Mit einem Laser übertragene PVD-Schichten zeigen außergewöhnliche „Nano-Effekte“
In den letzten Monaten haben wir uns intensiv mit der Erforschung neuer Schichteigenschaften beschäftigt, die durch unsere innovative Laser-induzierte PVD-Beschichtungstechnologie ARA-LT® ermöglicht werden. Wir freuen uns darauf, Ihnen nun die spannenden Ergebnisse unserer Forschung vorzustellen.
Teil 1: Poröses Silizium – strukturelle und optische Besonderheiten
Ausgehend von amorphem Silizium, das auf eine PET-Folie gesputtert oder aufgedampft wurde, lassen sich unter Verwendung eines Standard-Beschriftungslasers Schichtmodifikationen erzeugen, deren außergewöhnliche und interessante Eigenschaften ganz neue Möglichkeiten eröffnen und substanzielle Verbesserungen für viele Anwendungsfelder bedeuten.
Das Prinzip dieser „Laserbeschichtungen“, die wir selbst entwickelt haben und unter der Marke ARA-LT® anbieten – lässt sich vereinfacht wie folgt beschreiben: Trifft ein gepulster Laserstrahl auf die PVD-Schicht, dann wird sehr viel Energie in sehr kurzer Zeit auf eine lokal sehr begrenzte Schichtoberfläche eingebracht, was zu einer „explosionsartigen“ Verflüssigung der PVD-Schicht führt, die dann in Form sehr vieler, sehr kleiner Tröpfchen von der Trägeroberfläche auf die Produktoberfläche übertragen wird und dort wieder erstarrt.
Je nachdem, wie die Laserparameter eingestellt sind, lassen sich beispielsweise – ausgehend von ein und derselben Silizium-Laserfolie – die Kristallstruktur, optische Eigenschaften und elektrische Leitfähigkeit gezielt einstellen. Im Bild „Kristallstruktur“ ist oben ein XRD-Spektrum abgebildet, das eine gesputterte, amorphe Silizium-Schicht zeigt und das XRD-Spektrum unten zeigt die scharfen Reflexe einer polykristallinen Schicht – dabei handelt es sich um die auf Glas „aufgelaserte“ Silizium-Schicht.
Nimmt man die Transmissions-Spektren dieser amorphen und der polykristallinen, wenige hundert Nanometer dicken Silizium-Schicht auf (Bild „Transmission“), dann zeigt sich, dass sich mit dem Laser-induzierten Schichtübertrag die „Silizium-typische“ hohe Transmission bei größeren Wellenlängen über den gesamten Wellenlängenbereich auf einen Wert von maximal 3 % reduziert. Für den Bereich Solarzellen bedeutet das z.B., dass einerseits wesentlich weniger Silizium erforderlich ist, um eine hohe Wechselwirkungsrate mit Photonen zu erhalten und andererseits das gesamte solare Spektrum genutzt werden kann (was den Wirkungsgrad natürlich signifikant erhöhen sollte).
Im Foto „Silizium auf Glas“ sind zwei Rechtecke aus reinem Silizium aufgelasert. Die Oberfläche beider Rechtecke ist sehr porös. Das linke (braun) ist vollkommen isolierend und das rechte (grau) weist eine spezifische Leitfähigkeit auf, die um fünf Größenordnungen über dem Literaturwert liegt. Dies deutet darauf hin, dass unter den „besonderen Bedingungen“ bei der Schichtausbildung, d.h. während des Laser-induzierten Übertrags, auch die elektronische Struktur substanziell verändert wird – alleine durch unterschiedlich gewählte Laserparametereinstellungen.
Sogar unter UV-Licht lässt sich die (Streu-)Farbe kontrollieren, wie folgendes Foto zeigt:
In Teil 2, der in Kürze erscheint, werden wir über die permanente katalytische Aktivität und den „Kapillar-Effekt ohne Kapillare“ von aufgelaserten, sehr porösen Silizium-Schichten berichten.
Wir freuen uns über interessierte Partner, mit denen wir gemeinsam neue Produkte entwickeln oder Produkteigenschaften verbessern dürfen.