CN117408202A - 一种太阳能电池仿真方法、装置、计算机设备及存储介质 - Google Patents

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CN117408202A CN202311343121.1A CN202311343121A CN117408202A CN 117408202 A CN117408202 A CN 117408202A CN 202311343121 A CN202311343121 A CN 202311343121A CN 117408202 A CN117408202 A CN 117408202A
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陈文超
刘冬雪
沙威
田亮
杨静
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Abstract

本发明涉及电池仿真技术领域，公开了一种太阳能电池仿真方法、装置、计算机设备及存储介质，该太阳能电池仿真方法应用于TOPCon太阳能电池，通过将隧穿等效电阻与TOPCon太阳能电池等效电路模型融合建立TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型，并利用建立的TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，可以快速高效地获取TOPCon太阳能电池仿真结果。

Description

一种太阳能电池仿真方法、装置、计算机设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电池仿真技术领域，具体涉及一种太阳能电池仿真方法、装置、计算机设备及存储介质。
背景技术
TOPCon太阳能电池以其显著的性能优势，已被广泛应用于家庭、工业和公用事业级的光伏系统。TOPCon太阳能电池由多个PERC电池单体和附加的隧道氧化层组成，是一个包含复杂物理变化的高度非线性系统，其效率增益机制复杂，受到光、电和材料等多物理场的影响。通常使用转换效率来描述TOPCon太阳能电池当前的性能状态相对于理论效率的能力，以百分比的形式来定量描述。理解TOPCon太阳能电池的电学特性对于更好地进行光伏系统管理至关重要，可以避免效率低下和不必要的能量损失，提高光伏系统的性能和可靠性。
工程中通常采用数值方法对太阳能电池的电学特性进行仿真，然而这需要较大算例，尤其是对于多太阳能电池串并联构成的光伏系统，由于数值方法仿真所需的算力内存巨大，因此难以在线使用。太阳能电池电学特性主要由JV曲线、开路电压、短路电流与填充因子进行评估，目前太阳能电池电学特性的仿真获取主要基于漂移扩散模型的数值方法、五参数等效电路方法、基于模型和数据结合的方法、蒙特卡洛方法这四类。
其中，漂移扩散模型的数值方法为理论基础，通过有限元、有限差分、有限体积等方法，对太阳能电池进行载流子输运的建模，然而对于大规模TOPCon太阳能电池系统来说，其网格与节点过多，结构复杂，每个太阳能电池所处的环境都不同，施加的电压也不尽相同，该方法虽然完全基于物理，精确，但没有考虑到多个器件串并联构成系统的算力需求，将会导致模型过于复杂而无法求解。
五参数等效电路方法通过使用数个分立元件对太阳能电池进行模拟，由于等效电路也是基于半导体与载流子输运理论，从而能够较为准确快速地对太阳能电池的电学特性进行描述，但五参数等效电路的灵活性较差，对于新型结构的太阳能电池如TOPCon太阳能电池，传统的参数难以将隧穿这个物理机制囊括进来。
基于模型和数据结合的方法能够融合两者的优点，在工程中具有较好的应用前景。目前主要基于等效电路模型对电池的充放电过程进行描述，同时对测试获得的大量且多样化的数据集进行处理，从而估计这些模型参数，进而对健康状态进行预测。对于电池健康状态受到的多种物理因素仍然考虑不足。
蒙特卡洛方法在对太阳能电池进行复杂的非平衡过程(如热载流子效应、冲击电离、多光子吸收等)进行模拟时，由于这些过程涉及大量的相互作用和随机过程，蒙特卡洛方法可以提供一种有效的解决方案。但是依然面临算力消耗大等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种太阳能电池仿真方法、装置、计算机设备及存储介质，以解决现有太阳能电池仿真方法存在的问题。
第一方面，本发明提供了一种太阳能电池仿真方法，应用于TOPCon太阳能电池；该太阳能电池仿真方法包括：
在TOPCon太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型；在TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻；基于隧穿等效电阻和TOPCon太阳能电池等效电路模型，确定TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型；利用TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，得到TOPCon太阳能电池仿真结果。
本发明提供的太阳能电池仿真方法，将隧穿等效电阻与TOPCon太阳能电池等效电路模型融合建立TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型，并利用建立的TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，可以快速高效的获取TOPCon太阳能电池仿真结果。
在一种可选的实施方式中，在太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型，包括：
