У их метода, описанного в журнале Nature Communications и представленного для патентной защиты, есть потенциал для оптимизации кремниевого производства солнечной батареи и сокращения производственных затрат. Подход может найти дополнительное применение в сокращении яркого света из окон, обеспечение радарного камуфляжа для военной техники и увеличения яркости светодиодов.«Для антиотражающих заявлений идея состоит в том, чтобы препятствовать тому, чтобы свет или радиоволны подпрыгнули в интерфейсах между материалами», сказал физик Чарльз Блэк, который привел исследование в Центре Brookhaven Lab Функциональных Наноматериалов (CFN), Офисе САМКИ Научного Пользовательского Средства.Предотвращение размышлений требует управления резким изменением в «показателе преломления», собственность, которая затрагивает, как волны, такие как свет размножаются через материал.
Это происходит в интерфейсе, где два материала с совсем другими преломляющими индексами встречаются, например в интерфейсе между воздухом и кремнием. Добавление покрытия с промежуточным показателем преломления в интерфейсе ослабляет переход между материалами и уменьшает отражение, Черное объясненный.«Проблема с использованием таких покрытий для солнечных батарей», сказал он, «то, что мы предпочли бы полностью захватывать каждый цвет светового спектра в устройстве, и мы хотели бы захватить свет независимо от направления, из которого это прибывает. Но каждый цвет легких пар лучше всего с различным антиотражающим покрытием и каждым покрытием оптимизирован для света, прибывающего из конкретного направления.
Таким образом, Вы занимаетесь этими проблемами при помощи многократных антиотражающих слоев. Мы интересовались поиском лучшего пути».Для вдохновения ученые обратились к известному примеру антиотражающей поверхности по своей природе, глаз обыкновенной моли.
Поверхностям их сложных глаз сделали текстурированные образцы многих крошечных «постов», каждый меньший, чем длины волны света. Эта текстурированная поверхность улучшает ночное видение моли, и также предотвращает «оленя в фарах», отражающих жар, который мог бы позволить хищникам обнаруживать их.«Мы намереваемся воссоздавать глазные образцы моли в кремнии в еще меньших методах использования размеров нанотехнологий», сказал Атикур Рахман, постдокторант, работающий с Черным в CFN и первым автором исследования.Ученые, начатые покрытием, которое главная поверхность кремниевой солнечной батареи с материалом полимера назвала «блоксополимером», который может быть сделан самоорганизовать в заказанный поверхностный образец с размерами, измеряющими только десятки миллимикронов.
Самособранный образец служил шаблоном для формирования постов в солнечной батарее как те в глазу моли, используя плазму реактивного метода газов-a, обычно используемого в изготовлении полупроводниковых электронных схем.Получающаяся поверхностная наноструктура служила, чтобы постепенно изменить показатель преломления, чтобы решительно сократить отражение многих длин волны света одновременно, независимо от направления света, посягающего на солнечную батарею.«Добавление этих наноструктур повернуло обычно солнечную кремниевую абсолютно черную поверхность», сказал Рахман.
Солнечные батареи, текстурированные таким образом, выигрывают у покрытых единственным антирефлексивным фильмом приблизительно на 20 процентов и приносят свет в устройство, а также лучшие «много покрытия слоя», используемые в промышленности.«Мы работаем, чтобы понять, есть ли экономические преимущества для сборки кремниевых солнечных батарей, используя наш метод, по сравнению с другим, установленными процессами в промышленности», Черный сказал.
Скрытый слой объясняет лучшую, чем ожидалось работуОдин интригующий аспект исследования был то, что ученые достигли антирефлексивной работы, создав нанопосты, только вдвое менее высокие, чем необходимая высота, предсказанная математической моделью, описывающей эффект. Таким образом, они призвали экспертные знания коллег в CFN и других Брукхевенских ученых помогать разобраться в тайне.
«Это – сильное преимущество проведения исследований в CFN-и для нас и для академических и промышленных исследователей, приезжающих, чтобы использовать наши средства», Черный сказал. «У нас есть все эти эксперты вокруг того, которые могут помочь Вам решить свои проблемы».Используя комбинацию вычислительного моделирования, электронной микроскопии и поверхностной науки, команда вывела, что тонкий слой кремниевой окиси, подобной тому, что, как правило, формируется, когда кремний подвергнут воздействию воздуха, казалось, имел эффект больше обычного размера.
«На плоской поверхности этот слой столь тонкий, что его эффект минимален», объяснили Мэтт Эйсэмен из Стабильного Отдела Энергетических технологий Брукхевена и преподаватель в Каменном Университете Ручья. «Но на наношаблонной поверхности, с тонким окисным слоем, окружающим все стороны наноструктуры, окись может иметь больший эффект, потому что это составляет значительную часть нанотекстурированного материала».Сказанный Черный, «Этот ‘скрытый’ слой был ключом к дополнительному повышению работы».Ученые теперь интересуются развитием их основанного на самосборке метода копирования наноструктуры для других материалов, включая стекло и пластмассу, для матовых окон и покрытий для солнечных батарей.
Это исследование было поддержано Офисом САМКИ Науки.