Kostengünstige flexible Metaoberflächen zur Steigerung der Effizienz optoelektronischer Geräte

Metaoberflächen sind zweidimensionale Gegenstücke zu Metamaterialien, künstlichen Materialien mit ungewöhnlichen Eigenschaften. Diese speziell präparierten Oberflächen mit künstlich erzeugten Mustern können die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen über das gesamte Wellenlängenspektrum hinweg verändern und bieten eine Vielzahl faszinierend innovativer und vielfältiger Einsatzmöglichkeiten.

Obwohl die Reise der Metamaterialien mit metallisch-dielektrischen Systemen begann, sind die Metaoberflächen mittlerweile vollständig dielektrisch und spielen bei Anwendungen im Zusammenhang mit optoelektronischen Geräten wie Solarzellen und Leuchtdioden (LED) eine entscheidende Rolle, da sie deren Effizienz durch einen bloßen Oberflächeneffekt verbessern.

Studentische Forscher unter der Leitung von Professor R. Vijaya am Photonics Laboratory des Indian Institute of Technology Kanpur in Indien haben kürzlich eine kostengünstige Softlithografie-Technik verwendet, um dielektrische Metaoberflächen aus zwei komplementären Formen von Nanodimples und Nanobumps auf einem flexiblen Polymersubstrat herzustellen.

Die Arbeit mit dem Titel „Kontrolle der Transmission im sichtbaren Bereich und der Reflexionstrübung durch Variation der Mustergröße, -form und -tiefe in flexiblen Metaoberflächen“ wurde veröffentlicht In Grenzen der Optoelektronik.

Als Mastermuster verwendeten die Forscher einen kostengünstigen photonischen Kristall, der durch Selbstassemblierung mit nanometrischen Strukturgrößen hergestellt wurde. So liefert der doppelt wirtschaftliche Ansatz Metaoberflächen, die dünn, flexibel, gemustert und leicht auf jede glatte Oberfläche laminierbar sind.

Anhand von Proben mit unterschiedlichen Mustergrößen und -tiefen konnten sie bei ihren Experimenten zur diffusen und totalen Reflexion und Transmission feststellen, dass die Trübung dieser Proben im gesamten sichtbaren Bereich kontrolliert werden kann. Dies ist nützlich, um die Effizienz optoelektronischer Geräte zu verbessern, bei denen die Effizienz der Umwandlung von optisch in elektrisch aufgrund der linearen Ausbreitungsrichtung des Lichts begrenzt ist.

Streueffekte des Dunstes sind in dem Dunstfleck sichtbar, der den übertragenen/reflektierten Strahl umgibt, und eine einfache Kontrolle ihres Ausmaßes kann die in Solarzellen absorbierte oder in LEDs extrahierte Lichtmenge erhöhen. Auf Methoden basierende Simulationsergebnisse stützen auch die experimentellen Ergebnisse.