一種表面等離激元制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種表面等離激元制備裝置，特別是涉及一種能夠控制激元顆粒尺寸與分布的制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人類對于能源需求與日倶增。新型能源的開發(fā)和利用成為本世紀(jì)的重要課題。薄膜太陽能電池能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能，以其成本低廉，制備環(huán)境友好等優(yōu)點引起人們廣泛的關(guān)注。薄膜太陽能電池的光吸收層只有I?2微米，對硅材料、碲化鎘和In、T等稀有元素的利用很少，同時薄膜電池可以沉積在玻璃、塑料、不銹鋼的襯底上，在柔性器件或建筑一體化中得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]提高薄膜太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率主要通過提高光生載流子的產(chǎn)生率和收集率。然而對于薄膜電池而言，光吸收層較薄導(dǎo)致物理吸收層對太陽光譜的吸收很小，保持物理吸收層厚度的同時提高光子捕獲能力成為一個重要方向。目前比較常用的方法是利用網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)的方法，但這種結(jié)構(gòu)比實際的薄膜電池厚度大，而且網(wǎng)紋表面會由于表面積增大導(dǎo)致較大的表面充足損失，引起電池性能的退化。近年來，基于金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元通過對光進(jìn)行引導(dǎo)和限制，在降低薄膜電池光吸收層厚度的同時，增強(qiáng)電池對光子的吸收率，對電池效率的提升效果顯著。F.J.Beck等在薄膜電池表面制備Ag表面等離激元，通過調(diào)節(jié)Ag納米粒子陣列的分布可以增強(qiáng)光子復(fù)活，使硅基底對波長為 IlOOnm 的光子吸收率提高 4 倍(FJ.Beck, MA.green.Solar Energy Materials&Solarcells, 2010, 94(9): 1481-1486)。M.Changjun等人在薄膜太陽能電池表面利用周期性等離激元代替部分頂部透明電極可以提高光柵條紋附近的光場，總的光子吸收率提高50%以上(M.Changjun, L.Jennifer, etc.Applied physics letters, 2008, 105(11):114310)0
[0004]表面等離激元是金屬納米結(jié)構(gòu)中自由電子的共諧振蕩，具有一系列新奇的光學(xué)性質(zhì)，如對光的選擇性吸收和散射、局部電場增強(qiáng)、電磁波的亞波長束縛等。但目前對于表面等離激元的制備與調(diào)控機(jī)理等領(lǐng)域研究尚不充分。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型的目的是提供一種能夠控制激元顆粒尺寸與分布的制備裝置。
[0006]本實用新型的技術(shù)解決方案是:一種表面等離激元制備裝置，包括真空腔室、電子槍、坩禍和基板，所述坩禍設(shè)置在真空腔室下部中央，所述電子槍設(shè)置在坩禍下方，所述真空腔室頂部設(shè)有基板支架，所述表面等離激元制備裝置還包括基板轉(zhuǎn)速控制裝置和傾角調(diào)控裝置，所述基板支架設(shè)有用于驅(qū)動基板轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，所述基板與轉(zhuǎn)軸下端鉸接，所述基板轉(zhuǎn)速控制裝置控制基板轉(zhuǎn)速，所述傾角調(diào)控裝置控制基板傾斜角度。
[0007]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)軸下端連接有伸縮桿，所述基板與伸縮桿下端鉸接。
[0008]優(yōu)選的，所述伸縮桿伸縮范圍為1cm?150cm。
[0009]優(yōu)選的，所述電子槍與坩禍的數(shù)量至少為I。
[0010]優(yōu)選的，所述基板轉(zhuǎn)速控制范圍是0.01r/s?5r/s。
[0011]優(yōu)選的，所述基板傾斜角度調(diào)節(jié)范圍是0°?180°。
[0012]本實用新型所的有益效果是采用該裝置，在電子束轟擊靶材在襯底表面沉積表面等離激元的過程中，利用基板轉(zhuǎn)速控制裝置、傾角調(diào)控裝置結(jié)合退火溫度以及基板與靶材的間距來控制表面等離激元的尺寸和分布，從而實現(xiàn)對表面等離激元制備工藝的調(diào)控，實現(xiàn)對器件光子收集率的提尚。該裝置可以制備Ag，Au，Pt，Al，Mg等金屬革El材的表面等尚激元，完成Icm2?Im2樣品的制備。通過優(yōu)選結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以實現(xiàn)對表面等離激元的平均直徑控制在2nm?200nm，分布密度控制在500個/cm2?500000個/cm2。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明，但不作為對本實用新型的限定。
