Black silicon
কালো সিলিকন একটি অর্ধপরিবাহী উপাদান, খুব কম প্রতিফলনশীলতা এবং অনুরূপভাবে দৃশ্যমান (এবং ইনফ্রারেড) আলোর উচ্চ শোষণ সহ সিলিকন পৃষ্ঠের একটি পরিবর্তন। 1980-এর দশকে প্রতিক্রিয়াশীল আয়ন খোদাইয়ের (আর. আই. ই) একটি অবাঞ্ছিত পার্শ্ব প্রতিক্রিয়া হিসাবে এই পরিবর্তনটি আবিষ্কৃত হয়েছিল। অনুরূপ কাঠামো গঠনের অন্যান্য পদ্ধতির মধ্যে রয়েছে বৈদ্যুতিন রাসায়নিক খোদাই, দাগ খোদাই, ধাতু-সহায়ক রাসায়নিক খোদাই এবং লেজার চিকিত্সা (যা হার্ভার্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের এরিক মাজুরের গবেষণাগারে তৈরি করা হয়েছে)। কালো সিলিকন সৌর ফটোভোলটাইক শিল্পের জন্য একটি প্রধান সম্পদ হয়ে উঠেছে কারণ এটি স্ট্যান্ডার্ড স্ফটিক সিলিকন সৌর কোষগুলির বৃহত্তর আলো থেকে বিদ্যুৎ রূপান্তর দক্ষতা সক্ষম করে, যা তাদের খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। কালো সিলিকন একটি সুই-আকৃতির পৃষ্ঠ কাঠামো যেখানে সূঁচগুলি একক-স্ফটিক সিলিকন দিয়ে তৈরি হয় এবং এর উচ্চতা 10 মাইক্রোমিটারের উপরে এবং ব্যাস 1 মাইক্রোমিটারের কম হয়। এর প্রধান বৈশিষ্ট্য হল আপতিত আলোর বর্ধিত শোষণ-সিলিকনের উচ্চ প্রতিফলন, যা সাধারণত আধা-স্বাভাবিক আপতিতির জন্য 20-30%, প্রায় 5 শতাংশে হ্রাস পায়। এটি সূঁচ দ্বারা একটি তথাকথিত কার্যকর মাধ্যম গঠনের কারণে হয়। এই মাধ্যমের মধ্যে কোনও তীক্ষ্ণ ইন্টারফেস নেই, তবে প্রতিসরাঙ্কের ক্রমাগত পরিবর্তন যা ফ্রেন্সেল প্রতিফলন হ্রাস করে। যখন শ্রেণীবদ্ধ স্তরটির গভীরতা সিলিকনে আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের প্রায় সমান হয় (ভ্যাকুয়ামে তরঙ্গদৈর্ঘ্যের প্রায় এক-চতুর্থাংশ) তখন প্রতিফলন 5 শতাংশে হ্রাস পায়; গভীর গ্রেডগুলি আরও কালো সিলিকন তৈরি করে। কম প্রতিফলনের জন্য, সূচক শ্রেণীবদ্ধ স্তর তৈরি করা ন্যানোস্কেল বৈশিষ্ট্যগুলি বিচ্ছুরণ এড়াতে অবশ্যই আপতিত আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের চেয়ে ছোট হতে হবে। অ্যাপ্লিকেশন সিলিকন অর্ধপরিবাহী বৈশিষ্ট্যের সাথে মিলিত অস্বাভাবিক আলোকীয় বৈশিষ্ট্যগুলি এই উপাদানটিকে সেন্সর অ্যাপ্লিকেশনের জন্য আকর্ষণীয় করে তোলে। সম্ভাব্য প্রয়োগগুলির মধ্যে রয়েছেঃ বর্ধিত সংবেদনশীলতা সহ চিত্র সেন্সরগুলি বর্ধিত শোষণের মাধ্যমে উচ্চ দক্ষতার সাথে তাপীয় ইমেজিং ক্যামেরা ফটোডিটেক্টর। যান্ত্রিক যোগাযোগ এবং ইন্টারফেস টেরাহার্টজ অ্যাপ্লিকেশন। অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল পৃষ্ঠতলের সৌর