Photonisches Design und elektrische Bewertung von Doppelfunktionssolarzellen für Energieumwandlungs- und Anzeigeanwendungen

Hintergrund

Im Zuge der globalen Energiekrise und der weitreichenden Urbanisierung wurden erhebliche Anstrengungen im Bereich der gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV) unternommen. Besondere Aufmerksamkeit wurde den Gebäuden der nächsten Generation (Nullenergie) gewidmet, deren Stromverbrauch der Erzeugung entspricht [1,2,3,4,5]. Leider zeigen die herkömmlichen photovoltaischen Geräte matte oder schwarze Farben und daher kann das auf solchen Solarzellen (SCs) basierende BIPV den Anforderungen des ästhetischen Sinns nicht gerecht werden [6]. In letzter Zeit ziehen die farbgesteuerten SCs mit den Vorteilen der Anzeige verschiedener Farben und lebendiger Muster (neben ihren Stromerzeugungsfunktionen) aufgrund ihrer enormen Marktaussichten zunehmendes Interesse auf sich [7, 8].

Einerseits können verschiedene photonische Ansätze verwendet werden, um die optischen Reaktionen der SCs zu steuern, um bestimmte Farben anzuzeigen, einschließlich (1) die Verwendung eines Fabry-Perot (FP)-Filters auf den SCs, um die Farbe und Reinheit durch Maßschneidern der FP . zu steuern Resonanz [9,10,11] und (2) Einbau einer Farbanpassungsschicht (CAL) über (oder hinter) der transparenten leitfähigen Oxidschicht (TCO) oder vollständiges Ersetzen des TCO durch CAL. Beispielsweise kann ein selektiv transparenter und leitfähiger photonischer Kristall (STCPC) als Rückkontakt verwendet werden, um das Transmissionsspektrum und die Farbe durch die BIPV-Geräte zu steuern [12, 13]; der verteilte Bragg-Reflektor (DBR) kann integriert werden, um Farben der Dünnschicht-SCs und der organischen Photovoltaik anzuzeigen [14, 15]. Obwohl sich die meisten dieser Literaturstellen darauf konzentrieren, die Farbanzeige und die Stromausgabe gleichzeitig zu erhalten, ist die Farbreinheit geringer und der Farbraum ist für Musteranzeigen unzureichend. Darüber hinaus opfern diese Verfahren zu viel Energieumwandlungseffizienz von SC, um eine Farbanzeige zu erreichen. Bunte SCs mit höheren Farbreinheiten sind von hoher Bedeutung für die Entwicklung der BIPV-Technologie.

Andererseits konzentriert sich die theoretische Literatur bevorzugt auf das optische Design der SCs, um verschiedene Farben darzustellen [6, 8, 16]; jedoch ohne das intrinsische Trägerverhalten innerhalb des Geräts streng zu untersuchen. Für das Design von SCs ist es dringend erforderlich zu untersuchen, wie das spezielle optische Design die Ladungsträgererzeugungs-, Transport- und Sammelprozesse innerhalb der Halbleiterübergänge modifiziert, die die Schlüsselrollen bei der Bestimmung des Betriebs und der Leistung von SCs spielen [17,18, 19]. Eine umfassende Simulation auf Geräteebene für hoch nanostrukturierte SCs ist jedoch eine Herausforderung, da die betreffenden Geräte ein sehr kompliziertes Multi-Domain-Verhalten zeigen, z , und viele andere Zutaten [20,21,22]. Da die Herstellung derartiger spezifischer SCs außerdem immer zeitaufwendig und teuer ist, ist ein umfassendes Design der farbigen SCs unter Berücksichtigung der photonischen sowie der internen Trägerreaktionen für die Entwicklung dieser Art von Solarbauelement äußerst vorteilhaft.

