CN101093864A - 具有弹性电池封装组件的聚光光电装置 - Google Patents

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迈克尔·C·韦斯伯格
托马斯·S·齐默尔曼
斯蒂芬·J·霍恩
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Abstract

一种卡塞格仑型聚光太阳能收集器包括分别设置在透光(如玻璃)光学元件的相对的凸面和凹面上的主镜和次级镜。光线进入到围绕次级镜的孔径表面，并被主镜和次级镜反射到光电电池上，其中，该光电电池设置在形成于光学元件中的中心孔中。一弹性透光材料设置在中心孔中且位于光电电池和光学元件之间。光电电池具有似方形的上表面，该上表面包括设置在上表面的四个角部上的金属导电接触结构，并设置该金属导电接触结构，使其限定一个圆形有效区域。在组装过程中，光电电池安装在散热片上，其中该散热片设置在中心孔中。散热片包括与孔的表面相接触的弹性指状物，以利于光电电池的自对准。

Description

具有弹性电池封装组件的聚光光电装置
技术领域
本发明涉及太阳能发电机，特别是涉及聚光型光电装置。
背景技术
用于产生电能的光电太阳能收集装置大体上包括平板收集器和聚光太阳能收集器。平板收集器一般包括PV电池阵列和形成在半导体(例如，单晶硅或多晶硅)衬底上的相关的电子器件，而从平板收集器输出的电能直接与阵列的面积相关，因而需要大的、昂贵的半导体衬底。聚光太阳能收集器降低了对大半导体衬底的需求，聚光太阳能收集器通过使用如聚集光线的抛物线反射镜或透镜聚集光线(即太阳光)，可以产生直接照射到小PV电池上的强度更大的太阳能束。因而，聚光太阳能收集器优于平板收集器[，该优势在于，它们使用数量少得多的半导体。聚光太阳能收集器的另一个优势在于，它们在产生电能的效率更高。
图7和8分别为简化的传统的卡塞格仑型聚光太阳能收集器50的立体分解示意图和横截面图，该卡塞格仑型聚光太阳能收集器50包括PV电池51和聚光光学系统52，该聚光光学系统52包括主镜53和次级镜54，该主镜53和次级镜54反射并聚焦光束LB，经过反射和聚焦的光束LB经过主镜53的中心开口53A，形成聚焦光束55(即，单位面积的辐照度或能量最高的区域)。主镜53和次级镜54被一框架(未示出)支撑，PV电池51安装在一结构支撑件或平台56上，该结构支撑件或平台56将PV电池51保持在聚光光学系统52的像面，从而使得PV电池51与聚焦光束55相一致。
传统的聚光太阳能收集器如太阳能收集器50的一个问题是，其运行和维护费用很高。在传统收集器中用于聚焦光束的太阳能收集器光学器件(例如，主镜53和次级镜54)是分开制造的，并且必须小心组装以使聚焦光束55和PV电池51正确的对准(即，使聚焦光束55聚集在PV电池51上)。此外，随着时间的过去，反射镜和/或透镜会发生偏离，并且会由于暴露在环境中而变脏，因而降低了聚焦光束55的强度。清洁和调整反射镜和/或透镜形式的维护是十分重要的，特别是在反射镜和/或透镜被制成难于清洁的不平坦的形状时。
图9为传统PV电池51的上表面的平面图。在由标准的集成电路制造技术形成时，PV电池51包括方形或矩形的半导体“芯片”，该芯片将光转化为在基极导体(未示出)和一对上发射极导体57A和57B之间流动的电流，该基极导体形成在该“芯片”的下表面上，而该一对上发射极57A和57B设置在“芯片”的上表面并沿有效区域57的相对的侧边延伸。设置在导体57A和57B之间的是暴露的方形的中心“有效”区域58。由于被金属接触结构57A和57B覆盖了的PV电池51的侧部区域不接收太阳光，因而PV电池51的总的光接收面积由方形的有效区域58限定，在公开的实施例中该有效区域58的面积为W12(即，图9中所示的宽度W1的平方)。然而，由于金属接触结构57A和57B，传统PV电池51的上表面的总宽度W2是宽度W1和两个金属接触结构57A和57B的宽度W3之和。在一个实施例中，宽度W1为1mm，而宽度W3为0.01mm，因而得到了1.2mm的总宽度W2，和1.2mm2的总面积。