কোষগুলি ব্যাকটেরিয়ার কোষীয় ঝিল্লিকে শারীরিকভাবে ভেঙে দিয়ে কাজ করে। সারফেস এনহ্যান্সড রমন স্পেকট্রোস্কোপি অ্যামোনিয়া গ্যাস সেন্সরস প্রোডাকশন রিঅ্যাকটিভ-আয়ন ইচিং সেমিকন্ডাক্টর প্রযুক্তিতে, রিঅ্যাকটিভ-আয়ন ইচিং (আর. আই. ই) কয়েকশ মাইক্রোমিটার গভীরতা এবং খুব উচ্চ দিক অনুপাত সহ পরিখা এবং গর্ত তৈরির জন্য একটি আদর্শ পদ্ধতি। বশ প্রক্রিয়া আর. আই. ই-তে, এটি একটি খোদাই এবং প্যাসিভেশনের মধ্যে বারবার পরিবর্তন করে অর্জন করা হয়। ক্রায়োজেনিক আর. আই. ই-এর ক্ষেত্রে, নিম্ন তাপমাত্রা এবং অক্সিজেন গ্যাস গঠন করে এই পার্শ্বপ্রাচীর নিষ্ক্রিয়তা অর্জন করে, যা দিকনির্দেশক আয়ন দ্বারা সহজেই নীচে থেকে অপসারিত হয়। উভয় আর. আই. ই পদ্ধতিই কালো সিলিকন তৈরি করতে পারে, তবে ফলস্বরূপ কাঠামোর অঙ্গসংস্থান যথেষ্ট আলাদা। বশ প্রক্রিয়ার খোদাই এবং প্যাসিভেশনের মধ্যে পরিবর্তন আনডুলেটেড সাইডওয়াল তৈরি করে, যা এইভাবে গঠিত কালো সিলিকনতেও দৃশ্যমান হয়। যাইহোক, খোদাইয়ের সময়, ছোট ভগ্নাবশেষ স্তরের উপর থেকে যায়; তারা আয়ন মরীচিটি আড়াল করে এবং এমন কাঠামো তৈরি করে যা অপসারণ করা হয় না এবং নিম্নলিখিত খোদাই এবং প্যাসিভেশন ধাপগুলির ফলে লম্বা সিলিকন স্তম্ভ তৈরি হয়। প্রক্রিয়াটি সেট করা যেতে পারে যাতে এক বর্গ মিলিমিটার এলাকায় এক মিলিয়ন সূঁচ তৈরি হয়। মাজুরের পদ্ধতি 1999 সালে, এরিক মাজুরের নেতৃত্বে হার্ভার্ড বিশ্ববিদ্যালয়ের একটি দল এমন একটি প্রক্রিয়া তৈরি করেছিল যেখানে ফেমটোসেকেন্ড লেজার ডালের সাথে সিলিকনকে বিকিরণ করে কালো সিলিকন তৈরি করা হয়েছিল। সালফার হেক্সাফ্লোরাইড এবং অন্যান্য ডোপ্যান্টযুক্ত গ্যাসের উপস্থিতিতে বিকিরণের পরে, সিলিকনের পৃষ্ঠ মাইক্রোমিটার আকারের শঙ্কুগুলির একটি স্ব-সংগঠিত মাইক্রোস্কোপিক কাঠামো তৈরি করে। ফলস্বরূপ উপাদানটির অনেক উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যেমন শোষণ যা সিলিকন ব্যান্ডের ব্যবধানের নিচে ইনফ্রারেড পরিসীমা পর্যন্ত প্রসারিত, তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ যার জন্য সাধারণ সিলিকন স্বচ্ছ। সালফার পরমাণুগুলি সিলিকন পৃষ্ঠে বাধ্য হয়, একটি নিম্ন ব্যান্ড ফাঁক সহ একটি কাঠামো তৈরি করে এবং তাই দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্য শোষণ করার ক্ষমতা তৈরি করে। একই ধরনের লেজার এবং লেজার প্রক্রিয়াকরণ শর্ত ব্যবহার করে ভ্যাকুয়ামে অনুরূপ পৃষ্ঠ পরিবর্তন অর্জন করা যেতে পারে। এই ক্ষেত্রে, পৃথক সিলিকন শঙ্কুতে তীক্ষ্ণ অগ্রভাগের