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聚光/分光高效四结太阳电池

阅读:490发布:2020-09-05

专利汇可以提供聚光/分光高效四结太阳电池专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种聚光/分光高效四结太阳 电池 ,包括一聚光系统和至少2个 串联 连接的子电池,其特征在于:在所述聚光系统和子电池之间,设置有根据 波长 分光的分光系统,每一出射子光束照射至一个对应所述子电池,对应的子光束的 光子 能量 分布与子电池的带隙配合,串联后的子 电池组 的低压端接地。本发明以独立的双结太阳电池进行串联的方式事实上形成了一个四结太阳电池,实现了电池光 电流 的可调性;针对不同的光束来选用不同的 半导体 材料,实现了光电转化效率的最优化;同时大大地简化了制备工艺,节约了成本,获得的太阳电池的光电转化效率可以大于40%。,下面是聚光/分光高效四结太阳电池专利的具体信息内容。

1.一种聚光/分光高效四结太阳电池,包括一聚光系统和至少2个串联连接的子电池,其特征在于:在所述聚光系统和子电池之间,设置有根据波长分光的分光系统,每一出射子光束照射至一个对应所述子电池,对应的子光束的光子能量分布与子电池的带隙配合,串联后的子电池组的低压端接地。
2. 根据权利要求1所述的太阳电池,其特征在于:设有2个串联的子电 池,每一子电池为双结的EI-V族化合物半导体PN结光电转换子电池,所述 分光系统为二向色分光系统。
3. 根据权利要求2所述的太阳电池,其特征在于:所述每一双结的m-V族化合物半导体PN结光电转换子电池对应的主吸收峰与照射到该子电池上 的分光子光束的光子主能量分布相适应。
4. 根据权利要求3所述的太阳电池,其特征在于:所述的m-V族元素选 白Ga、 In、 P、 As、 Ge。

