具有堆叠光谱分裂光学器件和调谐到由所述光谱分裂光学器件产生的所得光谱片的光伏阵列的光伏系统技术方案

本发明专利技术提供包含多个带隙电池阵列以及光谱分裂光学器件的光伏装置。所述光谱分裂光学器件包括一或多个光谱分裂模块，所述光谱分裂模块包括两个或两个以上光学分裂衍射元件，所述光学分裂衍射元件光学串联以连续并且以衍射方式将入射光分裂成独立地引导到具有适当带隙特征的阵列的不同光伏电池上的片段或片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】具有堆叠光谱分裂光学器件和调谐到由所述光谱分裂光学 器件产生的所得光谱片的光伏阵列的光伏系统 优先权 本专利申请要求2012年8月30日提交的，名称是用于全光谱、超高效率太阳 能转化的光学器件（OPTICSFOR即化S阳CTRUM，ULTRAHIGHEFFICIENCYSOLARE肥RGY CONVERSION)的美国临时专利申请第61/695, 216号，和2012年12月21日提交的名称 是具有堆叠光谱分裂光学器件和调谐到由所述光谱分裂光学器件产生的所得光谱片的光 伏阵列的光伏系统（P册T0V0LTAICSYSTEMmHSTACKEDSPECTRUMS化口TINGOPTICS ANDP册TOVOLTAICARRAYTU肥DTOT肥RESULTINGS阳CTRALSLICESPR孤UCEDBYT肥 S阳CTRUMS化口TINGOPTIC巧的美国临时专利申请第61/745, 267号的优先权，其中所述临 时专利申请的全部内容W引用的方式并入本文中。
本专利技术设及将入射光转化成电能的光伏装置。更确切地说，本专利技术设及包括具有 多个带隙的光伏电池阵列的光伏装置，所述阵列与将入射光分割成片段（或片）并且随后 将片段引导到具有适当对应带隙的阵列的光伏电池上的光谱分裂光学器件组合使用。
技术介绍
光伏电池（也称为太阳能电池或PV电池）将入射光，例如日光转化成电能。令人 遗憾的是，许多个别光伏电池往往会W比所需低的效率将光转化成电能。电池效率受数个 因素限制。 阳〇化]作为一个因素，单结光伏电池具有特征能隙（也称为带隙），其表示光子必须具有W使光子通过电池转化成电能的能量最小量。许多光源，包括日光，发射宽光谱分布的光 子。运类光源的宽带光谱包括能量低于能隙的光子、能量与能隙匹配的光子W及能量高于 能隙的光子。只有能量与能隙匹配的光子得W最有效的使用。能量低于能隙的光子被反射、 透射或吸收并且转化成废热。能量高于能隙的光子仅仅将其与能隙匹配的能量部分转化成 电能，而过量能量主要W废热形式损失。 因此，由于单一光伏电池仅对一小部分入射光宽频带光谱具有最佳光伏反应的 事实，所W所述电池仅将一小部分入射光转化成电能。理论上，对于AML5D(直接）光 谱，至多33.4%可W转化成电能。参见例如马下格林（MartinGreen)，"将光伏效率限制 在基于新颖ASTM国际G173的参考光谱下（Ximitingphotovoltaicefficien巧under newASTMInternationalG173-basedreferencespectra)"，光伏进展（Progressin I^otovoltaics) (2011)第 20 卷，第 954 页。 考虑到单一光伏电池对宽频带光谱有充分反应的能力运一限制，已知并有具有多 个带隙的电池阵列的光伏装置。另外，使用光谱分裂光学器件将宽带光谱分裂成两个或两 个W上较窄光谱带（也称为光谱片、部分或组分）。将较窄带引导到具有不同带隙的电池 上。每个被对准的电池经过设计具有适应于引导到其上的光谱带的带隙，W有助于使能量 转化最佳。简单地说，分裂光学器件将入射光分割成片段或片并且随后将片独立地引导到 具有适当带隙的那些PV电池上。举例来说，将与较高能量光相关的光谱带引导到对于较高 能量光转化最佳的具有相对较高带隙的PV电池上，并且将与较低能量光相关的光谱带引 导到对于较低能量光转化最佳的具有相对较低带隙的PV电池上。已描述W此方式使用2 个、3个或3个W上光谱片的系统。 在专利和技术文献已描述了具有多带隙和光谱分裂特征的光伏系统。