Boosting photoelectric performance of thin film GaAs solar cell based on multi-objective optimization for solar energy utilization

光伏系统 太阳能电池 光电子学 材料科学 光电效应 吸收率 太阳能 太阳能电池效率 光学 带隙 吸收(声学) 计算机科学 物理 电气工程 工程类 反射率
作者
Wen‐Wen Zhang,Hong Qi,Yukun Ji,Ming-Jian He,Ya-Tao Ren,Yang Li
出处
期刊:Solar Energy [Elsevier]
卷期号:230: 1122-1132 被引量:40
标识
DOI:10.1016/j.solener.2021.11.031
摘要

• An optimization approach for GaAs PV cell is presented based on NSGA-II. • The Pareto optimal solution is obtained by solving the multi-objective problem. • The performance improvements are achieved of the optimal GaAs solar cell. • NSGA-II is an effective strategy to guide the rapid optimization design. For enhancing the photoelectric performance of the GaAs photovoltaic cell, the non-dominated sorted genetic algorithm-II (NSGA-II) is employed to solve the multi-objective optimization problem, which consists of the thicknesses of active layer (GaAs) and three anti-reflection (AR) films (TiO 2 -HfO 2 -SiO 2 ). Through maximizing (minimizing) the light absorption of photons with energies higher (lower) than the bandgap in the active layer directly and reducing the cost at the same time, the Pareto optimal solution is obtained. An increment in the absorptance, short circuit current and photoelectric conversion efficiency by 50%, 43.4% and 44.9% is achieved by the optimal GaAs solar cell due to excellent AR properties obtained by NSGA-II optimization. We systematically investigate the effects of carrier lifetime, surface recombination velocity, carrier mobility as well as doping concentration on the photovoltaic parameters, and acquire the limitations of these parameters. The strong robustness of the optimal GaAs solar cell enables it to be adapted to wide-angle sunlight incident, and the probability to achieve an absorptance of 0.963 is 97% even if there is a 20% machining error.
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