反射式二次透镜系统和半导体装配件及其生产方法技术方案

本发明专利技术涉及一种反射式和／或折射式二次透镜系统，其用于将阳光汇聚在半导体元件上，本发明专利技术二次透镜系统的特征在于在基础体周围布置的形成二次透镜系统的凸起。此外，本发明专利技术涉及包括本发明专利技术二次透镜系统的半导体装配件，以及生产这种半导体装配件的方法。具体地讲，这种半导体装配件表示汇聚式太阳能电池模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反射式二次透镜系统和半导体装配件及其生产方法本专利技术涉及反射式和/或折射式二次透镜系统，其用于将阳光汇聚在半导体元件 上，本专利技术二次透镜系统的特征在于通过在基础体周围布置凸起来形成二次透镜系统。此 外，本专利技术涉及包括本专利技术二次透镜系统的半导体装配件，以及生产这种半导体装配件的 方法。具体地讲，这种半导体装配件表示聚集式太阳能电池模块。在聚集式光伏中，使用光学系统将光聚集到太阳能电池上。为了达到此目的，使用 例如将入射光汇聚到太阳能电池上的透镜或菲涅尔集光器(Fresnel collector)。多个太 阳能电池装配有关联的光学系统，例如装配有透镜阵列，还装配有用于冷却和用于电力引 线的元件以形成模块。将这些模块安装在所谓的追踪器上，从而使这些模块在追踪器上追 踪太阳的方向。在聚集式光伏中，很值得注意的是尽可能多的辐射光射到太阳能电池上。这一方 面受到光学系统的成像质量的影响，另一方面受到光学系统朝向电池以及模块总计朝向太 阳的精确性的影响。聚集式光伏另外一个重要的方面是所谓的汇聚因子。汇聚因子表示透镜系统的光 入射表面与太阳能电池的活性表面之间的比率。为了尽可能少地使用相对昂贵的太阳能电 池表面，应选择尽可能大的汇聚因子。准确地说，就高度汇聚系统而言，有可能使用两级透 镜系统，则将两级透镜系统的所有元件称为主要透镜系统(在光路中的第一光学元件，例 如，透镜或菲涅尔集光器)或二次透镜系统(第二元件)。两级概念具有的优点在于每个单 独的元件的光束偏差可以是较小的。另外，显著地增加透镜设计中的构造间隙，例如，为了 减少颜色偏差或为了使入射辐射均勻。迄今已普遍将二次透镜系统构造为折射元件，其中通过内部全反射将光束引导 至太阳能电池上。这里，已知的由玻璃制成的元件为截棱锥(US 5，505，789)的形式或更 复杂的形式，其主要基于全反射并通过注模过程(例如，ES 2232299 ；V. Diaz、J. Alarez, J. Alonso 等，"Assembly of Concentrator Modules based on Silicon Solar Cells at 300x of Concentrated Sunlight (基于300倍聚焦阳光的基于硅太阳能电池的汇聚器模 具装配件)”，19th European Photovoltaic Solar Energy Conference (第 19 届欧洲光伏 太阳能会议议程)，2004年)生产。为了使出口面上由折射率的巨大差异引起的反射尽可 能少，通常经由粘性的和光学透明的材料，例如有机硅，将这种元件直接安装在太阳能电池 上，并且可以在这种元件的入口孔处设置减少反射的涂层。同时，还使用了基于在反射表面上反射的简单二次透镜系统。在之前已知的 应用中，使用了梯形金属主体或圆形漏斗(参见例如EP 0 657 948 A2 ；WO 91/18419 ； L. M. Fraas, "Line-Focus Photovoltaic Module Using Stacked Tandem-Cells(使用 层叠串联电池的线聚焦光伏模块)”，1994)。为了提高这些组件的反射性能，在将金属薄 片重新成形之前经常为金属薄片设置具有高反射性能的层。例如从US 5，167，724或US 5，505，789可获知这种构造，并通过附图说明图1中的图示重现。由此直接将二次透镜系统50装配 在太阳能电池2上。因此阳光通过菲涅尔集光器15预先汇聚至二次透镜系统上。此外，本领域现有水平已知的组件(W0 2004/077558 Al ；DE 195 36454 Al ；DE6199 47 044 B4)被设计得与半导体元件联合使用，在半导体元件中，辐射从侧面离开或在 侧面完全或部分地被接收。