Уникальные оптические характеристики. Ученые разработли новый тип покрытий со свойствами метаповерхностей

Антиотражающие покрытия из нанодисков германия в слое оксида индий-олова создали научные сотрудники Аналитического и технологического исследовательского центра «Высокие технологии и наноструктурируемые материалы» Физического факультета Новосибирского государственного университета (АТИЦ ФФ НГУ). Новый тип покрытий обладает свойствами метаповерхностей с особыми оптическими свойствами, которые используются в фотоэлектронных преобразователях, например, в солнечных элементах и фотодетекторах.

Метаповерхности – это поверхностные слои материала, обладающие необычными свойствами, которые не встречаются в природе, а искусственно создаются в лабораторных условиях и обладают уникальными оптическими свойствами.

Изучать метаматериалы в мире начали более десяти лет назад, но получить качественные лабораторные образцы смогли только недавно благодаря современному оборудованию.

Обычно метаповерхности создаются в виде покрытий из наночастиц металла или диэлектрика. Нами в качестве диэлектрика использовался германий, который обладает большим показателем преломления, что является принципиально важным. Покрытия из наночастиц германия служат не только как антиотражающие, но, что более важно, изменяют направление проходящего света, направляя его значительную часть вдоль поверхности и под малыми углами к ней.  Нами изготовлены образцы с такими покрытиями и впервые количественно исследованы направления распространения рассеянного света.  

• Александр Шкляев, ведущий научный сотрудник Лаборатории функциональной диагностики низкоразмерных структур для наноэлектроники АТИЦ ФФ НГУ

Установлено, что при использовании разработанных покрытий около 10% падающего света распространяется вдоль поверхностных слоев подложки, а 30-40% — под малыми углами, в зависимости от спектрального диапазона. Это может значительно повысить эффективность тонкопленочных фотоэлектронных преобразователей.

В отличие от традиционных сплошных диэлектрических пленок, которые не изменяют направление света, новые покрытия увеличивают вероятность поглощения света, что приводит к созданию электронно-дырочных пар. Это делает их более эффективными для тонкопленочных фотоэлектронных преобразователей.

В фотодетекторах увеличение количества свободных носителей тока повышает чувствительность, а в солнечных элементах – накопление электрического заряда на электродах. Антиотражающие покрытия не полностью перекрывают поверхность, оставляя ее большую часть открытой, что делает их перспективными для использования в фотохимии. Повышение возбужденных поверхностных состояний при поглощении света может ускорять химические реакции, в том числе в катализе.