一種提高太陽能光電轉化效率的方法及結構的製作方法
2023-12-10 08:05:27
專利名稱：一種提高太陽能光電轉化效率的方法及結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種提高太陽能光電轉化效率的方法及結構，，屬於太陽能發電技術 領域。
背景技術：
太陽能光伏技術經過近幾十年的發展，已經在新能源領域確立了其重要地位。大 力發展太陽能光伏發電已成為人類解決未來能源問題的重要途徑。在產業界，當前太陽能 技術的重點仍是矽太陽能電池，包括多晶矽和非晶矽薄膜電池等。由於多晶矽和非晶矽薄 膜電池具有相對較高的轉換效率和相對較低的成本，逐漸成為市場的主導產品。而其它種 類的薄膜電池由於技術不是很成熟，似乎很難在短期內替代矽系太陽能電池。目前的矽系 太陽能電池最高轉換效率大約在左右，要想再進一步提高已經非常困難。眾所周知，提 高轉換效率是降低太陽能光伏發電成本的根本因素。開展高效太陽能電池技術研究包括開 發新的電池材料和設計新的電池結構，一直是該領域的熱點。而其中，高效多結太陽能電池 技術的研究尤為引人注目。一般所說的高效多結太陽能電池是指針對太陽光譜，在不同的頻譜範圍選取不同 帶寬的半導體材料做成多個太陽能子電池，最後將這些子電池串聯形成多結太陽能電池。 如專利號為200810207925的發明專利《高效多結太陽能電池的製造方法》所公開的多結太 陽能電池。目前研究較多的III-V族材料體系，如InGaP/GaAs/Ge三結電池。德國研究機 構弗勞恩霍夫太陽能系統研究所(Fraimhofer ISE)日前公布，他們首次達到41. 1 %的太 陽能光電轉換效率。方法是使太陽光聚光倍數達到4M倍，照射到5mm2大小、III-V族半導 體fe^nP/felnAs/Ge製成的多結太陽電池上。多結太陽能電池經過近十幾年的發展，其在 太空領域已經被廣泛應用，效率紀錄也不斷被刷新。但是，多結太陽能電池由於存在界面匹 配等問題，目前必需採用外延生長技術製備，並要求高倍聚光以達到較高的太陽能電池轉 化效率。由於成本等原因，很難得以大規模地面推廣。因此迫切需要發展一種具大規模生 產潛力的技術來實現高光電轉化效率和低成本。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種提高太陽能光電轉化效率的方法及結構。它可以在 日常光照條件下，有效實現太陽能電池的高光電轉化效率，而且成本較低，便於實現大規模生產。本發明的技術方案一種提高太陽能光電轉化效率的方法，其特徵在於通過將 入射太陽光分割為不同頻譜範圍的光束，針對不同頻譜範圍的光子，採用相應材料的太陽 能電池分別進行光電轉化，利用不同材料的太陽能電池對某個頻譜範圍的光束轉化率較高 的特性，充分吸收太陽光的各個頻譜範圍的光子以提高光電轉化效率。前述的提高太陽能光電轉化效率的方法中，將太陽光分割為紫外光、可見光和紅 外光三個頻譜範圍的光束，並對應地使用高能隙、中能隙和窄能隙的太陽能電池進行吸收。
前述的提高太陽能光電轉化效率的方法中，所述太陽光的分割由光學濾光片完 成；光學濾光片既為透射片又為反射片可選擇一部分頻譜範圍的光子進行透射，一部分 頻譜範圍的光子進行反射。一種提高太陽能電池光電轉化效率的結構，其特徵在於它包括設在在太陽光的 入射方向的第一層光學濾光片，第一層光學濾光片的太陽光透射方向設有高能隙太陽能電 池，第一層光學濾光片的太陽光反射方向設有第二層光學濾光片，第二層光學濾光片的太 陽光透射方向設有中能隙太陽能電池，第二層光學濾光片的太陽光反射方向設有窄能隙太 陽能電池。前述的提高太陽能電池光電轉化效率的結構中，所述第一層光學濾光片可透射紫 外光頻譜範圍光子並反射紫外光以下頻譜範圍的光子；第二層光學濾光片為透射可見光頻 譜範圍光子並反射可見光以下頻譜範圍的光子。與現有技術相比，本發明通過光學濾光片對選定的光譜範圍來實現最佳的透射和 反射，從而實現不同的太陽能電池工作在特定的光譜範圍中。本發明可避免多結太陽能電 池中的晶格和電流匹配問題，且可實現不同材料太陽能電池的任意組合。使用本發明的技 術方案，已經可以實現太陽能電池39%的高光電轉化效率。且本發明的結構十分簡單，成本 較低，便於實現大規模生產。
