本发明专利技术公开一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器，采用入射面大、聚光面小的四棱台，轴向的中垂面折射率最大，轴向的两个侧面折射率最小，折射率自轴向的中垂面向轴向两侧面呈依次减小的梯度分布，所述光耦合器的四个侧面覆有银薄膜作为反射面，本发明专利技术的光耦合器利用光线由折射率小的介质向折射率大的介质偏转的原理，对各个方向的入射光线都能较好的偏转并会聚于聚光面，替代传统聚光光伏领域的对日跟踪系统，有效地降低系统成本；由于采用入射面大、聚光面小的棱台形状，且侧面镀有反射光线的银薄膜，可以使入射光线最大程度地会聚于聚光面，并照射在光伏电池上，提高电池的光电转换效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能聚光光伏领域，尤其是非跟踪式太阳能聚光光伏领域，特别涉及一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器及其制备方法，替代现有太阳能聚光技术中所采用的对日跟踪系统。
技术介绍
聚光光伏发电是通过采用廉价的聚光系统将太阳光会聚到面积很小的高性能III-V族化合物半导体太阳能电池上，从而大幅度地降低太阳能电池材料成本。这种高效的太阳能电池，需要透镜或镜面将接收到的太阳能放大成百上千倍，然后将放大的能量聚焦于其上；现有聚光光伏发电技术所存在的缺点是，需要人们预先对当地的光照参数进行测定，通常采用菲涅尔透镜作为聚光器，这就要求入射光线为与聚光器垂直的平行光才能实现会聚的目的，为了更加充分地利用太阳光，聚光光伏发电系统必须辅以精确的对日跟踪 装置，保持聚光器表面要始终与入射光线保持垂直，对日跟踪装置包括一维跟踪和二维跟踪，需要复杂的机电控制系统，由于聚光电池片面积小，为达到高聚光比，跟踪精度通常要求在±1。，这不仅增加了系统重量和安装难度，而且设计维护成本较高，跟踪设备和以后的维护费用在CPV系统中占据将近70%的成本。这极大地限制了光伏发电效果，并成为束缚聚光光伏发展的主要瓶颈。为了解决这一难题，我们需要探索一种无跟踪聚光技术，不需要采用精确的对日跟踪装置，入射光线与聚光器表面不垂直时，也能够很好地将各个方向的入射光线会聚到一点或者一定的小区域内达到聚光的目的，实现低成本的高效聚光发电。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器及其制备方法，替代传统对日跟踪系统，有效降低光伏发电系统的成本。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器，所述光耦合器的形状为上底面大、下底面小的四棱台，其中上底面为入射面，下底面为聚光面，轴向的中垂面折射率最大，轴向的两个侧面折射率最小，折射率自轴向的中垂面向轴向两侧面呈依次减小的梯度分布。所述入射面与聚光面的面积比为(10 50) :1。为使入射到内壁的光线更好地反射并会聚于聚光面，所述光耦合器的四个侧面覆有银薄膜作为反射面。一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器的制备方法，包括以下基本步骤 Ca)选取厚度相同、折射率和密度不同的方形含铅燧石玻璃板，按照密度和折射率由小到大的顺序自上而下依次叠层排列，形成底部玻璃板密度和折射率最大，顶部玻璃板密度和折射率最小； (b)将上述叠层排列好的玻璃板放在钼金模具中加热至熔融，并保温进行层与层之间的铅离子扩散，扩散完成后自然冷却至室温，在重力及玻璃层不同密度的作用下，形成沿玻璃叠层轴向折射率呈梯度分布的透镜，简称轴向梯度折射率透镜，轴向梯度折射率透镜的顶面折射率最小，底面折射率最大； 由于重力和各玻璃层之间不同密度的作用足以克服玻璃层之间的对流趋势，并由于各层玻璃之间铅浓度的差异而导致铅的扩散，最终沿着玻璃层厚度即叠层的轴向形成折射率的梯度分布； (C)将上述轴向梯度折射率透镜沿轴向等分切割成两个尺寸相同的透镜，两个透镜的底面粘接在一起，形成双面轴向梯度折射率透镜，中间粘接面折射率最大，折射率自中间粘接面向轴向两侧呈依次减小的梯度分布； (d)将上述双面轴向梯度折射率透镜的边缘进行切割与磨平处理，形成顶部入射面大、底部聚光面小的四棱台状光耦合器，通过磁控溅射工艺，在光耦合器四个侧面镀一层银薄膜作为反射面。步骤(a)所述方形含铅燧石玻璃板的结构式为R2O-Pb-SiO2, R为碱金属，其中玻璃 折射率、密度随铅含量的增加而上升，方形含铅燧石玻璃板的折射率范围为I. 5 I. 9，密度范围为2. 7 4. 9g/cm3,厚度为O. 5 3mm,横截面积为30 X 30 60 X 60mm2。步骤(b)所述玻璃板加热至熔融的温度为600 720°C，铅离子扩散时间为50 100小时； 步骤(C)所述两个轴向梯度折射率透镜底面粘结所用的粘接剂为光学粘接剂，其折射率与底面折射率相差±0. 05以内，以达到折射率匹配的目的。步骤(d)所述光I禹合器四个侧面银薄膜的厚度为O. 5 5mm。