GSvit documentation

Cílem výpočtu bylo získat rozložení absorpce světla dané vlnové délky v objemu vzorku tvořeného amorfním křemíkem a jedním mikrokrystalickým zrnem. Amorfní křemík tvoří samonosnou vrstvu o tloušťce 1 μm. Zrno má tvar kulové výseče s vrcholovým úhlem β. Vrchol kulové výseče je v hloubce d pod povrchem (typicky 500-800 nm); tato hodnota je v textu nazývána hloubkou zrna. Celý povrch je pokryt tenkou neabsorbující vrstvou (tloušťka 100 nm, εr=1.96).

Výpočet byl prováděn metodou FDTD (Finite Difference in Time Domain) ve 3D. Využitý výpočetní objem 500×500×180 pixelů (pixelem zde nazýváme nejmenší objemovou jednotku ve výpočtu), reprezentuje pro vlnovou délku 440 nm reálný objem 4.5×4.5×1.64 μm. Rovinná vlna nebo gaussovský svazek byly do výpočetního prostoru zavedeny okrajovými podmínkami prostřednictvím metody TSF (total/scattered field). Výpočetní prostor byl mimo to ohraničen jednoduchými absorpčními okrajovými podmínkami. Materiál byl modelován pomocí lokální permitivity (εr) a vodivosti (σ). Absorpce byla vyhodnocena průměrováním lokální intenzity elektrického pole v čase (po ustavení rovnovážného stavu) a následně lokálně spočtena vztahem A=σE² (za předpokladu stejného objemu všech pixelů, konstantní hodnoty v rámci jednoho pixelu a bez násobení tímto objemem, což by byl jinak správný důsledek integrace přes objem pixelu).

Pro vlnovou délku 442 nm jsou optické vlastnosti a přepočtené materiálové parametry použité při FDTD výpočtu následující:

n	α [cm−1]	εr	σ [S·m−1]

a-Si 4.89 256000 23.1 67935 μc-Si 4.37 160000 18.78 42270

Při výpočtu byla zkoumána závislost rozložení absorpce na různých parametrech modelu, zejména na geometrii zrn. Výsledky prvních výpočtů jsou uvedeny v následujících obrázcích. Znázorněna je absorpce v řezu výpočetním prostorem podél normály k povrchu, svazek světla tedy dopadá na snímku seshora. Drobné rozdíly v intenzitě připomínající vodorovné interferenční proužky by mohly být způsobeny nedostatečnou dobou průměrování spíše než skutečnou interferencí (nutno prověřit).