CN105144395A - 光谱分光模块和包括聚光器光学器件的光伏系统 - Google Patents

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CN105144395A CN201380053714.2A CN201380053714A CN105144395A CN 105144395 A CN105144395 A CN 105144395A CN 201380053714 A CN201380053714 A CN 201380053714A CN 105144395 A CN105144395 A CN 105144395A
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Abstract

本发明涉及一种将入射光转化成电能的分光光学模块，所述模块包括包含接收光的输入端、第一侧面以及与所述第一侧面隔开的第二侧面的固体光学元件；邻近于所述固体光学元件的所述第一侧面的第一太阳能电池；以及邻近于所述固体光学元件的所述第二侧面的第二太阳能电池。放置所述第一太阳能电池以吸收入射光的第一子集，并且使所述入射光的第一其余部分通过所述固体光学元件反射到所述第二太阳能电池。

Description

光谱分光模块和包括聚光器光学器件的光伏系统
优先权
本专利申请案要求2012年8月30日申请的题目为用于全光谱、超高效太阳能转化的光学器件(OPTICSFORFULLSPECTRUM，ULTRAHIGHEFFICIENCYSOLARENERGYCONVERSION)的美国临时专利申请案第61/695，216号和2012年12月21日申请的题目为光谱分光模块和包括聚光器光学器件的光伏系统(SPECTRALLIGHTSPLITTINGMODULEANDPHOTOVOLTAICSYSTEMINCLUDINGCONCENTRATOROPTICS)的美国临时专利申请案第61/740,969号的优先权，其中所述临时专利申请案的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及将入射光转化成电能的光伏器件。更具体来说，本发明涉及包括固体光学元件的光伏器件，所述固体光学元件具有以平行六面体排列形式配置的多个光伏电池。
背景技术
光伏电池(也可以被称作太阳能电池或PV电池)适用于将入射光(如日光)转化成电能。可能以单结太阳能电池形式提供这些电池，它们具有一种本质上具有低转化效率的被专门定义的带隙。这是因为单个光伏电池只对入射光的宽带光谱的小部分具有光伏反应，并且因此只将入射光的小部分转化成能量。因此，使用并提议多种增加太阳能电池效率的方式。
一种实现较高光伏效率的常见方法是共同使用多个带隙以形成多结太阳能电池。此类多结太阳能电池由具有不同半导体材料的系统组成，所述半导体材料具有与太阳能光谱的不同部分对应的不同带隙能量。只有使用能量匹配或略微大于能隙的光子最有效。因此，具有更广范围的带隙使系统以相对有效方式转化更多光谱。能量低于带隙的光子无法被吸收和随后被转化，并且在一些情况下可能被寄生吸收并且转化成废热。能量大于带隙的光子只将它能量中匹配能隙的一部分转化成电能，而多余能量主要以废热损失形式。
按照惯例，多结电池生长成单片棒(monolithicstick)，使得每个半导体充当吸收高于其带隙且低于其上电池带隙的光的滤光器。虽然传统多结串联太阳能电池提供优于单结太阳能电池的优势，但通过使用用于将入射太阳辐射分成多个光谱带并将那些光谱带引导到不同和相应的太阳能电池的分光光学器件可以实现更高效率。以此方式，子电池可以独立地生长并且电连接，避免晶格和电流匹配问题。设计每个目标电池以使它具有适应引导到所述电池的光谱带的带隙，以便帮助使能量转化最大化。也就是说，分光光学器件将入射光分隔成片段或片，随后将所述片独立地引导到具有适当带隙的光伏电池上。