在非隧穿层建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型；利用TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型对非隧穿层的TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真，得到第一等效电路参数集；基于第一等效电路参数集建立TOPCon太阳能电池等效电路模型。
本发明基于建立的TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型可以更加科学、准确、详细地对非隧穿层的TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真，进一步，可以提高建立的TOPCon太阳能电池等效电路模型的精准度。
在一种可选的实施方式中，在非隧穿层建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型，包括：
获取TOPCon太阳能电池的结构参数；基于结构参数，建立TOPCon太阳能电池结构模型；基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集和预设数值方法处理，建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
本发明在确定TOPCon太阳能电池结构模型后，可以通过预设方程集和预设数值方法处理，得到对应的满足条件的TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型，为后续对非隧穿层的TOPCon太阳能电池的结构的电学仿真提供了依据。
在一种可选的实施方式中，基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集和预设数值方法处理，建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型，包括：
基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集中泊松方程和预设数值方法处理，确定TOPCon太阳能电池在非隧穿层的电势分布结果；基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集中电流连续新方程和预设数值方法处理，确定TOPCon太阳能电池在非隧穿层的电荷守恒结果；基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集中漂移扩散方程和预设数值方法处理，确定TOPCon太阳能电池在非隧穿层的载流子输运特性；基于电势分布结果、电荷守恒结果和载流子输运特性，建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
本发明通过泊松方程、电流连续新方程和漂移扩散方程可以分别得到TOPCon太阳能电池的在非隧穿层的电势分布结果、电荷守恒结果和载流子输运特性，为建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型提供了数据支持。
在一种可选的实施方式中，在TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻，包括：获取隧穿层两侧的第一电压和第二电压；在隧穿层，基于第一等效电路参数集，利用WKB近似理论建立隧穿层量子输运模型；利用隧穿层量子输运模型计算隧穿层两侧的第一隧穿电流和第二隧穿电流；基于第一电压、第二电压、第一隧穿电流和第二隧穿电流，计算隧穿等效电阻。
本发明结合WKB近似理论建立隧穿层量子输运模型，可以更加科学、准确、详细地描述TOPCon太阳能电池的电学特性。
在一种可选的实施方式中，在隧穿层，基于第一等效电路参数集，利用WKB近似理论建立隧穿层量子输运模型，包括：
获取载流子分布函数；基于第一等效电路参数集，经过WKB近似理论处理，得到透射系数集；基于透射系数集和载流子分布函数，建立隧穿层量子输运模型。
在一种可选的实施方式中，基于第一等效电路参数集，经过WKB近似理论处理，得到透射系数集，包括：
基于第一等效电路参数集，确定稳态能带数据；基于稳态能带数据，经过WKB近似理论处理，得到透射系数集。
在一种可选的实施方式中，基于透射系数集和载流子分布函数，建立隧穿层量子输运模型，包括：
基于透射系数集和载流子分布函数，计算隧穿电流密度；基于隧穿电流密度建立隧穿层量子输运模型。
在一种可选的实施方式中，利用隧穿层量子输运模型计算隧穿层两侧的第一隧穿电流和第二隧穿电流，包括：
获取隧穿层的态密度；利用隧穿层量子输运模型计算隧穿系数；基于态密度和隧穿系数计算第一隧穿电流和第二隧穿电流。
在一种可选的实施方式中，方法还包括：利用TOPCon太阳能电池仿真结果对TOPCon太阳能电池的优化进行指导。
本发明可以利用得到的TOPCon太阳能电池仿真结果对TOPCon太阳能电池的优化提出对应指导意见。
第二方面，本发明提供了一种太阳能电池仿真装置，该太阳能电池仿真装置包括：
建立模块，用于在太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型；计算模块，用于在TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻；确定模块，用于基于隧穿等效电阻和TOPCon太阳能电池等效电路模型，确定TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型；仿真模块，用于利用TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，得到TOPCon太阳能电池仿真结果。
在一种可选的实施方式中，建立模块，包括：
