专利名称：太阳能电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光电技术领域，特别涉及一种太阳能电池。
背景技术：
聚光型太阳能(Concentrator Photovoltaic,CPV)是指将汇聚后的太阳光通过高转化效率的太阳能电池直接转换为电能的技术。CPV采用多结的III-V族化合物电池，具有宽光谱吸收、高转换效率等优点。并且CPV所需的电池面积不大，采用相对廉价的聚光器件替代昂贵的半导体材料，在大规模应用于发电时可有效降低成本、降低生产能耗。由上可知，CPV是最具有发展成为大型支撑电源潜力的太阳能发电方式。但是传统的CPV采用菲涅尔透镜和抛物面反射镜进行聚光，体积庞大，重量过重， 增加了对追踪系统的要求，并且成本较高。为了解决上述问题，对聚光型太阳能技术进行改进发展了导光型聚光太阳能技术。该导光型聚光太阳能与传统聚光透镜最大的区别在于 太阳光是在镜片内部汇聚，因此电池芯片可以直接和镜片粘合在一起，从而大大简化系统结构，整个系统的成本也将随之大幅下降。此外，在汇聚可见光的同时，能够阻止红外辐射的汇聚，使电池芯片甚至无需配备主动冷却系统即可正常工作。专利文献1(申请号为US20100705415，申请日为2010年2月12日)公开了一种太阳能系统。在专利文献1中记载的导光型聚光太阳能电池只有一个入射部分和导光部分，输出的光斑为一个高斯分布的圆形。高斯分布的圆形光斑将导致如下问题(1)电池芯片通常切割成边长为3 10毫米的方形，而圆形光斑和方形芯片的不匹配将使得芯片载流子分布不均勻，形成热斑效应，导致芯片损坏；(2)圆形光斑不能覆盖到方形芯片的全部区域，造成昂贵芯片的浪费；(3)在芯片上圆形光斑不能覆盖到的区域将具有高电阻区，从而阻碍芯片生成的电流向外输出，造成电流传输效率低，进而降低了芯片性能。
实用新型内容本实用新型的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，特别提出一种光能传输效率高且制造工艺简单的太阳能电池。为此，本实用新型的实施例提供了一种太阳能电池，包括光汇聚组件，所述光汇聚组件对太阳光进行采集，并对所述采集的太阳光进行汇聚以形成汇聚光；光斑转换组件， 所述光斑转换组件包括顶面，所述顶面为透明材料以形成光入口 ；底面，所述底面为透明材料以形成光出口 ；和位于所述顶面和所述底面之间的周面，所述周面的材料为非透明材料，且所述周面的内壁涂覆有反射层；其中，所述光入口与所述光汇聚组件相连以使所述汇聚光通过所述光入口进入所述光斑转换器，并在所述光斑转换组件之内通过反射对所述光汇聚组件形成的汇聚光进行均勻化和整形以使处理后的光线按照所述光出口的形状均勻地发射；光电转换芯片，所述光电转换芯片位于所述光斑转换组件的光出口之下，且所述光电转换芯片的形状与尺寸与所述出光口的形状和尺寸相互匹配。[0010]根据本实用新型实施例的太阳能电池，通过光斑转换组件将汇聚光进行多次反射以均勻地入射到光电转换芯片上，从而可以消除光斑效应、显著地改善光电转换芯片上光辐照的分布，提高光电转换芯片的利用率以及可靠性。并且，本实用新型实施例提供的太阳能电池的制造工艺简单、生成成本低。在本实用新型的一个实施例中，所述光汇聚组件包括基板；形成在所述基板之上的光入射部分，所述光入射部分将垂直射入的太阳光向所述基板的中心折射；和形成在所述基板之内的导光部分，所述导光部分将所述光入射部分折射的光向所述基板的中心部分反射，其中，所述光斑转换组件的光入口设置在所述基板的中心部分。在本实用新型的一个实施例中，所述光汇聚组件的导光部分和所述光斑转换组件一体形成。在本实用新型的一个实施例中，所述光汇聚组件的导光部分和所述光斑转换组件的材料为亚克力或光学玻璃。在本实用新型的一个实施例中，所述光电转换芯片和所述光斑转换组件之间通过光学胶粘接，且所述光学胶的折射率介于所述光电转换芯片的折射率和所述光斑转换组件的折射率之间以对所述光电转换芯片和所述光斑转换组件的折射率进行匹配。在本实用新型的一个实施例中，所述光斑转换组件为柱形。在本实用新型的一个实施例中，所述光斑转换组件的底面大于所述光斑转换组件的顶面。