專利名稱：提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電池領(lǐng)域，特別是提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法及 裝置。
背景技術(shù)：
能源是人類社會(huì)存在與發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著石油、煤炭、天 然氣等化石能源的緊缺和價(jià)格上揚(yáng)，人們竟相開展可再生能源的開發(fā)、研 究。太陽(yáng)能光伏發(fā)電是可再生能源的重要組成部分。我國(guó)自1958年開始 研制光電池，主要有單晶、多晶硅光電池產(chǎn)品。目前，由于硅光電池存在許多弊端，影響了它的實(shí)際應(yīng)用 一是太 陽(yáng)能能量密度低，硅光電池利用成本高。太陽(yáng)能是清潔、廉價(jià)的可再生能 源，取之不盡、用之不竭，能量巨大，輻射到地球表面的能量約8. 1 x 1013kw, 相當(dāng)于全世界發(fā)電量的幾十萬倍。但相對(duì)地球表面來說能量密度較低，全 年平均只有600kcat/nfh，約O. 7kw/m2h;加之利用時(shí)受氣象、地理緯度、 太陽(yáng)方位、高度角等諸多因素影響。因此，硅光電池利用設(shè)備面積大，一 次性投入成本高。如西藏卡瑪鄉(xiāng)建設(shè)一座25kw光伏電站，年發(fā)電量 53750kw/h,總投資263萬元，系統(tǒng)投資約10萬元/kw,是當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電 投資的10倍。二是硅光電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率低。目前，硅光電池組 件能商品化的產(chǎn)品以單、多晶硅系列產(chǎn)品為主，硅光電池的光電轉(zhuǎn)換效率 低， 一般只有12-15%,光電轉(zhuǎn)換效率高的最多達(dá)到18-25%。由于光伏電 站大面積安裝的硅光電池方陣均為固定安裝，傾斜角度接近當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥龋虼耍? 一年四季、 一天中均受太陽(yáng)的高角度和方位角影響，硅光電池方陣平面接受太陽(yáng)光的有效光照面積均小于1， 一般為0.5-0. 7左右。因 此，硅光電池的實(shí)際光電轉(zhuǎn)換效率還要低很多。三是提高硅光電池本身的 光電轉(zhuǎn)換效率很困難。限制硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率提高的主要技術(shù)障礙 是電池表面柵線遮光影響、電池表面反光損失、光導(dǎo)損失、內(nèi)部復(fù)合損 失和表面復(fù)合損失等。鑒于以上諸多因素影響，雖然硅光電池的光電轉(zhuǎn)換 效率的理論值為33%,但是國(guó)際巿場(chǎng)上的硅光電池產(chǎn)品的實(shí)際光電轉(zhuǎn)換效 率為單晶最高只有24%,多晶最高只有21%。因此，要提高硅光電池的 光電轉(zhuǎn)換效率很難。綜上所述，硅光電池的光電轉(zhuǎn)換效率低，以及光伏電站占地面積大， 一次性投資高，經(jīng)濟(jì)效益差，影響了硅光電池的推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高硅光電池光電 轉(zhuǎn)換效率的方法及裝置，通過增加硅光電池工作面上的光輻照強(qiáng)度，改變 硅光電池工作面上的太陽(yáng)光分布，減少因太陽(yáng)光對(duì)硅光電池工作面輻照度 提高而造成硅光電池工作溫度的升高，從而提高硅光電池的光電轉(zhuǎn)換效 率，降低硅光電池的應(yīng)用成本，以利硅光電池的推廣應(yīng)用。本發(fā)明的解決方案提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法，將硅光電池 的工作面與太陽(yáng)光反射體相向固定在一個(gè)支架上，太陽(yáng)光反射體及硅光電 池的非工作面朝向太陽(yáng)，在硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體之間安放有 濾光板，僅使太陽(yáng)光的可見光和紫外光能穿過濾光板進(jìn)入太陽(yáng)光反射體并 反射到硅光電池的工作面上，發(fā)生光電反應(yīng)，而不能在硅光電池的工作面上發(fā)生光電反應(yīng)的紅外光，大部分被濾光板阻擋不能進(jìn)入太陽(yáng)光反射體， 直接被反射到大氣環(huán)境中，降低硅光電池工作面的工作溫度，有效改變了 硅光電池的工作面的太陽(yáng)光的分布，大幅度地提高了硅光電池的光電轉(zhuǎn)換在硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體之間安放的濾光板為透明平板 玻璃。