第一建立子模块，用于在非隧穿层建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型；电学仿真子模块，用于利用TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型对非隧穿层的TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真，得到第一等效电路参数集；第二建立子模块，用于基于第一等效电路参数集建立TOPCon太阳能电池等效电路模型。
在一种可选的实施方式中，第一建立子模块，包括：
第一获取单元，用于获取TOPCon太阳能电池的结构参数；第一建立单元，用于基于结构参数，建立TOPCon太阳能电池结构模型；处理与建立单元，用于基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集和预设数值方法处理，建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的太阳能电池仿真方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第一方面或其对应的任一实施方式的太阳能电池仿真方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的太阳能电池仿真方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施例的单隧穿层TOPCon太阳能电池的修正等效电路模型示意图；
图3是根据本发明实施例的单隧穿层TOPCon太阳能电池的修正等效电路仿真JV曲线示意图；
图4是根据本发明实施例的另一太阳能电池仿真方法的流程示意图；
图5是根据本发明实施例的无隧穿层TOPCon太阳能电池等效电路模型示意图；
图6是根据本发明实施例的TOPCon太阳能电池结构与构型示意图；
图7是根据本发明实施例的再一太阳能电池仿真方法的流程示意图；
图8是根据本发明实施例的隧穿类型示意图；
图9是根据本发明实施例的太阳能电池仿真装置的结构框图；
图10是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明实施例，提供了一种太阳能电池仿真方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本实施例中提供了一种太阳能电池仿真方法，应用于TOPCon太阳能电池，图1是根据本发明实施例的太阳能电池仿真方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S101，在TOPCon太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型。
其中，TOPCon太阳能电池是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的太阳能电池。
步骤S102，在TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻。
其中，WKB近似理论是一种半经典计算方法，可以用来解析薛定谔方程。
具体地，结合该WKB近似理论，可以计算出TOPCon太阳能电池在隧穿层的隧穿等效电阻。
进一步，计算得到的隧穿等效电阻可以用于隧穿层载流子透射特性表征分析。
步骤S103，基于隧穿等效电阻和TOPCon太阳能电池等效电路模型，确定TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型。
由于隧穿损耗与复合损耗、欧姆损耗的物理意义类似，因此隧穿等效电阻也类似地作为与负载端并联的电阻，加入至TOPCon太阳能电池等效电路模型中，可以对传统的等效电路作量子修正。
具体地，根据隧穿层的物理意义，将隧穿等效电阻加入TOPCon太阳能电池等效电路模型中，可以对TOPCon太阳能电池等效电路模型进行修正和更新并得到对应的隧穿修正的TOPCon太阳能电池等效电路模型，即TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型。
在一实例中，提供一种单隧穿层TOPCon太阳能电池的修正等效电路模型，如图2所示。其中，Iph表示光生载流子；ID表示漏电流；Ish表示复合电流；Rsh表示复合电阻；Rs表示体电阻；RL表示负载电阻；Rtunnel表示隧穿层等效电阻。
步骤S104，利用TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，得到TOPCon太阳能电池仿真结果。
具体地，利用得到的TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行联合仿真。
进一步，联合仿真为电路层级，使用电路求解软件如simulink或其他软件对TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型求解，可以得到对应的TOPCon太阳能电池仿真结果，可以包括输出电流和电学特性。
进一步，电学特性可以包括JV曲线、开路电压、短路电流、填充因子、转换效率等。
在一实例中，利用TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对单隧穿层TOPCon太阳能电池进行仿真，仿真结果如图3所示，为JV曲线。
本实施例提供的太阳能电池仿真方法，将隧穿等效电阻与TOPCon太阳能电池等效电路模型融合建立TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型，并利用建立的TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，可以快速高效的获取TOPCon太阳能电池仿真结果。
