CN102130106A - 一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池 - Google Patents

一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池，属太阳能光伏发电和温差发电技术领域。本发明提出的同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池，包括光电转换电池、热电转换电池和散热片，光电转换电池粘接在热电转换电池的热端，散热片粘接在热电转换电池的冷端。本发明的太阳能电池，在利用太阳能进行光电转换的同时，利用热电转换电池和散热片不断吸收光电转换电池中的工作废热，即降低了光电转换电池的工作温度，又提高了光电转换电池的光电转换效率，因此本发明提出的太阳能电池具有较高的转换效率。

Description

一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池
技术领域
本发明涉及一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池，属太阳能光伏发电和温差发电技术领域。
背景技术
太阳能是首屈一指的可再生能源，太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式。太阳能光伏发电利用太阳能电池将太阳光能直接转换为电能，具有转化环节少、能源质量高、建设周期短和发电方式接近零排放等优势。
太阳能光伏发电技术在实际应用中还存在以下不足：
(1)目前太阳能电池的光电转换效率在15-20％之间，只是利用了太阳能中很小的一部分，大部分太阳能没有被充分利用。
(2)太阳能电池在运行过程中，未被利用的太阳辐射能除了一小部分被反射外，其余大部分被电池吸收转化为热能。如果这些吸收的热量不能及时排除，太阳能电池温度就会逐渐升高而降低发电效率，据统计太阳能电池温度每升高1℃功率约减少0.35％。另外，太阳能电池长期在高温下工作还会因迅速老化而缩短使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提出一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池，以克服上述现有技术太阳能利用效率低的缺点，并能降低太阳能电池工作温度，进一步提高光电转换效率。
本发明提出的同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池，包括光电转换电池、热电转换电池和散热片；所述的光电转换电池粘接在热电转换电池的热端；所述的散热片粘接在热电转换电池的冷端；所述的光电转换电池由上电极、减反射膜、扩散层、基体和下电极组成，减反射膜、扩散层、基体和下电极依次相互重叠，上电极固定在减反射膜中；所述的热电转换电池由多对温差电偶构成，每对温差电偶包括一个N型半导体电极和一个P型半导体电极，P型半导体电极和N型半导体电极的一端分别焊接在一个金属电极上，P型半导体电极和N型半导体电极的另一端分别焊接在另外两个金属电极上，多对温差电偶通过金属电极相互连接后，在上、下两面用导热绝缘片夹紧粘接后成为热电转换电池。
本发明提出的同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池，在利用太阳能进行光电转换的同时，利用热电转换电池和散热片不断吸收光电转换电池中的工作废热，即降低了光电转换电池的工作温度，又提高了光电转换电池的光电转换效率，因此本发明提出的太阳能电池具有较高的转换效率。
附图说明
图1是本发明提出的太阳能电池的结构示意图。
图1中，1是基体，2是扩散层，3是上电极，4是减反射膜，5是下电极，6是N型半导体电极，7是P型半导体电极，8是金属电极片，9是导热绝缘片，10是散热片。
具体实施方式
本发明提出的同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池，其结构示意图如图1所示，包括光电转换电池、热电转换电池和散热片10。光电转换电池粘接在热电转换电池的热端，散热片粘接在热电转换电池的冷端。如图1所示，光电转换电池由上电极1、减反射膜4、扩散层2、基体1和下电极5组成，减反射膜4、扩散层2、基体1和下电极5依次相互重叠，上电极3固定在减反射膜4中。热电转换电池由多对温差电偶构成，每对温差电偶包括一个N型半导体电极6和一个P型半导体电极7，P型半导体电极7和N型半导体电极6的一端分别焊接在一个金属电极8上，P型半导体电极和N型半导体电极的另一端分别焊接在另外两个金属电极8上，多对温差电偶通过金属电极8相互连接后，在上、下两面用导热绝缘片9夹紧粘接后成为热电转换电池。