实例包 括美国专利第4, 418, 238号、第5, 517, 339号、第4, 021，267号W及第4, 204, 881号；美 国专利公开第2011/0284054号；菲克斯勒（Fixler)等人，能量光子杂志（J.OfPhotons 化rEnergy)，"为了增强光伏电池的可操作性的日光光谱分离（SpectralS^aration ofSunlightforEnh曰needOperabilityofPhotovoltaicCells)"，第I卷，2011 娜 特凡奇克（Stefancich)，光学快报的pticsExpress)，"用于多电池CPV系统的单元件光 谱分裂太阳能聚光器（SingleElementSpectralSplittingSolarConcentratorfor MultipleCellsCPVSystem)，'，第 20 卷，第 8 期，第 9004-9018 页（2012);托里灯orrey) 等人，应用物理学杂志（J.Applied化ysics)，"在随时间变化的光谱条件下操作的分裂光 谱光伏装置的性能（PerformanceofaSplit-Spectrum陆otovoltaicDeviceOperating UnderTime-VaryingSpectralConditions) ",109,074909 (2011);林（Xin)等人，IE邸 光伏专家会议的会议记录（ConferenceRecordoftheIE邸PhotovoltaicSpecialists Conference)"侧向光伏装置中的无损全息光谱分裂器（losslessHologra地icSpectrum SplitterinLateralPhotovoltaicDevices)",2011 ;000894-000898(2011);卢德 曼（Liulman)等人，第一次WC阳C，I邸EPVSe，第 1208-1211 页，12 月 5-9 日（1994);格 林（Green)等人，"43%复合分裂光谱聚光太阳能电池效率（Fortyt虹eepercent compositesplit-spectrumconcentratorsolarcellefficiency)"，光伏进展：石开究 和应用（Prog.F*h〇tovolt.Res.Appl.) 2010,18 :42-47。W堆叠形式排列的光栅描述于US 5,282,066 中。 许多技术挑战仍给使用多个带隙电池阵列W及光谱分裂光学器件的光伏装置的 性能带来负担。首先，运些系统较复杂，在使用大量排列电池或实施聚光W及光谱分裂时尤 其如此，使得难W设计并且实施运些装置。装置的复杂性也使得难W计算并且预测装置的 性能。还需要个别组件的性能改进，包括一定范围的电池带隙的改进光伏效率和光谱分裂 光学器件的改进光学效率。
技术实现思路
本专利技术提供包含多个带隙电池阵列W及光谱分裂光学器件的光伏装置。光谱分裂 光学器件包括两个或两个W上光学分裂衍射元件，所述元件W-定方式光学串联W有效地 连续并且W衍射方式将入射光分裂成独立引导到具有适当带隙特征的阵列的不同光伏电 池上的片段或片。举例来说，具有较高能量（较短波长）的光谱片选择性对准到具有较高 带隙的电池上，而具有较低能量（较长波长）的光谱片选择性对准到具有较低带隙的电池 上。 本专利技术使用串联的连续衍射和透射光学元件实现光谱分裂。与主要使用分色反射 器实现光谱分裂的系统相比，串联禪合的衍射光学器件优势显著。确实使用分色反射器的 光伏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将入射光转化成电能的光伏系统，所述系统包含：(a)光伏阵列，其包含相对于彼此光学和电学平行并且共同具有定范围的带隙特征的多个空间分布光伏部件，其中每个光伏部件以一定方式并入有一或多个光伏结以使得所述光伏部件具有所述阵列的带隙特征范围的子集的带隙特征；及(b)至少一个光谱分裂光学模块，其包含多个光谱分裂透射衍射光学元件，其中：(i)所述光谱分裂透射衍射光学元件光学串联以使得所述光谱分裂透射衍射光学元件连续并且以衍射方式将所述入射光分裂成多个空间分离的光谱分裂带宽部分；以及(ii)每个带宽部分与所述光伏部件的子集相关并且选择性对准到所述光伏部件的所述相关子集上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·爱斯嘉拉，S·达尔贝，H·A·阿特沃特，R·K·费斯特，C·E·霍夫曼，E·D·克斯顿，M·E·米尔斯，N·拉梅什，J·C·史蒂文斯，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，加州理工学院，
类型：发明
国别省市：美国;US