專利名稱：一種光伏聚光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏聚光器中的反射式光伏聚光器。
技術(shù)背景-
本發(fā)明與太陽能電池的光伏能量轉(zhuǎn)化有關(guān)，特別是聚光光伏系統(tǒng)。高效率
聚光光伏電池近年來的進展，特別是ni-v族化合物半導體多結(jié)光伏電池的轉(zhuǎn)
換效率已超過40%,使得其規(guī)模應(yīng)用于電站發(fā)電成為可能。仍然存在的瓶頸是 缺少效率高的，重量輕的，耗材少的，厚度薄的，造價低的，環(huán)保的聚光系統(tǒng)。
光的聚集有兩個基本的方法平面折射透鏡(通常稱為菲涅耳透鏡)聚光 法，和二次曲面反射鏡聚光法。至今，中高倍光伏聚光器中采用菲涅耳折射透 鏡仍占據(jù)主流，但是其中仍然存在一些根本的問題，如聚合物材料在長期嚴酷 環(huán)境下使用的可靠性和穩(wěn)定性，對于多結(jié)電池所敏感的色散性能，以及有限的 光學效率(目前達到85%)。
如果采用合適的基礎(chǔ)材料和工藝設(shè)計，反射鏡方案可以避免這些問題。直 到幾年前，反射鏡方案還都只限于大尺寸的拋物曲面或槽式曲面及塔式的聚光 器，其單個口徑尺寸就為平方米或更大的數(shù)量級。
2005年，美國Concentrating Technologies公司的兩篇文章(Proc. 31st IEEE PVSC， 2005， pp. 17-22和pp. 635-638)揭示了小的反射鏡的聚光器。被 稱為"微鏡"的曲面反射鏡的口徑尺寸為31cmx31cm。但它的聚光長度還是 過長，無法給系統(tǒng)加一個蓋板以阻擋灰塵和水汽，這也是妨礙其得以應(yīng)用的原 因。不過，該系統(tǒng)證明了對這樣大小開口的反射鏡及相應(yīng)大小的芯片(lOmmx 10mm)的高倍聚光(500倍)，被動冷卻是可行的。
Jeffrey M. Gordon 和Daniel Feuermann的2006年的文章(Applied Optics, Vol. 44， No. 12， pp. 2327-2331)和SolFocus公司2006年的一個世 界專利W02006130520A2都揭示了 "微鏡"大小的反射鏡系統(tǒng)能進一步采用 Cassegian設(shè)計，再加一個小的反射鏡，以折疊光路從而減少聚光器的厚度。 因為增加了第二個反射鏡，也增大了入射角，這樣的聚光器的光學效率并不理 想。
從2000年初起，Sunpower公司，UPM和Isofoton公司在一些文章(Proc. SPIE Vol. 4446， (2001) pp. 32—42; Proc. 28th IEEE PVSC， (2000) pp.1416-1419; Proc. of the 28th IEEE PVSC， (2000) pp. 1495-1497)和2007 年SolFocus申請的國際專利WO/2007/130794A2, 130795A2 and 139796A2中 都揭示了用特殊設(shè)計的微小單元透鏡取得高倍聚光。比如透鏡一面鍍反射膜， 從另一面全反射的RX1;菲涅耳全反射透鏡的TIR-R;透鏡一面鍍反射膜，而 另一面鍍小的二次反射鏡的Generation-II. 在這幾種方案中，光學透鏡孔徑 都在IO cm2以下，電池芯片的尺寸也是lmm見方。好處是，因熱源分散對散熱 的需求可以降低，并且因焦距的縮短使之構(gòu)成薄板的平板聚光器。其最嚴重的 問題是經(jīng)過多一次反射，光學效率低，如2006年Isofoton公布的數(shù)據(jù)為只有 69%的光學效率。另外還有芯片引線的困難和小芯片的邊界電場導致載流子復 合的問題。
Su叩ower公司在美國專利7297865 B2中揭示了一種微小曲面反射鏡的離 軸聚光器。雖然微小曲面反射鏡可以構(gòu)成一個共平面的陣列，但是光伏芯片還 需要逐個安裝，而且不能安裝于一個公共的平面，這造成了運用中的困難。
中國專利公開號CN1430716公開了一種"雙反射太陽聚光器"，光線離軸 入射于拋物面再經(jīng)過一個垂直鏡面的反射，聚焦于拋物面邊緣某點。該光路涉 及兩次反射，特別是大角度離軸反射，會降低光效率。其中光伏芯片的調(diào)正固 定和對光并不方便。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有的反射式光伏聚光器存在的厚度過甚、多 次對光、聚光效率較低的缺點，提供的一種較薄的高效率的光伏聚光器。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