在本实施例中提供了一种太阳能电池仿真方法，应用于TOPCon太阳能电池，图4是根据本发明实施例的太阳能电池仿真方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：
步骤S401，在TOPCon太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型。
具体地，上述步骤S401包括：
步骤S4011，在非隧穿层建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
具体地，根据步骤S101的描述，TOPCon太阳能电池的原理是选择性载流子原理，因此，在非隧穿层建立对应的TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
步骤S4012，利用TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型对非隧穿层的TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真，得到第一等效电路参数集。
具体地，利用TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型对非隧穿层的TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真，进一步，在仿真过程中，时域采用欧拉法，求解方式采用半隐式求解，并通过数值仿真可以确定半导体中的欧姆损耗、复合损耗、漏电流、光生电流、饱和电流、串联电阻、并联电阻、理想因子等参数，即第一等效电路参数集。
步骤S4013，基于第一等效电路参数集建立TOPCon太阳能电池等效电路模型。
具体地，根据第一等效电路参数集中光生电流、饱和电流、串联电阻、并联电阻、理想因子可以确定经典五参数等效电路模型，并根据该经典五参数等效电路模型可以确定对应的等效电路。
进一步，等效电路中光生电流作为电流源，饱和电流作为二极管与电流源并联，串联电阻与并联电阻作为电阻串联在电路中，整个电路最终与负载串联，即完成无隧穿层太阳能电池等效电路的建模，并得到对应的TOPCon太阳能电池等效电路模型。
进一步，光生电流、饱和电流、串联电阻、并联电阻、理想因子这5个参数可以完全确定电路情况，且由于五参数等效电路由半导体理论发展而来，其结果可以与数值仿真结果有极高吻合。
在一实例中，提供一种无隧穿层TOPCon太阳能电池等效电路模型，如图5所示。其中，Iph表示光生载流子；ID表示漏电流；Ish表示复合电流；Rsh表示复合电阻；Rs表示体电阻；RL表示负载电阻。
在一些可选的实施方式中，上述步骤S4011包括：
步骤a1，获取TOPCon太阳能电池的结构参数。
步骤a2，基于结构参数，建立TOPCon太阳能电池结构模型。
步骤a3，基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集和预设数值方法处理，建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
首先，获取TOPCon太阳能电池的结构参数。
其次，根据确定的结构参数，去掉其隧穿层后，可以建立对应的TOPCon太阳能电池结构模型。
最后，通过预设方程集求解和预设数值方法仿真可以得到对应的TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
在一实例中，以一种常见的单隧穿层TOPCon太阳能电池为例，该单隧穿层TOPCon太阳能电池的结构参数包括几何尺寸和组成材料参数，分别如下表1和表2所示：
表1、单隧穿层TOPCon太阳能电池几何尺寸
各层名称 电子传输层 活性层 隧穿层 空穴传输层
各层厚度 100nm 100um 1nm 100nm
表2、单隧穿层TOPCon太阳能电池组成材料参数
物理量 电子传输层 活性层 隧穿层 电子传输层
带隙 1.12eV 1.12eV 8.7eV 1.12eV
电子亲合能 4.05eV 4.05eV 0.8eV 4.05eV
相对介电常数 11.7 11.7 3.9 11.7
施主掺杂浓度 2.6×1019/cm3 0 0 0
受主掺杂浓度 0 5.0×1015/cm3 0 4.0×1020/cm3
进一步，根据上述结构参数构建对应的一维无隧穿层几何模型，即TOPCon太阳能电池结构模型，其结构和构型如图6所示，包括：正电极、电子传输层、活性层、隧穿层、空穴传输层和负电极。
在一些可选的实施方式中，上述步骤a3包括：
步骤a31，基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集中泊松方程和预设数值方法处理，确定TOPCon太阳能电池在非隧穿层的电势分布结果。
步骤a32，基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集中电流连续新方程和预设数值方法处理，确定TOPCon太阳能电池在非隧穿层的电荷守恒结果。
步骤a33，基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集中漂移扩散方程和预设数值方法处理，确定TOPCon太阳能电池在非隧穿层的载流子输运特性。
步骤a34，基于电势分布结果、电荷守恒结果和载流子输运特性，建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
其中，预设方程集可以包括漂移扩散方程、泊松方程和电流连续性方程；预设数值方法可以为有限元方法、有限差分方法等。
具体地，通过仿真分析TOPCon太阳能电池在非隧穿层的内部电势分布、电子空穴分布等，可以建立得到对应的TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
