CN105723523B - 用作光伏太阳能传感器的光电装置 - Google Patents

Abstract

太阳能光伏光转换器装置(1)包括由至少一个透明衬底(8)实现的光处理光电光子平台，在其至少一个表面上具有由倾斜肋(11)构成的数字衍射光栅，所述倾斜肋(11)被调制以任意倾斜角度捕获最大量的太阳光，将其分离成多个光谱子带，单独地引导和聚集每一个这些光谱子带，朝向光电光子平台(2)的单独输出端，以允许被光电转换单元(3)利用，这将通过优化具有格栅整体转换效率。光电光子平台(2)还包括光子转换器(13)和(14)，其将紫外光转换成可见光，以及可见光中的红外光，为了更好的利用太阳光中存在的能量，并因此增加了光电转换。太阳能光伏光转换器装置(1)还包括光电转换器单元(3)。

Description

用作光伏太阳能传感器的光电装置

发明定义

本发明是一种由光处理的光电光子平台，一个或多个光子转换器和一个但更经常几个光电转换器构成的光电装置。

光电光子平台包括至少一个平面衬底，其具有至少一个微米或纳米结构化表面，形成具有斜肋和模块化特征的衍射光栅，其用于将光谱分散成光谱子带，而不管其入射角。因此，入射角的光谱子带分开进行处理，并且每一个指向专用光电转换器的指定表面，所述光电转换器配置为具有最高可能的转换效率。

为了聚光效果，光电光子平台的光学部件是选择性的微米或纳米结构的衍射系统。其结合两个光子转换器，所述光子转换器用于将紫外辐射和红外辐射转换为可见光谱子带，每个光谱子带指向下游的专用光电转换器，对于每个出现的光谱子带所述专用光电转换器具有最佳性能。

然后，组件由用于光处理的光电光子平台和光电转换单元构成，所述光电转换单元由用于获得高性能光伏器件的一个或多个光电转换器构成。

光电光子平台基本上捕获和聚集可见光和不可见光的入射太阳辐射的所有光谱分量或子带，并且然后将他们引导到相关联的光电转换器以转换最大可能量的入射光子能量，从而获得最大可能的总收率。

技术问题

由目前市场可用的光伏传感器所产生的电能是比较小的，主要是因为他们的较低效率，而且也因为他们相对于太阳的固定位置，其恒速运动引起由角度失调造成的损失。

当他们的前表面垂直地暴露于阳光下时，这些传统光伏电池的总收率是最大的。然而，在全天的时间和整个季节中，太阳的倾斜角是连续变化的。即使选择传感器的位置，使得他们尽可能长的接收太阳辐射，但是在白天期间这个辐射的很大一部分不能被转换为电能，因为这些传感器的不灵活性以及输入光线的或多或少“掠角反射”。

当太阳辐射在地平线下面或散射时，当天空是阴天时或者当太阳辐射由于悬浮气溶胶而衰减或者由于包括那些在高海拔的云层而散射时，护着当辐射直接到达传感器时，问题就出现了。在这些情况下，由于为了转换失去了太阳辐射的大部分光子能量，因此所产生的电量小。

当前太阳能光伏的低产率是10-20％的量级。这个性能的较低性还以其他的方式产生。

太阳光涵盖宽广的光谱，由包含多种波长(从而包含不同的光子能量)的很多光谱子带组成，其不能以相同的方式全部被转换为电能。

对于任何当前用于产生光伏电能的转换器，由入射太阳辐射的光子提供的能量必须足以释放电子。

科学家熟知的基本条件是：当入射光子的能量超过在形成光伏转换器的半导体材料的禁带隙时出现转换。电子可以被释放并且表现为电流。

因此，具有小于形成光伏转换器的半导体材料的带隙能量的光子能量的光谱分量或光谱子带不能释放电子。

另一方面，其光子能量大于光伏转换器的半导体材料的带隙的光谱子带的辐射释放与那些具有与带隙能量完全对应的能量的光子相同数量的电子。这些高能量光谱子带的额外光子能量无法用于释放额外的电子。

此外，如果入射太阳辐射的可见光部分至少部分地被当前光伏转换器使用，那么红外线光谱子带的能量完全不转换，使得紫外线子带的能量不充分地转换为电能，并且因此他们带来大量的热量，这对于传感器和相关装置是有害的。

