CN103026503B - 通过真空绝热玻璃单元耦合的热电/太阳能电池混合动力及其方法 - Google Patents

Abstract

某些示例性实施例提供了一种技术，其用于改善包括与超绝热但透光的真空绝热玻璃V1G单元技术结合的光电PV模块和热电TE模块的混合动力系统的输出。更具体地说，某些示例性实施例涉及包括氢化微晶硅(mc‑Si)、氢化非晶硅(a‑Si)、本体异质结太阳能电池等的混合动力系统，其可与在环境条件下实现高操作PV和TE效率的TE生成器一起使用。在这方面，某些示例性实施例有效地分割太阳光谱，以便产生具有在环境温度下操作的太阳能电池的PV‑TE混合动力系统的提高的转换效率。

Description

通过真空绝热玻璃单元耦合的热电/太阳能电池混合动力及 其方法

技术领域

本发明的某些示例性实施例涉及包括提供地与真空绝热玻璃(VIG)单元结合的热电(TE)和光电(PV)模块的混合动力系统及其制作方法。更具体地说，本发明的某些示例性实施例涉及包括在VIG单元的空腔中并联热连接且串联连接的TE模块的系统，其中系统具有的条形太阳能电池被提供在位于VIG单元的非光入射侧的基板上，及其制作方法。有利的是，某些示例性实施例，可分割太阳光谱以便提高PV-TE混合动力系统的效率，使红外光谱中的光主要用于TE模块的操作，而在可见光谱中的光主要用于太阳能电池的操作。

背景技术及发明内容

热电电池依赖于热电反应，热电反应一般是指温度差至电压的转换及反转换。在这样的系统中，在原子尺度上，所施加的温度梯度导致材料中的带电载流子(如电子或电子空穴)从热侧向冷侧扩散。因此，热电装置在每一侧上存在不同的温度时生成电压。因此，这种反应可以用来发电。

不幸的是，热电电池的应用有限。问题的部分原因在于，首先，这种电池制成有效的形式非常昂贵，并且其通常需要显着的能量源以提供必要的热量。热电电池的最成功的应用之一是在卫星中，其使用热电偶来产生能量，使它们可以自我维持。在这种应用中，热可以通过卫星的内部电源产生或从其太阳侧上吸收，而“冷”由黑暗空间的真空容易地供给。热和冷产生功率强大的热电偶流程，其可从太阳光谱的IR部获得可用能量。但是在这种情况在地球上是不容易复制的。

在另一个极端，光电装置也是已知的(例如见美国专利第6784361、6288325、6613603、和6123824号，其公开的内容通过参照并入本文)。一些光电装置包括基于无机的太阳能电池。这些太阳能电池的一个问题涉及随着接点温度的增加操作效率的大幅下降。典型的基于硅的太阳能电池在高温下运作地不好，由于暗电流较高，它们的效率下降至少10％。此外，对于Si系太阳能电池，例如，约25％的太阳辐射根本没有得到利用，因为基于Si的太阳能电池是基于它们对可见光谱的部分的暴露运作，而不是基于IR辐射。

最近的一些努力在试图将在太阳能电池中没有使用的辐射部分转移成热电模块来发电。但是，由于上述讨论的和/或一些原因，在海平面或接近海平面的TE生成器无法在热和冷的接点之间维持高的ΔT，因此，基于这种理念的系统已经无法操作其全部的潜力。

