场助聚光内球面光伏电池的制作方法

本实用新型涉及太阳能转换装置。

背景技术：

目前太阳能光伏电池大都是通用的硅片光伏电池或硅基薄膜电池，一般均为平板电池，无法采用聚光、光波变频和场助方法提高太阳能的转换效率；另外，光伏电池的层结构相对简单，吸收光子效率低，上述两上因使得目前太阳能转换装置的整体转换效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种转换效率高、成本低的太阳能光伏电池，如附图所示，场助聚光内球面光伏电池，包括一个具有开口的空腔玻璃球壳(5)，空腔玻璃球壳的开口处有一个封闭罩(2)，封闭罩上固定一个菲涅耳聚光透镜(1)，其特征在于在空腔玻璃球壳内的中心固定一个场源静电球壳(9)，场源静电球壳的电池输出端子(4)穿过空腔玻璃球壳到球壳外，设在空腔玻璃球壳内表面的薄膜光伏电池(6)有如下特征：光频下转换层(11)以三氧化二镥(Lu₂O₃)为基质共掺稀土元素镱(Yb)三价离子和铽(Tb)三价离子制备，光频上转换层以氟化钇钠(NaYF₄)为基质共掺稀土元素铒(Er)三价离子、铥(Tm)三价离子和镱(Yb)三价离子制备。

本实用新型的结构可使菲涅耳透镜的受光面积N倍于(一般N﹤20)空腔玻璃球壳内表面积，这样内球面光伏电池将受到比普通日照高出数倍的光强照射，产生聚光光伏效应提高光电转化率。由于入射进空腔玻璃球壳内的有效的光子只能在壳体腔内反射最终被光伏电池利用产生光电效应，所以该系统具有比普通一次照射型平板光伏电池更高、更有效的光子利用率。本实 用新型的薄膜光伏电池中的光频下转换层以三氧化二镥为基质共掺稀土元素镱和铽三价离子后，可将一个波长小于400nm高能光子转换成2个974nm的有效光子；光频上转换层以氟化钇钠为基质共掺稀土元素铒、铥、镱，可将2个或多个波长大于1100nm的光子转换为一个有效光子。本实用新型上、下光频转换膜的结构可增加有效光子30％以上，大大提高光伏电池转换效率。本实用新型结构在相同发电功率下，半导体材料用量减少80％以上，制造成本下降50％以上，相同电池面积下，光电转换率大大提高，转换率可达40％。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型薄膜光伏电池层结构示意图。

图例：

1、菲涅耳聚光透镜，2、封闭罩，3、通光连接器，4、电池输出端子，5、空腔玻璃球壳，6、薄膜光伏电池，7、冷却液入口，8、冷却液出口，9、场源静电球壳，10、场源静电球壳固定杆，11、光频下转换层，12、氧化锌膜层，13、透明电极层，14、P型半导体层，15、N型半导体层，16、光频上转换膜层，17、金属层AL膜，18、玻璃基底。

具体实施方式

如图1和图2所示，空腔玻璃球壳(5)为中空结构，空腔玻璃球壳开口处固定一个封闭罩(2)，封闭罩上固定一个菲涅耳聚光透镜(1)，封闭罩下端有通光连接器(3)，菲涅耳聚光透镜半径取70cm,内球面半径取20cm,场源静电球壳(9)半径2cm，形成3倍聚光条件。空腔玻璃球壳外壁有冷却水套，水套上有冷却液入口(7)和冷却液出口(8)构成冷却循环系统，可在冷却电池的同时生产热水。场源静电球壳由铝制成，通过场源静电球壳固定杆(10)连接电池输出端子(4)，场源静电球壳的直径小于通光连接器(3)孔径。场源静电球壳的作用在于其带电后在薄膜光伏电池中产生附加静电场， 该电场将有效分离光伏电池工作时半导体层中的光生电子—空穴对，从而提高光生电流和光生电压，场源静电球壳外镀有绝缘增反膜用于绝缘和反光。薄膜光伏电池的层结构是在玻璃基底上向上依次为金属层AL膜(17)、光频上转换膜(16)、N型半导体层(15)、P型半导体层(14)、透明电极层(13)、氧化锌膜层(12)、光频下转换膜(11)。半导体层选择单晶硅，其层厚度仅需数μm，因此可较硅晶圆太阳能电池减少原料用量80～90％，大大降低太阳能电池成本。镱三价离子和铽三价离共掺的以三氧化二镥为基质的下转换膜为立方相结构，其中，铽三价离子(Tb⁺³)掺杂浓度为1％，镱三价离子(Yb⁺³)的掺杂浓度为2％；以氟化钇钠为基质的上转换膜铒三价离子(Er⁺³)掺杂浓度为1％，铥三价离子(Tm⁺³)掺杂浓度为1％，镱三价离子(Yb⁺³)掺杂浓度为1.5％。