La luz y la electricidad bailan un tango complicado en dispositivos como leds, células solares y sensores. Un nuevo revestimiento antirreflejos desarrollado por ingenieros de la Universidad de Illinois en Urbana Champaign, en colaboración con investigadores de la Universidad de Massachusetts en Lowell, deja pasar la luz sin obstaculizar el flujo de electricidad, un paso que podría incrementar la eficiencia en tales dispositivos.

El revestimiento está especialmente grabado, Película delgada nanoestructurada que permite el paso de más luz que una superficie plana, pero también proporciona acceso eléctrico al material subyacente, una combinación crucial para la optoelectrónica, dispositivos que convierten la electricidad en luz o viceversa. Los investigadores, dirigido por el profesor de ingeniería eléctrica e informática de la U. de I. Daniel Wasserman, publicó sus hallazgos en la revista Materiales avanzados .

"La capacidad de mejorar el acceso eléctrico y óptico a un material es un paso importante hacia dispositivos optoelectrónicos de mayor eficiencia, "dijo Wasserman, miembro del Laboratorio de Micro y Nano Tecnología de Illinois.

En la interfaz entre dos materiales, como un semiconductor y aire, siempre se refleja algo de luz, Dijo Wasserman. Esto limita la eficiencia de los dispositivos optoelectrónicos. Si se emite luz en un semiconductor, alguna fracción de esta luz nunca escapará del material semiconductor. Alternativamente, para un sensor o celda solar, alguna fracción de luz nunca llegará al detector para ser recolectada y convertida en una señal eléctrica. Los investigadores utilizan un modelo llamado ecuaciones de Fresnel para describir la reflexión y la transmisión en la interfaz entre dos materiales.

"Se sabe desde hace mucho tiempo que la estructuración de la superficie de un material puede aumentar la transmisión de luz, "dijo el coautor del estudio, Viktor Podolskiy, profesor de la Universidad de Massachusetts en Lowell. "Entre esas estructuras, uno de los más interesantes es similar a las estructuras que se encuentran en la naturaleza, y se conoce como un patrón de 'ojo de polilla':diminutos nanopilares que pueden 'vencer' las ecuaciones de Fresnel en ciertas longitudes de onda y ángulos ".

Aunque estas superficies estampadas ayudan en la transmisión de luz, obstaculizan la transmisión eléctrica, creando una barrera al material eléctrico subyacente.

"En la mayoría de los casos, la adición de un material conductor a la superficie resulta en absorción y reflexión, ambos degradarán el rendimiento del dispositivo, "Dijo Wasserman.

El equipo de Illinois y Massachusetts utilizó un método patentado de grabado químico asistido por metal, MacEtch, desarrollado en Illinois por Xiuling Li, U. de I. profesor de ingeniería eléctrica e informática y coautor del nuevo artículo. Los investigadores utilizaron MacEtch para grabar una película metálica estampada en un semiconductor para crear una serie de diminutos nanopilares que se elevan por encima de la película metálica. La combinación de estos nanopilares de "ojo de polilla" y la película de metal creó un material parcialmente recubierto que superó al semiconductor sin tratar.

"Los nanopilares mejoran la transmisión óptica mientras que la película metálica ofrece contacto eléctrico. Sorprendentemente, podemos mejorar nuestra transmisión óptica y acceso eléctrico simultáneamente, "dijo Runyu Liu, investigador graduado en Illinois y coautor principal del trabajo junto con el investigador graduado de Illinois Xiang Zhao y el investigador graduado de Massachusetts Christopher Roberts.

Los investigadores demostraron que su técnica, lo que da como resultado que el metal cubra aproximadamente la mitad de la superficie, puede transmitir alrededor del 90 por ciento de la luz hacia o desde la superficie. Para comparacion, el desnudo, La superficie sin patrón y sin metal solo puede transmitir el 70 por ciento de la luz y no tiene contacto eléctrico.

Los investigadores también demostraron su capacidad para ajustar las propiedades ópticas del material ajustando las dimensiones de la película de metal y la profundidad con la que se graba en el semiconductor.

"Buscamos integrar estas películas nanoestructuradas con dispositivos optoelectrónicos para demostrar que podemos mejorar simultáneamente las propiedades ópticas y electrónicas de los dispositivos que operan en longitudes de onda desde lo visible hasta el infrarrojo lejano, "Dijo Wasserman.