由此，顶面的入光口较小有利于光线的集中，并且底面的出光口较大也可以满足出光口的形状和尺寸与光电转换芯片的形状与尺寸与相互匹配，从而有利于将经过光斑转换组件反射后的光线均勻地入射到光电转换芯片上。在本实用新型的一个实施例中，所述光斑转换组件的底面的中心部位具有凹凸结构以对所述光斑转换组件的中心区域射入的光线进行散射。由于光斑转换组件的中心区域集中射入的光线(例如垂直入射的光线)的强度较高，通过凹凸结构对光斑转换组件的中心区域集中射入的光线进行散射，可以避免中心区域集中射入的光线对光电转换芯片的损伤，并且有利于提高光电转换芯片的光辐照分布的均勻性。在本实用新型的一个实施例中，所述导光部分的中心处涂覆有反射层以将所述汇聚光射入到所述光斑转换组件的光入口。由此，导光部分的中心处两侧的汇聚光均可以通过中心处的反射层射入到光斑转换组件的光入口。本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从
以下结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为根据本实用新型实施例的太阳能电池的剖视图；图2为根据本实用新型实施例的太阳能电池的中心部分的局部剖视放大图；[0026]图3为根据本实用新型实施例的太阳能电池的三维俯视示意图；图4为根据本实用新型实施例的太阳能电池的三维仰视示意图；图5为光线在太阳能电池内的传播示意图；和图6为光斑转换组件的不同位置处光能量分别效果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和 /或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。下面参考图1至图4描述本实用新型实施例提供的太阳能电池1000。其中， 根据本实用新型实施例的太阳能电池1000可以应用于聚光型太阳能(Concentrator Photovoltaic, CPV)技术。如图1所示，根据本实用新型实施例的太阳能电池1000包括光汇聚组件100、光斑转换组件200和光电转换芯片300。其中，所述光汇聚组件100、光斑转换组件200和光电转换芯片300由上至下依次设置，并且光斑转换组件200位于光汇聚组件100下方的中心位置。光汇聚组件100采集太阳光，并对采集到的太阳光进行汇聚以形成汇聚光。具体而言，光汇聚组件100包括基板110、位于基本110之上的光入射部分120和位于基本110 只能的导光部分130。光入射部分120将垂直射入到太阳能电池1000表面的太阳光向基板 110的中心方向折射，光线进一步入射到基板110内的导光部分130。导光部分130利用光的反射性，将不同位置处接收到的由光入射部分120折射的光向基板110的中心部分反射。 光汇聚组件100的结构具体可以参考专利文献1(申请号为US20100705415，申请日为2010 年2月12日)中的描述。但需要说明的在本实用新型实施例中光汇聚组件还可采用其他目前已知或日后发展的结构，只要能实现光线汇聚的作用即可。在本实用新型的一个实施例中，导光部分130的中心处(即光斑转换器200的上方)为向内(图2中的下方)弯曲的曲面。在所述导光部分130的中心处的表面涂覆有反射层131，从而将汇聚光集中反射到光斑转换组件200内。所述反射层131可以为通过蒸镀、溅射等工艺制作成的金属反射膜或介质反射膜。在本实用新型的一个示例中，反射层131可以通过在所述导光部分130的中心处
5的表面镀上金属反射膜实现。当然对于本领域普通技术人员可以理解的是，根据要求的光线入射位置不同，反射层131可以粘贴在任意需要的位置。光斑转换组件200收集由光汇聚组件1000的导光部分130反射来的汇聚光进行多次反射以实现对光辐照的分布的均勻后和整形。如图1和图2所示，光斑转换组件200 包括顶面、底面和周面210，其中周面210位于顶面和底面之间。在本实用新型的一个实施例中，顶面和底面的材料均为透明材料，从而可以在顶面形成光入口，在底面形成光出口。周面210的材料为非透明材料且在周面210的内壁涂覆有反射层。例如，在周面210的内部镀有金属反射膜。光斑转换组件200的光入口设置在基板110的中心部分，且光入口与光汇聚组件相连。