In diesem Artikel präsentieren wir eine vollständige optoelektronische Studie zu den farbkontrollierten a-Si:H SCs. Optisch führen wir zur Realisierung des hochreinen Rot-Grün-Blau (RGB)-Displays den DBR als farbselektive Komponente und die zusätzlichen Dual-Layer-Antireflexbeschichtungen (ARCs) als farboptimierende Komponente ein. Es zeigt, dass der erhaltene Farbraum aus dieser Studie mit dem des Standard-RGB (sRGB)-Systems vergleichbar sein kann. Elektrisch werden die intrinsische Erzeugung, der Transport, die Rekombination und die Sammlung von Elektronen und Löchern innerhalb der entworfenen RGB a-Si:H SCs behandelt, so dass eine vollständige Liste der Photokonversionsleistungen der SC erstellt werden kann. Durch Auswertung der externen Quanteneffizienz (EQE) Spektren und Strom-Spannung (J -V )-Eigenschaften, stellen wir fest, dass die Leistungsumwandlungseffizienzen der SCs mit hochreinen roten, grünen und blauen Farben 4,88%, 5,58% bzw. 6,54% betragen. Um schließlich die Möglichkeit der RGB-Bildgebung zu demonstrieren, wird das Logo der „Soochow University“ unter Verwendung der farbgesteuerten a-Si:H-SCs entworfen und realisiert; das angezeigte Muster wird unter einem großen Einfallswinkelbereich gut aufrechterhalten.

Methoden

Die optische Antwort wird berechnet, indem die Maxwell-Gleichungen über die rigorose gekoppelte Wellenanalyse (RCWA) und COMSOL Multiphysics gelöst werden. Die Reflexion, Absorption durch jede Schicht usw. kann alle erhalten werden. Die detaillierten elektrischen Eigenschaften (z. B. Ladungsträgererzeugung/Rekombination/Sammlung) werden durch die elektromagnetische und Ladungsträgertransportberechnung erhalten, wie sie in unseren früheren Veröffentlichungen ausführlich vorgestellt wurde [17,18,19,20,21,22]. Das optische Reflexionsspektrum könnte in verwandte Parameter im CIE-Farbsystem umgewandelt werden, dann könnte die resultierende Farbprobe durch CIE-Chromatizitätskoordinaten erhalten werden. Die Berechnung dieser Transformation folgt einer Reihe von Chromatizitätsstandards, die von CIE entwickelt wurden. Die Dicke von ZnS und ZnO wird auf der Grundlage des Dünnfilm-Optikgesetzes festgelegt und die Dicke von SC wird auf 500 nm festgelegt. Der komplexe Brechungskoeffizient von Materialien ist dem Palik [23] entnommen. Im simulierten Bereich wurde eine Maschenweite von 5 nm verwendet, und an der Randbedingung für die optische Simulation wurden perfekt aufeinander abgestimmte Schichten verwendet. Für die elektrische Simulation erhält man die Poisson-Gleichung und die Ladungsträgertransportgleichungen, wobei als Randsituationen die Oberflächenrekombination und der Metallkontakt gewählt werden.

Ergebnisse und Diskussion

In Fig. 1 ist das schematische Diagramm des vorgeschlagenen farbgesteuerten a-Si:H SC gezeigt. Es besteht von oben nach unten aus ARC-Schichten, DBR-Stack, Pufferschicht und dem a-Si:H SC. Hier beträgt die Dicke der aktiven a-Si:H-Schicht 500 nm, die eine 30 nm (50 nm) n-Typ (p-Typ) Dotierungszone enthält. Das Material der hinteren (vorderen) Elektrode für den Elektronen(Loch)-Transport ist ZnO (ITO) mit einer Dicke von 100 nm (20 nm). Die Pufferschicht besteht aus 55 nm TiO₂ um die Lichtreflexion zu reduzieren [24] und die Farbreinheit zu verbessern. Der DBR besteht aus 6 ZnS/ZnO-Paaren mit einer Viertelwellenlängendicke für jede Schicht. Tatsächlich spielen das Reflexionsvermögen und die spektrale Breite eine sehr wichtige Rolle bei der Bestimmung der Farbqualität. Das Reflexionsvermögen (R ) von DBR kann analytisch unter Verwendung der folgenden Gleichung [25] vorhergesagt werden:

