CN106575942A - 用于将太阳能电能转换与太阳能热能利用耦接的红外透射型聚光光伏器件 - Google Patents

用于将太阳能电能转换与太阳能热能利用耦接的红外透射型聚光光伏器件 Download PDF

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B·罗森
季亚萍
徐琦
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Abstract

使用光伏(PV)电池将太阳能转换成电力正变得越来越普及；然而，仍然存在与广泛采用PV电池用于电力需要关联的显著限制。显然需要以有竞争力的成本供应电力并且提供按需电力供应以及能量储存的高效太阳能发电系统。通过结合聚光太阳能发电和聚光光伏的一些方面，本发明提供了使得能够以极高效率将太阳光转换成电力并且使得能够将热能传送到热储存装置供后续使用的装置。所公开的装置通过使用安装在透明基底上的多结PV电池来使能透射型CPV。使用多结电池允许高效吸收在最低带隙子电池的带隙以上的光。透明基底允许高百分比地透射在最低带隙子电池的带隙以下的剩余光。本发明还公开了通过使用透射型CPV装置来生成电力的方法。太阳光被聚集到装置的一个或多个表面上。高能量光被多结PV电池吸收并被直接转换成电力，而低能量光透射通过装置进入热储存装置，热储存装置随后可以耦接到热力发动机，以生成可调度的电力。

Description

用于将太阳能电能转换与太阳能热能利用耦接的红外透射型 聚光光伏器件
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月27日提交的美国临时申请No.62/018,332的优先权，该申请通过引用并入本文中，视同在以下完整地阐述。
有关联邦资助的研究的声明
本发明是美国能源部、高级研究计划署—能源在合约编号为DE-AR0000473的美国政府支持下做出的。美国政府拥有本发明中的某些权利。
技术领域
本发明涉及用于将太阳光谱分离，将一些太阳能转换成电力并将其它太阳能耦接到太阳能热能转换和/或储存系统的新型、高效、可扩展装置和用于高效地将一些太阳能转换成电力同时将其它太阳能耦接到太阳能热能转换和/或储存系统的方法。
背景技术
使用光伏(PV)电池将太阳能转换成电力正变得越来越普及；然而，仍然存在与广泛采用PV电池用于电力需要相关联的显著限制。为了以公用设施规模提供太阳能发电的更大实现，需要具有更高效率的系统和装置。高效的PV电池还必须是低成本的并且可扩展成邻域大小的阵列或公用设施规模的工厂。由于太阳光和光伏发电的间歇性性质，导致PV必须被设计成与其它能量转换技术协同工作，这些其他能量转换技术允许进行能量储存和可调度的能量产生。
生产高效太阳能电池的一种策略是使电池的光学吸收和入射光之间的光谱重叠最大化。多结PV电池在这个方面表现出好的前景，因为具有不同带隙能量的多个PV电池的堆叠准许更多的太阳光谱被单个装置收集。据报告，使用单片集成III-V半导体的结果是在聚集的太阳光中的大于40％的效率。然而制造成本依然十分高，这将延迟用于超出空间应用的用途(诸如，用于发电厂)的多结PV电池的大批量生产和大规模安装。
从太阳能发电生成电力的另一个限制是按需求提供足够电力的能力。储存来自太阳能发电的电力受可用电池技术以及受家用规模太阳能发电机连接到电网的能力的限制。应对太阳能生成电力的储存以供后续使用以及按需求调度的能力的现有解决方案目前不具有与石油燃料生成电力的成本竞争力。
聚光太阳能发电(CSP)采取与PV电池不同的方法，不同之处在于CSP系统聚集太阳光并且将其转换成驱动热力发动机的热。考虑到当前平准化能源成本(LCOE)是约$0.21/kWh，即使最先进技术的CSP也是高成本的，因此不是可用于广泛部署的能量解决方案。现有的CSP项目展示了CSP的技术可行性，但无法得到使太阳能热力发电成为切实可行且广泛使用的能源所要求的低成本。建造CSP工厂涉及目前大致30亿美金的极高的资金成本，这阻止了未经证实的技术的并入并且从开发者的观点来看是让人望而却步的。
