Материал для энергетики и сенсорики: новосибирские ученые получили «черный кремний» со сверхвысокими светопоглощающими свойствами
«Черным кремнием» называют кремний, поверхность которого обладает текстурой в виде микроконусов. Благодаря такой структуре материал практически не отражает падающий свет, что интересно, например, для создания более совершенных солнечных батарей и сенсоров. Получать его довольно сложно. Один из перспективных методов — лазерное текстурирование, оно хорошо масштабируется для промышленного производства.
Но до сих пор оставалось неясным, почему при схожих условиях обработки на поверхности кремния возникают совершенно разные структуры, обладающие различными свойствами. Именно форма таких микроструктур определяет, насколько хорошо материал поглощает свет, а также как взаимодействует с жидкостями или отводит тепло.
Свежая работа ученых из Института теплофизики СО РАН (Новосибирск), сделанная совместно с коллегами из ИНХ СО РАН и Национального фонда научных исследований Греции — как раз об этом. Они впервые подробно проследили, как изменяется поверхность кремния при различных режимах лазерной обработки в условиях пониженного давления внешнего окружения. Оказалось, что ключевой параметр тут — плотность энергии лазерного импульса. В зависимости от нее формируются четыре устойчивых типа поверхности – от практически гладкой до черного кремния.
Важный результат — первое количественное определение влияния плазменного экранирования, при котором во время лазерного импульса над поверхностью возникает облако плазмы, поглощающее часть лазерного излучения. Этот эффект уже был известен, однако его влияние на образование различных типов поверхностей практически не удавалось измерить экспериментально.
Полученные экспериментальные данные позволили разработать и проверить математическую модель, которая описывает, как плавление, испарение материала и плазменное экранирование совместно определяют формирование поверхности. Благодаря этому исследователи смогли установить, при каких режимах образуется черный кремний, а при каких – другие типы микроструктур. Это значительно упрощает разработку материалов с заранее заданными свойствами.
Статья вышла в Surfaces and Interfaces (IF = 6.0)
Источник: «Зоопарк из слоновой кости»