La lumière et l'électricité dansent un tango compliqué dans des appareils comme les LED, cellules solaires et capteurs. Un nouveau revêtement antireflet développé par des ingénieurs de l'Université de l'Illinois à Urbana Champaign, en collaboration avec des chercheurs de l'Université du Massachusetts à Lowell, laisse passer la lumière sans gêner le passage de l'électricité, une étape qui pourrait augmenter l'efficacité de ces dispositifs.

Le revêtement est un spécialement gravé, film mince nanostructuré qui laisse passer plus de lumière qu'une surface plane, mais fournit également un accès électrique au matériau sous-jacent - une combinaison cruciale pour l'optoélectronique, appareils qui convertissent l'électricité en lumière ou vice versa. Les chercheurs, dirigé par Daniel Wasserman, professeur de génie électrique et informatique à l'U. of I., ont publié leurs découvertes dans la revue Matériaux avancés .

« La capacité d'améliorer l'accès électrique et optique à un matériau est une étape importante vers des dispositifs optoélectroniques à plus haut rendement, " dit Wasserman, membre du Micro and Nano Technology Laboratory de l'Illinois.

A l'interface entre deux matériaux, comme un semi-conducteur et de l'air, un peu de lumière est toujours réfléchie, dit Wasserman. Cela limite l'efficacité des dispositifs optoélectroniques. Si la lumière est émise dans un semi-conducteur, une partie de cette lumière ne s'échappera jamais du matériau semi-conducteur. Alternativement, pour un capteur ou une cellule solaire, une partie de la lumière n'atteindra jamais le détecteur pour être collectée et transformée en un signal électrique. Les chercheurs utilisent un modèle appelé équations de Fresnel pour décrire la réflexion et la transmission à l'interface entre deux matériaux.

« On sait depuis longtemps que structurer la surface d'un matériau peut augmenter la transmission lumineuse, " a déclaré le co-auteur de l'étude Viktor Podolskiy, professeur à l'Université du Massachusetts à Lowell. « Parmi ces structures, l'un des plus intéressants est similaire aux structures trouvées dans la nature, et est appelé un motif « œil de papillon » :de minuscules nanopiliers qui peuvent « battre » les équations de Fresnel à certaines longueurs d'onde et certains angles. »

Bien que de telles surfaces à motifs facilitent la transmission de la lumière, ils gênent la transmission électrique, créant une barrière au matériel électrique sous-jacent.

"Dans la plupart des cas, l'ajout d'un matériau conducteur à la surface entraîne une absorption et une réflexion, les deux vont dégrader les performances de l'appareil, " a déclaré Wasserman.

L'équipe de l'Illinois et du Massachusetts a utilisé une méthode brevetée de gravure chimique assistée par métal, MacEtch, développé à l'Illinois par Xiuling Li, U. of I. professeur de génie électrique et informatique et co-auteur du nouvel article. Les chercheurs ont utilisé MacEtch pour graver un film métallique à motifs dans un semi-conducteur afin de créer un réseau de minuscules nanopiliers s'élevant au-dessus du film métallique. La combinaison de ces nanopiliers « œil de papillon » et du film métallique a créé un matériau partiellement revêtu qui a surpassé le semi-conducteur non traité.

"Les nanopiliers améliorent la transmission optique tandis que le film métallique offre un contact électrique. Remarquablement, nous pouvons améliorer simultanément notre transmission optique et notre accès électrique, " dit Runyu Liu, chercheur diplômé de l'Illinois et co-auteur principal du travail avec le chercheur diplômé de l'Illinois Xiang Zhao et le chercheur diplômé du Massachusetts Christopher Roberts.

Les chercheurs ont démontré que leur technique, ce qui se traduit par un métal couvrant environ la moitié de la surface, peut transmettre environ 90 pour cent de la lumière vers ou depuis la surface. En comparaison, le nu, surface sans motif sans métal ne peut transmettre que 70 pour cent de la lumière et n'a aucun contact électrique.

Les chercheurs ont également démontré leur capacité à ajuster les propriétés optiques du matériau en ajustant les dimensions du film métallique et à quelle profondeur il grave dans le semi-conducteur.

"Nous cherchons à intégrer ces films nanostructurés à des dispositifs optoélectroniques pour démontrer que nous pouvons simultanément améliorer à la fois les propriétés optiques et électroniques des dispositifs fonctionnant à des longueurs d'onde allant du visible à l'infrarouge lointain, " a déclaré Wasserman.