wo n ₀ , n ₁ , n ₂ , und n _s sind die Brechungsindizes von Luft, den beiden DBR-Schichten bzw. dem Substrat; N ist die Anzahl der DBR-Paare. Die Reflexionsbandbreite (∆λ₀ ) ist [25]:

wobei λ₀ ist die DBR-Zentralwellenlänge. Es wird darauf hingewiesen, dass eine Erhöhung der Differenz von n ₁ und n ₂ , R wird höher (d. h. die Farbhelligkeit erhöht), aber ∆λ₀ und Farbsättigung werden verringert. Folglich ist ein relativ kleiner Unterschied von n ₁ und n ₂ zusammen mit einem relativ großen N wird verwendet, um eine hohe Sättigung zu gewährleisten, um die hohe Farbreinheit und Helligkeit zu präsentieren.

Schematische Darstellung der vorgeschlagenen farbgesteuerten a-Si:H SCs (links) und der detaillierten Gerätekonfiguration (rechts)

Entsprechend der Dünnschichtoptik müssen die DBR-Dicken sorgfältig ausgelegt werden, um die RGB-Farben unterschiedlich lokalisiert im sichtbaren Band darzustellen. Hier untersuchen wir ohne die SCs zunächst die Steuerbarkeit des DBR-Reflexionsspektrums für die RGB-Anzeige. Abbildung 2a zeigt die Reflexionsspektren von DBRs unter RGB-Designs mit der entsprechenden Struktur und Schichtdicken, die in Abbildung 2b angegeben sind. Es zeigt sich, dass die Reflexionen ihren Höhepunkt bei λ₀ . haben = 625, 520 bzw. 445 nm, die gut zu den RGB-Zentren passen. Darüber hinaus sind die spitzen Reflexionen stark genug (d. h. 74,82 %, 72,1 % und 76,31 %) um die Anzeigehelligkeit zu gewährleisten. Tatsächlich gibt es für DBR einige Seitenwellen aus dem verbotenen Band. Solche Wellen sind für das Erreichen der hohen Farbreinheit nachteilig [26]. Abbildung 2a bestätigt die Existenz solcher Seitenwellen.

Optisches Ansprechverhalten von DBRs und RGB a-Si:H SCs. a DBR-Reflexionsspektren für RGB-Anzeige. b Struktur- und Materialparameter des entworfenen DBR. Reflexionsspektren (c ) und die CIE 1931 Chromatizitätskoordinaten (d ) der a-Si:H SCs mit RGB-DBRs darüber. Reflexionsspektren (e ) und die CIE 1931 Chromatizitätskoordinaten (f ) der entworfenen farbkontrollierten a-Si:H SCs. Der Standard-sRGB-Farbraum wird in (f ) zum Vergleich

Oberhalb von RGB sind jetzt DBRs mit den a-Si:H SCs integriert, d. h. RGB-DBR (oben) + SC (unten). Die Reflexionsspektren der kombinierten SC-Systeme, die auf die RGB-Anzeige abzielen, sind in Abb. 2c gezeigt. Es wird zuerst beobachtet, dass die zentralen Wellenlängen mit eingebautem SC leicht rotverschoben wurden (von 625, 520 und 445 nm auf 633, 528 bzw. 453 nm für R-, G- bzw. B-Zellen); darüber hinaus werden auch die Spitzenreflexionen auf 87,66 %, 82,52 % bzw. 79,44 % erhöht. Dies ist vernünftig, da die Aufnahme des SC unter dem DBR die Systemkonfiguration geändert und die Resonanzsituation modifiziert hat. Trotzdem ist der obige Effekt relativ schwach, ohne die Anzeigequalität zu beeinträchtigen. Es gibt jedoch tatsächlich einen Schlüsselbestandteil, der die Farbreinheit stark verschlechtert, d. h. die sehr intensiven Seitenwellen, die aus den erhöhten Reflexionswerten an den Grenzflächen des SC entstehen. Abbildung 2d zeigt die Chromatizitätskoordinaten der Commission Internationale de L’Eclairage (CIE) von 1931 für diese kombinierten SC-Systeme. Für Musteranzeigeanwendungen gilt:Je größer der Farbraum, desto mehr Farbelemente enthält er und desto besser wird er angezeigt [27]. Wenn die Primärfarben bis zur zungenförmigen Grenze geschlossen sind, kann der größte Farbraum erhalten werden. Fig. 2d zeigt jedoch, dass die erreichten RGB relativ weit von der Grenze entfernt sind; Daher müssen wir die Reflexionsbandbreite weiter verringern und die Seitenwellen eliminieren.

