Luce ed elettricità ballano un tango complicato in dispositivi come LED, celle solari e sensori. Un nuovo rivestimento antiriflesso sviluppato dagli ingegneri dell'Università dell'Illinois a Urbana Champaign, in collaborazione con ricercatori dell'Università del Massachusetts a Lowell, lascia passare la luce senza ostacolare il flusso di elettricità, un passo che potrebbe aumentare l'efficienza in tali dispositivi.

Il rivestimento è una speciale incisione, film sottile nanostrutturato che lascia passare più luce rispetto a una superficie piana, ma fornisce anche l'accesso elettrico al materiale sottostante - una combinazione cruciale per l'optoelettronica, dispositivi che convertono l'elettricità in luce o viceversa. I ricercatori, guidato dal professore di ingegneria elettrica e informatica della University of I. Daniel Wasserman, hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista Materiale avanzato .

"La capacità di migliorare l'accesso sia elettrico che ottico a un materiale è un passo importante verso dispositivi optoelettronici più efficienti, "disse Wassermann, un membro del Micro and Nano Technology Laboratory dell'Illinois.

All'interfaccia tra due materiali, come un semiconduttore e l'aria, un po' di luce si riflette sempre, disse Wassermann. Ciò limita l'efficienza dei dispositivi optoelettronici. Se la luce viene emessa in un semiconduttore, una parte di questa luce non sfuggirà mai al materiale semiconduttore. In alternativa, per un sensore o una cella solare, una frazione di luce non arriverà mai al rivelatore per essere raccolta e trasformata in un segnale elettrico. I ricercatori utilizzano un modello chiamato equazioni di Fresnel per descrivere la riflessione e la trasmissione all'interfaccia tra due materiali.

"È noto da tempo che strutturare la superficie di un materiale può aumentare la trasmissione della luce, ", ha affermato il coautore dello studio Viktor Podolskiy, professore all'Università del Massachusetts a Lowell. "Tra tali strutture, uno dei più interessanti è simile a strutture presenti in natura, ed è indicato come un modello "falena":minuscoli nanopilastri che possono "battere" le equazioni di Fresnel a determinate lunghezze d'onda e angoli."

Sebbene tali superfici modellate aiutino la trasmissione della luce, ostacolano la trasmissione elettrica, creando una barriera al materiale elettrico sottostante.

"Nella maggior parte dei casi, l'aggiunta di un materiale conduttore alla superficie provoca assorbimento e riflessione, entrambi i quali degraderanno le prestazioni del dispositivo, " disse Wasserman.

Il team dell'Illinois e del Massachusetts ha utilizzato un metodo brevettato di incisione chimica assistita da metallo, MacEtch, sviluppato in Illinois da Xiuling Li, U. of I. professore di ingegneria elettrica e informatica e coautore del nuovo articolo. I ricercatori hanno utilizzato MacEtch per incidere una pellicola metallica modellata in un semiconduttore per creare una serie di minuscoli nanopilastri che si innalzano sopra la pellicola metallica. La combinazione di questi nanopillar "falena-occhio" e la pellicola metallica ha creato un materiale parzialmente rivestito che ha superato il semiconduttore non trattato.

"I nanopilastri migliorano la trasmissione ottica mentre il film metallico offre il contatto elettrico. Sorprendentemente, possiamo migliorare la nostra trasmissione ottica e l'accesso elettrico contemporaneamente, " disse Runyu Liu, un ricercatore laureato presso l'Illinois e co-autore principale del lavoro insieme al ricercatore laureato in Illinois Xiang Zhao e al ricercatore laureato nel Massachusetts Christopher Roberts.

I ricercatori hanno dimostrato che la loro tecnica, che si traduce in metallo che copre circa la metà della superficie, può trasmettere circa il 90% della luce verso o dalla superficie. Per confronto, il nudo, una superficie non modellata senza metallo può trasmettere solo il 70 percento della luce e non ha contatto elettrico.

I ricercatori hanno anche dimostrato la loro capacità di mettere a punto le proprietà ottiche del materiale regolando le dimensioni del film metallico e la profondità con cui si incide nel semiconduttore.

"Stiamo cercando di integrare questi film nanostrutturati con dispositivi optoelettronici per dimostrare che possiamo migliorare contemporaneamente sia le proprietà ottiche che quelle elettroniche dei dispositivi che operano a lunghezze d'onda dal visibile fino al lontano infrarosso, " disse Wasserman.