一種光伏聚光器，包括光伏芯片和反射器，其特征在于反射器由一組 集成的小型反射鏡組成反射鏡陣列組成， 一組光伏芯片組成的陣列安裝于透光 板上，每個光伏芯片與反射鏡陣列中的一個小型反射鏡對應(yīng)配合，以接受該小 型反射鏡的聚焦反射光。
上述技術(shù)方案中，所述的小型反射鏡可以為小型曲面凹鏡或小型曲面槽鏡 組成的反射鏡陣列，曲面凹鏡口徑的形狀可以是多邊形、圓形等。所述的曲面 采用雙曲面或拋物面為主。小型反射鏡的口徑尺寸可以做的較小，這樣可以使 單個小型反射鏡焦距較短，最終可以使光伏聚光器整體厚度較薄。如單個小型 反射鏡的典型口徑面積為10-100 cm2，光伏芯片的典型面積為1-20 mm2，具有 300-2000倍的高倍聚光比。如單個小型反射槽的典型口徑寬度為4-20 cm,光 伏芯片的典型寬度為1-4 mm,具有10-200倍的中倍聚光比。光伏芯片陣列安裝于透光板下面，與光伏芯片相連的引線連接在透光平板 下面。所述引線可以采用透光導電膜或金屬導線布線。
透光板與一框架連接組成一個的容器，所述的反射鏡陣列安裝于該容器中 的框架底面并與透光板上光伏芯片陣列對應(yīng)配合。所述透光板可以由玻璃、塑 料高分子材料等制成。本發(fā)明所述的容器可以是密閉或半密閉容器。
本發(fā)明中的光伏芯片還包括勻光器和散熱器，它們一并安裝于一透光板下 面。由于光伏芯片的尺寸變小，而且相互之間的距離拉開，這樣有利于散熱， 并使被動冷卻方式得以采用。對于高倍的聚光器，特別是光伏芯片及其散熱器 位于光的入射方向時，這尤為重要。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明中的小型反射鏡使焦距變短，使聚光器的厚度 變薄并達到了一個合理的厚度，使整體光伏聚光器重量減輕，使定日(太陽能 跟蹤)功率降低，也無需采用雙反射鏡的折疊裝置，從而避免光在第二個反射 鏡上的損失。由于光伏芯片的尺寸變小，并使光伏芯片相互之間的距離拉開， 這有利于散熱，并使被動冷卻方式得以采用。本發(fā)明中的小型反射鏡陣列和透 光板上的光伏芯片陣列的光學對準是通過這兩個陣列的相對位置來實現(xiàn)，而不 必逐個對準每一對反射鏡和芯片。本發(fā)明采用密閉或半密閉的容器，避免灰塵、 減少了可能的水汽的滲透。
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圖1是本發(fā)明采用了一個集成的曲面凹鏡組成的反射鏡陣列， 一個布置有 光伏芯片陣列的透光板和一個容器盤構(gòu)成的光伏聚光器； 圖2是圖1的A—A剖視圖3是本發(fā)明采用了一個集成的曲面槽鏡反射鏡陣列， 一個布置有光伏芯 片陣列的透光板和一個容器盤構(gòu)成的光伏聚光器；。 圖4是圖3的B—-B橫截面剖視圖；
具體實施例方式
實施例一
如圖1、圖2所示，光伏聚光器100包括透光板101，它是一塊平面透光
玻璃板，平面透光玻璃板下面安裝有光伏芯片103組成的陣列，透光板101安 裝在帶有框架的下板102上構(gòu)成一個密閉或半密閉的容器，下板102底面設(shè)有 一組小型曲面凹鏡102a組成的反射鏡陣列，每個光伏芯片與對應(yīng)的一個曲面 凹鏡對應(yīng)配合，以接受該小型反射鏡的匯聚反射光。在這個示例中，單個小型 曲面凹鏡102a的典型口徑面積為25 cm2，光伏芯片103的典型面積為2mm見方，具有500-1000的高倍聚光比；光伏聚光器的典型受光面積為lm2， 一個光 伏聚光器大約能夠含有500個這樣的小型曲面反射鏡；整體聚光器典型厚度為 5 cm,重量輕于15公斤。每個定日器上可能安裝有一個或多個這樣的光伏聚
光器o
小型曲面反射鏡102a的口徑面積約為10cm2-100cm2,形狀可以是準六邊 形，準矩形，或準圓形等，曲面采用雙曲面或拋物面。由小型曲面反射鏡102a 組成的反射鏡陣列可以由對浮法玻璃加熱使之軟化，依靠玻璃重力或模具加壓 熱彎而成。在其它示例中則使用壓模法。因為集成的小型曲面反射鏡陣列是一 次成型的，模具的精度就能保證所有反射鏡和對應(yīng)的芯片的一次光學對準。
實施例二
如圖3所示，光伏聚光器200包括透光板201，它是一塊安裝有光伏芯片 條203陣列的平面透光玻璃板。透光板201安裝在帶有框架的下板202上構(gòu)成 一個密閉或半密閉的容器，下板202中設(shè)有集成的小型曲面槽鏡202a組成的 反射鏡陣列。在這個示例中，單個小型曲面槽鏡202a的典型口徑寬度為10cm， 光伏芯片條203的典型寬度為2mm，具有50倍的中倍聚光比；聚光器的典型 受光寬度1 m， 一個光伏聚光器大約能含有10個這樣的小型反射槽。光伏聚 光器的典型厚度大約為8cm，受光面積為lr^時，重量低于15公斤。每個定
日器上可能安裝有一個或多個這樣的光伏聚光器。
