聚光式太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能领域，尤其涉及一种由小倍率衍射透镜阵列组成的聚光太阳能电池模组。
【背景技术】
[0002]与晶硅电池电池和薄膜电池相比，聚光太阳能电池采用多结的III—V族化合物电池，具有大光谱吸收、高转换效率等优点。聚光太阳能电池模组主要由太阳能电池、光学聚光元件、太阳光追踪器组成。聚光太阳能技术是通过聚光的方式把一定面积上的光通过聚光系统会聚在一个狭小的区域(焦斑)，太阳能电池仅需焦斑面积的大小即可，从而大幅减少了太阳能电池的用量。同样条件下，倍率越高，所需太阳能电池面积越小。
[0003]在实际应用中，聚光太阳能模组必须通过追日系统使其始终朝向太阳。大倍率的衍射透镜对追日系统的精读要求很高。以100倍衍射透镜为例，如果入射角偏离0.3度，光学效率将降为50%。为增加对太阳光入射偏离容忍度,可在太阳能电池表面加上二次聚光透镜，可将容忍度提高到一度。由于追日系统在运行中为了保持对日方向准确性，需要频繁启动电机来调节整个太阳能模组的姿态，这样实际消耗了相当一部分太阳能模组的输出电力。受追日系统的精度和风向等影响，聚光式太阳能模组很难达到理论设计的发光效率。
【发明内容】
[0004]为了克服现有聚光式太阳能电池对于追日系统的依赖，本发明提供了一种由小倍率衍射透镜阵列和简易二次聚光柱面镜组成的聚光太阳能模组。这种聚光太阳能电池对入射太阳光偏离的容忍度大，减少了对追日系统精度的依赖。
[0005]在本发明所提供的聚光太阳能模组中，二次聚光柱面镜与太阳能电池胶合并固定。衍射透镜的焦点在柱面镜中轴的中间位置。因为玻璃的折射率高于周围空气，所以入射光经衍射透镜汇聚进入柱面镜内后形成光导效应，导致入射光在柱面镜内部的传播过程中不断被均匀化。这样底面的太阳能电池片的各部位可以均匀的接收到照射。由于衍射透镜的放大倍率不高，当入射光在一定范围内偏离时，大部分汇聚光线还是能够进入柱面镜，所以这种聚光系统对入射光角度偏离的容忍度较高。在光学效率在50%以上的入射光角度容忍度可达2?4度。
[0006]本发明中的二次聚光柱面镜为一端为球面，另一端为平面的柱面镜，直径为3?12mm，长度为5?15mm，材料为玻璃。柱面镜的生产首先采用高温下拉制大口径玻璃预形体制成所需直径的带有火抛表面的长玻璃棒.再将长玻璃棒的一端局部二次高温加热，玻璃融化后由于表面的张力使其自然形成球面，然后按照所需长度截断。重复上述的局部加热和截断过程即可批量生产柱面镜。最后将批量的柱面镜底端截断面一起研磨抛光，以形成光洁端面。以上二次聚光透镜的生产方式成本较低，适合大规模生产。
[0007]本发明中的衍射透镜材料为透明塑料，采用注塑方式快速成型。衍射透镜依次排列在钢化玻璃盖板上并由环氧树脂胶粘合，以组成透镜阵列。单个衍射透镜尺寸在25x25mm到50x50mm之间，放大倍率在50倍到100倍之间。
【附图说明】
[0008]图1是单个聚光太阳能模块示意图；
图2是聚光太阳能模组的剖面示意图。
[0009]其中附图标记 I为玻璃盖板；
2为衍射透镜；
3为金属基板；
4为二次聚光柱面镜；
5为太阳能电池芯片；
6为太阳能电池的光接收区域。
【具体实施方式】
[0010]下面结合实施例和附图，对发明作详细说明。但本发明的实施方式不限于此。附图中类似标记表示相同或类似部件。然而，为了更好的理解，附图中所示的部件是示意性表示，它们是按比例绘制的，即该附图的部件不表示真实尺寸，这些真实尺寸对本领域普通技术人员来说都是公知的，因此无需进行详细描述。
