[发明专利]叠层的聚集太阳光的光电器件

说明书

技术领域

本发明涉及到太阳能功率产生器，且更特别地涉及到有成本效益的结构以及制造太阳能聚集器光电器件的方法。

背景技术

用于产生电功率的光电太阳能聚集器件一般包括平板聚光器和聚集太阳光的聚光器。平板聚光器一般包括PV电池阵列以及形成在半导体(例如，单晶硅或多晶硅)基板上的相关电子器件，且从平板聚光器输出的电能是阵列面积的正函数，由此需要大的、昂贵的半导体基板。聚集太阳光的聚光器使用例如抛物面反射器或聚集光束的透镜，通过聚集光束(即太阳射线)降低了对大半导体基板的需求，从而产生引导到小的PV电池上的更大强度的太阳能光束。由此，聚集太阳能的聚光器优于平板聚光器的有利之处在于其利用实质上更小量的半导体。聚集太阳光的聚光器优于平板聚光器的另一个优点在于其在产生电能方面更加有效。

常规聚集太阳光的聚光器的问题在于，与平板太阳能聚光器不同，其昂贵之处在于操作和维护。与叠层为单个坚硬箔片的平板聚光器不同，用在常规聚集聚光器中以聚焦光束的反射器和/或透镜是单独制造，且必须费力地组装以在被聚焦光束和PV电池之间提供适当的对准。随着时间的过去，反射器和/或透镜会由于热循环或振动而变得不对准，由此需要昂贵的维护代价以调整反射器/透镜，这对于平板聚光器是不需要的。而且，当常规聚集聚光器的反射器和/或透镜由于暴露到环境中而变脏时，特别是当用难以清洗的不均匀形状制造反射器和/或透镜时，以清洗和调整反射器/透镜方式进行的维护变得重要。相反，由于平板太阳能聚光器表面基本平坦，因此其容易清洗。由此，尽管平板聚光器的制造由于其需要相对较大量的半导体而较为昂贵，但是维护聚集太阳光的聚光器的代价实质上更加昂贵。

需要一种具有聚集太阳光的聚光器的制造成本优势和平板太阳光聚光器的维护成本优势的聚集光电器件。

发明内容

本发明针对太阳光聚集光电(CPV)器件，其中将聚集元件(光学器件，PV电池和布线)叠层以形成复合的、基本平坦的结构。该聚集光学器件通过限定焦点的固态(例如玻璃)光学元件来实施，光学元件接收的太阳光被聚集在该焦点处。为了本发明的目的，术语焦点的使用都涉及到通过成像和非成像元件的聚集。使用真空叠层技术，借助于粘合剂层将印刷电路结构贴附到光学元件表面上。印刷电路结构包括一个或多个非导电层和设置在非导电层上的导体。PV电池包括电连接到印刷电路结构导体的终端，且被设置在光学元件的焦点上。在施加与真空叠层工序相关的所有加热和加压之前也贴附任选的前和/或后保护层，这使得各个层熔合到一起。真空叠层工序防止形成聚集湿气并引起故障的中空空间，由此提供了可靠的低成本太阳能聚集组件。获得的CPV器件结构利用实质上较平板太阳能聚光器少的半导体，由此提供了优于平板器件的明显的制造成本优势。此外，由于聚集元件永久地固定在复合结构内部，且由于复合结构具有基本平坦的前和后表面，因此CPV器件结构提供了与平板太阳能聚光器相类似的维护成本优势。

根据本发明的实施例，固态光学元件包括卡塞格伦型光学系统，其中所接收的光在光学元件内的主和次镜面之间反射。固态玻璃或塑料光学结构包括相对大的凸出(突起)下表面，限定在下表面中的中心腔，和具有相对小的位于中心的凹进(弯曲)表面(例如凹面)的上部孔表面。卡塞格伦型主和次镜面分别被设置在凸出上表面上和中心凹面中，以使反射表面朝向光学结构内部。在一个实施例中，凸出和凹进表面是相关的二次曲线(例如双曲线或抛物线)表面，其被设置成穿过孔表面传输到主镜面上的任一点上的该部分光被反射到次镜面上的相应点上，其按次序(in turn)重新反射该光，并将该光聚焦到中心腔中以及PV电池上。透明粘合剂或弹性材料被设置在中心腔中以避免包围PV电池的中空区域。由于光学结构是固态的(即由于凸出和凹进表面相对彼此保持固定)，因此主和次镜面保持永久对准且不具有留存(trap)湿气的空间(void)或中空部分，由此保持最佳光学操作同时最小化维护成本。而且，由于仅有固态光学材料(例如低铁玻璃)被设置在主和次镜面之间，因此使在气态/固态界面处的光损失最小化。而且，与平板聚光器相似，平坦孔表面易于清洗。