太陽(yáng)光反射體為圓柱面聚光鏡，太陽(yáng)光中可見光和紫外光透過透明平板玻璃，經(jīng)圓柱面聚光鏡聚光后被反射到硅光電池工作面上，硅光電池可依據(jù)應(yīng)用功率的要求，可以是單體的硅光電池，也可以將單體的硅光電池進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)，并封裝成不同規(guī)格的硅光電池組件平板。提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的裝置，含有硅光電池、太陽(yáng)光反射體、支架，硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體相向固定在支架上，在硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體之間安放有能阻止紅外光進(jìn)入太陽(yáng)光反射體濾太陽(yáng)光反射體為圓柱面聚光鏡，圓柱面聚光鏡的鏡面由平整光滑的 薄板為基材，基材上貼有反光材料，硅光電池背面貼反光材料，或加一層 遮光板。圓柱面聚光鏡鏡面的基材為厚度l-2mm的塑料陽(yáng)光板，或不銹鋼板， 或玻璃鋼板，反光材料為拋光的不銹鋼薄板，或聚酯真空鍍鋁膜；遮光板 的厚度為1—1. 5mm的不透明白色塑料薄板。在硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體之間安放的濾光板為透明平板玻璃，透明平板玻璃封蓋在圓柱面聚光鏡的開口上。支架分為上支架和下支架兩部分，上支架固定在下支架上，硅光電池 安放在上支架上，圓柱面聚光鏡固定在下支架上，下支架含有兩對(duì)相對(duì)高 度可調(diào)的支腳，便于調(diào)整圓柱面聚光鏡的傾斜角度，以適應(yīng)不同緯度地區(qū) 太陽(yáng)光入射角不同的需要。硅光電池工作面偏離圓柱面聚光鏡的中心線，且與固定在圓柱面聚光 鏡上口的作為濾光板的透明平板玻璃平行，硅光電池工作面的兩側(cè)邊分別 位于圓柱面聚光鏡的中剖面上，兩中剖面分別與圓柱面聚光鏡的中心線及 圓柱面聚光鏡上口的兩側(cè)邊線重合。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、 釆用圓柱面聚光鏡聚光反射，太陽(yáng)光線聚焦于中心線上，或形成 與圓柱面聚光鏡上口平行的聚光面。圓柱面聚光鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無須跟蹤裝 置，操作方便，成本低廉。2、 改變了太陽(yáng)光譜的分布，對(duì)硅光電池而言，只有可見光對(duì)硅光電 池有光電反應(yīng)，而紫外光、紅外光對(duì)硅光電池沒有光電反應(yīng)，紫外光能量 小，而紅外光能量大，占太陽(yáng)輻射總量的43%,采用透明平板玻璃封蓋在 圓柱面聚光鏡的開口上，能100"/。通過紫外光、可見光，紅外光不能透過透 明平板玻璃，100%被反射。透過透明平板玻璃的可見光被圓柱面聚光鏡聚 焦后再反射到硅光電池組件的工作面上，大幅度地提高了電池的光輻照強(qiáng) 度，電池短路電流亦成倍增加。3、 降低了硅光電池的工作溫度。紅外光輻射是熱輻射，會(huì)提高被輻 射體的表面溫度，通常隨著硅光電池光輻照強(qiáng)度的提高，硅光電池工作溫 度亦隨之提高。本發(fā)明采用透明平板玻璃封蓋在圓柱面聚光鏡的上口上， 反射大部分紅外光，硅光電池工作面朝下，背面釆取反射或遮光措施，明 顯降低了太陽(yáng)光的熱輻射，降低了光電池的工作溫度，大幅度地提高了硅 光電池的光電轉(zhuǎn)換率。4、 采用本發(fā)明可使現(xiàn)有硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率、輸出功率成倍提高， 建同樣功率的光伏電站需配備的硅光電池方陣面積將成倍減少，大大降低了一次性投資成本，減少了建筑面積，提高了光電利用的經(jīng)濟(jì)效益，有利于硅光電池的推廣應(yīng)用。


圖l為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的A一A剖視圖。圖中1 —下支架；2 —上支架；3—遮光板；4一硅光電池組件平板； 5—透明平板玻璃；6—支腳；7 —調(diào)節(jié)管；8 —支腳；9一圓柱面聚光鏡； 10—基材；ll一反光膜；12 —不銹鋼板。
