Антиотражающие покрытия со свойствами метаповерхностей разработали ученые НГУ
Антиотражающие покрытия со свойствами метаповерхностей разработали ученые НГУ
Метаповерхности – это поверхностные слои материала, обладающие необычными свойствами, которые не встречаются в природе, а искусственно создаются в лабораторных условиях и обладают особыми оптическими свойствами. Такое покрытие повысит эффективность тонкопленочных солнечных элементов и фотодетекторов.
Разработку создали научные сотрудники Аналитического и технологического исследовательского центра «Высокие технологии и наноструктурируемые материалы» Физического факультета НГУ (АТИЦ ФФ НГУ). Антиотражающие покрытия из нанодисков германия в слое оксида индий-олова обладают особыми оптическими свойствами.
– Обычно метаповерхности создаются в виде покрытий из наночастиц металла или диэлектрика. Нами в качестве диэлектрика использовался германий, который обладает большим показателем преломления, что является принципиально важным, – рассказал ведущий научный сотрудник лаборатории функциональной диагностики низкоразмерных структур для наноэлектроники АТИЦ ФФ НГУ Александр Шкляев. – Покрытия из наночастиц германия служат не только как антиотражающие, но, что более важно, изменяют направление проходящего света, направляя его значительную часть вдоль поверхности и под малыми углами к ней. Нами изготовлены образцы с такими покрытиями и впервые количественно исследованы направления распространения рассеянного света.
Исследователи установили, что при использовании изготавливаемых покрытий вдоль поверхностных слоев подложки распространяется около 10% падающего света, а под малыми углами к поверхности ~ 30-40% в зависимости от спектрального диапазона. Покрытия с такими свойствами могут значительно повысить эффективность тонкопленочных фотоэлектронных преобразователей. В случае с традиционными покрытиями в виде сплошных диэлектрических плёнок проходящий через них свет почти не изменяет направление распространения, а значительная часть света может легко пройти через тонкие плёнки, не испытывая поглощения. Если же свет изменит направление и станет двигаться вдоль слоев, вероятность его поглощения возрастает. Поглощение света приводит к созданию электронно-дырочных пар.
Покрытия в виде массивов диэлектрических частиц субволнового размера будут эффективнее для тонкопленочных фотоэлектронных преобразователей по сравнению с покрытиями в виде сплошных диэлектрических пленок. В фотодетекторах возможность увеличения числа свободных носителей тока при одинаковой дозе облучения увеличивает их чувствительность, тогда как в солнечных элементах это приводит к большему накоплению электрического заряда на электродах. Антиотражающие покрытия из компактных диэлектрических частиц не закрывают поверхность полностью, оставляя её большую часть открытой. Это перспективно и для использования в фотохимии. Возможность увеличения возбужденных поверхностных состояний при поглощении света повышает скорости химических реакций в фотохимических процессах, в частности в катализе.
– Теперь нам предстоит показать на конкретных примерах солнечных элементов и фотодетекторов, что применение создаваемых нами антиотражающих покрытий действительно приводит к улучшению характеристик данных устройств. Также было бы важным исследовать протекание фотохимических реакций с применением таких покрытий и установить, повысится ли при этом их эффективность, – отметил Александр Шкляев.
Фото предоставлено пресс-службой НГУ
Другие новости на тему
Комментарии