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CN119012728A - 一种钙钛矿薄膜太阳能电池 - Google Patents

一种钙钛矿薄膜太阳能电池 Download PDF

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CN119012728A
CN119012728A CN202411457264.XA CN202411457264A CN119012728A CN 119012728 A CN119012728 A CN 119012728A CN 202411457264 A CN202411457264 A CN 202411457264A CN 119012728 A CN119012728 A CN 119012728A
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perovskite thin
film solar
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CN202411457264.XA
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咸浩
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Wuxi Zhongneng Optical Storage Technology Co ltd
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Wuxi Zhongneng Optical Storage Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种钙钛矿薄膜太阳能电池，属于半导体器件技术领域，包括：堆叠设置的仿生光管理层、透明导电氧化物层、电子传输层、光吸收层、空穴传输层以及背电极；仿生光管理层上设置有周期性阵列排布的凸起结构纹理，将光线引导至电池内部；透明导电氧化物层与电子传输层电性连接，同时作为透明电极与外部电路电性连接；电子传输层从光吸收层中提取和传导光生电子，并将光生电子导向透明导电氧化物层；光吸收层采用钙钛矿薄膜，光吸收层用于吸收光线并生成电子空穴对；空穴传输层用于从光吸收层中提取和传导光生空穴，并将光生空穴导向背电极；背电极与空穴传输层电性连接，同时作为电极与外部电路电性连接。

Description

一种钙钛矿薄膜太阳能电池
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种钙钛矿薄膜太阳能电池。
背景技术
钙钛矿薄膜太阳能电池是一种基于钙钛矿结构材料的太阳能电池，它因具有高效、低成本和易于制备的优点。主要由透明导电氧化物层（TCO层）、电子传输层（ETL）、光吸收层（钙钛矿材料）、空穴传输层（HTL）以及背电极组成。
钙钛矿材料虽然具有较高的光吸收能力，但由于表面光滑，部分入射光会直接被反射，无法进入光吸收层。这导致部分光子未被有效利用，光吸收效率低，减少了光生载流子的生成，降低了光电转换效率。
发明内容
为了解决现有技术由于表面光滑，部分入射光会直接被反射，无法进入光吸收层，导致部分光子未被有效利用，光吸收效率低，减少了光生载流子的生成，降低了光电转换效率的技术问题，本发明提供一种钙钛矿薄膜太阳能电池。
本发明提供了一种钙钛矿薄膜太阳能电池，包括：仿生光管理层、透明导电氧化物层、电子传输层、光吸收层、空穴传输层以及背电极；
所述仿生光管理层、所述透明导电氧化物层、所述电子传输层、所述光吸收层以及所述空穴传输层堆叠设置；
所述仿生光管理层上设置有周期性阵列排布的凸起结构纹理，将光线引导至电池内部；
所述透明导电氧化物层与所述电子传输层电性连接，同时作为透明电极与外部电路电性连接；
