Abstract In this paper, a new approach based on strategic combination between Dielectric1/Metal/Dielectric2 multilayer aspect and Particle Swarm Optimization (PSO) technique is proposed to design an efficient low-cost spectrum splitter for tandem solar cell applications. This approach allows selecting the suitable dielectric materials, noble metal and geometry of each sub-layer, providing high transparency, while maintaining a superior reflectance within well selected spectral ranges. It is revealed that the optimized ZnS/Ag/ITO multilayered structure offers 92% of transparency and a high reflectance of 89% with an optimum cut-off wavelength of 700nm. These outstanding results are mainly attributed to the role of the adopted PSO approach in promoting an enhanced light-management. Subsequently, the influence of the optimized spectrum splitter on the solar cell efficiency is analyzed by implementing it in a Perovskite/CZTS tandem cell. It is found that the investigated cell exhibits a high efficiency exceeding 16%, far surpassing that of the conventional monolithic tandem photovoltaic device. This is due to the reduced optical and recombination losses enabled by the use of an optimized and low-cost spectrum splitter system. Therefore, the proposed strategy based on combined Dielectric1/Metal/Dielectric2 spectrum splitting and PSO metaheuristic technique pinpoints a new pathway towards reaching improved efficiencies, making it potential alternative for designing high-efficiency and cost-effective thin-film tandem solar cells.

中文翻译：

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使用低成本 ZnS/Ag/ITO 多层光谱分离器改善钙钛矿/CZTS 串联太阳能电池的性能

摘要 在本文中，提出了一种基于 Dielectric1/Metal/Dielectric2 多层方面与粒子群优化 (PSO) 技术战略组合的新方法，以设计一种用于串联太阳能电池应用的高效低成本光谱分离器。这种方法允许选择合适的介电材料、贵金属和每个子层的几何形状，提供高透明度，同时在精心选择的光谱范围内保持卓越的反射率。结果表明，优化的 ZnS/Ag/ITO 多层结构提供 92% 的透明度和 89% 的高反射率，最佳截止波长为 700nm。这些出色的结果主要归功于所采用的 PSO 方法在促进增强光管理方面的作用。随后，通过在钙钛矿/CZTS 串联电池中实施优化的光谱分离器对太阳能电池效率的影响进行分析。发现所研究的电池表现出超过 16% 的高效率，远远超过传统的单片串联光伏器件。这是由于使用优化的低成本光谱分离器系统降低了光学和复合损耗。因此，所提出的基于组合 Dielectric1/Metal/Dielectric2 光谱分裂和 PSO 元启发式技术的策略指出了一条提高效率的新途径，使其成为设计高效和具有成本效益的薄膜串联太阳能电池的潜在替代方案。发现所研究的电池表现出超过 16% 的高效率，远远超过传统的单片串联光伏器件。这是由于使用优化的低成本光谱分离器系统降低了光学和复合损耗。因此，所提出的基于组合 Dielectric1/Metal/Dielectric2 光谱分裂和 PSO 元启发式技术的策略指出了一条提高效率的新途径，使其成为设计高效和具有成本效益的薄膜串联太阳能电池的潜在替代方案。发现所研究的电池表现出超过 16% 的高效率，远远超过传统的单片串联光伏器件。这是由于使用优化的低成本光谱分离器系统降低了光学和复合损耗。因此，所提出的基于组合的 Dielectric1/Metal/Dielectric2 光谱分裂和 PSO 元启发式技术的策略指出了一条提高效率的新途径，使其成为设计高效和具有成本效益的薄膜串联太阳能电池的潜在替代方案。这是由于使用优化的低成本光谱分离器系统降低了光学和复合损耗。因此，所提出的基于组合 Dielectric1/Metal/Dielectric2 光谱分裂和 PSO 元启发式技术的策略指出了一条提高效率的新途径，使其成为设计高效和具有成本效益的薄膜串联太阳能电池的潜在替代方案。这是由于使用优化的低成本光谱分离器系统降低了光学和复合损耗。因此，所提出的基于组合 Dielectric1/Metal/Dielectric2 光谱分裂和 PSO 元启发式技术的策略指出了一条提高效率的新途径，使其成为设计高效和具有成本效益的薄膜串联太阳能电池的潜在替代方案。