因此，应当理解的是，在本领域中需要在地球上以增加的效率操作的热电模块和/或其制作方法。还应当被理解，在本领域中需要改进的混合动力光电/热电系统和/或其制作方法。

某些示例性实施例的一个方面涉及混合动力系统，其包括与超绝热而透光的真空绝热玻璃(VIG)单元结合的光电(PV)和热电(TE)模块。

某些示例性实施例的另一个方面涉及使TE模块吸收照射在其上的红外辐射部分同时允许太阳能电池吸收照射在其上的的可见光部分。

某些示例性实施例的另一个方面涉及提供TE模块的热侧和冷侧的高温度差并同时将光电模块隔热。

也有某些示例性实施例的另一个方面涉及在VIG单元本身内提供TE模块。

还有某些示例性实施例的另一个方面涉及将TE模块提供为电串联且热并联。

另有某些示例性实施例的另一个方面涉及使用柱面透镜将可见光聚焦在PV模块上。

还有某些示例性实施例的另一个方面涉及使用VIG单元的支柱作为波导，以帮助将可见光集中到太阳能电池上。

在本发明的某些示例性实施例中，提供了一种组件。基本平行的、间隔开的第一基板和第二基板至少部分地定义空腔于其间，所述空腔被抽至低于大气压的压力。多个支柱被提供在第一基板和第二基板之间。边缘密封件围绕第一基板和/或第二基板的外周提供。至少一个母线(bus bar)被提供在空腔中并由第二基板支承。多个热电模块位于空腔中和至少一个母线上，使所述热电模块热并联，每个所述热电模块包括n腿和p腿。第三基板支承至少一个太阳能电池，所述第三基板基本平行于第二基板并位于与第一基板相对的第二基板的一侧上。形成至少一个热电偶，使空腔对应至少一个热电偶的热侧，且靠近第三基板的空腔外的区域对应至少一个热电偶的冷侧。相邻的热电模块通过接点互相连接，使热电模块电串联。

在本发明的某些示例性实施例中，提供了一种制作混合动力热电/光电系统的方法。提供第一基板。在第一基板上形成至少一个母线。在第一基板上至少部分地在至少一个母线之上形成多个热电模块，每个所述热电模块包括n腿和p腿。在相邻的热电模块之间形成接点，由此使热电模块串联电连接。在第一基板上形成多个支柱。提供相对于第一基板基本平行的、间隔开的第二基板，由此至少部分地定义空腔于其间。围绕第一基板和/或第二基板的外周提供边缘密封件。将空腔抽至低于大气压的压力。提供背面基板。在背面基板上设置至少一个太阳能电池。将背面基板连接至第一基板，使第二基板和背面基板被提供地相对于彼此基本平行、间隔开，背面基板上具有至少一个太阳能电池的一侧面向第一基板上不具有多个热电模块的一侧。形成至少一个热电偶，使空腔对应至少一个热电偶的热侧，且靠近背面基板的空腔外的区域对应至少一个热电偶的冷侧。多个热电模块在空腔中热并联。

在本发明的某些示例性实施例中，提供了一种混合动力热电/光电系统。真空绝热玻璃VIG单元包括抽至低于大气压的压力的空腔。至少一个母线被提供在空腔中。多个热电模块位于空腔中和至少一个母线上，使所述热电模块热并联，热电模块在热电模块的相邻的n腿和p腿之间包括接点，使热电模块电串联。多个无机太阳能电池设置在空腔外。形成至少一个热电偶，使空腔对应至少一个热电偶的热侧，且靠近多个太阳能电池的空腔外的区域对应至少一个热电偶的冷侧。

本文所描述的特征、方面、优点以及示例性实施例可被组合以实现更进一步的实施例。

附图说明

结合附图参照以下的示例性说明性实施例的详细描述，可更好地和更完全地理解这些和其它特征和优点，其中：

图1是根据示例性实施例的嵌入真空绝热玻璃VIG单元中的热电模块的示意性剖视图；

图2是根据示例性实施例的电串联、热并联、并嵌入真空绝热玻璃V1G单元中的热电模块的示意性顶视或俯视图；

图3是根据示例性实施例的混合动力系统的示意性剖视图，该系统包括被提供地与真空绝热玻璃VIG单元连接的条形太阳能电池和热电模块；

图4标示出作为热接点和冷接点之间的温度差和Z值的函数的热电效率；

图5是示出根据示例性实施例的用于制造混合动力系统的说明性流程的流程图，该系统包括被提供地与真空绝热玻璃VIG单元连接的条形太阳能电池和热电模块；

图6示出根据示例性实施例的波导的操作原理；

图7是根据示例性实施例的成像的、非成像的以及微光学平板透镜的示意图；

图8是展示根据示例性实施例支柱波导如何运作的示意性剖视图。

具体实施方式

某些示例性实施例提供用于改善包括与超绝热但透光的真空绝热玻璃V1G单元技术结合的光电PV模块和热电TE模块的混合动力系统的输出的技术。更具体地说，某些示例性实施例涉及包括氢化微晶硅(mc-Si)、氢化非晶硅(a-Si)、本体异质结太阳能电池(bulkhetero-junction solar cell)等的混合动力系统，其可与在环境条件下实现高操作PV和TE效率的TE生成器一起使用。在这方面，某些示例性实施例有效地分割太阳光谱，以便产生具有在环境温度下操作的太阳能电池的PV-TE混合动力系统的提高的转换效率。

