一種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池的製作方法
2023-06-16 14:26:11
專利名稱：一種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池，具體是指一種可以極大提高對太陽光能利用率的組合太陽能電池。
背景技術：
傳統的化石能源發電帶來的環境汙染問題正在威脅著人類賴以生存的地球，由於利用太陽能具有許多優點，因此越來越受到世界各國的重視。因為太陽光譜的能量分布較寬，現有的任何一種半導體材料都僅能吸收其中能量比其能隙值高的光子，其餘的光子都不能通過產生光生載流子變成電能。為此目前所製備的太陽能電池都未達到理想的光電轉換效率。為了提高太陽能電池的光電轉換效率，人們嘗試了各種方法，比如用能量寬度與太陽光譜不同波段有最好匹配的材料做成電池，並按能隙從大到小的順序從外向裡疊合起來，讓波長最短的光被最外邊的寬帶隙材料電池利用，波長較長的光能夠透射進去讓較窄能隙材料電池利用，這樣就有可能最大限度地將太陽光能轉換成電能，具有這種結構的太陽能電池稱為疊層電池。傳統的疊層電池的製備方法有兩種，一種是機械堆疊法，先製備出兩個獨立的太陽能電池，一個高帶寬，一個低帶寬。然後把高帶寬的堆疊在低帶寬的電池上面；另一種是一體化的方法，先製備出一個完整的太陽能電池，再在該電池上生長或直接沉積第二層電池。由於太陽能電池大都對溫度、材料交叉汙染十分敏感，而太陽能電池的製備往往涉及沉積不同材料及高溫工藝。因此這種一體化結構的疊層電池有局限性、有固有缺陷。機械堆疊法製備的疊層電池，工藝集成則會簡單很多，因為它僅僅是各自分立的層，只需對分立的單層進行加工，而無需進行電流匹配，也不再需要考慮晶格匹配。但機械疊層結構的太陽能電池本身也具有一定程度的複雜性，這包括如何構成機械疊層，如何使子電池間的禁帶寬度匹配，如何增加波長較長的光能的透過率，以及如何從分立的子電池中提取電流等。
發明內容
為克服上述已有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種無需考慮禁帶寬度匹配以及波長較長的光能的透過率，子電池彼此不受幹擾，結構簡單，光電轉換效率高的組合太陽能電池。本發明的一種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池，包括一由聚合物構成的箱體，箱體內有二個分別固定在箱體內壁相對兩側的太陽能電池，以及在聚合物箱體內底部有兩個與中心法線形成Θ角度固定的兩個對稱反射鏡，該角度Θ是由反射鏡的迎光面與聚合物箱體內底部法線的夾角形成的，箱體的頂面蓋有能透過太陽光的玻璃頂蓋，由此形成一個入射光區。所說的角度O < Θ < 90。，L3 = L4 = L, L1 = L2 = L/cos Θ。L1 和 L2 分別為固定在箱體內壁兩側的太陽能電池的長度，L3和L4分別為固定在聚合物箱體底部的兩個反射鏡的長度。
所說的ニ個太陽能電池可以是單結太陽能電池或多結太陽能電池中的任ー種。或單結太陽能電池與多結太陽能電池的組合。本發明的基於上述相同原理的另ー種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池， 包括一由聚合物構成的箱體，箱體內底部中心有ー圓錐體型反射鏡，在圓錐體型反射鏡上，沿著錐體ロ環繞有圓環形太陽能電池。圓錐體型反射鏡的迎光面與聚合物箱體內底部中心法線形成夾角0，0< 0 < 90°，L5為錐體型反射鏡邊長，L6為圓環形太陽能電池的高度，L6 = L5/cos 0。圓環形太陽能電池由單結太陽能子電池、多結太陽能子電池的任意組合。所說的聚合物為EVA、PBD、含氟聚合物、聚碳酸酷、聚氨酯中的任ー種。本發明的優點在於I.可實現任意類型的電池間的隨意組合(I).相同太陽能電池的組合。相對單個子電池，本發明可以提高該太陽能電池組合對同一波段光能的吸收利用率，從而達到提高光電轉換效率的目的；(2).不同類太陽能電池的組合。本發明可以拓寬該太陽能電池組合吸收光能的波長範圍，並且不需考慮子電池間禁帶寬度匹配等傳統疊層電池面臨的問題，從而達到提高光電轉換效率的目的。2.子電池間可以被任意串聯或並聯。
圖I為實施例I的一種組合太陽能電池結構示意圖。圖2為實施例2的一種組合太陽能電池結構示意圖。圖3為碲化鎘太陽能電池結構示意圖。圖4為碲鋅鎘/單晶矽疊層太陽能電池結構示意圖。
