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表面形貌与纹理

每个界面的表面形貌(即纹理)可以在若干选项中进行选择。下图给出了所有非平面选项的示意图,图中显示的是在整个界面 x 和 y 方向上周期重复的几何单元。用户需要设置表面特征的角度 ω\omega 以及高度 hh 或特征宽度。

需要注意:(i) V 形槽(V groove)在所选方向(x 或 y)上跨越整个界面;(ii) 角锥单元(corner cube)是 DSM“光俘获膜”的基础结构,其 ω\omega 固定且单元格为规则六边形。

正立金字塔(Upright pyramid) Upright pyramid

倒立金字塔(Inverted pyramid) Inverted pyramid

正立 V 形槽(Upright V groove) Upright V groove

倒立 V 形槽(Inverted V groove) Inverted V groove

正立球冠(Upright spherical cap) Upright spherical cap

倒立球冠(Inverted spherical cap) Inverted spherical cap

正立圆锥(Upright cone) Upright cone

倒立圆锥(Inverted cone) Inverted cone

正立角锥(Upright corner cube) Upright corner cube

倒立角锥(Inverted corner cube) Inverted corner cube

上面的图像展示的是位于太阳能电池中心“之上”的界面的垂直方向定义。

对于位于电池中心“之下”的界面,其形貌方向相反。也就是说,在电池中心以下的表面上,纹理被视为上下翻转。

Upright definition

程序提供 ‘random’(随机)和 ‘regular’(规则)两种表面形貌选项(即纹理)。这有助于模拟例如工业单晶硅电池正面覆盖的“随机”金字塔,或高效实验室 PERL 电池中使用的“规则”倒金字塔等结构。

下图说明了在本程序中,“随机”形貌是如何影响光线传播的。

形貌的最基本几何单元(例如单个金字塔或单个槽)由其单元格(unit cell)的边界平面所限定。与单元格侧壁相交的光线会被传播到相邻单元格中;而与单元格底面(或顶面)相交的光线则被传播到特征下方(或上方)的层中。例如,这可以表示光线从具有纹理的硅片表面区域传播到硅片体内。

下面的图像展示了在选择“随机”形貌时,这种传播是如何实现的。图中分别示意光线与单元格的 (i) 侧壁和 (ii) 底面相交的情况。当光线与这些边界平面之一相交时,会在该边界上重新分配一个随机位置,然后以相同的传播角度,从该边界上对应位置进入相邻单元格(或相邻层)。因此,纹理单元之间只是相对平移,而不会发生旋转。

Ray exiting wall of pyramid unit cell

Ray exiting floor of pyramid unit cell