Vékonyréteg napelemeknél használatos nanogömb fotolitográfia numerikus szimulációja
A napenergia szinte kimeríthetetlenül rendelkezésre álló zöld energia, így a napelemek fejlesztése, azok költségének csökkentése és hatásfokának növelése igen fontos kutatási terület. Periódikusan kialakított szilícium nanoszálakból, a jelenlegi szilícium vékonyréteg alapú napelemeknél nagyobb hatásfokú napelem elrendezésekkel lehet létrehozni [1]. Az így elkészített eszközök lehetőséget nyújthatnak nagy volumenű energia termelésre.
Az egyik, módszer, amellyel az említett periodikus szubmikronos struktúrát létre lehet hozni a nanogömb fotolitográfia (NanoSphere Photolithography, NSP). Ezzel az eljárással, olyan szabályos, például hatszögrácsba elrendezett, lyukakat lehet létrehozni pozitív fotorezistben, amelyeken keresztül nanoszálakat lehet növeszteni. Az NSP eljárás technológiai lépései a következők. A hordozóra pozitív fotoreziszt vékonyréteget alakítunk ki spin coat eljárással, majd erre egyforma szilika nanogömböket (átmérőjük ~450nm) helyezünk Langmuir-Blodgett (LB) technológiával. Az így elkészített mintát 405nm-es UV fénnyel megvilágítjuk. A gömbök a fényt maguk alá fókuszálják, így kioldás után létrejön a periodikus hatszög struktúra. Az NSP-nek az előnye hogy sokkal olcsóbb, mint a hagyományos fotolitográfia, ahol nagy költséggel, általában elektron sugaras litográfiával előállított maszkot kell használni. Ezzel a módszerrel nagyon nagy felületen egy lépésben lehet végezni az expozíciót.
A dolgozatban a NSP numerikus szimulációjára készített eljárásomat mutatom be. A szimulációt véges elem módszerrel (Finite Element Method, FEM), kereskedelmi programcsomag felhasználásával végzem. Az eljárás első lépésében az elektromágneses térelmélet alapján meghatározom a megvilágítás hatására a rezisztben kialakuló elektromágneses tér intenzitás eloszlását. A második lépésben becslést adok arra, hogy miként fog kinézni a kioldás után kialakuló mintázat. A leírt szimulációt elvégezve adott frekvenciájú megvilágítás esetén különböző gömbátmérőkre megállapítom a technológia által elérhető legkisebb rácsállandót.
szerző
-
Gombor Tamás
villamosmérnöki
nappali
konzulensek
-
Dr. Szabó Zsolt
Docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék -
Dr. Pávó József
egyetemi tanár, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