因此，由输入太阳辐射提供的大多数光子能量损失，这解释了有资格作为太阳能光伏的现有传感器的较差性能。

光电光子平台光谱地转换紫外线和红外线辐射，整个拆分入射太阳辐射，并且通过光谱子带将其引导到为每个光谱子带进行优化的光电转换器上，这使得这种新光伏传感器具有高得多的总产率。

现有技术

在试图解决现有技术的低效率中，已经提出了将这些早期的光伏转换器安装在太阳跟踪系统上，在白天尽可能长的定向他们以保持他们完全暴露在太阳下。

这些跟踪系统有使得有可能增加由光伏转换器产生的能量总量，但是以几个缺点为代价。跟踪系统时复杂的，难以安装和维护，主要由于他们的可移动机构而易碎和相当昂贵。

还存在用于聚集太阳能的静态装置。然而这些装置是繁琐的，并且需要大量的感测表面，其限制在房屋的屋顶安装的可能性。

透镜已经被用于将太阳辐射聚集到光伏转换器，例如一套多个并列的汇聚透镜，但是他们不恢复更多能量，然后使其落在他们身上。这些系统主要用于加热水。

本发明通过特定的优化衍射数字光栅来聚集阳光。衍射光学最早由模拟方式进行，利用全息技术的资源，遵循丹尼斯·伽博在1971年获得诺贝尔将的原则。但是如果这个模拟方法构成用于成形波阵面的衍射光学证明，特别是用于太阳能应用中，其性能是有限的。另外，所获得的衍射元件在大型串联中是不可再现的。

自80年代中期，衍射光学已经数字化，其已经扩展适用于太阳能领域，但是还具有两个缺点：

-标量建模减轻从光学对称轴移开的机会非常小，

-模式复制是能用塑料制成。

利用条纹的衍射技术的出现已经通过新的理论可能性增加了在阳光下的性能。制造干涉条纹衍射元件需要特定技术和特别昂贵的机器的困难已经限制了预期收益。因此，这种技术从未被大规模开发。

本发明的简要描述

光电装置包括用于光处理的光电光子平台，其采取透明支承的形式，所述透明支承可以是平面形式，并且用透明介电材料来实现，所述透明介电材料包括的衍射聚光器的网络，所述衍射聚光器具有光学数字肋或者倾斜和调制条纹，其用于收集最多的太阳光，而不管其入射角。其将入射光分散成多个光谱子带，并且重新排列在最佳效率的光谱子带中那些无效或热有害的光谱子带。接着，其引导和单独地聚焦每个光谱子带到相关联的光电转换器的前表面的接收区域上。给定的转换器为光谱子带进行优化。整个系统形成高性能的光伏传感器。

光电光子平台包括用于将紫外线和红外线辐射转换为可见光辐射的装置以及至少一个光电转换器。这允许通过增加光电转换的找那个效率来更好的利用太阳光谱。

因此，光电光子平台是衍射数字聚光器，其与至少两个光子转换器相关联。一个转换紫外线辐射和另一个转换红外线辐射成光谱子带：可见光或近红外光。这样，每个接收光谱子带辐射的光电转换器达到良好的效率。

光电光子平台的数字衍射微米或纳米结构实现太阳光处理的不同功能。他们将入射光分散成多个光谱子带，每个对应于有限宽度的选定光谱子带，并且彼此独立地引导每个这些光谱子带，以及将他们聚集到光电光子平台的指定输出区域。光谱子带然后被投影为具有对应于所分配光电转换器的表面的形状、尺寸和位置的光点，所述光电转换器被适当的插入光束的路径上。

然后入射光在途中被处理以从太阳能产生最大功率。对于太阳光的每个光谱子带分量这是事实：太阳光的可见光和不可见光独立地入射到平台上。所有这些集成功能导致效率超过当前安装的太阳能板。

本发明的优势

如本发明中所描述的光电光子单元是一个纯粹的光学装置，其允许考虑到全部光采集和光聚集功能，有关属于具有任何入射角的可见光和不可见光光谱的全部太阳辐射，甚至在散射和衰减光的情况下，也没有先前采用的光伏装置所带来的不便。

这个是对于平面装置的部分衍射网络，静态和小体积，设计成一个或多个有机或无机材料的介电层或薄膜，对于光是透明的，其具有至少一个表面，数字衍射微米或纳米结构的调制阵列。

