JCMsuite应用：太阳能电池的抗反射惠更斯超表面模拟

人们构想大量不同的策略来替代随机纹理，用来改善太阳能电池中的光耦合效率。虽然对纳米光子系统的理解不断深入，但由于缺乏可扩展性，只有少数提出的设计在工业被上接受。在本应用中，一种定制的无序排列的高折射率介质亚微米量级的二氧化钛(TiO2)圆盘作为标准异质结硅太阳能电池的抗反射惠更斯超表面在试验中进行开发。无序阵列使用基于胶体自组装的可伸缩自下而上的技术制造，该技术几乎不考虑设备的材料或表面形态。我们观察到，与采用优化的平坦抗反射ITO层的参考电池相比，反射率的宽频带降低导致短路电流相对改善5.1%。我们讨论了在保持螺旋度的框架下超表面的光学性能，这可以通过调整其尺寸在特定波长下实现对一个孤立圆盘沿对称轴的照明。
 

本工作中所考虑的太阳能电池结构示意图。Rdiff和Rspec表示漫反射和镜面反射部分。该圆盘是在异质结技术(HJT)后发射极太阳能电池上沉积的，其表面是用非晶硅(aSi)固有层和n+掺杂层钝化的未抛光的平面硅片ITO薄膜既是减反射涂层(ARC)，也是正面触点。

(左图，中间图)不同放大倍数的太阳能电池顶部圆盘的电子显微图。左边的图突出了单个圆盘的特性，而中间的SEM图突出了样本的一致性。(右图)39 × 39 mm涂层太阳能电池的照片。
 

通过Born近似计算的圆盘图案的反射率和单个圆盘的有限元模拟（本文讨论的数值模拟是基于有限元方法(FEM)的软件JCMsuite）。测量圆盘涂层样品和调整平板的反射率ARC (50 nm厚度的ITO)的圆盘结构。一个标准的平面ARC参考(80 nm厚度的ITO)作为比较。