低成本柔性超構(gòu)表面，提高光電器件效率

超構(gòu)表面（metasurfaces）是超構(gòu)材料（metamaterials）的二維對應(yīng)物，是一種具有非同尋常特性的人造材料。這些經(jīng)過特殊制備的表面帶有工程圖案，能夠改變整個波長范圍內(nèi)電磁波的傳播。

超構(gòu)材料的發(fā)展始于金屬-介電系統(tǒng)，但現(xiàn)在超構(gòu)表面已發(fā)展成為全介電系統(tǒng)，它們僅通過表面效應(yīng)就能提高效率，已在太陽能電池和發(fā)光二極管（LED）等光電器件中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，印度坎普爾印度理工學(xué)院光子學(xué)實驗室R. Vijaya教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊，利用一種低成本的軟光刻技術(shù)，在柔性聚合物基板上制作出了具有納米凹坑和納米凸點兩種互補形狀的介電超構(gòu)表面。

研究人員通過實驗確定，在相同間距下，納米凸點圖案高度較小的的表面，其反射霧度和透射霧度值要高于含有深度較大納米凹點的表面。霧度與超構(gòu)表面圖案深度或高度的關(guān)系較大，而與圖案間距的關(guān)系較小。在相同波長范圍內(nèi)從圖案表面測量的遠場透射曲線顯示，散射隨圖案深度/高度與間距之比增加而增加。模擬結(jié)果證實，納米凸點圖案比納米凹坑圖案的透射霧度更高。通過控制這些表面的圖案深度/高度與特征間距之比，既能提高光學(xué)霧度，又能實現(xiàn)總反射強度與總透射強度之間的平衡。

該研究成果已經(jīng)以“Control of visible?range transmission and reflection haze by varying pattern size, shape and depth in flexible metasurfaces”為題發(fā)表在Frontiers of Optoelectronics期刊上。

研究人員采用一種自組裝制成的低成本光子晶體，以納米級特征尺寸作為主圖案。因此，利用這種特別經(jīng)濟的方法，能獲得超薄、柔性、圖案化且易于在任何光滑表面上層疊的超構(gòu)表面。

他們利用不同圖案間距和高度/深度的樣品，通過漫反射和全反射以及透射實驗，確定了這些樣品的霧度可以在整個可見光范圍內(nèi)得到控制。由于光的線性傳播方向會限制器件的光電轉(zhuǎn)換效率，因此，該研究成果有助于提高光電器件的效率。

霧度的散射效應(yīng)會由透射/反射光束周圍的云霧狀斑塊顯現(xiàn)出來，而輕松控制霧度的散射程度可以提高太陽能電池的光吸收率或LED的光提取率。研究人員基于該方法的仿真支持了實驗結(jié)果。