^

O programu

Optični simulator CROWM (Combined Ray Optics  / Wave Optics Model) je bil razvit za namen optičnih simulacij večplastnih optoelektronskih struktur (npr. sončnih celic), sestavljenih iz debele (nekoherentne) plasti in poljubnega števila tankih (koherentnih) plasti (primer strukture). Debela plast je lahko gladka ali teksturirana na eni ali obeh straneh s poljubno 1D ali 2D teksturo, pri čemer so dimenzije hrapavosti teksture reda mikrometrov ali milimetrov (primer tekstur).

Pod glavne vhodne podatke tipične CROWM simulacije sodijo pogoji osvetlitve, geometrija strukture in optične lastnosti vseh materialov. Izhodni podatki pa so totalna odbojnost in totalna prepustnost celotne strukture ter absorpcija v vsaki izmed plasti.

CROWM je opremljen s polno funkcionalnim grafičnim uporabniškim vmesnikom, ki ga je moč uporabljati za krmiljenje simulacij, urejanje vhodnih nastavitev, prikaz 3D shem struktur ter analizo in primerjavo rezultatov.

 

Ključne lastnosti

• kombinirani optični model (3D sledenje žarkov + 1D metoda prenosnih matrik) za natančno analizo nekoherentnega in koherentnega širjenja svetlobe
• simulacija gladkih in teksturiranih struktur v treh dimenzijah
• možnost vključitve poljubnih 1D ali 2D tekstur
• polno funkcionalen grafični uporabniški vmesnik, preprost prikaz rezltatov
• podpora večjedrnemu procesiranju

 

Testna različica

CROWM_Demo.zip (ZIP arhiv, ki poleg testne različice vsebuje še navodila za uporabo ter kratek uvod za hiter začetek) .

^

Opis

Področje uporabe

Optični simulator CROWM je bil primarno razvit za optično analizo in optimizacijo tankoplastnih optoelektronskih struktur v kobinaciji z debelo plastjo, pri čemer je debela plast lahko teksturirana na eni ali obeh straneh. Simulator ob upoštevanju realistične geometrije tekstur, debelin plasti in optičnih lastnosti materialov izračuna totalno odbojnost, prepustnost in absorpcijo v vsaki izmed plasti strukture.

Tipični primeri optoelektronskih struktur, ki jih je moč natačno simulirati s pomočjo simulatorja CROWM, so tankoplastne silicijeve sončne celice [5] in organske sončne celice [1], nanesene na teksturirano steklo ali plastično folijo. Poleg tega je bil CROWM uporabljen za podrobno optično simulacijo heterospojnih sončih celic (HIT) [2, 3], ki sestojijo iz debele teksturirane plasti kristalnega silicija v kombinaciji s tankimi plastmi amorfnega silicija ter oksidnih in kovinskih kontaktov. CROWM omogoča tudi simulacijo svetlobnih virov, kot so svetleče diode (LED in OLED) [4], nenazadnje pa je s simulatorjem možno obravnavati tudi povsem koherentne tankoplastne sturkture (npr. interferenčne filtre) ali pa povsem nekoherentne strukture (npr. teksturirane folije, fresnelove leče itd.).

 

Model

CROWM je zasnovan kot kombinacija dveh numeričih pristopov k optični analizi debelih in tankih plasti v simulirani strukturi [6]: Širjenje svetlobe skozi vpadni medij, debelo teksturirano plast in izhodni medij je obravnavano s pomočjo metode sledenja žarkov v treh dimenzijah (geometrijska optika). Vpadna svetloba z določeno optično močjo in vpadnim kotom se razdeli v število diskretnih žarkov, ki se nato sledijo skozi strukturo. Moč in smer vsakega žarka je določena s profilom teksture, z absorpcijo v materialih ter z odbojnostmi na mejah med debelo plastjo in tankoplastnimi komponentami. Širjenje svetlobe skozi tanke plasti pa je analizirano s pomočjo metode prenosnih matrik (valovna optika), ki upošteva vse pojave koherentnega širjenja, kot sta destruktivna in konstruktivna interferenca.

 

Navodila za uporabo

CROWM v2.6 User Manual (navodila za uporabo so napisana v angleškem jeziku)

^

Reference

Objave

1. B. Lipovšek, J. Krč, M. Topič, "Optimization of microtextured light-management films for enhanced light trapping in organic solar cells under perpendicular and oblique illumination conditions," IEEE Journal of Photovoltaics, št. 4 (2014) str. 639-646 (povezava)
   
   
2. Z. Holman, M Filipič, B. Lipovšek, S. De Wolf, F. Smole, M. Topič, C. Ballif, "Parasitic absorption in the rear reflector of a silicon solar cell: simulation and measurement of the sub-bandgap reflectance for common dielectric/metal reflectors," Solar Energy Materials and Solar Cells, št. 120 (2014) str. 426-430 (povezava)
   
   
3. Z. Holman, M. Filipič, A. Descoeudres, S. De Wolf, F. Smole, M. Topič, C. Ballif, "Infrared light management in high-efficiency silicon heterojunction and rear-passivated solar cells," Journal of Applied Physics, št. 113 (2013) str. 1-13 (povezava)
   
   
4. J. Krč, B. Lipovšek, M. Topič, "Design for high out-coupling efficiency of white OLED using CROWM – a combined geometric/wave optics model," Renewable Energy and the Environment – Solid State and Organic Lighting Meeting, Tucson, Arizona, 2-7 November (2013) (poster)
   
   
5. B. Lipovšek, J. Krč, M. Topič, "Design and optimisation of thin-film silicon PV modules with surface-textured front glass by using a combined geometric optics / wave optics model," 27th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Frankfurt, Germany, 24-28 September (2012) str. 2604-2607 (povezava) (poster - nagrada za najboljšo prezentacijo)
   
   
6. B. Lipovšek, J. Krč, M. Topič, "Optical model for thin-film photovoltaic devices with large surface textures at the front side," Informacije MIDEM, št. 41 (2011) str. 264-271 (povezava)

 

Uporabnki

• iMEET, Univerza Erlangen-Nürnberg, Nemčija
• Konarka Technologies GmbH (Bell Labs), Nemčija