Моделирование просветляющего покрытия TiO2/SiO2 для применения в кремниевой фотоэлектрике методом трассировки лучей

В солнечных энергетических системах просветляющие покрытия используют для уменьшения отражения и повышения эффективности. Однако одной обработки передней поверхности солнечных элементов недостаточно, поскольку большая часть солнечного света отражается, вследствие чего поглощение энергии солнечными элементами остается очень низким. Просветляющее покрытие (ARC) достаточной толщины может значительно снизить коэффициент отражения передней поверхности. Наноструктурирование поверхности, с другой стороны, позволяет эффективно захватывать большую долю падающего света и повышать оптическое поглощение. В данном исследовании для повышения общей эффективности кремниевых солнечных элементов использовалась схема светозахвата в диапазоне длин волн от 300 до 1200 нм. Тонкие слои TiO2 и SiO2 различной толщины послойно чередовались для формирования просветляющего покрытия благодаря различию их показателей преломления: TiO2 имеет высокий показатель преломления, тогда как SiO2 — низкий. В работе использовался спектр солнечного облучения AM1.5G при нормальном падении. В рамках моделирования методом трассировки лучей исследовались плоские передние поверхности с многослойными просветляющими покрытиями различной толщины для определения оптимальных оптических характеристик и плотности тока. Были оценены все четыре варианта расположения слоев SiO2 и TiO2, а также рассчитана максимальная потенциальная плотность фототока (Jmax). Значение Jmax для тонкого монокристаллического кремния c-Si без просветляющего покрытия составляло 24.93 мА/см2 и увеличивалось до 30.28 мА/см2 при нанесении покрытия на переднюю поверхность. Это соответствует повышению на 21.46% по сравнению со значением Jmax для исходного образца c-Si.