使用多色衍射聚光器的超高效多結太陽能電池制造技術

本發(fā)明專利技術提供了一種光伏電池。所述光伏電池包括將太陽光光譜分成多個譜帶的聚光器鏡片結構。所述聚光器鏡片結構將上述這些譜帶聚焦為多個同心深聚焦環(huán)狀斑點和一個中央圓形斑點。多個環(huán)形子電池分別大致位于與由所述聚光器鏡片結構產(chǎn)生的對應譜帶相關聯(lián)的所述環(huán)狀斑點處。各個所述子電池把在對應譜帶處產(chǎn)生的能量存儲起來。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及光伏電池領域，具體地，涉及具有多色衍射透鏡的光伏電池，上述多色衍射透鏡分離太陽光光譜然后進行會聚或聚焦，由此將不同的譜帶引導至適當?shù)碾姵亍Ｔ趥鹘y(tǒng)的單結(single-junction)太陽能電池中，當吸收了能量高于半導體帶隙的光子時，就會產(chǎn)生電荷載流子。這些電荷載流子被吸引至不同的電極，從而產(chǎn)生開路電壓。當電池上連接有負載時，就會有電流流過，因此產(chǎn)生了電能。當光子的能量大于上述帶隙時，超額能量主要是被傳遞給了所生成的自由載流子本身。這些所謂的“熱載流子”通過與半導體的晶體結構發(fā)生碰撞，以熱量的形式損失掉了上述超額能量的大部分。因此，太陽光光譜的相當大一部分的能量被浪費了。為了克服上述局限性，使用了多結(或級聯(lián)式)太陽能電池。在這樣的級聯(lián)式電池中，在單個基板上形成有多層的半導體太陽能電池。調整這些多層的太陽能電池的帶隙，使得從頂層至底層帶隙能量是降低的。因此，較高能量的光子被最頂層吸收，但光譜的其余部分從最頂層穿過而未被吸收。具有較低帶隙的后續(xù)層(或電池)吸收較低能量的光子。這些多層的電池是串聯(lián)連接的，并且在串聯(lián)得到的整個結構的兩端產(chǎn)生了累積的開路電壓。然而，這些級聯(lián)式多結電池存在一些缺點。隨著光從多結電池中的每一者透射過去，就有一些光會被吸收，這就降低了總的轉換效率。在上述級聯(lián)式電池中，子電池是串聯(lián)連接的。電流會受到該串聯(lián)連接中的最低電流的限制。由于各個電池所產(chǎn)生的電流不同， 這極大地降低了可達到的效率。級聯(lián)式多結電池中需要特別注意的是用于將這些電池串聯(lián)連接起來的隧道結的設計。透光性(寬的帶隙)與低電阻是不可兼得的。另外，對于半導體級聯(lián)式電池來說，晶格失配也是一個問題。在級聯(lián)式電池中，很難使用3個以上的子電池。由于使用了深聚焦(tightly focusing)聚光器，因此顯著地減少了太陽能子電池的有效面積。這將會減小材料成本，尤其是子電池結材料的成本。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的一個方面提供了一種光伏電池。所述光伏電池包括聚光器鏡片結構，所述聚光器鏡片結構將太陽光光譜分成多個譜帶。所述聚光器鏡片結構將上述這些譜帶聚焦為多個同心區(qū)域。所述光伏電池還包括多個子電池，各個所述子電池大致位于與由所述聚光器鏡片結構產(chǎn)生的對應譜帶相關聯(lián)的所述同心區(qū)域處。各個所述子電池從對應譜帶存儲或產(chǎn)生能量。本專利技術的另一方面提供了一種光伏電池形成方法。所述形成方法包括如下步驟 形成聚光器鏡片結構，所述聚光器鏡片結構將太陽光光譜分成多個譜帶，且所述聚光器鏡片結構將上述這些譜帶聚焦為多個同心深聚焦環(huán)狀斑點和一個中央圓形斑點。此外，所述形成方法還包括如下步驟形成多個子電池，各個所述子電池大致位于與由所述聚光器鏡片結構產(chǎn)生的對應譜帶相關聯(lián)的所述同心區(qū)域處。各個所述子電池從對應譜帶存儲或產(chǎn)生能量° 本專利技術的又一方面提供了一種在光伏電池中的光能存儲方法。所述光能存儲方法包括如下步驟設置聚光器鏡片結構，所述聚光器鏡片結構將太陽光光譜分成多個譜帶。所述聚光器鏡片結構將上述這些譜帶聚焦為多個同心區(qū)域。此外，所述光能存儲方法還包括如下步驟將多個環(huán)形子電池中的每一者大致定位在與由所述聚光器鏡片結構產(chǎn)生的對應譜帶相關聯(lián)的環(huán)狀斑點處。各個所述子電池從對應譜帶存儲或產(chǎn)生能量。本專利技術的再一方面提供了一種光伏存儲結構。所述光伏存儲結構包括多個光伏電池，各個所述光伏電池包括聚光器鏡片結構，所述聚光器鏡片結構將太陽光光譜分成多個譜帶，并將這些譜帶聚焦為多個同心區(qū)域；以及多個子電池，各個所述子電池大致位于與由所述聚光器鏡片結構產(chǎn)生的對應譜帶相關聯(lián)的所述同心區(qū)域處，各個所述子電池從對應譜帶存儲或產(chǎn)生能量。