本发明专利技术涉及用于提高产生的功率从而提高太阳能电池(20，30)的效率的方法和装置。本发明专利技术的最佳方式目前被视为双结或三结叠层太阳能电池(20，30)，其在太阳能电池层(200，201，202，203)之间分别具有一个或两个光子滤波器(100，101)。光子滤波器(100，101，102)被布置成反射具有比λx短的波长的光子，并且被布置成通过以下方式透过具有比λx长的波长的光子：会聚较低能量光子，使其离开光子滤波器(100，101，102)的另一侧上的小面积孔(140，141)，并且将光子滤波器(100，101，102)的另一侧布置成反射(150，151)具有比λx长的波长的所述光子中的至少一些。通过使用在太阳能电池层(200、201、202和203)之间的本发明专利技术的光子滤波器(100、101和102)，可在滤波器之间将具有太阳能电池层的量子效率(QE)最高的能量的光子捕获到太阳能电池层。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于提高太阳能电池产生的功率和效率的方法和装置。
技术介绍
光伏太阳能电池是最近发现的产生能量的新方法，该方法始于二十世纪五十年代前苏联和美国的卫星电源系统。光伏太阳能电池以非常小的环境影响产生电力，并由此而为公众所需要。目前的光伏太阳能电池的问题在于，不能够对于其成本和/或表面积来说产生足够的能量，以使得其在经济上是可行的。因此，已经提出许多技术来提高太阳能电池的效率。EP 1724841A1描述了一种多层太阳能电池，其中并入并且一体地层压多个太阳能电池模块，从而不同灵敏度波长带是这样的灵敏度波长带的中心波长越短的模块越靠近阳光入射侧。该文献以引用方式并入本文中。目前尚不清楚导致多层太阳能电池的效率方面的缺陷的全部因素。然而，根据本申请人的研究，一般的叠层太阳能电池主要受累于光子-声子过程，该过程发生在太阳能电池的最大量子效率的带以外，即频率空间内太阳能电池产生大量热能的位置。与缺点有关的各个因素也在US6689949的第1和第2栏中列出，其以引用方式并入本文中。US 6689949公开了一种光伏反射腔，腔中具有若干太阳能电池。腔内的太阳能电池在滤波器下面，该滤波器对光进行滤波，使得入射光子通量更适合太阳能电池的量子效率，即更适合其响应或检测器响应。NASA和JPL (喷气推进实验室)也已提出一种称为“Rainbow” (彩虹)的替代技术，该技术使用分束器和聚光器将太阳光谱分裂成不同的带，并将不同带的光会聚到不同的分立的太阳能电池中，这些太阳能电池能够最佳地处理分裂且会聚的光谱。该方案需要非常复杂的光学装置，并且到目前为止还没有投入实用。US 5021100公开了一种叠层太阳能电池，该电池在第一太阳能电池和第二太阳能电池(在该公开中为阳光侧的入射电池)之间具有反射膜，假设反射膜将高能光子反射到第二太阳能电池，并将低能光子留给第一太阳能电池(在该公开中位于第二太阳能电池后面)。该文献以引用方式并入本文中。US 5021100有一个严重的问题，即反射膜是双向的， 也就是说，第一太阳能电池中的任何反射光子将通过反射膜泄漏回第二太阳能电池，并且由于这些光子不能在第二太阳能电池内被吸收而产生声子和热。
技术实现思路
所研究的本专利技术涉及一种系统和方法，用于有效解决现有技术的问题和实现更大功率的太阳能电池。本专利技术的更具体的目的是提供上述太阳能电池系统，该系统具有高的设计成本， 但最终具有较低的生产成本和大的规模经济。为了实现这个目的，本专利技术提出了一种叠层太阳能电池，其中每个太阳能电池层利用具有一定能量的光子工作，在该能量下，太阳能电池层具有最高量子效率。本专利技术的一个方面涉及一种在与阳光入射侧相反的一侧具有光子反射器的太阳能电池。该反射器被布置成将波长适于太阳能电池的量子效率函数的光子反射回太阳能电池。在本专利技术的一个方面，存在一种具有两个太阳能电池层的叠层太阳能电池。在这两个太阳能电池之间存在光子滤波器。