অভাব থাকে (চিত্র দেখুন)। এই ধরনের মাইক্রো-স্ট্রাকচার্ড পৃষ্ঠের প্রতিফলনশীলতা খুব কম, 350-1150 nm বর্ণালী পরিসরে 3-14%। প্রতিফলনশীলতার এই ধরনের হ্রাস শঙ্কু জ্যামিতি দ্বারা অবদান রাখে, যা তাদের মধ্যে আলোর অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন বাড়ায়। তাই আলোর শোষণের সম্ভাবনা বৃদ্ধি পায়। এফ. এস লেজার টেক্সচারাইজেশন দ্বারা অর্জিত শোষণের লাভ একটি ক্ষারীয় রাসায়নিক ইচ পদ্ধতি ব্যবহার করে অর্জিত অর্জনের চেয়ে উচ্চতর ছিল, যা সৌর কোষ উৎপাদনে মোনো-স্ফটিক সিলিকন ওয়েফারের পৃষ্ঠ টেক্সচারিংয়ের জন্য একটি আদর্শ শিল্প পদ্ধতি। এই ধরনের পৃষ্ঠ পরিবর্তন স্থানীয় স্ফটিক অভিমুখীকরণ থেকে স্বাধীন। একটি বহু-স্ফটিক সিলিকন ওয়েফারের পৃষ্ঠ জুড়ে একটি অভিন্ন টেক্সচারিং প্রভাব অর্জন করা যেতে পারে। খুব খাড়া কোণগুলি প্রতিফলনকে শূন্যের কাছাকাছি নামিয়ে দেয় এবং সৌর কোষে ব্যবহার থেকে বিরত রেখে পুনঃসংযোগের সম্ভাবনাও বাড়ায়। যখন একটি সিলিকন ওয়েফারে কপার নাইট্রেট, ফসফরাস অ্যাসিড, হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড এবং জলের মিশ্রণ প্রয়োগ করা হয়, তখন ফসফরাস অ্যাসিড হ্রাস কপার আয়নগুলিকে কপার ন্যানো পার্টিকেলে পরিণত করে। ন্যানো পার্টিকেলগুলি ওয়েফারের পৃষ্ঠ থেকে ইলেকট্রন আকর্ষণ করে, এটিকে জারিত করে এবং হাইড্রোজেন ফ্লোরাইডকে উল্টানো পিরামিড-আকৃতির ন্যানোপোরগুলিকে সিলিকোনে পোড়াতে দেয়। এই প্রক্রিয়াটি 590 এনএম-এর মতো ছোট ছিদ্র তৈরি করে যা 99 শতাংশেরও বেশি আলোর মধ্য দিয়ে যায়। মেটাল-অ্যাসিস্টেড কেমিক্যাল ইচিং (এম. এ. সি. ই) নামে একটি প্রক্রিয়া ব্যবহার করে রাসায়নিক খোদাইয়ের মাধ্যমেও রাসায়নিক খোদাই করা কালো সিলিকন তৈরি করা যেতে পারে। ফাংশন যখন উপাদানটি একটি ছোট বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ দ্বারা পক্ষপাতদুষ্ট হয়, তখন শোষিত ফোটনগুলি কয়েক ডজন ইলেকট্রনকে উত্তেজিত করতে সক্ষম হয়। দৃশ্যমান এবং ইনফ্রারেড বর্ণালী উভয় ক্ষেত্রেই কালো সিলিকন ডিটেক্টরের সংবেদনশীলতা অপরিশোধিত সিলিকন (প্রচলিত সিলিকন)-এর তুলনায় 100-500 গুণ বেশি। জাতীয় পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি গবেষণাগারের একটি দল 18.2% দক্ষতার কালো সিলিকন সৌর কোষের কথা জানিয়েছে। এই কালো সিলিকন অ্যান্টি-রিফ্লেক্টিভ পৃষ্ঠটি রূপার ন্যানো কণা ব্যবহার করে একটি ধাতব-সহায়ক খোদাই প্রক্রিয়া দ্বারা গঠিত হয়েছিল। 