Black silicon
بلیک سلکان ایک سیمی کنڈکٹر مواد ہے، سلکان کی سطح میں ترمیم جس میں بہت کم عکاسی ہوتی ہے اور اسی کے مطابق مرئی (اور اور اورکت) روشنی کا زیادہ جذب ہوتا ہے۔ یہ ترمیم 1980 کی دہائی میں ری ایکٹیو آئن ایچنگ (آر آئی ای) کے ناپسندیدہ ضمنی اثر کے طور پر دریافت کی گئی تھی۔ اسی طرح کی ساخت بنانے کے دیگر طریقوں میں الیکٹرو کیمیکل نقاشی، داغ نقاشی، دھات کی مدد سے کیمیائی نقاشی، اور لیزر ٹریٹمنٹ (جو ہارورڈ یونیورسٹی میں ایرک مزور کی لیبارٹری میں تیار کیا گیا ہے) شامل ہیں۔ بلیک سلکان شمسی فوٹو وولٹک صنعت کے لیے ایک بڑا اثاثہ بن گیا ہے کیونکہ یہ معیاری کرسٹل سلکان شمسی خلیوں کی روشنی کو بجلی میں تبدیل کرنے کی زیادہ کارکردگی کے قابل بناتا ہے، جس سے ان کی لاگت میں نمایاں کمی واقع ہوتی ہے۔ خصوصیات سیاہ سلکان ایک سوئی کی شکل کی سطح کی ساخت ہے جہاں سوئیاں سنگل کرسٹل سلکان سے بنی ہوتی ہیں اور ان کی اونچائی 10 مائیکرو میٹر سے زیادہ اور قطر 1 مائیکرو میٹر سے کم ہوتا ہے۔ اس کی اہم خصوصیت واقعے کی روشنی کے جذب میں اضافہ ہے-سلکان کی اعلی عکاسی، جو عام طور پر نیم معمول کے واقعات کے لیے 20-30% ہوتی ہے، تقریبا 5 فیصد تک کم ہو جاتی ہے۔ یہ سوئیوں کے ذریعہ ایک نام نہاد موثر میڈیم کی تشکیل کی وجہ سے ہے۔ اس میڈیم کے اندر، کوئی تیز انٹرفیس نہیں ہے، لیکن ریفریکٹیو انڈیکس کی مسلسل تبدیلی ہے جو فریسنل عکاسی کو کم کرتی ہے۔ جب درجہ بند پرت کی گہرائی سلکان میں روشنی کی طول موج کے تقریبا برابر ہوتی ہے (خلا میں طول موج کا تقریبا ایک چوتھائی) تو عکاسی 5 فیصد تک کم ہو جاتی ہے۔ گہرے درجے بھی سیاہ سلکان پیدا کرتے ہیں۔ کم عکاسی کے لیے، اشاریہ درجہ بند پرت پیدا کرنے والی نینو اسکیل خصوصیات بکھرنے سے بچنے کے لیے واقع روشنی کی طول موج سے چھوٹی ہونی چاہئیں۔ ایپلی کیشنز غیر معمولی نظری خصوصیات، سلکان کی سیمی کنڈکٹنگ خصوصیات کے ساتھ مل کر اس مواد کو سینسر ایپلی کیشنز کے لیے دلچسپ بناتی ہیں۔ ممکنہ ایپلی کیشنز میں شامل ہیں: جذب میں اضافے کے ذریعے اعلی کارکردگی کے ساتھ تھرمل امیجنگ کیمروں کے فوٹو ڈیٹیکٹر کے ساتھ بڑھتی ہوئی حساسیت کے ساتھ امیج سینسر۔ مکینیکل رابطے اور انٹرفیس ٹیرا ہرٹز ایپلی کیشنز۔ شمسی خلیات اینٹی بیکٹیریل سطحیں جو جسمانی طور پر بیکٹیریا کی سیلولر جھلیوں کو توڑ کر کام کرتی ہیں۔ سطح پر بہتر رمن سپیکٹروسکوپی امونیا گیس سینسرز پروڈکشن ری ایکٹیو آئن ایچنگ سیمی کنڈکٹر ٹیکنالوجی میں، ری ایکٹیو آئن ایچنگ (آر آئی ای) کئی سو مائیکرو میٹر تک کی گہرائی اور بہت زیادہ پہلو تناسب کے ساتھ خندقوں اور سوراخوں کو تیار کرنے کے لیے ایک معیاری طریقہ کار ہے۔ Bosch عمل RIE میں، یہ ایک ایچنگ اور پاسیوشن کے درمیان بار بار تبدیل کر کے حاصل کیا جاتا ہے۔ کریوجینک آر آئی ای کے ساتھ، کم درجہ حرارت اور آکسیجن گیس تشکیل دے کر اس سائیڈ وال پاسیویشن کو حاصل کرتی ہے، جسے دشاتمک آئنوں کے ذریعے نیچے سے آسانی سے ہٹا دیا جاتا ہے۔ دونوں RIE طریقے سیاہ سلکان پیدا کر سکتے ہیں، لیکن نتیجے میں ساخت کی مورفولوجی کافی حد تک مختلف ہے۔ بوش کے عمل کی نقاشی اور غیر فعال ہونے کے درمیان تبدیلی بے ترتیب سائیڈ والز بناتی ہے، جو اس طرح بنے سیاہ سلکان پر بھی نظر آتی ہیں۔ نقاشی کے دوران، تاہم، چھوٹے ملبے سبسٹریٹ پر باقی رہتے ہیں۔ وہ آئن بیم کو نقاب کرتے ہیں اور ایسے ڈھانچے تیار کرتے ہیں جو ہٹائے نہیں جاتے ہیں اور مندرجہ ذیل نقاشی اور غیر فعال اقدامات کے نتیجے میں سلکان کے لمبے ستون بنتے ہیں۔ اس عمل کو اس طرح ترتیب دیا جا سکتا ہے کہ ایک مربع ملی میٹر کے رقبے پر دس لاکھ سوئیاں بن جائیں۔ مزور کا طریقہ 1999 میں ایرک مزور کی قیادت میں ہارورڈ یونیورسٹی کے ایک گروپ نے ایک ایسا عمل تیار کیا جس میں بلیک سلکان کو فیمٹو سیکنڈ لیزر دالوں کے ساتھ سلکان کی تابکاری کے ذریعے تیار کیا گیا۔ سلفر ہیکسافلوورائڈ اور دیگر ڈوپینٹس پر مشتمل گیس کی موجودگی میں تابکاری کے بعد، سلکان کی سطح مائکرو میٹر سائز کے شنک کی خود منظم خوردبین ساخت تیار کرتی ہے۔ نتیجے میں بننے والے مواد میں بہت سی قابل ذکر خصوصیات ہیں، جیسے کہ جذب جو سلکان کے بینڈ کے فرق سے نیچے اورکت رینج تک پھیلا ہوا ہے، بشمول طول موج جس کے لیے عام سلکان شفاف ہے۔ سلفر کے ایٹموں کو سلکان کی سطح پر مجبور کیا جاتا ہے، جس سے کم بینڈ کے فرق کے ساتھ ایک ڈھانچہ بنتا ہے اور اس وجہ سے طویل طول موج کو جذب کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے۔ اسی طرح کی سطح کی ترمیم ویکیوم میں اسی قسم کے لیزر اور لیزر پروسیسنگ کے حالات کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کی جا سکتی ہے۔ اس صورت میں، انفرادی سلکان شنک میں تیز ٹپس کی کمی ہوتی ہے (تصویر دیکھیں)۔ اس طرح کی مائیکرو اسٹرکچرڈ سطح کی عکاسی بہت کم ہوتی ہے، 3-14% سپیکٹرم رینج 350-1150 nm میں۔ عکاسی میں اس طرح کی کمی شنک جیومیٹری سے ہوتی ہے، جو ان کے درمیان روشنی کے اندرونی عکاسی کو بڑھاتا ہے۔ اس لیے روشنی کے جذب ہونے کا امکان بڑھ جاتا ہے۔ ایف ایس لیزر ٹیکسٹورائزیشن کے ذریعے جذب میں حاصل ہونے والا فائدہ الکلائن کیمیائی ایچ طریقہ استعمال کرکے حاصل ہونے والے سے بہتر تھا، جو شمسی سیل مینوفیکچرنگ میں مونو کرسٹل لائن سلکان ویفرز کی سطح کی بناوٹ کے لیے ایک معیاری صنعتی نقطہ نظر ہے۔ اس طرح کی سطح کی ترمیم مقامی کرسٹل لائنشن سے آزاد ہے۔ ملٹی کرسٹل لائن سلکان ویفر کی سطح پر یکساں بناوٹ کا اثر حاصل کیا جا سکتا ہے۔ بہت کھڑے زاویے عکاسی کو صفر کے قریب کر دیتے ہیں اور اسے شمسی خلیوں میں استعمال ہونے سے روکتے ہوئے دوبارہ ملاپ کے امکان کو بھی بڑھا دیتے ہیں۔ نینوپورس جب تانبے کے نائٹریٹ، فاسفورس ایسڈ، ہائیڈروجن فلورائڈ اور پانی کا مرکب سلکان ویفر پر لگایا جاتا ہے، تو فاسفورس ایسڈ کی کمی تانبے کے آئنوں کو تانبے کے نینو پارٹیکلز میں کم کر دیتی ہے۔ نینو پارٹیکلز ویفر کی سطح سے الیکٹرانوں کو اپنی طرف متوجہ کرتے ہیں، اسے آکسائڈائز کرتے ہیں اور ہائیڈروجن فلورائڈ کو الٹے اہرام کی شکل کے نینوپورس کو سلکان میں جلانے کی اجازت دیتے ہیں۔ اس عمل سے 590 این ایم تک کے چھوٹے سوراخ پیدا ہوئے جو 99 فیصد سے زیادہ روشنی سے گزرتے ہیں۔ کیمیائی نقاشی سیاہ سلکان کو میٹل اسسٹڈ کیمیائی نقاشی (MACE) نامی عمل کا استعمال کرتے ہوئے کیمیائی نقاشی کے ذریعے بھی تیار کیا جا سکتا ہے۔ فنکشن جب مواد ایک چھوٹے برقی وولٹیج کے ذریعہ متعصبانہ ہوتا ہے، تو جذب شدہ فوٹون درجنوں الیکٹرانوں کو متحرک کرنے کے قابل ہوتے ہیں۔ سیاہ سلکان ڈٹیکٹر کی حساسیت غیر علاج شدہ سلکان (روایتی سلکان) سے 100-500 گنا زیادہ ہے، مرئی اور اور اورکت دونوں سپیکٹرم میں۔ قومی قابل تجدید توانائی لیبارٹری کے ایک گروپ نے سیاہ سلکان شمسی خلیوں کو 18.2% کارکردگی کے ساتھ رپورٹ کیا۔ یہ سیاہ سلکان مخالف عکاس سطح چاندی کے نینو ذرات کا استعمال کرتے ہوئے دھات کی مدد سے نقاشی کے عمل سے بنی تھی۔ مئی 2015 میں، فن لینڈ کی آلٹو یونیورسٹی کے محققین، جنہوں نے یونیورسٹی پولیٹیکنیکا ڈی کاتالونیا کے محققین کے ساتھ کام کرتے ہوئے اعلان کیا کہ انہوں نے جوہری پرت کے ذخیرے کے ذریعے نینو اسٹرکچرز پر ایک پتلی غیر فعال فلم لگا کر، اور خلیے کے پچھلے حصے میں تمام دھات کے رابطوں کو مربوط کرکے 22.1% کارکردگی کے ساتھ سیاہ سلکان شمسی خلیات بنائے ہیں۔ میلبورن میں سوائنبرن یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی میں ایلینا ایوانووا کی سربراہی میں ایک ٹیم نے 2012 میں دریافت کیا کہ سیکاڈا کے پنکھ سیوڈوموناس ایروگینوسا کے طاقتور قاتل تھے، جو ایک موقع پرست جراثیم ہے جو انسانوں کو بھی متاثر کرتا ہے اور اینٹی بائیوٹکس کے خلاف مزاحم بنتا جا رہا ہے۔ یہ اثر باقاعدگی سے فاصلے والے "نینوپلرز" سے ہوا جس پر بیکٹیریا کو ٹکڑوں میں کاٹ کر سطح پر آباد کیا گیا۔ سیکاڈا کے پروں اور سیاہ سلکان دونوں کو ایک لیب میں ان کی رفتار کے ذریعے رکھا گیا تھا، اور دونوں جراثیم کش تھے۔ انسانی رابطے کے لیے ہموار، سطحوں نے گرام منفی اور گرام مثبت بیکٹیریا کے ساتھ ساتھ بیکٹیریل سپورس کو بھی تباہ کر دیا۔ تین ہدف شدہ بیکٹیریل پرجاتیوں میں پی۔ ایروگینوسا، سٹیفیلوکوکس اوریئس اور بیسیلس سبٹیلس تھے، جو ایک وسیع پیمانے پر مٹی کا جراثیم ہے جو اینتھراکس کا کزن ہے۔ نمائش کے پہلے تین گھنٹوں کے دوران ہلاکت کی شرح 450,000 بیکٹیریا فی مربع سینٹی میٹر فی منٹ تھی یا ایس اوریئس سے کسی شخص کو متاثر کرنے کے لیے درکار کم از کم خوراک سے 810 گنا، اور پی ایروگینوسا سے 77,400 گنا زیادہ تھی۔ تاہم، بعد میں یہ ثابت ہوا کہ ایوانووا کی ٹیم کا مقداری پروٹوکول اس قسم کی جراثیم کش سطحوں کے لیے موزوں نہیں تھا۔ شمسی سیل سولاسس یونیورسٹی آف وسکونسن-میڈیسن کی کوانٹم کارکردگی بھی دیکھیں۔ "" چپکے "مواد اورکت آنکھوں سے گرم اشیاء کو چھپاتا ہے۔" سائنس ڈیلی۔ www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180622174752.htm (رسائی 23 جون 2018)۔ حوالہ جات بیرونی روابط سیوینیکس "بلیک سلیکن" کو روشنی میں نیو یارک ٹائمز کے مضمون میں لاتا ہے (این وائی ٹی سبسکرپشن کی ضرورت ہے) سیوینیکس ہوم پیج لیزرز فوٹو وولٹیکس کے لیے-نالج بیس لیزرز پی وی ایفیشنسی لیزرز کو بہتر بناتے ہیں، پلازما اور پروسیڈس فوٹوونیکس-ریچرچ-اسٹرکچوریشن ڈو سلیشیم: ایپلی کیشن آو فوٹو وولٹیک (فرانسیسی میں) سلیکن سلیکن، سیاہ سلیکن شمسی خلیات اور انفراریڈ شمسی خلیات پتلی فلم خلیات کی تشکیل کرتا ہے۔