anna hiszpanski의 Lawrence livermore 국립 연구소 팀 단장은 표면을 계층 적 마이크로 및 나노 미터 길이 구조로 엔지니어링함으로써 태양 전지, 안경 및 카메라와 같은 광학 장치의 반사 방지 코팅에 대한 대안에 대한 지침을 고안했습니다. 크레딧 : lawrence livermore national laboratory

태양 전지의 경우 표면이 태양 광선을 반사하지 않을수록 더 많은 에너지가 생성 될 수 있습니다. 반사율 문제에 대한 일반적인 해결 방법은 반사 방지 코팅이지만 응용 분야에 따라 최적의 해결책이 아닐 수도 있습니다.

Lawrence livermore 국립 연구소 (llnl) 연구원은 태양 전지, 안경 및 카메라와 같은 광학 장치의 반사 방지 코팅 대신 실리콘 광학의 반사율을 공학적으로 1 %까지 줄일 수 있다는 지침을 제시했습니다 그들의 표면은 계층적인 마이크로 및 나노 미터 길이 구조의 층으로되어있다.

화학 공학 안나 hiszpanski와 uc 산타 크루즈 대학원생 인 diaz leon이 이끄는 한 연구자 팀은 저널 첨단 광학 재료에 의해 발표 된 최근 논문의 매개 변수를 설명했다. 이 기술은 나방의 눈에서 발견되는 계층 적 구조를 모방하여 어둠 속에서 더 많은 빛을 흡수하고 더 잘 탐색 할 수 있도록 자연에 뿌리를두고 있습니다.

실험을 수행하고 논문의 공동 저자이기도 한 hiszpanski는 \"이것은 다른 반사 방지 접근법입니다. \"이러한 계층 적 반사 방지 구조에 대한 설계 규칙은이 크기 척도에 명시 적으로 배치되지 않았습니다. 나는 그들이 다른 사람들이 그들의 어플리케이션에 필요한 반사 방지 성질을 가진 최적의 구조물을 더 신속하게 설계하고 제작할 수있게 해줄 것으로 기대한다. \"

컴퓨터 시뮬레이션을 수행 한 diaz leon에 따르면, 표면에서의 반사는 광학 분야의 주요 도전 과제가 될 수 있습니다. 일반적으로 단층 반사 방지 코팅은 상쇄 간섭을 사용하여 좁은 대역의 파장 및 시야각에 대한 반사를 없애기 위해 사용됩니다. 그러나 여러 파장과 시야각에 대한 감소 된 반사율이 요구 될 때, 다른 접근법이 필요하다고 그는 말했다.

이 연구에서 연구진은 실리콘의 평균 반구형 또는 전체 반사율이 38 %에 이르는 것으로 나타 났지만 태양 전지에서 일반적으로 사용되는 것과 같이 마이크로 스케일 피라미드 구조 만 실리콘으로 설계된다면 반사율은 약 11 %로 떨어집니다. 그러나 더 큰 구조 위에 마이크로 및 나노 크기의 배열을 쌓아서 입사각에 관계없이 총 반사율을 1 %에서 2 % 정도로 줄일 수 있습니다.

태양 전지가 모든 각도에서 더 많은 빛을 모으기 위해 짜임새를 낼 수 있다면 하늘에서 태양의 위치를 ​​추적 할 필요가 없으며 잠재적으로 에너지를 전환하는 데 더 효율적일 수 있다고 hiszpanski는 말했다. 안경에 사용되는 경우 계층 적 구조는 현재의 반사 방지 유리 코팅에 녹색 또는 자주색 효과를 내지 않고 반사율과 섬광을 제거 할 수 있습니다. 카메라는 낮은 조명에서 사진을 찍을 수 있습니다. 이 기술은 또한 망원경과 회절 광학으로 변환 될 수 있습니다.

diaz leon은 나방의 눈 구조의 행동을 시뮬레이션하기 위해 웨이브 옵틱 패키지를 사용하여 계층 적 방식으로 결합했습니다. 연구진은 구조의 반복성 (재발)이 반사 방지 특성을 변형 시킴을 알았 기 때문에 유사한 크기의 구조물을 시뮬레이션했지만이 효과를 더 잘 이해하기 위해 비 주기성을 도입했습니다.

\"이러한 시뮬레이션을 통해 우리는 반사 방지 특성의 특정 필요성을 위해 다양한 나방의 눈 구조를 계층 적으로 결합하는 일련의 설계 규칙을 제안 할 수있었습니다.\"라고 diaz Leon은 말했습니다. \"우리는 크기가 다른 나방 - 눈 구조를 결합하여 작동하는 것으로 예상되는 파장 영역에서의 반사를 줄일 수있을뿐 아니라 (주어진 미리 정의 된 규칙에 따라) 특정 파장에서의 반사를 더욱 줄일 수 있다는 것을 발견했습니다 범위.\"

구체적으로, 태양 스펙트럼을 표적으로 사용함으로써 다이아 자 레온은 정기적 인 마이크로 스케일 피라미드 구조가 폴리싱 된 표면에서 발견되는 거울과 같은 반사율을 크게 감소시키는 반면 작은 나노 미터 크기의 구조는 확산 반사율을 감소 시킨다는 사실을 알게되었다 이는 주 정반사 반사각과 다른 각도에서 오는 반사로 구성됩니다. 다양한 크기의 두 개의 서로 다른 구조를 결합함으로써 연구자는 반사 및 확산 반사를 선택적으로 최소화 할 수있었습니다. 또한,주기적인 구조와 비주기적인 구조의 전반적인 반사율은 유사하지만 비 주기성은 정반사 반사율을 감소시키고 확산 반사율을 증가시켜 최종 적용에 따라 특정 (정반사 또는 확산) 반사율을 최소화하려는 경우 유용합니다.

hiszpanski는 모든 마스크리스 (mask-less) 및 습식 식각 (chemical etching) 기술을 사용하여 샘플을 제조하여 공정을 넓은 영역으로 쉽게 확장 할 수있게했습니다. 제조 방법은 실리콘에 고유 한 것이지만 연구자들은이를 플라스틱과 유리로 옮기려고합니다. 그들은 태양 전지를 만들기 위해 uc berkeley와 협력하고 효율을 향상 시키며 유리에서 잠재적 인 용도로 유연한 기판으로이 방법을 번역 할 계획이다.

출처 : phys

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