在某些示例性实施例中，真空绝热玻璃VIG单元被用作高耐热电阻(R>12)的介质，来收容热电接点阵列，该阵列在面朝太阳的一侧电串联并热并联。根据某些示例性实施例，R值优选为至少10，更优选至少为12，并且可能甚至更高。此类高R值目前可在由本发明的受让人制造的VIG单元中实现。此类单元一般采用燃煤支柱(fired pillar)和低E涂层。当然，典型的氩气和/或氙气填充的IG单元提供约为4的R值，并且可用于与指数Z的TE系数增大到适当水平的某些示例性实施例结合，将在下面更详细讨论。在任何情况下，为10的R值可提供约400度C的ΔT，为12的R值可提供约600度C的ΔT。

每单位面积的接点的数量优选使填充因数小于20％的水平。正如已知的，填充因数是指实际可获得的最大功率与理论功率的比率(以百分比给出)。此填充因数允许大量的可见光被发送和聚焦或集中到位于VIG单元的冷侧的太阳能电池上。当然，这可以理解，填充因数可以与Z值平衡，类似于如上文所指出的。因此，当其中的Z值大于或等于约10，填充因数可以减少至小于或等于约10％。

根据本发明的实施例，VIG单元可以一举多得。例如，VIG单元可以为TE接点提供支承，接点可以集成在VIG中。作为另一示例，通过将TE装置列入VIG单元本身中，VIG单元可提供热接点和冷接点之间的非常大的温度差。非常大的ΔT反过来可有助于大幅提高TE效率。作为又一示例，VIG单元可提供对柱面透镜阵列的支承来将可见光聚焦到太阳能电池阵列上。作为又一示例，VIG单元可帮助太阳能电池单元隔热并防止PV接点到达降低其操作效率的温度。

有利的是，某些示例性实施例允许利用较小量活性物质并在保持冷却的同时仍然接收增加的量的集中的光的基于无机半导体的PV安装的使用。此外有利的是，某些示例性实施例由于高R值的VIG单元中提供的TE模块的有关高温差而提供高效的热生成。在这方面，某些示例性实施例可包括例如绝热件，来帮助保持面板的热。绝热件可提供在VIG单元上或围绕VIG单元的周边。绝热功能可使用任何合适的材料来实现，包括，例如目前在绝热玻璃IG衬垫中使用的塑料材料。

图1是嵌入根据示例性实施例的真空绝热玻璃VIG单元中的热电模块的示意性剖视图。类似于常规的VIG单元，图1的示例性实施例包括外基板2和内基板4。在本发明的某些示例性实施例中，外基板2和内基板4中的一者或两者可以是玻璃基板。基板被提供为相对于彼此基本平行、间隔开，多个支柱6帮助维持外基板2和内基板4之间的距离。在本发明的某些示例性实施例中，支柱6可以是蓝宝石支柱。边缘密封件8围绕外周提供来密封VIG单元，例如，外基板2和内基板4之间的空腔可被抽至比大气压小的压力和/或用一种气体或多种气体填充(例如氩气、氙气和/或类似气体)。在本发明的不同实施例中，外基板2和内基板4可以是相同或不同的尺寸。

如上所述，所提供的热电模块，使得热电偶的热侧位于VIG单元的空腔中，而热电偶的冷侧位于内基板4的外部(例如靠近表面4处)。每个热电模块的热侧包括n腿10a和p腿10b，并可由任何合适的材料制成。例如，热电模块可以是基于铋的(例如Bi2Te3、Bi2SE3等)、方钴矿材料(如(Co，Ni，Fe)(P，Sb，As)3的形式等)、氧化物(如(SrTiO3)n(SrO)m等)的等。在某些示例性实施例中热电材料可以掺杂。当TE材料是掺杂的，例如，掺杂可被定级为使得掺杂较高度地靠近热接点。

模块的n腿10a和p腿10b可以被由导体12连接，该导体因为其中所用的材料有时被称为熏黑的导体(blackened conductor)，即使光仍然可以透过它。在某些示例性实施例中，导体12可以是基于铜材料(铜、氧化铜等)、釉料(例如炭黑如DAG等)、基于CNT的墨等。在本发明的某些示例性实施例中，热电模块可丝网印刷。每个模块的大小，可以结合所需的填充因数选择。当使用20％的填充因数，例如，可使用大致正方形的大约1"×1"的模块尺寸，但也可以结合这个和/或其他填充因数使用其他尺寸和/或形状的。在某些示例性实施例中，支柱6可跟随TE材料的丝网印刷放置。