具體實施例方式下面給出本發明的較佳實施例，並結合附圖做詳細說明。實施例I見圖1，該組合太陽能電池，包括一由聚合物構成的箱體1，箱體內有ニ個分別固定在箱體內壁相對兩側的碲化鎘太陽能電池6和碲鋅鎘/單晶矽疊層太陽能電池7，以及在聚合物箱體內底部有兩個與中心法線形成9角度固定的兩個對稱反射鏡4、5，該角度0 是由反射鏡的迎光面與聚合物箱體內底部法線的夾角形成的，箱體的頂面蓋有能透過太陽光的玻璃頂蓋2,由此形成ー個入射光區3。碲化鎘太陽能電池6的結構見圖3，包括玻璃襯底6-1，在玻璃襯底上依次沉積有透明導電氧化物前電極層6-2、n型CdS窗ロ層6-3、p型締化鎘吸收層6_4、背面電極6-5。碲鋅鎘/單晶矽疊層太陽能電池7結構見圖4，包括玻璃襯底7-1，在玻璃襯底上依次沉積的透明導電氧化物前電極層7-2、n型CdS窗ロ層7-3、p型碲鋅鎘吸收層7_4、透明導電層7-5、背電極7-6。表面電極7-7、單晶矽半導體n型層7-8和p型層7-9形成的 pn結、背面電極7-10。角度0 要滿足 0 < 0 <90。，L3 = L4 = L, L1 = L2 = L/cos 0。0 為反射鏡的迎光面與聚合物箱體內底部法線形成的夾角，L1和L2分別為固定在箱體內壁兩側的碲化鎘太陽能電池6和碲鋅鎘/單晶矽疊層太陽能電池7的長度,L3和L4分別為固定在聚合物箱體底部的兩個反射鏡4、5的長度。本實施例中Θ =60°，因此，碲化鎘太陽能電池6和碲鋅鎘/單晶矽疊層太陽能電池7的長度是反射鏡4、5長度的兩倍。所說的聚合物為EVA、PBD、含氟聚合物、聚碳酸酯、聚氨酯材料中的任一種。當太陽光射入入射光區3時，入射到反射鏡4迎光面的太陽光被反射進入碲鋅鎘 /單晶矽疊層太陽能電池7，產生光電流；入射到反射鏡5迎光面的太陽光被反射進入碲化鎘太陽能電池6，產生光電流。實施例2見圖2，該組合太陽能電池組與實施例I原理相同，不同之處在於將兩個反射鏡
4、5換成了圓錐體型反射鏡8，將太陽能電池6、7換成了由多個子電池組成的圓環形太陽能電池9。其中圓錐體型反射鏡8的迎光面與聚合物箱體I內底部中心法線形成夾角Θ，本實施例中Θ =60°，因此由多個子電池組成的圓環形太陽能電池9的高度是圓錐體型反射鏡8邊長長度的兩倍。其中組成圓環形太陽能電池9的子電池可以是任意材料的單結太陽能電池、多結太陽能電池的任意組合。當太陽光經過玻璃頂蓋2射入入射光區3時，太陽光被圓錐體型反射鏡8的迎光面反射進入圓環形太陽能電池9中，產生光電流。經過多次來回反射，充分地提高了太陽光能的利用，並有效提高了太陽能電池的光電轉換效率。
權利要求
1.一種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池，包括一由聚合物構成的箱體(1)， 其特徵在於箱體內有ニ個分別固定在箱體內壁相對兩側的太陽能電池出、7)，以及在聚合物箱體內底部有兩個以中心法線形成e角度固定的兩個對稱的反射鏡(4、5)，該角度0是由反射鏡的迎光面與聚合物箱體內底部法線的夾角形成的，箱體的頂面蓋有能透過太陽光的玻璃頂蓋(2)，由此形成ー個入射光區(3)；所說的角度0 < 0 <90。，L3 = L4 = L5L1 = L2 = L/cos 0 和L2分別為固定在箱體內壁兩側的太陽能電池的長度，L3和L4分別為固定在聚合物箱體內底部的兩個反射鏡的長度。
2.根據權利要求I的一種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池，其特徵在於所說的ニ個太陽能電池可以是單結太陽能電池、多結太陽能電池中的任ー種或單結太陽能電池和多結太陽能電池的組合。
3.一種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池，包括一由聚合物構成的箱體(1)， 箱體內底部中心有ー圓錐體型反射鏡(8)，在圓錐體型反射鏡上，沿著錐體ロ環繞有圓環形太陽能電池(9)；圓錐體型反射鏡的迎光面與聚合物箱體內底部中心法線形成夾角0，0< 0 <90°， L5為錐體型反射鏡邊長，L6為圓環形太陽能電池的高度，L6 = L5/cos 0。
4.根據權利要求3的一種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池，其特徵在於所說的圓環形太陽能電池由單結太陽能子電池或多結太陽能子電池或單結太陽能子電池和多結太陽能子電池的組合。
5.根據權利要求I和3的一種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池，其特徵在於 所說的聚合物為EVA、PBD、含氟聚合物、聚碳酸酷、聚氨酯中的任ー種。
全文摘要
本發明公開了一種可提高太陽光能利用率的組合太陽能電池，包括一由聚合物構成的箱體，箱體內有二個固定在箱體內壁兩側的太陽能電池，以及以角度θ固定在聚合物箱體內底部的兩個反射鏡。或將兩個反射鏡換成了圓錐體型反射鏡，將兩個電池換成了由多個子電池組成的圓環形太陽能電池。該角度θ是由反射鏡的迎光面與聚合物箱體內底部法線的夾角形成的，箱體的頂面蓋有能透過太陽光的玻璃頂蓋，由此形成一個入射光區。這種太陽能電池組合結構不僅提高了太陽光能的利用率和太陽能電池的光電轉換效率，而且在該組合結構中，電池彼此不受幹擾，可實現任意子電池間的組合，結構簡單，有效避免了傳統疊層電池存在的問題。
文檔編號H01L25/10GK102610601SQ20121009167
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者曹鴻, 王善力, 褚君浩 申請人:上海太陽能電池研究與發展中心