Language
Country/Area
No result found
Durchbruch in der Lasertechnologie: Warum kann durch Laserpolieren einer schwarzen Siliziumoberfläche ein erstaunlicher Lichtabsorptionseffekt erzielt werden?
Da die Nachfrage nach erneuerbarer Energie weiter steigt, muss die Wissenschaftsgemeinschaft die Forschung an lichtabsorbierenden Materialien dringend intensivieren. Unter anderem hat die Entwicklung von schwarzem Silizium neue Wege für die Entwicklung von Solarzellen eröffnet. Aufgrund seiner Eigenschaften absorbiert das Material Licht äußerst effizient und die jüngsten Fortschritte in der Laserpoliertechnologie heben diese Aussicht auf ein neues Niveau.
Eigenschaften und Vorteile von schwarzem Silizium
Schwarzes Silizium ist ein oberflächenmodifiziertes Halbleitermaterial mit extrem geringer Reflektivität und extrem hoher Absorption von sichtbarem und infrarotem Licht. Das Hauptmerkmal des Materials ist seine nadelartige Oberflächenstruktur, die die Lichtreflexion auf nur etwa 5 % reduziert. Dies liegt daran, dass schwarzes Silizium ein wirksames Medium bildet, das eine kontinuierliche Änderung des Brechungsindex des Lichts ermöglicht und dadurch die Fresnel-Reflexion verringert.
Aufgrund seiner hervorragenden optischen Eigenschaften hat schwarzes Silizium großes Potenzial für Solarzellen, Bildsensoren und andere Anwendungen gezeigt.
Lasertechnologie zur Herstellung von schwarzem Silizium
Zu den traditionellen Methoden zur Herstellung von schwarzem Silizium zählen Plasmaätzen und chemisches Ätzen, neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass das Laserpolieren eine effektive und vielversprechende Methode ist. Insbesondere mit Femtosekunden-Laserpulsen konnten die Forscher Silizium effizient bearbeiten. Der Schlüssel zum Erfolg dieser Methode liegt darin, dass der Laser beim Auftreffen auf die Siliziumoberfläche kegelförmige Strukturen im Mikrometerbereich erzeugen kann. Diese Strukturen können die interne Lichtreflexion weiter verbessern und dadurch die Lichtabsorptionskapazität deutlich steigern.
Diese Laserbehandlung verbessert die optische Absorption von schwarzem Silizium sowohl im Vakuum als auch in einer Gasumgebung erheblich und wird von der Ausrichtung der Siliziumkristalle nicht beeinflusst.
Schwarzes Silizium wird häufig verwendet
Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften ist schwarzes Silizium für zahlreiche Anwendungen von großer Bedeutung, beispielsweise für hochempfindliche Bildsensoren, Wärmebildkameras, hocheffiziente Fotodetektoren usw. Jüngste Studien haben das Potenzial von schwarzem Silizium bei der antibakteriellen Oberflächengestaltung gezeigt. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien kann es die Zellmembran von Bakterien wirksam zerstören und weist antibakterielle Eigenschaften auf. Diese Eigenschaft bietet wichtige Anwendungsaussichten in den Bereichen Medizin und Biotechnologie.
Kombination aus schwarzem Silizium und Solartechnologie
Besonders bemerkenswert ist die Anwendung von schwarzem Silizium in Solarzellen. Berichten zufolge ist es Forschern gelungen, Solarzellen auf Basis von schwarzem Silizium zu entwickeln, deren Wirkungsgrad erstaunliche 22,1 Prozent beträgt. Dieser Erfolg zeigt die wichtige Rolle der Lasertechnologie bei der Verbesserung der Effizienz von Solarzellen.
Die Forscher fanden außerdem heraus, dass die Absorptionskapazität von schwarzem Silizium im Nahinfrarotbereich sogar besser ist als die von herkömmlichem einkristallinem Silizium, was für die Entwicklung effizienter Photovoltaik-Technologie von großer Bedeutung ist.
Zukunftsaussichten
Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie dürften die Anwendungsbereiche von schwarzen Siliziummaterialien weiter erweitert werden. Neue Laserverarbeitungstechniken könnten nicht nur die Materialleistung verbessern, sondern auch die Herstellungskosten senken und so die Kommerzialisierung der Solartechnologie praktikabler machen. Da die weltweite Nachfrage nach erneuerbarer Energie steigt, wird das Marktpotenzial von schwarzem Silizium weiter wachsen.
Welche Überraschungen werden die Möglichkeiten von schwarzem Silizium in optoelektronischen Anwendungen vor dem Hintergrund der rasanten Entwicklung der Lasertechnologie in Zukunft bringen?