这些微米或纳米结构是形成基本图案的许多倾斜肋的形式。他们由专用软件限定，并且在光电转换器整个暴露表面上重叠。

光电光子平台与其一个或多个光子转换器被放置在相关联的光电转换单元之前，或者连接到相关联的光电转换单元，或者与相关联的光电转换单元集成在一起。得到的系统是一个平面传感器，其对太阳光辐射或降低强度或低倾斜的入射是不敏感的。对于相同的装机功率，太阳能板的安装面积减少。

太阳能聚光器的概念，其分散输入太阳光束，包括可见光和不可见光部分，即将整个输入太阳光分散成光谱子带，并且特别是有效地集成了光的未处理或难处理分量的光谱转换带来了很多好处。

放置在光电光子平台下方的光电转换器接收特定光谱子带的光，所述每个特定光谱子带为用于他的光谱子带的高产转换进行调整和优化。

特别地，光电光子平台将太阳辐射的其余部分与对应于红外线和紫外线的光谱子带分离，并且光谱地转换他们。这个特性带来了显著改进，因为紫外线带通常在非常接近光转换器的表面时被吸收，并且因此，不能被正确地转换为电能。因此产生的电子，通过表面复合状态与电洞重新接合，而不产生任何电流。

紫外线和红外线辐射的光谱转换成可见光和近红外光，这提供了总转换效率相当大的改进。

光电光子平台通过将他们几乎全部地转换成电能对红外线和紫外线辐射进行处理而不是让他们透过，并且没有任何光物质相互作用或者无用地加热，参见很反常地一个或多个光电转换器具有随着而来的缺点。

在紧凑和静态系统中，光电光子平台集成了太阳辐射的光学和电子处理的所有功能，其是完整和有效使用所必须的，通过下游的光电转换器导致太阳能传感器整体效率的大幅提升。

尽管执行了大量的功能，本发明的光电光子平台保持平坦并且不笨重，同时工业生产的成本保持合理。其适当地与其相关联的光电转换单元直接相互作用。

完整的太阳能传感器，通过排列光电光子平台和放置在下方的相关光电转换器而形成，呈现远高于单独操作的光电转换器的性能(特别是所述现有技术的光伏传感器的性能)的最佳性能。

附图描述

通过参照附图便于理解下面的描述，下面详细列出附图；

·图1是用于光处理的光电光子平台的第一实施例的长度部分的示意性横截面视图，其被放置在光电转换器上以形成根据本发明的具有高性能的太阳光转换器；

·图2是用于光处理的光电光子平台的第二实施例的长度部分的横截面视图，其被放置在光电转换器上以形成根据本发明的高效率太阳能集热器的单元；

·图3是光电光子平台的第二实施例的长度部分的示意性横截面视图，其双面(即向上看和向下看)具有衍射微米或纳米结构以形成根据本发明的高效率太阳能传感器的单元；

·图4是用于光处理的光电光子平台的第四实施例的长度部分的横截面视图，其形成两个叠置的衍射微米或纳米结构的光栅，都朝向下，所述平台被放置在光电转换器上以形成根据本发明的高效率太阳能传感器的单元；

·图5示出了与一个或多个光电转换器形成根据本发明的太阳能传感器的未调制数字光电光子平台的衍射微米或纳米结构的长度部分的放大图；

·图6至9是对应于调制的几个变体的光电光子平台的衍射结构的不同视图。

·图10至12是三种示例性衍射结构的局部顶视图，这些衍射结构可以用于与一个多个光电转换器形成根据本发明的太阳能传感器的数字光电光子平台。

·图13是示意性基本视图，其以简单的方式示出了在根据本发明的光电转换装置中太阳光的收集、分散、引导和聚集。

发明内容

图1示意性示出了太阳能传感器1及其光电转换元件。太阳能传感器1通过将光电光子平台2安装、放置或以其他方式固定或紧固在光电转换单元3上而形成。光电转换单元3通过光电光子平台2直接或处理后(例如，通过光谱转换)接收所有进入的太阳辐射。这个单元包括一个或多个光电转换器4，每个具有暴露表面5，在其上入射光通量6以一个或多个有限光谱子带的形式出现，并且所述光谱子带用于光电光子平台2的一个或多个指定输出端。每个光电转换器4被优化并且适于所接收光谱子带通量的特性。

