【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及太阳能电池、太阳能供电系统和方法的领域。
技术介绍
太阳能电池效率损失机制 现今的太阳能电池实质上低于由Sockley-Queisser Model {SQ-Model [ff.Shockleyand H.J.Queisser, Detailed Balance Limit of Efficiency of p_n Junction SolarCell, J.App.Phys., Vol.32，pp.510-519，March 1961])建立的理论效率水平进行操作。本文描述的太阳能电池设计可以超过由货-#0而7建立的极限。为了向着超过货-#0而7改进太阳能电池效率，重要的是理解导致太阳能电池效率上的降低的机制。图1(改编自〃Third Generation Photovoltaics: Advanced Solar Energy Conversion, M.A.Green, Springer, New York, 2003, pp.35-43)说明了单结太阳能电池中的这些效率降低机制。参照图1，太阳能电池中的效率损失机制包括以下列出的效应。⑩...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.09 US 12/833661;2011.06.21 US 13/1655901.种操作太阳能电池的方法，包括: 针对具有单个结以及第一和第二接触部的太阳能电池，使跨越第一和第二接触部的偏置在最小和最大偏置值之间周期性地交替； 该偏置在最小和最大偏置值之间的交替的周期比太阳能电池的热载流子冷却时间短，以从太阳能电池提取跨越能级范围的光激励载流子。2.据权利要求1所述的方法，其中，太阳能电池是散装材料太阳能电池。3.据权利要求1所述的方法，其中，太阳能电池结合了量子限制。4.据权利要求1所述的方法，其中: 最小偏置值是以下偏置值:以该偏置值，太阳能电池内置电势足够高，以使在太阳能电池内光激励的电子和空穴(载流子)以逼近或达到其最大值的传输速度向太阳能电池的第一和第二接触部加速；以及 最大偏置值实质上等于在太阳能电池内生成的光激励载流子(热载流子)的电化电势的最大值。5.据权利要求4所述的方法，其中，太阳能电池首先以固定偏置进行操作，以将功率提供给电路，使跨越第一和第二接触部的偏置然后在最小和最大偏置值之间周期性地交替。6.据权利要求4所述的方法，其中，将太阳能电池偏置值逼近或达到最小偏置值的子周期选择为足够短，以将由太阳能电池实现的平均光电压保持在最高可能值处或附近。7.据权利要求4所述的方法，其中，将太阳能电池偏置值逼近或达到最小偏置值的子周期选择为足够长，以维持用于在热载流子冷却时间内将太阳能电池内的实质上所有光激励载流子传输至太阳能电池的第一和第二接触部的平均载流子传输速度。8.据权利要求7所述的方法，其中，在最小和最大偏置值之间周期性地交替的周期以及子周期的持续时间与交替周期之比是响应于太阳能电池的带隙、载流子移动性和晶格特性而选择的。9.据权利要求4所述的方法，其中，最大和最小偏置值均处于太阳能电池的正向偏置范围内。10.据权利要求9所述的方法，其中，正向偏置的交替包括比交替周期短的至少一个时间间隔，在所述至少一个时间间隔期间，太阳能电池偏置达到持续时间和重复周期的反向偏置值，以维持足以在热载流子冷却时间内将太阳能电池内的实质上所有光激励载流子传输至第一和第二接触部的平均载流子传输速度。11.据权利要求10所述的方法，其中，将太阳能电池偏置值逼近或达到最小偏置值的子周期选择为足够长，以维持用于在热载流子冷却时间内将太阳能电池内的实质上所有光激励载流子传输至太阳能电池的第一和第二接触部的平均载流子传输速度，将太阳能电池偏置值逼近或达到最小偏置值的子周期选择为足够短，以将由太阳能电池实现的平均光电压保持在最高可能值处，以及在最小和最大偏置值之间周期性地交替的周期以及子周期的持续时间与交替周期之比是响应于太阳能电池的带隙、载流子移动性和晶格特性而选择的，允许太阳能电池接触部之间的提取能量分离在时间上扫过实质上与太阳能电池内的光激励载流子的电化电势的分布图相匹配的提取能量的范围，从而允许单结太阳能电池具有多结太阳能电池的能量提取效率效益。12.据权利要求10所述的方法，其中，将太阳能电池偏置值逼近或达到最小偏置值的子周期选择为足够长，以维持用于在热载流子冷却时间内将太阳能电池内的实质上所有光激励载流子传输至太阳能电池的第一和第二接触部的平均载流子传输速度，将太阳能电池偏置值逼近或达到最小偏置值的子周期选择为足够短，以将由太阳能电池实现的平均光电压保持在最高可 能值处，以及在最小和最大偏置值之间周期性地交替的周期以及子周期的持续时间与交替周期之比是响应于太阳能电池的带隙、载流子移动性和晶格特性而选择的，从而在太阳能电池接触部之间提供提取能量分离，以便以与热载流子冷却速率相当或比热载流子冷却速率更快的速率在时间上扫过大范围的提取能量，允许在每个接触部处通过在时间上离散的窄提取能带以及利用实质上等于太阳能电池内的光激励载流子之间的能量分离的接触部之间的瞬时能量分离，将到达太阳能电池接触部的光激励载流子传送至太阳能电池负载。