所述电子传输层从所述光吸收层中提取和传导光生电子，并将光生电子导向所述透明导电氧化物层；
所述光吸收层采用钙钛矿薄膜，所述光吸收层用于吸收光线并生成电子空穴对；
所述空穴传输层用于从所述光吸收层中提取和传导光生空穴，并将光生空穴导向所述背电极；
所述背电极与所述空穴传输层电性连接，同时作为电极与外部电路电性连接。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益技术效果：
在本发明中，仿生光管理层可以通过表面周期性阵列排布的凸起结构纹理减少太阳光在电池表面的反射，将更多的光引导到光吸收层，从而提高光子的捕获率，提升光吸收效率，增加光生载流子的生成，提升光电转换效率。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明提供的一种钙钛矿薄膜太阳能电池的结构示意图。
图2是本发明提供的另一种钙钛矿薄膜太阳能电池的结构示意图。
图3是本发明提供的再一种钙钛矿薄膜太阳能电池的结构示意图。
图4是本发明提供的一种接触窗口的结构示意图。
图5是本发明提供的一种电池串联的AA截面示意图。
【附图标记】
1、仿生光管理层；11、三角形；2、透明导电氧化物层；3、电子传输层；4、光吸收层；41、金属纳米颗粒；5、空穴传输层；6、背电极；7、布拉格反射层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在本文中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在一个实施例中，参考说明书附图1，示出了本发明提供的一种钙钛矿薄膜太阳能电池的结构示意图。
本发明提供的一种钙钛矿薄膜太阳能电池，包括：仿生光管理层1、透明导电氧化物层2、电子传输层3、光吸收层4、空穴传输层5以及背电极6。
仿生光管理层1、透明导电氧化物层2、电子传输层3、光吸收层4以及空穴传输层5堆叠设置。仿生光管理层1上设置有周期性阵列排布的凸起结构纹理，将光线引导至电池内部。
透明导电氧化物层2与电子传输层3电性连接，同时作为透明电极与外部电路电性连接。
电子传输层3从光吸收层4中提取和传导光生电子，并将光生电子导向透明导电氧化物层2。
光吸收层4采用钙钛矿薄膜，光吸收层4用于吸收光线并生成电子空穴对。
空穴传输层5用于从光吸收层4中提取和传导光生空穴，并将光生空穴导向背电极6。
背电极6与空穴传输层5电性连接，同时作为电极与外部电路电性连接。
在本发明中，仿生光管理层可以通过表面周期性阵列排布的凸起结构纹理减少太阳光在电池表面的反射，将更多的光引导到光吸收层，从而提高光子的捕获率，提升光吸收效率，增加光生载流子的生成，提升光电转换效率。
在一种可能的实施方式中，仿生光管理层1上的凸起结构的截面呈三角形11。
需要说明的是，三角形的高度和底边长度直接影响光的反射和散射性能。高度越大，光线在凸起表面上的反射次数越多，光的路径变长，从而提高光的吸收效率。然而，过高的凸起可能导致光的折射角度过大，部分光无法有效进入吸收层。三角形的具体形状参数可以通过改进烟花算法进行确定。
在本发明中，三角形的截面设计能够减少入射光的反射。三角形结构通过多次反射和折射作用，将更多的入射光引导至光吸收层如钙钛矿层，从而提升光的吸收效率。
可选地，光吸收率是仿生光管理层的重要性能参数，可以以光吸收率最大化为目标，去确定最佳的仿生光管理层结构参数。光吸收率具体为：
其中，A表示仿生光管理层光吸收率，I s表示垂直偏振光的强度，A s表示仿生光管理层对于垂直偏振光的吸收率，I p表示平行偏振光的强度，A p表示仿生光管理层对于平行偏振光的吸收率，α表示光线入射角，λ表示光线波长，I tot表示总入射光强度。
参考说明书附图2，示出了本发明提供的另一种钙钛矿薄膜太阳能电池的结构示意图。
在一种可能的实施方式中，钙钛矿薄膜中掺入有金属纳米颗粒41，通过金属纳米颗粒41增强局部电场效应。
可选地，局部电场的增强可以通过以下公式量化：
