微结构聚光元件及其制备方法技术

本申请提供一种微结构聚光元件及其制备方法，涉及太阳能发电技术领域。微结构聚光元件包括能够透光的元件本体以及透光介质；元件本体具有受光面、出光面以及连接受光面和出光面的第一侧壁，受光面设有凹槽，透光介质填充于凹槽内且与元件本体的连接处形成两种介质的分界面，以使从受光面进入的入射光线的光路改变并聚焦于出光面。微结构聚光元件结构简单轻巧，仅通过分界面的设置便可以将经受光面获得的光线聚焦于出光面。并且因厚度较薄具有一定的柔性，可应用范围广，提高微结构聚光元件的光电转化效率。

【技术实现步骤摘要】
微结构聚光元件及其制备方法
本申请涉及太阳能发电
，具体而言，涉及一种微结构聚光元件及其制备方法。
技术介绍
随着能源消耗量的日趋增多，太阳能的开发成为了热门研究。在太阳能发电
，为了增加聚集的光源能量，一般采用增大聚光面积、通过透镜聚集的方式提高发电效率。通用的太阳能聚光模组主要采用一次聚光器件(透镜)和二次聚光器件(二次棱镜)的组合将太阳光聚集到芯片上，但这种组合聚光方式对透镜本身品质有较高要求，且聚光模组组合结构复杂。另外，二次棱镜的厚度与底面宽度的比值较大(在5:1-9:1之间)，从而导致模组厚度大，不具备柔性，在某些领域(比如可穿戴智能设备)上无法得到较好的应用。有鉴于此，特此提出本申请。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种微结构聚光元件及其制备方法，其能够改善上述至少一个的技术问题。第一方面，本申请实施例提供一种微结构聚光元件，其包括能够透光的元件本体以及透光介质。元件本体具有受光面、出光面以及连接受光面和出光面的第一侧壁，受光面设有凹槽，透光介质填充于凹槽内且与元件本体的连接处形成两种介质的分界面，以使从受光面进入的入射光线的光路改变并聚焦于出光面。在上述实现过程中，微结构聚光元件结构简单轻巧，聚光不需要与透镜组合，仅通过分界面的设置便可以将经受光面获得的光线聚焦于出光面。并且微结构聚光元件与二次棱镜在底面宽度相同、微结构聚光元件的厚度比二次棱镜的厚度薄的条件下，微结构聚光元件仍然可以有效聚光，也即是实际的使用过程中微结构聚光元件的厚度可以设置为较薄的厚度，较薄的微结构聚光元件具有一定的柔性，可应用范围广，且在例如可穿戴智能设备领域中预期能够取得较好的应用。在一种可能的实施方案中，透光介质的折射率小于元件本体的折射率。透光介质包括但不局限于空气，还可以为折射率小于元件本体的折射率的玻璃等。可选地，透光介质为空气。在上述实现过程中，凹槽内不填充任何物质，通过空气与微结构聚光元件折射率不同，实现受光面进入的入射光线的光路改变并聚焦于出光面的目的。在一种可能的实施方案中，第一侧壁设有反光层。在上述实现过程中，通过反光层的设置，使第一侧壁具有反光作用，提高经受光面获得的光线的利用率，防止经受光面获得的光线自第一侧壁被折射至大气。在一种可能的实施方案中，凹槽具有位于受光面的开口端以及位于微结构聚光元件内的封闭端，封闭端比开口端更靠近微结构聚光元件的焦点所在的中心线。在上述实现过程中，凹槽的封闭端在受光面的投影相对于该凹槽的开口端的位置向靠近中心线的一侧(内侧)偏移，有效通过凹槽将经受光面获得的光线聚焦于出光面。可选地，元件本体的形状包括回转体。在一种可能的实施方案中，凹槽围设于中心线的周向分布。可选地，凹槽为环状槽。可选地，环状槽的数量为多个，多个环状槽沿微结构聚光元件的径向间隔布置。可选地，每个环状槽具有连接开口端以及封闭端的两个第二侧壁，每个第二侧壁由母线绕中心线旋转一周所得，母线为直线或弧线，其中，弧线朝向远离中心线的一侧凹陷。可选地，母线为直线，沿微结构聚光元件的径向的多个母线的与受光面之间的夹角自微结构聚光元件的外侧向内侧逐渐变大。在上述实现过程中，通过凹槽的上述具体地设置，有效提高光的聚集效果。在一种可能的实施方案中，出光面设有用于安装太阳能芯片的安装区，分界面使受光面进入的入射光线的光路改变并聚焦于安装区。在上述实现过程中，利用将光路改变并聚焦于安装区，提高光电转化效率。可选地，凹槽在受光面的纵向投影位于安装区的外侧或与安装区的外缘重合。在上述实现过程中，利用凹槽在受光面的纵向投影位于安装槽的外侧或与安装槽的外缘重合，充分利用自受光面输出至安装槽的平行光，减轻加工负担，提高加工效率以及光电转化效率。在一种可能的实施方案中，微结构聚光元件的厚度为0.05mm-1mm，微结构聚光元件的横截面的最大宽度为0.75mm-20mm。第二方面，本申请实施例提供一种微结构聚光太阳能光学组件，其包括太阳能芯片以及本申请第一方面提供的微结构聚光元件，太阳能芯片设置于出光面并能够获得聚焦的光线。在上述实现过程中，利用微结构聚光元件实现将受光面获得的光聚焦于太阳能芯片，提高光电转化效率。在一种可能的实施方案中，受光面的安装区设有安装槽，太阳能芯片的部分或全部嵌设于安装槽内。在上述实现过程中，提高太阳能芯片与微结构聚光元件的连接的稳定性，同时进一步减薄微结构聚光太阳能光学组件的厚度，使其具有一定的柔性。第三方面，本申请实施例提供上述第二方面提供的微结构聚光元件的制备方法，其包括：获得能够透光的元件本体，元件本体具有受光面、出光面以及连接受光面和出光面的第一侧壁；于受光面设置掩膜，掩膜露出受光面需刻蚀凹槽的待刻蚀位置，干法刻蚀，获得封闭端比开口端更靠近微结构聚光元件的中心线的凹槽透光介质填充于凹槽内且与元件本体之间形成两种介质的分界面后去除掩膜，从受光面进入的入射光线的光路经分界面改变并聚焦于出光面。其中，透光介质的折射率小于元件本体的折射率。在上述实现过程中，通过上述制备方法制得的微结构聚光元件的精度高，且操作可控，便于工业化生产。本申请提供的微结构聚光元件及其制备方法的有益效果包括：①微结构聚光元件的厚度相比于二次棱镜较薄，结构轻巧，具有一定的柔性。②微结构聚光元件聚光时不需要与透镜组合，结构简单轻便。③利用微结构聚光元件的发光面接收光线，并将其聚焦至太阳能芯片，有效提高光电转换效率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为微结构聚光太阳能光学组件的剖视图；图2为微结构聚光元件100a的光线传输示意图；图3为微结构聚光元件100b的结构示意图；图4为微结构聚光元件100c的第一视角的结构示意图；图5为微结构聚光元件100c的第二视角的结构示意图；图6为微结构聚光元件100a的第一视角的结构示意图；图7为微结构聚光元件100a的第二视角的结构示意图。图标：10-微结构聚光太阳能光学组件；100a-微结构聚光元件；100b-微结构聚光元件；100c-微结构聚光元件；110-反光层；120-受光面；121-凹槽；123-第二侧壁；130-出光面；131-安装槽；200-太阳能芯片。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微结构聚光元件，其特征在于，包括能够透光的元件本体以及透光介质；/n所述元件本体具有受光面、出光面以及连接所述受光面和出光面的第一侧壁，所述受光面设有凹槽，所述透光介质填充于所述凹槽内且与所述元件本体的连接处形成两种介质的分界面，以使从受光面进入的入射光线的光路改变并聚焦于所述出光面。/n