为了使CSP变成太阳能发电切实可行的选择，必须应对两个方面。整个系统的成本必须降低至具有与PV的竞争力或者比PV更便宜。然而，为了真正地竞争，CSP系统的成本需要具有与天然气或煤炭的LCOE匹配的LCOE。另外，构建CSP工厂的成本必须在数百万美元的量级而不是数十亿美元的量级。优选地，这将用可扩展的现场大小来实现，该可扩展的现场大小将使得能够将成功的现场进行迭代，最终完成大规模电网部署。
聚光光伏(CPV)系统使用透镜、曲面镜或其它光学仪器将太阳光聚集到PV电池上，以生成电力。因为光被聚集到PV电池的小的区域上，所以当使用昂贵的电池材料时，CPV系统一般比非聚光光伏器件更具成本效益。然而，存在用于光学仪器设备以聚集光以及用于冷却系统以消散与聚集的光关联的高温的附加的成本。由于这些成本，导致CPV没有像基于更便宜的电池材料(诸如，硅)的非聚光PV系统一样广泛。
显然需要以有竞争力的成本供应电力并且提供按需的电力供应以及储存的高效太阳能发电系统。通过结合CSP和CPV的一些方面，本发明提供了使得能够以极高效率将太阳光转换成电力并且使得能够将太阳能热能传送到热储存装置供后续使用的装置，所有这些在成本方面(可推测)都反映为与替换技术(诸如，PV+电池)有竞争力。所储存的热能可以用于生成可调度电力或者出于需要热量的其它目的，诸如，工业过程、脱盐、家庭水加热等。
本发明公开了通过使用安装在透明基底(或基板)上的多结PV电池来实现透射型CPV的装置。使用多结电池允许高效吸收在最低带隙子电池的带隙以上的光。透明基底允许高百分比地透射在最低带隙子电池的带隙以下的剩余光(也被称为带外光)。本发明还公开了通过使用透射型CPV装置来生成电力的方法。太阳光被聚集到装置的一个或多个表面上。高能量光被多结PV电池吸收，而低能量光透射通过装置进入储存装置中。
虽然在随附权利要求书中指出了以下示出和描述的本发明的某些新颖特征，但本发明不意在限于所指定的细节，因为相关领域的普通技术人员将理解，可以在不以任何方式脱离本发明的精神的情况下，对所例示的本发明及其操作进行形式和细节上的各种省略、修改、替代和改变。本发明中的特征不是关键或必要的，除非它被明确声明为是“关键的”或“必要的”。
发明内容
本发明提供了吸收高能量光而透射低能量光的聚光光伏装置。
根据本发现，本发明的一个目的是为CPV模块提供既使得能够立即从光生成电力又使得能够储存来自光的能量以供后续转换成电力或者作为热量使用的能力。
本发明的另外一个目的是提供通过使用透射型CPV模块来生成电力的方法。
根据接下来的描述，本发明的其它目的和优点将变得容易明了。
附图说明
下面的附图形成本说明书的部分，并且被包括以进一步展示本发明的某些方面。通过参照这些附图中的一个或多个并结合本文中提出的特定实施例的描述，可以更好地理解本发明。
图1A示出CPV模块的一个实施例。
图1B示出CPV模块的第二实施例。
图1C示出CPV模块的第三实施例，其中，所述模块包括透明盖板和透明基板，透明盖板和透明基板均包含蓝宝石。
图2示出CPV模块的一个实施例，该CPV模块包括在全都支撑在金属框架上的玻璃基板上安装的多个较小的多结PV电池。
图3示出示例性CPV模块，其中，所述示例性模块包括安装在红外透明基板上的十六(16)个多结PV电池的阵列，所述电池经由互连引线而互连；并且还示出所述子电池的制造。
图4示出太阳光聚光系统的视图，包括反射器的透视图、模块的近视图和没有透明盖板的模块的视图，该透明盖板覆盖CPV模块。
图5A示出相对于理想反射器的焦点的示例性焦点模块的放置，该焦点模块包括热接收器和CPV模块。
图5B示出相对于示例性非理想反射器的焦点的焦点模块的放置。
图6示出具有多结阵列元件的三个CPV模块，其中，阴影程度指示各阵列元件的相对温度。
图7示出图6中示出的CPV模块，但是使用取代温度图线的光强度图线。
图8示出CPV模块的两个变化形式，其各分别具有37个多结阵列元件和21个多结阵列元件。
图9示出与图8相同的模块，但光强度图线已经被示出各阵列元件的相对温度的温度图线取代。
图10示出均具有多结阵列元件的三个CPV模块，其中，阴影程度指示各阵列元件的相对温度。
图11示出记录在个体多结阵列元件上的温度的改变和由从CPV模块去除选择的阵列元件导致的所述温度的改变。
图12示出包括二十一(21)个阵列元件的CPV模块，其中，所述阵列元件经由互连引线连接到系统总线(未示出)。