圖1是本發明的結構示意圖；圖2是本發明實施例的應用結構示意圖。附圖中的標記1-第一層光學濾光片，2-高能隙太陽能電池，3-第二層光學濾光 片，4-中能隙太陽能電池，5-窄能隙太陽能電池。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但並不作為對本發明限制的依據。實施例。一種提高太陽能光電轉化效率的方法，它通過將太陽光分割為不同頻譜 範圍的光束，針對不同頻譜範圍的光子使用相應材料的太陽能電池分別進行光電轉化，利 用不同材料的太陽能電池對某個頻譜範圍的光束轉化率較高的性質，充分利用太用光的各 個頻譜範圍內的光子以提高光電轉化效率。前述的提高太陽能光電轉化效率的方法，具體是將太陽光分割為紫外光、可見光 和紅外光三個頻譜範圍的光束，並對應地使用高能隙、中能隙和窄能隙的太陽能電池進行 吸收。高能隙、中能隙和窄能隙的太陽能電池即分別由高能隙、中能隙和窄能隙材料製成的 太陽能電池。前述太陽光的分割由光學濾光片完成；光學濾光片為反射片或濾光片，可選擇一 部分頻譜範圍的光子進行透射，一部分頻譜範圍的光子進行反射。實現前述方法的一種提高太陽能電池光電轉化效率的結構，如圖1所示，它包括 設在在太陽光的入射方向的第一層光學濾光片1，第一層光學濾光片1的太陽光透射方向 設有高能隙太陽能電池2，第一層光學濾光片1的太陽光反射方向設有第二層光學濾光片3，第二層光學濾光片3的太陽光透射方向設有中能隙太陽能電池4，第二層光學濾光片3的 太陽光反射方向設有窄能隙太陽能電池5。高能隙太陽能電池2，中能隙太陽能電池4和窄 能隙太陽能電池5即分別由高能隙、中能隙和窄能隙材料製成的太陽能電池。所述第一層光學濾光片1可透射紫外光頻譜範圍光子並反射紫外光以下頻譜範 圍的光子；第二層光學濾光片3為透射可見光頻譜範圍光子並反射可見光以下頻譜範圍的 光子。工作過程太陽光的路徑由圖1中的箭頭所示，太陽光A、B和C分別代表紫外光、 可見光和紅外光三個頻譜範圍太陽光。太陽光首先通過第一層光學濾光片1，此時紫外頻譜 範圍的光子透過第一層光學濾光片1後被高能隙太陽能電池2吸收並轉化為電能；其餘頻 譜光子被發射繼續進入第二層光學濾光片3，可見光頻譜範圍的光子被第二層光學濾光片 3選擇透過，並被設在第二層光學濾光片3後的中能隙太陽能電池4吸收轉化為電能；最後 剩下紅外頻譜的光子被第二層光學濾光片3反射到窄能隙太陽能電池5上進行吸收轉化為 電能。使用時，可將如圖1所示的結構進行多塊並列排布，形成整片的太陽能電池，結構如 圖2所示。
權利要求
1.一種提高太陽能光電轉化效率的方法，其特徵在於通過將太陽光分割為不同頻譜 範圍的光束，針對不同頻譜範圍的光束使用不同材料的太陽能電池分別進行光電轉化，利 用不同材料的太陽能電池對某個頻譜範圍內的太陽光束吸收轉化率較高的特性，充分利用 吸收太陽光的各個頻譜範圍內的光子以提高光電轉化效率。
2.根據權利要求1所述的提高太陽能光電轉化效率的方法，其特徵在於將太陽光分 割為紫外光、可見光和紅外光三個頻譜範圍，並對應地使用高能隙、中能隙和窄能隙的太陽 能電池進行吸收。
3.根據權利要求1或2所述的提高太陽能光電轉化效率的方法，其特徵在於所述太 陽光的分割由光學濾光片完成；光學濾光片可以選擇性的針對一部分頻譜範圍的光子進行 透射，一部分頻譜範圍的光子進行反射。
4.一種提高太陽能電池光電轉化效率的結構，其特徵在於它包括設在在太陽光的入 射方向的第一層光學濾光片(1)，第一層光學濾光片(1)的太陽光透射方向設有高能隙太 陽能電池O)，第一層光學濾光片(1)的太陽光反射方向設有第二層光學濾光片(3)，第二 層光學濾光片C3)的太陽光透射方向設有中能隙太陽能電池G)，第二層光學濾光片(3)的 太陽光反射方向設有窄能隙太陽能電池(5)。
5.根據權利要求4所述的提高太陽能電池光電轉化效率的結構，其特徵在於所述第 一層光學濾光片(1)透射紫外光頻譜範圍光子並反射紫外光以下頻譜範圍的光子；第二層 光學濾光片(3)為透射可見光頻譜範圍光子並反射可見光以下頻譜範圍的光子。
全文摘要
本發明公開了一種提高太陽能光電轉化效率的方法及結構，其特徵在於通過將太陽光分割為不同頻譜範圍的光束，針對不同頻譜範圍的光束使用相應材料的太陽能電池分別進行光電轉化，利用不同材料的太陽能電池對某個頻譜範圍的光束轉化率較高的性質，充分利用太用光的各個頻譜範圍內的光子以提高光電轉化效率。本發明可以實現太陽能電池的高光電轉化效率，而且低成較本，便於實現大規模生產。
文檔編號H01L31/052GK102064227SQ201010547338
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月17日 優先權日2010年11月17日
發明者任宇珂, 任宇航 申請人:尚越光電科技有限公司