【技术特征摘要】
1.一种微结构聚光元件，其特征在于，包括能够透光的元件本体以及透光介质；
所述元件本体具有受光面、出光面以及连接所述受光面和出光面的第一侧壁，所述受光面设有凹槽，所述透光介质填充于所述凹槽内且与所述元件本体的连接处形成两种介质的分界面，以使从受光面进入的入射光线的光路改变并聚焦于所述出光面。


2.根据权利要求1所述的微结构聚光元件，其特征在于，所述透光介质的折射率小于所述元件本体的折射率。


3.根据权利要求1所述的微结构聚光元件，其特征在于，所述第一侧壁设有反光层。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的微结构聚光元件，其特征在于，所述凹槽具有位于所述受光面的开口端以及位于所述微结构聚光元件内的封闭端，所述封闭端比所述开口端更靠近所述微结构聚光元件的焦点所在的中心线；
可选地，所述元件本体的形状包括回转体。


5.根据权利要求4所述的微结构聚光元件，其特征在于，所述凹槽围设于所述中心线的周向分布。


6.根据权利要求5所述的微结构聚光元件，其特征在于，所述凹槽为环状槽；
可选地，所述环状槽的数量为多个，多个环状槽沿微结构聚光元件的径向间隔布置；
可选地，每个所述环状槽具有连接所述开口端以及封闭端的两个第二侧壁，每个所述第二侧壁由母线绕所述中心线旋转一周所得，所述母线...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇超，汪洋，张振健，丁国建，左朋，王晓晖，冯琦，杨浩军，王海玲，贾海强，陈弘，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：广东;44