[實(shí)用新型]聚光-分光太陽能電池裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020187332.2
• 申請(qǐng)日: 2010-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN201681954U
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳志平;姜琰飛;劉巍;劉睿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/052
• 分類號(hào): H01L31/052
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于光伏技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于太陽能電池的聚光-分光裝置。

背景技術(shù)

太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率強(qiáng)烈地依賴于其材料的能隙，采用光譜分束技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽能的分級(jí)利用是提高電池效率的有效途徑。已有的采用光學(xué)分光裝置的電池系統(tǒng)，普遍采用棱鏡、濾光片、二向分色鏡作為分光裝置，然而，這類系統(tǒng)普遍存在的問題是光能利用率低，光強(qiáng)弱，且譜線寬度小。特別地，分色鏡分光時(shí)，需將其放置在入射光線與鏡面法線之間夾角較小(小于±20°)的范圍內(nèi)，超過該角度范圍的光線分光效果較差，且出射光線在相互垂直的方向上，不利于電池系統(tǒng)的封裝以及電路連接。

同時(shí)，在聚光光伏技術(shù)方面，高倍的聚光系統(tǒng)仍存在一些未解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，如：①聚光光伏系統(tǒng)需要高精度的太陽同步跟蹤裝置，沒有平板光伏技術(shù)可靠，維護(hù)費(fèi)用較高；②高倍聚光光伏系統(tǒng)，不僅聚光電池需要特殊研制，而且對(duì)聚光鏡的精度，二維全自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的精度以及強(qiáng)散熱裝置，都有極為苛刻的要求，整個(gè)系統(tǒng)還需要經(jīng)得起惡劣氣候的長期考驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有光譜分束技術(shù)分光效果差，光能利用率低等缺點(diǎn)，提出了一種光能利用率高的分光太陽能電池裝置。

本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：

聚光-分光太陽能電池裝置包括平凸柱面透鏡、平面透射式閃耀光柵、聚光透鏡和儲(chǔ)能板。在入射光的光路上依次平行設(shè)置有平凸柱面透鏡、平面透射式閃耀光柵、聚光透鏡和儲(chǔ)能板；

所述的平凸柱面透鏡的平面與平面透射式閃耀光柵相對(duì)，凸面為光線入射面。

所述的儲(chǔ)能板由高能隙、中間能隙和低能隙三個(gè)區(qū)域組成，經(jīng)聚光透鏡后波段為310nm～520nm的光匯聚到高能隙區(qū)域，經(jīng)聚光透鏡后波段為520nm～875nm的光匯聚到中間能隙區(qū)域，經(jīng)聚光透鏡后波段大于875nm的光匯聚到低能隙區(qū)域。

本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比其優(yōu)點(diǎn)在于：

本實(shí)用新型采用平凸柱面透鏡作為聚光裝置，由于具有寬的接收角，可利用約占太陽光能20％的散射光線，這種線聚焦方式的透鏡比點(diǎn)聚焦具有更高的光學(xué)效率。以平面透射式閃耀光柵作為分光裝置，并使所有能量幾乎全部集中到一級(jí)衍射光譜上，具有較高的衍射效率。且通過各部分電池間的并行排列以及子電池的獨(dú)立連接，避免了對(duì)電池電學(xué)上以及光學(xué)上串連的需求。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳述。

如圖1所示，聚光-分光太陽能電池裝置包括平凸柱面透鏡1、平面透射式閃耀光柵2、聚光透鏡3和儲(chǔ)能板4。在入射光的光路上依次平行設(shè)置有平凸柱面透鏡1、平面透射式閃耀光柵2、聚光透鏡3和儲(chǔ)能板4；平凸柱面透鏡1的平面與平面透射式閃耀光柵2相對(duì)，凸面為光線入射面。由于本裝置屬于非成像光學(xué)，其是將光線直接被傳輸并匯聚到儲(chǔ)能板4上，因而具有較高的光學(xué)效率。

整個(gè)裝置采用聚光-分光光學(xué)裝置和三加二再加一結(jié)的儲(chǔ)能板結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)能板各部分吸收利用與其能隙寬度相匹配的光譜波段，各波段的子電池采用獨(dú)立連接方式，形成兩結(jié)三終端結(jié)構(gòu)。同時(shí)，系統(tǒng)中各波段的電池是非垂直方向布置或是光學(xué)上串行連接的，而是并排在同一水平面上，因而整個(gè)系統(tǒng)又是一種“橫向”結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。

整個(gè)裝置以310nm、520nm和875nm作為分光點(diǎn)，以一級(jí)衍射光作為閃耀光柵的出射光線，所有的能量幾乎全部集中在該光譜級(jí)次上，且太陽光從空間上分為高、中、低三個(gè)能量束，即按波長進(jìn)行連續(xù)分段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽光譜的高效分解；

儲(chǔ)能板的高能隙區(qū)域選用InGaN能隙材料，儲(chǔ)能板的中間能隙區(qū)域選用GaInP和GaAs機(jī)械疊加而成的能隙材料，儲(chǔ)能板的低能隙區(qū)域選用Si、GaInAsP和GaInAs機(jī)械疊加而成的能隙材料。高能隙、中間能隙和低能隙形成三類電池，各個(gè)電池之間獨(dú)立連接，形成兩結(jié)三終端結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的具體工作過程為：平凸柱面透鏡對(duì)入射的近似平行光束進(jìn)行聚光，當(dāng)光線通過有一定傾角刻痕的透射式閃耀光柵時(shí)，其出射光線以一定的角度散開，最后再經(jīng)過透鏡折射聚焦在儲(chǔ)能板上，得到一種能量很高的波長的單色光，照射在與其能量匹配的高、中、低不同能隙的儲(chǔ)能板三個(gè)區(qū)域上。聚光透鏡的類型不同，最終匯聚光線所形成的光斑形狀各異，對(duì)于本實(shí)用新型出射光線形成條狀分布。