由于PV电池51占了聚光太阳能收集器50的总成本的很大一部分，因而极大的激励了人们去最小化PV电池51的尺寸(以及，由此导致的生产成本)。在这点上，传统PV电池51的一个问题是，使用方形的有效区域58转化圆形的太阳光(例如，聚焦光束55；见图8)的转化效率较低。也就数说，由传统PV电池51产生的能量总体上与施加到有效区域58的入射光的总量有关——高强度的光束比低强度的光束产生更大的能量，且照射大部分的有效区域比仅照射一小部分的有效区域产生更多的能量。然而，由光学系统产生的圆形的聚焦光束(即，太阳的像)与方形的有效区域58不匹配，因而，或者部分入射光不得不由于与有效面积不匹配而被直接去掉，或者部分有效面积不得不保持未照射状态。举例来说，如图9所示，当聚光太阳能收集器的聚光光学器件产生一束照射整个有效区域58的相对较大的、低强度的聚焦光束55A时，聚焦光束55A的一部分(例如，由阴影区域55A1所表示的)落到了有效区域58的外侧，因而部分55A1不能被转化为能量。相反的，当聚光太阳能收集器的聚光光学器件产生一束全部位于有效区域58上的相对较小的、高强度的聚焦光束55B时，有效区域58的角部(例如，由阴影区域58A1所表示的)是不起作用的(未被照射)，因而浪费了PV电池51的这些部分。
需要一种聚光PV(CPV)装置，该装置可以避免传统聚光型PV电池所具有的高昂的组装和维护费用，并可以提供用于PV电池的适合的光学稳定的封装，并且可以更高效地使用PV电池的有效区域。
发明内容
本发明涉及到卡塞格仑型CPV装置，该装置包括使用固体玻璃或塑料的光学结构，该光学结构具有相对较大的凸的(突出的)下表面、一限定在该下表面中的中心孔以及一上孔径表面，该上孔径表面具有一相对较小的居中的凹的(曲面的)的表面(例如，一凹陷)。卡塞格仑型主镜和次级镜分别设置在凸出的下表面上和中心凹陷上，使得反射面面向光学结构的内部。下罩包括覆盖该中心孔设置的中心部，和一个或多个从该中心部延伸并覆盖主镜背面的外围部。PV电池安装在下罩的中心部上，使得该PV电池设置在中心孔的内部。在一个实施例中，凸面和凹面被发置为相关联的二次曲线(例如，双曲线和/或抛物线)表面，使得经由孔径表面进入照射到主镜上任意点的那部分光被次级镜上的相对应的点反射，该次级镜再次反射光线，并将光线聚焦在中心孔中以及PV电池上。因为光学结构是固体的(即，由于凸面和凹面相对于彼此是固定的)，主镜和次级镜永久地保持对准，从而在维护成本最小化的前提下维持了最佳的光学工作。此外，在气体/固体分界面上的光损失也被最小化，因为在主镜和次级镜之间只设置有固体光学材料(例如，低铁玻璃)。
根据本发明一个方面，在中心孔内的模塑的光学元件和PV电池之间的空隙填充有弹性透光材料，该弹性透光材料适于承受处于电池上或位于电池附近的强光。该弹性透光材料排除了会分散光线、干扰热传导、并且随着时间的过去会变成失效点的孔穴。在一个实施例中，弹性透光材料为胶体，该胶体在未硬化时呈液态，在硬化后呈相对固态。使用可硬化的胶体材料的一个优点是，其能在未硬化时的液体状态下进入到孔中，这使得该胶体材料能够充满PV电池周围的复杂形状。使用这种胶体材料的另一个优点是，在组装和工作时可以对元件(例如，PV电池及其支撑结构)施加机械运动，而不会在关键的电池接缝的区域中形成裂缝或空隙。优选地，该胶体材料为硅树脂，因为这种材料具有机械适应性，且具有在温度和湿度条件下的光学稳定性，并且能够承受长期在紫外线中的暴露而不会变黄。根据本发明另一方面，至少低至PV电池所转化的最长波长(最低光子能)的光来说，该胶体材料是透光的。该最长波长取决于PV电池的最小能带隙，其中该PV电池可以是多结电池。
根据本发明的另一方面，CPV装置的PV电池包括设置在上(暴露的)表面的四个角部的上的接触结构，由此该接触结构限定了居中的基本为圆形的有效区域。由于由卡塞格仑型光学系统产生的聚焦光束是圆形的，本发明的PV电池高效地利用了PV电池有效区域，从而通过最小化PV电池的整体“芯片”尺寸而降低了生产成本。
