[发明专利]聚光/分光高效四结太阳电池

说明书

                           技术领域

本发明涉及一种将太阳光的光辐射能转化为电能的器件，具体涉及一种聚光/分光高效四结太阳电池。

                           背景技术

太阳能电池是解决世界能源问题的重要战略途径。目前市场上大量生产的太阳能电池为单晶与多晶硅太阳电池，其平均效率在15％上下，也就是说太阳电池只能将入射的太阳能的15％转换成可用电能。化合物半导体材料电池的转换效率高，如GaAs化合物材料具有十分理想的带隙和较高的光吸收效率，用GaAs制造的单结电池的转换效率可达28％。通过不同带隙匹配化合物的配合使用，可以进一步提高电池的转换效率，如，GaInP/GaAs/Ge多结电池的效率已经达到了32％。虽然GaInP/GaAs/Ge多结电池效率高，但是叠层太阳电池的材料除带隙必须有恰当的匹配的要求外，还要求组成叠层太阳电池的各子电池中电流应基本相等，但现有的三结串联光伏电池的电流并不完全匹配，Ge子结的电流是其他两个子结的两倍。理论上可以在Ge与GaAs电池之间引入一种禁带宽度为1.0ev的与GaAs或者Ge的晶格常数匹配的半导体光伏电池来解决这个问题，应用GaInAsN是其中一个选择，但是GaInAsN苛刻的生长过程使得其材料质量很难保证，因而目前还没有找到解决电流失配问题的理想方案。没有被利用的太阳能都被转化为热能。热能的产生不仅造成能源的巨大浪费，还带来了散热这一技术问题，大大增加了太阳电池的制作成本。

如何在现有基础上进一步提太阳能电池的转化效率具有重要的经济意义。

                        发明内容

本发明的目的是，开发一种聚光/分光太阳电池，以解决现有技术中子电池电流不匹配、太阳电池转换效率较低等问题。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种聚光/分光高效四结太阳电池，包括一聚光系统和至少2个串联连接的子电池，在所述聚光系统和子电池之间，设置有根据波长分光的分光系统，每一出射子光束照射至一个对应所述子电池，对应的子光束的光子能量分布与子电池的带隙配合，串联后的子电池组的低压端接地。

进一步的技术方案，设有2个串联的子电池，每一子电池为双结的III-V族化合物半导体PN结光电转换子电池，所述分光系统为二向色分光系统。

上述技术方案中，所述每一双结的III-V族化合物半导体PN结光电转换子电池对应的主吸收峰与照射到该子电池上的分光子光束的光子主能量分布相适应。

其中，所述的III-V族元素选自Ga、In、P、As、Ge。

本发明的工作原理是：

(1)对太阳光进行聚光，根据设计的分光束光子能量分布、光电流大小，选择适当的二向色分光镜对聚光后的光束进行分光；

(2)根据分光束的光子能量分布，选择带隙与分光束主能量分布相适应的III-V族化合物半导体PN结光电转换子电池；

(3)把两个双结III-V族化合物半导体PN结光电转换子电池串联连接，并把低压端接地处理，两个双结子电池分别对相应波长的光进行吸收转换，由此达到较高的转换效率。

由于上述技术方案的采用，与现有的太阳电池相比，本发明具有如下优点：

1.本发明通过一套二向色分光系统，对经聚光系统聚光后的光束进行分光，达到按照不同光子能量进行分光的目的，从而实现了电池光电流的可调性；针对不同的光束来选用不同的半导体材料，实现了光电转化效率的最优化。

2通过二向色分光系统与半导体太阳电池的成分间的相互变化，可以开发出多系列、成本与光转化效率不同的太阳电池产品，满足不同领域的需要。

3.与普通的叠层四结太阳电池相比，本发明的聚光/分光高效四结太阳电池采用了以独立的双结太阳电池进行串联的方式事实上形成了一个四结太阳电池，这大大地简化了制备工艺，节约了成本。

4.由于本发明的太阳电池的光电流可以调节匹配，所以电学系统相对简单，大大地降低了成本，又大幅度降低单元太阳电池的体积，而单元太阳电池的体积是制备超小型高效太阳电池的瓶颈。

5.本发明通过聚光系统、分光系统、化合物半导体太阳电池、高效电路等多项技术融合，使得本发明的太阳电池的光电转化效率可以大于40％，大大地超过了现有硅太阳电池与化合物半导体电池的光电转化效率。

                          附图说明

图1是实施例一的聚光/分光高效四结太阳电池结构示意图；