所述光电光子平台2是太阳能传感器1的上部。其与光电转换单元3 形成紧凑单元，或者被放置作为太阳能传感器1的上部元件，在光电转换单元3附近或上方。

太阳能传感器1是平面和紧凑的。支承、台布、薄膜和层以及电极的不同网格是按比例的小。

在本发明的一个实施例中，衍射微米或纳米结构7被形成为平面透明支承或作为片材或作为薄膜或作为一层或多层透明可拆卸或刚性衬底 8，这提供较好优化的太阳光衍射。这些衍射微米结构和纳米结构7紧贴在衬底8的平面支承或层(多个)的一个、另一个或者两个表面上。

为了简化原因，在下文中我们将使用术语“衬底8”用来共同地识别透明衬底和衬底8的薄膜或重叠层。

在透明衬底8的情况下，独立或刚性的，其可以利用对光透明的有机或无机介电材料来实现，例如玻璃或合适的聚合物材料。

玻璃材料具有价格便宜的优点，但是其寿命比玻璃短得多。当衬底8 由塑料材料制成时，其必须被选择为在必要时容易更换。此外，为了承受所收集能量所产生的热量，这种材料必须被选择为在更大的表面传播这个热量。可以理解的是，玻璃光学平台将在许多方面是更可持续和有益的，包括其能够承受热量。

为了减少光电光子平台2的整体厚度和体积，衬底8可以具有相对小的厚度，但是必须是机械抗性的。在一个变型中，光电光子平台2通过透明中间层、片材、薄膜或其他连续透明支承或者通过提供其依靠支承的中间点固定(未示出)与光电转换单元3分离。

连续透明介质或中间微元件确保间隙的创建，以防止衬底8的下降，其中微元件成形为衍射微米或纳米结构7。

在所有情况下，衍射微米或纳米结构7覆盖有透明保护层9，在衬底 8的一侧或两侧上，其中形成所述结构7。应当理解的是，其中这些衍射微米或纳米结构7存在于转换器1的前表面上，有必要保护他们，特别是通过透明材料的特定保护层10。这种保护层的存在于平台的输入面10 上在所有情况下都是令人满意的。

光电转换单元3可以是作为单个转换器的传统装置，在传统太阳能传感器的情况下，例如在光伏电池术语下的那些已知传感器，或者专用高效转换器，包括或由多个转换器组成，每个转换器被设计、优化并且适于与光电光子平台2相关联并且配合。使用光电光子平台2的太阳能转换器1可以仅具有一个唯一的经典或特定光电转换器。

在图13中，其不是按比例执行的，示出了多个光电转换器4的单元，例如四个，每个特别适于其自己的光谱子带，其是从光电光子平台2传送的可见光，同时适当地照射其暴露表面5。这些光电转换器4可以彼此独立，或者一起形成在相同机械支承上或嵌入其中的紧凑单元。

每个特定光电转换器4为有线宽度的光谱子带的辐射波长进行优化，以进一步增加整体效率。例如，可以列举关于红色的第一频谱子带，关于绿色的第二光谱子带，等等。

如果只有一个微米或纳米结构7的区域不足以获得光电光子平台2 必须承担的所有功能，那么其可以包括多个衬底8，每个在其一面或两面上具有数字衍射微米或纳米结构7。如图4所示，这些衬底8被叠加并且在数量上为两个。当然，更大的数量，例如三个或四个是可能的。

如上所述，这些衬底8可以直接关联，也就是说他们之间接触，或者他们可以由中介元件或者微米或纳米结构7的多层或多个保护装置略微间隔开。

数字衍射微米或纳米结构7由多个肋或倾斜条纹11组成，在图5至 12引入了几个示例。这些清倾斜肋11构成衬底8的微米或纳米结构化的表面。他们具有非常小的尺寸，其在可以微米或微米的一部分的范围内，例如，十分之一微米，其类似于入射光的波长。因此，这些倾斜特征11 优选地具有在0.3到3微米之间变化的高度，并且两个连续肋之间以100和600纳米间隔开。后者对应于衍射光栅的间距。

在截面图中，倾斜肋11像四边形形状的细长条带，具有脊和边缘以避免他们的小尺寸的“噪音”伪像。这些条带以10°和15°之间的角度倾斜，并且优选地接近15°或等于15°。这个倾斜角的值由多个因素造成，不仅是光学，而且也与微米结构的制造有关，包括他们的微蚀刻或他们的释放。

