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Publicação
Laser-Crafted Microstructures for Scalable Light Management in Photovoltaics
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.31 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Currently, the construction sector is responsible for around 39 % of global CO2 emissions. One of the
prominent mitigation strategies is building-integrated photovoltaics (BIPV), which replace architectural
elements with electricity-generating surfaces. However, due to the low thickness of these cells, wave-
lengths such as near-infrared (NIR) are not absorbed in the active layer, limiting the device's efficiency.
One solution is to implement photonic structures in the cell layers, which help reduce reflection and
increase the optical path of photons. With this in mind, we propose the fabrication of ITO linear grating
structures, due to their simplicity and good optical performance.
To obtain ITO gratings with a 5 μm pitch using direct laser writing (DLW), it is first important
to fabricate photoresist (PR) gratings with vertical side walls and flat ridges. To this end, parameters
such as soft bake (SB) and post exposure bake (PEB) times, development times, and developer-to-water
ratio were optimized.
Through optical analysis, using the transmittance and reflectance spectrum, it was noted that,
compared to an ITO film of the same thickness, the Haze factor confirmed an increase of 6 % at 330 nm
in planar ITO, to 58 % at 440 nm in ITO gratings. As for reflection, a decrease was also noted across
almost the entire spectrum. In terms of electrical properties, planar ITO has a sheet resistance of 69
Ω/sq, while ITO grids have 362 Ω/sq for longitudinal orientation and 181 Ω/sq for transverse orientation.
Although the electrical properties of the gratings did not reach the values observed in planar ITO, there
was a significant improvement in light scattering efficiency compared to the planar film. Thus, this study
constitutes an initial step toward improving and reducing the geometry of the gratings to improve the
optical and electrical performance of a solar cell.
Atualmente, o setor de construção civil é responsável por certa de 39 % das emissões mundiais de CO2. Uma das estratégias de mitigação em destaque são os fotovoltaicos integrados em edifícios (BIPV) que substituem elementos arquitetónicos em superfícies geradoras de eletricidade. Contudo, devido à baixa espessura destas células, comprimentos de onda como os infravermelhos próximos (NIR), não são ab- sorvidos na camada ativa, limitando a eficiência do dispositivo. Uma estratégia de resolução é a imple- mentação de estruturas fotónicas nas camadas da célula, que contribuem para a redução da reflexão e o aumento do caminho ótico dos fotões. Com isto em mente, propomos a fabricação de estruturas de grades lineares de ITO, devido à sua simplicidade e boa performance ótica. Para obter grades de ITO com um pitch de 5 μm usando direct laser writting (DLW), primeira- mente é importante fabricar grades de fotoresiste (PR) com paredes laterais verticais e topos planos. Para tal, parâmetros como o tempo de soft bake (SB) e post exposure bake (PEB), tempos de revelação e rácio de revelador e água foram otimizados. Através de análises óticas, pelo espetro de transmitância e refletância, notou-se que, comparado com um filme de ITO com a mesma espessura, pelo fator Haze, confirmou-se o aumento de 6 % nos 330 nm no ITO planar, para 58 % nos 440 nm nas grades de ITO. Quanto à reflexão também foi notado uma diminuição em quase todo o espetro. Quanto às propriedades elétricas, o ITO planar apresenta uma resistência folha de 69 Ω/sq e nas grades de ITO 362 Ω/sq para orientação longitudinal e 181 Ω/sq para transversal. Apesar das propriedades elétricas das grades não alcançarem os valores observados no ITO planar, verificou-se uma melhoria significativa na eficiência do espalhamento da luz em relação ao filme planar. Assim, este estudo constitui um passo inicial para o aprimoramento e redução da geometria das grades de modo a melhorar o desempenho ótico e elétrico de uma célula solar
Atualmente, o setor de construção civil é responsável por certa de 39 % das emissões mundiais de CO2. Uma das estratégias de mitigação em destaque são os fotovoltaicos integrados em edifícios (BIPV) que substituem elementos arquitetónicos em superfícies geradoras de eletricidade. Contudo, devido à baixa espessura destas células, comprimentos de onda como os infravermelhos próximos (NIR), não são ab- sorvidos na camada ativa, limitando a eficiência do dispositivo. Uma estratégia de resolução é a imple- mentação de estruturas fotónicas nas camadas da célula, que contribuem para a redução da reflexão e o aumento do caminho ótico dos fotões. Com isto em mente, propomos a fabricação de estruturas de grades lineares de ITO, devido à sua simplicidade e boa performance ótica. Para obter grades de ITO com um pitch de 5 μm usando direct laser writting (DLW), primeira- mente é importante fabricar grades de fotoresiste (PR) com paredes laterais verticais e topos planos. Para tal, parâmetros como o tempo de soft bake (SB) e post exposure bake (PEB), tempos de revelação e rácio de revelador e água foram otimizados. Através de análises óticas, pelo espetro de transmitância e refletância, notou-se que, comparado com um filme de ITO com a mesma espessura, pelo fator Haze, confirmou-se o aumento de 6 % nos 330 nm no ITO planar, para 58 % nos 440 nm nas grades de ITO. Quanto à reflexão também foi notado uma diminuição em quase todo o espetro. Quanto às propriedades elétricas, o ITO planar apresenta uma resistência folha de 69 Ω/sq e nas grades de ITO 362 Ω/sq para orientação longitudinal e 181 Ω/sq para transversal. Apesar das propriedades elétricas das grades não alcançarem os valores observados no ITO planar, verificou-se uma melhoria significativa na eficiência do espalhamento da luz em relação ao filme planar. Assim, este estudo constitui um passo inicial para o aprimoramento e redução da geometria das grades de modo a melhorar o desempenho ótico e elétrico de uma célula solar
Descrição
Palavras-chave
Building integrated photovoltaic Light Scattering Linear Gratings Direct Laser Writting