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Planar Metasurfaces Enable High‐Efficiency Colored Perovskite Solar Cells
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2018-08-26 , DOI: 10.1002/advs.201800836 Dong Liu 1 , Lin Wang 1 , Qingyu Cui 2 , L Jay Guo 2
Advanced Science ( IF 14.3 ) Pub Date : 2018-08-26 , DOI: 10.1002/advs.201800836 Dong Liu 1 , Lin Wang 1 , Qingyu Cui 2 , L Jay Guo 2
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The achievement of perfect light absorption in ultrathin semiconductor materials is not only a long‐standing goal, but also a critical challenge for solar energy applications, and thus requires a redesigned strategy. Here, a general strategy is demonstrated both theoretically and experimentally to create a planar metasurface absorber comprising a 1D ultrathin planar semiconductor film (replacing the 2D array of subwavelength elements in classical metasurfaces), a transparent spacer, and a metallic back reflector. Guided by derived formulisms, a new type of macroscopic planar metasurface absorber is experimentally demonstrated with light near‐perfectly and exclusively absorbed by the ultrathin semiconductor film. To demonstrate the power and simplicity of this strategy, a prototype of a planar metasurface solar cell is experimentally demonstrated. Furthermore, the device model predicts that a colored planar metasurface perovskite solar cell can maintain 75% of the efficiency of its black counterpart despite the use of a perovskite film that is one order of magnitude thinner. The displayed cell colors have high purities comparable to those of state‐of‐the‐art color filters, and are insensitive to viewing angles up to 60°. The general theoretical framework in conjunction with experimental demonstrations lays the foundation for designing miniaturized, planar, and multifunctional solar cells and optoelectronic devices.
中文翻译：
平面超表面实现高效彩色钙钛矿太阳能电池
在超薄半导体材料中实现完美的光吸收不仅是一个长期目标，也是太阳能应用的一个关键挑战，因此需要重新设计策略。在这里，从理论上和实验上证明了创建平面超表面吸收器的一般策略，该吸收器包括一维超薄平面半导体薄膜（取代经典超表面中的亚波长元件的二维阵列）、透明间隔物和金属背反射器。在衍生公式的指导下，实验证明了一种新型宏观平面超表面吸收器，其光几乎完全被超薄半导体薄膜完全吸收。为了证明该策略的强大功能和简单性，我们对平面超表面太阳能电池的原型进行了实验演示。此外，该器件模型预测，尽管使用的钙钛矿薄膜薄了一个数量级，但彩色平面超表面钙钛矿太阳能电池仍可保持其黑色对应物的 75% 的效率。显示的单元颜色具有与最先进的滤色器相当的高纯度，并且对高达 60° 的视角不敏感。总体理论框架与实验演示相结合，为设计小型化、平面和多功能太阳能电池和光电器件奠定了基础。
更新日期：2018-08-26
中文翻译：
平面超表面实现高效彩色钙钛矿太阳能电池
在超薄半导体材料中实现完美的光吸收不仅是一个长期目标，也是太阳能应用的一个关键挑战，因此需要重新设计策略。在这里，从理论上和实验上证明了创建平面超表面吸收器的一般策略，该吸收器包括一维超薄平面半导体薄膜（取代经典超表面中的亚波长元件的二维阵列）、透明间隔物和金属背反射器。在衍生公式的指导下，实验证明了一种新型宏观平面超表面吸收器，其光几乎完全被超薄半导体薄膜完全吸收。为了证明该策略的强大功能和简单性，我们对平面超表面太阳能电池的原型进行了实验演示。此外，该器件模型预测，尽管使用的钙钛矿薄膜薄了一个数量级，但彩色平面超表面钙钛矿太阳能电池仍可保持其黑色对应物的 75% 的效率。显示的单元颜色具有与最先进的滤色器相当的高纯度，并且对高达 60° 的视角不敏感。总体理论框架与实验演示相结合，为设计小型化、平面和多功能太阳能电池和光电器件奠定了基础。
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