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(dāng)前太陽能 技術(shù)的重點(diǎn)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(jìn)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(jì)新的電池結(jié)構(gòu)，一直是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)。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(gè)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(jī) 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(dá)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(dá)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(jì)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(dá)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(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，利用不同材料的太陽能電池對某個(gè)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(gè)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(gè)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(jìn)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(xué)濾光片完 成；光學(xué)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(jìn)行透射，一部分 頻譜范圍的光子進(jìn)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(xué)濾光片，第一層光學(xué)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(xué)濾光片的太陽光反射方向設(shè)有第二層光學(xué)濾光片，第二層光學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)濾光片對選定的光譜范圍來實(shí)現(xiàn)最佳的透射和 反射，從而實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例的應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中的標(biāo)記1-第一層光學(xué)濾光片，2-高能隙太陽能電池，3-第二層光學(xué)濾光 片，4-中能隙太陽能電池，5-窄能隙太陽能電池。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。實(shí)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(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，利 用不同材料的太陽能電池對某個(gè)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(gè)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(gè)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(jìn)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(xué)濾光片完成；光學(xué)濾光片為反射片或?yàn)V光片，可選擇一 部分頻譜范圍的光子進(jìn)行透射，一部分頻譜范圍的光子進(jìn)行反射。實(shí)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(xué)濾光片1，第一層光學(xué)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(xué)濾光片1的太陽光反射方向設(shè)有第二層光學(xué)濾光片3，第二層光學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(gè)頻譜范圍太陽光。太陽光首先通過第一層光學(xué)濾光片1，此時(shí)紫外頻譜 范圍的光子透過第一層光學(xué)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(jìn)入第二層光學(xué)濾光片3，可見光頻譜范圍的光子被第二層光學(xué)濾光片 3選擇透過，并被設(shè)在第二層光學(xué)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(xué)濾光片3反射到窄能隙太陽能電池5上進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)化為 電能。使用時(shí)，可將如圖1所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，利 用不同材料的太陽能電池對某個(gè)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(gè)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(gè)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(jìn)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(xué)濾光片完成；光學(xué)濾光片可以選擇性的針對一部分頻譜范圍的光子進(jìn)行 透射，一部分頻譜范圍的光子進(jìn)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(xué)濾光片(1)，第一層光學(xué)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(xué)濾光片(1)的太陽光反射方向設(shè)有第二層光學(xué)濾光片(3)，第二 層光學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，利用不同材料的太陽能電池對某個(gè)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(gè)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(shí)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(shí)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