专利和技术文献中已经描述利用分光或光谱分裂来改良太阳能转化效率的光伏系统。实例包括美国专利公开案第2009/0056788号(吉布森(Gibson))和第2011/0284054号(万莱斯(Wanlass))；巴涅特(Barnett)等人，光伏器件进展：研究和应用(ProgressinPhotovoltaics：ResearchandApplications)，“极高效率太阳能电池模块(VeryHighEfficiencySolarCellModules)”17：75-83(2009)；伊美尼斯(Imenes)等人，太阳能材料和太阳能电池(SolarEnergyMaterialsandSolarCells)，“在太阳能聚集系统中增加转化效率的光谱束分裂技术，综述(SpectralBeamSplittingTechnologyforIncreasedConversionEfficiencyinSolarConcentratingSystems，AReview)”，84：19-69(2004)；麦克剑桥(McCambridge)等人，光伏器件进展：研究和应用，“以高效率紧密光谱分裂光伏模块(CompactSpectrumSplittingPhotovoltaicModuleWithHighEfficiency)”，19：352-360(2011)；米切尔(Mitchell)等人，光伏器件进展：研究和应用，“具有高光学效率的四结光谱束分裂光伏接收器(Four-junctionSpectralBeam-SplittingPhotovoltaicReceiverWithHighOpticalEfficiency)”，19：61-72(2011)；和彼得斯(Peters)等人，能量(Energies)，“用于PV应用的光谱选择性光子结构(Spectrally-SelectivePhotonicStructuresforPVApplications)”，3：171-193(2010)。
尽管使用太阳能电池分光技术的光伏系统在理论上一般应改良入射光转化成电能的效率，但需要提供实际上可以允许甚至更高效且具有更好分光光学结构的系统。
发明内容
本发明涉及一种将入射光转化成电能的光伏系统，它可以被称作多面镜面反射器。所述系统可以用于将光分隔到一系列单结太阳能子电池或一系列串联生长子电池。所述系统一般可以包括排列在固体光学元件对侧上的太阳能电池或光伏电池阵列，它们可以与聚光光学器件组合使用。这些系统的相对高效是置放每个子电池(因此它可以吸收由那个电池最有效吸收的光谱的特定子集)，随后通过固体光学元件将其余光反射到后续电池(它可能随后吸收其自身的光谱的子集)上的结果。此吸收和反射光的过程在每个太阳能电池上继续，其中在每个后续太阳能电池上可以用于吸收和反射的光的量减少，直到到达任选的背反射器(backreflector)，所述背反射器一般位于电池阵列的输入端的相对端。放置太阳能电池，使得入射光首先到达的电池能够吸收最高能量光谱，同时最后到达的电池能够吸收最低能量光谱。在本发明的一个实施例中，至少两个光伏电池与光学聚光元件组合使用，其中电池被配置成有助于入射光的光学耦合的固体平行六面体。
在本发明的一个方面中，提供将入射光转化成电能的分光光学模块。模块包括包含接收光的输入端、第一侧面以及与第一侧面隔开的第二侧面的固体光学元件；邻近于固体光学元件的第一侧面的第一太阳能电池；以及邻近于固体光学元件的第二侧面的第二太阳能电池。放置第一太阳能电池以吸收入射光的第一子集，并且使入射光的第一其余部分通过固体光学元件反射到第二太阳能电池。