由此，由导光部分130反射的汇聚光通过光入口进入光斑转换器200，此时的汇聚光的分布是不规则的。所述分布不规则的汇聚光进入到光斑转换器200后通过涂覆有反射层的周面的多次反射以实现均勻化和整形。均勻化和整形后的光线按照底面的出光口的形状均勻地发射，进一步入射到位于出光口之下的光电转换芯片300的表面上。出光口的形状和尺寸与光电转换芯片300的形状与尺寸相互匹配，从而可以使得经过光斑转换组件均勻化后的光线可以均勻地入射到光电转换芯片300的表面上，即出光口的光斑与光电转换芯片300的形状相互匹配。在光斑转换组件200的底面的中心部位具有凹凸结构，以对光斑转换组件200的中心区域集中射入的光线进行散射，例如对垂直入射的光线进行散射。由于光斑转换组件 200的中心区域集中射入的光线(例如垂直入射的光线)的强度较高，通过凹凸结构对光斑转换组件200的中心区域集中射入的光线进行散射，可以避免中心区域集中射入的光线对光电转换芯片300的损伤，并且有利于提高光电转换芯片300的光辐照分布的均勻性。在本实用新型的一个示例中，光斑转换组件可以为柱形，其中光斑转换组件的顶面、周面和底面的截面相同。在本实用新型的另一个示例中，光斑转换组件的底面大于顶面，换言之，光斑转换组件的底面的面积大于顶面的面积。由此，顶面的入光口较小有利于光线的集中，并且底面的出光口较大也可以满足出光口的形状和尺寸与光电转换芯片的形状与尺寸与相互匹配， 从而有利于将经过光斑转换组件反射后的光线均勻地入射到光电转换芯片上。光汇聚组件100的光入射部分120可以单独制成。光汇聚组件100的导光部分 130和光斑转换组件200可以一体形成，也可以分体形成。当导光部分130和光斑转换组件 200分体形成时，利用光学胶将上述两者粘接在一起。在本实用新型的一个实施中，光汇聚组件100的导光部分130和光斑转换组件200 的材料为亚克力(PMMAAolymethylMethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)或光学玻璃。换言之，光汇聚组件100的导光部分130和光斑转换组件200可以采用亚克力材料通过射出成型的工艺制作，也可以采用光学玻璃材料通过打磨、热压成型工艺制作。光电转换芯片300和光斑转换组件200可以通过光学胶粘接，其中所述光学胶的折射率介于光电转换芯片300的折射率和光斑转换组件200的折射率之间，从而可以对光电转换芯片300和光斑转换组件200的折射率进行匹配。光电转换芯片300收集由光电转换组件200反射过来的光线的能量，并将其转换为电能供给负载设备，驱动负载设备的运转。在本实用新型的一个示例中，光电转换芯片300可以采用高效率III-V族化合物半导体芯片。本实用新型实施例提供的太阳能电池的立体结构可以参照图3和图4所示。下面参考图5和图6描述光线在太阳能电池1000内的传播路径以及在光斑转换器的不同位置处的能量分布。如图5所示，光线L垂直入射到光入射部分120，然后由光入射部分120将光线向基板110的中心部分折射，即向光斑转换器200和光电转换芯片300所在的中心方向折射。 光线L在导光部分130内经过多次反射，通过光入口射入光斑转换器200内。光线L在光斑转换器200内经过多次反射以进行均勻后和整形。图6示出了光线在光斑转换器200的入光口、中段以及出光口处的能量分布。具体而言，光线在入光口处的光辐照分布(如Al所示)不均勻，只在中心位置形成有圆形的光斑，而在四周位置的光能量分布较低。光线在光斑转换器200的中段的光辐照分布(如 A2所示)相对入光口更为均勻，光斑大体上与光斑转换器的截面一致，但是四周的光能量分布仍比中心位置光能量分布低。光线在光斑转换器200的出光口的光辐照分布(如A3所示)较为明显地显示出光能量分布很均勻，四周位置与中心位置的光能量分布较为一致。 从图6中可以看出，经过光斑转换器200的处理后，光辐照的分布和均勻性得到了显著的改善。由此，从出光口入射到光电转换芯片300上的光线的光辐照的分布也是均勻的。