[发明专利]包括光捕捉过滤光学模块的光伏系统

说明书

优先权

本专利申请案要求2012年8月30日提交的标题为用于全光谱、超高效率太阳能转化的光学器件(OPTICS FOR FULL SPECTRUM,ULTRAHIGH EFFICIENCY SOLAR ENERGY CONVERSION)的美国临时专利申请案第61/695,216号和2013年1月25日提交的标题为包括光捕捉过滤光学模块的光伏系统(PHOTOVOLTAIC SYSTEM INCLUDING LIGHT TRAPPING FILTERED OPTICAL MODULE)的美国临时专利申请案第61/756,804号的优先权，其中所述临时专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及将入射光转化成电能的光伏装置。更具体来说，本发明涉及包括光捕捉光学模块的光伏装置，所述光捕捉光学模块包含与子电池阵列耦接的介电平板。

背景技术

光伏电池(也可被称作太阳能电池或PV电池)适用于将入射光(如日光)转化成电能。这些电池可以例如通常配备有具体定义的具有固有低转化效率的带隙的单结电池形式提供。这是因为仅能量高于电池的单一带隙的光子可用于产生适用的作用，并且主要因为大于电池带隙的所有光子能量均被热化成热量。因此，单结仅光伏响应于一部分光谱并且对于其响应的大部分波长来说并不非常有效。因此，使用并提议多种增加太阳能电池效率的方式。

用于获得较高光伏效率的一种常见方法是向多结太阳能电池而非单结太阳能电池提供日光。多结电池允许最高能量光子被具有高带隙的电池转化，由此将热化减到最小，而中等波长去往具有中等带隙的电池。多结电池通过提供与单结电池将提供的最佳值相比能量较低的底部结来扩大整体光谱响应。所述多结太阳能电池由带隙能量经选择跨越太阳光谱的特定半导体材料组成。能量大于最高带隙的光子首先被最高能隙子电池收集。较低能量的光子经由最高能带隙子电池传输到接下来最高能带隙的子电池。这一模式继续向下到能带隙最低的子电池。以此方式，将大于吸收电池带隙的所吸收的光子的能量(其经热化且以热量形式损失)减到最少。另外，较大数目的带隙通常意指在优化情形下，与单结电池相比，较大部分的总太阳光谱能够由多结电池吸收。

虽然多结太阳能电池提供优于单结太阳能电池的优点，但进一步效率改进可经由使用光分裂光学件实现，所述光分裂光学件用于分裂入射太阳辐射且将光引导向不同太阳能电池。较窄光带被引导到不同带隙的子电池和/或具有不同带隙组的多结电池。每个被对准的电池被设计成具有为被引导到其光谱带定制的带隙以便有助于优化能量转化。也就是说，分裂光学件将入射光分隔成片段或片，并且随后将所述片独立地引导到具有适当带隙的光伏子电池。