在本发明的另一个方面中，分光光学模块与收集且聚集入射光的光学聚光器元件组合，其中光学聚光器元件和固体光学元件的输入端光学接触。
附图说明
将参看随附图式进一步解释本发明，其中在若干视图中类似结构由类似数字指代，并且其中：
图1是本发明光伏系统的透视图；
图2是图1中展示的太阳能电池的平行六面体排列的放大侧面示意图。
图3是图1中所说明类型的排列成模块的多个光伏系统的俯视图；
图4是图3中所说明的一部分模块的透视图；
图5是表示使用本发明光伏系统的聚光度对光学损耗的例示性影响的曲线图；
图6是根据本发明的具有单独电池聚光器以及槽型聚光器的平行六面体排列的侧视图；并且
图7是类似于图6平行六面体排列的但不具有分离槽型聚光器的平行六面体排列的侧视图。
具体实施方式
下文描述的本发明的实施例并不意图是穷尽性的或将本发明限于以下具体实施方式中所公开的精确形式。实际上，选择和描述实施例，使得所属领域的其他技术人员可以了解并理解本发明的原理和实践。贯穿本说明书始终引用的所有专利、申请中的专利申请案、公开的专利申请案和技术文章出于所有目的以其各自全文引用的方式并入本文中。
现在参看图式，且首先参看图1和图2，说明光伏系统10的例示性实施例，它一般包括光学聚光器12和分光光学模块14。如下文将进一步详细描述，系统10可以用于将入射光16以光伏方式转化成电能。系统10也可以被称作多面光谱反射器。
光学聚光器12是以槽型聚光器或复合抛物面聚光器的形式说明，它包括输入端20、与输入端隔开的输出端22以及在输入端20与输出端22之间延伸的聚光器区24。此说明性实施例的光学聚光器12可以被认为是复合抛物面的，但意欲所示相对形状和尺寸是代表性的，以便聚光器可以包括大量不同曲线形状，如抛物面、平板双面光漏斗形(flat-sidedlightfunnel)。虽然除复合抛物面外的形状通常不是光学有效的，但它们被认为在本发明的范围内。设计并选择槽型聚光器元件的形状和尺寸以便使进入系统的光的聚光度最优化。聚光器区24的内区可以是空的或者可以至少部分被填充。输入端20可任选地包括罩盖，或如图1中所说明，它可以是敞开的。聚光器可以是一维或二维的，其中二维实施例将通常需要更多跟踪，但可以提供更高聚光度。
在广泛范围内的预定聚光能力的光学聚光器12。举例来说，聚光器12的聚光能力对于一维聚光器(例如)来说可能在10×到20×范围内，但对于二维聚光器来说可能高得多(例如，100×到400×)。相对低等到中等水平的聚光度可以使聚光器12紧密化，同时使组件热量负载和成本最小化。还需要使聚光器的角度扩展最小化以确保最高分光效率。因此，对聚光度的需要可以由对垂直于模块顶部平面进入光学模块14的光线的需要平衡。另外，在槽型聚光器实施例的情况下，可仅以单一维度形式提供太阳能跟踪。
在一个实施例中，光学聚光器12具有7×聚光能力，且与垂直方向成+/-2度接收角。虽然实际测量可能大幅变化，但一种例示性光学聚光器12的高可大致为8cm，在它输入端20处的宽大致为14mm，并且在它输出端处的宽大致为2mm。
分光光学模块14定位在聚光器12的输出端22下方，使得将来自输出端22的光引导入光学模块14的输入区40。此区40可任选地在入射光16进入的输入区40处包括放置在平行六面体顶部的抗反射涂层或材料41。抗反射涂层41帮助允许最大可能量的入射光进入光学模块14。
在本发明的一个实施例中，电池可以放置在光进入平行六面体处的末端(即，其中说明涂层41处)，所述电池可经配置以充当用于最高能量光的能量产生器，以便更优化地转化它的能量。因此，这一电池可以允许在平行六面体中使用将改良性能的极高折射率核心材料。大部分高折射率材料通常吸收太阳能光谱中的极最高能量光。在结构顶部不具有子电池的情况下，在这一高能量光被转化成能量之前，它将在平行六面体材料中被寄生吸收。或者，可以选择低折射率核心材料，因为这些通常不吸收最高能量光。应注意，本文中描述和说明的入射光16将通常是离开聚光器12的白光。出于说明性目的，将这一入射光16分成由图式中的八种不同颜色示意性地说明的八个不同光谱带，其中这些光谱带将由下文所描述系统的太阳能电池处理。然而，实际上在平行六面体结构中可以使用不同数量的电池，并且在此情况下代表性说明将把光分成相应数量的光谱带。
