[發明專利]反射式二次透鏡系統和半導體裝配件及其生產方法

有效

• 申請號: 200880127095.6
• 申請日: 2008-12-22
• 公開（公告）號: CN101952977A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 約阿希姆·堯斯;安得烈斯·貝特;邁克爾·帕西格;格哈德·帕哈茨;皮特·尼茨;沃爾夫岡·格拉夫
• 申請（專利權）人: 弗蘭霍菲爾運輸應用研究公司
• 主分類號: H01L31/052
• 分類號: H01L31/052;H01L33/00;H01L25/04
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 臧建明

本發明涉及反射式和/或折射式二次透鏡系統，其用于將陽光匯聚在半導體元件上，本發明二次透鏡系統的特征在于通過在基礎體周圍布置凸起來形成二次透鏡系統。此外，本發明涉及包括本發明二次透鏡系統的半導體裝配件，以及生產這種半導體裝配件的方法。具體地講，這種半導體裝配件表示聚集式太陽能電池模塊。

在聚集式光伏中，使用光學系統將光聚集到太陽能電池上。為了達到此目的，使用例如將入射光匯聚到太陽能電池上的透鏡或菲涅爾集光器(Fresnel?collector)。多個太陽能電池裝配有關聯的光學系統，例如裝配有透鏡陣列，還裝配有用于冷卻和用于電力引線的元件以形成模塊。將這些模塊安裝在所謂的追蹤器上，從而使這些模塊在追蹤器上追蹤太陽的方向。

在聚集式光伏中，很值得注意的是盡可能多的輻射光射到太陽能電池上。這一方面受到光學系統的成像質量的影響，另一方面受到光學系統朝向電池以及模塊總計朝向太陽的精確性的影響。

聚集式光伏另外一個重要的方面是所謂的匯聚因子。匯聚因子表示透鏡系統的光入射表面與太陽能電池的活性表面之間的比率。為了盡可能少地使用相對昂貴的太陽能電池表面，應選擇盡可能大的匯聚因子。準確地說，就高度匯聚系統而言，有可能使用兩級透鏡系統，則將兩級透鏡系統的所有元件稱為主要透鏡系統(在光路中的第一光學元件，例如，透鏡或菲涅爾集光器)或二次透鏡系統(第二元件)。兩級概念具有的優點在于每個單獨的元件的光束偏差可以是較小的。另外，顯著地增加透鏡設計中的構造間隙，例如，為了減少顏色偏差或為了使入射輻射均勻。

迄今已普遍將二次透鏡系統構造為折射元件，其中通過內部全反射將光束引導至太陽能電池上。這里，已知的由玻璃制成的元件為截棱錐(US?5,505,789)的形式或更復雜的形式，其主要基于全反射并通過注模過程(例如，ES?2232299；V.Diaz、J.Alarez、J.Alonso等，“Assembly?of?Concentrator?Modules?based?on?Silicon?Solar?Cells?at?300x?of?Concentrated?Sunlight(基于300倍聚焦陽光的基于硅太陽能電池的匯聚器模具裝配件)”，19^th?European?Photovoltaic?Solar?Energy?Conference(第19屆歐洲光伏太陽能會議議程)，2004年)生產。為了使出口面上由折射率的巨大差異引起的反射盡可能少，通常經由粘性的和光學透明的材料，例如有機硅，將這種元件直接安裝在太陽能電池上，并且可以在這種元件的入口孔處設置減少反射的涂層。

同時，還使用了基于在反射表面上反射的簡單二次透鏡系統。在之前已知的應用中，使用了梯形金屬主體或圓形漏斗(參見例如EP?0?657?948?A2；WO?91/18419；L.M.Fraas，“Line-Focus?Photovoltaic?Module?Using?Stacked?Tandem-Cells(使用層疊串聯電池的線聚焦光伏模塊)”，1994)。為了提高這些組件的反射性能，在將金屬薄片重新成形之前經常為金屬薄片設置具有高反射性能的層。例如從US?5,167,724或US?5,505,789可獲知這種構造，并通過圖1中的圖示重現。由此直接將二次透鏡系統50裝配在太陽能電池2上。因此陽光通過菲涅爾集光器15預先匯聚至二次透鏡系統上。

此外，本領域現有水平已知的組件(WO?2004/077558?A1；DE?195?36454?A1；DE?199?47?044?B4)被設計得與半導體元件聯合使用，在半導體元件中，輻射從側面離開或在側面完全或部分地被接收。這種側面輻射是LED半導體芯片的特征。然而，對于幾乎專用于發射或接收朝向半導體芯片上側面的超過95％的輻射的半導體元件，例如太陽能電池，如果使用這種半導體元件，那么由于這些專利的反射器設計思想會失去一部分輻射，這是由于這些反射器被設計為使得半導體芯片從頂部插入反射器凹槽，因此側壁和上部接觸表面均位于反射器的光束路徑中。就這種構造而言，反射區域包圍了整個半導體芯片。

例如從DE?199?47?044?B4已知的一種元件，其中發射器和/或接收器被金屬反射器環繞。從此公開文件中可獲知，從導體條形材料整體成形的反射器壁也是基于可將芯片插入反射器的原理，即，芯片小于最小的反射器直徑/反射器橫截面。

同樣可從DE?195?36?454?A1獲知插入半導體芯片的盆形構造反射器。