Une équipe nationale de laboratoire de Lawrence Livingermore dirigée par Anna Hiszpanski a conçu des lignes directrices pour une alternative aux revêtements antireflets sur les dispositifs optiques tels que les cellules solaires, les lunettes et les caméras, en construisant leurs surfaces avec des couches de structures hiérarchiques micro et nanométriques. crédit: laboratoire national lawrence livermore

en ce qui concerne les cellules solaires, moins il y en a de plus: moins leurs surfaces reflètent les rayons du soleil, plus l'énergie peut être générée. une solution typique au problème de la réflectivité est un revêtement antireflet, mais ce n'est pas toujours la meilleure solution, selon l'application.

Les chercheurs du laboratoire national lawrence livermore (llnl) ont trouvé des recommandations pour une alternative aux revêtements antireflets sur les dispositifs optiques tels que les cellules solaires, les lunettes et les caméras, estimant que la réflectivité de l'optique en silicium peut être réduite à 1% leurs surfaces avec des couches de structures de longueur micro et nanométrique hiérarchiques.

une équipe de chercheurs de llnl, dirigée par l'ingénieur chimiste anna hiszpanski et uc santa cruz étudiant diplômé juan diaz leon, a décrit les paramètres dans un article récent publié par la revue advanced optical materials. La technologie a ses racines dans la nature, imitant les structures hiérarchiques trouvées dans l'œil d'un papillon de nuit, leur permettant d'absorber plus de lumière et de mieux naviguer dans l'obscurité.

\"C'est une approche antireflet différente\", a déclaré Hiszpanski, qui a réalisé les expériences et était l'auteur principal sur le papier. \"Les règles de conception de ces structures antireflets hiérarchiques n'ont pas été explicitement énoncées dans ces échelles de taille. J'espère qu'ils permettront à d'autres de concevoir et de fabriquer plus rapidement des structures optimales avec les propriétés antireflets nécessaires à leurs applications. \"

Selon Diaz Leon, qui a réalisé les simulations sur ordinateur, les reflets provenant des surfaces peuvent être un défi majeur en optique. généralement, des revêtements antireflet monocouche sont utilisés pour le contrer, en utilisant une interférence destructive pour éliminer les réflexions pour seulement une bande étroite de longueurs d'onde et d'angles de vision. cependant, quand la réflectivité réduite à travers de multiples longueurs d'onde et angles de vision est désirée, différentes approches sont nécessaires, il a dit.

Dans l'étude, le groupe a trouvé que la réflectance hémisphérique ou totale moyenne du silicium peut atteindre 38%, mais si seulement les structures pyramidales à micro-échelle sont fabriquées en silicium, comme dans les cellules solaires, la réflectance chute à environ 11%. cependant, en empilant des réseaux de taille micro et nanométrique au-dessus des structures plus grandes, la réflectivité totale peut être réduite à aussi peu que 1% à 2% quel que soit l'angle de la lumière entrante.

Si les cellules solaires pouvaient être texturées pour collecter plus de lumière sous tous les angles, dit Hiszpanski, elles n'auraient pas à être suivies avec la position du soleil dans le ciel et pourraient potentiellement être plus efficaces pour convertir l'énergie. Lorsqu'elles sont utilisées dans des lunettes, les structures hiérarchiques peuvent éliminer la réflectivité et l'éblouissement sans produire l'effet de couleur verte ou violette que possèdent les revêtements de verre antireflet actuels. les caméras seraient en mesure de prendre des photos en basse lumière. la technologie pourrait également être traduite en télescopes et optique de diffraction.

Diaz Leon a utilisé un progiciel d'onde optique pour simuler le comportement des structures oculaires, en les combinant de manière hiérarchique. Les chercheurs ont réalisé que la périodicité des structures (récurrence) modifiait leurs propriétés anti-reflet, donc ils simulaient des structures de taille similaire mais introduisaient une apériodicité pour mieux comprendre cet effet.

«Grâce à ces simulations, nous avons été en mesure de proposer un ensemble de règles de conception permettant de combiner différentes structures d'yeux de mites de manière hiérarchique pour un besoin spécifique de propriétés anti-reflets», explique Diaz Leon. \"Nous avons trouvé qu'en combinant des structures de moth-eye de différentes tailles, vous pouvez non seulement réduire les réflexions dans la région de longueur d'onde qu'ils sont censés utiliser (en suivant la règle empirique connue), mais aussi réduire les réflexions à une longueur d'onde donnée gamme.\"

En utilisant le spectre solaire comme cible, les chercheurs ont découvert que les structures pyramidales à micro-échelle réduisent considérablement la réflectance spéculaire - la réflectivité miroir des surfaces polies - tandis que les structures à petite échelle nanométrique réduisent la réflectance diffuse , qui consiste en des réflexions provenant d'angles différents de l'angle de réflectance spéculaire principal. en combinant deux structures différentes avec des tailles variées, les chercheurs pourraient réduire sélectivement les réflectances spéculaires et diffuses. ils ont également appris que, bien que la réflectance globale pour les structures périodiques et apériodiques soit similaire, l'apériodicité réduit la réflectance spéculaire et augmente la réflectance diffuse, utile pour minimiser une réflectance spécifique (spéculaire ou diffuse) en fonction de l'application finale.

hiszpanski a fabriqué les échantillons à llnl en utilisant toutes les techniques de gravure chimique et sans masque, ce qui rend le procédé facilement extensible à de grandes surfaces. les méthodes de fabrication sont uniques au silicium, mais les chercheurs cherchent à les transférer dans les plastiques et le verre. ils prévoient de collaborer avec uc berkeley pour fabriquer des cellules solaires et essayer d'améliorer leur efficacité, ainsi que de traduire les méthodes en substrats flexibles pouvant être utilisés dans des verres.

source: phys

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