[0015]請參見圖1，一種表面等離激元制備裝置，包括真空腔室1、電子槍2、坩禍3和基板4，其中電子槍2和坩禍3都設(shè)置有I個，坩禍3設(shè)置在真空腔室I下部中央，電子槍2設(shè)置在坩禍3下方。在真空腔室I頂部固定有基板支架5，基板支架5設(shè)有用于驅(qū)動基板轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸8，一般由電機(jī)作為動力輸出。轉(zhuǎn)軸8下端連接有伸縮桿9，用于放置產(chǎn)品的基板4則與伸縮桿9下端鉸接，這樣通過伸縮桿9的伸縮即可控制基板4與坩禍3間距離，伸縮桿9的伸縮范圍為1cm?150cm。表面等離激元制備裝置還包括基板轉(zhuǎn)速控制裝置6和傾角調(diào)控裝置7，分別用于控制基板I的轉(zhuǎn)速和傾角，其中基板轉(zhuǎn)速控制范圍是0.01r/s?5r/s，基板傾斜角度調(diào)節(jié)范圍是0°?180°。
[0016]使用本裝置時，包括以下步驟:通過伸縮桿9伸縮，將基板4置于裝有Al靶材的坩禍3正上方20cm，設(shè)置基板轉(zhuǎn)動速度為lr/s，電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)軸8進(jìn)而帶動伸縮桿9和基板4轉(zhuǎn)動，設(shè)置基板傾角為5°，然后對真空腔室I進(jìn)行抽真空，真空度達(dá)到1.0X 10-3Pa以后，打開電子槍2發(fā)射電子束對革E材進(jìn)行轟擊，電子束電流為20mA，10分鐘后將電子束電流降為0，在200°對樣品進(jìn)彳丁退火，I小時后將樣品取出，完成表面等尚激兀的制備。
[0017]Ag靶材表面等離激元的制備包括以下步驟:將基板4置于裝有Ag靶材的坩禍3正上方80cm，設(shè)置基板轉(zhuǎn)動速度為3r/s，設(shè)置基板傾角為15°，然后對真空腔室I進(jìn)行抽真空，真空度達(dá)到1.0X 10 2Pa以后，打開電子槍2發(fā)射電子束對靶材進(jìn)行轟擊，電子束電流為1mA, 15分鐘后將電子束電流降為0，在350°對樣品進(jìn)行退火，2小時后將樣品取出，完成表面等離激元的制備。
【主權(quán)項】
1.一種表面等離激元制備裝置，包括真空腔室(1)、電子槍(2)、坩禍(3)和基板(4)，所述坩禍(3)設(shè)置在真空腔室(I)下部中央，所述電子槍(2)設(shè)置在坩禍(3)下方，所述真空腔室(I)頂部設(shè)有基板支架(5)，其特征在于，所述表面等離激元制備裝置還包括基板轉(zhuǎn)速控制裝置(6)和傾角調(diào)控裝置(7)，所述基板支架(5)設(shè)有用于驅(qū)動基板(4)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸(8)，所述基板(4)與轉(zhuǎn)軸(8)下端鉸接，所述基板轉(zhuǎn)速控制裝置(6)控制基板(4)轉(zhuǎn)速，所述傾角調(diào)控裝置(7)控制基板(4)傾斜角度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離激元制備裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)軸(8)下端連接有伸縮桿(9)，所述基板(4)與伸縮桿(9)下端鉸接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的表面等離激元制備裝置，其特征在于:所述伸縮桿(9)伸縮范圍為1cm?150cmo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離激元制備裝置，其特征在于:所述電子槍⑵與坩禍(3)的數(shù)量至少為I。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離激元制備裝置，其特征在于:所述基板轉(zhuǎn)速控制范圍是 0.0lr/s ?5r/s06.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面等離激元制備裝置，其特征在于:所述基板傾斜角度調(diào)節(jié)范圍是0°?180°。
【專利摘要】本實用新型公開了一種表面等離激元制備裝置，包括真空腔室、電子槍、坩堝和基板，所述坩堝設(shè)置在真空腔室下部中央，所述電子槍設(shè)置在坩堝下方，所述真空腔室頂部設(shè)有基板支架，所述表面等離激元制備裝置還包括基板轉(zhuǎn)速控制裝置和傾角調(diào)控裝置，所述基板支架設(shè)有用于驅(qū)動基板轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，所述基板與轉(zhuǎn)軸下端鉸接，所述基板轉(zhuǎn)速控制裝置控制基板轉(zhuǎn)速，所述傾角調(diào)控裝置控制基板傾斜角度。該裝置可以方便表面等離激元制備工藝的調(diào)控，實現(xiàn)對表面等離激元的平均直徑控制在2nm～200nm，分布密度控制在500個/cm2～500000個/cm2。
【IPC分類】H01L31/0445, B82Y30/00, B82Y40/00, H01L31/18
【公開號】CN204834659
【申請?zhí)枴緾N201520597402
【發(fā)明人】況亞偉, 劉玉申, 薛春榮, 馬玉龍, 楊希峰, 馮金福
【申請人】常熟理工學(xué)院
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年8月10日