具體實(shí)施例方式提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法，由8塊單體硅光電池串聯(lián)、并聯(lián)， 并封裝成硅光電池組件平板4，將硅光電池組件平板4固定在上支架2上， 上支架2固定在下支架1上，圓柱面聚光鏡9固定在下支架1上，保持硅光電池組件平板4的工作面與圓柱面聚光鏡9相向設(shè)置，圓柱面聚光鏡9 及硅光電池組件平板4的非工作面朝向太陽(yáng)，在硅光電池組件平板4的工 作面與圓柱面聚光鏡9之間安放有透明平板玻璃5,僅使太陽(yáng)光的可見光 和紫外光能穿過透明平板坡璃5進(jìn)入圓柱面聚光鏡9，并反射到硅光電池 組件平板4的工作面上，發(fā)生光電反應(yīng)，而不能在硅光電池組件平板4的 工作面上發(fā)生光電反應(yīng)的紅外光，大部分被透明平板玻璃5阻擋不能進(jìn)入 圓柱面聚光鏡9,直接被反射到大氣環(huán)境中，降低了硅光電池組件平板4 工作面的工作溫度，有效改變了硅光電池組件平板4的工作面的太陽(yáng)光的分布，大幅度地提高了硅光電池組件平板4的光電轉(zhuǎn)換效率。提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的裝置，按應(yīng)用功率要求由硅光電池生產(chǎn) 廠家封裝硅光電池組件平板4，本實(shí)施例由8塊單體硅光電池串聯(lián)、并聯(lián)， 并封裝成硅光電池組件平板4，依據(jù)硅光電池組件平板4工作面的長(zhǎng)、寬 尺寸和接受反射光的倍數(shù)確定聚焦比，設(shè)定圓柱面聚光鏡9釆光面長(zhǎng)、寬 尺寸。硅光電池組件平板4固定在上支架2上，上支架2固定在下支架1 上，下支架1有兩對(duì)支腳6、 8,其中， 一對(duì)支腳6上裝有調(diào)節(jié)管7,使兩 對(duì)支腳6、 8的相對(duì)高度可調(diào)，便于調(diào)整圓柱面聚光鏡9的傾斜角度，北 半球面向南，南半球面向北，圓柱面聚光鏡9的中心線與地平面傾角接近 當(dāng)?shù)氐乩砭暥?，以適應(yīng)不同緯度地區(qū)太陽(yáng)光入射角不同的需要，保證圓柱 面聚光鏡9在一年中擁有較佳的釆光效果。圓柱面聚光鏡9固定在下支架 1上，保持硅光電池組件平板4的工作面與圓柱面聚光鏡9相向設(shè)置，保 證硅光電池組件平板4的工作面與設(shè)定的圓柱面聚光鏡9的聚焦面重合。 太陽(yáng)光線通過圓柱面聚光鏡9的反光膜11反射聚焦成一個(gè)聚焦面，若聚焦面位于圓柱面聚光鏡9的中心線上，則聚焦面就為一條線；若聚焦面偏 離中心線，則聚焦面就為平行于圓柱面聚光鏡9上口的一個(gè)聚焦面，聚焦 面距中心線越近，聚焦面越小，聚焦比越大，聚焦面上接受的圓柱面聚光 鏡9反射的太陽(yáng)光的輻照度越大，反之，接受的太陽(yáng)光的輻照度就低。根 據(jù)這一特性，將硅光電池組件平板4的工作平面設(shè)置在設(shè)定的圓柱面聚光 鏡9聚焦比的聚焦面上，硅光電池組件平板4就可以接受到數(shù)倍于太陽(yáng)光 的輻照。在硅光電池組件平板4的工作面與圓柱面聚光鏡9之間安放有能 阻止紅外光進(jìn)入圓柱面聚光鏡的厚度為3mm的低含鐵量的透明平板玻璃 5，透明平板玻璃5封蓋在圓柱面聚光鏡9的上口。硅光電池組件平板4 與透明平板玻璃5平行設(shè)置。圓柱面聚光鏡9的鏡面的基材10為厚度 1.5mm的不銹鋼板，不銹鋼板上貼有聚酯真空鍍鋁膜作為反光膜ll，圓柱 面聚光鏡5的兩端面用厚度為lmm的不銹鋼板12封閉，以防灰塵、雨水 進(jìn)入圓柱面聚光鏡9，保護(hù)聚酯真空鍍鋁膜，封閉時(shí)在低的一端留有出氣 孔。在距硅光電池組件平板4背面2cm處為安放了一塊厚度為l,的不透 明白色塑料薄板作為遮光板3。硅光電池組件平板4工作面偏離圓柱面聚 光鏡9的中心線，且與固定在圓柱面聚光鏡9上口的透明平板玻璃5平行， 硅光電池組件平板4工作面的兩側(cè)邊分別位于圓柱面聚光鏡9的中剖面 上，兩中剖面分別與圓柱面聚光鏡9的中心線及圓柱面聚光鏡9上口的兩 側(cè)邊線重合。該實(shí)施例可直接作為應(yīng)用電源，也可以將若干本實(shí)施例串、并聯(lián)組成 光伏電站。
權(quán)利要求
1、提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法，其特征在于將硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體相向固定在一個(gè)支架上，太陽(yáng)光反射體及硅光電池的非工作面朝向太陽(yáng)，在硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體之間安放有濾光板，僅使太陽(yáng)光的可見光和紫外光能穿過濾光板進(jìn)入太陽(yáng)光反射體并反射到硅光電池的工作面上，發(fā)生光電反應(yīng)，而紅外光大部分被濾光板阻擋不能進(jìn)入太陽(yáng)光反射體，直接被反射到大氣環(huán)境中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法，其特 征在于在硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體之間安放的濾光板為透明平板
