專利名稱：一種提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法及結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法及結(jié)構(gòu)，，屬于太陽能發(fā)電技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能光伏技術(shù)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，已經(jīng)在新能源領(lǐng)域確立了其重要地位。大 力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電已成為人類解決未來能源問題的重要途徑。在產(chǎn)業(yè)界，當前太陽能 技術(shù)的重點仍是硅太陽能電池，包括多晶硅和非晶硅薄膜電池等。由于多晶硅和非晶硅薄 膜電池具有相對較高的轉(zhuǎn)換效率和相對較低的成本，逐漸成為市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。而其它種 類的薄膜電池由于技術(shù)不是很成熟，似乎很難在短期內(nèi)替代硅系太陽能電池。目前的硅系 太陽能電池最高轉(zhuǎn)換效率大約在左右，要想再進一步提高已經(jīng)非常困難。眾所周知，提 高轉(zhuǎn)換效率是降低太陽能光伏發(fā)電成本的根本因素。開展高效太陽能電池技術(shù)研究包括開 發(fā)新的電池材料和設(shè)計新的電池結(jié)構(gòu)，一直是該領(lǐng)域的熱點。而其中，高效多結(jié)太陽能電池 技術(shù)的研究尤為引人注目。一般所說的高效多結(jié)太陽能電池是指針對太陽光譜，在不同的頻譜范圍選取不同 帶寬的半導(dǎo)體材料做成多個太陽能子電池，最后將這些子電池串聯(lián)形成多結(jié)太陽能電池。 如專利號為200810207925的發(fā)明專利《高效多結(jié)太陽能電池的制造方法》所公開的多結(jié)太 陽能電池。目前研究較多的III-V族材料體系，如InGaP/GaAs/Ge三結(jié)電池。德國研究機 構(gòu)弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所(Fraimhofer ISE)日前公布，他們首次達到41. 1 %的太 陽能光電轉(zhuǎn)換效率。方法是使太陽光聚光倍數(shù)達到4M倍，照射到5mm2大小、III-V族半導(dǎo) 體fe^nP/felnAs/Ge制成的多結(jié)太陽電池上。多結(jié)太陽能電池經(jīng)過近十幾年的發(fā)展，其在 太空領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，效率紀錄也不斷被刷新。但是，多結(jié)太陽能電池由于存在界面匹 配等問題，目前必需采用外延生長技術(shù)制備，并要求高倍聚光以達到較高的太陽能電池轉(zhuǎn) 化效率。由于成本等原因，很難得以大規(guī)模地面推廣。因此迫切需要發(fā)展一種具大規(guī)模生 產(chǎn)潛力的技術(shù)來實現(xiàn)高光電轉(zhuǎn)化效率和低成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法及結(jié)構(gòu)。它可以在 日常光照條件下，有效實現(xiàn)太陽能電池的高光電轉(zhuǎn)化效率，而且成本較低，便于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案一種提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法，其特征在于通過將 入射太陽光分割為不同頻譜范圍的光束，針對不同頻譜范圍的光子，采用相應(yīng)材料的太陽 能電池分別進行光電轉(zhuǎn)化，利用不同材料的太陽能電池對某個頻譜范圍的光束轉(zhuǎn)化率較高 的特性，充分吸收太陽光的各個頻譜范圍的光子以提高光電轉(zhuǎn)化效率。前述的提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法中，將太陽光分割為紫外光、可見光和紅 外光三個頻譜范圍的光束，并對應(yīng)地使用高能隙、中能隙和窄能隙的太陽能電池進行吸收。
前述的提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法中，所述太陽光的分割由光學濾光片完 成；光學濾光片既為透射片又為反射片可選擇一部分頻譜范圍的光子進行透射，一部分 頻譜范圍的光子進行反射。一種提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括設(shè)在在太陽光的 入射方向的第一層光學濾光片，第一層光學濾光片的太陽光透射方向設(shè)有高能隙太陽能電 池，第一層光學濾光片的太陽光反射方向設(shè)有第二層光學濾光片，第二層光學濾光片的太 陽光透射方向設(shè)有中能隙太陽能電池，第二層光學濾光片的太陽光反射方向設(shè)有窄能隙太 陽能電池。前述的提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的結(jié)構(gòu)中，所述第一層光學濾光片可透射紫 外光頻譜范圍光子并反射紫外光以下頻譜范圍的光子；第二層光學濾光片為透射可見光頻 譜范圍光子并反射可見光以下頻譜范圍的光子。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過光學濾光片對選定的光譜范圍來實現(xiàn)最佳的透射和 反射，從而實現(xiàn)不同的太陽能電池工作在特定的光譜范圍中。本發(fā)明可避免多結(jié)太陽能電 池中的晶格和電流匹配問題，且可實現(xiàn)不同材料太陽能電池的任意組合。使用本發(fā)明的技 術(shù)方案，已經(jīng)可以實現(xiàn)太陽能電池39%的高光電轉(zhuǎn)化效率。