Les nanostructures, inspiré par la surface de l'œil d'un papillon, limiter la quantité de lumière réfléchie aux interfaces des couches minces. Crédit :Chih-hao Chang, Université d'État de Caroline du Nord
Inspiré par la structure des yeux des mites, des chercheurs de la North Carolina State University ont développé des nanostructures qui limitent la réflexion aux interfaces où deux couches minces se rencontrent, supprimant le phénomène "d'interférence en couche mince" couramment observé dans la nature. Cela peut potentiellement améliorer l'efficacité des cellules solaires à couche mince et d'autres dispositifs optoélectroniques.
L'interférence de couche mince se produit lorsqu'une couche mince d'une substance se trouve au-dessus d'une seconde substance. Par exemple, l'interférence des couches minces est à l'origine de l'éclat arc-en-ciel que nous voyons lorsqu'il y a de l'essence dans une flaque d'eau.
L'essence est transparente, mais une partie de la lumière est toujours réfléchie sur sa surface. De la même manière, une partie de la lumière qui traverse l'essence est réfléchie par la surface sous-jacente de l'eau à l'interface des deux substances, ou rencontrer. Parce que la lumière réfléchie par l'eau doit retourner à travers l'essence, il emprunte un chemin optique légèrement différent de celui de la lumière réfléchie par la surface de l'essence. L'inadéquation de ces "longueurs" de chemin optique est ce qui crée l'éclat de l'arc-en-ciel - et ce phénomène est l'interférence des couches minces.
L'interférence des couches minces est un problème pour les appareils qui utilisent plusieurs couches de couches minces, comme les cellules solaires à couche mince, car cela signifie que certaines longueurs d'onde de la lumière sont réfléchies – ou « perdues » – à chaque interface du film. Plus un appareil a de films minces, plus il y a d'interfaces, et plus la lumière est perdue.
"Nous avons été inspirés par la structure de surface de l'œil d'un papillon de nuit, qui a évolué pour ne pas refléter la lumière, " dit le Dr Chih-Hao Chang, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à NC State et co-auteur d'un article sur la recherche. "En imitant ce concept, nous avons développé une nanostructure qui minimise considérablement les interférences des couches minces."
Cette image montre comment les nanostructures inspirées des mites arrêtent les interférences des couches minces en bloquant la lumière réfléchie. Les images à l'extrême droite montrent une diapositive sans film mince. Les images du milieu montrent la diapositive recouverte de films minces. Notez comment les interférences des couches minces produisent une variété de couleurs. Les images de gauche sont de la lame recouverte de films minces contenant les nanostructures. Notez l'absence de couleur, et beaucoup moins de lumière réfléchie. Crédit :Chih-Hao Chang, Université d'État de Caroline du Nord
Les nanostructures sont intégrées dans des films minces qui seront recouverts d'un deuxième film mince. Les nanostructures sont une extension du film mince sous elles, et ressemblent à une forêt serrée de cônes minces. Ces nanostructures sont « interfaciales, " pénétrant dans n'importe quel film mince qui les recouvre - et limitant la quantité de lumière réfléchie à cette interface. L'équipe de Chang a découvert qu'une interface comportant les nanostructures interfaciales réfléchissait 100 fois moins de lumière qu'une interface de films minces sans les nanostructures.
"Nos prochaines étapes consistent à concevoir un dispositif solaire qui tire parti de ce concept et à déterminer comment nous pouvons l'étendre pour des applications commerciales, " dit Chang.
