[发明专利]基于动态规划的InGaN/GaN多量子阱太阳能电池模型参数提取方法

说明书

本发明属于太阳能电池技术领域，公开了一种基于动态规划的InGaN/GaN多量子阱太阳能电池模型参数提取方法，包括以下步骤：步骤S1，构建InGaN/GaN多量子阱太阳能电池的模型；步骤S2，构建InGaN/GaN多量子阱太阳能电池的模型的I‑V特性曲线表达式；步骤S3，构建关于短路电流I_sc、峰值电流I_m、开路电压V_oc和峰值电压V_m的方程组；步骤S4，定义模型中串联电阻R_s和二极管的理想因子n的范围，并将两者进行分组；步骤S5：在步骤S4的基础上，求解模型中R_s、n、I_ph、I₀和R_sh五个参数的值。本发明能够对不同In组分的InGaN/GaN多量子阱太阳能电池进行参数提取，且填充因子误差与光电转换效率误差小，曲线拟合优度高，提取参数精度高。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种基于动态规划的InGaN/GaN多量子阱太阳能电池模型参数提取方法。

背景技术

氮化镓(GaN)作为Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、热导率高、硬度高、化学性质稳定、介电常数小以及抗辐射能力强等优点，其在微电子学、光电子学甚至空间领域都有巨大的应用潜力。

在GaN材料体系中，InGaN材料和器件禁带宽度从0.7eV到3.4eV连续可调，其波段完整从近红外光谱区域覆盖到紫外光谱区域，与太阳光谱完美匹配；同时InGaN合金也具有较高的吸收系数，其中带边吸收系数到10⁵cm^-1，波长为400nm的InGaN材料可以吸收98％以上的入射光，且InGaN材料还具有优异的抗辐射性能、较好的温度稳定性和较大的电子迁移率。因此，InGaN基太阳能电池的研究越来越受到科研工作者的关注。

随着InGaN材料中铟(In)组分的提高，太阳能电池的光吸收范围也增大，InGaN和GaN之间的晶格失配也随之增加，从而导致InGaN吸收层厚度的增加。上述变化使得晶体质量变差会导致较高的位错密度，而位错密度对于太阳能电池来说往往成为非辐射复合中心，俘获光生载流子形成漏电通道而降低开路电压。为了在保证材料质量的情况下进一步提高In组分，本领域开始尝试采用新结构来制作InGaN太阳能电池，如InGaN/GaN多量子阱太阳能电池。上述量子阱结构太阳能电池的能带结构为：本征层由不同带隙的半导体材料薄层周期性交替生长组成，一般带隙宽的作为垒层，带隙窄的作为阱层。通过合理调整量子阱层材料、量子阱的数目和量子阱的宽度，就可以对多量子阱太阳能电池的吸收带隙进行调节，扩宽器件的光谱响应范围。

在InGaN/GaN多量子阱太阳能电池模型中，单二极管模型是光伏太阳能电池的基础模型，由于其未知参数较少、精度可接受、简单易行，被认为是应用最广泛的模型。单二极管模型属于超越方程，无法用初等函数显式的表述I-V特性，因此模型参数提取的复杂性和难度增加。现有提取InGaN/GaN多量子阱太阳能电池模型中参数的方法主要有粒子群法(PSO)、遗传算法(GA)、蝗虫算法、灰狼算法和MATLAB中的fsolve函数法，但由于InGaN/GaN多量子阱(MQW)太阳能电池本身缺陷会随In组分的增加而增加。因此，在使用上述算法的使用过程中容易出现收敛早熟、耗时较久且误差精度较大的缺陷，造成I-V特性曲线趋势陡峭，导致参数提取困难、不准确。而太阳能电池作为光伏发电系统中发电核心，为了最大化得到光伏系统的工作效率，需要找到太阳能电池和光伏组件的最优参数值，从而得到精确的非线性I-V特性曲线，实现光伏系统的精确设计。

因此，本领域亟需提出一种对InGaN/GaN多量子阱太阳能电池参数提取适用的方法，从而解决现有技术的缺陷和限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于动态规划的InGaN/GaN多量子阱太阳能电池模型参数提取方法，其能够对不同In组分的InGaN/GaN多量子阱太阳能电池进行参数提取，且填充因子误差与光电转换效率误差小，曲线拟合优度高，提取参数精度高。