un team nazionale di laboratorio di Lawrence livermore guidato da anna hiszpanski ha ideato linee guida per un'alternativa ai rivestimenti antiriflesso su dispositivi ottici come celle solari, occhiali e macchine fotografiche, ingegnerizzando le loro superfici con strati di strutture gerarchiche di lunghezza micro e nanometrica. credito: Lawrence livermore national laboratory

quando si tratta di celle solari, meno è meglio, meno le loro superfici riflettono i raggi solari, più energia può essere generata. una tipica soluzione al problema della riflettività è un rivestimento antiriflesso, ma potrebbe non essere sempre la soluzione migliore, a seconda dell'applicazione.

I ricercatori di Lawrence livermore national laboratory (llnl) hanno elaborato linee guida per un'alternativa ai rivestimenti antiriflesso su dispositivi ottici come celle solari, occhiali e macchine fotografiche, trovando che la riflettività dell'ottica del silicio può essere ridotta a un minimo dell'1% grazie all'ingegneria le loro superfici con strati di strutture gerarchiche di lunghezza micro e nanometrica.

un team di ricercatori di llnl, guidato dall'ingegnere chimico anna hiszpanski e dallo studente laureato uc santa cruz, juan diaz leon, ha descritto i parametri in un recente articolo pubblicato dalla rivista advanced optical materials. la tecnologia ha le sue radici nella natura, imitando le strutture gerarchiche trovate nell'occhio di una falena, permettendo loro di assorbire più luce e navigare meglio nell'oscurità.

\"È un approccio antiriflesso diverso\", ha detto hiszpanski, che ha eseguito gli esperimenti ed è stato il coproduttore sul giornale. \"Le regole di progettazione per queste strutture gerarchiche anti-riflettenti non sono state esplicitamente esposte in queste scale di dimensioni. Sono fiducioso che consentiranno agli altri di progettare e realizzare più rapidamente strutture ottimali con le proprietà antiriflesso necessarie alle loro applicazioni. \"

le riflessioni dalle superfici possono essere una sfida importante nell'ottica, secondo Diaz Leon, che ha eseguito le simulazioni al computer. in genere, i rivestimenti antiriflessione a strato singolo vengono utilizzati per contrastarlo, utilizzando l'interferenza distruttiva per eliminare i riflessi solo per una banda stretta di lunghezze d'onda e angoli di visualizzazione. tuttavia, quando si desidera una riflettività ridotta su più lunghezze d'onda e angoli di visione, sono necessari approcci diversi, ha affermato.

nello studio, il gruppo ha rilevato che la riflettanza emisferica o totale media del silicio può raggiungere il 38%, ma se solo le strutture piramidali su scala micro sono ingegnerizzate nel silicio, come è comune nelle celle solari, la riflettanza scende a circa l'11%. tuttavia, sovrapponendo array di dimensioni micro e nano alle strutture più grandi, la riflettività totale può essere ridotta a un valore compreso tra l'1% e il 2% indipendentemente dall'angolo della luce in ingresso.

se le celle solari potessero essere strutturate per raccogliere più luce a tutti gli angoli, ha detto hiszpanski, non avrebbero dovuto essere monitorati con la posizione del sole nel cielo e potrebbero potenzialmente essere più efficienti nel convertire l'energia. se utilizzate negli occhiali, le strutture gerarchiche potrebbero eliminare la riflettività e l'abbagliamento senza produrre l'effetto di colore verde o viola che hanno gli attuali rivestimenti in vetro antiriflesso. le fotocamere sarebbero in grado di scattare foto in condizioni di scarsa illuminazione. la tecnologia potrebbe anche essere tradotta in telescopi e ottica di diffrazione.

diaz leon ha utilizzato un pacchetto di ottiche ondulate per simulare il comportamento delle strutture dell'occhio falena, combinandole in modo gerarchico. i ricercatori hanno realizzato che la periodicità delle strutture (ricorrenza) modificava le loro proprietà antiriflesso, così hanno simulato strutture con dimensioni simili ma hanno introdotto aperiodicità per comprendere meglio questo effetto.

\"Con queste simulazioni, siamo stati in grado di elaborare una serie di regole di progettazione per combinare strutture di falene diverse in modo gerarchico per una specifica esigenza nelle proprietà anti-riflesso\", ha detto diaz leon. \"Abbiamo scoperto che combinando strutture di falene e di dimensioni diverse, non solo puoi ridurre i riflessi nella regione di lunghezza d'onda che dovrebbero operare (seguendo la regola del pollice precedentemente nota), ma puoi anche ridurre ulteriormente i riflessi ad una determinata lunghezza d'onda gamma.\"

in particolare, disse Diaz Leon, usando lo spettro solare come bersaglio, i ricercatori hanno appreso che le regolari strutture piramidali su piccola scala riducono in gran parte la riflettanza speculare - la riflettanza a specchio che si trova nelle superfici levigate - mentre le piccole strutture a scala nanometrica riducono la riflettanza diffusa , che consiste in riflessioni provenienti da angoli diversi rispetto all'angolo di riflettanza principale. combinando due diverse strutture con varie dimensioni, i ricercatori potrebbero ridurre selettivamente le riflettanze speculari e diffuse. inoltre, hanno appreso che mentre la riflettanza complessiva per le strutture periodiche ed aperiodiche era simile, l'aperiodicità riduce la riflettanza speculare e aumenta la riflettanza diffusa, utile quando si cerca di minimizzare una riflettanza specifica (speculare o diffusa) a seconda dell'applicazione finale.

hiszpanski fabbricò i campioni a llnl usando tutte le tecniche di incisione senza acqua e chimiche (chimiche), rendendo il processo facilmente scalabile in ampie aree. i metodi di fabbricazione sono unici per il silicio, ma i ricercatori stanno cercando di trasferirli alla plastica e al vetro. progettano di collaborare con uc berkeley per fabbricare celle solari e provare a migliorare l'efficienza, nonché a tradurre i metodi su substrati flessibili con potenziale uso nei vetri.

fonte: Phys

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