在某些示例性实施例中，TE模块不直接接触的内基板4。取而代之的是，在某些示例性实施例中，在内基板4的内表面(表面3)和热电材料之间提供母线14。此母线可以是透明的，因此可以是或包括任何合适的材料，如包括Ag、ITO、AZO、铟-镓-氧化物等或由其制成的透明导电涂层。导电涂层还可以是基于CNT的、基于石墨烯的等。基于CNT的导电涂层/装置和制作其的方法在如美国专利申请序列12/659352号中有公开，其公开的内容通过参照并入本文，并且基于石墨烯的导电涂层/装置和制作其的方法在如美国专利申请序列12/654269号中有公开，其公开的内容通过参照并入本文。为帮助功率转移，银或其它导电釉料16可被提供在靠近VIG单元的边缘处并直接或间接接触母线14。在某些示例性实施例中，边缘密封件8本身可以由导电材料形成，并因此可作为合适的连接件使用。

虽然在图1中未示出，光散射薄膜层可被提供在外基板2的内表面和外表面(表面1或表面2)中的一者或两者之上，例如，来帮助提高TE模块的性能。同样地，虽然在图1中未示出。低E涂层可被设置在内基板4的内表面和外表面(表面3或表面4)中的一者或两者之上。此低E涂层相对于可见光(或其部分)和/或IR反射(或其部分)可以是抗反射的。在某些示例性实施例中，母线14的电阻率和光学性质可被调为具有足够的导电性来用作母线同时还相对于可见光(或其部分)和/或IR反射(或其部分)抗反射。

图2是根据示例性实施例的电串联、热并联、并嵌入真空绝热玻璃V1G单元中的热电模块的示意性顶视或俯视图。TE模块电串联，使第一模块中的n腿连接到在第二模块中的p腿(或反过来亦可)等，直到一行或一列的端部以及相邻的列或行均被连接，且该图案沿新行重复。TE模块热并联连接，因为它们都位于VIG单元的空腔内。VIG单元的每一侧包含至少一个正端子和至少一个负端子。上面讨论的银釉料因此可基本上围绕VIG单元的整个外周提供，在端子要被提供的位置上等。从图2中可以看出，TE模块占据的空间，使预定的填充因数被满足(本示例的情况为约20％)。

图3是根据示例性实施例的混合动力系统的示意性剖视图，该系统包括被提供地与真空绝热玻璃VIG单元连接的条形太阳能电池和热电模块。图3的示例性实施例类似于图1所示的部分，图中的VIG单元包括由于支柱6和边缘密封件8而相对于彼此保持大致平行、间隔开的关系的外基板2和内基板4，且其中，所述至少部分抽空的空腔包括TE模块，该TE模块包括由导体12连接的n-腿10a和p腿10b，使TE模块电串联且和热并联。

根据某些示例性实施例，热电偶的冷侧用作平台或支承多个太阳能电池。因此，如图3中所示，背面基板22被提供。在本发明的不同实施例中，背面基板22可以是玻璃基板、聚合物、塑料或其他合适的基板，且其支承单个或多个节点太阳能电池条24。来自太阳的光，可通过连接到内基板或一体地形成在内基板4上的透镜26被聚焦或集中到太阳能电池条24上。在某些示例性实施例中，透镜26和/或太阳能电池条24可基本上位于列6的行中。

透镜阵列和条形太阳能电池以及制作其的示例性技术，在例如美国专利申请第12/662628和12/662624号中有公开，其公开的内容通过参照并入本文。

根据本发明的某些示例性实施例，透镜26可以是大致柱状的形状，透镜26可以以任何适当的方式形成。比如，在某些示例性实例中，用于内基板4的浮法玻璃可被图案化和/或蚀刻。在其它示例性实例中，预成形的透镜可使用任何合适的层压材料(如PVB、EVA、镜片胶等)被层压至内基板4。在其它示例性实例中，玻璃可被熔化以形成可以自动冷却或可被冷却的透镜胶土。这种技术在玻璃强度方面有利，例如比具有交替的厚/薄图案的玻璃强度有利。在任何情况下，用于透镜的材料可被掺杂有高折射率的材料。

