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本文提出了一种金刚石微研磨和金刚石轮v尖来直接制备α-SiTF太阳能电池玻璃衬底上的精确镜像微槽阵列，因此，光在微透镜和太阳能电池衬底之间的界面上不会发生第二次反射，这种微槽玻璃透镜可以产生新的微光学特性来吸收散射光，目的是改善弱光照明下的光伏特性。利用蒙特卡罗模拟研究微光学特性，理论分析微槽透镜结构的光学效应；其次，利用金刚石磨轮在薄膜太阳能电池玻璃/空气界面制作500～800µm深度的微槽透镜；然后研究光强和入射的光学和光电特性；最后，将微槽透镜应用于太阳能装置，进行弱强日光下的充放电实验，研究其发电能力。
在本研究中，具有叠加结构的太阳能电池由1µm厚的α-Si吸收层组成，尺寸为50×50×3mm3(l×w×h)的电池描述。为了研究微槽透镜的光学效应，需要利用几何光学理论来分析其反射和折射的光学现象。
采用蒙特卡罗光线追踪法对光轨迹进行了分析，它可能预测太阳能电池和光学元件的性能，结果表明，入射光撞击微透镜结构表面后，光反射多次，折射成较大的传播角，微透镜阵列可能会散射。
图2
图2显示了太阳能电池的光通量γ和透射率t与入射角α的关系，结果表明，微槽透镜比微半球透镜散射的光更多(见图2a)。它有助于有效利用太阳能电池中的光光子，这是因为它可以保护太阳能电池免受过度集中的光的照射。在入射角为0-50°的情况下，微槽透镜的透光率平均提高0.6-2.8%，比传统透镜提高1.4-3.2%。在入射角为50-80°的情况下，微槽透镜的透光率t平均分别提高了1.0-7.2%和26.4-31.4%。因此，微槽透镜对周围的散射光产生更强的透射能力。
图3
图3显示了微槽结构内的光反射和折射，对于微槽表面，其中nair为空气折射率，mmat为材料折射率，为了满足两个内部全反射条件，首先，反射面不应阻挡反射光，第二，角度β2应大于临界角βc，第三，角度β3也应大于临界角βc，以满足第二次总反射。入射角β应满足以下条件：第一个条件是β≤64°，第二个条件是β≥32.4°，第三个条件是β≤65.9°。因此，斜率角φ在32.4°~64°之间。换句话说，v角θ应在52°-115.2°的范围内，因此长宽比(p/d)在0.64~2.05之间，在本研究中，我们选择了60°的v角。
在微研磨过程中，首先在研磨机上进行了金刚石磨轮的v尖变形，然后，利用磨削的菱形轮v尖对数控磨削系统中微米切割深度玻璃的微槽透镜进行微磨削，在这种微磨削过程中，微槽透镜通过横向磨削工具路径逐渐形成图案，为了保证地面微槽透镜表面的高精度和光滑性，在粗磨和细磨后进行火花砂磨，对这些地面结构进行抛光，微槽透镜抛光前后的显微图谱如图5。
图5
在300-1000µm深度的微槽透镜的光效率与可见光波长的模拟中，光效率ƞ被定义为接收通量与发射通量的比值。结果表明，在正常入射条件下，光波长的增加导致光效率略有增加。此外，微槽透镜对所有可见光波长的光效率都比传统表面提高了3%以上。这可以解释为反射光被困住并再次被吸收，虽然深度较大的微槽透镜提高了光效率，但在微槽深度为800µm时，光效率最大。因此，深度为800µm的微槽透镜可能是限制光散射的最佳透镜。通过对光伏特性的实际测试结果进行了进一步的验证。
白光照明在600-800µm深度的微槽透镜的光效率与入射角度，结果表明，光效率随入射角的增加而降低，微槽透镜表面的光效率也平均比传统表面大3%，入射角α≥为50°的增加幅度较大，而800μm深度的微槽透镜在α<50°时光效率最高，而600μm深度的微槽透镜在α>50°时光效率最高，这可能是因为微槽镜头表面扩大了倾斜照明的实际照明面积。不同入射角下的微槽透镜，光的辐照度强度为1000W/m2，对于带有微槽透镜的太阳能电池，正常入射角（α=0°）略差，而入射角α=45°和α=80°要好得多。
在实验中，将太阳能电池与相同的led连接起来，并暴露在唯一的光源下：30管明的白炽灯下，可以看出，微槽透镜太阳能电池照明的LED比传统照明的LED更亮，这表明，带有微槽透镜的太阳能电池在昏暗的照明下可能比传统的太阳能电池产生更多的电力。微槽透镜太阳能电池在1000W/m2、750W/m2和500W/m2条件下的实验转换效率Ef作为入射角α的函数，结果表明，转换效率Ef随入射角α的增加而降低，这一方面是因为斜入射光被部分反射，另一方面，实际光强根据I1=I0cosα的功能而降低。
在一个太阳能照明条件下，微槽透镜太阳能电池的转换效率略低于传统的入射角α<45°，但明显改善了入射角α>50°，特别是在照明低于一个太阳，事实上，在所有测量的入射角中，在1000W/m2、750W/m2和500W/m2的光强下，Ef的平均增益分别大于1%、6%和17%，这是因为微槽透镜太阳能电池产生了增强的I-V光伏特性，因此，该微槽透镜可以提高在低光强照明下的转换能力。
在500W/m2的光照强度下，太阳能电池与入射角和沟槽深度之间的光伏特性。结果表明，短电流ISC随着光入射的增加而减小。这是因为实际的光强随入射角的增加而减小。虽然凹槽深度为700μm的微凹槽透镜的ISC分别小于600μm和800μm，但仍高于传统太阳能电池的ISC，实际上，与传统沟槽深度相比，沟槽深度分别为800μm、700μm、600μm的ISC平均增加了14.6%、12%和8%，这是因为微槽透镜可以增加到达吸收层的照片的百分比，从而增加光电流。
在低光强照明下，可以大大改善微光学透镜阵列结构太阳能电池的光伏特性，传统飞机在弱日照光照下比在强日照下更能提高发电效果。通过研究微透镜结构的微光学特性，然后采用金刚石微磨削制备微槽透镜，最后测量室内转换效率和室外发电。结果表明，800µm深度的微槽透镜能够吸收倾斜光散射到太阳能电池上，提高弱光转换效率。阴天和阴天的发电量分别提高了118%和185%。