[发明专利]一种多结太阳能电池带隙组合优化方法

说明书

本发明公开了一种多结太阳能电池带隙组合优化方法，通过设置每个结的带隙的计算步长、每个结的计算步数，细分带隙区间，精准地计算出不同带隙组合下的多结太阳能电池光电转换效率，并比较各种带隙组合下的最大光电转换效率，得到最佳带隙组合。本发明能实现快速计算最优的多结太阳能电池带隙组合，提高太阳能电池的效率。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种多结太阳能电池带隙组合优化方法。

背景技术

近些年来，光伏发电作为重要的可再生能源发电技术取得了快速发展。目前，任何单结类型的太阳能电池均存在一个效率极限:肖克利-奎伊瑟极限(Shockley-Queisser,SQ)。现代单结太阳能电池的SQ极限计算的最大效率为33％左右，这是由于任何单一半导体材料的光电响应光谱范围只能将太阳光谱中一定范围的光能有效地转换成电能，从根本上限制了效率的提高。将具有不同禁带带隙的半导体材料组合起来形成多结太阳能电池，分别吸收和转换不同波长范围的太阳光，可以有效提高太阳能电池的效率。比如：传统砷化镓多结电池的主流结构是由GaInP、GaInAs和Ge子电池组成的GaInP/GaInAs/Ge三结太阳能电池，电池结构上整体保持晶格匹配，带隙组合为1.85/1.40/0.67eV。然而，对于太阳光光谱，这种多结电池的结构并不是最佳的。这是因为GaInAs子电池和Ge子电池之间存在较大的带隙差距，Ge底电池的短路电流最大可接近中电池和顶电池的两倍，由于串联结构的电流限制，这种结构造成了很大一部分太阳光能量不能被充分转换利用，限制了电池性能的提高。此外，随着四结、六结甚至更多结太阳能电池的开发，多结太阳电池结数量越来越多，多结太阳能电池的带隙组合排列变得越来越复杂，通过现有的实验研究无法获得最优的多结太阳能电池的带隙组合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多结太阳能电池带隙组合优化方法，能实现快速计算最优的多结太阳能电池带隙组合，提高太阳能电池的效率。

本发明所采用的技术方案是：

一种多结太阳能电池带隙组合优化方法，通过设置每个结的带隙的计算步长、每个结的计算步数，细分带隙区间，精准地计算出不同带隙组合下的多结太阳能电池光电转换效率，并比较各种带隙组合下的最大光电转换效率，得到最佳带隙组合。

所述方法包括如下步骤：

S1：设多结太阳能电池的结数为n，从电池顶部的顶层结到电池底部的底层结依次为J1,J2，…，Jn，其中，J1为顶层结，Jn为底层结；

功率为Pi的入射光垂直照射在太阳能电池表面，依次穿过顶层结J1到达底层结Jn；设J1，J2，…，Jn每个结的带隙依次为变量G1,G2…Gn；

S2：设多结太阳能电池n个结的带隙的初始值分别为G1_1,G2_1，…，Gn_1；设每个结的带隙的计算步长为t，每个结的计算步数为m，则第x个结的第y步计算的带隙数值为Gx_y＝Gx_1+t×(y-1),其中1≤x≤n，1≤y≤m；

S3：根据x和y的数值生成正交参数表L，并将L存储为二维数组；根据等水平正交参数计算公式确定参数组合，得出最大计算次数q；

S4：计算多结太阳能电池每个结J1,J2，…，Jn的光生电流数组I1,I2，…，In，以及与光生电流对应的光生电压数组V1,V2，…，Vn；

设第z次计算的每个结的最优光生电流为I1_z,I2_z，…，In_z,其中1≤z≤q；比较n个结的光生电流I1_z，I2_z，…，In_z，并求出最小值；将最小值的数值赋给变量Iz_min；

读取每个结J1,J2，…，Jn的光生电流为Iz_min时所对应的光生电压数组，并将数值分别赋给V1_z，V2_z，…，Vn_z，求出光生电压V1_z,V2_z，…，Vn_z的和∑z，并将数值赋给变量Vz_sum；计算第z次的多结太阳能电池效率Pz，Pz＝(Iz_min*Vz_sum)/Pi；