Наноцилиндры из кремния оказались идеальным антиотражающим покрытием

21 февраля 2012 года

Голландские физики использовали наноцилиндры из кремния для создания покрытия, которое препятствует отражению лучей видимого света на всем его спектре и значительной части инфракрасного излучения, и опубликовали рецепт по его изготовлению в статье в журнале Nature Communications.

Практически все прозрачные или полупрозрачные материалы частично отражают свет, который пролетает через границу между внешней средой и самим материалом. Этот побочный эффект сильно мешает работе многих оптических приборов и препятствует наиболее эффективному поглощению света в солнечных батареях. Для борьбы с этим феноменом инженеры и ученые применяют специальные антибликовые покрытия из диэлектриков или других веществ с специально подобранным коэффициентом преломления.

Группа физиков под руководством Альберта Полмана (Albert Polman) из исследовательского института AMOLF в Амстердаме (Нидерланды) разработала особое покрытие - "черный кремний", препятствующее отражению практически всех волн в видимом и инфракрасном диапазоне частот.

Оно представляет собой "лес" из множества кремниевых наноцилиндров, которые наносятся на поверхность прозрачного материала в виде сетки со строго заданным расстоянием между узлами. При освещении покрытия частокол из наночастиц кремния взаимодействует с поступающим светом, поглощает его и передает в ту среду, к которой прикреплены цилиндры.

Иными словами, "черный кремний" выступает в качестве "посредника" между внешней средой и самим материалом, ликвидируя те световые "издержки", которые обычно возникают при преломлении света. Это позволяет ему с примерно одинаковой эффективностью поглощать волны видимого излучения и весомую часть инфракрасного спектра.

Для проверки своего изобретения Полман и его коллеги изготовили несколько кремниевых пластин - "заготовок" для солнечных батарей - и покрыли их одним из лучших современных противоотражательных покрытий и "черным кремнием". По словам ученых, их изобретение позволяет сократить долю отраженных лучей до 1,3%, тогда как классическое покрытие позволяет достичь лишь 10% отраженного излучения.

Кроме того, "черный кремний" сохраняет свои антиотражающие свойства и при высоком угле падения света. Как отмечают исследователи, он превосходит классическое покрытие уже при угле падения в 14 градусов и не теряет эффективности вплоть до 60 градусов.

Ученые полагают, что универсальность их изобретения и относительная простота изготовления позволят применять его для покрытия солнечных батарей, матриц фото- и видеокамер, а также других светочувствительных элементов в ближайшем будущем.