其中，E enh表示局部电场增强因子，E local表示纳米粒子周围的局部电场强度，E incident表示入射电场强度。
进一步地，可以以局部电场增强因子最大化为目标，去确定最佳的金属纳米颗粒掺入浓度。
在本发明中，金属纳米颗粒如金、银具有局部表面等离子体共振效应LSPR，即当入射光与纳米颗粒的自由电子发生共振时，会在其表面产生强烈的局部电场。这种局部电场的增强可以提高周围钙钛矿材料对光的吸收效率。
在一种可能的实施方式中，掺入有金属纳米颗粒的钙钛矿薄膜采用混合真空蒸发沉积进行制备。
具体而言，掺入有金属纳米颗粒的钙钛矿薄膜的制备工艺为：以金属卤化物PbCl2作为第一沉积源材料，以甲基铵碘化物MAI作为第二沉积源材料。设置待制备钙钛矿薄膜的目标厚度。对基板进行清洗，并安装到基板固定台。对基板进行加热。先加热第一沉积源材料，并通过第一传感器监控第一沉积源材料的沉积速率。加热含有金属原子的前驱体溶液。随后加热第二沉积源材料，并通过第二传感器监控第二沉积源材料的沉积速率。当第一沉积源材料、第二沉积源材料以及金属原子在基板上相遇时，通过化学反应形成掺入有金属纳米颗粒的钙钛矿薄膜。当基板上的钙钛矿薄膜达到目标厚度时，立即停止对于第一沉积源材料与第二沉积源材料的加热。对钙钛矿薄膜进行退火处理。
在一种可能的实施方式中，电子传输层3包括靠近光吸收层4的高选择层以及远离光吸收层4的高导电层。高选择层采用二氧化钛TiO2，高导电层选用氧化锌ZnO。
可选地，高选择层与高导电层的厚度满足以下关系：
其中，d s表示高选择层的厚度，d c表示高导电层的厚度，R s表示高选择层的复合率，R c表示高选择层的复合率。
在本发明中，通过将高选择层与高导电层的厚度与它们的复合率相关联，可以有效减少电荷复合，优化电子传输路径，并平衡电荷选择性和传输效率。
需要说明的是，高选择层的二氧化钛TiO2具有良好的电子选择性，能够有效阻挡光生空穴，防止空穴进入电子传输层，减少电子与空穴的复合。靠近光吸收层的高选择层可以确保电子快速提取，同时阻止空穴的传输，从而优化电荷分离效率。高导电层的氧化锌ZnO是一种高导电性的材料，具有较高的电子迁移率，能够确保电子在电子传输层中的快速传输。远离光吸收层的高导电层ZnO可以有效降低电阻损耗，加速电子的传输，从而提高载流子的传导效率。
在本发明中，通过将二氧化钛TiO2作为靠近光吸收层的高选择层，以及将氧化锌ZnO作为远离光吸收层的高导电层，钙钛矿薄膜太阳能电池可以在电荷选择性和电子传输效率上取得平衡。这种分层设计能够减少复合损失、提高电荷提取效率、降低串联电阻、提升电池的光电转换效率，并且增强了材料的环境稳定性，适合实际应用中的长期运行。
在一种可能的实施方式中，电子传输层3采用二氧化钛TiO2，向中掺杂铌Nb，随着与光吸收层4之间距离的减少，降低铌Nb的掺杂浓度，提升电子选择性。
可选地，铌Nb的掺杂浓度与相距光吸收层4的距离之间满足：
其中，n Nb表示Nb的掺杂浓度，n min表示最小掺杂浓度，n max表示最大掺杂浓度，x h表示相距光吸收层的距离，h ETL表示电子传输层厚度。
在本发明中，这种渐变掺杂设计能够平衡电子选择性和传输效率，在靠近光吸收层的区域减少载流子复合，而远离吸收层的区域提供更高的导电性，从而提高整体的电荷提取和传输效率。
参考说明书附图3，示出了本发明提供的再一种钙钛矿薄膜太阳能电池的结构示意图。
在一种可能的实施方式中，钙钛矿薄膜太阳能电池还包括：布拉格反射层7。布拉格反射层7设置在空穴传输层5下方，布拉格反射层7中嵌入有背电极6。
在本发明中，布拉格反射层7通过干涉效应，可以将未被吸收的光线反射回钙钛矿光吸收层4，从而增加光在吸收层中的光程长度，使光子在吸收层中经过更多次的散射和反射，有效提高光吸收率。
参考说明书附图4，示出了本发明提供的一种接触窗口的结构示意图。
参考说明书附图5，示出了本发明提供的一种电池串联的AA截面示意图。
