Le nanostrutture, ispirato dalla superficie dell'occhio di una falena, limitare la quantità di luce riflessa alle interfacce del film sottile. Credito:Chih-hao Chang, North Carolina State University
Ispirato alla struttura degli occhi di falena, i ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato nanostrutture che limitano la riflessione alle interfacce dove si incontrano due film sottili, sopprimendo il fenomeno di "interferenza del film sottile" comunemente osservato in natura. Ciò può potenzialmente migliorare l'efficienza delle celle solari a film sottile e di altri dispositivi optoelettronici.
L'interferenza del film sottile si verifica quando un film sottile di una sostanza si trova sopra una seconda sostanza. Per esempio, l'interferenza del film sottile è ciò che provoca la lucentezza arcobaleno che vediamo quando c'è benzina in una pozza d'acqua.
La benzina è trasparente, ma parte della luce viene ancora riflessa dalla sua superficie. Allo stesso modo, parte della luce che passa attraverso la benzina viene riflessa dalla superficie sottostante dell'acqua dove le due sostanze si interfacciano, o incontrare. Perché la luce riflessa dall'acqua deve tornare indietro attraverso la benzina, prende un percorso ottico leggermente diverso rispetto alla luce che è stata riflessa dalla superficie della benzina. La mancata corrispondenza di queste "lunghezze" del percorso ottico è ciò che crea la lucentezza dell'arcobaleno e quel fenomeno è l'interferenza del film sottile.
L'interferenza del film sottile è un problema per i dispositivi che utilizzano più strati di film sottili, come le celle solari a film sottile, perché significa che alcune lunghezze d'onda della luce vengono riflesse - o "perse" - in ogni interfaccia del film. Più pellicole sottili ha un dispositivo, più interfacce ci sono, e più luce si perde.
"Ci siamo ispirati alla struttura superficiale dell'occhio di una falena, che si è evoluto in modo da non riflettere la luce, "dice il dottor Chih-Hao Chang, un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso NC State e coautore di un documento sulla ricerca. "Imitando quel concetto, abbiamo sviluppato una nanostruttura che riduce al minimo l'interferenza del film sottile."
Questa immagine mostra come le nanostrutture ispirate alle falene bloccano l'interferenza del film sottile bloccando la luce riflessa. Le immagini all'estrema destra mostrano una diapositiva senza pellicola sottile. Le immagini al centro mostrano la diapositiva rivestita con film sottili. Nota come l'interferenza del film sottile si traduce in una varietà di colori. Le immagini a sinistra sono del vetrino rivestito con film sottili contenenti le nanostrutture. Notare l'assenza di colore, e luce riflessa significativamente inferiore. Credito:Chih-Hao Chang, North Carolina State University
Le nanostrutture sono costruite in film sottili che avranno un secondo film sottile posizionato sopra di loro. Le nanostrutture sono un'estensione del film sottile sottostante, e assomigliano a una fitta foresta di coni sottili. Queste nanostrutture sono "interfacciali, " penetrando in qualsiasi film sottile sia stratificato sopra di essi - e limitando la quantità di luce riflessa su quell'interfaccia. Il team di Chang ha scoperto che un'interfaccia con le nanostrutture interfacciali riflette 100 volte meno luce di un'interfaccia di film sottili senza le nanostrutture.
"I nostri prossimi passi sono progettare un dispositivo solare che sfrutti questo concetto e determinare come possiamo ampliarlo per applicazioni commerciali, " dice Chang.