光学模块14包括两个或两个以上被独立地调谐的光伏电池，以便以光伏方式吸收光谱的预定义子集并且将光谱的预定义子集转化成电能，并且反射它经受的光的其余部分。即，不被电池吸收的光将移动到系列中的下一电池。为了使此移动过程的损耗最小化，可以使用滤光器来反射在电池中不能转化的光并且防止它穿过电池。一般来讲，至少第一光伏电池最有效地以光伏方式对入射光的第一光谱带宽部分作出反应，并且第二光伏电池最有效地以光伏方式对入射光的第二光谱带宽部分作出反应等，其中所述带按最高能量到最低能量的顺序排列。出于说明的目的，光学模块12包括八个不同调谐光伏电池，包括第一电池42、第二电池44、第三电池46、第四电池48、第五电池50、第六电池52、第七电池54以及第八电池56，但应理解可以使用不同数量的光伏电池。每个八个光伏电池可以是单结光伏电池或多结光伏电池。
如所展示，排列光学模块12的光伏电池，使得四个电池沿着平行六面体支撑结构60的一侧彼此邻近成一行放置，并且因此其余四个电池沿着支撑结构56的对侧彼此邻近成一行放置。所述行一般经排列以与光学模块12的输入区40成一个角度，如大致45度角。所说明的光入射角(即，垂直入射)对于尚未通过聚光器的光将是典型的，因为当使用聚光器时，至少一些光将以不垂直于其进入系统的平面的角度进入。以此方式，当入射光16进入光学模块12的输入区40时，它将以45度被引导到第一电池42的面向支撑结构56的表面，并且由这一表面反射的光将以相同角度(即，大致45度)引导到第二电池44。即，当以此方式排列电池时，反射光将一般以与它接触前一光伏电池的角度垂直的角度移动穿过支撑结构60。
进一步理解，光伏电池一般在支撑结构60上彼此平行，但它们可以相对于彼此至少略微成角(例如，相对于彼此成1-2度的角，或成小于1度或大于2度的角)。在此实施例中，如果光进入极其接近垂直入射，那么光谱的各种子集的吸收和反射将比在电池彼此平行的光学模块中至少略微不太有效，因为在电池平行和电池不平行时反射光的路径将略微不同。即，本文中所描述和所示的结构一般涉及平行六面体，但也涵盖其他可以沿着结构提供类似光移动的几何结构。
本发明的一个实施例的支撑结构60可以由固体材料组成，如玻璃、塑料或GaP，但涵盖其他材料。一般来讲，用于支撑结构60的材料可以是任何具有相对较高折射率(通过大部分太阳能光谱是透明的)的材料。使用具有相对较高折射率的支撑结构可以有利地提供入射光的更高折射，将允许结构并有更高聚光度并且还使入射光的角展度最小化。这将帮助使光学损耗最小化。支撑结构60的材料也可以是透明且非散射的以允许光平稳移动通过模块14。
光学模块14进一步任选地包括将任何未被吸收的光反射回结构以用于可能转化的背反射器58。反射器58一般平行于分光模块14的输入区40，但可以相对于它至少略微成角。在此排列中，背反射器58也将以与它邻近的光伏电池(例如，这幅图的光伏电池54、56)成大致45度角排列。背反射器58可以是平面，以便以与初始路径相反的路径将光引导通过结构，或可以纹理化或以其他方式配置以使光返回结构的路径随机化。背反射器58可任选地被吸收最低能量光的光伏电池置换，并且可以进一步包括滤光器。