也可以使用环氧树脂或其它密封件28，以帮助保持背面基板2相对于内基板4(因而与外基板2也同样地)基本平行并间隔开。多个支柱(图中未示出)也可以被提供，以帮助维持这种排置。因此，图3的示例性实施例可被认为是结合的VIG和IG结合组件，该组件的VIG部分收容TE模块且组件的IG部分收容PV相关的组成部分。在其它的示例性实施例中，可提供一种所谓的三重VIG，其中内基板4和背面基板22之间的空腔可以至少部分地抽空和/或以适当的(例如惰性)气体填充。

但是，在某些示例性实施例中，密封件28和/或支柱可以不是必要的，因为太阳能电池本身可以作为分离内基板4和背面基板22的支柱。在某些示例性实施例中，太阳能电池可由内基板4支承，而不是由背面基板22支承。在这种情况下，可简单地封装或在太阳能电池之上提供层压，例如，以便从环境来保护它们从而减少对单独的背面基板22的的需要。

在某些示例性实施例中，支柱26可作为波导。在这种情况下，可将生色团或其他能够选择性光吸收的化学基团掺杂入支柱。正如已知的，击中生色团的可见光，可通过从基态到激发态激发电子被吸收。因此支柱可包括吸收特别好地匹配太阳能电池材料的(例如硅晶片)的某些波长的可见光并发送那些波长的可见光的生色团。因此，在某些示例性实施例中，提供波导的能力可有助于进一步提高太阳能电池的效率，并可降低(或完全消除)对聚光透镜的需要。实现高太阳辐射通量的入射光波导的有关进一步的细节在下面提供。

如上文所述，包含无机太阳能电池的PV系统通常随热量增加效率下降。因此，在热电偶的冷侧上或在VIG的“背后”提供PV系统可导致效率提高。为进一步提高效率，由TE模块产生的电力可用于帮助太阳能电池冷却。

图4标示出作为热接点和冷接点之间的温度差和Z值的函数的热电效率。从图4中可以看出，热电效率伴随着指数Z的系数及热侧、冷侧间的温度差增加。可以看出，当ΔT是600度，即使是温和的Z值，效率也非常迅速地增加。

图5是示出根据示例性实施例的用于制造混合动力系统的说明性流程的流程图，该系统包括被提供地与真空绝热玻璃VIG单元连接的条形太阳能电池和热电模块。图5的示例性流程基本对应制造TE组成部分，首先连接VIG单元的制造，其次制造PV相关组成部分。当然，应当理解的是，在本发明的不同实施例中这些步骤可以以不同的顺序执行。还应当理解的是，这些子流程中的进一步步骤也可以以不同的顺序执行。

真空绝热玻璃(VIG)单元在本领域中是已知的。例如，参见美国专利5664395、5657607、5902652号，美国公开2009/0151854、2009/0151855、2009/0151853、2009/0155499、2009/0155500号和美国专利申请序列第12/453220、12/453221号，其公开的内容都通过参照并入本文。这些参照文献的边缘密封件、泵出和/或其他技术/配置可以与本发明的某些实施例结合使用。

在步骤S502中，提供第一基板。第一基板对应VIG单元的内基板。在步骤S504中，形成母线。这可通过在第一基板上适当地设置(例如通过溅射法、湿应用或其它涂层技术)导电材料和蚀刻来实现。在步骤S506中，形成n腿和p腿来用于多个热电模块。在步骤S508中，在热电模块的n腿和p腿之间形成接点以便将它们电串联连接。可以例如通过丝网印刷或任何其他合适的沉积技术形成TE模块，以使它们形成在适当的位置并具有适当的大小，以相对于PV模块匹配所需的填充因数。

在步骤S510中，可以在第一基板上布置多个支柱，这些支柱可选择性地作为如上所述的波导。在步骤S512中，提供第二第二基板(其将作为VIG单元的外基板)，使其相对于第一基板基本平行并间隔开并使第一基板和第二基板之间形成空腔。在步骤S514中，形成边缘密封件。边缘密封件可选择性地包括或在部分上邻接导电釉料，用于外部电连接或其本身可以是导电的。在步骤S516中，空腔被至少部分地抽空和/或泵入惰性气体(如氩气、氙气或类似气体)。在步骤S518中，第一基板和第二基板可被密封在一起，例如，形成VIG单元。应理解，VIG单元可具有在上述指定范围内的R值。

