一种宽度渐变的栅线电极设计方法

摘要

本发明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。本发明的方法计算量少，简单实用，结果准确。

主权项

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；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；所述太阳能电池的参数包括电学参数和尺寸参数，其中电学参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；尺寸参数包括电池宽度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：以最小结构单元为基本结构建立数学物理模型，最后将最小结构单元的长度T和宽度S的表达式代入，得到基于所述太阳能电池的参数的数学物理模型的数学表达式为：$\begin{array}{c}{\eta }_{\mathrm{sum}}={\eta }_1+{\eta }_2+{\eta }_3+{\eta }_4+{\eta }_5+{\eta }_6\\ =\frac{\mathrm{MJR}}{3\mathrm{AHLV}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}[{(\frac{L}{2N}-B)}^4-{(\frac{L}{2N}-{\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}-B)}^4]\\ +\frac{2\mathrm{MQJ}}{\mathrm{HLV}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{L_{\mathrm{fn}}{[L/N-({\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+2B)]}^2}{({\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+2B)}\\ +\frac{\mathrm{MJG}}{\mathrm{HLVC}{A}^3}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{[\frac{{B_x}^4}{4}-\frac{2{{\mathrm{LB}}_x}^3}{3N}+\frac{(Z^2+4\mathrm{ZB}+B^2){B_x}^2}{2}-\frac{2\mathrm{ZBL}{B}_x}{N}+Z^2{B}^2\ln B_x]}_B^{{\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+B}\\ +\frac{2M}{\mathrm{HL}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}\left[({\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+2B)L_{\mathrm{fn}}\right]\\ +\frac{2\mathrm{MJG}}{\mathrm{HLVFD}}\times \left\{\begin{array}{c}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}\ln \frac{(n+1/2)D(L/N)+E}{(n-1/2)D(L/N)+E}{\left(\underset{n=1}{\overset{n}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{fn}}\right[\frac{L}{N}-({\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+2B)\left]\right)}^2\\ -\ln \frac{(N+1/2)D(L/N)+E}{\mathrm{DL}+E}{\left(\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{fn}}\right[\frac{L}{N}-({\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+2B)\left]\right)}^2\end{array}\right\}\\ +\frac{M(\mathrm{DL}+2E)}{H}\end{array}$其中，η_sum为总相对损失功率，${\eta }_1=\frac{\mathrm{MJR}}{3\mathrm{AHLV}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}[{(\frac{L}{2N}-B)}^4-{(\frac{L}{2N}-A{L}_{\mathrm{fn}}-B)}^4]$为顶层半导体薄膜传输损失；${\eta }_2=\frac{2\mathrm{MQJ}}{\mathrm{HLV}}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}\frac{L_{\mathrm{fn}}{[L/N-({\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+2B)]}^2}{({\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+2B)}$为半导体薄膜与次栅的接触损失；${\eta }_3=\frac{\mathrm{MJG}}{{\mathrm{HLVCA}}^3}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{[\frac{{B_x}^4}{4}-\frac{2L{B_x}^3}{3N}+\frac{(Z^2+4\mathrm{ZB}+B){B_x}^2}{2}-\frac{{{2\mathrm{ZBLB}}_x}^2}{N}+Z^2{B}^2\ln B_x]}_B^{{\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+B}$为次栅传输损失；Ln为次栅遮蔽损失；${\eta }_5=\frac{2\mathrm{MJG}}{\mathrm{HLVFD}}\times \left\{\begin{array}{c}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}\ln \frac{(n+1/2)D(L/N)+E}{(n-1/2)D(L/N)+E}{\left(\underset{n=1}{\overset{n}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{fn}}\right[\frac{L}{N}-({\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+2B)\left]\right)}^2\\ -\ln \frac{(N+1/2)D(L/N)+E}{\mathrm{DL}+E}{\left(\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}{L}_{\mathrm{fn}}\right[\frac{L}{N}-({\mathrm{AL}}_{\mathrm{fn}}+2B)\left]\right)}^2\end{array}\right\}$为主栅传输损失；${\eta }_6=\frac{M(\mathrm{DL}+2E)}{H}$为主栅遮蔽损失，$L_{\mathrm{fn}}=\frac{H}{2M}-(n-\frac{1}{2})\frac{\mathrm{DL}}{N}-E,$n∈[1,N]；(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。