圖4示意了圖3的橫截面剖視的示意圖，光伏聚光器200的透光板201下 面安裝有光伏芯片條203組成的陣列，帶有框架的下板202中設(shè)有小型曲面槽 鏡202a組成的反射鏡陣列。每個光伏芯片條與對應(yīng)的一個曲面槽鏡對應(yīng)配合， 以接受該小型反射鏡的匯聚反射光，如圖中光線L所示。兩個陣列的一致性是 在制造時由模具精度所確定，安裝時透光板與下板的光學對準只需一次即可完 成。每個光伏芯片都聯(lián)有引線與接線柱相連，以向外部供電。引線是用透明導 電膜或金屬導線布線在板201的下面。
透光板201的材料需要是在光伏芯片203的光譜響應(yīng)范圍內(nèi)透明。其可以 是某種玻璃或塑料。浮法玻璃因其光滑平整作為優(yōu)先的選擇。為了抗御惡劣環(huán) 境，采用硼硅玻璃材質(zhì)，或者一般浮法玻璃經(jīng)過后續(xù)鋼化處理。透光板201的 兩邊傾向鍍上增透膜以減少光反射時的損失。
光伏芯片條203包含由勻光器和散熱器，光伏芯片條安裝于或者鑲于透光 板201的下表面。 一般不宜打穿孔，這樣有利透光板201的清潔和維護，也避 免水汽的滲透。散熱器的材料需要有好導熱系數(shù)，在形狀設(shè)計上要求有不大于芯片的遮擋
面積。光伏芯片203傾向采用高效的光伏芯片，比如m-v族化合物半導體多
結(jié)外延芯片，亦可采用其他材料的電池芯片，如硅的，銻化鎵的等。 小型曲面凹鏡或小型曲面槽鏡有幾種材料可以選擇，比如玻璃，塑料，聚
合物，金屬等。在玻璃的例子中，金屬作為反射層被可以鍍在正面或背面。在
采用不透光的塑料或金屬的例子中，反射層必須鍍在正面。
合適的小型反射鏡的口徑的選擇和曲面設(shè)計，能使聚光在較短的距離，這
樣光伏聚光器的厚度可以縮短到合適的尺寸，而不必使用第二反射鏡對光路折疊。
權(quán)利要求
1、一種光伏聚光器，包括光伏芯片和反射器，其特征在于反射器由一組集成的小型反射鏡組成反射鏡陣列組成，一組光伏芯片組成的陣列安裝于透光板上，每個光伏芯片與反射鏡陣列中的一個小型反射鏡對應(yīng)配合，以接受該小型反射鏡的匯聚反射光。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏聚光器，其特征在于所述的反射鏡 陣列為集成的小型曲面凹鏡組成的反射鏡陣列。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏聚光器，其特征在于所述的反射鏡 陣列為集成的小型曲面槽鏡組成的反射鏡陣列。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種光伏聚光器，其特征在于光伏芯片陣列安裝于透光板下面，與光伏芯片相連的引線連接在透光板下面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的一種光伏聚光器，其特征在于透光板 與一框架連接組成一個容器，所述的反射鏡陣列安裝于該容器中的框架底面并 與透光板上光伏芯片陣列對應(yīng)配合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光伏聚光器，其特征在于透光板與一框 架連接組成一個密閉或半密閉的容器，所述的反射鏡陣列安裝于該容器中的框 架底面并與透光板上光伏芯片組陣列對應(yīng)配合。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光伏聚光器，其特征在于所述的與光伏 芯片相連的引線為設(shè)置在透光板下面的透明導電膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光伏聚光器，其含有兩塊平面板下面的平板是由多個集成的小型曲面反射鏡102a的陣列共平面構(gòu)成；上面是一透光平板101，內(nèi)側(cè)安裝有光伏芯片103組成的陣列，該陣列與小型曲面反射鏡陣列對應(yīng)配合，使入射光通過每個曲面反射鏡102a聚集到相應(yīng)的光伏芯片103中，這種光伏聚光器可以一次性對光調(diào)準，本發(fā)明中的小型反射鏡使焦距變短，使聚光器的厚度變薄，整體光伏聚光器重量減輕，使定日(太陽能跟蹤)功率降低，由于光伏芯片的尺寸變小，相互之間的距離拉開，這有利于散熱，并使被動冷卻方式得以采用。本發(fā)明還可采用密閉或半密閉的容器，避免灰塵、減少了可能的水汽的滲透。
文檔編號H01L31/052GK101419993SQ20081020390
公開日2009年4月29日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者鄭小鹿 申請人:鄭小鹿