在步骤S520中，提供背面基板。在步骤S522中，太阳能电池(例如条形式的并选择性地由无机材料如mc-Si、c-Si、a-Si组成的或包括这些的等)被设置在背面基板上。可选择性地将透镜定向在第一基板上，使他们将入射光聚焦到太阳能电池上，例如如果需要这种透镜且如果他们尚未与第一基板一体地形成。在步骤S524中，背面基板被连接到第一基板，使它们被提供地相对于彼此大致平行并间隔开。这可以通过例如使用类似于传统的IG单元的支柱和边缘密封件实现。在某些示例性实施例中，太阳能电池本身可以作为支柱。代替步骤S520-S524，或除了这些步骤之外，太阳能电池还可以被第一基板支承并由另一基板、层压材料或类似物保护。

如上文所述，可使用VIG单元的支柱作为波导。在这样做时，可以实现非常高的太阳辐射通量，例如大约500x的聚光。这种例子的实施是有利的，因为当高太阳辐射通量(高达500x)照射时III-V多接点PV电池提供超过40％的效率。可以理解，将小面积、高效率PV电池与廉价的聚光光学仪器结合可降低成本同时也降低系统的足迹(footprint)。

CPV光学仪器收集太阳辐射，而高辐射通量系统积极跟踪太阳的日常位置。大光圈聚光一般很难跟踪上升，因为它们的物理重量和体积太大，还因为延伸的表面上的风载荷力。但是，大多数的CPV系统依赖于笨重的光学仪器，如抛物面天线的成像透镜。这些元素产生太阳的缩小的影像并可以产生高聚光水平(>1000x)，但又产生非均匀辐射通量分布而且需要非常精确的对准。

与此相反，某些示例性实施例将波导结构与有效的光注入技术结合。在某些实施例实施中，微光学平板聚光仪可将透镜阵列结合与多模平板波导(例如低铁玻璃)。每个透镜元件可以在导向内形成焦点并被重定向入在玻璃平板中横向传播的导模。光由此从平板边缘或波导缝隙退出到PV电池上。使用反射位于每个透镜焦点上的微结构的小面积，进入波导的有效的耦合件是可能的，在其中形成太阳的图像。示例配置具有在PV电池上产生均匀的强度分布、穿过扩散照明来用于使用平板电池的可能的收集的额外优点。透镜焦点和耦合件机械之间的初始对准有助于捕捉入射的太阳光。这个示例性行为在视觉上如图6所示。某些示例性实施例实现自动对准，使耦合件结构可被定模到光刻胶中并被使用透镜阵列作为掩模在每个焦点聚合。这可有助于确保透镜阵列与耦合件特征之间的准确的对准。当使用辊对辊制造执行时，该流程也可产生非常大的、价格低廉的聚光仪。

某些示例性实施例的光学仪器平板聚光仪，通过将由支柱形成的成像透镜阵列与作为多模平板波导的底部玻璃结合，来用作混合动力成像/非成像光学仪器系统。图7是根据示例性实施例的成像的、非成像的以及微光学平板透镜的示意图。光学系统可被认为包括三个主要组成部分。第一组成部分是二维透镜阵列，其作用为面朝上的光圈来收集入射太阳辐射。每个透镜形成对向例如±0.26°(4.7毫弧度)的太阳圆面的相反且放大的图像。(ⅱ)第二元件，高折射率平板波导，位于透镜阵列的下方。嵌入波导背面上的局域结构将聚焦的光重新定向入通过在平板内横穿的全内反射(TIR)穿行的引导模式。波导的顶部表面可由一层薄的低折射率包层从透镜分离。纤芯和包层之间的大的折射率差异，可促进更多数目的引导模式并允许在界面处对TIR的急剧升降的边缘光线。平板波导的非成像性质允许光以大的射线角度从几个透镜光圈被收集。

