view in publisher's site

Resonant Metagratings for Spectral and Angular Control of Light for Colored Rooftop Photovoltaics

High Resolution ImageDownload MS PowerPoint SlideWe designed semitransparent metagrating supercells that enable control over the spectrum and directivity of incident light for applications in photovoltaics with tailored angular appearance. The building block of the supercells is a 100–120 nm wide and 175 nm tall silicon nanowire that shows a strong Mie resonance around λ = 650 nm. By arranging the resonant Mie scatterers into metagratings of increasing pitch (675–1300 nm), we created a Lambertian-like scattering distribution over an angular range of choice. The millimeter-sized metasurfaces were fabricated using electron beam lithography and reactive ion etching. The fabricated metasurface nearly fully suppresses specular reflection on resonance while 10% of the incoming light around the resonance is scattered into the angular range between 30° and 75°, creating a bright red appearance over this specific range of angles. Off-resonant light in the blue, green, and near-infrared is efficiently transmitted through the metasurface and absorbed in the underlying photovoltaic cell. The implemented silicon heterojunction solar cells with integrated metagrating supercells shows a reduction in external quantum efficiency matching the resonant scattering spectral range. The short circuit current is reduced by 13% due to the combined effects of resonant scattering, reflection from the high-index substrate, and absorption in the Si nanowires. In addition to efficient colorful photovoltaics with tailored angular appearance, the metagrating concept can find application in many other light management designs for photovoltaics and other optoelectronic devices.

متساوی‌های رزونانسی برای کنترل طیفی و زاویه‌ای نور برای فوتوولتاییک های روشن رنگی

ما ابر ساختارهای نیمه شفاف را طراحی کردیم که امکان کنترل طیف و جهت نور اتفاقی را برای کاربردهایی در فتوولتاییک با ظاهر زاویه‌ای مناسب فراهم می‌آورد. قطعه ساختمان سوپرپرسولها یک نانوسیم سیلیکون با پهنای ۱۰۰ تا ۱۲۰ نانومتر و ارتفاع ۱۷۵ نانومتر است که یک رزونانس میایی قوی را در اطراف ۱۱۰ = ۶۵۰ نانومتر نشان می‌دهد. با مرتب کردن پراکنش کننده‌های Mie تشدید شده در متاگراتینگ های افزایش گام (۶۷۵ - ۱۳۰۰ nm)، ما یک توزیع پراکندگی شبه لامبریتی را در محدوده زاویه‌ای انتخابی ایجاد کردیم. سطوح متاسوماتیسم با اندازه mm با استفاده از لیتوگرافی باریکه الکترونی و حک یون راکتیو ساخته شدند. صورت متاسوماتیسم ساخته‌شده تقریبا به طور کامل بازتاب نقطه‌ای در رزونانس را مهار می‌کند در حالی که ۱۰ % نور ورودی در اطراف رزونانس در محدوده زاویه‌ای بین ۳۰ تا ۷۵ درجه پراکنده شده‌است، و یک ظاهر قرمز روشن در این محدوده خاص از زوایا ایجاد می‌کند. نور تشدید نشده در آبی، سبز و نزدیک مادون‌قرمز به طور موثر از طریق متاسوماتیسم منتقل می‌شود و در سلول فوتوولتاییک زیرین جذب می‌شود. سلول‌های خورشیدی هتروجانکشن سیلیکون بکار رفته با ابر لایه‌های متساوی‌الساقین یکپارچه، کاهش در بازده کوانتومی خارجی منطبق بر دامنه پراکندگی طیفی تشدید را نشان می‌دهد. جریان اتصال کوتاه به دلیل اثرات ترکیبی پراکندگی تشدیدی، بازتاب از زیرلایه با شاخص بالا و جذب در نانوسیم های Si، تا ۱۳ % کاهش می‌یابد. علاوه بر فتوولتاییک های رنگی کارآمد با ظاهر زاویه‌ای مناسب، مفهوم متکشاورزی می‌تواند در بسیاری از طراحی‌های دیگر مدیریت نور برای فتوولتاییک ها و دیگر دستگاه‌های اپتوالکترونیک کاربردی پیدا کند.
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.