高效硅太阳能电池减反射膜系折射率分布
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本文介 绍 了如何运 用 遗 传 算法 优 化 膜 系 , 少 光 的 减
60 7
激 光 与 红 外
第 4 卷 1
射 光存在 相位差 的干 涉 原 理而 达 到 减 反射 效 果 , 因
反射 率 。故将 膜 系 各 层膜 的折 射 率 n 厚 度 d作 为 ,
此 可直接 利 用 菲 涅 耳 公 式 求 得 反 射 率 进 行 膜 系 优
高效硅 太 阳能 电池减 反射 膜 系各 层膜 的折 射率 分布 规 律 为 : 下一 层膜 的折 射率 要 大于 上 一层
膜 的折 射率 。
关键词 : 反射膜 ; 减 遗传 算 法 ; 硅太 阳能 电池
中图分 类号 :M6 5 T 1 文献 标识码 : A D I1 .9 9 j i n 10 .0 8 2 1 .6 0 6 O : 3 6 / . s .0 15 7 . 0 10 . 1 0 s
和把 m层 连 同基 体 一 起 等效 为一 个 新 的基 体 界 面 套用 菲涅耳 公式 , 可得 到多层 膜 的反射 系数 r :
:
最小加 权反射 率 R 随 n 变化 如 图 1所 示 , 得 的 取 最小加 权反射 率 尺 对 应 的第一层 膜 的折 射率 / 随 g ' 。
高效 硅 太 阳能 电池 减 反 射 膜 系折 射 率 分 布
王全 志 , 井西利 , 马懿 恒 , 小 宁 , 邢 王红 翠
( 山大 学 理 学 院 , 燕 河北 秦 皇 岛 0 6 0 ) 60 4
摘
要 : 于 多层 减反 射膜 的等效 分析 原理 , 基 结合 遗传 算 法 的全 局 寻优 的特 性 , 硅 太 阳 电池 对
ig o ih ef i n y sl o oa el st a h e a t e i d x so w rly rs o l e b g e a eh g e n s frh g f c e c i c n s lrc l i h t e r f ci n e e fl e a e h ud b ig rt n t ih r i i s t r v o h h
各层 膜 的折射率 进 行 了数值 分 析 , 到 双层 减 反 射 得 膜 的两层 膜折射 率分 布规 律 。并 运用 等效 分析 的原
理得 到 了高效多 层减 反射 膜各层 膜 的折射率 分布规 律, 为高效 空 间硅太 阳能 电 池减 反 射 膜 系 的制 备提
供理论 依 据 。
2 原 理 与结论
池要求 在较 宽 的波 长 范 围 内具 有 良好 的减 反 射 效 果 , 得太 阳能 电池 吸 收更 多 的入 射 光 。考 虑 到硅 使
材料 的 内部量 子效 率 , 阳能 电池 要 在 可见 光 谱 范 太
围内有 最小 的减反射 效果 。在 减反射膜 系 的优化设 计 中不仅要考 虑硅 材料 的 内部 量子效 率还要 考虑 太 阳光 的光谱特 性 , 重 太 阳电 池对 不 同 波长 点 的光 权 的吸 收 。计算 过程 中首 先计 算 单 波 长 的点 反射 率 ,
第 4 卷 第 6期 l
2 1 年 6月 01
激 பைடு நூலகம் 与 红 外
LAS ER & I NFRARED
Vo. 141. . No 6
J n . 0l ue2 1
文章编号: 0 — 7 (0 10 - 6- 1 1 08 21 )6 69 4 0 5 0 0
・ 学材 料与 薄膜 ・ 光
对 于双 层减 反 射 膜使 用 遗传 算 法优 化 , 当第 二 层膜 的折 射 率 n 取 定 值 , 其 他 变 量 进 行 全 局 寻 。 对 优, 总能 找到 n 这一 点对应 的最优 膜 系结 构及其 对
应 的最小 加权 反射率 。当 n 不 断增大 , 化得 出 的 优
求 出反射率 。在讨论 中引人光 学 导纳 ( ) 来 分析 Y 多层 光学薄 膜 的反射 性质 , 将折 射率 为 n 入射 介 质 。
n lss h s b e d . h e trf c ie id x sd sr uin o o t g a e no ti e n er s l i e t n e ay i a e n ma e T e b s e a t n e e it b t fc ai sh b e b an d a d t e u t s x e d d r v i o n s h
Re r c i e i d x s d s r b i n o n ir fe to o tn s f r f a t n e e it i uto fa t— e c i n c a i g o v l h g f ce c i c n s l r c l ih e i i n y sl o o a e l i s
的减反 射膜 进行 了遗传 算 法优化设 计 , 并对双 层减 反 射膜 各 层膜 折 射 率 的分 布对 膜 系减 反 射 效果 的影 响进 行 了进 一步 的数值分 析 , 到最 优 的膜 系折 射率 分布规 律 , 得 并推广 到 多层 减反 射 膜 。分 别设 计优 化 了常规 材料 和新 型纳 米材料 三 层减 反 射膜 , 进 行进 一步论 证 , 终发 现 , 并 最
ly rS a e .