在一种可能的实施方式中，对透明导电氧化物层2、光吸收层4以及背电极6进行图案化，实现多个钙钛矿薄膜太阳能电池单元的串联连接。透明导电氧化物层2的图案化具体为：在透明导电氧化物层2上划出第一细缝P1，实现相邻钙钛矿薄膜太阳能电池单元的透明导电氧化物层2之间的电隔离。背电极6的图案化具体为：在吸收层上设置连接透明导电氧化物层2与背电极6的接触窗口P2，实现相邻钙钛矿薄膜太阳能电池单元的串联连接。背电极6的图案化具体为：在背电极6上划出第二细缝P3，实现相邻钙钛矿薄膜太阳能电池单元的背电极6之间的电隔离。
在本发明中，通过在透明导电氧化物层上划出P1细缝，使得相邻的钙钛矿电池单元在底电极层之间完全电隔离，避免了直接短路现象的发生，确保每个电池单元独立工作。在背电极上划出P3细缝，同样确保每个单元的背电极相互电隔离，防止电流短路，进一步减少电能损耗。通过在吸收层上设置P2接触窗口，能够实现透明导电氧化物层与背电极之间的电气连接，使得光生电荷可以从光吸收层中提取出来，并通过相邻的单元顺利传导至外部电路。这确保了相邻单元之间的串联连接，同时减少了电荷传输中的障碍。
在一种可能的实施方式中，接触窗口P2采用离散的圆形点接触区域，通过激光去除空穴传输层5、光吸收层4以及部分电子传输层3形成圆形点接触区域，在圆形点接触区域中填充背电极6材料，使得背电极6通过圆形点接触区域与透明导电氧化物层2接触。第二细缝P3绕开圆形点接触区域。
在本发明中，相较于传统的长条形接触设计，离散的圆形点接触区域占用的面积较小，能够有效减少电池中的无效区域。这意味着更多的区域能够用于光吸收，从而提高几何填充因子，最大化有效光电转换面积。同时，点接触设计通过将P2区域的长条形连接替换为多个分散的小圆形点接触区域，显著减少了P2区域的占地面积，从而为P3刻划提供了更多的设计灵活性。由于点接触设计中每个P2区域只占据一个小的圆形区域，而不是长条形区域，因此P3刻划线不需要穿过整个P2区域，只需绕过这些离散的圆形接触点。这大大减少了P2与P3的重叠部分。
在一种可能的实施方式中，钙钛矿薄膜太阳能电池的结构参数通过改进烟花算法进行优化。
可选地，钙钛矿薄膜太阳能电池的结构参数包括：仿生光管理层1的材料、厚度以及凸起形状参数、电子传输层3的材料以及厚度、光吸收层4的材料以及厚度、空穴传输层5的材料以及厚度、背电极6的材料以及厚度、串联连接时的第一细缝P1宽度、接触窗口P2形状以及第二细缝P3宽度。
具体而言，优化过程具体为：按照钙钛矿薄膜太阳能电池的结构，构建钙钛矿薄膜太阳能电池仿真模型。确定钙钛矿薄膜太阳能电池仿真模型的描述方程。设置钙钛矿薄膜太阳能电池的结构参数。通过求解钙钛矿薄膜太阳能电池仿真模型的描述方程，计算钙钛矿薄膜太阳能电池的光伏性能参数。以光伏性能参数最大化为目标，构建目标函数。设置优化过程中的约束条件。在约束条件的约束下，以最大化目标函数为目标，通过改进烟花算法，确定钙钛矿薄膜太阳能电池仿真模型的最优结构参数。
可选地，钙钛矿薄膜太阳能电池仿真模型的描述方程具体包括：泊松方程、载流子连续性方程以及载流子传输方程。
可选地，光伏性能参数具体包括：反向饱和电流密度、理想因子、瞬时弛豫时间、填充因子以及光电转换效率。
可选地，目标函数具体为：
其中，f表示目标函数，θ表示结构参数，J 0表示反向饱和电流密度，B表示理想因子，τ ir表示瞬时弛豫时间，PCE表示光电转换效率，FF表示填充因子，μ 1表示反向饱和电流密度的权重系数，μ 2表示理想因子的权重系数，μ 3表示瞬时弛豫时间的权重系数，μ 4表示光电转换效率的权重系数，μ 5表示填充因子的权重系数。
其中，本领域技术人员可以根据实际情况设置反向饱和电流密度的权重系数μ 1、理想因子的权重系数μ 2、瞬时弛豫时间的权重系数μ 3、光电转换效率的权重系数μ 4以及填充因子的权重系数μ 5的大小，本发明不做限定。
在本发明中，通过对反向饱和电流密度、理想因子、瞬时弛豫时间、填充因子以及光电转换效率进行多目标优化，可以对钙钛矿太阳能电池的不同性能进行综合优化，避免单一优化目标导致其它性能下降。
可选地，可选地，约束条件包括：厚度合理性约束以及仿生光管理层光吸收率约束。