倾斜肋11通常被设置在复杂的网络中，并且形成没有对称轴。他们可以形成基本模式，重叠在平面支承或衬底层8的整个表面上。

倾斜肋11导致产生光学微干扰的光散射，其偏转光子的路径。这产生由肋所反射的光和由肋之间的凹陷或轮廓所反射的光之间干涉。

由专用软件确定的这些微米或纳米结构7是所谓的数字化。他们对应于麦克斯韦方程的具体解决方案，取决于各种光学功能，其期望实现在太阳能传感器1的前侧上。他们的数字特性使得能够实现比他们的模拟等价物更小和更薄的微米或纳米结构7。因此，有可能对折射率的更低变体有效。在光谱子带中光谱的分散可以更薄，同时支撑这些微米或纳米结构7的衬底8也可以被制成更薄，并且靠近光电转换单元3放置以获得更紧凑的太阳能传感器1。

倾斜光栅11是谐振衍射结构。为了达到此结果，衍射光栅间距，即存在于两个相邻特征(最小特征尺寸)之间的间隔必须低于要处理光的最小波长。

倾斜肋11提高了衍射效率并且修正了散光缺陷。他们提供了具有衍射聚光系统12的衬底8，将光学和光子功能都引入到其上。

根据本发明，包括所述谐振光学器件的性能的亚波长衍射光栅12是可能的。

肋11的倾斜，以及他们的谐振特性给出了接近那些光子晶体的功能，但是可以应用于诸如太阳的多色光，而不仅是窄波长带。

这提供了在光处理中显著更高的效率，以及更少的损失和兼容诸如太阳辐射的多色光的处理。

倾斜肋11形成空气的折射率(接近1)和构成光电转换单元3的材料的折射率之间的中间折射率的梯度，例如包括3和6之间的硅。因此这些倾斜肋11提供两种材料之间的平滑过渡，这使得整个输入太阳辐射，即使是低倾斜，被光电光子平台2吸收，并且反射现象明显降低。

光电光子平台2可以通过这种方式来实现其功能，即利用其最大光通量的收集功能而不管其倾斜和强度。此外，有利的是不需要额外的防反射层来在倾斜肋11实现如上所述的这个功能的同时减少太阳光的反射。

倾斜肋11被调制以便处理诸如阳光的多色辐射。通过这些，局部调制区域被专门创建以使其适应入射辐射的每个波长。多个不同的调制是可能的，在图6-9中示出了这种调制的非限制性示例，并以示例的方式进行说明。

图6示出了倾斜肋11的高度调制。这种调制从技术角度来看是相当困难的，但是其为光电光子平台2的防反射性能带来额外的益处。

图7对应于倾斜肋11的厚度调制。

在图8中，倾斜肋11在间隔或位置进行调制。然后，这个间隔应该保持小于辐射的最小波长，以保留光栅的谐振特性。

图9示出了倾斜肋11的角度调制。这些不同的角度优选地具有0°到15°之间的值。

可想而知，包括单个或组合变体的各种各样的调制可以通结合相位和/或幅度的调制来获得。

在不脱离本范明范围的情况下，本领域技术人员可以想到很多其他类型的调制。此外，根据本发明的实施例，这些调制可以或可以不重复、增加、增减等。此外，两种或多种这些调制可以是交替的或者他们之间的组合。

倾斜肋11诱导在光电光子平台2的表面的折射率的微调值，以及太阳辐射的不同波长的不同光学路径。因此，有可能在光谱子带中分离太阳辐射的光谱分量，并且彼此独立地引导他们，即使具有小的几何差异，以及即使阳光入射角随着太阳的位移而改变。

一旦分离，太阳辐射的可见光和不可见光分量的不同光谱子带被聚集和并且引导每个分量朝向光电光子平台2的独立输出端，具有有限光谱带选定位置、尺寸和形状以朝向外侧投影光点，到转换单元3的光电转换器4的暴露表面5上。

这些所得的光点可以具有任何形状，从这些“点”的不同形状，例如简单和常规的几何形式。这避免了在一个或几个光电转换单元3光电转换器中热区的形成，其具有增加他们寿命的效果。根据光电光子平台的优选实施例，入射太阳辐射可以被分成例如三个、四个、五个或更多个对应于红、黄、绿、蓝等的光谱子带。