Ke r s a t r f c in c a ig; e ei g r h ; i c n s lrc l y wo d : n i e e t o t — l o n g n t a o i ms sl o o a e l cl t i s
1 引 言
R = -—————一 () 4
n 的不 断增 大 , 求解 最 小加 权 反射 率得 到 最 优膜 系 参数 中第一 层膜 的折射 率 n 又不 断减小 的趋势 , , 但
n 大 于 n , n 于 1 7 n 急 剧 减小 , 时 n 小 , 当 :大 . ,} 此 ,
的 主要 问题 是计算 减反 射 膜 的 膜层 折 射 率 与厚 度 , 使得 太 阳能 电池在 所工 作 的光谱 范围 内获得 最佳 的
减反射 效果 。 国内外虽 然 已经有很 多关 于太 阳能 电 池减 反射膜 的研 究 , 并 没 有 对 各 层 膜 的折 射 卜 但
单层 减反膜 可 以利 用 光在减 反射膜 的两 侧处反
n 的变化 如 图 2所 示 。 ,
() 1
反射率 为 :
R:… :1
I o+ Yl
{
() 2
式中, Y=C B / 。等效 光学导 纳特征 表达 式如 下 :
直 [ i
¨】㈩
n2
式 中, " A,8 6 =2r d/ 2 为相 邻 两 相 干光 束 的位 相 r n
反 射 , 对取得 最 优减 反 射 效 果 的双 层 减 反射 膜 的 并
太 阳能 电池 的光 电转化 效率 的提 高一直 是人 们
关 注的主 要问题 , 影 响 太 阳能 电池 光 电转 化 效 率 而 的 主要 因素之一 为 入射 光 的反 射损 失 , 而 减 反射 进
膜 的优化设 计就成 为研 究热 点之一 。设 计减 反射膜
WA G Q a —h,I G X— , i eg X N i —ig WA G H n -u N u nziJN iiMA Y- n , I G X a nn , N o gc i l h o
( o eeo SineY nS a nvrt, ih aga 60 4 C ia C l g f cec , a hnU i s yQ nun do 60 , h ) l ei 0 n
t lia e nt—e e to o tng . o mutl y ra irf c in c a i s Thetil y rn w a o tra d n r a t rasa t-e e to o tn s ae d - l r—a e e n n mee n om lma e l n irf ci n c a ig r e i l sgn d a d a ay e e p c iey The rs ls s o ta he b s e a tv n e e srbui n o n ir fe t n c at i e n n lz d r s e tv l. e u t h w h tt e tr f ci e i d x sditi to fa t・e ci o ・ r l o
作者 简 介 : 全 志 (9 5一) 男 , 士 研 究 生 , 要 研 究 方 向 为 王 18 , 硕 主 太 阳 能 电池 优 化 。E m i w nq azi8 16 cr - a :a gunh5 @ 2 .o l n 收 稿 日期 :0 410 2 1 )-6 1
率分 布规律对 反射 率 的影响做 过详 细 、 系统 的讨论 。
A b tac : c r i o h e uiae t h oy fmuhi y r a irfe to c ai g a h h o o e t ag ・ s r t Ac o dng t t e q v ln t e r o l e nt—e ci n o tn s nd t e t e r fg nei l o- a l y c rt ms, nt-e e to o tn so oa el r e in d a d a a y e y g nei lo t ms Re e tv n x sdi- ih a irf ci n c a ig fSis lrc l ae d sg e n n lz d b e t ag r h . f cie ide e s l s c i l ti u in o a h ly ro o bl・a e n ir fe t n c a igsifu n e h fe to n ir fe tn n ume c la・ rb to fe c a e fd u e- y ra t・e ci o tn n e c st e e c fa t・e ci g a d n l ・l o l -l i r a ・
‘ 2
入射 光子通量 并结 合硅 材料 的内部量 子效率 来计算
整个 光谱范 围 内的加 权 平均反 射率 R :
图 2 最佳折射率变化曲线
Fi . b s e r ci e i d x sc r e g2 e tr f t n e e u v s a v
