[发明专利]光伏聚光器与其形成的聚光太阳电池组件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种如所附权利要求1的序言所述的光伏器件，它公知于文章：A.W.贝蒂等，高光伏汇聚中的FLATCON和FLASHCON概念，Proc.19^th欧洲光伏太阳能研讨及展览会，巴黎，法国，2004，2488页。本发明尤其涉及一种用于将光能直接转换成电能的光伏电池组件，其中入射光在到达太阳能电池(聚光太阳电池组件)上之前就被聚集。本发明也涉及一种多个光伏器件组成的光伏电池组件形式的光伏装置。本发明最后还涉及一种制造这种装置的方法。

在太阳能利用领域，利用硅元素将太阳能转换为电能已被公知约50年。使用极其普遍的太阳能电池是由单晶或多晶硅制成。由于只能将有限的入射光光谱转换成电能，这些太阳能电池的输出功率相对较低。在最近的几年里，在提高效率方面取得了本质上的巨大成功，通过使用如砷化镓(GaAs)等高品质半导体化合物(III-IV半导体材料)制成的高效光伏电池，其太阳辐射转换率超过36％以上。

这种电池是基于使用可形成阶梯式的串联或三联式电池结构的半导体材料并因此，可以利用更宽频谱的光。

然而，制造大面积电池的成本非常高。因此，如果将入射太阳光聚集在一个非常小的面积上，例如，少于1mm²。一块太阳能电池就仅仅需要这么小的一块面积。按照这种方法，整个面积仅需要少于1％大的这种材料。通过高效的光伏电池的这种聚集，可以达到超过36％的光转换率。一个经济实惠的光伏系统由且仅由这样几个太阳能器件连接而成，这些被完美地组合形成聚光太阳电池组件。

文章A.W.贝蒂等，高光伏汇聚中的FLATCON和FLASHCON概念，Proc.19^th欧洲光伏太阳能研讨及展览会，巴黎，法国，2004，2488页和文章G.西弗尔等，FLATCON聚光组件的一年户外测评，Proc.19^th欧洲光伏太阳能研讨及展览会，巴黎，法国，2004，2078页均描述了如所附权利要求1序言中所涉及的聚光太阳电池组件的技术现状。

在太阳能电池的上表面和下表面均提供有接触电极，用于太阳能电池的电连接。将这些接触电极相互连接，并与其它电气元件连接是必需的。上述技术情形中通常是通过导电材料或电线制成接触桥或接触环的方式形成的单独连接。这种做法相对复杂。

此外，对于一个光伏组件来说输送所产生的热能也是必要的，并且每个微太阳能电池必须准确定位在透镜的焦点上。为了保护以防外部影响，太阳能电池被装入一个密封的光伏组件中。如上所述，太阳能电池被安装在由多块玻璃板制成的透明壳体中的一块较低的玻璃板里面。然而，这种安装方式确实具有涉及到向外热量的必要输送及可能对组件内部，包括微小太阳能电池的污染等缺点。由于这种高度复杂性，到目前为止，仍在使用具有相对较大的光学器件(通常长于300mm)及基于此的相对较大的焦距的系统。(具体请见如“光伏科学及工程手册”第11章462-463页，由安东尼奥·鲁克和史蒂文·希格杜斯编辑，新版于2005年发行)。统一这些系统完成高效装配(太阳能板)会导致重量极大，使得对光伏组件跟踪阳光的跟踪器的静电要求较高，如有风时。

由于它们如此复杂，以致于这些公知的聚光器系统不能广泛的使用，尽管其光伏产生的电流有所增长。

在最近的几年里，也可以利用具有超过日光500倍的局部集中的小面板光学器件的聚光器系统。然而，这样需要大量的电池来提供一块经济的太阳能板。当使用40×40mm尺寸的透镜时，大约需要250,000个太阳能电池(25％的系统功率)为一个太阳能装置提供100kW电能。这么多微太阳能电池及增加的电路结构的布线以及额外的电路结构集成在正确位置的配线及每个电池固定在焦点的安装问题带来了额外的费用，远远超过预计的节约费用。至今，高热量集中向外的传导问题，敏感太阳能电池抗环境影响，尤其是抗渗透性湿气及气体的保护都还没有解决，在装配聚光太阳电池组件之前也没有测试太阳能电池的机会。

本发明的目的是设计一种如所附权利要求1的序言所述的光伏元件，它利用光伏聚光器技术的优点，以这种方式来解决上述问题。尤其需要组建一种包括多个这样的光伏器件的光伏装置，特别是一个聚光太阳电池组件，这种方式允许低成本的大规格生产，因此消除了上述缺点。

为解决上述问题，本发明提供了一种具有权利要求1详述的特征的光伏器件。优选实施例体现在从属权利要求中。一种由多个简单制成的光伏器件形成的光伏装置和成本划算的制备方法均是另外一些从属权利要求的目的。

本发明及/或其优选的实施例的优点有：