Um die RGB-Leistung zu verbessern, führen wir die Dual-Layer-ARCs (MgF₂ und SnO₂ ) zusammen mit einer Pufferschicht (TiO₂ ). Die ARCs sind auf DBR konfiguriert und die Pufferschicht ist zwischen DBR und a-Si:H SC eingebettet, wie in Abb. 1 gezeigt. Basierend auf der Dünnschichtoptik kann die Dicke der ARCs gesteuert werden durch [28]:

wo n ₀ , n _t , n _b , und n _s sind die Brechungsindizes der Luft, der oberen Schicht, der unteren Schicht bzw. des Substrats; d _t und d _b sind die Dicken der oberen bzw. unteren Schichten. In Abb. 2e sind die Reflexionsspektren der entworfenen farbkontrollierten a-Si:H-SCs mit ARCs, DBR und Pufferschicht aufgetragen. Es ist klar, dass (1) die Spitzenwellenlängen 625, 515 und 445 nm betragen, nahe denen der eigenständigen DBRs; (2) die Resonanzbandbreiten werden für die Zelle mit RGB-Farben stark verringert; (3) die Seitenwellen werden dramatisch unterdrückt, selbst im Vergleich zu den Ergebnissen von DBRs allein, die in Fig. 2a gezeigt sind. Wie erwartet, wurden nach der Einführung der ARCs und Pufferschichten die optischen Wegunterschiede geändert, wodurch die Resonanzsituation variiert wurde. Als Ergebnis werden die zentralen Wellenlängen, die Reflexionsbandbreite und die Seitenwellen des Systems verbessert. Daher führen die fortschrittlichen photonischen Designs zu der gewünschten Farbe mit viel geförderter Farbqualität, wie die CIE 1931-Chromatizitätskoordinaten in Abb. 2f beweisen. Im Vergleich zu sRGB sind die Farbunterschiede zwischen entworfenem RGB und sRGB wie folgt:ΔE_R = 16,8 für Rot, ΔE_G = 47.6 für Grün und ΔE_B = 41,7 für Blau. Obwohl die Farbunterschiede eine vom Betrachter wahrnehmbare leichte Veränderung zwischen designtem RGB und sRGB zeigen, ist der Farbraum für unser Design mit dem des sRGB vergleichbar. Zum Beispiel entsprechen die RGB-Farbräume ungefähr 52,7 % (72 %) der Farbräume der National Television System Commission (NTSC) für das entworfene bzw. das Standardsystem.

Bisher haben wir die a-Si:H-SCs erfolgreich mit einer fortschrittlichen optischen Dünnschichtstrategie entwickelt. Für eine solche Anzeigefunktion wird jedoch die elektrische Reaktion der SCs unweigerlich beeinflusst. Daher ist es notwendig, das detaillierte optoelektronische Verhalten der farbgesteuerten a-Si:H-SCs zu untersuchen. In den letzten Jahren haben wir umfangreiche Studien zur Simulation von Halbleiter-basierten SCs auf Geräteebene durchgeführt, einschließlich der optoelektronischen Simulation mit Berücksichtigung der elektromagnetischen und Trägertransportantworten [17, 18] sowie der fortgeschrittenen opto-elektrisch-thermischen Simulation von SCs [19]. SCs basierend auf (1) verschiedenen Materialien (z. B. Si, GaAs und a-Si:H) und (2) verschiedenen Nanostrukturen (z. B. Einzelnanodraht, Nanotexturen und Doppelverbindungen) wurden untersucht, um die Möglichkeiten zur Kontrolle des intrinsischen multiphysikalischen Verhaltens innerhalb der SCs und zur Verbesserung der Photokonversionseffizienz [20,21,22]. Daher kann die optoelektronische Reaktion der speziell entwickelten a-Si:H-SCs, die in diesem Artikel vorgestellt werden, leicht durch die Durchführung der entsprechenden optoelektronischen Simulation ermittelt werden.