本专利技术通过将若干层具有不同折射率和密度的方形含铅玻璃按照密度和折射率由小到大的顺序依次将这些玻璃板叠层排列，并将密度和折射率小的置于密度大和折射率大的之上，然后于钼金模具中加热至熔融，通过层与层之间的铅离子扩散，形成梯度分布的折射率，将制成的梯度折射率透镜沿轴向一切为二，沿高折射率面将两个透镜粘接在一块，形成一个双面轴向梯度折射率透镜，利用光线由折射率小的介质向折射率大的介质偏转的原理，实现对各个方向入射的太阳光都能较好地会聚到折射率较大的透镜中心部位，并耦合到太阳能电池片的表面，达到理想的聚光发电的效果，替代传统的对日跟踪装置，有效地降低系统成本。本专利技术的有益效果 (a)本专利技术的光耦合器利用光线由折射率小的介质向折射率大的介质偏转的原理，对各个方向的入射光线都能较好的偏转并会聚于聚光面，替代传统聚光光伏领域的对日跟踪系统，有效地降低系统成本； (b)由于光耦合器采用入射面积大、聚光面积小的棱台形状，且侧面镀有反射光线的银薄膜，可以使入射光线最大程度地会聚于聚光面，并照射在光伏电池上，提高电池的光电转换效率。附图说明图I为本专利技术光耦合器的结构示意 图2为制备双面轴向梯度折射率光耦合器的流程 图3为双面轴向梯度折射率光耦合器折射率随横向(轴向)的变化图；图4为双面轴向梯度折射率光耦合器聚光效果 图5为光线轨迹三维图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述 本专利技术所提供的一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器，如图I所示，光耦合器的形状为上底面大、下底面小的四棱台,其中上底面为入射面1，下底面为聚光面2，入射面与聚光面的面积比为(10 50) 轴向的中垂面折射率最大,轴向的两个侧面折射率最小·，折射率自轴向的中垂面向轴向两侧面呈依次减小的梯度分布，为使入射到内壁的光线更好地反射并会聚于聚光面，光耦合器的四个侧面覆有银薄膜作为反射面3。制备方法包括以下基本步骤 1、选取厚度均为2mm的方形燧石玻璃片6片，玻璃片截面积为50X50mm2，折射率分别为 I. 50,1. 58,1. 66,1. 74,1. 82,1. 90 ;密度分别为 3. 01,3. 25,3. 64,4. 07,4. 30,4. 82g/cm3，如图2 —(I)所示，6层玻璃片按照折射率由低到高自上而下叠层排列，其中折射率小的玻璃片放在折射率大的玻璃片之上，即最底层玻璃片的折射率为I. 90，密度为4. 82 g/cm3，最顶层玻璃片的折射率为I. 50，密度为3. 01 g/cm3 ； 2、将上述叠层排好的玻璃片放在钼金模具中，钼金模具尺寸为50X 50 X 20mm3,加热至700°C熔融，并保温80小时以进行层与层之间的铅离子扩散，然后自然冷却至室温，沿着玻璃层厚度即轴向，形成折射率梯度分布的透镜，顶面折射率最小，底面折射率最大； 3、如图2—(2)所示，将上述熔为一体的梯度折射率透镜沿轴向切割成两片相同的小片，即两个小片均是顶部折射率最小、底部最大；然后将两个梯度折射率透镜沿着折射率最大的一面，即原先的底面粘接在一起，形成双面轴向梯度折射率透镜，如图2 —(3)所示，其中粘接在一起的原底面为该透本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器，其特征在于：所述光耦合器的形状为上底面大、下底面小的四棱台，其中上底面为入射面，下底面为聚光面，轴向的中垂面折射率最大，轴向的两个侧面折射率最小，折射率自轴向的中垂面向轴向两侧面呈依次减小的梯度分布。
【技术特征摘要】
1.一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器，其特征在于所述光耦合器的形状为上底面大、下底面小的四棱台，其中上底面为入射面，下底面为聚光面，轴向的中垂面折射率最大，轴向的两个侧面折射率最小，折射率自轴向的中垂面向轴向两侧面呈依次减小的梯度分布。2.根据权利要求I所述的一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器，其特征在于所述入射面与聚光面的面积比为(10 50) :1。3.根据权利要求I所述的一种非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器，其特征在于所述光耦合器的四个侧面覆有银薄膜作为反射面。4.一种权利要求1、2或3所述的非跟踪式太阳能聚光电池用光耦合器的制备方法，其特征在于，包括以下基本步骤 Ca)选取厚度相同、折射率和密度不同的方形含铅燧石玻璃板，按照密度和折射率由小到大的顺序自上而下依次叠层排列，形成底部玻璃板密度和折射率最大，顶部玻璃板密度和折射率最小； (b)将上述叠层排列好的玻璃板放在钼金模具中加热至熔融，并保温进行层与层之间的铅离子扩散，扩散完成后自然冷却至室温，在重力及玻璃层不同密度的作用下，形成沿玻璃叠层轴向折射率呈梯度分布的透镜，简称轴向梯度折射率透镜，轴向梯度折射率透镜的顶面折射率最小，底面折射率最大； (C)将上述轴向梯度折射率透镜沿轴向等分切割...
【专利技术属性】
技术研发人员：马立云，彭寿，崔介东，王芸，石丽芬，
申请(专利权)人：蚌埠玻璃工业设计研究院，中国建材国际工程集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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