厚度合理性约束具体为：钙钛矿薄膜太阳能电池的仿生光管理层、电子传输层、光吸收层、空穴传输层以及背电极的厚度均在合理范围内：
其中，h 1表示仿生光管理层的厚度，h 1,min表示仿生光管理层的最小厚度，h 1,max表示仿生光管理层的最大厚度，h 2表示电子传输层的厚度，h 2,min表示电子传输层的最小厚度，h 2,max表示电子传输层的最大厚度，h 3表示光吸收层的厚度，h 3,min表示光吸收层的最小厚度，h 3,max表示光吸收层的最大厚度，h 4表示空穴传输层的厚度，h 4,min表示空穴传输层的最小厚度，h 4,max表示空穴传输层的最大厚度，h 5表示背电极的厚度，h 5,min表示背电极的最小厚度，h 5,max表示背电极的最大厚度。
在本发明中，设定每一层的厚度在合理范围内，可以避免在优化过程中产生不切实际或不可制造的设计。例如，过厚的光吸收层可能导致电荷传输受阻，而过薄的层可能无法有效吸收光或传导载流子。
仿生光管理层光吸收率约束具体为：仿生光管理层光吸收率大于预设光吸收率：
其中，A表示仿生光管理层光吸收率，I s表示垂直偏振光的强度，A s表示仿生光管理层对于垂直偏振光的吸收率，I p表示平行偏振光的强度，A p表示仿生光管理层对于平行偏振光的吸收率，α表示光线入射角，λ表示光线波长，I tot表示总入射光强度，A 0表示预设光吸收率。
在本发明中，通过设置光吸收率的下限可以保证仿生光管理层能够捕获足够多的光子，从而提高整体光吸收率，有助于最大化钙钛矿吸收层接收到的光强，确保在不同入射角和光线偏振条件下，仿生光管理层都能有效引导更多光进入吸收层。
可选地，通过改进烟花算法，确定钙钛矿薄膜太阳能电池仿真模型的最优结构参数，具体步骤是：
其中，烟花算法Fireworks Algorithm, FWA是一种启发式全局优化算法，模拟了烟花爆炸的过程，通过产生多个火花解来探索搜索空间，从而找到全局最优解。
传统的烟花算法的爆炸半径通常是固定的，无法根据当前适应度值的分布来动态调整。当当前的搜索区域已经接近局部最优时，固定的爆炸半径无法根据局部的复杂度自适应收缩，导致算法可能在局部最优解附近徘徊，难以跳出局部最优。因此，本发明对于传统的烟花算法进行了改进。
在一种可能的实施方式中，S7具体包括子步骤S701至S709：
S701：以目标函数作为烟花算法的适应度函数。
S702：初始化烟花个体，每个烟花个体由多个维度分量组成，每个烟花个体代表一种可行的结构参数集合，每个分量代表一个结构参数。
S703：对各个烟花个体进行爆炸操作：
其中，A i表示第i个烟花个体的爆炸半径，x i表示第i个烟花个体，f表示适应度函数，N表示烟花个体总数，min表示取最小值，ε表示避免除零的超参数，C A表示爆炸半径调整系数，S i表示第i个烟花个体的爆炸火花数，max表示取最大值，C S表示爆炸火花数调整系数。
在本发明中，通过引入爆炸半径和火花数的动态调整机制，烟花算法能够更好地平衡全局搜索和局部搜索，有效避免局部最优陷阱，增强全局搜索能力，并精细优化局部解。同时，数值稳定性和计算效率也得到了保证，从而使算法的整体性能更加出色。
S704：对爆炸操作形成爆炸火花数进行限制处理：
其中，表示限制处理后第i个烟花个体的爆炸火花数，S max表示最大爆炸火花数，S min表示最小爆炸火花数。
其中，本领域技术人员可以根据实际情况设置最大爆炸火花数以及最小爆炸火花数的大小，本发明不做限定。
需要说明的是，在没有火花数限制的情况下，某些个体可能生成过多的火花，集中在某一小范围内，造成搜索过度集中。或者生成过少的火花，导致搜索过度分散，探索不足。通过设定火花数量的上下限，能够在局部精细搜索与全局探索之间取得平衡。
S705：根据烟花爆炸半径，进行烟花爆炸的位移：
其中，y ijk表示第i个烟花个体产生的第k个爆炸火花中第j个维度分量，x ij表示第i个烟花个体中第j个维度分量，表示在0到A ij之间取随机数，A ij表示第i个烟花个体的爆炸半径中的第j个维度分量。
