一种宽度渐变的栅线电极设计方法技术

本发明专利技术公开了一种宽度渐变栅线电极设计方法，根据待设计太阳能电池的参数，建立栅线电极收集载流子过程产生的总相对功率损失的数学物理模型；设置参数的最大值、最小值和参考间隔；对给出的参数进行组合，根据数学物理模型计算出每种组合对应的总相对功率损失；找出总相对功率损失的最小值及其对应的参数组合，该最小值对应的参数组合即为所述太阳能电池的最优栅线电极结构。本发明专利技术的方法计算量少，简单实用，结果准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能光伏电池
，特别涉及一种太阳能光伏电池宽度渐变栅线电极设计方法。
技术介绍
太阳能光伏发电技术作为一种清洁可再生能源的利用方式，近几年得到了迅猛的发展。太阳能电池表面栅线电极的结构对电池输出功率的影响较大，是太阳能电池设计中ー个重要的环节。在太阳能电池工作过程中，半导体薄膜中的载流子沿着与次栅电极垂直的方向传输至次栅电极，然后通过次栅电极传输至主栅电极，并通过主栅电极导出。由于电阻的存在，载流子在半导体薄膜、栅线电极以及两者的接触面产生相应的功率损失；由于栅线遮蔽的存在，部分入射太阳光不能被电池吸收利用，从而导致电池输出功率下降。关于太阳能光伏电池表面栅线电极设计方面的研究很多，常见的方法如《Solar Cells Operating·Principles, Technology and System Applications》(Martin A. Green 编着，2010 年 I月第I版，ISBN978-7-313-06191-1)第八章所述。其中，宽度渐变的栅线电极设计过程涉及的电学參数包括最大功率点输出电压V和电流密度J、薄膜方阻R、薄膜与栅线接触电阻率Q及栅线电阻率G ;涉及的尺寸參数包括电池宽度H和长度L、最小结构单元宽度S、最小结构单元长度T、主栅最大处宽度W与厚度F、次栅最大处宽度K与厚度C。图I是太阳能电池表面宽度渐变的栅线电极的结构示意图，宽度渐变栅线电极从零宽度逐渐线性变大至某ー宽度。假定电池体材料均匀、电极构形对称且载流子只通过次栅电极收集(忽略主栅电极直接收集部分)，则宽度渐变的栅线电极收集载流子过程中，主栅功率损失计算公式为r nGlsTJ Ir_4] Vbus =%+% =+ —(I)次栅功率损失计算公式为r nRS1J OSJ GST2J K_6] H瑪+%+l=^T + ^7+^^7 + y (2)对于给定的电学參数和尺寸參数，利用牛顿迭代法分别求出nbus和nfing 的最小值，此时的栅线參数即为主栅和次栅的最佳尺寸。目前宽度渐变栅线电极的设计都是基于上述过程，但这些方法均存在以下四个问题I、数学物理模型与实际情况不符。(I)计算半导体传输损失、接触损失、次栅传输损失及主栅传输损失时，将非光活性区(即主栅和次栅遮蔽区)考虑在内，导致计算结果偏大；(2)计算接触损失、次栅传输损失及次栅遮蔽损失时，将次栅与主栅的重叠区考虑在内，导致接触电阻计算结果偏小、次栅传输电阻及次栅遮蔽面积计算结果偏大；(3)半导体薄膜产生的电流通过次栅汇集到主栅，而非直接汇集到主栅，因此计算主栅传输损失的表达式与实际情况的偏差较大。2、最佳栅线结构判据有误。(I)现有方法是分别计算主栅和次栅最佳尺寸，忽略二者之间的关联性。而实际情况是主栅相对功率损耗依赖于采用的次栅结构，二者不可拆分。(2)现有方法中栅线只能从零宽度渐变至某ー宽度，而实际情况是栅线起始宽度为零不仅在エ艺上无法实现而且不利于载流子的收集。因此现有方法采用的判据不符合实际情况，无法得到正确結果。3、无法用于具有两个或两个以上未知參数时的栅线设计。计算次栅相对功率损失的数学物理模型涉及5个电学參数和5个尺寸參数，现有方法通过设定其中的9个參数值来求解另外ー个參数的最佳值。现有方法无法解决具有两个或两个以上未知參数时的栅线设计问题。4、计算方法繁琐，获取信息量少。牛顿迭代法毎次只能获得ー个參数的最优結果，要分析电学參数和尺寸參数对总相对功率损失的影响方式及权重，需要进行大規模的数据分析和运算。如果利用牛顿迭代法，该过程将极其复杂和繁琐，需要耗费大量时间和精力。由于上述问题的存在，利用现有方法得到的最佳栅线电极尺寸与实际情况存在较·大偏差，且无法对各參数对总相对功率损失的影响方式及权重进行细致的分析和研究。