说明书全文
聚光/分光高效四结太阳电池 技术领域本发明涉及一种将太阳光的光辐射能转化为电能的器件,具体涉及一种聚 光/分光髙效四结太阳电池。背景技术太阳能电池是解决世界能源问题的重要战略途径。目前市场上大量生产的 太阳能电池为单晶与多晶太阳电池,其平均效率在15%上下,也就是说太 阳电池只能将入射的太阳能的15»/。转换成可用电能。化合物半导体材料电池 的转换效率髙,如GaAs化合物材料具有十分理想的带隙和较髙的光吸收效率, 用GaAs制造的单结电池的转换效率可达28%。通过不同带隙匹配化合物的配 合使用,可以进一步提髙电池的转换效率,如,GalnP/GaAs/Ge多结电池的 效率已经达到了32。/。。虽然GalnP/GaAs/Ge多结电池效率高,但是叠层太阳 电池的材料除带隙必须有恰当的匹配的要求外,还要求组成叠层太阳电池的各 子电池中电流应基本相等,但现有的三结串联光伏电池的电流并不完全匹配, Ge子结的电流是其他两个子结的两倍。理论上可以在Ge与GaAs电池之间引 入一种禁带宽度为l.Oev的与GaAs或者Ge的晶格常数匹配的半导体光伏电 池来解决这个问题,应用GalnAsN是其中一个选择,但是GalnAsN苛刻的生 长过程使得其材料质量很难保证,因而目前还没有找到解决电流失配问题的理 想方案。没有被利用的太阳能都被转化为热能。热能的产生不仅造成能源的巨 大浪费,还带来了散热这一技术问题,大大增加了太阳电池的制作成本。如何在现有基础上进一步提太阳能电池的转化效率具有重要的经济意义。发明内容本发明的目的是,开发一种聚光/分光太阳电池,以解决现有技术中子电 池电流不匹配、太阳电池转换效率较低等问题。为达到上述发明目的,本发明采用的技术方案是: 一种聚光/分光髙效四结太阳电池,包括一聚光系统和至少2个串联连接的子电池,在所述聚光系统 和子电池之间,设置有根据波长分光的分光系统,每一出射子光束照射至一个 对应所述子电池,对应的子光束的光子能量分布与子电池的带隙配合,串联后 的子电池组的低压端接地。进一步的技术方案,设有2个串联的子电池,每一子电池为双结的m-v族化合物半导体PN结光电转换子电池,所述分光系统为二向色分光系统。上述技术方案中,所述每一双结的m-v族化合物半导体pn结光电转换 子电池对应的主吸收峰与照射到该子电池上的分光子光束的光子主能量分布 相适应。其中,所述的m-V族元素选自Ga、 In、 P、 As、 Ge。 本发明的工作原理是:(1) 对太阳光进行聚光,根据设计的分光束光子能量分布、光电流大小,选 择适当的二向色分光镜对聚光后的光束进行分光;(2) 根据分光束的光子能量分布,选择带隙与分光束主能量分布相适应的m-V族化合物半导体PN结光电转换子电池;(3) 把两个双结m-v族化合物半导体PN结光电转换子电池串联连接,并把低压端接地处理,两个双结子电池分别对相应波长的光进行吸收转换,由此达到较高的转换效率。由于上述技术方案的采用,与现有的太阳电池相比,本发明具有如下优点: 1.本发明通过一套二向色分光系统,对经聚光系统聚光后的光束进行分光,达到按照不同光子能量进行分光的目的,从而实现了电池光电流的可调性;针对不同的光束来选用不同的半导体材料,实现了光电转化效率的最优化。 2通过二向色分光系统与半导体太阳电池的成分间的相互变化,可以开发出多系列、成本与光转化效率不同的太阳电池产品,满足不同领域的需要。3. 与普通的叠层四结太阳电池相比,本发明的聚光/分光髙效四结太阳电 池采用了以独立的双结太阳电池进行串联的方式事实上形成了一个四结太阳 电池,这大大地简化了制备工艺,节约了成本。4. 由于本发明的太阳电池的光电流可以调节匹配,所以电学系统相对简 单,大大地降低了成本,又大幅度降低单元太阳电池的体积,而单元太阳电池的体积是制备超小型高效太阳电池的瓶颈。5.本发明通过聚光系统、分光系统、化合物半导体太阳电池、髙效电路 等多项技术融合,使得本发明的太阳电池的光电转化效率可以大于40%,大 大地超过了现有硅太阳电池与化合物半导体电池的光电转化效率。附图说明图1是实施例一的聚光/分光髙效四结太阳电池结构示意图;图2是实施例一中In。.3Gao.7As/Ge两结串行子电池的结构示意图。其中:1、入射光;2、聚光系统;3、分光系统;4、子电池:5、子电池。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述,但不应以此限制本发明的 保护范围:实施例一:参见附图1所示, 一种聚光/分光高效四结太阳电池,其设计 包括下列步骤:(1) 对太阳光进行聚光,按单太阳电池光电流14mA/cn^的设计,选择可以 以1.43eV为界把太阳光谱分为两部分的二向色分光镜对聚光后的光束进行分 光;(2) 根据分光束的光子能量分布,大于1.43eV部分的太阳光由GaAs/InGaP 两结串行太阳电池进行光伏转换,小于1.43eV的太阳光由Ino.3Gao.7As/Ge两 结串行太阳电池进行光伏转换。GaAs/InGaP两结串行太阳电池和 Ino.3Gao.7As/Ge两结串行太阳电池可以采用常规的太阳电池制备工艺制备,其 中In。.3Ga。.7As/Ge两结串行太阳电池的结构如附图2所示。(3) 把两个双结串行太阳电池串联连接,并把In。.3Ga。.7As/Ge两结串行太 阳电池接地处理。联接方式见图l。根据上述设计,按附图1的结构制备获得所需的聚光/分光髙效四结太阳 电池:包括一聚光系统2、 一分光系统3和2个串联连接的子电池4、 5,所述 聚光系统可以采用光栅结构实现,入射光1经聚光系统2照射至分光系统3上,所述分光系统为根据波长分光的半透半反镜,光子能量大于1.43eV的光 被反射,其余则透射,反射光照射至一个由IhG^Plx和GaAsyP一构成的双 结子电池4,透射光照射至一个由InzGai-zAs和Ge构成的双结子电池5,由 此实现对应的子光束的光子能量分布与子电池的带隙配合,串联后的子电池组 的低压端接地。对本实施例获得的太阳电池进行测试,结果表明,其转换效率大于40%。
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