此外，所述光伏存儲結構還包括多個電極，各個所述電極與所述環(huán)形子電池相連接，由此獲取存儲于所述環(huán)形子電池中的能量。本專利技術的另外一個方面提供了一種光伏電池。所述光伏電池包括聚光器鏡片結構，所述聚光器鏡片結構將太陽光光譜分成多個譜帶。所述聚光器鏡片結構將上述這些譜帶聚焦為多個一維區(qū)域。所述光伏電池還包括多個子電池，各個所述子電池大致位于與由所述聚光器鏡片結構產(chǎn)生的對應譜帶相關聯(lián)的所述一維區(qū)域處。各個所述子電池從對應譜帶存儲或產(chǎn)生能量。附圖說明 圖1是圖示了本專利技術的太陽能電池的總體概況的示意圖； 圖2A和圖2B是圖示了本專利技術新型光伏電池結構的示意圖； 圖3A和圖;3B是圖示了本專利技術新型光伏電池結構中所使用的電極的示意圖； 圖4是圖示了本專利技術所使用的多色透鏡(polychromat lens)的示意圖； 圖5是圖示了本專利技術所使用的多色透鏡結構的焦平面的示意圖； 圖6是圖示了本專利技術所形成的太陽能電池陣列的示意圖；以及 圖7是圖示了本專利技術一種太陽能電池結構的示意圖，該太陽能電池結構中具有一維多色結構和一維太陽能電池陣列100。具體實施例方式本專利技術是一種新型的包含有多色衍射透鏡的太陽能電池或光伏電池，上述多色衍射透鏡分離太陽光光譜然后進行會聚(或聚焦)，由此將不同的譜帶引導至適當?shù)碾姵亍Ｔ擁椥碌脑O計方案能夠將太陽光光譜中明顯較高的部分轉換為有用的電能。另外，該設計方案簡化了多結電池，并且能夠使用平面制造工藝從而降低了制造成本。圖1是圖示了本專利技術的太陽能電池70的總體概況的示意圖。該電池70包括光譜分離元件72、聚光元件74和子電池陣列76。光譜分離元件72將射進來的日光78分為兩個單獨的光譜90和光譜92，每個光譜均與具有下列中心波長λ” λ2.....λ Ν之一的各個譜帶相關聯(lián)。值得注意的是，在本專利技術的其他實施例中，光譜分離元件72不是必需的。光譜分離元件72可以是正弦光柵、二元光柵、閃耀光柵或全息元件。聚光元件74將這些譜帶聚焦為多個同心區(qū)域88。聚光元件74可以是多色透鏡或平凸透鏡，或者可以是任何的正透鏡或波帶片或閃耀波帶片或光子篩。該聚光元件74也可以是由較小元件組成的陣列，各個較小元件將光譜的不同部分會聚到下面的對應電池上。 由子電池84組成的陣列76沿橫向設置在基板82上，使得各個子電池84受到如下的會聚過來的光的照射該會聚過來的光與跟該子電池84的帶隙相對應的譜帶的同心區(qū)域88相關聯(lián)。各個子電池84從各自對應的譜帶產(chǎn)生能量。根據(jù)各個子電池84的最高能量轉換效率來選擇譜帶的合適部分。圖2A示出了本專利技術另一實施例的太陽能電池2。該電池2包括聚光器鏡片或多色透鏡4，還包括由沿橫向布置的單結環(huán)形太陽能子電池組成的陣列6，這些太陽能子電池不一定必需是串聯(lián)連接的。多色透鏡是特別設計的衍射透鏡，它將太陽光光譜3分成先前規(guī)定的譜帶。具有焦距的多色透鏡4還將這些譜帶聚焦為陣列6上的多個同心深聚焦環(huán)狀斑點和一個中央圓形斑點。多色透鏡4也可以被設計成能夠有效地對離軸照射進行聚焦。這將會消除對昂貴的太陽追蹤機構的需求。各個子電池6大致位于與由多色透鏡4產(chǎn)生的對應譜帶相關聯(lián)的環(huán)狀斑點處。各個子電池6從它們各自對應的譜帶產(chǎn)生能量。陣列6包括帶隙可被控制的普通電池，其可以是半導體光伏電池、有機光伏電池或任何其它形式的光伏電池。圖2B示出了子電池6的截面圖，該圖中，視需要，各個環(huán)形子電池6可以具有它自身的一對接觸部，即頂部電極8和底部電極10。支撐著各個環(huán)形子電池6的基板可以作為各個子電池6的共用底部電極10。每個子電池6通過絕緣體7與另一個子電池6相連接。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
１．一種光伏電池，其包括：聚光器鏡片結構，所述聚光器鏡片結構將太陽光光譜分成多個譜帶，并將所述多個譜帶聚焦為多個同心區(qū)域；以及多個子電池，各個所述子電池大致位于與由所述聚光器鏡片結構產(chǎn)生的對應譜帶相關聯(lián)的所述同心區(qū)域處，各個所述子電池從對應譜帶存儲或產(chǎn)生能量。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：拉杰什·梅農(nóng)，
申請(專利權)人：麻省理工學院，
類型：發(fā)明
國別省市：US