2015 সালের মে মাসে, ফিনল্যান্ডের আল্টো বিশ্ববিদ্যালয়ের গবেষকরা ইউনিভার্সিটাট পলিটেকনিকা ডি কাতালুনিয়ার গবেষকদের সাথে কাজ করে ঘোষণা করেছিলেন যে তারা পারমাণবিক স্তর জমা দ্বারা ন্যানোস্ট্রাকচারগুলিতে একটি পাতলা প্যাসিভেটিং ফিল্ম প্রয়োগ করে এবং কোষের পিছনের দিকে সমস্ত ধাতব যোগাযোগকে সংহত করে 22.1% দক্ষতার সাথে কালো সিলিকন সৌর কোষ তৈরি করেছেন। মেলবোর্নের সুইনবার্ন ইউনিভার্সিটি অফ টেকনোলজির এলেনা ইভানোভার নেতৃত্বে একটি দল 2012 সালে আবিষ্কার করে যে সিকাডা উইংস সিউডোমোনাস এরুগিনোসার শক্তিশালী হত্যাকারী ছিল, একটি সুবিধাবাদী জীবাণু যা মানুষকেও সংক্রামিত করে এবং অ্যান্টিবায়োটিকের বিরুদ্ধে প্রতিরোধী হয়ে উঠছে। নিয়মিত ব্যবধানের "ন্যানোপিলার" থেকে প্রভাবটি আসে যার উপর ব্যাকটেরিয়া পৃষ্ঠে বসতি স্থাপনের সাথে সাথে টুকরো টুকরো হয়ে যায়। সিকাডা উইংস এবং কালো সিলিকন উভয়ই একটি পরীক্ষাগারে তাদের গতির মধ্য দিয়ে রাখা হয়েছিল এবং উভয়ই জীবাণুনাশক ছিল। মানুষের স্পর্শে মসৃণ, পৃষ্ঠতলগুলি গ্রাম-নেগেটিভ এবং গ্রাম-পজিটিভ ব্যাকটেরিয়ার পাশাপাশি ব্যাকটেরিয়ার বীজাণুগুলিকে ধ্বংস করে দেয়। তিনটি লক্ষ্যবস্তু ব্যাকটেরিয়া প্রজাতি ছিল পি. এরুগিনোসা, স্ট্যাফিলোকক্কাস অরিয়াস এবং ব্যাসিলাস সাবটিলিস, একটি বিস্তৃত মাটির জীবাণু যা অ্যানথ্রাক্সের একটি চাচাতো ভাই। মৃত্যুর হার ছিল প্রতি বর্গ সেন্টিমিটারে 450,000 ব্যাকটেরিয়া প্রতি মিনিটে এক্সপোজারের প্রথম তিন ঘন্টার মধ্যে বা এস. অরিয়াসে আক্রান্ত একজন ব্যক্তিকে সংক্রামিত করার জন্য প্রয়োজনীয় ন্যূনতম ডোজের 810 গুণ এবং পি. এরুগিনোসার 77,400 গুণ। যাইহোক, এটি পরে প্রমাণিত হয়েছিল যে ইভানোভার দলের কোয়ান্টিফিকেশন প্রোটোকল এই ধরনের অ্যান্টিব্যাকটেরিয়াল পৃষ্ঠের জন্য উপযুক্ত ছিল না। আরও দেখুন সৌর কোষের কোয়ান্টাম দক্ষতা সোলাসিস ইউনিভার্সিটি অফ উইসকনসিন-ম্যাডিসন। 'স্টিলথ' উপাদান ইনফ্রারেড চোখ থেকে গরম বস্তু লুকিয়ে রাখে। সায়েন্স ডেইলি। www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180622174752.htm (23 জুন 2018-এ প্রাপ্ত)। তথ্যসূত্র বাইরের লিঙ্ক সিওনিক্স নিউইয়র্ক টাইমসের নিবন্ধে "ব্ল্যাক সিলিকন" নিয়ে এসেছে (এনওয়াইটি সাবস্ক্রিপশনের প্রয়োজন) সিওনিক্স হোমপেজ ফটোভোলটাইকের জন্য লেজার-নলেজ বেস লেজার পিভি দক্ষতা লেজার, প্লাজমাস এট প্রসেডেস ফটোনিক্স-রিসার্চ-স্ট্রাকচার ডু সিলিসিয়ামঃ অ্যাপ্লিকেশন অউ ফটোভোলটাইক (ফরাসি ভাষায়) সিলিকন সিলিকন, কালো সিলিকন সৌর কোষ ইনফ্রারেড সৌর কোষ পাতলা-ফিল্ম কোষ গঠন করে।