[发明专利]机械组装太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池，具体是指一种由二个单独的太阳能电池通过机械组装可以极大提高对太阳能的利用效率和太阳能电池的光电转换效率的机械组装太阳能电池。

背景技术

太阳能电池是将光能直接转化成电能的器件，对于单结太阳能电池，即便是用晶体材料制备，其光电转换效率的理论极值一般在AM1.5的光照条件下也仅有25％左右。这是因为太阳光谱的能量分布较宽，现有的任何一种半导体材料都仅能吸收其中能量比其能隙值高的光子。其余的光子不是透过电池被背电极金属吸收转变成热能，就是将能量传递给电池材料本身的原子，使材料本身发热。这些能量都不能通过产生光生载流子变成电能。不仅如此，这些光子产生的热效应还会升高电池工作温度而使电池性能下降。

为了最大程度地有效利用更宽广波长范围内的太阳光能量，太阳光谱可以被分成连续的若干部分，用能量宽度与这些部分有最好匹配的材料做成电池，并按能隙从大到小的顺序从外向里叠合起来，让波长最短的光被最外边的宽带隙材料电池利用，波长较长的光能够透射进去让较窄能隙材料电池利用，这样就有可能最大限度地将太阳光能转换成电能，具有这种结构的太阳能电池称为叠层电池。

叠层太阳能电池的设计难题在于要寻找两种晶格匹配良好的半导体材料，其禁带宽度将引起高效率的能量转换。此外，在理想的情况下，电池导带的最上层应该有与底层价带大约相同的能量，这使得顶端半导体的电子被太阳光激发后能够很容易的从导带进入底部半导体晶格的孔(价带)，电子在价带上又被不同波长的太阳光激发。这样一来，两部分的电池一起工作，像两个串联的蓄电池，并且总功率与两个电池的功率总和相等。但是，如果在接合处价带和导带没有被正确的匹配，当电子流过时就会因为由此产生的电阻造成功率损耗。例如，高效率的GaAs/Ge叠层电池早在1987年就制备出来了，结果证明由于电流不匹配而不能应用。另外就是实际应用中叠层电池的稳定性问题。

传统的叠层电池的制备方法有两种，一种是机械堆叠法，先制备出两个独立的太阳能电池，一个高带宽，一个低带宽。然后把高带宽的堆叠在低带宽的电池上面；另一种是一体化的方法，先制备出一个完整的太阳能电池，再在该电池上生长或直接沉积第二层电池。由于太阳能电池大都对温度、材料交叉污染十分敏感，而太阳能电池的制备往往涉及沉积不同材料及高温工艺。因此这种一体化结构的叠层电池有局限性、有固有缺陷。机械堆叠法制备的叠层电池，工艺集成则会简单很多，因为它仅仅是各自分立的层，只需对分立的单层进行加工，而无需进行电流匹配，也不再需要考虑晶格匹配。但机械叠层结构的太阳能电池本身也具有一定程度的复杂性，这包括：如何构成机械叠层，以及如何从分立的子电池中提取电流。并且，结构的复杂性也增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于不仅提供一种光谱吸收范围广，光电转换效率高的机械组装太阳能电池，而且提供的该太阳能电池的两个子太阳能电池彼此不受干扰，结构简单，有效解决了传统叠层电池存在的问题。

本发明的机械组装太阳能电池，包括一由聚合物构成的箱体，箱体内有二个以角度θ固定在聚合物箱体壁上的子电池，该角度θ是由二个子电池的入射光面的夹角形成的，箱体的顶面盖有能透过太阳光的玻璃顶盖，由此形成一个三角形的入射光区。

所说的二个子电池一个为相对较长波长的长波子电池，另一个为相对较短波长的短波子电池。

所说的角度θ＝θ₁+θ₂≤90°，cosθ₁/cosθ₂＝L₂/L₁。θ₁为短波子电池背面电极与箱体底面垂线形成的夹角，θ₂为长波子电池背面电极与箱体底面垂线形成的夹角。L₁为短波子电池的长度，L₂为长波子电池的长度。

当θ₁、θ₂不为零时，短波子电池的入射光面上必须置有或沉积一能透射短波反射长波的滤光片，长波子电池的入射光面上必须置有或沉积一能透射长波反射短波的滤光片。

当θ₂为零时，所说的角度θ＝θ₁，θ＝arccosL₂/L₁，只需在短波子电池的入射光面上置有或沉积一能透射短波反射长波的滤光片。