Abbildung 3a–c zeigen die Absorption (A ) und EQE-Spektren der RGB-SCs unter AM1.5-Beleuchtung. Zuerst wird gezeigt, dass die Absorptionsspektren scheinbare Einbrüche bei spezifischen Wellenlängen zeigen, die den Reflexionspeaks für R-, G- bzw. B-Farben entsprechen. Dies liegt daran, dass die Farbwiedergabefunktion die spezifischen Lichtreflexionen am sichtbaren Band erfordert; somit ist die optische Absorption (A ) und die elektrische Reaktion (EQE) der SCs werden unweigerlich beeinflusst, was zu einem wesentlichen Unterschied in EQE und A . führt für rote, grüne und blaue SCs. Außerdem können wir im Wellenlängenband von weniger als 380  nm sehen, dass das Licht fast vollständig von der oberen ITO-Schicht absorbiert wird; daher sind die entsprechende Absorption und EQE nahe Null. Trotzdem ist die Gesamtabsorption des Geräts gut genug, um den Spitzenwert von A . anzuzeigen über 80%. Zweitens, da a-Si:H SC in dieser Studie berücksichtigt wird, existiert der Ladungsträgerrekombinationseffekt fast im gesamten gültigen Spektralband (da die aktive Schicht sehr dünn ist), sodass der EQE immer niedriger als A . Die entsprechenden Strom-Spannungs-Kennlinien (J -V Kurven) sind in Abb. 3d aufgetragen, wobei der Einschub die detaillierte Kurzschlussstromdichte (J _SC ), Leerlaufspannung (V _OK ), Füllfaktor (FF) und Photokonversionseffizienz (Eff) für die RGB-Zellen. Zum Vergleich ein konventioneller a-Si:H SCs mit einem 100 nm SiO₂ Antireflexionsschicht verwendet und zeigt eine Effizienz von ~ 7,59%, die dem Bericht von Anderson et al. [16, 29]. Es zeigt sich, dass das RGB-Design offensichtlich keinen Einfluss auf das V hat oc und FF. Es wird anerkannt, dass die V _OK und FF des SC werden hauptsächlich durch die intrinsischen Eigenschaften des Materials (z. B. Bandlücke), Dotierungskonzentration der aktiven Schicht und Vorrichtungskonfiguration bestimmt; Daher beeinflusst das RGB-Design die Absorption und nicht das V _OK und FF. Wie erwartet, zeigen die Farb-SCs die verringerte Effizienz aufgrund des Zwecks der Farbanzeige. Genauer gesagt hat der blaue SC die maximale Effizienz von 6,54%, während der grüne 5,58% und der rote 4,88% beträgt. Die rote Zelle zeigt die größte Effizienzminderung, da das reflektierte rote Licht die stärkste Sonnenenergie hat. Dies ist ein vernünftiges Opfer für einen solchen multifunktionalen SC.

