[发明专利]多波段集光及能量转换模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种集光及能量转换模块，特别是一种能将太阳或其它光线依其波长集光并进行能量转换的模块。

背景技术

现今有许多太阳能电池的技术，但是目前没有一种太阳能电池的吸收频谱能完全吻合太阳光的发光频谱。

图1为太阳光(AM 1.5G)的发光频谱。图2为列举三种不同的太阳能电池对太阳光具有不同的吸收频谱。参照图1及图2，大部分的太阳能电池仅能吸收某些特定波段的太阳光。

因此，在现有的太阳能电池的技术上，使得太阳光无法被有效地利用，需要多波段太阳能吸收技术，以更加有效地利用不同波段的太阳能。

传统多波段太阳能吸收技术所使用的是垂直堆栈技术，即串接式太阳电池(tandem solar cell)。串接式太阳电池是将两个或三个不同的太阳能电池在垂直方向上堆栈在一起，以增加太阳能电池的吸收频谱。但是由于材料本身的穿透率，越下层的材料层的通光量会越低，因而降低其吸光量。

并且，具有不同吸收频谱的太阳能电池具有不同的晶格常数(lattice constant)。晶格常数的不匹配容易在交界处产生一些缺陷，因而影响其光电流的收集。因此，在交界处则需多堆栈一层材料，以降低交界处的电阻值，同时解决晶格常数不匹配的问题，但是却相对地增加了制作的成本和复杂度。于垂直堆栈技术上，可堆栈三个太阳能电池和四个太阳能电池，但是随着堆栈层数的增加，制作的成本和复杂度也随着增加，而提升的效率不一定呈线性的增加，并影响工艺的成品率。

于太阳能电池缺料的压力下，集光器的使用便略显重要。集光比的定义为集光器的受光面积比上在聚光斑上所放置太阳能电池的受光面积。当具有越高集光比的太阳能发电系统，所使用的太阳能电池材料也会越少。

在一现有技术上，利用拱形菲涅尔透镜(arched Fresnel lens)将太阳光集光到太阳能电池上，以提高入射光的强度并降低太阳能材料的使用率。但是太阳能电池的吸收频谱有别于太阳光的发光频谱，未吸收的太阳能会转换成热能，因而提高了太阳能电池基板的温度，如此一来便降低了太阳能电池的转换效率。因此需要额外设计散热片。但是散热片的设计却增加了太阳能发电系统的成本与复杂度。

在另一现有技术上，则采用离轴菲涅尔透镜(off-axis Fresnel lens)的设计。根据离轴菲涅尔透镜的设计原理，不同波长会因为高色散材质的特性，而集光在光入射轴向(axial direction)上不同的位置。接着，将不同的太阳能电池放置于光入射轴向的附近，使得不同波长的光可以被不同的太阳能电池吸收。但如此的设计会造成入射光会具有较大的入射角度而影响收光效率，并且高色散材质具有不易取得的问题。

相关技术与研究可参考US6281426、US5498297及US4204881等美国专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多波段集光及能量转换模块，以解决现有技术所存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种多波段集光及能量转换模块，包括多波段集光器和能量转换组件组。

多波段集光器包括光栅与集光组件。光栅位于集光组件的表面上。能量转换组件组包含多个能量转换组件。该些能量转换组件侧边相邻地设置在集光组件的集光平面上，且能量转换组件的收光面面向集光组件。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种多波段集光及能量转换模块，包括一多波段集光器与一能量转换组件组。多波段集光器将入射光源依波长分光与集光，其包括一光栅与集光组件。光栅可将入射光源依波长分光。集光组件可将入射光源集光于一集光面上。能量转换组件组包含多个能量转换组件，能量转换组件设置在集光组件的集光面上，且能量转换组件组的一收光面面向集光组件。其中，入射光源先经过多波段集光器的分光与集光后，形成不同波段的多个光束入射到能量转换组件组。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种多波段集光及能量转换模块，包括一多波段集光器与一能量转换组件组。多波段集光器将一入射光源依波长分光与集光于多个聚光斑。能量转换组件组包含多个能量转换组件，能量转换组件个别对应并配置于聚光斑处，能量转换组件具有个别的吸收频谱峰值，且每一能量转换组件的吸收频谱峰值对应于能量转换组件所在聚光斑的一光束的波长。