專利名稱：聚光/分光高效四結(jié)太陽電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將太陽光的光輻射能轉(zhuǎn)化為電能的器件，具體涉及一種聚 光/分光髙效四結(jié)太陽電池。
背景技術(shù)：
太陽能電池是解決世界能源問題的重要戰(zhàn)略途徑。目前市場上大量生產(chǎn)的 太陽能電池為單晶與多晶硅太陽電池，其平均效率在15%上下，也就是說太 陽電池只能將入射的太陽能的15 /。轉(zhuǎn)換成可用電能?；衔锇雽?dǎo)體材料電池 的轉(zhuǎn)換效率髙，如GaAs化合物材料具有十分理想的帶隙和較髙的光吸收效率， 用GaAs制造的單結(jié)電池的轉(zhuǎn)換效率可達28%。通過不同帶隙匹配化合物的配 合使用，可以進一步提髙電池的轉(zhuǎn)換效率，如，GalnP/GaAs/Ge多結(jié)電池的 效率已經(jīng)達到了32。/。。雖然GalnP/GaAs/Ge多結(jié)電池效率高，但是疊層太陽 電池的材料除帶隙必須有恰當?shù)钠ヅ涞囊笸?，還要求組成疊層太陽電池的各 子電池中電流應(yīng)基本相等，但現(xiàn)有的三結(jié)串聯(lián)光伏電池的電流并不完全匹配， Ge子結(jié)的電流是其他兩個子結(jié)的兩倍。理論上可以在Ge與GaAs電池之間引 入一種禁帶寬度為l.Oev的與GaAs或者Ge的晶格常數(shù)匹配的半導(dǎo)體光伏電 池來解決這個問題，應(yīng)用GalnAsN是其中一個選擇，但是GalnAsN苛刻的生 長過程使得其材料質(zhì)量很難保證，因而目前還沒有找到解決電流失配問題的理 想方案。沒有被利用的太陽能都被轉(zhuǎn)化為熱能。熱能的產(chǎn)生不僅造成能源的巨 大浪費，還帶來了散熱這一技術(shù)問題，大大增加了太陽電池的制作成本。如何在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進一步提太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率具有重要的經(jīng)濟意義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是，開發(fā)一種聚光/分光太陽電池，以解決現(xiàn)有技術(shù)中子電 池電流不匹配、太陽電池轉(zhuǎn)換效率較低等問題。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種聚光/分光髙效四結(jié)太陽電池，包括一聚光系統(tǒng)和至少2個串聯(lián)連接的子電池，在所述聚光系統(tǒng) 和子電池之間，設(shè)置有根據(jù)波長分光的分光系統(tǒng)，每一出射子光束照射至一個 對應(yīng)所述子電池，對應(yīng)的子光束的光子能量分布與子電池的帶隙配合，串聯(lián)后 的子電池組的低壓端接地。進一步的技術(shù)方案，設(shè)有2個串聯(lián)的子電池，每一子電池為雙結(jié)的m-v族化合物半導(dǎo)體PN結(jié)光電轉(zhuǎn)換子電池，所述分光系統(tǒng)為二向色分光系統(tǒng)。上述技術(shù)方案中，所述每一雙結(jié)的m-v族化合物半導(dǎo)體pn結(jié)光電轉(zhuǎn)換 子電池對應(yīng)的主吸收峰與照射到該子電池上的分光子光束的光子主能量分布 相適應(yīng)。其中，所述的m-V族元素選自Ga、 In、 P、 As、 Ge。 本發(fā)明的工作原理是(1) 對太陽光進行聚光，根據(jù)設(shè)計的分光束光子能量分布、光電流大小，選 擇適當?shù)亩蛏止忡R對聚光后的光束進行分光；(2) 根據(jù)分光束的光子能量分布，選擇帶隙與分光束主能量分布相適應(yīng)的m-V族化合物半導(dǎo)體PN結(jié)光電轉(zhuǎn)換子電池；(3) 把兩個雙結(jié)m-v族化合物半導(dǎo)體PN結(jié)光電轉(zhuǎn)換子電池串聯(lián)連接，并把低壓端接地處理，兩個雙結(jié)子電池分別對相應(yīng)波長的光進行吸收轉(zhuǎn)換，由此達到較高的轉(zhuǎn)換效率。由于上述技術(shù)方案的采用，與現(xiàn)有的太陽電池相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點 1.本發(fā)明通過一套二向色分光系統(tǒng)，對經(jīng)聚光系統(tǒng)聚光后的光束進行分光，達到按照不同光子能量進行分光的目的，從而實現(xiàn)了電池光電流的可調(diào)性；針對不同的光束來選用不同的半導(dǎo)體材料，實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)化效率的最優(yōu)化。 2通過二向色分光系統(tǒng)與半導(dǎo)體太陽電池的成分間的相互變化，可以開發(fā)出多系列、成本與光轉(zhuǎn)化效率不同的太陽電池產(chǎn)品，滿足不同領(lǐng)域的需要。3. 與普通的疊層四結(jié)太陽電池相比，本發(fā)明的聚光/分光髙效四結(jié)太陽電 池采用了以獨立的雙結(jié)太陽電池進行串聯(lián)的方式事實上形成了一個四結(jié)太陽 電池，這大大地簡化了制備工藝，節(jié)約了成本。4. 由于本發(fā)明的太陽電池的光電流可以調(diào)節(jié)匹配，所以電學(xué)系統(tǒng)相對簡 單，大大地降低了成本，又大幅度降低單元太陽電池的體積，而單元太陽電池的體積是制備超小型高效太陽電池的瓶頸。5.本發(fā)明通過聚光系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、化合物半導(dǎo)體太陽電池、髙效電路 等多項技術(shù)融合，使得本發(fā)明的太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率可以大于40%，大 大地超過了現(xiàn)有硅太陽電池與化合物半導(dǎo)體電池的光電轉(zhuǎn)化效率。


