[发明专利]光谱分光模块和包括聚光器光学器件的光伏系统

说明书

优先权

本专利申请案要求2012年8月30日申请的题目为用于全光谱、超高效太阳能转化的光学器件(OPTICSFORFULLSPECTRUM，ULTRAHIGHEFFICIENCYSOLARENERGYCONVERSION)的美国临时专利申请案第61/695，216号和2012年12月21日申请的题目为光谱分光模块和包括聚光器光学器件的光伏系统(SPECTRALLIGHTSPLITTINGMODULEANDPHOTOVOLTAICSYSTEMINCLUDINGCONCENTRATOROPTICS)的美国临时专利申请案第61/740,969号的优先权，其中所述临时专利申请案的全文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器件。更具体来说，本发明涉及包括固体光学元件的光伏器件，所述固体光学元件具有以平行六面体排列形式配置的多个光伏电池。

背景技术

光伏电池(也可以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。可能以单结太阳能电池形式提供这些电池，它们具有一种本质上具有低转化效率的被专门定义的带隙。这是因为单个光伏电池只对入射光的宽带光谱的小部分具有光伏反应，并且因此只将入射光的小部分转化成能量。因此，使用并提议多种增加太阳能电池效率的方式。

一种实现较高光伏效率的常见方法是共同使用多个带隙以形成多结太阳能电池。此类多结太阳能电池由具有不同半导体材料的系统组成，所述半导体材料具有与太阳能光谱的不同部分对应的不同带隙能量。只有使用能量匹配或略微大于能隙的光子最有效。因此，具有更广范围的带隙使系统以相对有效方式转化更多光谱。能量低于带隙的光子无法被吸收和随后被转化，并且在一些情况下可能被寄生吸收并且转化成废热。能量大于带隙的光子只将它能量中匹配能隙的一部分转化成电能，而多余能量主要以废热损失形式。

按照惯例，多结电池生长成单片棒(monolithicstick)，使得每个半导体充当吸收高于其带隙且低于其上电池带隙的光的滤光器。虽然传统多结串联太阳能电池提供优于单结太阳能电池的优势，但通过使用用于将入射太阳辐射分成多个光谱带并将那些光谱带引导到不同和相应的太阳能电池的分光光学器件可以实现更高效率。以此方式，子电池可以独立地生长并且电连接，避免晶格和电流匹配问题。设计每个目标电池以使它具有适应引导到所述电池的光谱带的带隙，以便帮助使能量转化最大化。也就是说，分光光学器件将入射光分隔成片段或片，随后将所述片独立地引导到具有适当带隙的光伏电池上。