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JCMsuite應(yīng)用：太陽(yáng)能電池的抗反射惠更斯超表面模擬

人們構(gòu)想大量不同的策略來(lái)替代隨機(jī)紋理，用來(lái)改善太陽(yáng)能電池中的光耦合效率。雖然對(duì)納米光子系統(tǒng)的理解不斷深入，但由于缺乏可擴(kuò)展性，只有少數(shù)提出的設(shè)計(jì)在工業(yè)被上接受。在本應(yīng)用中，一種定制的無(wú)序排列的高折射率介質(zhì)亞微米量級(jí)的二氧化鈦(TiO2)圓盤作為標(biāo)準(zhǔn)異質(zhì)結(jié)硅太陽(yáng)能電池的抗反射惠更斯超表面在試驗(yàn)中進(jìn)行開發(fā)。無(wú)序陣列使用基于膠體自組裝的可伸縮自下而上的技術(shù)制造，該技術(shù)幾乎不考慮設(shè)備的材料或表面形態(tài)。我們觀察到，與采用優(yōu)化的平坦抗反射ITO層的參考電池相比，反射率的寬頻帶降低導(dǎo)致短路電流相對(duì)改善5.1%。我們討論了在保持螺旋度的框架下超表面的光學(xué)性能，這可以通過(guò)調(diào)整其尺寸在特定波長(zhǎng)下實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)孤立圓盤沿對(duì)稱軸的照明。 
 

 

本工作中所考慮的太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)示意圖。Rdiff和Rspec表示漫反射和鏡面反射部分。該圓盤是在異質(zhì)結(jié)技術(shù)(HJT)后發(fā)射極太陽(yáng)能電池上沉積的，其表面是用非晶硅(aSi)固有層和n+摻雜層鈍化的未拋光的平面硅片ITO薄膜既是減反射涂層(ARC)，也是正面觸點(diǎn)。

 

(左圖，中間圖)不同放大倍數(shù)的太陽(yáng)能電池頂部圓盤的電子顯微圖。左邊的圖突出了單個(gè)圓盤的特性，而中間的SEM圖突出了樣本的一致性。(右圖)39 × 39 mm涂層太陽(yáng)能電池的照片。
 

 

通過(guò)Born近似計(jì)算的圓盤圖案的反射率和單個(gè)圓盤的有限元模擬（本文討論的數(shù)值模擬是基于有限元方法(FEM)的軟件JCMsuite）。測(cè)量圓盤涂層樣品和調(diào)整平板的反射率ARC (50 nm厚度的ITO)的圓盤結(jié)構(gòu)。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的平面ARC參考(80 nm厚度的ITO)作為比較。