圖1是實施例一的聚光/分光髙效四結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實施例一中In。.3Gao.7As/Ge兩結(jié)串行子電池的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、入射光；2、聚光系統(tǒng)；3、分光系統(tǒng)；4、子電池5、子電池。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的 保護范圍實施例一參見附圖1所示， 一種聚光/分光高效四結(jié)太陽電池，其設(shè)計 包括下列步驟(1) 對太陽光進行聚光，按單太陽電池光電流14mA/cn^的設(shè)計，選擇可以 以1.43eV為界把太陽光譜分為兩部分的二向色分光鏡對聚光后的光束進行分 光；(2) 根據(jù)分光束的光子能量分布，大于1.43eV部分的太陽光由GaAs/InGaP 兩結(jié)串行太陽電池進行光伏轉(zhuǎn)換，小于1.43eV的太陽光由Ino.3Gao.7As/Ge兩 結(jié)串行太陽電池進行光伏轉(zhuǎn)換。GaAs/InGaP兩結(jié)串行太陽電池和 Ino.3Gao.7As/Ge兩結(jié)串行太陽電池可以采用常規(guī)的太陽電池制備工藝制備，其 中In。.3Ga。.7As/Ge兩結(jié)串行太陽電池的結(jié)構(gòu)如附圖2所示。(3) 把兩個雙結(jié)串行太陽電池串聯(lián)連接，并把In。.3Ga。.7As/Ge兩結(jié)串行太 陽電池接地處理。聯(lián)接方式見圖l。根據(jù)上述設(shè)計，按附圖1的結(jié)構(gòu)制備獲得所需的聚光/分光髙效四結(jié)太陽 電池包括一聚光系統(tǒng)2、 一分光系統(tǒng)3和2個串聯(lián)連接的子電池4、 5,所述 聚光系統(tǒng)可以采用光柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，入射光1經(jīng)聚光系統(tǒng)2照射至分光系統(tǒng)3上，所述分光系統(tǒng)為根據(jù)波長分光的半透半反鏡，光子能量大于1.43eV的光 被反射，其余則透射，反射光照射至一個由IhG^Plx和GaAsyP一構(gòu)成的雙 結(jié)子電池4，透射光照射至一個由InzGai-zAs和Ge構(gòu)成的雙結(jié)子電池5,由 此實現(xiàn)對應(yīng)的子光束的光子能量分布與子電池的帶隙配合，串聯(lián)后的子電池組 的低壓端接地。對本實施例獲得的太陽電池進行測試，結(jié)果表明，其轉(zhuǎn)換效率大于40%。
權(quán)利要求
1.一種聚光/分光高效四結(jié)太陽電池，包括一聚光系統(tǒng)和至少2個串聯(lián)連接的子電池，其特征在于在所述聚光系統(tǒng)和子電池之間，設(shè)置有根據(jù)波長分光的分光系統(tǒng)，每一出射子光束照射至一個對應(yīng)所述子電池，對應(yīng)的子光束的光子能量分布與子電池的帶隙配合，串聯(lián)后的子電池組的低壓端接地。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽電池，其特征在于設(shè)有2個串聯(lián)的子電 池，每一子電池為雙結(jié)的EI-V族化合物半導(dǎo)體PN結(jié)光電轉(zhuǎn)換子電池，所述 分光系統(tǒng)為二向色分光系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽電池，其特征在于所述每一雙結(jié)的m-V族化合物半導(dǎo)體PN結(jié)光電轉(zhuǎn)換子電池對應(yīng)的主吸收峰與照射到該子電池上 的分光子光束的光子主能量分布相適應(yīng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽電池，其特征在于所述的m-V族元素選 白Ga、 In、 P、 As、 Ge。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚光/分光高效四結(jié)太陽電池，包括一聚光系統(tǒng)和至少2個串聯(lián)連接的子電池，其特征在于在所述聚光系統(tǒng)和子電池之間，設(shè)置有根據(jù)波長分光的分光系統(tǒng)，每一出射子光束照射至一個對應(yīng)所述子電池，對應(yīng)的子光束的光子能量分布與子電池的帶隙配合，串聯(lián)后的子電池組的低壓端接地。本發(fā)明以獨立的雙結(jié)太陽電池進行串聯(lián)的方式事實上形成了一個四結(jié)太陽電池，實現(xiàn)了電池光電流的可調(diào)性；針對不同的光束來選用不同的半導(dǎo)體材料，實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)化效率的最優(yōu)化；同時大大地簡化了制備工藝，節(jié)約了成本，獲得的太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率可以大于40％。
文檔編號H01L31/0232GK101241943SQ20081002079
公開日2008年8月13日 申請日期2008年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者宋賀倫, 張耀輝, 輝 楊, 董建榮, 黃伍橋 申請人:蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所