薄膜太阳能电池的遗传算法优化

【摘要】：薄膜太阳能电池是厚度为微米数量级的太阳能电池,因其具有用材少,吸收系数高等优点而得到了广泛的研究与应用。提高薄膜太阳能电池的光电转化效率是薄膜太阳能电池的主要优化目标。光电转化效率定义为电池输出功率与照射到电池表面光功率的比值。提高光电转化效率主要有两种方法,第一种方法是在太阳电池表面镀一层或者多层光学性质匹配的减反射膜,提高光的入射率,减少反射率,以增加电池对光的吸收;第二是对薄膜太阳能电池的表面结构进行优化设计,增加光在电池表面以及内部的反射次数,增加光程,进而增加电池对光的吸收,从而提高光电转化效率。以上两点一直是人们研究的热点,同时也是本文主要研究内容。 首先,论文综述了国内外对薄膜太阳能电池的优化设计的发展现状,并对优化设计中使用的主要优化算法(遗传算法)进行了原理上的简单介绍,并寻找了遗传算法对减反膜和陷光结构进行优化的变量,为后面的工作做了初步准备。 其次,详细介绍了减反射膜和陷光结构的基本原理,论文分别应用了等效界面法和矩阵法计算多层膜透射率,并介绍了遗传算法如何在减反膜优化中的应用。论文基于等效界面法和矩阵法对多层膜透射率进行计算,结合遗传算法对多层减反射膜各参数进行了最优求解,得到了不同折射率组合的高效减反射膜系,并对高效减反射膜系折射率分布对膜系透射率的影响进行进一步分析,得到了高效减反射膜系各层膜折射率的分布规律。 最后,为了对太阳能薄膜电池陷光结构的光学过程进行准确计算模拟,论文运用了有限元法。为得到高效的陷光结构,论文选择了遗传算法作为优化算法,计算的过程是基于有限元法对陷光结构光学过程的模拟,应用了遗传算法对最优结构的寻找。通过计算模拟发现影响陷光效率的因素除了结构宽度与结构高度之外,还受结构凸起宽度的影响,因此论文将结构凸起宽度列入寻优变量范围,通过计算得到了高效的陷光结构。 论文分别对薄膜太阳能电池减反射膜和陷光结构进行了优化计算,得到了高效的减反射膜系折射率分布规律和高效陷光结构的结构参数,为高效薄膜太阳能电池的制备提供理论上的依据和指导。 【关键词】：遗传算法 有限元法 减反射膜 陷光结构 薄膜太阳能电池
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 薄膜太阳能电池的发展历史及其基本原理11-16
• 1.2.1 薄膜太阳能电池的发展历史和研究现状11-15
• 1.2.2 太阳能电池的基本原理15-16
• 1.3 本文的主要内容16-18
• 第2章 薄膜太阳能电池减反射膜系的优化设计18-32
• 2.1 遗传算法18-21
• 2.1.1 遗传算法的基本组成部分18-21
• 2.2 减反射膜的基本原理分析21-26
• 2.2.1 减反膜21
• 2.2.2 单层膜21-23
• 2.2.3 多层膜23-26
• 2.3 遗传算法在减反射膜设计中的应用26-31
• 2.3.1 运用遗传算法计算减反射膜26-28
• 2.3.2 双层膜计算结果分析28-29
• 2.3.3 多层膜等效递推29-30
• 2.3.4 数值证明30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 薄膜太阳能电池周期性矩形陷光结构的优化设计32-42
• 3.1 有限元法32-33
• 3.1.1 有限元法步骤33
• 3.2 遗传算法与有限元法的结合33
• 3.3 遗传算法结合有限元法对陷光结构的优化设计33-41
• 3.3.1 陷光结构边界条件设定及计算求解34-37
• 3.3.2 计算结果及分析37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 结论42-43
• 参考文献43-47
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果47-48
• 致谢48-49
• 作者简介49

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