[发明专利]一种集成分形环的聚光太阳能电池

说明书

本发明涉及一种集成分形环的聚光太阳能电池，由上往下依次包括：透明窗口导电层、有源层和背导电电极反射层；其特征在于，所述透明窗口导电层的衬底表面设置有分形环；所述分形环为将总环数为(2N‑1)^s的波带片去掉一部分环所形成的衍射型光学元件。本发明一种集成分形环的聚光太阳能电池，利用分形环衍射型光学元件的聚光效果，将分形环集成到薄膜太阳能电池芯片的玻璃衬底表面，从而大幅度减小聚光太阳能电池的厚度，使得聚光太阳能电池更加轻薄，便于运输。

技术领域

本发明聚光太阳能电池技术领域，尤其涉及一种集成分形环的聚光太阳能电池。

背景技术

作为人类生存发展的重要物质基础，能源一直是当今国际政经的关注焦点，也是制约经济社会发展的重要因素之一。传统化石燃料的枯竭以及日益严重的环境污染，迫使人们调整原有的能源结构，而清洁环保的绿色能源成为了最佳选择，太阳能作为取之不尽用之不竭的可再生能源，凭借其普遍长久、巨大及绿色无污染等优点，成为了人们研究的热点之一。

太阳能电池是将太阳能转换为电能最直接的器件。目前，太阳能电池市场份额最大的主要是晶体硅太阳能电池，但是由于其制备工艺复杂，原料成本高，因此在民用上受到了限制。为了降低制备太阳能电池的制备成本，其他新型太阳能电池也随之发展起来，包括非晶硅太阳能电池，化合物半导体太阳能电池，有机薄膜太阳能电池，染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等。尽管如此，如何能够进一步提升太阳能电池光电转换效率仍然是人们研究的重点。

聚光太阳能电池是提高电池光电转换效率同时降低整体成本的措施之一。它通过聚光器使较大面积的太阳光汇聚在一个较小的范围内，增加了单位面积太阳能电池的太阳辐射强度，克服了太阳辐射能流密度低的缺陷。目前聚光太阳能电池的聚光器种类很多，根据光学原理不同可以分为折射聚光器、反射聚光器、荧光聚光器、热光伏聚光器和全息聚光器等。应用最多的是菲涅尔聚光器，分为透射型、反射型、平板型、弧形、单焦点和多焦点等。

菲涅尔聚光光伏系统主要由聚光模组、跟踪系统、储能系统和控制系统组成，菲涅尔聚光光伏模组主要部分包括聚光透镜、多结太阳能电池芯片和固定框架。为了保证太阳能电池芯片位置在菲涅尔光学透镜的焦点附近，模组的厚度一般为30cm左右。如此的厚度使得这种菲涅尔聚光光伏模组体积非常庞大且笨重，不方便运输。

分形环是一种按照Cantor分形规则划分的同心圆环(Dong Wu,Li-Gang Niu,Qi-Dai Chen,Rui Wang,and Hong-Bo Sun.High efficiency multilevel phase-typefractal zone plates.December 15,2008/Vol.33,No.24/OPTICS LETTERS)，如何将分形环应用到太阳能电池从而克服上述问题是一个待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种集成分形环的聚光太阳能电池，利用分形环衍射型光学元件的聚光效果，将分形环集成到薄膜太阳能电池芯片的玻璃衬底表面，从而大幅度减小聚光太阳能电池的厚度，使得聚光太阳能电池更加轻薄，便于运输。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种集成分形环的聚光太阳能电池，由上往下依次包括：透明窗口导电层、有源层和背导电电极反射层；其特征在于，所述透明窗口导电层的衬底表面设置有分形环；所述分形环为将总环数为(2N-1)^s的圆环分割掉一部分环所形成的衍射型光学元件；其中，s是分形水平，表示重复分割的次数；N表示s＝1时，所保留的奇数环的个数。

优选的，当s＝2，N＝2时，波带片的总环数为9个，去掉第m＝2，4，5，6，8的对应环即形成所述分形环。

优选的，当s＝2，N＝3时，波带片的总环数为25个，去m＝2，4，6，7，8，9，10，12，14，16，17，18，19，20，22，24的环即形成所述分形环。