Том 38, номер 11, статья № 4

Аннотация:

Основной проблемой в солнечной энергетике является снижение оптических потерь при отражении света от поверхности фотоэлектрических элементов. В настоящей работе представлены результаты численных исследований антиотражающих свойств наноструктурированных покрытий из диоксида кремния (SiO₂), нанесенных на поверхность солнечного элемента. Рассмотрены два типа пористых антиотражающих покрытий: из многослойной сборки наносфер и вертикальных воздушных нанопор, внедренных в сплошной слой диоксида кремния. Проведена оценка эффективности пропускания света в зависимости от толщины и типа антиотражающего покрытия. Установлено, что эффективность преобразования солнечной энергии в электричество может существенно различаться в разных спектральных диапазонах для одного и того же типа антиотражающего покрытия. Показано, что покрытие из вертикальных нанопор в большинстве случаев обеспечивает более эффективное преобразование падающего светового излучения, чем пористый слой, образованным упорядоченной микросборкой наносфер. Полученные результаты имеют важное значение для разработки более эффективных солнечных элементов и могут быть использованы при создании антиотражающих покрытий для повышения общей производительности фотоэлектрических устройств.

Ключевые слова:

солнечные элементы, наноструктурированные покрытия, оптические потери, численное моделирование

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Citek K. Anti-reflective coatings reflect ultraviolet radiation // Optometry. 2008. V. 79. P. 143–148. DOI: 10.1016/j.optm.2007.08.019.
2. Bailey S., Raffaelle R. Operation of solar cells in a space environment // Handbook of Photovoltaics / A. McEvoy, Т. Markvart, L. Castañer (eds.). Boston: Academic Press, 2017. P. 987–1003. DOI: 10.1016/B978-0-12-809921-6.00027-6.
3. Shanmugam N., Pugazhendhi R., Elavarasan R.M., Kasiviswanathan P., Das N. Anti-reflective coating materials: A holistic review from PV perspective // Energies. 2020. V. 13, N 10. P. 2631. DOI: 10.3390/en13102631.
4. Ji C., Liu W., Bao Y., Chen X., Yang G., Wei B., Yang F., Wang X. Recent applications of antireflection coatings in solar cells // Photonics. 2022. V. 9, N 12. P. 906. DOI: 10.3390/photonics9120906.
5. Luo Q., Deng X., Zhang C., Yu M., Zhou X., Wang Z., Chen X., Huang S. Enhancing photovoltaic performance of perovskite solar cells with silica nanosphere antireflection coatings // Solar Energy. 2018. V. 169. P. 128–135. DOI: 10.1016/j.solener.2018.04.044.
6. Su D., Lv L., Yang Y., Zhou H.-L., Iqbal S., Zhang T. Simple self-assembly strategy of nanospheres on 3D substrate and its application for enhanced textured silicon solar cell // Nanomaterials. 2021. V. 11, N 10. P. 2581. DOI: 10.3390/nano11102581.
7. Prevo B.G., Hwang Y., Velev O.D. Convective assembly of antireflective silica coatings with controlled thickness and refractive index // Chem. Mater. 2005. V. 17. P. 3642–3651. DOI: 10.1021/cm050416h.
8. Krogman K.C., Druffel T., Sunkara M.K. Anti-reflective optical coatings incorporating nanoparticles // Nanotechnology. 2005. V. 16, N 7. P. S338–S343. DOI: 10.1088/0957-4484/16/7/005.
9. Geints Y.E., Panina E.K. Boosting light absorption of a therapeutic microcapsule by means of auxiliary solid nanoparticles // Opt. Commun. 2023. V. 537. P. 129444. DOI: 10.1016/j.optcom.2023.129444.
10. Tamar Y., Tzabari M., Haspel C., Sasson Y. Estimation of the porosity and refractive index of sol–gel silica films using high resolution electron microscopy // Solar Energy Mater. Solar Cells. 2014. V. 30. P. 246–256. DOI: 10.1016/j.solmat.2014.07.020.
11. Katagiri K., Yamazaki S.-I., Inumaru K., Koumoto K. Anti-reflective coatings prepared via layer-by-layer assembly of mesoporous silica nanoparticles and polyelectrolytes // Polym. J. 2015. V. 47. P. 190–194. DOI: 10.1038/pj.2014.104.
12. Zhou Q., McIntosh D.C., Chen Y., Sun W., Li Z., Campbell J.C. Nanosphere natural lithography surface texturing as anti-reflective layer on SiC photodiodes // Opt. Express. 2011. V. 19. P. 23664–23670. DOI: 10.1364/OE.19.023664.
13. Niklasson G.A., Granqvist C.G., Hunderi O. Effective medium models for the optical properties of inhomogeneous materials // Appl. Opt. 1981. V. 20. P. 26–30. DOI: 10.1364/AO.20.000026.