13.据权利要求12所述的方法，其中: 太阳能电池材料选自由硅(Si )、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、铜铟硒(ClS)、铜铟镓硒(CIGS)以及II1-V材料的合金构成的组；以及 太阳能电池的第一和第二接触部之间的偏置值在最小和最大偏置值之间的交替具有与热载流子冷却时间相当或比热载流子冷却时间更短的交替周期，能够实现在时间上离散的窄提取能量，所述在时间上离散的窄提取能量允许在太阳能电池材料或太阳能电池接触部内冷却下来之前从太阳能电池提取热载流子。14.据权利要求10所述的方法，其中，太阳能电池材料选自由硅(Si)、砷化镓(GaAs)、碲化镉(CdTe)、铜铟硒(ClS)、铜铟镓硒(CIGS)以及II1-V材料的合金构成的组。15.据权利要求14所述的方法，其中，太阳能电池的偏置值在最小和最大偏置值之间的交替在实质上与在太阳能电池内生成的光激励载流子的能量分布图相匹配的提取能量的范围上提取太阳能电池内的光激励载流子，所述能量分布图从太阳能电池材料的带隙能量跨度至实质上等于要从太阳能电池提取的热载流子的电化电势的最大值的能量。16.据权利要求14所述的方法，其中，太阳能电池包括量子限制结构或光限制结构或者这两者。17.据权利要求16所述的方法，其中，太阳能电池的偏置值在最小和最大偏置值之间的交替提取由太阳光子光激励的太阳能电池内的载流子，所述太阳光子具有在以下能量范围上扩展的能量，所述能量范围从太阳能电池材料的带隙能量扩展至实质上等于要从太阳能电池提取的热载流子的电化电势的最大值的能量。18.据权利要求16所述的方法，其中，太阳能电池的偏置值的交替提供了在实质上与在太阳能电池内生成的光激励载流子的能量分布图相匹配的提取能量的范围上对太阳能电池内的光激励载流子的提取，所述能量分布图从实质上低于太阳能电池材料的带隙能量跨度至实质上等于要从太阳能电池提取的热载流子的电化电势的最大值的能量值。19.据权利要求16所述的方法，其中，太阳能电池的偏置值的交替导致对由太阳光子光激励的太阳能电池内的载流子的提取，所述太阳光子具有在从实质上低于太阳能电池材料的带隙能量至实质上等于要从太阳能电池提取的热载流子的电化电势的最大值的能量的大范围的能量上扩展的能量。20.据权利要求16所述的方法，其中，太阳能电池包括由量子阱或量子点组成的量子限制结构。21.据权利要求20所述的方法，其中，量子限制结构包括多个量子阱，其中，对多个量子阱的带隙进行分级，以针对量子阱提供不同带隙值的范围，其中，所述不同带隙值的范围低于太阳能电池材料带隙值。22.种太阳能电池，包括: 核心太阳能电池； 偏置电路，耦合至核心太阳能电池，所述偏置电路在核心太阳能电池上提供时变偏置，并将从核心太阳能电池的输出接收到的电能耦合至输出负载； 核心太阳能电池的输出上的时变偏置在最小和最大偏置值之间交替； 偏置在最小和最大偏置值之间的交替的周期比核心太阳能电池的热载流子冷却时间更短，以从核心太阳能电池提取跨越能级范围的光激励载流子。23.据权利要求22所述的太阳能电池，其中: 核心太阳能电池具有第一和第二接触部； 将偏置电路耦合以使第一和第二接触部之间的偏置值在最小和最大偏置值之间周期性地交替，最小偏置值是以下值:在该值处，核心太阳能电池内部内置电场足够高，以使得在核心太阳能电池内生 成(光激励)的电子和空穴(载流子)向第一和第二接触部传输，最大偏置值实质上等于在核心太阳能电池内生成的载流子(热载流子)的电化电势的最大值。24.据权利要求23所述的太阳能电池，其中，偏置值的交替周期包括允许偏置值逼近或达到最小偏置值的子周期，所述子周期被选择为足够长，以维持足以在热载流子冷却时间内将核心太阳能电池内的实质上所有光激励载流子传输至第一和第二接触部的平均载流子传输速度。25.据权利要求23所述的太阳能电池，其中，偏置值的交替周期包括允许偏置值逼近或达到最小偏置值的子周期，所述子周期足够短，以将由核心太阳能电池实现的平均光电压保持在最高可能值处或附近。26.据权利要求23所述的太阳能电池，其中，偏置值的交替周期包括偏置值逼近或达到最小偏置值的子周期，所述子周期被选择为足够长，以维持用于在热载流子冷却时间内将核心太阳能电池内的实质上所有光激励载流子传输至核心太阳能电池的第一和第二接触部的平均载流子传输速度，以及子...
【专利技术属性】
技术研发人员：HS埃尔戈罗里，DA麦克奈尔，SE冈瑟，
申请(专利权)人：奥斯坦多科技公司，
类型：
国别省市：
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