其中，x rj表示随机选取的烟花个体的第j个维度分量，x gsj表示全局最优烟花个体的第j个维度分量，x lsj表示前一次迭代过程中最优烟花个体的第j个维度分量，λ 1表示随机烟花个体的权重，λ 2表示全局最优烟花个体的权重，λ 3表示前一次迭代过程中最优烟花个体的权重，γ表示位移系数，σ f表示全部烟花个体的适应度值的方差，σ 0表示预设方差值。
其中，本领域技术人员可以根据实际情况设置预设方差值的大小，本发明不做限定。
其中，本领域技术人员可以根据实际情况设置随机烟花个体的权重λ 1、全局最优烟花个体的权重λ 2以及前一次迭代过程中最优烟花个体的权重λ 3的大小，本发明不做限定。
需要说明的是，通过与随机选取的个体的差距进行大范围的探索，使搜索具有多样性，能够探测未被探索的区域。通过与全局最优个体和上次迭代最优个体的差距进行精细调整，帮助深入搜索最优解附近的区域。这种组合使得算法在探索新区域全局搜索和精细化已有优质解局部优化之间取得平衡，提升了算法的整体优化效率。
在本发明中，当适应度方差小于或者等于预设方差时意味着解的分布较为接近，需要进行精细的局部搜索。这时，爆炸半径的计算结合了多个个体的信息随机个体、全局最优个体和前一迭代中的最优个体，有助于在局部范围内进行更精细的搜索。而当适应度方差大于预设方差时说明当前个体之间的适应度差异较大，解的分布较为分散，需要更广泛的全局探索。此时，通过放大爆炸半径用前一迭代最优个体的位移系数γ调整，可以增加搜索的范围，进行更广泛的探索。
S706：随机选取部分烟花个体，生成一个随机数，并判断将该随机数是否小于变异概率，若是，进行高斯变异操作：
其中，表示高斯变异后第i个烟花个体中第j个维度分量，x ij表示第i个烟花个体中第j个维度分量，e表示随机数，满足均值为1且方差为1的高斯分布。
在本发明中，高斯变异通过在部分烟花个体中引入随机变化，使解在各个维度上的分量进行随机扰动。这种操作能够产生新的搜索路径和解，从而增加整个搜索过程的多样性，避免搜索路径的单一性。
可选地，变异概率具体为：
其中，P m表示变异概率，P m,max表示最大变异概率，P m,min表示最小变异概率，f表示当前个体的适应度值，f avg表示种群平均适应度值，f max表示个体中的最大适应度值。
在本发明中，动态调整变异概率使得搜索更加灵活，适应度较差的个体可以进行更多变异，有助于跳出局部最优解，而适应度较优的个体则减少变异，避免破坏当前的优良解。
S707：对各个烟花个体进行映射操作：
其中，表示映射操作后第i个烟花个体中的第j个维度分量，L j表示第j个维度下限值，U j表示第j个维度上限值，%表示模运算。
在本发明中，维度分量可能在多次迭代后超出预定的上下限，导致不可行解。通过映射操作，将每个个体的维度分量限制在指定的范围内，确保所有解都在可行域中。
S708：对各个烟花个体进行选择操作，各个烟花个体被选择的概率为：
其中，P表示选择概率，D表示当前个体到除自身以外的其他个体之间的距离之和，d表示两个个体之间的欧式距离，x u表示第u个烟花个体。
在本发明中，选择那些距离其他个体较远的个体，意味着这些个体可能处于搜索空间中的未探索区域。通过这种基于距离的选择策略，算法能够充分探索整个搜索空间，避免仅在某一小部分区域进行精细搜索。
S709：判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数。若是，输出当前适应度最高的烟花个体代表的。否则，返回继续迭代。
在本发明中，以光伏性能参数最大化为目标，通过改进烟花算法，自动化确定钙钛矿薄膜太阳能电池仿真模型的最优结构参数，相较于遗传算法计算量较小，通过模拟烟花爆炸，能在早期阶段进行广泛的全局搜索，并通过适应度调整逐渐集中在局部最优区域，避免了早期收敛，提升钙钛矿薄膜太阳能电池的结构优化的效率与准确性。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，包括：仿生光管理层（1）、透明导电氧化物层（2）、电子传输层（3）、光吸收层（4）、空穴传输层（5）以及背电极（6）；
