두꺼운 흡수층의 태양전지에서 단일 통과 흡수와 관련된 광 흡수를 위한 최대 증강 인자(enhancement factor)는 4n^2(n은 흡수층의 굴절률)로 제한된다. 이것은 흡수층이 등방성 응답을 하고 파장 보다 훨씬 두꺼워야 하고, 램던 구조에서 광트랩핑이 일어나야 하고 단일 통과에 의한 층에서 흡수는 거의 무시할 수 있어야 성립하고 이런 가정이 깨지면 성립하지 않는다.
예를 들어 집광 시스템에서는 증강 인자가 1/sin^2θ(θ는 흡수 콘의 apex 각도의 1/2) 만큼 증가하고 입사광의 파장과 유사한 주기성을 갖는 주기적인 격자를 채용하면 가이드된 광학 모드를 제공할 수 있다. 따라서 이런 광트랩핑 구성에서는 증강 인자의 상한은 (2π/√3)4n^2가 된다.
하지만 광흡수층이 얇은 유기 태양전지는 wave effect에 의해 위에 언급한 제한이 엄격하게 적용되지 않는다.
Yu et al.은 coupled-mode 이론을 이용하여 흡수체에서 광학 모드와 광흡수 사이의 관계를 정립했다. 그들은 미러와 고굴절률 상부 클래드(cladding) 층사이에 얇은 광흡수층이 샌드위치된 구조를 모델링했다. 광을 가이드 모드와 결합하기 위해 상부는 텍스처되어 있고 광은 slot-waveguide 효과에 의해 저굴절률 흡수층에 강하게 집광될 수 있다.
다른 광트랩핑 전략은 터널링 소멸 파(tunneling evanescent wave)를 이용하는 것이다. 얇은 흡수층을 Lambertian 산란 표면과 고절률을 갖는 두 비흡수 클래드 층 사이에 끼운다. 예측에 의하면 빛의 상당 부분이 흡수층으로 들어갈 수 있어 광 경로 길이가 100배 만큼 길어진다. 이 방법이 저굴절률 유기 태양전지에 특히 적합하다.
참고: Light trapping in thin film organic solar cells, Zheng Tang, et al. Material Today・Volume 17, Number 8・October 2014
댓글 없음:
댓글 쓰기