根据本发明的另一方面，金属化图案包括呈径向和角向图案的栅格线。由于光线在电池的中部形成圆形光斑，光电流将从电池的中心向边缘沿径向增大。从电池的角部向中心沿径向延伸的栅格线是最适合于电池的电流产生的。可以在该径向栅格线上增加可选的角向延伸，以进一步减小载流子在到达栅格线前在半导体中需要移动的距离。栅格线的数量和精确间隔以及其尺寸的其它的优化取决于电池的效率和到达电池的光的会聚程度，并且可由栅格线优化熟悉本领域的技术人员例行地进行。
根据本发明的另一方面，PV电池设置在散热片上，该散热片安装在孔内，该孔形成在光学元件中。假设光学元件优选地由玻璃制造，而散热片优选地由金属制造，可以预料到这两个物体会具有不同的热膨胀系数。因而，理想的是由光电电池和散热片形成一种在孔中自定心的组件。因此，在一个实施例中，散热片包括多个弹性指状物，该弹性指状物有利于散热片在孔中的自对准，从而使得PV电池与由光学元件构成的光学系统的焦点自对准。PV电池设置在散热片的背面上，该背面限定了覆盖该PV电池圆形有效区域的圆形开口。PV电池的发射极(顶侧)触点电连接(例如，焊接)到散热片，其在PV电池和第一外部导线之间提供了导电通路。PV电池的基极(底侧)触点电连接到第二导线。在一个实施例中，第一和第二导线设置在下罩上，该下罩共形地安装到该光学元件的背侧表面上。
附图说明
本发明的这些和其它的特征、方面和优点，将通过随后的说明书、所附权利要求、和附图而变得更加清楚，其中：
图1为根据本发明的一个实施例的CPV装置的立体分解示意图；
图2为图1中的CPV装置在工作时的剖面侧视图；
图3为根据本发明的另一实施例的用于CPV装置的PV电池的立体示意图；
图4为根据本发明的一个具体实施例的CPV装置的立体分解示意图；
图5为详细示出了图3中的CPV装置的散热片的部分立体剖视图；
图6为详细示出了图4中的CPV装置的简化的局部平面侧视图；
图7为传统的聚光型光电装置的立体示意图；
图8为图7中的传统装置在工作时的剖面侧视图；以及
图9为在图7中的传统装置中所使用PV电池的平面示意图。
具体实施方式
本发明涉及聚光PV(CPV)装置，该装置避免了传统聚光型PV电池所伴随的高昂的组装和维护费用，提供了用于PV电池的适合的光学稳定的封装，并且更高效的使用PV电池的有效区域。具体来说，本发明提供了改善固体电介质太阳光聚集器中的PV电池的附件和性能的结构和方法，如在共有的且与本申请的优先权申请共同待审的美国专利申请中公开的那样。该申请的序列号为11/110,611，题目为“CONCENTRATING SOLAR COLLECTOR WITHSOLID OPTICAL ELEMENT”，在此引用其全部作为参考。
图1为根据本发明的一简化实施例的内镜卡塞格仑型聚光光电(CPV)装置100的立体分解示意图。聚光太阳能收集器100一般包括光学元件110、光电(PV)电池120，主镜130、次级镜140、和光学下罩150。
光学元件110是固体的、碟状的、透光的结构，包括上层111、从上层111的下侧突出的相对较大的凸面112、设置在上层111的上侧的大致平坦的孔径表面115、以及限定在孔径表面115中(即，延伸到上层111内)的相对较小的凹面(曲面的凹陷)117。为了使得材料、重量、厚度和光吸收最小化，上层111可以很小。在一个实施例中，光学元件110利用低铁玻璃(例如，由Pilkington PLC，UK生产的Optiwhite玻璃)模塑制成。或者，可以加工并抛光透明塑胶以形成单片的光学元件110，或将分离的镜片通过胶粘或其它方式固定以形成光学元件110。在优选实施例中，光学元件110的厚度介于5至12mm且宽度介于20至40mm。该厚度有助于保证从后侧凸面112到孔径表面115的热传导通道不会受到大的抵抗，而如果光学元件110更厚或为中空的则会有较大的抵抗。
PV电池120位于限定在凸面112中心的中心孔区113中。PV电池120通过适当的导线122和124(图2中所示)连接，举例来说，利用现有技术连接到邻近的CPV装置(未示出)的PV电池上。举例来说，适当的光电(聚光)电池由Spectrolab，Inc.of Sylmar，California，USA生产。
