Результаты демонстрируют потенциал фотонных наноструктур, улучшенных с помощью МО, по сравнению с классическими антибликовыми покрытиями.
Метаповерхность была разработана путем объединения методов прямого и обратного проектирования. (Репрезентативное изображение)
неводка
Ученые добились высокой эффективности кремниевых солнечных элементов с помощью прецизионных поверхностей. Новые конструкции антибликовых покрытий для кремниевых солнечных элементов на основе однослойных кремниевых метаповерхностей приводят к широкополосному подавлению отражения в диапазоне длин волн от 500 до 1200 нм для углов падения до 60 градусов.
Исследователи подчеркнули, что обычные диэлектрические просветляющие покрытия, состоящие из нескольких слоев, могут значительно повысить пропускание солнечного света, но только в узком диапазоне длин волн.
Антибликовые покрытия могут увеличить фотогенерируемый ток
Последние исследования проводились, поскольку почти половина солнечной энергии, которая достигает кремниевого солнечного элемента, теряется из-за отражения на границе раздела кремний-воздух. В то время как антибликовые покрытия могут подавлять отражение и увеличивать фотогенерируемый ток.
Исследование, проведенное Международным обществом оптики и фотоники (SPIE), раскрывает новый тип антибликового покрытия, использующего один сверхтонкий слой поликристаллических кремниевых наноструктур (также известных как метаповерхность).
Сообщается, что метаповерхность, обеспечивающая минимальное отражение при определенных длинах волн и углах, была разработана путем объединения методов прямого и обратного проектирования, усовершенствованных с помощью искусственного интеллекта (ИИ).
Исследование, опубликованное в журнале Advanced Photonics Nexus, показывает, что отражение, усредненное по видимому и ближнему инфракрасному спектрам, находится на рекордно низком уровне — приблизительно 2% и 4,4% для нормального и наклонного падения соответственно.
«Полученные результаты демонстрируют потенциал фотонных наноструктур, улучшенных с помощью машинного обучения, которые могут превзойти классические антибликовые покрытия», — заявили исследователи.
Покрытие эффективно даже при падении солнечных лучей под острым углом.
Они показали, что покрытие работает в видимом и ближнем инфракрасном спектре (от 500 до 1200 нанометров) и эффективно даже при падении солнечного света под крутыми углами. Оно отражает всего 2 процента входящего света под прямыми углами и около 4,4 процента под косыми углами — беспрецедентные результаты для однослойной конструкции.
Этот прорыв показывает, что разумно спроектированный наноструктурный слой может повысить эффективность обычных солнечных панелей. Поскольку он одновременно высокопроизводительный и относительно простой, он может привести к созданию более эффективных солнечных панелей, что потенциально ускорит переход к чистой энергии, говорится в пресс-релизе.
Подход улучшает проектирование метаповерхностей
Исследователи также подчеркнули, что помимо солнечной энергии этот подход также продвигает то, как ученые проектируют метаповерхности для оптики и фотоники. Он открывает дверь к многофункциональным фотонным покрытиям, которые могут принести пользу не только солнечной энергии, но и датчикам и другим оптическим устройствам.
Они подчеркнули, что предлагаемые решения с улучшенными метаповерхностями демонстрируют высокую функциональность с точки зрения снижения отражения с помощью ARC на стекле и других подложках с низким индексом преломления.
Исследование показывает, что прямой дизайн может давать весьма многообещающие результаты при условии правильного выбора геометрических параметров, тогда как при использовании подхода обратного дизайна нет необходимости заранее выбирать тип геометрии и быть достаточно уверенным в том, что решение будет близко к глобальному оптимуму.
«Нам удалось получить как прямо спроектированные перекрестно-круговые структуры, так и свободно спроектированные инверсные структуры с наилучшими зарегистрированными антиотражающими свойствами для однослойных структур», — заявили исследователи в исследовании.
Sourse: interestingengineering.com
