(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211069261.X (22)申请日 2022.08.31 (71)申请人 华南理工大 学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381号 (72)发明人 叶轩立　周志升　张桂传　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 江裕强 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于高通量光学模型的太阳能 电池器 件筛选方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于高通量光学模型的 太阳能电池器件筛选方法。 所述方法包括以下步 骤： 建立材料光学常数数据库， 建立太阳能电池 器件性质和使用材料参数的函数关系； 通过传输 矩阵法， 计算待筛选器件对应的不透明器件的短 路电流JSC； 表征待筛选器件对应的不透明器件 的光电性质； 通过批处理传输矩阵法建立高通量 光学模型， 计算光电场在待筛选器件中的分布， 并进一步计算和记录待筛选器件的光学性质； 根 据计算结果选择最佳或符合需求的太阳能电池 器件。 本发 明通过基于传输矩阵的高通量光学模 型设计有机太阳能电池的器件结构， 改变有机太 阳能电池的设计思路， 结合计算机编程语言， 辅 助设计功能性更强的有机 太阳能电池。 权利要求书4页 说明书7页 附图4页 CN 115392042 A 2022.11.25 CN 115392042 A 1.一种基于高通 量光学模型的太阳能电池器件筛 选方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 建立材 料光学常数 数据库， 建立太阳能电池器件性质和使用材 料参数的函数关系； S2、 通过传输矩阵法， 计算待筛 选器件对应的不透明器件的短路电流JSC； S3、 表征待筛 选器件对应的不透明器件的光电性质； S4、 通过批处理传输矩阵法建立高通量光学模型， 计算光电场在待筛选器件中的分布， 并进一步计算和记录待筛 选器件的光学性质； S5、 根据计算结果选择最佳或符合需求的太阳能电池器件。 2.根据权利要求1所述的一种基于高通量光学模型的太阳能电池器件筛选方法， 其特 征在于： 步骤S1中， 材 料光学常数 数据库通过测量所需材 料的椭偏数据、 拟合并收集而成； 建立的太阳能电池器件性质和使用材 料参数的函数关系具体表示如下： 其中， 太阳能电池器件的性质包括短路电流Jsc、 器件效率PCE、 人眼可见光透过率VLT、 平均可见光透过率AVT、 透射 或反射色度坐标(x， y)及显 色指数CRI； 太阳能电池器件包括多 层材料； Yp代表太阳能电池器件的第p个性质， n为太阳能电池器件的性质总数量， 为太阳 能电池器件第j层材料的复折射率， dj为太阳能电池器件第j层材料的厚度， m为太阳能电池 器件的总材 料层数。 3.根据权利要求2所述的一种基于高通量光学模型的太阳能电池器件筛选方法， 其特 征在于： 假设光由一侧介质射入， 经过m层光伏材料后至另一侧不透明吸收基底或透明介 质， 复折射率为 ηj( λ )为第j层材料在波长λ处的折射率， κj( λ )为 第j层材料在波长 λ 处的消光系数， i 为复数单位且i2＝‑1。 4.根据权利要求1所述的一种基于高通量光学模型的太阳能电池器件筛选方法， 其特 征在于： 步骤S2中， 所述不透明器件为 厚背电极不透光器件， 用以计算在除电极外相同器件 结构的太阳能电池器件即待筛 选器件的最佳吸光 性质； 不透明器件即为电极足够厚以致不透光时的器件， 不透明器件的电极的厚度不小于 100nm。 5.根据权利要求4所述的一种基于高通量光学模型的太阳能电池器件筛选方法， 其特 征在于： 待筛 选器件对应的不透明器件的短路电流JSC的计算具体如下： 计算该不透 明器件内部的光场强分布， 假定太阳能电池中的活性层结构的内量子效率 (IQE)为100％， 根据Lambert ‑Beer定律的微分形式， 通过以下公式计算不透明器件或待筛 选器件的短路电流JSC： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115392042 A 2其中， Aj为第j层材料的吸收率， x 为不透明器件或待筛选器件内部位置距离入射界面的 距离， λ为波长， η0( λ )为入射层材料的折射率， θ0为入射角， Ej(x)为不透明器件或待筛选器 件第j层材料的x位置处光电场分布， Qj(x， λ )为光在 不透明器件或待筛选器件第j层材料的 x位置波长 λ 处的耗散， 为入射光场强， A M( λ )为标准太 阳光AM 1.5G光谱， Gj(x， λ )为光电 子在不透明器件或待 筛选器件第j层材料的x位置波 长 λ 处产生的速率， Gal(x， λ )为光电子在 不透明器件或待筛选器件活性层中x位置波长λ处产生的速率， 计算得到的短路电流记为 JSC‑opa‑sim， v为光传播频率， q为电荷常数， h为普朗克常数， c为 光在真空下的传播速度。 6.根据权利要求1所述的一种基于高通量光学模型的太阳能电池器件筛选方法， 其特 征在于： 步骤S3中， 表征的待筛选器件对应的不透明器件的光电性质， 包括器件效率 PCEopa‑exp、 短路电流JSC‑opa‑exp、 开路电压VOC和填充因子F F。 7.根据权利要求1所述的一种基于高通量光学模型的太阳能电池器件筛选方法， 其特 征在于： 步骤S4包括以下步骤： S4.1、 从步骤S1中建立好的材料光学常数数据库读取计算不透明器件和待筛选器件涉 及的所有 材料的光学常数， 在计算机程序语言中读取计算需要用到的物理常数以及相关谱 图数据， 设置计算变量以及用以记录计算结果列表； S4.2、 利用批处理传输矩阵法， 建立 高通量光学模型， 并行计算不透明器件和待筛选器 件对应的传输矩阵中的元 素值， 通过 下式计算透射 光谱： 通过光电场计算并记录短路电流JSC‑sim， 并假定待筛选器件的开路电压VOC和填充因子 FF分别和不透明器件的开路电压VOC和填充因子FF相等， 通 过下式计算并记录待筛选器件的 模拟效率： 根据下式计算并记录平均可 见光透明度A VT： 根据下式计算并记录可 见光透明度VLT： 其中， I( λ )为波长λ下的入射光强度， T( λ )为波长λ下的透过率， V( λ )为CIE标准下的以 波长 λ为变量的人眼视见函数； 根据CIE公布的1931CIEXYZ色彩标准计算并记录待筛选器件的透射光谱的色度 坐标以 及显色指数CRI； S4.3、 循环进行步骤S4.2直至所有 待筛选器件计算完毕。 8.根据权利要求7所述的高通量光学模型及其在半透明有机太阳电池中的应用， 其特 征在于： 步骤S4.2中， 建立高通 量光学模型包括以下步骤：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115392042 A 3