पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में अक्षय ऊर्जा है। प्रगति का एक बहुत सौर ऊर्जा संचयन में किया गया है उस के बावजूद, यह पेट्रोलियम आधारित ऊर्जा स्रोतों के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए अभी भी बहुत चुनौतीपूर्ण है। सौर कोशिकाओं की दक्षता में सुधार सौर ऊर्जा संचयन की व्यवस्था की लागत को कम करने के लिए सबसे कारगर तरीकों में से एक है।
इसमें महंगा मिलकर बहु जंक्शन सौर कोशिकाओं 2 फायदा उठाने के लिए आर्थिक रूप से व्यवहार्य है ताकि ऑप्टिकल लेंस और पकवान रिफ्लेक्टर आम तौर पर छोटे-क्षेत्र सौर कोशिकाओं पर सौर ऊर्जा घटना के एक उच्च एकाग्रता को प्राप्त करने के लिए सबसे केंद्रित फोटोवोल्टिक (सीपीवी) सिस्टम 1 में उपयोग किया जाता है सीपीवी सिस्टम, और एक उचित बनाए रखने के लिएएक ही समय में खर्च हुए। वे आम तौर पर एक व्यापक सौर स्पेक्ट्रम प्रतिक्रिया और की तुलना में एक उच्च कुल रूपांतरण दक्षता हालांकि, हालांकि आमतौर पर सौर कोशिकाओं के एक बड़े क्षेत्र किस्त की आवश्यकता होती है जो सबसे गैर-केंद्रित फोटोवोल्टिक प्रणाली, के लिए, उच्च लागत मिलकर सौर कोशिकाओं, निगमित नहीं किया जा सकता एकल जंक्शन सौर कोशिकाओं 3।
हाल ही में, समानांतर स्पेक्ट्रम बंटवारे प्रकाशिकी की मदद (यानी फैलानेवाला तत्व) के साथ, समानांतर स्पेक्ट्रम बंटवारे फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी 4 बना दिया है यह संभव है एक समान या बेहतर स्पेक्ट्रम कवरेज और रूपांतरण दक्षता महंगा मिलकर सौर कोशिकाओं का उपयोग कर के बिना हासिल किया जा सकता है। सौर स्पेक्ट्रम अलग बैंड में विभाजित किया जा सकता है और प्रत्येक बैंड अवशोषित और विशेष एकल जंक्शन सौर कोशिकाओं द्वारा बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है। इस तरह, सीपीवी सिस्टम में महंगा मिलकर सौर कोशिकाओं एकल जंक्शन सौर सेल के एक समानांतर वितरण द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता हैप्रदर्शन पर कोई समझौता किए बिना है।
इस रिपोर्ट में डिजाइन किया गया था कि फैलानेवाला तत्व सुधार सौर-बिजली रूपांतरण दक्षता और कम लागत के लिए समानांतर स्पेक्ट्रम बंटवारे का एहसास करने के लिए (पकवान रिफ्लेक्टर के आधार पर किया जाता है) एक चिंतनशील सीपीवी प्रणाली में लागू किया जा सकता है। बहुपरत उच्च विपरीत gratings (एचसीजी) 5 एक ऑप्टिकल बैंड परावर्तक के रूप में काम करने के लिए एचसीजी के प्रत्येक परत डिजाइन द्वारा फैलानेवाला तत्व के रूप में प्रयोग किया जाता है। संरचनाओं और फैलानेवाला तत्व के मापदंडों संख्यानुसार अनुकूलित कर रहे हैं। इसके अलावा, ढांकता का उपयोग करके फैलानेवाला तत्व के लिए उच्च विपरीत gratings के निर्माण (2 Tio) sputtering, nanoimprint लिथोग्राफी 6 और प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी का अध्ययन किया और प्रदर्शन किया है।
Protocol
Representative Results
Discussion
सबसे पहले, 2 Tio फिल्म की गुणवत्ता एचसीजी प्रदर्शन के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। 2 Tio फिल्म कम नुकसान और सतह खुरदरापन है अगर reflectance के शिखर अधिक हो जाएगा। ऑप्टिकल मोड कारावास एचसीजी में एक चापलूसी करने क?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस शोध ऊर्जा नेनौसाइंस, पुरस्कार नंबर डे-SC0001013 के तहत ऊर्जा, विज्ञान के कार्यालय के अमेरिकी विभाग द्वारा वित्तपोषित एक ऊर्जा फ्रंटियर अनुसंधान केंद्र के लिए केंद्र के हिस्से के रूप में समर्थन किया था। हम भी 2 Tio फिल्म sputtering और अपवर्तक सूचकांक माप पर उनकी मदद के लिए डॉ मैक्स झांग और एचपी लैब्स के डॉ Jianhua यांग का शुक्रिया अदा करना चाहता हूँ।
Materials
| 184 SILICONE ELASTOMER KIT | SYLGARD | Polydimethylsiloxane (PDMS) | |
| 4-inch silicon wafer | Universitywafer | ||
| 4-inch fused silica wafer | Universitywafer | ||
| Poly(methyl methacrylate) | SIGMA-ALDRICH | 182265 | |
| UV-curable resist | Nor available on market | ||
| PlasmaLab System 100 | Oxford Instruments | ICP IRE machine | |
| UV curing system for nanoimprint fabrication | Not available on market | ||
| Ocean Optics HR-4000 | Ocean Optics | HR-4000 | Spectrometer with normal detector |
| Lambda 950 UV / VIS | PerkinElmer | spectrometer with hemisphere intergration detector | |
| JSM-7001F-LV | JEOL | Field emission SEM | |
| DC magnetron sputtering machine | Equipment is in HP labs, who helped us to sputter the TiO2 | ||
| Metal e-beam evaporator | Temescal | BJD-1800 |
References
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