광트랩핑 요소 - 표면 incoupler

광흡수는 반사 구조, 격자, 램덤 산란체, 구멍, 그리고 나노렌즈를 태양전지 전면에 위치시킴으로써 향상시킬 수 있다. 개선된 광흡수는 증가된 결합 효율(incoupling efficiency)과 또는 증가된 광 경로 길이 때문이다. 

어떤 구조는 전극 층과 같이 직접적으로 태양전지의 한 층으로 통합될 수 있지만 때때로 별도로 준비된 구조를 사용하는 것이 전기적 결합을 피하기 위해서 좋다. 

광트랩핑 요소의 예로써 집광된 광을 투과시키기 위한 작은 구멍이 있는 금속 미러의 상부에 마이크로 렌즈 어레이로 구성되어 있는 구조가 있다(그림 2). 

이러한 구조는 한 방향의 평행광에 대해 투명하고 반대 방향의 평행광이나 방향성 램덤 광에 대해서는 매우 반사적이다. 

광이 태양전지 상부의 광트랩으로 들어가고 반사 전극과 트랩의 금속 표면 사이에 앞뒤로 바운스되어 광흡수 확률을 높인다.  

하지만 이 광트랩핑 시스템은 반사와 정밀한 초점에 기반하고 있기 때문에 광흡수 증가는 매우 작은 세트의 입사각의 광에서만 일어날 수 있다.  

다른 예로 가교 poly(dimethylsiloxane) 기반 폴리머 재귀 반사 구조를 유기 태양전지에 형성한 것이 보고 되었다. 광학적으로 구조의 기하학을 최적화하여 입사광의 각도를 바꾸어 더 많이 광을 트랩한다(그림 3). 

이 구조로 20%의 광전류 향상이 있지만 여전히 20%의 반사 손실이 있다. 따라서 추가 광트랩 요소의 도움으로 TIR(total internal reflection) 증가를 통해 광트랩을 더 향상시킬 필요가 있다. 

참고: Light trapping in thin film organic solar cells, Zheng Tang, et al. Material Today・Volume 17, Number 8・October 2014