一種新的抗反射塗層,靈感來自蛾眼中的複眼透鏡,可能有助於提高太陽能電池的效率並銳化影像感測器的視野。新加坡的研究人員開發出一種簡單的方法,可以在大面積區域壓印圖案化透鏡,這可能使此類塗層的製造更加容易(ACS Nano 2015, DOI: 10.1021/nn5051272)。
抗反射塗層有助於太陽能電池儘可能多地收集太陽光,從而提高功率輸出。但通常,這些薄膜塗層在防止特定波長的光反射時效果最佳,且光線垂直照射到表面。它們無法捕捉到不同波長、以其他角度入射的光線。分層不同厚度的不同材料的薄膜可以產生更具吸收性的塗層,但這種方法昂貴且難以在大面積區域上實現,彭江說道,他是佛羅里達大學蓋恩斯維爾分校的化學工程師,但未參與這項工作。
大自然為經濟實惠的寬頻抗反射塗層提供了一種替代設計策略。夜蛾在微弱的月光和星光下導航,這要歸功於由稱為小眼的微型透鏡陣列組成的眼睛,小眼上進一步圖案化了圓頂形奈米結構。這種分層設計減少了反射,也防止水珠在生物的眼睛上凝結。但是,透過使用蛾眼作為微型印章或透過等離子蝕刻在實驗室中重新建立這種設計已被證明是費力的。儘管早期的研究表明這些設計很有用,但這些方法與大規模製造不相容,新加坡科技與設計大學的 Hemant Kumar Raut 說道。
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為了解決這個問題,Raut 和新加坡科技研究局的Mohammad S. M. Saifullah轉向了納米壓印光刻技術,這是一種用於在大面積區域壓印高解析度奈米級圖案的方法。為了建立可重複使用的印章,Raut 和 Saifullah 首先製作了兩組鎳模具,一組圖案化了直徑為 200 奈米的圓頂,另一組圖案化了直徑為 2 到 25 微米的微透鏡。然後,研究人員使用這些模具來圖案化聚碳酸酯薄膜。首先,他們壓印了納米圓頂,並透過在頂部旋塗一層犧牲聚合物薄膜來保護該圖案。之後,他們壓印了更大的微透鏡。最後,他們洗掉了犧牲聚合物,留下了一個聚碳酸酯微透鏡陣列。
然後,研究人員測試了受蛾子啟發的陣列,並將其與沒有奈米圓頂的微透鏡陣列進行比較,以檢視它們反射了多少光。在 400 到 1,000 奈米的波長範圍內,受蛾子啟發的陣列僅反射了 4.8% 的光,而簡單的微透鏡反射了 8.7%。當他們改變光的入射角時,裝飾有奈米圓頂的陣列的效能仍然大約是後者的兩倍。奈米圓頂還具有防水性,這可能有助於保持太陽能電池的清潔。
江說,這種抗反射塗層的效能令人印象深刻,他自己也在製造仿生抗反射塗層。江說,新加坡團隊現在需要證明這些方法可以擴大規模,以製造平方米大小的塗層。Saifullah 說,他目前正在調整壓印技術,使其適用於滾筒印刷機,該印刷機應該能夠高速圖案化大面積區域。