图13示出具有阵列元件的替换布置的CPV模块，其中，所述阵列元件经由互连件(其中互连件不表示物理连接阵列元件的准确方式，而是表示所述元件如何串联连接)连接到系统总线(未示出)。
图14示出具有阵列元件的替换布置的CPV模块，其中，所述阵列元件被分成四组，每个组包括串联连接的八(8)个元件的组(如所示出的，经由连接线串联连接，其中，给定线所接触的每个元件均与该给定线所接触的其它元件串联连接)，并且其中这些组相互并联连接。
图15示出具有阵列元件的另一个替换布置的CPV模块，其中，所述元件被分成两组，每个组包括串联连接的八(8)个元件的组(如所示出的，经由连接线串联连接，其中，给定线所接触的每个元件均与该给定线所接触的其它元件串联连接)，并且其中这些组相互并联连接。
图16示出具有三个子电池的多结PV电池所吸收的能量的曲线图，其中，频带A、B和C对应于所述三个子电池，而频带D对应于传送到在所述PV电池后方的热接收器的能量。
图17示出其中没有焦点漂移的元件阵列和其中有1度的焦点漂移的元件阵列之间在光强度方面的差异。
图18示出“双面”的CPV模块，双面意味着互连引线位于PV模块的前面和后面二者(优选地，以对准形式，以使互连引线引起的阴影最小化)。
图19示出示例性有源控制电路的PSPICE模块。
图20示出包括反射器、焦点模块、支撑柱和步进电机(带有控制器)的系统的实施例，其中，所述焦点模块通过步进电机与反射器的焦点周期性重新对准。
图21示出包括x轴电机、螺纹杆、y轴电机、安装杆和CPV模块的示例性步进电机组件。
具体实施方式
本文中提供了对一个或多个优选实施例的详细描述。然而，应当理解，可以按各种形式实施本发明。因此，本文中公开的具体细节不应被解释为是限制性的，而是作为权利要求书的基础和作为教导本领域的技术人员以任何恰当方式运用本发明的代表性基础。
在本文中无论何处使用短语“例如”、“诸如”、“包括”等中的任一个，应当理解跟随有短语“并不限于”，除非另外明确声明。类似地，要理解，“示例”、“示例性”等应当被理解为非限制性的。
术语“基本上”允许不对预期目的产生负面影响的相对描述内容的偏离。应当理解，即使没有明确陈述词语“基本上”，描述性术语也是被术语“基本上”修饰的。因此，例如，短语“其中，杠杆垂直延伸”意味着“其中，杠杆基本上垂直延伸”，只要精确的垂直布置对于杠杆执行其功能不是必要的。
术语“包含”和“包括”和“具有”和“涉及”(和类似地，其变型)等可互换地使用并且具有相同的含义。具体地，术语中的每个被定义为与“包括”的普通美国专利法律定义一致，因此被解释为是意指“至少以下”的开放性术语，并且还被解释为没有将附加的特征、限制、方面等排除在外。因此，例如，“涉及步骤a、b和c的过程”意味着该过程包括至少步骤a、b和c。无论在何处使用术语“一”或“一个”，都应当理解成“一个或多个”，除非这种解释在上下文中是无意义的。
出于本申请的目的，在使用术语“CPV模块”的情况下，除非使用特定的附图标记，否则此术语同等地指本文中描述的“CPV模块”的一般类别，包括但不限于：CPV模块100、101、103、220、310、510、1310、1410、1510、1810、2010和2118或本文中描述的任何其它类似的装置。此外，术语“CPV模块”和“透射型CPV模块”是可互换的。
在一个实施例(未示出)中，本发明提供了具有不同带隙的至少两个子电池的多结PV电池。各子电池的带隙可以在从约1.4eV至约2.3eV的范围内或者可以在该优选范围之外。在图1A中示出的另一个实施例中，CPV模块100包括多结PV 105，多结PV 105包括带隙分别是约2.20eV、约1.80eV和约1.51eV的三个子电池110、120和130。图16示出具有三个子电池的多结PV电池(诸如，多结PV电池105)所吸收的能量的曲线图，其中，频带A、B和C分别对应于子电池110、120和130，而频带D对应于传送到所述CPV模块100后方的热接收器的能量。各子电池110、120和130均由III-V型材料构成，III-V型材料一般被认为是在PV电池中使用的最高效率的材料。可替换地，(组成PV电池105的)各子电池可以由任何合适的材料构成。在一个实施例中，子电池110由AlGaInP构成，子电池120由InGaP构成，子电池130由AlGaAs构成。在一个实施例中，用于各子电池的材料与砷化镓或锗基板晶格匹配。在其它实施例中，用于各子电池的材料可以是晶格失配的或结构改变(metamorphic)的。