进一步，泊松方程用于描述TOPCon太阳能电池在非隧穿层的电势分布，如下式关系式(1)所示：
式中：表示拉普拉斯算子；V表示电势；q表示电荷；ε0表示真空介电常数；εr表示相对介电常数；p表示空穴浓度；n表示电子浓度；ND表示施主掺杂；NA表示受主掺杂。
电流连续新方程用于描述非隧穿层内TOPCon太阳能电池内的电荷守恒，如下式关系式(2)所示：
式中：n表示空穴的载流子密度；p表示电子的载流子密度；Jn表示电子电流；Jp表示空穴电流；q表示基本电荷；Gn表示电子生成率；Gp表示空穴生成率；Rn表示电子复合率；Rp表示空穴复合率。
漂移扩散方程用于描述TOPCon太阳能电池在非隧穿层的载流子输运特性，如下式关系式(3)所示：
式中：un表示电子的迁移率；up表示空穴的迁移率；Dn表示电子的扩散系数；Dp表示空穴的扩散系数。
进一步，通过分别对泊松方程、电流连续性方程和漂移扩散方程进行仿真求解，可以得到TOPCon太阳能电池在非隧穿层的电势分布结果、电荷守恒结果和载流子输运特性。
具体地，结合时域有限差分法(FDTD)，对上述每个方程组进行离散与求解，空间域采用SG离散，使用伯努利函数对空间的载流子分布作描述，电势对空间的偏导数离散为差分格式，载流子浓度对时间的偏导数也离散为差分格式，半格点处载流子迁移率与扩散系数采用平均模型，时间域采用半隐式离散格式，在求解泊松方程时将电势设为未知数，电子与空穴浓度全都采用上一个时间布求解结果来表示，求解电子电流连续性方程与空穴电流连续性方程时也类似，分别将电子与空穴设为未知数来求解。
进一步，利用TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型对非隧穿层的TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真时，求解温度一般设置为300K，由于方程组为强非线性，为保证求解的收敛性，时域采用欧拉法，保留含时项，使用瞬态仿真一直迭代到稳态情况；多物理方程耦合方式采用半隐式，保证求解器收敛性的同时也可以尽量减小算力需求。半隐式格式的要点在于，泊松方程、电子电流连续性方程与空穴电流连续性方程依次求解，在求解泊松方程时，将电势表示为未知量，将电子与空穴浓度表示为已知量，采用稀疏矩阵求逆方式完成求解，在求解电子电流连续性与空穴电流连续性时也是类似，将电子与空穴浓度分别作为未知量，其余变量作为已知量采用系数矩阵求逆方法进行求解，三个方程整体迭代至稳态。无隧穿层太阳能电池的边界为欧姆接触或肖特基接触，边界条件的选取取决于实际工艺。求解器输出结果包括JV曲线、开路电压、短路电流、填充因子、转换效率、体复合率、表面复合率、载流子浓度、电势分布等，这些参数可以进一步计算得到器件中的欧姆损耗、复合损耗、漏电流、光生电流、饱和电流、串联电阻、并联电阻、理想因子等参数，即第一等效电路参数集。
步骤S402，在TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻。详细请参见图1所示实施例的步骤S102，在此不再赘述。
步骤S403，基于隧穿等效电阻和TOPCon太阳能电池等效电路模型，确定TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型。详细请参见图1所示实施例的步骤S103，在此不再赘述。
步骤S404，利用TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，得到TOPCon太阳能电池仿真结果。详细请参见图1所示实施例的步骤S104，在此不再赘述。
步骤S405，利用TOPCon太阳能电池仿真结果对TOPCon太阳能电池的优化进行指导。
具体地，根据得到的TOPCon太阳能电池仿真结果可以指导TOPCon太阳能电池的优化与设计。
本实施例提供的太阳能电池仿真方法，在确定TOPCon太阳能电池结构模型后，通过泊松方程、电流连续新方程和漂移扩散方程可以分别得到TOPCon太阳能电池的在非隧穿层的电势分布结果、电荷守恒结果和载流子输运特性，进一步，可以建立得到对应的满足条件的TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型，可以更加科学、准确、详细地对非隧穿层的TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真，进一步，可以提高建立的TOPCon太阳能电池等效电路模型的精准度。进一步，还能根据得到的TOPCon太阳能电池仿真结果可以指导TOPCon太阳能电池的优化与设计。
在本实施例中提供了一种太阳能电池仿真方法，应用于TOPCon太阳能电池，图7是根据本发明实施例的太阳能电池仿真方法的流程图，如图7所示，该流程包括如下步骤：
步骤S701，在TOPCon太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型。详细请参见图4所示实施例的步骤S401，在此不再赘述。
步骤S702，在TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻。
具体地，上述步骤S602包括：
步骤S7021，获取隧穿层两侧的第一电压和第二电压。
步骤S7022，在隧穿层，基于第一等效电路参数集，利用WKB近似理论建立隧穿层量子输运模型。
具体地，结合第一等效电路参数集，可以建立基于WKB近似理论的隧穿层量子输运模型。
步骤S7023，利用隧穿层量子输运模型计算隧穿层两侧的第一隧穿电流和第二隧穿电流。
具体地，通过隧穿层量子输运模型，可以计算出隧穿层两侧的隧穿电流，即第一隧穿电流和第二隧穿电流。
步骤S7024，基于第一电压、第二电压、第一隧穿电流和第二隧穿电流，计算隧穿等效电阻。