根据本实用新型实施例的太阳能电池，通过光斑转换组件将汇聚光进行多次反射以均勻地入射到光电转换芯片上，从而可以消除光斑效应、显著地改善光电转换芯片上光辐照的分布，提高光电转换芯片的利用率以及可靠性，从而可以进一步增强光电转换芯片的电流输出特性以及使用寿命。并且，本实用新型实施例提供的太阳能电池的制造工艺简单、生成成本低。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求1.一种太阳能电池，其特征在于，包括光汇聚组件，所述光汇聚组件对太阳光进行采集，并对所述采集的太阳光进行汇聚以形成汇聚光；光斑转换组件，所述光斑转换组件包括顶面，所述顶面为透明材料以形成光入口；底面，所述底面为透明材料以形成光出口 ；和位于所述顶面和所述底面之间的周面，所述周面的材料为非透明材料，且所述周面的内壁涂覆有反射层；其中，所述光入口与所述光汇聚组件相连以使所述汇聚光通过所述光入口进入所述光斑转换器，并在所述光斑转换组件之内通过反射对所述光汇聚组件形成的汇聚光进行均勻化和整形以使处理后的光线按照所述光出口的形状均勻地发射；光电转换芯片，所述光电转换芯片位于所述光斑转换组件的光出口之下，且所述光电转换芯片的形状与尺寸与所述出光口的形状和尺寸相互匹配。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光汇聚组件包括基板；形成在所述基板之上的光入射部分，所述光入射部分将垂直射入的太阳光向所述基板的中心折射；和形成在所述基板之内的导光部分，所述导光部分将所述光入射部分折射的光向所述基板的中心部分反射，其中，所述光斑转换组件的光入口设置在所述基板的中心部分。
3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述光汇聚组件的导光部分和所述光斑转换组件一体形成。
4.如权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述光汇聚组件的导光部分和所述光斑转换组件的材料为亚克力或光学玻璃。
5.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光电转换芯片和所述光斑转换组件之间通过光学胶粘接，且所述光学胶的折射率介于所述光电转换芯片的折射率和所述光斑转换组件的折射率之间以对所述光电转换芯片和所述光斑转换组件的折射率进行匹配。
6.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光斑转换组件为柱形。
7.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光斑转换组件的底面大于所述光斑转换组件的顶面。
8.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述光斑转换组件的底面的中心部位具有凹凸结构以对所述光斑转换组件的中心区域射入的光线进行散射。
9.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于，所述导光部分的中心处涂覆有反射层以将所述汇聚光射入到所述光斑转换组件的光入口。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳能电池，包括光汇聚组件，对太阳光进行采集并进行汇聚以形成汇聚光；光斑转换组件，包括顶面，为透明材料以形成光入口；底面，为透明材料以形成光出口；周面，周面的材料为非透明材料且周面的内壁涂覆有反射层；其中，光入口与光汇聚组件相连以使汇聚光通过光入口进入光斑转换器，并在光斑转换组件之内通过反射对光汇聚组件形成的汇聚光进行均匀化和整形以使处理后的光线按照光出口的形状均匀地发射；光电转换芯片，位于光斑转换组件的光出口之下，且光电转换芯片的形状与尺寸与出光口的形状和尺寸相互匹配。本实用新型可以显著地改善光电转换芯片上光辐照的分布，提高光电转换芯片的利用率以及可靠性。
文档编号H01L31/052GK202307977SQ20112015357
公开日2012年7月4日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者王杏华 申请人:王杏华