在傳統(tǒng)的光電設(shè)備（如太陽能電池）中，前接觸（如柵線）通常會因為反射和吸收損失部分入射光，導(dǎo)致效率降低。此外，透明導(dǎo)電氧化物（TCO）層的使用也會帶來額外的電阻損耗。

為了提高光電設(shè)備的效率，需要設(shè)計一種既能減少光損失又能保持高導(dǎo)電性的前接觸結(jié)構(gòu)。采用微米級三角形橫截面柵線，通過光散射原理實現(xiàn)了 99.86% 的光學(xué)透明度和低至 4.8 Ω/sq 的薄層電阻。

三角形柵線設(shè)

通過將散射光重新引導(dǎo)到太陽能電池的活性吸收層表面，設(shè)計了一種具有微米級三角形截面的柵線。這種設(shè)計利用了光的散射和反射特性，使得柵線在視覺上幾乎透明，同時保持了高效的電導(dǎo)率。

工作原理：

光散射 Redirect：三角形結(jié)構(gòu)將入射光散射至太陽能電池活性層，減少反射損失。

等效透明性：通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，柵線在寬波長（250-1400 nm）和入射角（0°-55°）范圍內(nèi)保持高透明度。

優(yōu)勢：

高透明度：實驗測得最高透明度達 99.86%，遠超傳統(tǒng)金屬柵線（約 96.67%）。

低電阻：間距 40 μm 時，薄層電阻為 4.8 Ω/sq，接近均質(zhì)材料性能。

簡化結(jié)構(gòu)：可替代 TCO 層，降低材料成本和工藝復(fù)雜度。實驗與驗證

雙光子光刻：制備微米級三角形結(jié)構(gòu)作為母版。凹版印刷：通過銀漿或二氧化硅溶膠-凝膠復(fù)制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)大面積制備（已達 8 mm×8 mm）。

干法刻蝕：直接在硅基底上刻蝕三角形結(jié)構(gòu)，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。

平面接觸和三角形截面接觸的穩(wěn)態(tài)電場強度分布

通過對比平面接觸和三角形截面接觸的光學(xué)性能，證明了三角形截面柵格指在減少反射和增強透明度方面的優(yōu)勢。

對于平面柵線，部分入射光會反射回入射方向，這從接觸平面上方的高電場密度可以明顯看出；而三角形橫截面柵線則沒有類似的背反射現(xiàn)象，其前向散射方向的電場有所增強，這很好地解釋了其有效透明性。

3D共聚焦顯微鏡圖像顯示，在平面接觸附近，反射信號比減反射涂層的太陽能電池表面強很多；而三角形柵線的側(cè)壁沒有反射回入射光源的信號，只有尖端因曲率半徑有限有一些反射，這一點也得到了光學(xué)模擬的證實。

反射與光電流空間分布

反射與光電流空間分布

通過實驗數(shù)據(jù)驗證了三角形截面柵格指在減少反射和增強光電流收集方面的顯著優(yōu)勢。

在反射圖像中，平面柵線的亮區(qū)表明其反射較強，而三角形橫截面柵線較暗，部分區(qū)域甚至無反射。

光電流圖像顯示，平面柵線處光電流很少，而三角形橫截面柵線處光電流相對較高。通過線掃描剖面圖能更直觀地看出兩者在光電流收集上的差異，LBIC 測量進一步說明了三角形橫截面柵線在引導(dǎo)光電流方面的優(yōu)勢。

制造工藝與結(jié)構(gòu)表征

三角形橫截面柵線的制造過程和結(jié)構(gòu)表征

雙光子光刻制備的三角形結(jié)構(gòu)作為母版，可用于凹版印刷。通過不同材料（二氧化硅溶膠 - 凝膠和銀漿）的復(fù)制，能得到相應(yīng)的柵線結(jié)構(gòu)。改進的壓印工藝可以避免銀殘留，在紋理化硅太陽能電池上的復(fù)制也證明了該工藝的兼容性。此外，干法刻蝕在硅基底上直接形成的三角形結(jié)構(gòu)，為大規(guī)模生產(chǎn)提供了一種可行的方法。

三角形橫截面柵線通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新（微米級三角形態(tài)）和光管理優(yōu)化，在透明度、導(dǎo)電性、成本三方面實現(xiàn)突破，為下一代高效太陽能電池提供了顛覆性解決方案。

綜上所述，本文提出的三角形橫截面柵線設(shè)計為光電電池的前接觸技術(shù)開辟了新路徑。通過獨特的光散射機制與微納結(jié)構(gòu)優(yōu)化，該設(shè)計在保持高導(dǎo)電性（薄層電阻低至4.8 Ω/sq）的同時，實現(xiàn)了 99.86% 的光學(xué)透明度，突破了傳統(tǒng)金屬柵線與 TCO 層的性能瓶頸。

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原文出處：Effectively Transparent Front Contacts for Optoelectronic Devices

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