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法，其特 征在于太陽(yáng)光反射體為圓柱面聚光鏡，太陽(yáng)光中可見光和紫外光透過透明 平板玻璃，經(jīng)圓柱面聚光鏡聚光后被反射到硅光電池工作面上，硅光電池 可依據(jù)應(yīng)用功率的要求，可以是單體的硅光電池，也可以將單體的硅光電池進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)，并封裝成不同規(guī)格的硅光電池組件平板。
4、 提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的裝置，其特征在于含有硅光電池、太陽(yáng)光反射體、支架，硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體相向固定在支架上， 在硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體之間安放有能阻止紅外光進(jìn)入太陽(yáng)光 反射體濾光板。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的裝置，其特征在于太陽(yáng)光反射體為圓柱面聚光鏡，圓柱面聚光鏡的鏡面由平整光滑的薄 板為基材，基材上貼有反光材料，硅光電池背面貼反光材料，或加一層遮 光板。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的提髙硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的裝置，其特征 在于圓柱面聚光鏡鏡面的基材為厚度1-2mrn的塑料陽(yáng)光板，或不銹鋼板， 或玻璃鋼板，反光材料為拋光的不銹鋼薄板，或聚酯真空鍍鋁膜；遮光板 的厚度為l一l. 5mm的不透明白色塑料薄板。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的裝置，其特征 在于在硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體之間安放的濾光板為透明平板玻 璃，透明平板玻璃封蓋在圓柱面聚光鏡的開口上。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的裝置，其特征在于支架分為上支架和下支架兩部分，上支架固定在下支架上，硅光電池 安放在上支架上，圓柱面聚光鏡固定在下支架上，下支架含有兩對(duì)相對(duì)高 度可調(diào)的支腳，便于調(diào)整圓柱面聚光鏡的傾斜角度，以適應(yīng)不同緯度地區(qū) 太陽(yáng)光入射角不同的需要。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的裝置，其特征在于硅光電池工作面偏離圓柱面聚光鏡的中心線，且與固定在圓柱面聚光 鏡上口的作為濾光板的透明平板玻璃平行，硅光電池工作面的兩側(cè)邊分別 位于圓柱面聚光鏡的中剖面上，兩中剖面分別與圓柱面聚光鏡的中心線及 圓柱面聚光鏡上口的兩側(cè)邊線重合。
全文摘要
提高硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率的方法及裝置，含有硅光電池、太陽(yáng)光反射體、支架，硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體相向固定在支架上，在硅光電池的工作面與太陽(yáng)光反射體之間安放有濾光板，太陽(yáng)光反射體及硅光電池的非工作面朝向太陽(yáng)，僅使太陽(yáng)光的可見光和紫外光能穿過濾光板進(jìn)入太陽(yáng)光反射體并反射到硅光電池的工作面上，發(fā)生光電反應(yīng)，而不能在硅光電池的工作面上發(fā)生光電反應(yīng)的紅外光，大部分被濾光板阻擋不能進(jìn)入太陽(yáng)光反射體，直接被反射到大氣環(huán)境中，降低了硅光電池工作面的工作溫度，有效改變了硅光電池的工作面的太陽(yáng)光的分布，可使現(xiàn)有硅光電池光電轉(zhuǎn)換效率、輸出功率成倍提高，大大降低了一次性投資成本。
文檔編號(hào)H01L31/052GK101404302SQ200810235198
公開日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者李慶明, 趙石林 申請(qǐng)人:李慶明