聚光仪的第三个组成部分是有效地将光耦合入波导的机械。光栅和全息照相先前已被用于波导耦合件；但是，这些解决方案中的阳光的广谱存在效率方面的困难。某些示例性的实施例，可取代使用来自可将太阳光重新定向为超过导向平板和包层界面的临界角的角度的小折叠后视镜的镜面反射，并可由此由TIR引导。例如，120°的棱镜设计可大致对称地将辐射耦合入平板，引导光朝向两个相对的边缘。为了收集集中的光线，PV电池可以简单地放置在每个输出的边缘。如果需要的话，反射涂层可被施加到边缘之一上来将所有辐射引导地朝向引导平板的一侧。即使路径长度增加，这种单面配置也可非常有效，因为低铁玻璃平板波导内的损耗低。此外，使用一个PV电池可使光电聚光率增加一倍，使系统变得物理上更短但同时仍然高效。

图8是展示根据上面所讨论的示例性实施例的波导的三个组成部分的示意性剖视图。光进入与透镜81a和81b接触并通过可选的支承基板83被聚焦，该支承基板可例如使用低折射率的层压或包层85(或包括任何合适的材料如EVA)被层压至平面波导87(其可以是在玻璃基板)。在本发明的不同实施例中该透镜可以是玻璃、聚合物或任何合适的材料。在此波导的模式中的光到达镜像涂层89，它可选择性地被镜耦合器91支承。

从上面可以理解，某些示例性实施例以非常有效的方式收集超过大致光谱整个长度的光，即使没有跟踪。事实上，一些样品的计算表明至少有500倍的光线聚光能力。

虽然已经结合无机太阳能电池材料描述了某些示例性实施例，但在不同的示例性实施例中也可使用有机太阳能电池。在这种情况下，对热的暴露可不是那么大的问题，且对IR辐射的暴露实际上可能是有益的。在这种情况下，可提供一种与本文所描述的类似的结构，除了系统的PV部分可被提供地比TE部分更接近太阳，和/或PV部分和TE部分两者都可以收容在VIG单元中。作为一个例子，图3的实施例中可基本上被“翻转”，使得背面基板22成为最接近太阳的基板。作为另一个例子，TE模块和太阳能电池两者均可以被提供在图1所示的VIG单元中，而PV部分被设置在表面1(外基板的内表面)上且TE模块被设置在表面2(内基板的内表面)上，或反之亦然。

某些示例性实施例可作为一个或多个低铁玻璃基板结合。示例性低铁玻璃基板已有公开，例如，在美国公开2006/0169316、2006/0249199、2007/0215205、2009/0223252和2009/0217978号，以及美国专利申请系列12/292346、12/385318和12/453275号，其中每一个的全部内容均通过参照并入本文。

应当理解，此处描述的技术可以用于与各种应用。例如，在不同的示例性实施例中，模块可以被设置在屋顶上或在开放领域。这种系统也可用于单轴或双轴跟踪系统，例如以上所提到的美国专利申请系列12/662628和12/662624号中所描述的那些。总的可见光透射率比较高的(例如至少约50％，更优选至少约60％)窗口或窗口类的应用如天窗、拱肩等也是可能的。

此处的“外围”和“边缘”密封件，并不意味着密封件位于单元的绝对外周或边缘，而是意味着密封件至少部分地位于或接近(例如在大约两英寸处)单元的至少一个基板的边缘。同样地，本文所用的“边缘”不限于玻璃基板的绝对边缘，而是还可包括基板的绝对边缘的区域或其附近(例如大约两英寸处)。

本文所用的术语“上”，“由……支承”等不应该被解释为意味着两个元件彼此直接相邻，明确指出的情况除外。换言之，即使其间有一个或多个层，第一层也可以说成在第二层“上”或“由第二层支承”。

虽然本发明已结合目前被认为最实用和优选的实施例进行了描述，但应当理解，本发明不局限于所公开的实施例，相反，公开实施例的目的在于覆盖包括在所附的权利要求书的精神范围之内的各种修改和等效布置。

Claims (18)