由图 2可 以看 出 , 随着 双 层 膜第 二 层 膜折 射 率 J ( Q( R( d , A) A) A)h
差 。以上 给 出的公式 为垂直 人射 的情况 。
太 阳光 分 布在 一个 较 大 的波 长 范 围 , 太 阳 电 对
图 1 最d,t  ̄l 权反射率曲线
F g 1 b s we g td r f c a c u v s i. et ih e e l tn e c re e
化 。而在 多层膜 系 的讨 论 中将 膜 系等效 为一个新 的
寻优变量。通过多次迭代遗传算法最终能得到最优
膜 系结 构 。
基 体套用 菲涅 尔公式 进行分 析计算 。在 多层膜 系 中 任取一层 , 把上 面各层 等效 为一个 界面 , 把下 面各层
等效 为一 个 界 面 , 整 个 系 统 等 效 为 一 个 单 层 膜 。 则 这样就 可 以求 出整 个 膜 系 的等效 菲涅 耳 系数 , 而 从
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激 光 与 红 外
第 4 卷 1
射 光存在 相位差 的干 涉 原 理而 达 到 减 反射 效 果 , 因
反射 率 。故将 膜 系 各 层膜 的折 射 率 n 厚 度 d作 为 ,
此 可直接 利 用 菲 涅 耳 公 式 求 得 反 射 率 进 行 膜 系 优
高效硅 太 阳能 电池减 反射 膜 系各 层膜 的折 射率 分布 规 律 为 : 下一 层膜 的折 射率 要 大于 上 一层
膜 的折 射率 。
关键词 : 反射膜 ; 减 遗传 算 法 ; 硅太 阳能 电池
中图分 类号 :M6 5 T 1 文献 标识码 : A D I1 .9 9 j i n 10 .0 8 2 1 .6 0 6 O : 3 6 / . s .0 15 7 . 0 10 . 1 0 s
和把 m层 连 同基 体 一 起 等效 为一 个 新 的基 体 界 面 套用 菲涅耳 公式 , 可得 到多层 膜 的反射 系数 r :
:
最小加 权反射 率 R 随 n 变化 如 图 1所 示 , 得 的 取 最小加 权反射 率 尺 对 应 的第一层 膜 的折 射率 / 随 g ' 。
高效 硅 太 阳能 电池 减 反 射 膜 系折 射 率 分 布
王全 志 , 井西利 , 马懿 恒 , 小 宁 , 邢 王红 翠
( 山大 学 理 学 院 , 燕 河北 秦 皇 岛 0 6 0 ) 60 4
摘
要 : 于 多层 减反 射膜 的等效 分析 原理 , 基 结合 遗传 算 法 的全 局 寻优 的特 性 , 硅 太 阳 电池 对
ig o ih ef i n y sl o oa el st a h e a t e i d x so w rly rs o l e b g e a eh g e n s frh g f c e c i c n s lrc l i h t e r f ci n e e fl e a e h ud b ig rt n t ih r i i s t r v o h h
各层 膜 的折射率 进 行 了数值 分 析 , 到 双层 减 反 射 得 膜 的两层 膜折射 率分 布规 律 。并 运用 等效 分析 的原
理得 到 了高效多 层减 反射 膜各层 膜 的折射率 分布规 律, 为高效 空 间硅太 阳能 电 池减 反 射 膜 系 的制 备提
供理论 依 据 。
2 原 理 与结论
池要求 在较 宽 的波 长 范 围 内具 有 良好 的减 反 射 效 果 , 得太 阳能 电池 吸 收更 多 的入 射 光 。考 虑 到硅 使
材料 的 内部量 子效 率 , 阳能 电池 要 在 可见 光 谱 范 太
围内有 最小 的减反射 效果 。在 减反射膜 系 的优化设 计 中不仅要考 虑硅 材料 的 内部 量子效 率还要 考虑 太 阳光 的光谱特 性 , 重 太 阳电 池对 不 同 波长 点 的光 权 的吸 收 。计算 过程 中首 先计 算 单 波 长 的点 反射 率 ,
第 4 卷 第 6期 l
2 1 年 6月 01
激 பைடு நூலகம் 与 红 外
LAS ER & I NFRARED
Vo. 141. . No 6
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文章编号: 0 — 7 (0 10 - 6- 1 1 08 21 )6 69 4 0 5 0 0
・ 学材 料与 薄膜 ・ 光
对 于双 层减 反 射 膜使 用 遗传 算 法优 化 , 当第 二 层膜 的折 射 率 n 取 定 值 , 其 他 变 量 进 行 全 局 寻 。 对 优, 总能 找到 n 这一 点对应 的最优 膜 系结 构及其 对
应 的最小 加权 反射率 。当 n 不 断增大 , 化得 出 的 优
求 出反射率 。在讨论 中引人光 学 导纳 ( ) 来 分析 Y 多层 光学薄 膜 的反射 性质 , 将折 射率 为 n 入射 介 质 。