本发明的太阳能电池中，扩散层(n层)是在基体表面用高温掺杂扩散方法制成的，在两层交界形成p-n结；上电极是在扩散层(n层)表面金属化后形成的光伏发电负电极，下电极是在p层基体背面金属化形成的光伏发电正电极；减反射膜4是沉积在扩散层(n层)表面上的一层氮化硅薄膜，用于减少阳光反射。p层基体、n扩散层层、减反射膜4、上电极3和下电极5构成光电转换电池。导热绝缘片9粘接在p层基体背面，导热绝缘片上粘接有金属电极片，将N型半导体电极和P型半导体电极焊接在金属电极片上形成一对温差电偶，将若干对温差电偶用金属电极片焊接串联，然后用导热绝缘片夹紧粘接后就构成热电转换电池；所述的散热片紧密粘接在热电转换电池的导热绝缘片上。
本发明提出的太阳能电池，在太阳光照射下，具有足够能量的光子进入p-n结区，将电子从共价键中激发，产生电子-空穴对。在p-n结电场的作用下，电子向带正电的n区运动，空穴向带负电的p区运动，在p区和n区之间产生一个向外的光电发电电压；由于硅太阳能电池(光电转换电池)对于波长小于0.35μm的紫外光和波长大于1.1μm的红外光没有反应，因此其光电转换效率只有15％～20％。除一小部分(10％)被反射外，其余的太阳辐射能量被转变为热量，使硅太阳能电池温度升高，在热电转换电池的上下两端形成温差，热电转换电池直接将一部分热能转换成电能，在N型半导体电极和P型半导体电极两端产生光热发电电压，其余部分热能则传递到散热片上，借助于热辐射和自然对流方式将热量散发出去，使热电转换电池冷端(下端)保持较低温度，同时也降低了硅太阳能电池的工作温度。
本发明的一个实施例中，p层基体1为厚度0.3mm的单晶硅片，采用热扩散法在p层基体1上形成深度约0.5μm的n扩散层2，在界面形成p-n结；采用真空蒸镀法在n层2表面和p层基体1背面制作上电极3和下电极5；在n层2表面蒸镀一层二氧化硅膜，形成减反射膜4。所述的p层基体1、n层2、减反射膜4、上电极3和下电极5构成硅太阳能光电转换电池。
所述的导热绝缘片9粘接在p层基体1背面，导热绝缘片上粘接有金属电极片8，将N型半导体电极6和P型半导体电极8焊接在金属电极片8上形成一对温差电偶，将若干对温差电偶用金属电极片8焊接串联，然后再用一片导热绝缘片9夹紧粘接后就构成热电转换电池；所述的散热片10紧密粘接在热电转换电池的导热绝缘片8上。
所述的N型半导体电极6和P型半导体电极7均使用碲化铋(Bi2Te3)基的固溶体合金材料，导热绝缘片9采用氧化铝陶瓷片，金属电极片8使用铜材料、散热片10使用铝合金型材。
本发明的太阳能电池的工作原理是：
在太阳光照射下，足够能量的光子进入p-n结区，在硅太阳能光电转换电池的上电极3和下电极5之间产生电压；除一小部分太阳辐射能量被反射外，其余的太阳辐射能量被转变为热量，使硅太阳能电池温度升高，在热电转换电池的上下两端形成温差；热电转换电池直接将一部分热能转换成电能，在N型半导体电极6和P型半导体电极7两端产生光热发电电压，其余部分热能则传递到散热片10上；散热片10借助于热辐射和自然对流方式将热量散发出去，使热电转换电池的冷端保持较低温度，同时也降低了光电转换电池的工作温度。
综上所述，本发明在设计上对太阳能电池进行了创新，是一种同时利用光效应和热电效应的太阳能电池，由于热电转换电池和散热片可不断吸光电转换电池中的工作废热，降低了光电转换电池的工作温度，可进一步提高其光电转换效率，因此本发明提出的太阳能电池具有较高的太阳能转换效率。

Claims (1)

1.一种同时进行光电转换和热电转换的太阳能电池，其特征在于太阳能电池包括光电转换电池、热电转换电池和散热片；所述的光电转换电池粘接在热电转换电池的热端；所述的散热片粘接在热电转换电池的冷端；所述的光电转换电池由上电极、减反射膜、扩散层、基体和下电极组成，减反射膜、扩散层、基体和下电极依次相互重叠，上电极固定在减反射膜中；所述的热电转换电池由多对温差电偶构成，每对温差电偶包括一个N型半导体电极和一个P型半导体电极，P型半导体电极和N型半导体电极的一端分别焊接在一个金属电极上，P型半导体电极和N型半导体电极的另一端分别焊接在另外两个金属电极上，多对温差电偶通过金属电极相互连接后，在上、下两面用导热绝缘片夹紧粘接后成为热电转换电池。
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