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JCMsuite應用：太陽能電池的抗反射惠更斯超表面模擬

人們構想大量不同的策略來替代隨機紋理，用來改善太陽能電池中的光耦合效率。雖然對納米光子系統的理解不斷深入，但由于缺乏可擴展性，只有少數提出的設計在工業被上接受。在本應用中，一種定制的無序排列的高折射率介質亞微米量級的二氧化鈦(TiO2)圓盤作為標準異質結硅太陽能電池的抗反射惠更斯超表面在試驗中進行開發。無序陣列使用基于膠體自組裝的可伸縮自下而上的技術制造，該技術幾乎不考慮設備的材料或表面形態。我們觀察到，與采用優化的平坦抗反射ITO層的參考電池相比，反射率的寬頻帶降低導致短路電流相對改善5.1%。我們討論了在保持螺旋度的框架下超表面的光學性能，這可以通過調整其尺寸在特定波長下實現對一個孤立圓盤沿對稱軸的照明。 
 

 

本工作中所考慮的太陽能電池結構示意圖。Rdiff和Rspec表示漫反射和鏡面反射部分。該圓盤是在異質結技術(HJT)后發射極太陽能電池上沉積的，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。

 

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

 

通過Born近似計算的圓盤圖案的反射率和單個圓盤的有限元模擬（本文討論的數值模擬是基于有限元方法(FEM)的軟件JCMsuite）。測量圓盤涂層樣品和調整平板的反射率ARC (50 nm厚度的ITO)的圓盤結構。一個標準的平面ARC參考(80 nm厚度的ITO)作為比較。