在一些实施例中，本发明包括设置在多结PV 105上方和/或下方的一种或多种包封材料140(参见例如图1A和图1B)。在一个实施例中，一种或更多种包封材料与诸如涂层150a、150b、150c和150d的抗反射涂层(统称为抗反射涂层150)协同使用，其中：150a施加于大气和盖板180的外表面之间的接合处；150b施加于包封件140和PV电池105之间的接合处；150c施加于包封件140和基板160之间的接合处；以及，150d施加于大气和基板160的外表面之间的接合处。用于抗反射涂层150a的示例性材料包括：(1)厚度为85nm的Al2O3和厚度为110nm的MgF2；(2)厚度为110nm的MgF2；以及(3)厚度为85nm的Al2O3和厚度为94nm的SiO2和厚度为100nm的MgF2。用于抗反射涂层150b的示例性材料包括：厚度为58nm的ZnS和厚度为85nm的Al2O3；(2)厚度为58nm的ZnS和厚度为100nm的Al2O3；以及(3)厚度为2nm的SiO2和厚度为58nm的ZnS和厚度为96nm的Al2O3。用于抗反射涂层150c的示例性材料包括：厚度为180nm的Al2O3和厚度为100nm的ZnS和厚度为10nm的MgF2；(2)厚度为170nm的Al2O3和厚度为100nm的ZnS和厚度为10nm的MgF2；以及(3)厚度为154nm的Al2O3和厚度为109nm的ZnS。用于抗反射涂层150d的示例性材料包括：(1)厚度为190nm的MgF2；(2)厚度为200nm的MgF2；以及(3)厚度为204nm的MgF2和厚度为209nm的Al2O3。抗反射涂层150被设计成在入射光的宽的入射角度范围(由于来自聚光光学器件的对该入射光的角度扩散)以及在界面处入射的太阳光谱的波长范围内，在各界面处提供非常低的反射率。在一些实施例中，一种或更多种包封材料包含硅树脂或乙烯-乙烯基(ethylene-vinyl,EVA)或任何其它合适材料。
在一些实施例中，多结PV电池105设置在基板160上。在一个实施例中，基板160包括高度红外透明玻璃。在所述实施例中，高度红外透明玻璃基板160展示了高导热性和机械稳定性。在一些实施例中，高度透明玻璃可以透射从约400nm到约5微米的波长范围中的光。在其它实施例中，高度透明玻璃可以透射至少在从约800nm到约2.5微米的范围的光。如图1B中所示，基板160可以由任何合适的红外透明基板形成。例如，在一些实施例中，基板160可以包含红外级熔融石英。在其它实施例中，基板160可以包含CaF2、MgF2、ZnSe或任何其它合适材料。在一个实施例中，基板160可以被涂覆抗反射涂层150，涂覆在基板160的任一侧或两侧上。在一些实施例中，基板160可以设置在结构支撑框架190的内部或顶部上。在一个实施例中，框架190是金属。在其它实施例中，框架190可以包含任何合适的材料。
在一些实施例中，用粘合剂170将多结PV电池105固定于基板(并且，光学粘合剂170还可以被认为是如上讨论的“包封件”)。在实施例中，粘合剂170包含透明液体光聚合物光学粘合剂。在另一个实施例中，光学粘合剂170包含巯基酯。在其它实施例中，粘合剂170包含硫族化物材料或具有对于带外光的高透明度、强且稳定的粘附力和高导热性的任何其它合适材料。在一些实施例中，经由直接晶片键合(未示出)将多结PV电池105固定到基板160。在示例性实施例中，中间的光学抗反射涂层150被施加给多结PV电池105，以与粘合剂170协同工作。
在图1B中示出的替换实施例中，透射型CPV模块101还包括红外透明盖板180。在图1C中示出另一个替换实施例中，透明基板160和透明盖板180均由蓝宝石构成。所述实施例还包括散热器鳍片190(以横截面示出；参见图21的示例性平面图)，散热器鳍片190被配置成与透射型CPV模块103的外周部接触。图1C的实施例还包括光学粘合剂170的多个层。经推测，具有在1mm至10mm范围的厚度的蓝宝石盖板180和/或基板160最佳地适于将热从PV电池105传导向散热器(诸如，鳍片190)。在实施例中，鳍片190包含铝。在另一个实施例中，鳍片190可以由任何合适的导热材料制成。