Absorptions- und EQE-Spektren der farbkontrollierten a-Si:H-SCs mit der Farbe a rot, b grün und c Blau. d IV-Kurven der entworfenen a-Si:H SCs, wobei das Originalsystem ohne RGB-Design als Referenz enthalten ist. Die eingefügte Tabelle zeigt die J _SC , V _OK , FF und Eff

Es sei darauf hingewiesen, dass, wenn wir den Wirkungsgrad der Energieumwandlung weiter erhöhen möchten, eine komplexere Struktur eingeführt werden könnte. Optisch kann beispielsweise (1) der Lichteinfangeffekt (z. B. der TCO mit strukturierter Oberfläche) verwendet werden; (2) die TCO-Oberfläche kann mit TiO₂ . bedeckt werden -ZnO-Antireflexionsschichten (z. B. verbessern die Quanteneffizienz ~ 10% bei 550 nm) [30]. Elektrisch kann (1) eine Trioden-Plasma-unterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) verwendet werden, um den lichtinduzierten Abbaueffekt zu unterdrücken [31]; (2) Unsere optoelektronische Simulation kann das dynamische Verhalten des Trägertransports optimieren, um die Trägerrekombination weiter zu unterdrücken und die Stromabgabe zu verbessern [18]. Darüber hinaus ist dieses Konstruktionsprinzip auch auf andere Arten von SCs anwendbar (z. B. Perowskit, kristallines Si, organische und hybride SCs) [32]. Daher könnte die Energieumwandlungseffizienz des entworfenen bunten SC durch verschiedene photonische oder elektrische Mittel erhöht werden.

Als nächstes demonstrieren wir die Anwendung der a-Si:H SCs in der Musterdarstellung und ästhetischen Architektur. Abbildung 4 zeigt das gestaltete Logo der Universität Soochow (links oben), den vergrößerten Teil des Logos (Mitte oben), die detaillierten Strukturinformationen für RGB-Designs (rechts) und die entsprechenden RGB-Werte von sieben Farben im Logo (Mitte unten ). (1) Das Logo besteht aus sieben Farbelementen, die aus den primären RGB-Elementen bestehen. (2) Die vier Kreise sind rot, die Vokabulare unten im äußeren Ring sind grün und die chinesischen Schriftzeichen oben im äußeren Ring sind blau, direkt von den farbkontrollierten SCs. (3) Der Hintergrund weist eine Farbe von Lila in Grau auf, die aus gleichen RGB-Beiträgen besteht. Der RGB-Wert im Logo repräsentiert die drei Komponenten Rot, Grün und Blau. Für Rot beispielsweise gilt:Je kleiner die Werte von Grün und Blau, desto größer die Farbsättigung [33]. Daher ist die Sättigung von roten und blauen Farben höher als die von Grün, was zu einer größeren Anzahl von R- und B- als G-Werten in der Mischfarbe führt und sie zu Purpur macht [34]. (4) Die RGB-Werte sind im Vergleich zum Maximalwert von 255 nicht groß genug, was zu einer geringen Helligkeit und Graufärbung führt. Die zentralen chinesischen Schriftzeichen sind Magenta, die zu gleichen Teilen aus Rot und Blau bestehen, wie die vergrößerte Darstellung rechts oben in Abb. 4 zeigt. (5) Die chromatische Aberration von Magenta ist aufgrund des besseren Verhältnisses kleiner als die der anderen Mischfarben von RGB-Komponenten. Die „SOOCHOW“ (UNIVERSITY) sind Cyan (Gelb), bestehend aus Grün bzw. Blau (Rot und Grün). Beide haben Probleme mit dem proportionalen RGB-Ungleichgewicht und der geringen Helligkeit. Obwohl Raum für weitere Verbesserungen vorhanden ist, ist das Muster insgesamt klar und unterscheidbar.

Logo der Universität Soochow, mit Pixeln bestehend aus RGB a-Si:H SCs. Der Einschub zeigt die mikroskopische Pixelzusammensetzung, die Strukturdetails der RGB a-Si:H SCs und die RGB-Werte von Colormaps gemischt mit den drei Primärfarben