n lss h s b e d . h e trf c ie id x sd sr uin o o t g a e no ti e n er s l i e t n e ay i a e n ma e T e b s e a t n e e it b t fc ai sh b e b an d a d t e u t s x e d d r v i o n s h
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的减反 射膜 进行 了遗传 算 法优化设 计 , 并对双 层减 反 射膜 各 层膜 折 射 率 的分 布对 膜 系减 反 射 效果 的影 响进 行 了进 一步 的数值分 析 , 到最 优 的膜 系折 射率 分布规 律 , 得 并推广 到 多层 减反 射 膜 。分 别设 计优 化 了常规 材料 和新 型纳 米材料 三 层减 反 射膜 , 进 行进 一步论 证 , 终发 现 , 并 最
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1 引 言
R = -—————一 () 4
n 的不 断增 大 , 求解 最 小加 权 反射 率得 到 最 优膜 系 参数 中第一 层膜 的折射 率 n 又不 断减小 的趋势 , , 但
n 大 于 n , n 于 1 7 n 急 剧 减小 , 时 n 小 , 当 :大 . ,} 此 ,
的 主要 问题 是计算 减反 射 膜 的 膜层 折 射 率 与厚 度 , 使得 太 阳能 电池在 所工 作 的光谱 范围 内获得 最佳 的
减反射 效果 。 国内外虽 然 已经有很 多关 于太 阳能 电 池减 反射膜 的研 究 , 并 没 有 对 各 层 膜 的折 射 卜 但
单层 减反膜 可 以利 用 光在减 反射膜 的两 侧处反
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反射率 为 :
R:… :1
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式中, Y=C B / 。等效 光学导 纳特征 表达 式如 下 :
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式 中, " A,8 6 =2r d/ 2 为相 邻 两 相 干光 束 的位 相 r n
反 射 , 对取得 最 优减 反 射 效 果 的双 层 减 反射 膜 的 并
太 阳能 电池 的光 电转化 效率 的提 高一直 是人 们
关 注的主 要问题 , 影 响 太 阳能 电池 光 电转 化 效 率 而 的 主要 因素之一 为 入射 光 的反 射损 失 , 而 减 反射 进
膜 的优化设 计就成 为研 究热 点之一 。设 计减 反射膜
WA G Q a —h,I G X— , i eg X N i —ig WA G H n -u N u nziJN iiMA Y- n , I G X a nn , N o gc i l h o
( o eeo SineY nS a nvrt, ih aga 60 4 C ia C l g f cec , a hnU i s yQ nun do 60 , h ) l ei 0 n
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作者 简 介 : 全 志 (9 5一) 男 , 士 研 究 生 , 要 研 究 方 向 为 王 18 , 硕 主 太 阳 能 电池 优 化 。E m i w nq azi8 16 cr - a :a gunh5 @ 2 .o l n 收 稿 日期 :0 410 2 1 )-6 1
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‘ 2
入射 光子通量 并结 合硅 材料 的内部量 子效率 来计算
整个 光谱范 围 内的加 权 平均反 射率 R :
图 2 最佳折射率变化曲线
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由图 2可 以看 出 , 随着 双 层 膜第 二 层 膜折 射 率 J ( Q( R( d , A) A) A)h
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太 阳光 分 布在 一个 较 大 的波 长 范 围 , 太 阳 电 对
图 1 最d,t  ̄l 权反射率曲线
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化 。而在 多层膜 系 的讨 论 中将 膜 系等效 为一个新 的
寻优变量。通过多次迭代遗传算法最终能得到最优
膜 系结 构 。
基 体套用 菲涅 尔公式 进行分 析计算 。在 多层膜 系 中 任取一层 , 把上 面各层 等效 为一个 界面 , 把下 面各层
等效 为一 个 界 面 , 整 个 系 统 等 效 为 一 个 单 层 膜 。 则 这样就 可 以求 出整 个 膜 系 的等效 菲涅 耳 系数 , 而 从