具体地，根据第一电压、第二电压可以计算出隧穿层两侧的压降，进一步，根据欧姆定律，可以计算得到对应的隧穿等效电阻。
在一些可选的实施方式中，上述步骤S7022包括：
步骤b1，获取载流子分布函数。
步骤b2，基于第一等效电路参数集，经过WKB近似理论处理，得到透射系数集。
步骤b3，基于透射系数集和载流子分布函数，建立隧穿层量子输运模型。
具体地，利用WKB近似理论可以计算得到隧穿层中每个能级的透射系数。
进一步，基于每个透射系数和载流子分布函数，可以计算并确定对应的隧穿层量子输运模型。
在一些可选的实施方式中，上述步骤b2包括：
b21，基于第一等效电路参数集，确定稳态能带数据。
b22，基于稳态能带数据，经过WKB近似理论处理，得到透射系数集。
其中，第一等效电路参数集中还包括电势、电子准费米能级与空穴准费米能级。
具体地，利用WKB近似理论计算时，首先基于第一等效电路参数集，确定稳态能带数据。
具体地，采用负的电势减去电子亲合能即可得到导带，导带减去带隙即可得到价带，导带、价带、电子与空穴准费米能级即为稳态能带情况，即稳态能带数据。
进一步，将隧穿层势垒作为输入数据，结合态能带数据并经过WKB近似理论计算，可以输出每个能级的透射系数。
其中，透射系数表示对应能级上载流子穿过势垒的几率。
在一些可选的实施方式中，上述步骤b3包括：
步骤b31，基于透射系数集和载流子分布函数，计算隧穿电流密度。
步骤b32，基于隧穿电流密度建立隧穿层量子输运模型。
具体地，将透射系数与载流子分布函数相乘并积分可以得到隧穿电流密度。
进一步，载流子透过隧穿层形成隧穿电流即为隧穿层量子输运模型。
其中，隧穿类型有很多种，对于TOPCon太阳能电池，起主要作用的为直接隧穿与FN隧穿，如图8所示，包括导带-导带直接隧穿，导带-导带FN隧穿，价带-价带直接隧穿、价带-价带FN隧穿、带间隧穿，对应地忽略陷阱辅助隧穿等机制。图8中ECS表示导带；EF1表示左侧费米能级；EVS表示价带；EF2表示右侧费米能级。
在一些可选的实施方式中，上述步骤S7023包括：
步骤c1，获取隧穿层的态密度。
步骤c2，利用隧穿层量子输运模型计算隧穿系数。
步骤c3，基于态密度和隧穿系数计算第一隧穿电流和第二隧穿电流。
具体地，根据隧穿层量子输运模型，通过对势垒的空间积分可以计算得到每个能级上的隧穿系数。
进一步，将隧穿系数与态密度相乘并对能级求积分即可计算得到对应的隧穿电流，即第一隧穿电流和第二隧穿电流。
具体地，根据Tsu-Esaki公式，对每个能量级计算支持函数，将支持函数与投射系数相乘，并对隧穿能量级作积分，可以得到对应的隧穿电流，分别如下关系式(4)所示：
式中：JQTn表示隧穿电流；meff表示硅中电子有效质量；Emin表示积分能级下限；Emax表示积分能级上限；TC(E)表示隧穿系数，如下关系式(5)；N(E)表示支持函数隧穿系数，如下关系式(6)。
式中：d1、d2表示隧穿层左右端坐标；mdiel表示隧穿层电子有效质量；Ec表示导带；E表示能级。
式中：kB表示玻尔兹曼常数；T表示温度；Efn,1表示左侧费米能级。
步骤S703，基于隧穿等效电阻和TOPCon太阳能电池等效电路模型，确定TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型。详细请参见图1所示实施例的步骤S103，在此不再赘述。
步骤S704，利用TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，得到TOPCon太阳能电池仿真结果。详细请参见图1所示实施例的步骤S104，在此不再赘述。
本实施例提供的太阳能电池仿真方法，将隧穿等效电阻与TOPCon太阳能电池等效电路模型融合建立TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型，并利用建立的TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，可以快速高效的获取TOPCon太阳能电池仿真结果。
在本实施例中还提供了一种太阳能电池仿真装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
本实施例提供一种太阳能电池仿真装置，应用于TOPCon太阳能电池；如图9所示，包括：
建立模块901，用于在太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型。
计算模块902，用于在TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻。
确定模块903，用于基于隧穿等效电阻和TOPCon太阳能电池等效电路模型，确定TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型。
仿真模块904，用于利用TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对TOPCon太阳能电池进行仿真，得到TOPCon太阳能电池仿真结果。
在一些可选的实施方式中，建立模块901包括：
第一建立子模块，用于在非隧穿层建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
电学仿真子模块，用于利用TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型对非隧穿层的TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真，得到第一等效电路参数集。
第二建立子模块，用于基于第一等效电路参数集建立TOPCon太阳能电池等效电路模型。
在一些可选的实施方式中，第一建立子模块包括：
第一获取单元，用于获取TOPCon太阳能电池的结构参数。
第一建立单元，用于基于结构参数，建立TOPCon太阳能电池结构模型。