主镜130和次级镜140分别设置在凸面112和凹面117。如图2所示，主镜130和次级镜140的形状和排布被设置为，使得通过孔径表面115的特定区域进入到光学元件110的以预定方向传播(例如，垂直于孔径表面115的方向)的光线LB，被主镜130的对应区域反射到次级镜140的相关区域，并从该次级镜140的相关区域反射到PV电池120(例如，直接从次级镜140反射到PV电池120，或通过位于该次级镜140和PV电池120之间的折射面实现)。如在这里所使用的，诸如“上”、“下”、“之上”和“之下”的方向术语意仅用于为说明提供相对的位置，而不用于指示绝对的参考结构。在一个实施例中，通过直接在凸面112和凹面117上溅射(sputtering)或用其它方法沉积反射镜材料(例如，银(Ag)或铝(Al))来制造主镜130和次级镜140，从而使得制造成本最小化并提供了良好的光学特性。通过溅射或利用其它已知的制镜技术在凸面112和凹面117上形成镜膜的方法，主镜130基本上呈现凸面112的形状，而次级镜基板上呈现凹面117的形状。照这样，光学元件110通过模塑或其它方法制造，使得凸面112和凹面117的排布和形状出现所需要的镜形状。应当注意，通过形成具有所需的镜的形状和位置的凸面112和凹面117，主镜130和次级镜140有效地自形成并自对准，从而消除了伴随着传统聚光太阳能收集器的高昂的组装和对准成本。此外，由于主镜130和次级镜140保持附着在光学元件110上，因而其相对位置是永久固定的，由此消除了对在传统的多元件设置中所必需的调节或再对准的需要。在一个实施例中，主镜130和次级镜140利用相同的(同样的)一种材料或者多种材料(例如，电镀Ag)同时形成，由此使得制造成本最小化。此外，通过利用光学元件110的表面来制造镜，一旦光从孔径表面115进入到了光学元件110中，在到达PV电池120之前，该光只被主镜130/凸面120和次级镜140/凹面117反射。这样，光只须经过一次空气/玻璃分界面(即，孔径表面115)，由此使得在传统的多元件聚光太阳能收集器中所经受的损失最小化。单一的空气/玻璃分界面损失可以通过在孔径表面115涂覆减反射膜来进一步降低。尽管也可以单独形成主镜130和次级镜140并随后将镜分别附加到凸面112和凹面117，这种生产方法会极大地增加制造成本，并可能会降低由直接在凸面112和凹面117上形成镜膜所带来的良好的光学特性。
下罩150包括中心部151以及从中心部151向外延伸的曲面的外围部152。在一个实施例中，下罩150包括具有相对较高的热传导率的材料，并包括选定的厚度，该选定的厚度可以使得下罩150的侧向热阻(即，从中心部151到外围部152的外边缘沿径向测量得到的)小于光学元件110的截面热阻(即，从凸面112到孔径表面115测量得到的)，如在共同所有的美国专利申请中所表述的那样。该申请的序列号为11/381,999，题目为“PASSIVELY COOLEDSOLAR CONCENTRATING PHOTOVOLTAIC DEVICE”[律师签号为20060255/XCP-069]，该申请与本申请的优先权申请的申请日相同，在此引用其全部作为参考。在另一实施例中，下罩150包括保护层(例如，Tedlar，其是DuPont Corporation的商标，或TPT(Tedlar、聚酯、Tedlar)，其是为了强度、稳定性和介质击穿强度而设计的三层材料)，该保护层设置为覆盖孔113，并利用适当的粘接剂(例如，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA))固定到主镜130的背面(非反射面)。PV电池120安装到中心部151的内表面使得该PV电池120设置在孔113内。举例来说，下罩150利用在共有的且与本申请的优先权申请共同待审的美国专利申请中所公开叠层技术层压到光学元件110上。该申请的序列号为11/382,008，题目为“LAMINATED SOLARCONCENTRATING PHOTOVOLTAIC DEVICE”[律师签号为20060351-US-NP(XCP-071)]，该申请与本申请的优先权申请的申请日相同，在此引用其全部作为参考。
