2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fast and accurate shape optimisation system to design high efficient thin Silicon solar cells
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15K06683
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
高橋 徹 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (90360578)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 形状最適化 / 太陽電池 / 表面プラズモン / 周期境界値問題 / 境界要素法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【最終年度の研究成果】最終年度は１）前年度までの研究の高度化しつつ、２）その総括を行うと共に、３）後継研究の基礎構築を目標とした。具体的には次の通りである：
１）前年度に引き続き、太陽光スペクトルで重み付けした入射エネルギーを最大限に吸収可能とする形状最適化を試みたが、懸念していた計算時間がネックとなって十分なデータを得るには至らなかった。一方、本形状最適化システムの不具合を修正し、厳密解が導出可能な最適化問題を設定して、本システムの妥当性を再検証した。
２）再検証したシステムを用いて、前年度に行った空気／シリコン／銀／空気から成る四層モデルのシリコン層におけるエネルギー吸収を最大化する最適化を行った結果、より吸収率を高めるような構造が得られた。
３）３次元問題に関するアイソジオメトリック境界要素法（IGBEM）の構築を進め、音響および電磁気問題に対する解析プログラムのプロトタイプを作成した。
【研究期間全体の研究成果】本研究は２次元１周期多層構造系におけるIGBEMを提案し、随伴変数法と準ニュートン法に基づく形状最適化システムを構築した。入力パラメータ（入射角度θ、入射波長λ、周期長さL）を決定するためのスキームに沿って、薄型シリコン太陽電池におけるエネルギー吸収の最大化を目的とした最適化を実施した。その結果、入射エネルギーの67％を吸収可能な形状を得た。この成果は誌上発表に至った。なお、使用した解析プログラムはネット上に公開した（https://sourceforge.net/projects/igbemsopt）。この一連の成果および公開した解析プログラムは今後の薄型シリコン太陽電池の開発に有意義と考えられる。一方で、３次元２周期問題に対するIGBEMとその関連技術（前処理、並列化等）に関する成果も得ることができ、これは平成30年度より始まる後続研究の基礎として有用である。
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