所述仿生光管理层（1）、所述透明导电氧化物层（2）、所述电子传输层（3）、所述光吸收层（4）以及所述空穴传输层（5）堆叠设置；
所述仿生光管理层（1）上设置有周期性阵列排布的凸起结构纹理，将光线引导至电池内部；
所述透明导电氧化物层（2）与所述电子传输层（3）电性连接，同时作为透明电极与外部电路电性连接；
所述电子传输层（3）从所述光吸收层（4）中提取和传导光生电子，并将光生电子导向所述透明导电氧化物层（2）；
所述光吸收层（4）采用钙钛矿薄膜，所述光吸收层（4）用于吸收光线并生成电子空穴对；
所述空穴传输层（5）用于从所述光吸收层（4）中提取和传导光生空穴，并将光生空穴导向所述背电极（6）；
所述背电极（6）与所述空穴传输层（5）电性连接，同时作为电极与外部电路电性连接；
钙钛矿薄膜太阳能电池还包括：布拉格反射层（7）；
所述布拉格反射层（7）设置在所述空穴传输层（5）下方，所述布拉格反射层（7）中嵌入有所述背电极（6）。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，所述仿生光管理层（1）上的凸起结构的截面呈三角形（11）。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿薄膜中掺入有金属纳米颗粒（41），通过所述金属纳米颗粒（41）增强局部电场效应。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层（3）包括靠近所述光吸收层（4）的高选择层以及远离所述光吸收层（4）的高导电层；所述高选择层采用二氧化钛TiO2，所述高导电层选用氧化锌ZnO。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，对所述透明导电氧化物层（2）、所述光吸收层（4）以及所述背电极（6）进行图案化，实现多个钙钛矿薄膜太阳能电池单元的串联连接；
所述透明导电氧化物层（2）的图案化具体为：在所述透明导电氧化物层（2）上划出第一细缝（P1），实现相邻钙钛矿薄膜太阳能电池单元的透明导电氧化物层（2）之间的电隔离；
所述背电极（6）的图案化具体为：在吸收层上设置连接所述透明导电氧化物层（2）与所述背电极（6）的接触窗口P2，实现相邻钙钛矿薄膜太阳能电池单元的串联连接；
所述背电极（6）的图案化具体为：在所述背电极（6）上划出第二细缝（P3），实现相邻钙钛矿薄膜太阳能电池单元的背电极（6）之间的电隔离。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，所述接触窗口P2采用离散的圆形点接触区域，通过激光去除所述空穴传输层（5）、所述光吸收层（4）以及部分所述电子传输层（3）形成圆形点接触区域，在所述圆形点接触区域中填充所述背电极（6）材料，使得所述背电极（6）通过所述圆形点接触区域与所述透明导电氧化物层（2）接触；
所述第二细缝（P3）绕开所述圆形点接触区域。
7.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，掺入有金属纳米颗粒的所述钙钛矿薄膜采用混合真空蒸发沉积进行制备。
8.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿薄膜太阳能电池的结构参数通过改进烟花算法进行优化。
9.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿薄膜太阳能电池的结构参数包括：所述仿生光管理层（1）的材料、厚度以及凸起形状参数、所述电子传输层（3）的材料以及厚度、所述光吸收层（4）的材料以及厚度、所述空穴传输层（5）的材料以及厚度、所述背电极（6）的材料以及厚度、串联连接时的第一细缝（P1）宽度、接触窗口P2形状以及第二细缝（P3）宽度。
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