[發明專利]光譜轉換裝置

無效

• 申請號: 200910272298.0
• 申請日: 2009-10-10
• 公開（公告）號: CN101697038A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 張培榕
• 申請（專利權）人: 張培榕
• 主分類號: G02B27/12
• 分類號: G02B27/12;G02B5/04;G02B3/08;H01L31/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種主要用于太陽能及其它熱輻射能光伏轉換系統中的光譜轉換裝置，尤其是由棱鏡和正透鏡組成的光譜轉換裝置。?

技術背景

用半導體電池把太陽能直接轉變成電能是獲取巨大清潔能源的主要手段。其推廣應用的主要障礙是電池效率不高(20％左右)和價格太貴。目前，采用聚光-疊層技術和彩色光譜-肩并肩分電池技術來進一步提高太陽能電池效率。?

聚光-疊層技術是利用透鏡聚光裝置把用不同帶隙寬度E_g的材料制成并按E_g大小從上而下疊合起來的太陽能電池放在焦平面上，選擇性地吸收和轉換太陽光譜的不同子域，能大幅度提高電池的轉換效率。2002年Olah在美國專利U·S·Pat·NO.6,399,874公開了一種太陽聚光裝置，首次利用Fresnel透鏡(菲涅爾透鏡)的聚光裝置，把太陽能電池放在透鏡的焦平面上。最近幾年，聚光-疊層裝置技術取得很大進步，太陽能電池效率達到40％左右，如2008年5月7日展望網編輯發布者panpan稱“波音公司子公司Spectrolab有限公司的科學家研制成功具有40％轉換效率的三結三層聚光太陽能電池”；又如goagle網2008年11月27日發布“歐盟研發成功具有39.7％轉換效率的多結疊層聚光太陽能電池，使用鎵、磷、銦和鍺等材料，電池效率達40％左右領先水平，但也存在難以克服的難題：①因領先的分電池防礙其后電池而導致進一步提高效率越來越困難；②上千倍聚光比的小小太陽能電池的熱負荷太高，導致電池功率和效率的衰減和壽命下降；③使用昂貴而稀缺的熱穩定性好的半導體電池材料，對制造工藝的要求十分苛克，難以普及推廣。?

彩色光譜-肩并肩分電池技術是通過各種光譜轉換裝置，把接收到的全部太陽光轉換成覆蓋在太陽能電池表面上的彩色光譜域，把其分成若干部分并制成肩并肩多結分電池，與聚光-疊層太陽能電池相比更容易提高太陽能電池效率，并具有工作溫度低、工作穩定、壽命長和便于制造等優點。為此，人們曾采用各種?光譜轉換裝置，如在“新概念物理教程·光學/趙凱華·——北京：高等教育出版社，2004.11(2006重印)ISBN7-04-015562-1”一書中介紹一種棱鏡光譜儀，它的光譜轉換裝置由三棱柱鏡和直長條正透鏡(又稱會聚透鏡)組成；又如在美國專利說明書“光譜折射分離集結裝置系統”(US7，2006，142B1?Apr.17，2007)的發明概要中介紹一種聚焦探測儀，它的光譜轉換裝置由一塊頂面光滑的另一面頂角相等并朝一個方向的直長條組合棱鏡和一塊直長條無軸向色差的正透鏡(菲涅爾Fresnel透鏡)組成，在直長條目標裝置上獲得一個寬能帶彩色光譜域；又如在中國專利局公開了發明專利“光譜發電機及其應用”(申請號200810000333.9，公開號101316081A)中提供一種由三棱柱鏡和直長條正透鏡組成的光譜轉換裝置。這些技術方案因聚焦在太陽能電池表面上彩色光譜域的寬度過窄并采用平板式分電池結構而難以分割更多肩并肩排列的分電池；制造、調整和維修因無基準而變得困難；或裝置系統的結構尺寸過大等而使這一技術失去實際的先進性和適用性。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種特殊的光譜轉換裝置，能獲得聚焦在光伏電池表面上更寬能帶的彩色光譜域并有供設計、制造、安裝、調整和維修的基準，在此基礎上又提供一種特殊的由更多的肩并肩排列的單色光分電池組成的光伏電池并能大幅度提高其效率。?

為了解決上述技術問題，本發明所采用技術方案的基本構思是：在物理光學和現有技術的順著太陽能或其它熱輻射能的平行光線或平行的電磁能射線方向依次由一塊主截面呈三角形的三棱柱鏡或主截面頂角相等并朝一個方向的直長條組合棱鏡和一塊有或無軸向色差的直長條正透鏡組成的光譜轉換裝置的基礎上，在其主截面棱鏡頂角朝向的一側增設一條與平行光線平行的對稱軸，使原來的光譜轉換裝置變成由兩塊或一塊對稱的直長條棱鏡和同一對稱面的兩塊或一塊對稱的直長條正透鏡組成，使其具有對稱相交性，使聚焦在包括光伏電池、顯視屏幕和連接窗口的目標裝置表面上彩色光譜域對稱地合拼在一起而變得更寬，光譜域的顏色分布也發生顛倒排列，并有對稱面和主截面上對稱軸作為基準；在主截面上具有上述技術特征的還有一種依次由一個圓環棱鏡和一個圓環正透鏡組成的光譜轉換裝置。?

本發明第一種技術方案的光譜轉換裝置，其包括：?