对于这些微米或纳米结构7的制造可以在玻璃或塑料上使用已知的微米或纳米光刻和复制技术。

为此，有必要开始在硅或石英母模上雕刻由倾斜肋11构成的特征。然后在硬质材料中进行这些纳米结构的模制，例如镍，并且然后其被用作在玻璃上复制特征的成型母模，当这是可能的或者构成光电光子平台2 的衬底8的聚合物。这最后的复制步骤可以通过传统注射成型技术或通过压印技术在工业大规模经济地进行。

光电光子平台2还包括用于将紫外线光子转换成属于可见光范围的辐射的一个或多个装置，其然后可以由与其相关联的光电转换单元3更有效地处理所述辐射。

通过其特性，紫外线可以非常快地被吸收，光子转换单元被定位在具有衍射微米或纳米结构7的衬底8上，以在其穿过保护层之后首先与太阳辐射相互作用。这个光子转换层具有大约10微米和1毫米之间范围内的厚度。

其也可以直接嵌入在衬底8的上部，或衬底8的一个或多个层内。其可以均匀地分布在衬底8的整个厚度上，或在一个或几个层的衬底8 中，其然后主要位于这个衬底8的上部区域或的这个或这些层衬底8。

如上所述，转换或光谱重新排列涉及紫外线，但是第二光子转换器 14预定要转换红外线，能量主要浪费在传统光伏电池中，由于传输主要意味着在太阳能转换器中缺少光物质相互作用。

光谱转换可以通过纳米物体来实现，例如硅纳米晶体，其吸收具有与他们的尺寸相关的波长的光子，并且发射具有另一个波长的光，其更适于光转换器或光子转换器4。本文中的术语“纳米晶体”用于指定适于本申请的所有纳米物体。

为了转换所有的紫外线，纳米物体，例如硅纳米晶体必须具有适合的活性几何特性使得，例如，他们的直径，可以被确定为从约2到5nm 的范围内。为了转换在太阳辐射中的这种全部紫外线辐射，紫外线光子 13的平均转换优选地由具有从2到约5nm的范围内的直径的硅纳米晶体的混合物组成。

根据所考虑的变型，纳米物体，例如纳米晶体可以被用作混合物，或者通过使用包括较小直径的纳米晶体的顶部连续层，其将吸收较短的波长，使用包含较大直径的纳米晶体的底部连续层，其因此将吸收较长的波长。

用于将紫外线转换为可见光的光子转换器13将在合适的光谱带内操作。装置可以由受激光致发光中心构成，例如属于稀土离子并且更具体地属于吸收紫外线光子的离子，并且对于每个紫外线光子发射几个可见光谱的光子，其可以构成真正的光电倍增。

因此，受激光致发光中心比硅纳米晶体更有效，但不幸的是他们昂贵的多。他们可以通过嵌入所需的深度并且具有所需的密度而被引入，或直接嵌入到衬底8的厚度中，或者嵌入衬底8的一个多个层中，或设置在平面支承上的特殊光子转换顶层，或者衬底8的一个或多个层。

在本发明的优选变型中，在紫外线光谱子带可见光辐射中光子辐射的转换单元13还可以由硅纳米晶体和受激光致发光中心的混合物形成，以结合两者的优点。利用本发明的变型，在可见光带中的紫外线光子转换器13还可以由硅纳米晶体和受激光致发光中心的混合物来实现，以结合两者的优点。

为此，光致发光中心优选地直接嵌入到硅纳米晶体中，这种嵌入可以在硅纳米晶体形成之前(预嵌入)或之后进行。然后，专用于光电转换的上层被添加到衬底8或者光电光子平台2的衬底层8。

当光子光电转换的上层或衬底8是由玻璃制成，由硅纳米晶体单独制成，或掺杂受激电致发光中心，可以直接混合到用于制造作为玻璃衬底层的这些光子转换层的熔融硅酸盐层。对于可见或不可见的红外光，光子转换器14可以位于衬底8或一格或多个层的衬底8上方或下方。

很显然，本发明并不限于上述各种附图中所示的优选实施例；在不脱离本发明范围的情况下，本领域专家可以想到很多修改也可以想象其他变型。

Claims (17)