图2为聚光太阳能收集器100在工作时的侧视图。与传统的聚光太阳能收集器类似，使用收集器定位系统(未示出；例如，在美国加利福尼亚州Amonix，Incorporated of Torrance，California，USA所生产的MegaModuleTM系统中所使用的跟踪系统)来定位聚光太阳能收集器100，使得光束LB(例如，太阳光束)以期望的方向(例如，垂直于孔径表面115的方向)直接进入孔径表面115。PV电池120基本上设置在会聚区域F，所述聚光区域表示在该区域光束LB被主镜130、次级镜140和任意中间的光学结构(例如，电通量聚集器)会聚。为了在中心孔113中形成会聚区域F，凸面112、主镜130、凹面117和次级镜140的中心设置在光轴X上，并基本上关于光轴X对称，所述光轴X基本上垂直与孔径表面115(即，凸面112和凹面117的曲面部分由绕光轴X旋转的弧所限定)。
再次参照图1，根据本发明的一个方面，一有弹性的透光材料128设置在孔113内并覆盖PV电池120(即，位于PV电池120和设置在孔113内的光学元件110的表面之间)。在一个实施例中，透光材料128包括适于承受位于或接近PV电池120的强光的硅树脂(例如，聚二苯基硅氧烷或聚甲基苯基硅氧烷)。透光材料128设置在孔113中，使其排除了会分散光线、干扰热传导、并且随着时间的过去会变成失效点的空隙或孔穴(例如，气泡)。
在一个实施例中，用于透光材料128的胶体材料(例如，硅树脂)是在未硬化时呈液态、在硬化后呈相对固态的胶体形式。一种适合的可硬化的硅树脂胶体是由Dow Corning生产的，型号名/编号为Sylgard 3-6636。使用这种可硬化的胶体材料的优点是，其能在未硬化时的液体状态下进入到孔113中，这使得该胶体材料能够充满PV电池120周围的复杂形状。使用这种胶体材料的另一个优点是，在组装和工作时可以对元件(例如，PV电池及其支撑结构)施加机械运动，而不会在临近电池接缝的区域形成裂缝或空隙。使用硅树脂作为胶体材料的另一个优点是机械适应性，在CPV装置所经受的典型的温度范围(例如，低于100℃)和湿度范围内光学稳定，并且能够承受长期在紫外线中的暴露而不会变黄。根据本发明的另一方面，胶体材料是透光的，至少低至PV电池120所转化的最长波长(最低光子能)的光来说是透明的。该最长波长取决于PV电池120的最小能带隙，该PV电池120可以是多结电池。
根据本发明另一实施例，一种用于生产CPV装置100的方法包括在PV电池120上安装散热片160，该散热片随后被安装到光学元件110的中心孔113中。散热片160包括金属衬底161，该金属衬底161与PV电池120热接触，用于从PV电池120传导热量。在一个实施例中，一个或多个孔165形成在金属衬底161上，与下罩150的中心部151上的对应孔155对齐，以有利于从PV电池120的电流通路，例如，通过导线122和124。在另一实施例中，电流通过下罩150或主镜130以类似于共有的且与本申请的优先权申请共同待审的美国专利申请中公开的方式传输到PV电池120并从PV电池120传出。该申请的序列号为11/110,611(前面引用过)。金属衬底161还限定了一个或多个通道169，该通道与下罩150的中心部151上限定的对应通道159相对准，以有利于透光材料128在组装时流出孔113。在一个实施例中，包括散热片160和PV电池120的组件在组装到光学元件110之前安装到下罩150的中心部151上。在这个实施例中，透光材料128以相对液态进入到孔113中，使得透光材料128充满或几乎充满孔113，而随后安装包括下罩150、散热片160和PV电池120的组件，使得PV电池120和散热片160进入到孔113中，从而使得多余的透光材料128流过通道159和169。在该组装工艺之后，执行硬化工艺，以将透光材料128从其相对液体状态转化为相对固体的硬化状态。