处理与建立单元，用于基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集和预设数值方法处理，建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
在一些可选的实施方式中，处理与建立单元包括：
第一处理子单元，用于基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集中泊松方程和预设数值方法处理，确定TOPCon太阳能电池在非隧穿层的电势分布结果。
第二处理子单元，用于基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集中电流连续新方程和预设数值方法处理，确定TOPCon太阳能电池在非隧穿层的电荷守恒结果。
第三处理子单元，用于基于TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集中漂移扩散方程和预设数值方法处理，确定TOPCon太阳能电池在非隧穿层的载流子输运特性。
第一建立子单元，用于基于电势分布结果、电荷守恒结果和载流子输运特性，建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
在一些可选的实施方式中，计算模块902包括：
获取子模块，用于获取隧穿层两侧的第一电压和第二电压。
第三建立子模块，用于在隧穿层，基于第一等效电路参数集，利用WKB近似理论建立隧穿层量子输运模型。
第一计算子模块，用于利用隧穿层量子输运模型计算隧穿层两侧的第一隧穿电流和第二隧穿电流。
第二计算子模块，用于基于第一电压、第二电压、第一隧穿电流和第二隧穿电流，计算隧穿等效电阻。
在一些可选的实施方式中，第三建立子模块包括：
第二获取单元，用于获取载流子分布函数。
处理单元，用于基于第一等效电路参数集，经过WKB近似理论处理，得到透射系数集。
第二建立单元，用于基于透射系数集和载流子分布函数，建立隧穿层量子输运模型。
在一些可选的实施方式中，处理单元包括：
确定子单元，用于基于第一等效电路参数集，确定稳态能带数据。
第四处理子单元，用于基于稳态能带数据，经过WKB近似理论处理，得到透射系数集。
在一些可选的实施方式中，第二建立单元包括：
计算子单元，用于基于透射系数集和载流子分布函数，计算隧穿电流密度。
第二建立子单元，用于基于隧穿电流密度建立隧穿层量子输运模型。
在一些可选的实施方式中，第一计算子模块包括：
第三获取单元，用于获取隧穿层的态密度。
第一计算单元，用于利用隧穿层量子输运模型计算隧穿系数。
第二计算单元，用于基于态密度和隧穿系数计算第一隧穿电流和第二隧穿电流。
在一些可选的实施方式中，上述太阳能电池仿真装置还包括：
指导模块，用于利用TOPCon太阳能电池仿真结果对TOPCon太阳能电池的优化进行指导。
上述各个模块和单元的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
本实施例中的太阳能电池仿真装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。
本发明实施例还提供一种计算机设备，具有上述图9所示的太阳能电池仿真装置。
请参阅图10，图10是本发明可选实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图10所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图10中以一个处理器10为例。
处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。
其中，存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。
存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。
该计算机设备还包括通信接口30，用于该计算机设备与其他设备或通信网络通信。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (15)

1.一种太阳能电池仿真方法，应用于TOPCon太阳能电池；其特征在于，所述方法包括：
在TOPCon太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型；
在所述TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻；
基于所述隧穿等效电阻和所述TOPCon太阳能电池等效电路模型，确定TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型；
利用所述TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对所述TOPCon太阳能电池进行仿真，得到TOPCon太阳能电池仿真结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型，包括：
在所述非隧穿层建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型；
利用所述TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型对所述非隧穿层的所述TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真，得到第一等效电路参数集；
基于所述第一等效电路参数集建立所述TOPCon太阳能电池等效电路模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述非隧穿层建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型，包括：
