报告二-分光谱太阳能电池.ppt

提高光电 转换效率的光 谱分束技术Spectral beam splitting technology for increased photo-electric conversion efficiency第一部分：光谱分束技术 1 背景介绍 2 分光谱技术的意义 3 分光谱的概念 4 光伏分光谱系统第二部分：分光谱太阳能电池 1 光伏系统结构 1.1 光伏电池结构 1.2 横向光学系统 2 光学设计 2.1 低倍静止聚光 2.2 光谱分光设备 3 太阳能电池的设置 4 几种分光系统简介1 背景介绍提高太阳能电池效率的途径： ① 改进电池结构 ② 开发新材料 ③采用全心的构思太阳能电池中的光学设计-使光线进入工作层① 宽带抗反射层； ② 光线捕获（电池表面或背面的绒面结构）比较好的能随意粗糙的背表面（a Lambertian surface）可将入射光线以任意的角度反射出去包含分布布拉格反射光栅的光子晶体，使入射光 线几乎全部被吸收太阳能聚光系统中，通过采用光谱分光技术， 使用一个或多个光子接收器可以提高能源利用率 和更高的光电转换效率这种技术是在1960年提 出的，在热光伏转换中得到了研究，而在光伏聚 光设备中使用具有不同能带隙材料的太阳能电池 的这种技术，早在1955就提出来了。

2 分光谱技术的意义提高光伏系统光电转换效率可以通过以下的方 法来实现：① 把太阳光谱照射到更能有效地进行光电转换 的太阳能电池上，如热光伏和冷光聚光系统;② 将具有不同能带隙的太阳能半导体材料连续 地堆叠或平行布置以吸收更大范围的太阳光谱 ；③ 将太阳光谱分束，同时进行光电转换和光热 转换过程，有效地将高温光热转换与高校光电转 换结合起来聚光倍率增加的同时潜在地增加了太阳能电池 的温度，解决的办法：a增加冷却装置； b利用 光谱分束，将部分太阳光谱直接照射到光伏电池 上，这将大大降低电池的热负载 3 分光谱的概念光电转换具有高度的波长依赖性，当光子的 能量接近于光伏电池的能带隙时，具有最高的能 量转换效率能量低于光伏电池带隙能量的光子 将穿过电池光电转换区域而不被吸收，并最终作 为热量在电池的其他地方散失掉太阳能光伏/光热转换4 光伏分光谱系统通过将不同的太阳光谱照射到能匹配该谱 带吸收能量的不同的太阳能电池上，可以实现 高的光电转换效率从理论上讲， 85 ％的效 率是可以实现的分光谱的两种方法第二部分 分光谱太阳能电池1 光伏系统结构2 光学设计3 太阳能电池的设置1 光伏系统结构新型的横向光学聚焦系统，该系统将 太阳入射光分成高、中、低三个不同的能 量束，分别照射到不同的半导体材料上。

该聚焦系统包含一个静止的宽接收角光学 系统，可以捕获大量的光能而不需要复杂 的跟踪装置，体积大大减小，可用于便携 设备1.1 光伏电池结构横向太阳能电池结构通过让各个太阳能电池 在各自的光谱带上得到优化，增加了多结太阳能 电池材料的选择范围，避免了晶格和电流匹配的 限制此外，由于设备不必连续的连接，光谱失 配的损失减少，也避免了对隧道结的需求，减小 了载流子的复合1.2 横向光学系统带有分光光学元件的横向太阳能电池结 构与静止的聚光器相结合将太阳光分成几 个波段，使得每一个设备在相应的波段上 达到最优解2 光学设计 光学设计中应该考虑的主要问题： ① 低成本； ② 在宽的光谱范围内具有高的光电转换效率 ； ③ 能够利用杂散光的宽的接收角3.1 低倍聚光① 提高了太阳能电池上的功率密度 ，设备简 单，不需要跟踪装置，可制成平板结构来吸收 大范围的太阳光② 既可以吸收直接辐射的太阳光，又可以吸 收杂散光（占太阳光功率的10％）③ 较高倍聚光系统电子-空穴对几率减小2.2 光谱分光设备在横向结构中，色散装置插入光路中（像光 栅或棱镜）使光线以一定的角度散射出另一种 分光的方法是使用分色镜，其中一些光线在其表 面被反射，另一些则可以穿过。

商业的分色镜是 冷色镜，其中可见光被反射红外光穿过横向光学系统分光光路原理图3 太阳能电池的设置 不同半导体材料的禁带宽度 材料 禁带宽度/eV 材料 禁带宽度/eV单晶硅 1.12 碲化镉 1.45非晶硅 1.75 砷化镓 1.42CIGS 1.02 InP 1.34锗 0.67 GaInP 1.84GaInAs 0.7 InGaN 2.4GaInAsP 0.95 InGaAsN 0.95横向太阳能电池组能带隙图横向分光谱太阳能电池结构图4 几种分光系统简介 4.1 透射和反射滤光方法非平面结构中的逐层分光光伏电池在分光谱结构中，太阳能电池固定布置 成非平面结构，使得太阳光在电池背面的 银表层上可以连续地从一个太阳能电池反 射到相邻的电池上，每一个电池从入射光 束中摄取能量并将其不能转换成电能的部 分反射到相邻的太阳能电池上。

4.2 折射和吸收滤光方法4.3 冷光虑光方法在透明的平板聚光器内掺入荧光染料，大 多数被聚光器捕获的荧光线由于全内反射最 终传播到平板边缘的光伏电池上平面光波导分路器平面波导阵列光栅AWG是基于干涉原理的波 分复用器件弯曲波导之间有固定光程差，使得 不同波长的光信号在自由传播区干涉，并从不同 输出波导口输出反射式衍射光栅 全息平场凹面光栅是将平面衍射光栅的色散 作用、凹面反射镜的汇聚作用、全息法像面校正 补偿作用集为一身的的一种光学元件。