【精彩论文】激光光伏转换器金属栅格结构的数值仿真优化

观点凝练

摘要：光纤激光供电技术是实现高压电气设备监测传感器节点能量供应的重要手段。激光光伏转换器前端接触金属栅格结构的优化设计对光纤激光供电技术的改进和应用至关重要。提出了用于小尺寸激光光伏转换器金属栅格结构优化设计的数值仿真方法。该仿真模型是基于开源Solcore Python库构建的，可以按3个步骤创建光伏转换器的混合准三维模型。基于砷化镓（GaAs）材料单结光伏转换器的不同层结构，仿真研究了不同照明模式下基础层厚度和金属栅格结构对光电转换效率的影响。结果表明：使用该模型可以对金属栅格结构进行优化设计，获得仿真模块在不同层结构配置和照明模式下的最优光电转换效率。该仿真模型和优化结果可用于指导激光光伏转换器的研制。
结论：本文基于Python编程语言的Solcore开源库创建了激光光伏转换器的混合准三维模型，并将其成功应用于不同光伏转换层结构下金属栅格的仿真优化设计。通过仿真，本文研究了在不同照明模式下基础层厚度、金属栅线高度和栅线间距对光电转换效率的影响。仿真结果表明：当使用808 nm激光器时，基于砷化镓材料的单结光伏转换器应使用至少3 μm的基础层厚度；对于4 μm的金属栅线宽度，栅线高度建议至少大于1 μm，如能更高会更好，栅线高度为3 μm时，转换效率趋近饱和。另外，通过优化栅线间距，可以在4阶超高斯分布照明模式下实现很高的光电转换效率。4阶超高斯分布是多模能量光纤输出光束的常见形状，不需要在光伏转换器上对来自光纤的光束进行额外的整形操作。下一步会将本文的仿真优化结果用于光伏转换器的研制，并基于研制的光伏转换器的测试结果来验证和完善仿真模型。

引文信息

魏建国, 刘伟麟, 邓辉, 等. 激光光伏转换器金属栅格结构的数值仿真优化[J]. 中国电力, 2021, 54(10): 161-168.WEI Jianguo, LIU Weilin, DENG Hui, et al. Numerical simulation and optimization of metal grid architecture for laser photovoltaic converters[J]. Electric Power, 2021, 54(10): 161-168.

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编辑：杨彪

审核：方彤

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