入射阳光的太阳能电池被暴露，并且该太阳能电池层通常具有较高能量的带隙。太阳光子进入该第一太阳能电池，并且太阳光谱的较高能量部分可能转化为光电流。一些高能量光子不与半导体相互作用，而只是穿过其中或通过光子-声子过程被分离成具有较低能量的光子和声子。仍具有足以在第一层(即光子的能量(E)ESEbgl大于第一太阳能电池的带隙(Ebgl)的地方)中转化为光电流的高能量的那些光子被光子滤波器反射回第一太阳能电池层。这些光子将获得转化为光电流的第二次机会。优选地，第一太阳能电池层非常薄且非常纯，使得存在较少时间和空间用于非吸收过程 (即由不匹配带隙的光子进行的热转换)。此时，具有能量E < Ebgl带隙的光子穿过滤波器到达具有较低带隙的第二太阳能电池层。这些光子中的大部分此时可与第二带隙相互作用。光子滤波器将收集较低能量的光子，然后通过滤波器另一侧上非常小的孔将较低能量的光子会聚到第二太阳能电池层内。这些小孔是光子可穿透的。光子滤波器的另一侧上的其余区域也被反射材料覆盖。这是因为在第二太阳能电池层的底部也存在反射器，该反射器将能够在第二太阳能电池层内转化为光电流的光子反射回第二太阳能电池层。从该反射器反射的一些光子在其返程中第二次穿过第二太阳能电池层之后仍未被吸收。这些光子被上述小孔周围的反射材料送回。在光子滤波器的与阳光入射侧相反的一侧和叠层太阳能电池系统的底部的反射器捕获能够在第二太阳能电池层中产生光电流的光子，即通常E > Ebg2的光子。这些光子来回跳动，直到其被吸收或分离成能量小于的光子。光子被截留在第二太阳能电池内是由于第一光子滤波器具有单向性。也就是说， 除了泄漏的光子经小孔返回的非常小的可能性之外，光子群的大部分在具有有利于光电吸收和电流产生的带隙的第二太阳能电池内的两个反射器之间跳动。上述光子滤波器依靠由本专利技术人开发并命名为空间光谱调制(spatiospectral modulation)的技术。在上述实例中，单向光子滤波器也可通过根据本专利技术的两个反射性光子滤波器来实现，这两个反射性光子滤波器其间具有粗糙和/或抗反射涂层。另外，根据本专利技术，太阳能电池和光子滤波器的材料可选择为基于材料的折射率来实现光子的单向滤波。相比之下，这些光子滤波器在理想单向性方面有从杂散角度泄漏光子的形式的一定损失。在本专利技术的实施例的一个方面，叠层太阳能电池包括若干太阳能电池层，并且在两层之间存在光子滤波器。光子滤波器经过调谐，使其仅捕获一定能量的光子，在该一定能量下，太阳能电池层以理想地接近1的良好的量子效率(QE)工作。其余光子仅被光子滤波器传送到下一层。实际上可存在许多层，这些层优选地非常薄，或换句话讲，设计成太阳能电池和量子效率不很好(即远小于1)的能量的光子群之间的相互作用最小。所谓“量子效率”是指如 Larousse Dictionary of Science and Technology (拉鲁斯科技词典)中所定义的一般涵义量子效率(物理学)“光电池中指定波长的入射辐射的每个光子释放的电子数”。本专利技术人进一步指出，该参数可在必要时被归一化，以产生通常100-0%的范围。量子效率是光电池将光子转化为电力的良好程度的极佳量度。检测器响应或响应是作为波长的函数的量子效率，也就是说，它说明了光电池如何对不同能量的入射光子做出响应。就本申请中的太阳能电池而言，高量子效率(QE)是指比在相同光子能量下的其它替代太阳能电池层的QE高的QE。实际上，可能值得保持在特定太阳能电池层中的谱带是当QE超过10% (即目前批发市场上的太阳能电池的总QE)时的谱带。然而，如果叠层太阳能电池要在目前的市场环境下经济地替代石油和天然气，则应将大约30-50%视为阈值 QE。如本申请的下文中将描述的，使太阳能电池层具有小于30-50%的QE的能量的光子应移动到具有较高QE的其它太阳能电池层。对于便携式电子设备，30-50%能够类似地被视为良好的QE，但这应取决于根据本专利技术的器件要求。例如，Nokia E71移动电话具有72cm2 的面积和电压3. 