模块14的每个光伏电池可以包括大量特点，如中心电池作用区62(相对于太阳能电池52展示，但描述可以适用于结构中所有电池)、背触点和反射器64、一或多个触点格栅区66以及可以包括抗反射涂层/滤光器和黏合剂的层68。每个光伏电池一般被调谐或具有允许它吸收它经受的入射光的一定光谱带宽部分的带隙特征，随后包括允许它反射不在第一路径上吸收的部分的反射器。电池也可以具有改良系统的光捕获能力的另外的光学器件(例如，等离子结构)。系统10的例示性实施例的每个光伏电池一般描述于下文，但应理解这一实施例的波长和颜色只代表可分裂入射光的多种方式中的一种。光线的颜色只用于说明性目的；然而，每个光谱光带由比其上方光带低的能量光子组成，所以电池对非吸收光透明。可以调节本文中所描述的带隙以使其适应特定平行六面体的电池数量。另外，可能将系统分成两组电池，将允许向设计添加另一分光元件(例如，二色性分离器)。
可能以多种方式提供滤光器。举一个例子，纳米压印过程可用于将用于每个电池的光学滤光器图案化到平行六面体上，而非电池上。再举另一例子，可以模塑滤光器。此外，在使用任一种结构中的情况下，可以使用柔性电路来使装配简易化，其中电池可以装配到可形成以适应平行六面体或其他几何结构的薄片上。
用于本发明系统的子电池与电无关，并且由于电池彼此接近，因此在其之间可以包括绝缘材料(例如，绝缘聚合物)。进一步涵盖光学模块的结构可以允许电池之间的光子再循环，因为它们彼此是光学活性的。
如本文中所描述和说明，子电池可以用于分裂光本身(即，只吸收高于其能带隙的光并且用其背反射器反射其他所有事物)，或将滤光器置放在子电池正面，帮助以防存在寄生损耗。举例来说，如果设计寄生吸收紫光的电池吸收一些红光，那么当红色光子撞击所述电池时，所述红色光子可以被吸收并且因此在反射器处损耗。具有滤光器帮助减轻损耗，因为只能使紫色光子通过并且阻挡红色光子进入。在每个电池具有其自己的聚光器的配置(下文论述)中，使用滤光器，使得聚光器不将光传送出结构，而不是使光持续沿着结构向下直到它到达适当的子电池。
第一光伏电池42被调谐(例如，它具有带隙特征)以使其吸收包括280nm到470nm波长的入射光的光谱带宽部分，由靛蓝光线表示。如图2中所示，超出这一波长范围的入射光的光谱带宽部分将理想地反射到光伏电池44。
第二光伏电池44被调谐(例如，它具有带隙特征)以使其吸收包括470nm到561nm波长的入射光的光谱带宽部分，由蓝色光线表示。超出这一波长范围的入射光的光谱带宽部分将理想地反射到光伏电池46。
第三光伏电池46被调谐(例如，它具有带隙特征)以使其吸收包括561nm到663nm波长的入射光的光谱带宽部分，由蓝绿色光线表示。超出这一波长范围的入射光的光谱带宽部分将理想地反射到光伏电池48。
第四光伏电池48被调谐(例如，它具有带隙特征)以使其吸收包括663nm到761nm波长的入射光的光谱带宽部分，由绿黄色光线表示。超出这一波长范围的入射光的光谱带宽部分将反射到光伏电池50。
第五光伏电池50被调谐(例如，它具有带隙特征)以使其吸收包括761nm到899nm波长的入射光的光谱带宽部分，由黄色光线表示。超出这一波长范围的入射光的光谱带宽部分将理想地反射到光伏电池52。
第六光伏电池52被调谐(例如，它具有带隙特征)以使其吸收包括899nm到1078nm波长的入射光的光谱带宽部分，由黄橙色光线表示。超出这一波长范围的入射光的光谱带宽部分将理想地反射到光伏电池54。
第七光伏电池54被调谐(例如，它具有带隙特征)以使其吸收包括1078nm到1319nm波长的入射光的光谱带宽部分，由橙红色光线表示。超出这一波长范围的入射光的光谱带宽部分将理想地反射到光伏电池56。
