Meer licht ontvangen met behulp van nanogestructureerde oppervlakken
Onderzoekers van het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF), werkzaam op de High Tech Campus in Eindhoven, en Philips Research hebben een methode gevonden om de lichtreflectie van het grensvlak tussen een halfgeleider met een hoge brekingsindex en lucht drastisch te verminderen.
Met deze nieuwe methode gaat er veel meer licht door naar de halfgeleider, wat de basis legt voor bijvoorbeeld veel gevoeliger lichtdetectoren of efficiëntere zonnecellen en LEDs. De onderzoekers hebben zich laten inspireren door de ogen van nachtvlinders. Die ogen zijn bedekt met taps toelopende nanostaafjes, waardoor de vlinders beter zien in het donker. De resultaten van hun onderzoek zijn op 16 januari gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Advanced Materials.
In homogene media plant licht zich voort als een rechte straal. Het pad van de lichtbundel verandert als het een grensvlak tussen twee verschillende media tegenkomt.Als dit gebeurt, wordt een fractie van de lichtintensiteit weerkaatst en de rest wordt afgebroken, en gaat door in het tweede medium. Voor grote invalshoeken en aan het grensvlak tussen lucht en vaste stoffen zoals halfgeleiders, wordt bijna 100% van het licht gereflecteerd. In de natuur zijn grensvlakken te vinden waarbij de reflectie juist wordt gereduceerd. De ogen van nachtvlinders bijvoorbeeld zijn bedekt met taps toelopende nanostaafjes die bedoeld zijn om hun zicht in het donker te verbeteren door zoveel mogelijk licht naar het oog te sturen. Geïnspireerd door deze biostructuren hebben onderzoekers van het FOM-Instituut AMOLF en Philips Research een methode gevonden waarmee de reflectie van het grensvlak tussen een halfgeleider met een hoge brekingsindex en lucht drastisch wordt gereduceerd. Deze methode bestaat uit het laten groeien van lagen van nanostaafjes van verschillende lengten of van dezelfde lengte, maar dan met een piramidevorm. Op deze manier krijg je een geleidelijke overgang van lucht naar halfgeleider waardoor het licht op een efficiënte manier naar het substraat wordt gezonden en de reflectie wordt geminimaliseerd. Deze lagen vertonen een verlaagde reflectie voor een groot bereik van kleuren en invalshoeken. Het reduceren van lichtreflectie bij grensvlakken is van groot belang voor verschillende praktische toepassingen. Een lage reflectie kan niet alleen de gevoeligheid van lichtdetectoren verbeteren, het kan ook de efficiëntie verhogen van zonnecellen en LED's. De resultaten van dit onderzoek worden in januari in het prestigieuze tijdschrift Advanced Materials gepubliceerd.
Het onderzoek is gedaan in het kader van het Industrial Partnership Programme 'Micro-photonic light sources' dat FOM en Philips samen uitvoeren op de High Tech Campus in Eindhoven.
Meer informatie bij Silke Diedenhofen en/of Jaime Gómez Rivas, FOM Institute for Atomic and Molecular Physics AMOLF, c/o Philips Research Laboratories Eindhoven, High Tech Campus 4, 5656 AE Eindhoven, Tel. (040) 274 21 57 of (040) 274 23 49
Referentie:
Broadband and Omnidirectional Antireflection Coating based on Semiconductor Nanorods Silke L. Diedenhofen, Gabriele Vecchi, Rienk E. Algra, Alex Hartsuiker, Otto L. Muskens, George Immink, Erik P.A.M. Bakkers, Willem L. Vos, Jaime Gómez Rivas Advanced Materials