Møl-inspirerede nanostrukturer tager farven ud af tynde film

Inspireret af strukturen af ​​møløjne, forskere ved North Carolina State University har udviklet nanostrukturer, der begrænser refleksion ved grænsefladerne, hvor to tynde film mødes, undertrykke fænomenet "tyndfilminterferens", der almindeligvis observeres i naturen. Dette kan potentielt forbedre effektiviteten af ​​tyndfilmssolceller og andre optoelektroniske enheder.

Tyndfilmsinterferens opstår, når en tynd film af et stof ligger oven på et andet stof. For eksempel, Tyndfilmsinterferens er det, der forårsager den regnbueglans, vi ser, når der er benzin i en vandpøl.

Benzin er gennemsigtig, men noget lys reflekteres stadig fra overfladen. Tilsvarende noget af det lys, der passerer gennem benzinen, reflekteres fra den underliggende overflade af vandet, hvor de to stoffer grænser op, eller mødes. Fordi lyset, der reflekteres fra vandet, skal passere tilbage gennem benzinen, den tager en lidt anden optisk vej end lyset, der blev reflekteret fra benzinens overflade. Uoverensstemmelsen mellem disse optiske bane-"længder" er det, der skaber regnbuens glans - og det fænomen er tyndfilmsinterferens.

Tyndfilmsinterferens er et problem for enheder, der bruger flere lag tyndfilm, som tyndfilmssolceller, fordi det betyder, at nogle lysbølgelængder reflekteres - eller "tabes" - ved hver filmgrænseflade. Jo flere tynde film en enhed har, jo flere grænseflader der er, og jo mere lys går tabt.

"Vi blev inspireret af overfladestrukturen af ​​et møløje, som har udviklet sig, så det ikke reflekterer lys, " siger Dr. Chih-Hao Chang, en assisterende professor i mekanik og rumfartsteknik ved NC State og medforfatter til et papir om forskningen. "Ved at efterligne det koncept, vi har udviklet en nanostruktur, der markant minimerer tyndfilmsinterferens."

Nanostrukturerne er indbygget i tynde film, der vil have en anden tynd film placeret oven på dem. Nanostrukturer er en forlængelse af den tynde film under dem, og ligner en tætpakket skov af tynde kogler. Disse nanostrukturer er "grænseflader, " trænge ind i den tynde film, der er lagt oven på dem – og begrænse mængden af ​​lys, der reflekteres ved den grænseflade. Changs team fandt ud af, at en grænseflade med grænsefladenanostrukturerne reflekterer 100 gange mindre lys end en grænseflade af tynde film uden nanostrukturerne.

"Vores næste skridt er at designe en solcelleenhed, der udnytter dette koncept og at bestemme, hvordan vi kan skalere den op til kommercielle applikationer, " siger Chang.