[发明专利]一种基于微棱镜结构的平板式光伏电池光线增强器

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及一种基于微棱镜结构的平板式光伏电池光线增强器，将太阳光通过该增强器有效的汇聚到光伏电池表面，从而提高光伏电池的效率。

背景技术

在能源问题日益突出的今天，太阳能，作为一种取之不尽、用之不竭、清洁无污染的绿色能源，对其有效开发利用已成为实现能源可持续发展的重中之重。在太阳能的有效利用当中，太阳能发电技术是近年来发展最快、最具活力的研究领域之一。

经过多年的努力，晶体硅太阳电池的实验室效率达到了24.7％，大规模生产商用产品的效率为17％以上[1，2]。尽管如此，由于受单晶硅材料价格及繁琐的加工工艺限制，致使单晶硅太阳电池成本居高不下。薄膜太阳电池也取得了令人瞩目的成就，CuInSe2和CdTe等薄膜电池的实验室效率目前分别为16.5％和18.5％[1]，虽然仍有望在效率上进一步突破，但前者稳定性差，后者又较难制作。非晶硅及氢化非晶硅的来源较广，但是转换效率较低，且大面积薄膜制作也存在价格高的问题。相比之下，GaAs基的太阳电池30％乃至更高的效率独具优势[3]，但是砷化镓的材料成本远高于硅电池的材料成本，而电池片的价格是光伏系统成本最主要的部分。因此，高额成本成为制约光伏发电大规模应用的主要障碍。

为了进一步降低光伏发电成本，减少太阳电池芯片的消耗，聚光技术是一项可行的措施，即通过采用廉价的聚光系统将太阳光会聚到面积很小的高性能光伏电池上，从而大幅度地降低系统的成本及昂贵的太阳电池材料用量[4，5]。

通过聚光来提高太阳电池效率并降低发电成本的概念是简单直接的。在聚光条件下，一方面，电池芯片单位面积接收的辐射功率密度大幅度地增加，太阳电池光电转换效率得以提高；另一方面，对于给定的输出功率，可以大幅度降低太阳电池芯片的消耗，从而降低系统的成本。

在聚光情况下，太阳电池性能的提高主要得益于电池开路电压和光生电流的提高[6，7]。首先，在非聚光条件下，太阳电池的电流-电压关系为

Voc=mkTeln(IscI0+1)---(1)]]>

或

I=Isc-I0(emeVKt-1)---(2)]]>

其中V_OC为开路电压，I_SC为短路电流，I₀为暗电流，m为考虑光生载流子各种复合过程的理想因子，一般情况下，1＜m＜2。太阳电池的光电转换效率η为电池的最大输出功率与入射太阳光功率p_m的比值，可以表示为