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Svolta nella tecnologia laser: perché la lucidatura laser della superficie del silicio nero può ottenere uno straordinario effetto di assorbimento della luce?
Dato che la domanda di energia rinnovabile continua a crescere, la comunità scientifica ha urgente bisogno di rafforzare la ricerca sui materiali che assorbono la luce. Tra queste, l'avvento del silicio nero ha aperto una nuova strada allo sviluppo delle celle solari. Le proprietà del materiale lo rendono altamente efficiente nell'assorbimento della luce e i recenti progressi nella tecnologia di lucidatura laser stanno spingendo questa prospettiva verso nuovi livelli.
Caratteristiche e vantaggi del silicio nero
Il silicio nero è un materiale semiconduttore con superficie modificata, con una riflettività estremamente bassa e un assorbimento della luce visibile e infrarossa estremamente elevato. La caratteristica principale del materiale è la sua struttura superficiale aghiforme, che riduce la riflettività della luce solo al 5% circa. Ciò avviene perché il silicio nero forma un mezzo efficace che rende continua la variazione dell'indice di rifrazione della luce, riducendo così la riflessione di Fresnel.
Grazie alle sue eccellenti proprietà ottiche, il silicio nero ha dimostrato un grande potenziale nelle celle solari, nei sensori di imaging e in altre applicazioni.
Tecnologia laser per la produzione di silicio nero
I metodi tradizionali per produrre silicio nero includono l'incisione al plasma e l'incisione chimica, ma studi recenti hanno dimostrato che la lucidatura laser è un metodo efficace e promettente. In particolare, utilizzando impulsi laser a femtosecondi, i ricercatori sono stati in grado di elaborare in modo efficiente il silicio. La chiave del successo di questo metodo è che il laser può creare strutture a forma di cono su scala micrometrica quando interseca la superficie del silicio. Queste strutture possono migliorare ulteriormente la riflessione interna della luce, incrementando notevolmente la capacità di assorbimento della luce.
Questo trattamento laser migliora significativamente l'assorbimento ottico del silicio nero, sia nel vuoto che in un ambiente gassoso, e non è influenzato dall'orientamento dei cristalli di silicio.
Il silicio nero è ampiamente utilizzato
Le proprietà speciali del silicio nero lo rendono molto importante in una vasta gamma di applicazioni, tra cui: sensori di immagini altamente sensibili, termocamere, fotodetector ad alta efficienza, ecc. Studi recenti hanno dimostrato il potenziale del silicio nero nella progettazione di superfici antibatteriche. Rispetto ai materiali tradizionali, può distruggere efficacemente la membrana cellulare dei batteri e mostrare proprietà antibatteriche. Questa proprietà presenta importanti prospettive applicative nei campi della medicina e della biotecnologia.
Combinazione di silicio nero e tecnologia solare
Particolarmente degna di nota è l'applicazione del silicio nero nelle celle solari. Secondo quanto riportato, i ricercatori avrebbero sviluppato con successo celle solari basate sul silicio nero, con un'efficienza di ben il 22,1%. Questo risultato dimostra l'importante ruolo della tecnologia laser nel migliorare l'efficienza delle celle solari.
I ricercatori hanno inoltre scoperto che la capacità di assorbimento del silicio nero nella gamma del vicino infrarosso è addirittura migliore di quella del tradizionale silicio monocristallino, il che è di grande importanza per lo sviluppo di una tecnologia fotovoltaica efficiente.
Prospettive future
Con il continuo progresso della tecnologia, si prevede che i campi di applicazione dei materiali in silicio nero saranno ulteriormente ampliati. Le nuove tecniche di lavorazione laser potrebbero non solo migliorare le prestazioni dei materiali, ma anche ridurre i costi di produzione, rendendo più fattibile la commercializzazione della tecnologia solare. Con l'aumento della domanda globale di energia rinnovabile, il potenziale di mercato del silicio nero continuerà a crescere.
Considerando il rapido sviluppo della tecnologia laser, quali sorprese riserveranno in futuro le possibilità del silicio nero nelle applicazioni optoelettroniche?