第八光伏电池56被调谐(例如，它具有带隙，具有1319nm到1797nm波长)，由红色或深红色光线表示。如果电池56吸收之后仍存在入射光的任何光谱带宽部分，那么将理想地将光的这部分引导到任选的背反射器或太阳能电池58上。在所有入射光垂直进入平行六面体的系统中，所有或大部分具有足够高能量光子的光将在到达这一反射器58时被吸收。然而，在系统中聚光度和非理想因素的情况下，无法将一些光引导到可以吸收它的电池上。这将是将到达反射器并且反射回平行六面体的光的部分，其中所述光可以相反顺序(即，从最低带隙到最高带隙)反射通过电池直到所述光被一个电池吸收或自所述系统离开。因此，在某些系统中，少量或无可使用的光将到达反射器58。
在操作中，排列八个光伏电池42、44、46、48、50、52、54、56，使得进入和反射光自最高能量处向下到最低能量处被吸收并反射(即，首先吸收紫外光并且最后吸收红外光)。如图2中所示意性地说明，在入射光部分的每一依次吸收和反射的情况下，更少光谱带宽部分将依次移动到下一光伏电池。因此，待吸收和/或反射的最后颜色将以最大距离通过光学模块14。吸收自每个光伏电池的光与一或多条电导线66操作性通信。
下表展示用于光学模块的八个电池平行六面体设计的例示性带隙，如上文所描述，以及实例III-实例V材料和生长衬底(用于晶格匹配)：
表1
Eg(eV) III-V合金 Substrate衬底
0.74 In0.53Ga0.47As InP
0.94 In0.71Ga0.29As0.62P0.38 InP
1.15 In0.87Ga0.13As0.28P0.72 InP
1.42 GaAs GaAs
1.58 Al0.1Ga0.9As GaAs
1.84 Ga0.51In0.49P GaAs
2.15 Al0.20Ga0.32In0.48P GaAs
2.61 Ga0.85In0.15N GaN
这些合金只意欲是例示性的并且在第III-V族中提供选择，由于其高晶质生长/引导带隙可因此提供良好吸收和性能。另外，这些合金可以提供晶格匹配生长的能力(即，生长衬底上不具有缺陷)以实现更高材料晶质。材料可以包括可调谐的特性，尤其具有所需状态的在+/-0.1eV内的电池带隙，使得即使带隙略微改变，效率仍将类似。
图式中所示的光伏电池以单结电池形式说明；然而，应理解电池可实际上是多结电池。电池可以是例如薄膜或外延抬离电池(epitaxiallyliftedoffcell)。本发明的实施例还可以包括使用与太阳能电池组合的狭窄滤光器和/或抗反射涂层。如果使用抗反射材料，那么它们可以包括例如3到10层，并且可以包括多种折射率材料。
在一个例示性实施例中，特定分光光学模块14的总高度可以大致为8mm高，结构的光伏电池具有大致2.8mm长度。特定光学模块14的每个光伏电池可以具有相同物理尺寸，或至少一个电池可以具有至少略微不同于所述结构的其他电池的尺寸。可以调谐电池尺寸和面积以独立地调节光谱，使得实施例极其适合任何串联/并联电学配置。
虽然以具有八个太阳能电池形式说明且描述光学模块14，但实际上可以提供大于或小于八个此类太阳能电池的特定光学模块，其中每个电池将吸收和反射的光谱的特定子集将随后不同于上文所描述的八个电池结构。另外，取决于所用特定材料、系统的调谐、用于不同波长的光学设计的效率等，与上文所描述的八个太阳能电池中的每者相关的波长范围可能更小或更大。
由本发明光伏系统实现的相对较高效率可以因多种原因出现。即，更高折射率材料可帮助通过光折射的进入光线“成一条直线(straightenout)”，将帮助沿着所需路径引导光，进而允许更高聚光度。更高聚光度允许更高子电池性能，因此，可有利结合聚光度和高折射率支撑结构以实现最高效率。另外，本发明的实施例允许使用多个电池，每个电池可以具有提供更好吸收和更薄电池的反射器以使获自太阳能电池的电压最大化。