获取所述TOPCon太阳能电池的结构参数；
基于所述结构参数，建立TOPCon太阳能电池结构模型；
基于所述TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集和预设数值方法处理，建立所述TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集和预设数值方法处理，建立所述TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型，包括：
基于所述TOPCon太阳能电池结构模型，经过所述预设方程集中泊松方程和所述预设数值方法处理，确定所述TOPCon太阳能电池在所述非隧穿层的电势分布结果；
基于所述TOPCon太阳能电池结构模型，经过所述预设方程集中电流连续新方程和所述预设数值方法处理，确定所述TOPCon太阳能电池在所述非隧穿层的电荷守恒结果；
基于所述TOPCon太阳能电池结构模型，经过所述预设方程集中漂移扩散方程和所述预设数值方法处理，确定所述TOPCon太阳能电池在所述非隧穿层的载流子输运特性；
基于所述电势分布结果、所述电荷守恒结果和所述载流子输运特性，建立所述TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻，包括：
获取所述隧穿层两侧的第一电压和第二电压；
在所述隧穿层，基于所述第一等效电路参数集，利用所述WKB近似理论建立隧穿层量子输运模型；
利用所述隧穿层量子输运模型计算所述隧穿层两侧的第一隧穿电流和第二隧穿电流；
基于所述第一电压、所述第二电压、所述第一隧穿电流和所述第二隧穿电流，计算所述隧穿等效电阻。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述隧穿层，基于所述第一等效电路参数集，利用所述WKB近似理论建立隧穿层量子输运模型，包括：
获取载流子分布函数；
基于所述第一等效电路参数集，经过所述WKB近似理论处理，得到透射系数集；
基于所述透射系数集和所述载流子分布函数，建立所述隧穿层量子输运模型。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述第一等效电路参数集，经过所述WKB近似理论处理，得到透射系数集，包括：
基于所述第一等效电路参数集，确定稳态能带数据；
基于所述稳态能带数据，经过所述WKB近似理论处理，得到所述透射系数集。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述透射系数集和所述载流子分布函数，建立所述隧穿层量子输运模型，包括：
基于所述透射系数集和所述载流子分布函数，计算隧穿电流密度；
基于所述隧穿电流密度建立所述隧穿层量子输运模型。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用所述隧穿层量子输运模型计算所述隧穿层两侧的第一隧穿电流和第二隧穿电流，包括：
获取所述隧穿层的态密度；
利用所述隧穿层量子输运模型计算隧穿系数；
基于所述态密度和所述隧穿系数计算所述第一隧穿电流和所述第二隧穿电流。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用所述TOPCon太阳能电池仿真结果对所述TOPCon太阳能电池的优化进行指导。
11.一种太阳能电池仿真装置，应用于TOPCon太阳能电池；其特征在于，所述装置包括：
建立模块，用于在太阳能电池的非隧穿层建立TOPCon太阳能电池等效电路模型；
计算模块，用于在所述TOPCon太阳能电池的隧穿层，基于WKB近似理论，计算隧穿等效电阻；
确定模块，用于基于所述隧穿等效电阻和所述TOPCon太阳能电池等效电路模型，确定TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型；
仿真模块，用于利用所述TOPCon太阳能电池隧穿修正等效电路模型对所述TOPCon太阳能电池进行仿真，得到TOPCon太阳能电池仿真结果。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述建立模块，包括：
第一建立子模块，用于在所述非隧穿层建立TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型；
电学仿真子模块，用于利用所述TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型对所述非隧穿层的所述TOPCon太阳能电池的结构进行电学仿真，得到第一等效电路参数集；
第二建立子模块，用于基于所述第一等效电路参数集建立所述TOPCon太阳能电池等效电路模型。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一建立子模块，包括：
第一获取单元，用于获取所述TOPCon太阳能电池的结构参数；
第一建立单元，用于基于所述结构参数，建立TOPCon太阳能电池结构模型；
处理与建立单元，用于基于所述TOPCon太阳能电池结构模型，经过预设方程集和预设数值方法处理，建立所述TOPCon太阳能电池载流子输运仿真模型。
14.一种计算机设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1至10中任一项所述的太阳能电池仿真方法。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1至10中任一项所述的太阳能电池仿真方法。
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