一种表面等离激元制备装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种表面等离激元制备装置，特别是涉及一种能够控制激元颗粒尺寸与分布的制备装置。
【背景技术】
[0002]随着经济社会的发展，人类对于能源需求与日倶增。新型能源的开发和利用成为本世纪的重要课题。薄膜太阳能电池能够将光能转化为电能，以其成本低廉，制备环境友好等优点引起人们广泛的关注。薄膜太阳能电池的光吸收层只有I?2微米，对硅材料、碲化镉和In、T等稀有元素的利用很少，同时薄膜电池可以沉积在玻璃、塑料、不锈钢的衬底上，在柔性器件或建筑一体化中得到广泛的应用。
[0003]提高薄膜太阳能电池的光电转换效率主要通过提高光生载流子的产生率和收集率。然而对于薄膜电池而言，光吸收层较薄导致物理吸收层对太阳光谱的吸收很小，保持物理吸收层厚度的同时提高光子捕获能力成为一个重要方向。目前比较常用的方法是利用网纹结构的方法，但这种结构比实际的薄膜电池厚度大，而且网纹表面会由于表面积增大导致较大的表面充足损失，引起电池性能的退化。近年来，基于金属纳米结构的表面等离激元通过对光进行引导和限制，在降低薄膜电池光吸收层厚度的同时，增强电池对光子的吸收率，对电池效率的提升效果显著。F.J.Beck等在薄膜电池表面制备Ag表面等离激元，通过调节Ag纳米粒子阵列的分布可以增强光子复活，使硅基底对波长为 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等人在薄膜太阳能电池表面利用周期性等离激元代替部分顶部透明电极可以提高光栅条纹附近的光场，总的光子吸收率提高50%以上(M.Changjun, L.Jennifer, etc.Applied physics letters, 2008, 105(11):114310)0
[0004]表面等离激元是金属纳米结构中自由电子的共谐振荡，具有一系列新奇的光学性质，如对光的选择性吸收和散射、局部电场增强、电磁波的亚波长束缚等。但目前对于表面等离激元的制备与调控机理等领域研究尚不充分。
【实用新型内容】
[0005]针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种能够控制激元颗粒尺寸与分布的制备装置。
[0006]本实用新型的技术解决方案是:一种表面等离激元制备装置，包括真空腔室、电子枪、坩祸和基板，所述坩祸设置在真空腔室下部中央，所述电子枪设置在坩祸下方，所述真空腔室顶部设有基板支架，所述表面等离激元制备装置还包括基板转速控制装置和倾角调控装置，所述基板支架设有用于驱动基板转动的转轴，所述基板与转轴下端铰接，所述基板转速控制装置控制基板转速，所述倾角调控装置控制基板倾斜角度。
[0007]优选的，所述转轴下端连接有伸缩杆，所述基板与伸缩杆下端铰接。
[0008]优选的，所述伸缩杆伸缩范围为1cm?150cm。
[0009]优选的，所述电子枪与坩祸的数量至少为I。
[0010]优选的，所述基板转速控制范围是0.01r/s?5r/s。
[0011]优选的，所述基板倾斜角度调节范围是0°?180°。
[0012]本实用新型所的有益效果是采用该装置，在电子束轰击靶材在衬底表面沉积表面等离激元的过程中，利用基板转速控制装置、倾角调控装置结合退火温度以及基板与靶材的间距来控制表面等离激元的尺寸和分布，从而实现对表面等离激元制备工艺的调控，实现对器件光子收集率的提尚。该装置可以制备Ag，Au，Pt，Al，Mg等金属革El材的表面等尚激元，完成Icm2?Im2样品的制备。通过优选结构参数，可以实现对表面等离激元的平均直径控制在2nm?200nm，分布密度控制在500个/cm2?500000个/cm2。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