且本發(fā)明的結(jié)構(gòu)十分簡單，成本 較低，便于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中的標記1-第一層光學濾光片，2-高能隙太陽能電池，3-第二層光學濾光 片，4-中能隙太陽能電池，5-窄能隙太陽能電池。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。實施例。一種提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法，它通過將太陽光分割為不同頻譜 范圍的光束，針對不同頻譜范圍的光子使用相應(yīng)材料的太陽能電池分別進行光電轉(zhuǎn)化，利 用不同材料的太陽能電池對某個頻譜范圍的光束轉(zhuǎn)化率較高的性質(zhì)，充分利用太用光的各 個頻譜范圍內(nèi)的光子以提高光電轉(zhuǎn)化效率。前述的提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法，具體是將太陽光分割為紫外光、可見光 和紅外光三個頻譜范圍的光束，并對應(yīng)地使用高能隙、中能隙和窄能隙的太陽能電池進行 吸收。高能隙、中能隙和窄能隙的太陽能電池即分別由高能隙、中能隙和窄能隙材料制成的 太陽能電池。前述太陽光的分割由光學濾光片完成；光學濾光片為反射片或濾光片，可選擇一 部分頻譜范圍的光子進行透射，一部分頻譜范圍的光子進行反射。實現(xiàn)前述方法的一種提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，它包括 設(shè)在在太陽光的入射方向的第一層光學濾光片1，第一層光學濾光片1的太陽光透射方向 設(shè)有高能隙太陽能電池2，第一層光學濾光片1的太陽光反射方向設(shè)有第二層光學濾光片3，第二層光學濾光片3的太陽光透射方向設(shè)有中能隙太陽能電池4，第二層光學濾光片3的 太陽光反射方向設(shè)有窄能隙太陽能電池5。高能隙太陽能電池2，中能隙太陽能電池4和窄 能隙太陽能電池5即分別由高能隙、中能隙和窄能隙材料制成的太陽能電池。所述第一層光學濾光片1可透射紫外光頻譜范圍光子并反射紫外光以下頻譜范 圍的光子；第二層光學濾光片3為透射可見光頻譜范圍光子并反射可見光以下頻譜范圍的 光子。工作過程太陽光的路徑由圖1中的箭頭所示，太陽光A、B和C分別代表紫外光、 可見光和紅外光三個頻譜范圍太陽光。太陽光首先通過第一層光學濾光片1，此時紫外頻譜 范圍的光子透過第一層光學濾光片1后被高能隙太陽能電池2吸收并轉(zhuǎn)化為電能；其余頻 譜光子被發(fā)射繼續(xù)進入第二層光學濾光片3，可見光頻譜范圍的光子被第二層光學濾光片 3選擇透過，并被設(shè)在第二層光學濾光片3后的中能隙太陽能電池4吸收轉(zhuǎn)化為電能；最后 剩下紅外頻譜的光子被第二層光學濾光片3反射到窄能隙太陽能電池5上進行吸收轉(zhuǎn)化為 電能。使用時，可將如圖1所示的結(jié)構(gòu)進行多塊并列排布，形成整片的太陽能電池，結(jié)構(gòu)如 圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法，其特征在于通過將太陽光分割為不同頻譜 范圍的光束，針對不同頻譜范圍的光束使用不同材料的太陽能電池分別進行光電轉(zhuǎn)化，利 用不同材料的太陽能電池對某個頻譜范圍內(nèi)的太陽光束吸收轉(zhuǎn)化率較高的特性，充分利用 吸收太陽光的各個頻譜范圍內(nèi)的光子以提高光電轉(zhuǎn)化效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法，其特征在于將太陽光分 割為紫外光、可見光和紅外光三個頻譜范圍，并對應(yīng)地使用高能隙、中能隙和窄能隙的太陽 能電池進行吸收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法，其特征在于所述太 陽光的分割由光學濾光片完成；光學濾光片可以選擇性的針對一部分頻譜范圍的光子進行 透射，一部分頻譜范圍的光子進行反射。
4.一種提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的結(jié)構(gòu)，其特征在于它包括設(shè)在在太陽光的入 射方向的第一層光學濾光片(1)，第一層光學濾光片(1)的太陽光透射方向設(shè)有高能隙太 陽能電池O)，第一層光學濾光片(1)的太陽光反射方向設(shè)有第二層光學濾光片(3)，第二 層光學濾光片C3)的太陽光透射方向設(shè)有中能隙太陽能電池G)，第二層光學濾光片(3)的 太陽光反射方向設(shè)有窄能隙太陽能電池(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率的結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第 一層光學濾光片(1)透射紫外光頻譜范圍光子并反射紫外光以下頻譜范圍的光子；第二層 光學濾光片(3)為透射可見光頻譜范圍光子并反射可見光以下頻譜范圍的光子。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高太陽能光電轉(zhuǎn)化效率的方法及結(jié)構(gòu)，其特征在于通過將太陽光分割為不同頻譜范圍的光束，針對不同頻譜范圍的光束使用相應(yīng)材料的太陽能電池分別進行光電轉(zhuǎn)化，利用不同材料的太陽能電池對某個頻譜范圍的光束轉(zhuǎn)化率較高的性質(zhì)，充分利用太用光的各個頻譜范圍內(nèi)的光子以提高光電轉(zhuǎn)化效率。本發(fā)明可以實現(xiàn)太陽能電池的高光電轉(zhuǎn)化效率，而且低成較本，便于實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號H01L31/052GK102064227SQ201010547338
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者任宇珂, 任宇航 申請人:尚越光電科技有限公司