Наноструктурированный задний отражатель с управляемым ближним/дальним рассеянием света для улучшенного удержания света в кремниевых многопереходных солнечных элементах

Многопереходные солнечные элементы позволяют преодолеть пределы эффективности стандартных кремниевых солнечных элементов за счёт более эффективного использования более широкой части солнечного спектра. Однако архитектуры на основе Si страдают от неполного поглощения в ближней инфракрасной (near-IR) области спектра, поскольку Si-подэлементы имеют слабое поглощение вблизи запрещённой зоны. В работе предлагается интегрированная схема удержания света, объединяющая эффекты ближнего и дальнего поля, для повышения эффективности кремниевых многопереходных солнечных элементов в ближней ИК-области. Для этого разработан наноструктурированный дифракционный серебряный задний отражатель с матрицей рассеяния, оптимизирующей удержание многократно рассеянного света в диапазоне дифракционных углов. Путём инженерии деструктивного интерференционного эффекта в структурах заднего контакта мы минимизируем отражение в нулевом порядке и паразитное плазмонное поглощение в серебре. Численное и экспериментальное оценивание оптимального дизайна на производительности однослойных Si TOPCon солнечных элементов показывает улучшение внешней квантовой эффективности (EQE) по сравнению с плоским задним отражателем (+1.52 mA/cm2). Наноструктурированные метагратионные задние отражатели изготовлены на двухконтактных трёхпереходных солнечных элементах GaInP/GaInAsP//Si методом Substrate Conformal Imprint Lithography (SCIL) и оптически и электрически охарактеризованы, демонстрируя прирост коэффициента полезного действия на +0.9%abs по сравнению с плоским эталоном. В целом, работа демонстрирует потенциал нанофотонного удержания света для повышения эффективности кремниевых многопереходных солнечных элементов и прокладывает путь к более эффективным и устойчивым солнечным энергетическим технологиям.