这种侧面辐射是LED半导体芯片的特征。然而，对于几乎专用 于发射或接收朝向半导体芯片上侧面的超过95%的辐射的半导体元件，例如太阳能电池， 如果使用这种半导体元件，那么由于这些专利的反射器设计思想会失去一部分辐射，这是 由于这些反射器被设计为使得半导体芯片从顶部插入反射器凹槽，因此侧壁和上部接触表 面均位于反射器的光束路径中。就这种构造而言，反射区域包围了整个半导体芯片。例如从DE 199 47 044 B4已知的一种元件，其中发射器和/或接收器被金属反射 器环绕。从此公开文件中可获知，从导体条形材料整体成形的反射器壁也是基于可将芯片 插入反射器的原理，即，芯片小于最小的反射器直径/反射器横截面。同样可从DE 195 36 454 Al获知插入半导体芯片的盆形构造反射器。从WO 2004/077558 Al获知通过金属喷涂壳体生产其中反射器的元件。在这里也 将半导体芯片施加至金属喷涂的第一区域。如果打算只将部分芯片表面设置于反射器的出 口孔中，那么这种构造是不合适的。本领域现有折射式二次透镜系统的水平具有以下缺点一由于二次透镜系统的材料的吸收作用，部分光被吸收并因此不可再用于太阳能 电池的转换。一由于材料对光的吸收，材料过分变热(特别是在高汇聚系统的情况下)，使得可 能导致二次透镜系统的毁坏。一在折射式透镜系统的入口表面处，由于相对于环境空气的高折射率差异，结果 为反射。事实上可以用减反射涂层减少这些反射，但是这增加了生产成本，并且只能减少反 射而不能阻止反射。一全反射(全内反射，total internal reflection, TIR)的原理对组件的表面质 量要求很高。在生产中这起到强有力的成本驱动作用，因为诸如再成形或注模等大规模生 产欢迎的制造方法，以及这些制造方法能够获得的表面质量通常是不足的。通过碾磨的方 法可获得表面质量，然而这是在大批量制造中相对昂贵的工艺，并且与聚集式光伏中允许 的花费是不相容的。一为了避免反射，用光学介质填充电池和二次透镜系统之间的间隔(参见例如， ES 2232299,US 5，505，789)。为了将空气内含物减到最少，通常以黏性状态施加该介质，并 且在二次透镜系统装配后硬化。然而由于毛细管效应或浸湿效应，结果液体介质经常浸湿 二次透镜系统的外壁，这导致降低TIR的效率。因为光学介质的表面张力，所以在二次透镜 系统的边缘区域形成了特有的裂缝，该裂缝同样导致光的不连续并因此降低效率。一作为该原理的条件，由于二次透镜系统必须覆盖整个太阳能电池表面，因此期 望引导至太阳能电池上的所有光束也必须事先穿过二次透镜系统。然而，对于没有透镜系 统也能入射到电池上的光束而言，这导致了不必要的损耗。准确地说，对于良好的主透镜系 统而言，即使没有二次透镜系统，大部分光束也会入射到电池上。在这种情况下，最佳的是 二次透镜系统作为主透镜系统的补充进行操作，并仅检测不经进一步干涉将不入射至电池 的那部分光束。关于反射式二次透镜系统的以往设计，应提及以下缺点一因为没有便于自动结合或简单安装至电池上的元件，难于安装已知的二次透镜系统。一从 WO 91/18419、ES 2232299 或 WO 2006/130520 A2 已知的安装方法是基于使 用大量附加的安装辅助设备，例如，螺丝、框架或夹紧鞍座。这使得材料和工序的花费上升， 并增加了易受影响导致缺陷的组件的数量，并因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反射式和／或折射式二次透镜系统（１００），用于将阳光汇聚在半导体元件上，所述二次透镜系统包括反射器（３），所述反射器（３）具有朝向阳光的入口孔（４）和朝向半导体组件（２）的出口孔（５），所述反射器（３）具有围绕反射器（３）的凸起（６）。

【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：约阿希姆尧斯，安得烈斯贝特，迈克尔帕西格，格哈德帕哈茨，皮特尼茨，沃尔夫冈格拉夫，
申请(专利权)人：弗兰霍菲尔运输应用研究公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]