另外参看图3和图4，说明包括以栅格类图案排列的多个光伏系统110的模块l00。每个光伏系统可以包括其自己的光学聚光器(例如，槽型聚光器)和分光光学模块，如上文所描述的相对于光伏系统10的那些组件。如图3中所示，系统110以相对紧密填充方式排列成行和列，其中一种例示性实施例包括14cm宽120和15cm深122。然而，实际上系统110可以在特定模块100内彼此至少略微隔开。这种类型的模块可以有利地将相对较大数量光学聚光器暴露于预定面积的入射光。一或多个模块可以依次安装到常见构架，其中全部构架和/或单独模块可以包括跟踪或非跟踪特点。在一个实施例中，模块经排列以允许液体和/或空气在平行六面体之间流动，从而冷却电池的背侧。在本发明的实施例中，可使用单轴跟踪，并且在其他实施例中，可以使用不同水平聚光度和跟踪，如低水平聚光度(例如5×到6×)，或也可以利用双轴跟踪的高水平聚光度(例如100×或大于100×)。
图5是表示使用本发明光伏系统的聚光度对光学损耗的例示性影响的曲线图。确切地说，这一曲线图说明来自用于具有不同折射率材料的一维复合抛物面聚光器的聚光度水平增加的光学损耗百分比。如所展示，为了使因聚光度增加的光学损耗最小化，更高折射率平板的重要性也增加(例如，大于空气的折射率)。这是由于事实：更高聚光度导致入射光进一步偏离允许类似于图2中所示的光学路径的垂直进入角(例如，以45度角撞击第一太阳能电池)。具有限制输出角度范围的更高折射率平板和/或聚光器可以使这一问题最小化。另外，虽然更高聚光度是更好子电池性能所需的，但优选地使光学损耗最小化，从而使分光有效起作用。
图6说明根据本发明的另一光伏系统110，所述系统一般包括光学聚光器112、分光光学模块114以及一系列二级聚光器115。如上文相对于系统10所论述，模块114包括一般排列成平行六面体结构的两个或两个以上光伏电池118，其中图6提供具有七个此类电池118的例示性实施例，每个电池包括一或多个滤光器。六个此类电池位于平行六面体的侧面，并且一个电池位于底部。在这一实施例的情况下，提供另外或二级聚光器115以自每个滤光器或电池118聚集光，进而提供包括一级聚光、分光以及随后二级聚光的光学路径。
图7说明根据本发明的另一光伏系统210，所述系统一般包括分光光学模块214和一系列聚光器215。如上文相对于系统110所论述，模块214包括两个或两个以上光伏电池218，其中图7提供具有七个此类电池218的例示性实施例，每个电池包括一或多个滤光器。在这一实施例的情况下，提供聚光器215以自每个滤光器或电池218聚集光，进而提供包括分光和随后聚光的光学路径，而不具有所述光的一级或初级聚集。
现在参看本发明的若干实施例描述本发明。本文中识别的任何专利或专利申请案的全部公开内容在此以引用的方式并入。只出于理解清楚起见给出前述具体实施方式和实例。不应自其理解为不必要的限制。所属领域的技术人员将清楚，在不被离本发明的范围的情况下可以对实施例进行多种变化。因此，本发明的范围不应限制于本文中所描述的结构，而是只由权利要求书的语言所描述的结构和这些结构的等效物限制。

Claims (15)

1.一种将入射光转化成电能的分光光学模块，所述模块包含：
固体光学元件，包含接收光的输入端、第一侧面以及与所述第一侧面隔开的第二侧面；
第一太阳能电池，邻近于所述固体光学元件的所述第一侧面；以及
第二太阳能电池，邻近于所述固体光学元件的所述第二侧面；
其中所述模块经配置以用以下任一者提供入射光在所述电池中的至少一者上的吸收：
所述第一太阳能电池，将其放置以吸收入射光的第一子集并且使所述入射光的第一其余部分通过所述固体光学元件反射到所述第二太阳能电池，其中所述第一太阳能电池具有比所述第二太阳能电池更高的带隙；或
第一滤光器，邻近于所述固体光学元件的所述第一侧面；和第二滤光器，邻近于所述固体光学元件的所述第二侧面，其中所述第一滤光器透射入射光的第一子集并且使所述入射光的第一其余部分通过所述固体光学元件反射到所述第二滤光器。
