[發明專利]用于太陽電池的緊湊型分光元件的設計方法

無效

• 申請號: 200910025233.6
• 申請日: 2009-02-25
• 公開（公告）號: CN101814536A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 楊輝;陸書龍;董建榮;張瑞英;任雪勇;邢政
• 申請（專利權）人: 蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/052;G02B1/10;G02B5/20
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳忠輝

技術領域

本發明涉及一種用于太陽光譜分光的緊湊型分光元件的結構設計方法。

背景技術

太陽能發電技術作為一種清潔的、可再生能源利用技術不斷取得突破。光電轉換效率的不斷提高及制造成本的持續降低使得光伏技術在空間和地面都得到了廣泛的應用。在效率提高方面，由于太陽光譜中的能量分布較寬，任何一種半導體材料都只能吸收其中能量的一部分。低于其帶隙能量的光子將透過電池，被背電極金屬吸收，轉化成熱能；而高出其帶隙能量很多的太陽光所產生的載流子則通過熱化將能量傳遞給材料本身的點陣原子，這些能量不能通過光生載流子傳給負載，變成有效的電能。因此單結太陽能電池的理論轉換效率一般較低。多結級聯式太陽電池結構可以有效地實現對太陽光的全光譜吸收，從而提高光電轉換效率。理論上來說，結數越多，效率越高。但是在實踐上，很難找到在帶隙寬度上理想搭配，晶格常數又非常匹配的兩種材料來實現單片級聯電池結構。目前所知的直接生長的四結級聯式太陽電池的最高效率僅為35.7％，低于三結InGaP/(In)GaAs/Ge電池的40.7％。這表明要實現最大限度地與太陽光譜匹配，在此三結級聯電池中增加新的材料，雖然帶隙寬度可以理想搭配，但是由于受到不同半導體材料間晶格常數失配和由失配帶來的應力引起的缺陷等問題的限制，生長三結以上的太陽能電池變得十分困難，同時材料的生長成品率低、成本昂貴。

基于以上問題，2007年以美國特拉華大學為首的研究團隊利用一個二向色鏡，將太陽光譜分為能量不同的兩部分，分別被不同帶隙能量的太陽電池材料所吸收。這種設計有效地降低了材料生長的困難從而獲得了42.8％的電池轉換效率。這對未來多結電池的發展提供了一種思路，即可以通過二次甚至多次分光來有效地提高全光譜吸收從而獲得更高效率。但多次分光同時帶來一些問題，即太陽光經過分光元件后在前后兩個界面會存在界面損失，從而導致太陽電池模塊的輸出效率要遠小于太陽電池的效率。因此，減少分光元件的光學損失對分光技術的使用是十分關鍵的問題，尤其是對太陽光進行兩次以上的分光。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種用于太陽光譜分光的緊湊型分光元件的結構設計方法。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

用于太陽電池的緊湊型分光元件的設計方法，特點是：制作一光學玻璃，其折射率為1.5，包括第一界面、第二界面、第三界面，第一界面與第二界面相互平行，第二界面與第三界面的夾角為28度；在第一界面鍍介質膜，在第二界面也鍍介質膜，其中，第一界面鍍介質膜將能量高于2.7eV的太陽光反射被第一電池所吸收，能量低于2.7eV的太陽光透射進入光學玻璃中；第二界面鍍介質膜，將能量范圍在1.4～2.4eV的太陽光反射經過第三界面被第二電池吸收，將能量低于1.4eV的太陽光透射被第三電池吸收；從而，不同能量的太陽光被不同帶隙能量的太陽電池所吸收，由各級子電池半導體材料吸收利用與其帶隙寬度最相匹配的太陽光譜，實現太陽光的全光譜轉換。

進一步地，上述的用于太陽電池的緊湊型分光元件的設計方法，第一電池和第二電池固定在同一散熱片上，經第一界面反射的太陽光垂直入射到第一電池，被第一電池垂直吸收；相似地，經第二界面反射的太陽光被第二電池垂直吸收；第三電池與第二界面的夾角為45度，使透射的太陽光正入射到第三電池上。

更進一步地，上述的用于太陽電池的緊湊型分光元件的設計方法，所述第一界面介質膜材料為TiO₂和SiO₂。

更進一步地，上述的用于太陽電池的緊湊型分光元件的設計方法，所述第二界面介質膜材料為TiO₂和SiO₂。

再進一步地，上述的用于太陽電池的緊湊型分光元件的設計方法，所述光學玻璃的厚度在5mm。

本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在：

①本發明通過一塊光學玻璃的不同表面的鍍膜工藝實現太陽光譜的分光，采用一塊玻璃實現對太陽光譜的二次分光，相比于以前所采用的傳統分光方式，減少了一個界面，減少了光的損失，從而可以有效地提高系統效率；

②減少了光學對準過程，節省了空間；

③只采用一塊光學玻璃，有利于分光元件和電池的系統集成，易于大規模生產，堪稱是一項具有新穎性、創造性、實用性的好技術。

附圖說明

下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明：

圖1：本發明緊湊型光學分光元件的結構示意圖。

圖中各附圖標記的含義見下表：