1.一种组件，包括：

基本平行的、间隔开的第一基板和第二基板，其至少部分地定义空腔于其间，所述空腔被抽至低于大气压的压力；

被提供在第一基板和第二基板之间的多个支柱；

围绕第一基板和/或第二基板的外周提供的边缘密封件；

被提供在空腔中并由第二基板支承的至少一个母线；

位于空腔中和至少一个母线上的多个热电模块，使所述热电模块热并联，每个所述热电模块包括n腿和p腿；和

支承至少一个太阳能电池的第三基板，所述第三基板基本平行于第二基板并位于与第一基板相对的第二基板的一侧上，

其中，形成至少一个热电偶，使空腔对应至少一个热电偶的热侧，且靠近第三基板的空腔外的区域对应至少一个热电偶的冷侧，且

其中，相邻的热电模块通过接点互相连接，使热电模块电串联，

其中，所述第一基板和第二基板形成具有至少10的R值的真空绝热玻璃VIG单元。

2.如权利要求1所述的组件，所述太阳能电池是太阳能电池条。

3.如权利要求2所述的组件，进一步包括位于第二基板上或与第二基板形成一体的多个透镜，所述多个透镜被布置成将可见光谱中的光集中到至少一个相应的太阳能电池条上。

4.如权利要求3所述的组件，进一步包括被布置在第二基板和第三基板之间的密封件，以帮助保持第二基板和第三基板相对于彼此基本平行、间隔开。

5.如权利要求2所述的组件，其中，每个所述支柱包括生色团，使每个所述支柱被布置成作用为在匹配太阳能电池材料的光谱中过滤可见光的波导。

6.如权利要求2所述的组件，其中，所述第一基板和第二基板形成具有至少12的R值的真空绝热玻璃VIG单元。

7.如权利要求2所述的组件，其中，每单位面积接点的数目对应小于20％的填充因数。

8.如权利要求1所述的组件，进一步包括导电釉料，其包含在边缘密封件中或与边缘密封件邻接。

9.如权利要求1所述的组件，其中，n腿和p腿被掺杂，使掺杂被定级为越靠近热接点掺杂浓度越高。

10.一种用于制作混合动力热电/光电系统的方法，所述方法包括：

提供第一基板；

在第一基板上形成至少一个母线；

在第一基板上至少部分地在至少一个母线之上形成多个热电模块，每个所述热电模块包括n腿和p腿；

在相邻的热电模块之间形成接点，由此使热电模块串联电连接；

在第一基板上提供多个支柱；

提供相对于第一基板基本平行的、间隔开的第二基板，由此至少部分地定义空腔于其间；围绕第一基板和/或第二基板的外周形成边缘密封件；

将空腔抽至低于大气压的压力；

提供背面基板；

在背面基板上设置至少一个太阳能电池；和

将背面基板连接至第一基板，使第二基板和背面基板被提供地相对于彼此基本平行、间隔开，背面基板上具有至少一个太阳能电池的一侧面向第一基板上不具有多个热电模块的一侧，

其中，形成至少一个热电偶，使空腔对应至少一个热电偶的热侧，且靠近背面基板的空腔外的区域对应至少一个热电偶的冷侧，且

其中，多个热电模块在空腔中热并联，

其中，所述第一基板和第二基板形成具有至少10的R值的真空绝热玻璃VIG单元。

11.如权利要求10所述的方法，进一步包括：

提供多个太阳能电池，每个所述太阳能电池是太阳能电池条。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：

提供位于第二基板上或与第二基板形成一体的多个透镜，所述多个透镜被布置成将可见光谱中的光集中到至少一个相应的太阳能电池条上。

13.如权利要求11所述的方法，其中，每个所述支柱包括生色团，使每个所述支柱被布置成作用为在匹配太阳能电池材料的光谱中过滤可见光的波导。

14.如权利要求11所述的方法，其中，每单位面积接点的数目对应小于20％的填充因数。

15.如权利要求10所述的方法，进一步包括：提供导电釉料，其在边缘密封件中或在边缘密封件上。

16.如权利要求10所述的方法，其中，至少一个热电偶的热侧和冷侧之间的温度差可达至少400度C。

17.如权利要求10所述的方法，其中，n腿和p腿被掺杂，使掺杂被定级为越靠近热接点掺杂浓度越高。

18.一种混合动力热电/光电系统，包括：

真空绝热玻璃VIG单元，其包括抽至低于大气压的压力的空腔；

被提供在空腔中的至少一个母线；

位于空腔中和至少一个母线上的多个热电模块，使所述热电模块热并联，热电模块在热电模块的相邻的n腿和p腿之间包括接点，使热电模块电串联；和

提供在空腔外的多个无机太阳能电池，

其中，形成至少一个热电偶，使空腔对应至少一个热电偶的热侧，且靠近多个太阳能电池的空腔外的区域对应至少一个热电偶的冷侧，

其中所述真空绝热玻璃VIG单元的R值至少为10。