因此，提出更为精确的数学物理模型并开发先进的栅线电极设计方法及工具，是本专利技术要解决的重要技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有宽度渐变栅线电极设计方法中数学物理模型偏差大、最佳栅线结构判据有误、只能对单ー參数进行设计，以及计算过程复杂繁琐等问题，提供ー种更加准确、快速、便捷的太阳能电池栅线电极设计方法。本专利技术在优化现有数学物理模型的基础上，采用新的判据及数据处理方法对大量数据进行快速、准确的分析处理，不仅能得到更加准确的栅线电极结构，还能得到丰富的过程信息，为宽度渐变的栅线电极设计开发提供強大的技术支持。，用于根据待设计太阳能电池的參数，设计所述太阳能电池的栅线电极，包括步骤(I)根据待设计太阳能电池的參数，建立栅线电极收集载流子过程产生的总相对功率损失的数学物理模型；(2)设置所述參数的最大值、最小值和參考间隔；(3)对给出的所述參数进行组合，根据所述数学物理模型计算出每种组合对应的总相对功率损失；(4)找出所述总相对功率损失的最小值及其对应的參数组合，所述最小值对应的參数组合即为所述太阳能电池的最优栅线电极结构。进ー步地，所述步骤(3)还包括步骤根据每ー个所述參数的參考间隔，为其对应的參数取值得到所述參数的所有參数值；从姆ー个所述參数中取ー个參数值进行组合,计算该组合对应的总相对功率损失;遍历所有組合，计算出所有组合对应的总相对功率损失。所述參考间隔为小于其对应參数的最大值的任意正数。參考间隔越小，最終设计效果越好。进ー步地，所述步骤⑷还包括步骤结合エ艺水平，选择能够满足エ艺水平的，最接近总相对功率损失最小值的參数组合作为最优栅线电极结构。可以有效地结合实际工程应用，设计当前エ艺条件下最优的栅线电极结构。所述总相对功率损失包括顶层半导体薄膜传输损失，半导体薄膜与次栅的接触损失，次栅传输损失，次栅遮蔽损失，主栅传输损失和主栅遮蔽损失。所述太阳能电池的參数包括电学參数和尺寸參数，其中电学參数包括最大功率点的输出电压V和电流密度J、薄膜方阻R、薄膜与栅线接触电阻率Q及栅线电阻率G ;尺寸參数包括电池宽度H和长度L、主栅数目M、主栅斜率D、主栅起始半宽度E、主栅厚度F、次栅数目N、次栅斜率A、次栅起始半宽度B、次栅厚度C。根据所述太阳能电池的电池宽度和长度，定义最小结构单元，所述最小结构单元的长度T和宽度S分别为权利要求1.，用于根据待设计太阳能电池的参数，设计所述太阳能电池的栅线电极，其特征在于，包括步骤 (1)根据待设计太阳能电池的参数，建立栅线电极收集载流子过程产生的总相对功率损失的数学物理模型； (2)设置所述参数的最大值、最小值和参考间隔； (3)对给出的所述参数进行组合，根据所述数学物理模型计算出每种组合对应的总相对功率损失； (4)找出所述总相对功率损失的最小值及其对应的参数组合，所述最小值对应的参数组合即为所述太阳能电池的最优栅线电极结构。2.如权利要求I所述的宽度渐变的栅线电极设计方法，其特征在于，所述步骤(3)还包括步骤 根据每一个所述参数的参考间隔，为其对应的参数取值得到所述参数的所有参数值； 从每一个所述参数中取一个参数值进行组合，计算该组合对应的总相对功率损失； 遍历所有组合，计算出所有组合对应的总相对功率损失。3.如权利要求2所述的宽度渐变的栅线电极设计方法，其特征在于，所述参考间隔为小于其对应参数的最大值的任意正数。4.如权利要求I所述的宽度渐变的栅线电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽度渐变的栅线电极设计方法，用于根据待设计太阳能电池的参数，设计所述太阳能电池的栅线电极，其特征在于，包括步骤：(1)根据待设计太阳能电池的参数，建立栅线电极收集载流子过程产生的总相对功率损失的数学物理模型；(2)设置所述参数的最大值、最小值和参考间隔；(3)对给出的所述参数进行组合，根据所述数学物理模型计算出每种组合对应的总相对功率损失；(4)找出所述总相对功率损失的最小值及其对应的参数组合，所述最小值对应的参数组合即为所述太阳能电池的最优栅线电极结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，张晓勇，赵书力，彭海涛，于平荣，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：