2.根据权利要求1所述的光学模块，其与收集且聚集入射光的光学聚光器元件组合，其中所述光学聚光器元件将光引导入所述固体光学元件的所述输入端。
3.根据权利要求1所述的光学模块，其进一步包含：
第一太阳能电池对，包含跨越所述固体光学元件的宽度彼此隔开的所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池；以及
第二太阳能电池对，包含跨越所述固体光学元件的所述宽度彼此隔开的第三太阳能电池和第四太阳能电池，其中所述第一太阳能电池对邻近于所述第二太阳能电池对；
其中所述第一和所述第二太阳能电池对包含平行六面体结构的一部分。
4.根据权利要求1所述的光学模块，其进一步包含串联排列的所述第一和所述第二太阳能电池以及至少两个另外的太阳能电池，使得光的子集被每个太阳能电池连续吸收并且所述光的其余部分被反射，减少量的光可用于每个后续太阳能电池的吸收和反射。
5.根据权利要求1所述的光学模块，其进一步包含位于所述固体光学元件的所述输入端的相对端的背反射器。
6.根据权利要求1所述的光学模块，其进一步包含位于所述固体光学元件的所述输入端的相对端的太阳能电池。
7.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述第一和所述第二太阳能电池中的每一者包含作用电池区、邻近于所述作用电池区的第一侧面的抗反射表面以及邻近于所述作用电池区的第二侧面的反射器表面。
8.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述第一和所述第二太阳能电池中的每一者为电独立的。
9.根据权利要求3所述的光学模块，其中所述第一和所述第二太阳能电池对中的每一者的所述太阳能电池彼此平行并且以大致45度角相对于所述固体光学元件的所述输入端排列。
10.根据权利要求1所述的光学模块，其中所述第一太阳能电池与所述第一滤光器光学接触，并且所述第二太阳能电池与所述第二滤光器光学接触。
11.根据权利要求10所述的光学模块，其进一步包含放置于所述第一滤光器与所述第一太阳能电池之间的第一光学聚光器元件。
12.根据权利要求10所述的光学模块，其与收集且聚集入射光的第二光学聚光器元件组合，其中所述光学聚光器元件将光引导入所述固体光学元件的所述输入端。
13.根据权利要求11所述的光学模块，其与收集且聚集入射光的第二光学聚光器元件组合，其中所述光学聚光器元件将光引导入所述固体光学元件的所述输入端。
14.一种将入射光转化成电能的光伏系统，所述系统包含：
用于收集且聚集进入入射光的光学聚光器元件，所述聚光器元件包含输入端和输出端，以及
分光光学模块，其包含：
固体光学元件，包含与所述光学聚光器元件的所述输出端光通信的输入端、第一侧面以及与所述第一侧面隔开的第二侧面；
第一太阳能电池，邻近于所述固体光学元件的所述第一侧面；以及
第二太阳能电池，邻近于所述固体光学元件的所述第二侧面；
其中放置所述第一太阳能电池以吸收入射光的第一子集，并且使所述入射光的第一其余部分通过所述固体光学元件反射到所述第二太阳能电池。
15.根据权利要求14所述的光伏系统，其中所述入射光包含光谱的多个子集，并且其中具有光谱的聚集光离开所述光学聚光器元件的所述输出端，所述系统进一步包含：
第二太阳能电池，自所述光的所述第一其余部分吸收所述光谱的第二子集，并且反射所述光的第二其余部分；
第三太阳能电池，自所述光的所述第二其余部分吸收所述光谱的第三子集，并且反射所述光的第三其余部分；以及
第四太阳能电池，自所述光的所述第三其余部分吸收所述光谱的第四子集，并且反射所述光的第四其余部分；
其中所述光学模块包含折射所述聚集光的固体平行六面体结构。
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