1.用作光伏太阳能传感器的光电装置，其由专用于太阳光的光捕获的光电光子平台(2)和至少一个光电转换器(4)组成，其特征在于所述光电光子平台(2)在其接收入射光的前表面上具有衍射光栅(12)，其包括倾斜和调制的微米或纳米结构(7)；基于所述入射光的波长来设定所述微米或纳米结构(7)的倾斜角、高度、厚度和间隔以最大化地收集所述入射光的能量，所述微米或纳米结构(7)设置于具有平面的衬底(8)或者在其一个或多个层上的材料中；其中所述微米或纳米结构(7)将入射光分散成多个光谱子带，并且彼此独立地引导每个所述光谱子带使其聚集到对应的光电转换器；位于所述微米或纳米结构(7)上方或下方的多个光子转换器(13,14)仅发射可见光或近红外光子带，其源自所述入射光的另一可见或不可见的部分，由此实现光谱转换；每个所述光子转换器(13,14)转换入射的紫外光或红外光并照射至少一个专用的所述光电转换器(4)，其中至少一个光子转换器(13)用于转换紫外光，且至少一个光子转换器(14)转换红外光；至少一个专用的所述光电转换器(4)用于处理所述多个光子转换器(13,14)发射的可见光或近红外光子带。

2.根据权利要求1的光电装置，其特征在于所述微米或纳米结构(7)由倾斜的谐振衍射结构(11)构成，所述倾斜的谐振衍射结构(11)由具有锐利边缘的平行四边形的肋结构组成。

3.根据前述任一权利要求的光电装置，其特征在于所述微米或纳米结构(7)有组织重复排列。

4.根据权利要求1的光电装置，其特征在于用于转换紫外线的所述光子转换器(13)位于所述衍射光栅(12)的前面，即接受入射光照射的一侧；用于转换红外线的所述光子转换器(14)位于所述衍射光栅(12)的后面。

5.根据权利要求1的光电装置，其特征在于所述光子转换器(13,14)在衬底(8)中形成。

6.根据权利要求1的光电装置，其特征在于光子转换器(13,14)由硅纳米晶体实现光谱转换，根据要处理光的波长所述硅纳米晶体具有不同的尺寸。

7.根据权利要求1的光电装置，其特征在于用于转换紫外线的所述光子转换器(13)具有用于吸收紫外光的硅纳米晶体，所述硅纳米晶体的直径为2-5nm。

8.根据权利要求7的光电装置，其特征在于所述硅纳米晶体为具有不同尺寸的硅纳米晶体的混合物。

9.根据权利要求8的光电装置，其特征在于所述不同尺寸的硅纳米晶体被分别置于不同的层上。

10.根据权利要求1的光电装置，其特征在于用于转换紫外线的所述光子转换器(13)由可被入射光激发的光致发光中心构成，其吸收紫外光域中的光子，并且每吸收一个光子，则重新发射在可见光域中的多个光子。

11.根据权利要求10的光电装置，其特征在于所述可被入射光激发的光致发光中心嵌入用于转换紫外线的所述光子转换器(13)的上层中。

12.根据权利要求1的光电装置，其特征在于用于转换紫外线的所述光子转换器(13)或用于转换红外线的所述光子转换器(14)由硅纳米晶体和可被入射光激发的光致发光中心组成。

13.根据权利要求12的光电装置，其特征在于所述光致发光中心直接嵌入硅纳米晶体中，并且设置于所述光电光子平台(2)的衬底(8)中或设置于用于转换紫外线的所述光子转换器(13)的上层中。

14.根据权利要求1的光电装置，其特征在于所述微米或纳米结构(7)在光电转换器(4)的暴露表面(5)上分层设置，所述光电转换器(4)由透明层(10)来保护。

15.根据权利要求2的光电装置，其特征在于构成所述微米或纳米结构(7)的倾斜的谐振衍射结构(11)具有0.3-3nm的高度以及100-600nm的间隔，从而用作衍射光栅(12)。

16.根据权利要求2的光电装置，其特征在于所述倾斜的谐振衍射结构(11)的倾斜角为10°-15°。

17.根据权利要求1的光电装置，其特征在于所述衍射光栅(12)包括由通过凹陷分隔的升高的肋结构组成的重复单元，使得由所述肋结构反射的光和由所述凹陷反射的光之间产生干涉。

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