图3为根据本发明另一可选实施例的PV电池120A的立体示意图。PV电池120A包括半导体(例如，单晶硅)衬底121A，该衬底121A具有基本为方形(似方形)的上表面122A，该上表面122A包括四个角部122A1～122A4。金属的导电的最上层接触结构(焊盘)124A1～124A4分别——对应地设置在基板121A的四个角部122A1～122A4中，并且被设置成使得上表面的基本为圆形的有效区域122A2被限定在金属导电接触结构124A1～124A4之间。因为由卡塞格仑型光学系统产生的聚焦光束是圆形的(例如，见图9中描述的光束55A和55B)，PV电池120A通过消除浪费光的问题(例如，见图9中描述的区域55A1)和有效区域未使用的问题(例如，见图9中描述的区域58A)，有助于高效率地利用有效区域122A2，从而通过最小化PV电池的整体“芯片”的尺寸而降低了生产成本。接触结构124A4～124A4形成了PV电池120A的发射极端子，而PV电池120A的基极端子由设置在衬底121A的下表面上的第二导电接触结构125A提供。接触结构124A1～124A4和125A利用已知的技术形成以有利于连接到相关导体，该相关导体通过焊锡凸块(未示出)形成在底罩150和/或散热片160(两者均在图1和2中公开)上，该接触结构在切割工艺前形成在晶片上，衬底120A由该晶片切割形成。适用的焊锡凸块结构在现有技术中是已经公知的，典型地包括凸点下金属化层、电介质钝化层、和在钝化层的开口中的焊锡凸块。
根据本发明的再一个方面，PV电池120A还包括金属栅格线126A1～126A4，该金属栅格线分别从接触结构124A1～124A4沿径向延伸并形成角向的图案。由于光线在PV电池120A上居中形成圆光斑，光电流会从电池的中心到边缘沿径向增大。如图3所描述的，栅格线126A1～126A4中的每个包括分别从接触结构124A1～124A4朝向PV电池120A的中心沿径向向内延伸的径向部分。举例来说，栅格线126A1包括从接触结构124A1延伸的径向部分126A1A。这些径向部分是最适合于电池的电流产生的。可以增加在径向栅格线上的可选的角向延伸(例如角向延伸126A1B)以进一步减少载流子在到达栅格线前在半导体中需要移动的距离。栅格线的数量和精确间隔以及其尺寸的其它的优化取决于PV电池120A的效率和到达PV电池120A的光的会聚程度，并且可由栅格线优化领域的技术人员例行地进行。
图4和5为根据本发明另一实施例的CPV装置200的立体示意图以及部分切除后的立体示意图。与聚光太阳能收集器100类似，聚光太阳能收集器200包括光学元件210、PV电池120A(如上所述)、形成在光学元件210的凸面212上的主镜230、形成在光学元件的凹面217上的次级镜240，以及散热片260。下罩(未示出)以类似于前面所述的下罩160的方式安装覆盖到凸面212上。
如图4所示，光学元件210包括六个围绕孔径表面215的外边缘设置的相邻面219。这种六侧面的设置有利于以高空间利用率的方式形成聚光太阳能收集器200的大阵列，如在共有的且与本申请的优先权申请共同待审的美国专利申请中所详细描述的那样，该申请的序列号为11/110,611(前面引用过)。在其他的实施例中，可以利用具有其他外周形状的收集器(例如，前面所述的圆形外周形状的收集器100)形成低空间利用率达聚光太阳能收集器阵列。中心孔213限定在(例如，模塑到)凸面212中用于容纳PV电池120A。
根据本发明的另一方面，PV电池120A安装到散热片260的金属衬底261上，其随后被安装到光学元件210的孔213中。假设光学元件210优选地由玻璃制造，而散热片260优选地由金属制造，可以预料到这两个物体会具有不同的热膨胀系数。因而，理想的是由PV电池120A和散热片260形成一种在孔213中自定心的组件。因此，散热片260包括多个弹性指状物263，该弹性指状物具有一体地形成在或以其他方式固定连接到金属衬底216上的固定端，以及在其固定端和自由端之间延伸的弯曲体。弹性指状物263的形状被设计为有利于散热片在孔213中的自对准，从而使得PV电池120A与光学系统的焦点F自对准，该光学系统由光学元件210上的主镜230和次级镜240形成。为了本发明的目的，术语焦点的使用既指由成像元件的会聚也指由非成像元件的会聚。
