Ученые разработали эффективную технологию обработки поверхности кремния

09:35, 19 апреля 2023

Она пригодится при создании солнечных батарей, а также детекторов ДНК, вирусов и бактерий

Технология будет полезна при создании солнечных батарей, а также в биомедицине, химии, ИКТ. Фото: Илья Сафаров.

Коллектив ученых из Екатеринбурга (УрФУ), Москвы и Санкт-Петербурга разработал новую технологию обработки пластин кремния — гибридное химическое и лазерное текстурирование, при котором пластину обрабатывают лучом фемтосекундного лазера после химического воздействия различных реагентов. Предварительное химическое травление позволяет в пять раз ускорить лазерную обработку и улучшает поглощение света в широком спектральном диапазоне. Технология будет полезна при создании солнечных батарей, а также в биомедицине (высокочувствительные датчики для анализа ДНК, обнаружения вирусов и бактерий), в химии, в информационных и коммуникационных технологиях. Описание новой технологии опубликовано в журнале Materials.

«В настоящее время формирование светопоглощающего микрорельефа поверхности пластин кремния производят химическим методом, который сравнительно дешев и используется в промышленных масштабах. Однако после химической обработки у пластин остается значительный коэффициент отражения, что уменьшает эффективность солнечных батарей. Альтернативным методом является лазерная обработка пластин, которая уменьшает отражение, но требует значительного времени использования фемтосекундного лазера. Предложенная нами лазерная обработка после химического травления позволила сократить время обработки в пять раз. При этом коэффициент отражения пластин, обработанных гибридным методом, на 7–10 % меньше, чем после химической обработки», — поясняет директор Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии» УрФУ Владимир Шур.

Отметим, что при проведении исследований ученые использовали оборудование Уральского центра коллективного пользования «Современные нанотехнологии» УрФУ. Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке Минобрнауки России по программе развития «Приоритет-2030».

Справка

Изготовление и применение поверхностных нано- и микроструктур в современных технологиях фотоники открывает новые возможности в таких областях, как информационные и коммуникационные технологии, солнечная фотовольтаика, изготовление инфракрасных кремниевых фотоэлементов, детектирование молекул в химии и биомедицине. В последние два десятилетия определенный интерес вызывают экспериментальные исследования по созданию такими методами не только голограмм, дифракционных, плазмонных, но и светопоглощающих структур, которые позволяют уменьшать коэффициент отражения металлических и полупроводниковых поверхностей. Кроме того, такие структуры способны создавать супергидрофобные и супергидрофильные поверхности, формировать защиту от коррозии и управлять многими другими свойствами поверхностей различных материалов. Использование в фотовольтаике пластин кремния со светопоглощающей поверхностью позволит существенно повысить эффективность солнечных батарей.