[0015]请参见图1，一种表面等离激元制备装置，包括真空腔室1、电子枪2、坩祸3和基板4，其中电子枪2和坩祸3都设置有I个，坩祸3设置在真空腔室I下部中央，电子枪2设置在坩祸3下方。在真空腔室I顶部固定有基板支架5，基板支架5设有用于驱动基板转动的转轴8，一般由电机作为动力输出。转轴8下端连接有伸缩杆9，用于放置产品的基板4则与伸缩杆9下端铰接，这样通过伸缩杆9的伸缩即可控制基板4与坩祸3间距离，伸缩杆9的伸缩范围为1cm?150cm。表面等离激元制备装置还包括基板转速控制装置6和倾角调控装置7，分别用于控制基板I的转速和倾角，其中基板转速控制范围是0.01r/s?5r/s，基板倾斜角度调节范围是0°?180°。
[0016]使用本装置时，包括以下步骤:通过伸缩杆9伸缩，将基板4置于装有Al靶材的坩祸3正上方20cm，设置基板转动速度为lr/s，电机驱动转轴8进而带动伸缩杆9和基板4转动，设置基板倾角为5°，然后对真空腔室I进行抽真空，真空度达到1.0X 10-3Pa以后，打开电子枪2发射电子束对革E材进行轰击，电子束电流为20mA，10分钟后将电子束电流降为0，在200°对样品进彳丁退火，I小时后将样品取出，完成表面等尚激兀的制备。
[0017]Ag靶材表面等离激元的制备包括以下步骤:将基板4置于装有Ag靶材的坩祸3正上方80cm，设置基板转动速度为3r/s，设置基板倾角为15°，然后对真空腔室I进行抽真空，真空度达到1.0X 10 2Pa以后，打开电子枪2发射电子束对靶材进行轰击，电子束电流为1mA, 15分钟后将电子束电流降为0，在350°对样品进行退火，2小时后将样品取出，完成表面等离激元的制备。
【主权项】
1.一种表面等离激元制备装置，包括真空腔室(1)、电子枪(2)、坩祸(3)和基板(4)，所述坩祸(3)设置在真空腔室(I)下部中央，所述电子枪(2)设置在坩祸(3)下方，所述真空腔室(I)顶部设有基板支架(5)，其特征在于，所述表面等离激元制备装置还包括基板转速控制装置(6)和倾角调控装置(7)，所述基板支架(5)设有用于驱动基板(4)转动的转轴(8)，所述基板(4)与转轴(8)下端铰接，所述基板转速控制装置(6)控制基板(4)转速，所述倾角调控装置(7)控制基板(4)倾斜角度。2.根据权利要求1所述的表面等离激元制备装置，其特征在于:所述转轴(8)下端连接有伸缩杆(9)，所述基板(4)与伸缩杆(9)下端铰接。3.根据权利要求2所述的表面等离激元制备装置，其特征在于:所述伸缩杆(9)伸缩范围为1cm?150cmo4.根据权利要求1所述的表面等离激元制备装置，其特征在于:所述电子枪⑵与坩祸(3)的数量至少为I。5.根据权利要求1所述的表面等离激元制备装置，其特征在于:所述基板转速控制范围是 0.0lr/s ?5r/s06.根据权利要求1所述的表面等离激元制备装置，其特征在于:所述基板倾斜角度调节范围是0°?180°。
【专利摘要】本实用新型公开了一种表面等离激元制备装置，包括真空腔室、电子枪、坩埚和基板，所述坩埚设置在真空腔室下部中央，所述电子枪设置在坩埚下方，所述真空腔室顶部设有基板支架，所述表面等离激元制备装置还包括基板转速控制装置和倾角调控装置，所述基板支架设有用于驱动基板转动的转轴，所述基板与转轴下端铰接，所述基板转速控制装置控制基板转速，所述倾角调控装置控制基板倾斜角度。该装置可以方便表面等离激元制备工艺的调控，实现对表面等离激元的平均直径控制在2nm～200nm，分布密度控制在500个/cm2～500000个/cm2。
【IPC分类】H01L31/0445, B82Y30/00, B82Y40/00, H01L31/18
【公开号】CN204834659
【申请号】CN201520597402
【发明人】况亚伟, 刘玉申, 薛春荣, 马玉龙, 杨希峰, 冯金福
【申请人】常熟理工学院
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月10日