本发明的一个方面是，孔213是锥形的。这种锥形具有多个有用的功能。首先，它适合于模塑工艺。第二，在工作时，如果组装的元件由于热膨胀而扩张，锥形壁通过使元件沿锥形滑出而使得元件能够适应体积变化。
在如图6所示的实施例中，PV电池120A安装在散热片260的背面(下表面)，该背面限定了圆形孔265，该圆形孔被设置成覆盖PV电池120A的有效区域，而下罩250以前面描述过的方式安装覆盖孔213的开口端，从而将PV电池120A和散热片260包围在其中。下罩250包括柔性的电绝缘层253A和两个或多个设置在绝缘层253A中的导线253B1和253B2。PV电池120A的发射极(顶层)接触端(例如，224A1)通过焊锡突点281电连接到金属衬底261，该焊锡突点在PV电池120A的发射极端子和设置在下罩250的中心部251中的第一外部导线253B1之间提供了导电通路。PV电池120A的基极(底部)接触结构125A通过焊锡突点282电连接到第二导线253B2。
虽然参照特定的具体实施例描述了本发明，然而熟悉本领域的技术人员应当清楚，本发明的发明特征还可以应用到其它实施例中，所有这些特征都落入本发明的范围中。举例来说，可以预先形成主镜和次级镜，然后利用合适的粘接剂将其安装到光学元件上，但这种方法会大幅度地增加生产成本。在另一可选实施例中，用于形成次级镜的曲面可以是凸面而不是凹面，从而形成经典的格利高里型系统。在另一可选实施例中，用于形成主镜的曲面可以是椭圆形的、椭球形的、球形的、或其他的曲面形状。

Claims (10)

1、一种聚光光电装置，包括：
一固体的透光的光学元件，具有相对较大的凸面，该凸面限定了一中心孔，以及一相对的孔径表面和一相对较小的曲面，该曲面限定在该孔径表面的中心部中；
一光电电池，设置在该中心孔中；以及
一弹性透光材料，设置在该中心孔中且位于PV电池和该光学元件之间。
2、根据权利要求1所述的聚光光电装置，其特征在于，该光学元件包括玻璃。
3、根据权利要求1所述的聚光光电装置，其特征在于，该弹性透光材料包括胶体材料，该胶体材料具有相对液体状的未硬化状态和相对固体状的硬化状态。
4、根据权利要求1所述的聚光光电装置，其特征在于，该光电电池包括用于将波长在预定波长范围内的光转化为电的装置；并且
该弹性透光材料对所述预定波长范围内的光是透明的。
5、根据权利要求1所述的聚光光电装置，其特征在于，该光电电池包括一衬底，该衬底具有包括四个角部的似方形的上表面，其中在该四个角部中的每个上均设置有一金属导电接触结构，使得该上表面的基本呈圆形的有效区域被限定在该金属导电接触结构之间。
6、根据权利要求5所述的聚光光电装置，其特征在于，还包括设置在该凸面上的主镜，以及设置在该曲面上的次级镜，其中设置该主镜和该次级镜，使得从该孔径表面进入到该光学元件的光被会聚，以形成与该光电电池的圆形有效区域相一致的圆形光束。
7、根据权利要求1所述的聚光光电装置，其特征在于，还包括一下罩，该下罩包括覆盖该光学元件的中心孔的开口端而设置的中心部，以及一个或多个从该中心部延伸覆盖该凸面的外围部，其中该光电电池安装在该下罩的中心部。
8、根据权利要求7所述的聚光光电装置，其特征在于，该下罩包括一层压结构，该层压结构包括一个或多个绝缘层和一个或多个金属化层。
9、一种用于生产聚光光电装置的方法，包括：
形成一固体的透光的光学元件，该光学元件具有一相对较大的凸面，该凸面限定了一中心孔，以及一相对的孔径表面和一相对较小的曲面，该曲面限定在该孔径表面的中心部中；
将一光电电池安装到一散热片上，该散热片限定了一个或多个通道；
将一透光材料设置到该中心孔中使得该透光材料基本充满该中心孔，该透光材料具有相对液体状的第一状态；以及
将该散热片安装到该中心孔内，使得部分透光材料从该一个或多个通道被挤压出。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在该安装散热片后硬化该透光材料，使得该透光材料呈现相对固体状的第二状态。
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