The effect of clustering of Si nanowires produced by the metal-assisted chemical etching method on their anti-reflecting properties

I.I. Скрипник; С.I. Нічкало; Н.O. Штангрет

doi:10.15330/pcss.25.4.903-909

Автор(и)

I.I. Скрипник Національний університет "Львівська політехніка", Львів, Україна
С.I. Нічкало Національний університет "Львівська політехніка", Львів, Україна
Н.O. Штангрет Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.25.4.903-909

Ключові слова:

кремнієві нанодроти, змочувальні властивості, супергідрофобні поверхні, метал-каталітичне хімічне травлення

Анотація

Кремнієві нанодроти цінні своїми унікальними властивостями. Використовуючи метал-каталітичне хімічне травлення, було виготовлено кремнієві нанодроти та досліджено вплив кластеризації, шорсткості та довжини на змочування. Гідрофобність залежить від кластеризації кремнієвих нанодротів, на яку впливає їх довжина. Найбільший контактний кут (~95º) був для нанодротів довжиною 8,5 мкм. Нижче за 8 мкм мінімальне утворення кластерів сприяє змочуванню, тоді як довші нанодроти утворюють більші кластери та гідрофобні поверхні. Для аналізу результатів використано модель Кессі-Бакстера з подальшим переходом до моделі Венцеля. Модифікація морфології поверхні нанодротів може покращити антивідбивні властивості. Метал-каталітичне хімічне травлення дозволяє контролювати довжину та змочуваність кремнієвих нанодротів, що може бути використано при розробці пристроїв на основі кремнію.

Посилання

G. Farid, R. Amade-Rovira, Y. Ma, S. Chaitoglou, R. Ospina, E. Bertran-Serra, Revolutionizing energy storage: Silicon nanowires (SiNWs) crafted through metal-assisted chemical etching, Arabian Journal of Chemistry, 17, 105631 (2024); https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2024.105631.

Y. Linevych, V. Koval, M. Dusheіko, M. Lakyda, Application of silicon nanowires in sensors of temperature, light and humidity, Materials Science in Semiconductor Processing, 184, 108773 (2024); https://doi.org/10.1016/j.mssp.2024.108773.

A.-H. Chiou, H.-Y. Liao, J.-L. Wei, Effects of TiO2 thin films on silicon nanowire arrays in heterojunction solar cells, Surface and Coatings Technology, 476, 130248 (2024); https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.130248.

H.-J. Li, C. Chen, X. Zhang, C. Huang, Z. Chen, T. Wang, D. Wang, L. Xu, J. Fan, Dual-functional silicon nanowire arrays-based photocatalytic fuel cell for solar-to-electricity conversion and self-powered glucose detection, Journal of Power Sources, 603, 234432 (2024); https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2024.234432.

P. Nath, N. Bano, D. Sarkar, Impact of electroplating salt (AgNO3) concentration on the morphological, optical, electrical and thermoelectric properties of silver-assisted electrochemically etched silicon nanowires (SINWs), Current Applied Physics, 55, 53 (2023); https://doi.org/10.1016/j.cap.2023.09.002.

S.P. Muduli, P. Kale, Enhancing Si-nanowire solar cell performance through fabrication and annealing optimization, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 35, 1909 (2024); https://doi.org/10.1007/s10854-024-13663-5.

O. Pylypova, O. Havryliuk, S. Antonin, A. Evtukh, V. Skryshevsky, I. Ivanov, S. Shmahlii, Influence of nanostructure geometry on light trapping in solar cells, Applied Nanoscience, 12, 769 (2022); https://doi.org/10.1007/s13204-021-01699-6.

S.F. Sajadian, M.R. Salehi, S.L. Mortazavifar, M. Shahraki, E. Abiri, Light absorption enhancement of silicon solar cell based on horizontal nanowire arrays, Optical Engineering, 62(3), 035109 (2023); https://doi.org/10.1117/1.OE.62.3.035109.

S. Raman, R.A. Sankar, M. Sindhuja, Advances in silicon nanowire applications in energy generation, storage, sensing, and electronics: A review, Nanotechnology, 34, 182001 (2023); https://doi.org/10.1088/1361-6528/acb320.

S. Nichkalo, A. Druzhinin, A. Evtukh, O. Bratus’, O. Steblova, Silicon nanostructures produced by modified macetch method for antireflective si surface, Nanoscale Research Letters, 12, 106 (2017); https://doi.org/10.1186/s11671-017-1886-2.

H. Hamidinezhad, A. Hayati, VLS synthesis of silicon nanowires array for photovoltaic devices, Silicon, 14, 10257 (2022); https://doi.org/10.1007/s12633-022-01739-y.

S. Naama, T. Hadjersi, A. Larabi, G. Nezzal, Effect of silicon wafer resistivity on morphology and wettability of silicon nanowires arrays, Silicon, 13(3), 893 (2021); https://doi.org/10.1007/s12633-020-00511-4.

R.-C. Wang, C.-Y. Chao, W.-S. Su, Electrochemically controlled fabrication of lightly doped porous Si nanowire arrays with excellent antireflective and self-cleaning properties, Acta Materialia, 60(5), 2097 (2012); https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.01.012.

A. Gao., Y. Wang, T. Li, Silicon nanowire microfluidic biosensor for multiplexed biomolecule detection, Sensors and Materials, 30, 2693 (2018); https://doi.org/10.18494/SAM.2018.2007.

S. Nichkalo, A. Druzhinin, O. Ostapiv, M. Chekaylo, Role of Ag-catalyst morphology and molarity of AgNO3 on the size control of Si nanowires produced by metal-assisted chemical etching, Molecular Crystals and Liquid Crystals, 674(1), 69 (2018); https://doi.org/10.1080/15421406.2019.1578513.

B.S. Kim, S. Shin, S.J. Shin, K.M. Kim, H.H. Cho, Control of superhydrophilicity/superhydrophobicity using silicon nanowires via electroless etching method and fluorine carbon coatings, Langmuir, 27, 10148 (2011); https://doi.org/10.1021/la200940j.