[0011]下面参考图1，单个聚光太阳能模块示意图。单个衍射透镜2用胶合法固定在整块钢化玻璃盖板I上。玻璃盖板I的厚度在0.5^2.5mm之间。玻璃盖板I为表面光洁平整，高透明度的钢化平板玻璃，钢化方式为物理钢化或化学钢化。玻璃盖板的作用主要是固定和保护塑料材质的衍射透镜，在实际使用中，玻璃盖板可吸收一部分紫外线，以减少对塑料衍射透镜的光致老化效应。单个衍射透镜2的尺寸在30x30mm到60x60mm之间，放大倍率在50倍到150倍之间。衍射透镜材料为透明塑料，采用注塑方式一次成型。实际使用的太阳能模组由衍射透镜阵列组成，可根据需要调整阵列数量的大小，比如从2x2到10x10.太阳能电池片5组成的阵列固定在金属基板5上，并由导线相连。金属基板5的材料选自铝合金、不锈钢和铜构成的组中至少一种金属材料，其主要作用是散热和固定太阳能电池片阵列。衍射透镜2的主轴和二次聚光柱面镜4的主轴重合，玻璃盖板I和金属基板5之间由结构件保持相对位置固定并平行。
[0012]二次聚光柱面镜4通过胶合固定在太阳能电池片5中心位置，柱面镜的底面圆形与电池片的正方形光接收区域6外接。太阳能电池片5的光电转换材料由选自砷化镓、单晶硅、多晶硅、铜铟镓硒和锑化镉构成的组中至少一种半导体材料构成。二次聚光透镜4采用一端为球面，另一端为平面的柱面镜，直径为3?12mm，长度为5?15mm，材料为玻璃。
[0013]下面参考图2，聚光太阳能模组的刨面示意图。左侧第一个聚光模块示意当光在垂直正入射时，聚光点位置在柱面镜中轴的中间位置。左侧第二个聚光模块示意当入射光偏离4度射入时，聚光点向左偏离中轴，但仍然在柱面镜内部。
[0014]上述实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不受所述实施例的限制，任何其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种聚光式太阳能电池，其特征在于太阳能电池的聚光单元由小倍率衍射透镜和简易二次聚光柱面镜组成，这种聚光太阳能电池对入射太阳光偏离的容忍度大，减少了对追日系统精度的依赖。2.根据权利要求1所述的衍射透镜镜，其特征在于，衍射透镜尺寸为25x25mm到50x50mm之间，放大倍率在50倍到100倍之间。3.根据上述权利要求中任意一项所述的的二次聚光柱面镜，其特征在于，柱面镜的一端为球面，另一端为平面，直径为3?12mm，长度为5?15mm，材料为玻璃。4.根据上述权利要求中任意一项所述的的聚光式太阳能电池，其特征在于，二次聚光柱面镜通过胶合固定在太阳能电池芯片中心位置，柱面镜的底面圆形与电池片的正方形光接收区域外接。5.根据上述权利要求中任意一项所述的的聚光式太阳能电池，其特征在于，衍射透镜阵列胶合固定在玻璃盖板上，玻璃盖板的厚度在0.5^2.5mm之间，材质为表面光洁平整，高透明度的钢化平板玻璃。
【专利摘要】一种聚光式太阳能电池，其特征在于太阳能电池的聚光单元由小倍率衍射透镜和简易二次聚光柱面镜组成，这种聚光太阳能电池对入射太阳光偏离的容忍度大，减少了对追日系统精度的依赖。
【IPC分类】G02B3/06, H01L31/054, H02S40/22, G02B19/00, G02B3/00
【公开号】CN104953943
【申请号】CN201410111528
【发明人】郭作超
【申请人】郭作超
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2014年3月25日