In praktischen Anwendungen können die vorgeschlagenen RGB-SCs in planarer Konfiguration im Gegensatz zu nanostrukturierten SCs durch sehr ausgereifte kommerzielle Herstellungsverfahren hergestellt werden [35]. Unten befindet sich eine repräsentative a-Si:H-Solarzelle mit p-i-n-Struktur. Zuerst wird die amorphe Siliziumschicht vom n-Typ (na-Si:H) auf einem TCO-beschichteten Substrat (Glas oder Kunststoff) durch PECVD abgeschieden, intrinsisches amorphes Silizium (ia-Si:H) und amorphes Silizium vom p-Typ ( pa-Si:H)-Schichten werden nach dem gleichen Verfahren verfolgt. Die oberste Elektrode ist dann meist die TCO-Schicht, die durch Sputtern abgeschieden wird [36]. Als nächstes wird die Pufferschicht auf dem kompletten a-Si:H SC abgeschieden, gefolgt von der alternierenden Schicht aus DBR mittels Magnetron-Sputtern [37]. Schließlich werden RGB-a-Si:H-SCs durch Abscheiden der oberen Doppelschicht-ARCs mit Magnetron-Sputtern vervollständigt. Bei der Herstellung ist eine Variation der Dicke von 1 bis 5 % möglich. Um den Effekt der Dickenvariation zu untersuchen, führen wir daher für jede Schicht eine zufällige Variation der Dicke (z. B. von – 5% bis 5%) ein. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Farbunterschiede (ΔE) von 1,9 bis 11,2 für Rot, 1,3 bis 15,7 für Grün und 0,5 bis 2,9 für Blau reichen. Es ist offensichtlich, dass die blauen SCs die beste Toleranz für den Effekt der Variation der Dicken haben. Obwohl die Farbunterschiede für Rot (Grün) bis zu 11,2 (15,7) betragen, liegen ihre Durchschnittswerte bei etwa 4,3 (8). Außerdem untersuchen wir die Variation der Dicke (z. B. − 5% und 5%) für jede Schicht auf den Eff von SC, der entsprechende Eff zeigt eine kleine Variation im Bereich von − 0,1% bis 0,4% für die RGB SCs. Somit können wir davon ausgehen, dass die Effizienz von SC robust gegenüber der typischen Dickenabweichung von DBR und ARCs in Experimenten ist.

Schließlich untersuchen wir den Einfluss des Einfallswinkels auf die entworfenen Farben. Abbildung 5a zeigt, wie sich die entworfenen RGB-Farben mit zunehmendem Einfallswinkel entwickeln (θ ). Offensichtlich haben die blauen und grünen SCs bessere Toleranzen gegenüber dem geneigten Einfall als die roten, deren Farbe von Rot geändert wurde (θ = 0°) zu grün (θ> 70°). Zum Vergleich zeigt Abb. 5b die Orte der entworfenen RGB-Farben in den CIE 1931-Farbwertkoordinaten mit kontinuierlich steigendem θ . Laut CIE-Diagramm nimmt die Sättigung aller Farben mit zunehmendem θ . ab , besonders unter einem großen θ = 80°, wobei die Farben sehr nahe am E-Punkt (dem niedrigsten Sättigungspunkt) liegen. Abbildung 5c zeigt das Logo der Universität Soochow unter verschiedenen Einfallswinkeln. Das Ziellogo besteht aus sieben Standardfarben, und jede Farbe hat den Standardfarbton, die Sättigung und die Helligkeit. Das Standard-RGB besteht aus den Standardfarben Rot, Grün und Blau, wobei andere Farben aus ihren Kombinationen generiert werden. Beide dienen zu Vergleichszwecken. Es ist klar, dass das Logo auch unter großen Einfallswinkeln lesbar ist; jedoch wurden die Musterfarben mit zunehmendem Einfallswinkel bis zu einem gewissen Grad verändert. Dies lässt Raum für weitere Optimierungen in der Zukunft.

a Die Entwicklung der RGB-Farben, die von den entworfenen a-Si:H-SCs mit dem Einfallswinkel gezeigt werden. b Die Variationen der RGB-Positionen in CIE 1931 stimmen mit zunehmendem Einfallswinkel überein. c Die Logomuster des a-Si:H SC unter verschiedenen Einfallswinkeln (0°, 30°, 45° und 60°). In c , das Ziellogo und das Logo von Standard-RGB sind zum Vergleich enthalten