Forscher am Plasma-Physik-Labor Princeton (PPPL) haben ein innovatives Modell zur Herstellung von schwarzem Silizium entwickelt, was einen bedeutenden Durchbruch für solarthermische Anwendungen und andere Technologien darstellt. Dieses Modell, das auf der Verwendung von gasförmigem Fluor basiert, eröffnet neue Perspektiven im Bereich der Quantenchemie.
Schwarzes Silizium zeichnet sich durch seine hohe Lichtabsorptionsfähigkeit aus und ist ein Schlüsselelement von Solarzellen, Lichtsensoren und sogar antibakteriellen Oberflächen. Seine Herstellung erfolgt traditionell durch Ätzen der Siliziumoberfläche, wodurch winzige, nanometergroße Vertiefungen entstehen, die seine Lichteffizienz verbessern und gleichzeitig die Farbe ändern.
Die Arbeit von Yuri Barsukov, einem Postdoktoranden am PPPL, und seinem Team zeichnet sich durch die Erforschung der Wechselwirkung zwischen gasförmigem Fluor und Silizium aus. Dieser originelle Ansatz zielt darauf ab, die Forschungslücke über die Rolle neutraler Substanzen wie Fluor bei der Herstellung von schwarzem Silizium zu schließen. Yuri Barsukov betont, dass ein präzises Verständnis der in diesem Vorgang involvierten Mechanismen einen wichtigen Beitrag sowohl für die Grundlagenwissenschaft als auch für die Verbesserung der Herstellungsmethoden darstellt.
Das von der PPPL-Gruppe entwickelte Modell zeigt auf, wie gasförmiges Fluor mit den Siliziumatomen interagiert und dabei bestimmte Bindungen je nach ihrer Orientierung an der Oberfläche häufiger bricht. Diese selektive Wechselwirkung führt zu einer rauen Oberfläche, die für eine erhöhte Lichtabsorption in Solarzellen entscheidend ist. Barsukov betont, dass für die Erzeugung einer glatten Oberfläche, die bei der Herstellung von Computerchips erforderlich ist, ein anderes Reagenz verwendet werden müsste.
Dieses Projekt markiert eine Zäsur für das PPPL, das traditionell auf Plasmaphysik fokussiert war, indem es sein Feld auf die Quantenchemie erweitert. Diese Forschung, die unter anderem von Omesh Dhar Dwivedi, Sierra Jubin, Joseph R. Vella und Igor Kaganovich mitverfasst wurde, ist im
Journal of Vacuum Science & Technology A veröffentlicht worden.
Die Quantenchemie, die sich mittels Quantenmechanik mit der Struktur und Reaktivität von Molekülen beschäftigt, wird durch diese Studie bereichert. Sie eröffnet Möglichkeiten für neue Herstellungsmethoden im Bereich der Mikroelektronik und der Quantengeräte, die durch Forschungs- und Entwicklungsförderungen des PPPL unterstützt werden.
Dieses neue Modell für die Produktion von schwarzem Silizium mittels gasförmigem Fluor stellt somit einen signifikanten Fortschritt dar, nicht nur für die Solartechnologie, sondern auch für ein besseres Verständnis chemischer und physikalischer Interaktionen auf quantenmechanischer Ebene. Diese Entdeckung ist ein überzeugendes Beispiel dafür, wie Grundlagenforschung den Weg für praktische und innovative technologische Fortschritte ebnen kann.
Quelle: Journal of Vacuum Science & Technology A