7V的1. 5Ah的电池。如果本专利技术的太阳能电池实现50%的效率并覆盖具有72cm2的面积的电话的表面(假设太阳光通量为1000W/m2)，则这意味着按照本申请人的计算，电池本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.06.10 EP 09162378.5;2010.06.01 US 12/791,1881.一种叠层太阳能电池，其包括至少两层太阳能电池，第一层(200)和第二层001)， -在第一太阳能电池层(200)和第二太阳能电池层(201)之间布置第一光子滤波器(100)，-第一太阳能电池层(200)被布置成在与阳光的入射侧相反的一侧上具有光子滤波器 (100)，-光子滤波器(100)被布置成将一定能量(λ 2)的光子反射回第一太阳能电池层(200)中，-光子滤波器(100)被布置成透过没有被布置成被反射的其它能量(X1)的光子，并且这些光子被布置成进入第二太阳能电池层Ο01)，其特征在于，光子滤波器(100)被布置成从其第一侧(110，111)反射具有比λ2短的波长的光子，并且通过下述方式被布置成透过比λ 2长的波长的光子，所述方式是会聚(120，121)所述长波长光子以使其离开光子滤波器(100，101)的与第一侧相反的另一侧上的小面积孔(140， 141)，并且光子滤波器(100，101)的另一侧被布置成反射(150，151)比λ 2长的波长的所述光子中的至少一些。2.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，所述一定能量(λ2)是第一太阳能电池层(200)具有比第二太阳能电池层Ο01)高的量子效率(QE)处的能量，和/或所述其它能量(X1)是第二太阳能电池层Ο01)具有比第一太阳能电池层(200)高的量子效率(QE)的能量。3.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，第二太阳能电池(201)被布置成在与阳光的入射侧相反的一侧(111)和阳光入射侧(150)上具有光子反射器。4.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，光子滤波器(100，101)被布置成会聚(120，121)其它能量的所述光子，并且所述光子从与阳光的入射侧(150，151)相反的光子滤波器(100,101)侧穿过小孔(140，141)。5.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，光子滤波器(100，101，102， 103)为介电堆叠和/或梳状滤波器和/或两种滤波器的组合。6.根据权利要求1所述的叠层太阳能电池，其特征在于，第二太阳能电池层(201)被布置成在与阳光的入射侧相反的一侧上具有第二光子滤波器(101)。7.根据权利要求6所述的叠层太阳能电池，其特征在于，-第二光子滤波器(101)被布置成将具有作为第二太阳能电池层Ο01)具有高量子效率的能量处的能量的光子反射回到第二太阳能电池Ο01)中，-通过位于第一光子滤波器(100)中与阳光的入射侧相反的一侧上的光子反射器 (150)，第一光子滤波器(100)也被布置成将具有作为第二太阳能电池层(201)具有高量子效率处的能量的能量的光子反射回到第二太阳能电池层Ο01)中，-光子滤波器(100，101)被布置成将处于第二太阳能电池层Ο01)具有高量子效率 (QE)处的能量的光子俘获到第二太阳能电池层Ο01)中。8.根据权利要求6所述的叠层太阳能电池，其特征在于，-第二光子滤波器(101)被布置成透过不处于所述第二太阳能电池Ο01)具有高量...
【专利技术属性】
技术研发人员：米科·韦内宁，
申请(专利权)人：米科·韦内宁，
类型：发明
国别省市：
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