在一些实施例中，CPV模块可以包含被动冷却装置，其中，PV电池(诸如，PV电池350)间隔开足够距离，使得在不用主动或有功耗的冷却方法的情况下，基板(诸如，基板357)消散在所述PV电池350中生成的热。在其它实施例中，可以通过使用高度导热的盖板和基板材料(诸如，蓝宝石)，将冷却机构被动地集成到CPV模块中的CPV系统(诸如，CPV模块310)的焦点处，以横向地将热抽取到附接在CPV模块310的任一侧上的散热器(诸如，图1C中示出的鳍片190和图21中示出的散热器2150)。在一些实施例中，集成的主动冷却系统(未示出)可以涉及微流体热传输通道，微流体热传输通道在金属汇流条(诸如，汇流条240)正后方传输冷却流体，以避免冷却流体中的光吸收，或者如果冷却流体是光吸收低的材料，则可以将冷却装置集成在模块中的多结PV电池105和基板160之间。在其它实施例中，冷却系统可以在任一侧与PV电池105直接相邻，其中，空气、水或另一种冷却流体以足以去除CPV模块中生成的热的速率流动通过或靠近CPV模块(诸如，模块310)的表面的全部或部分。
在实施例中，各子电池(诸如，子电池371、372和373)的基板侧上的接触件(诸如，接触件390)凹进各电池中并且与基板(诸如，基板357)成平面。在另一个实施例中，接触件(诸如，接触件390)没有与基板(诸如，基板357)成平面。在一些实施例中，使用(如以下结合图3描述的)导线键合将子电池连接到印刷在基板上的电网。在另一个实施例中，使用铟凸块键合(未示出)将子电池连接到电池互连电网，或者可以并行地使用铟凸块键合和导线键合二者，一个用于顶部接触件而另一个用于底部接触件。然而，可以使用任何合适的互连方法将电池(诸如，电池350)连接在一起。
在图2中，示出透射型CPV模块200的实施例，CPV模块200包括在全都支撑在金属框架270上的玻璃基板260(但是任何合适的红外透明基板都可以)上安装的多个较小的多结PV电池210。在图2的实施例中，经由互连引线220将各较小的多结PV电池210互连，使得沿着装置CPV模块200的一侧移动，从各较小的多结PV电池210产生的电压被加到一起而电流匹配(即，在值上相似)，而沿着CPV模块200的相邻侧移动，从各较小的多结PV电池210产生的电压匹配(即，在值上相似)而电流被加到一起。在一个实施例中，给定PV电池210内的半导体材料中生成的电子行进到多个收集指状物230，以被电气电路捕获。收集指状物230可以包括被图案化到PV电池210的表面上的金属的窄条带。收集指状物230将电流传导至汇流条240，汇流条240可以由较宽的金属导线组成，这些金属导线随后将电流传导至电池210之间的互连引线220，其中，所述汇流条240随后连接到互连引线220。每个相应的互连件220连接到接触焊盘250，接触焊盘250本身连接到电气系统，在该电气系统中储存或使用模块200所生成的电力。
在一个实施例中，较小的多结PV电池210是三结电池。在一些实施例中，较小的多结PV电池210被布置成使得各电池之间的间隙290足以使包括带内光(即，多结PV电池的吸收频带内的光)和带外光(即，多结PV电池的吸收频带以外的光)的整个太阳光谱透射通过装置的基板260。这样使得更多的光能够被导向安装在模块200后方的热接收器和储存系统(未示出)并且使得能够更容易地消散电池210中产生的热。在其它实施例中，多结PV电池210被布置成使得各电池210之间的间隙290被最小化，使得间隙290最小到没有可见光可以在不首先穿过电池210中的一个的情况下穿过模块220。可推测，在30％至50％的范围中的光学旁通(OB)(即，给定CPV模块220的没有被多结PV电池210占据的表面面积的百分比)是优选的。
在一些实施例(诸如，图3中示出的实施例)中，CPV模块310可以被放置在太阳光聚光系统300的焦点上，以使进入CPV模块310的被聚集太阳光的量最大化。在一些实施例中，在这种聚光系统中实现的太阳光强度可以达到正常的、未放大的太阳光的一百倍至一千倍。在一个实施例中，太阳光聚光系统300包括反射器312、致动器315(也通常被称为太阳能跟踪器)、支撑柱311和焦点模块318，其中，所述焦点模块318还包括CPV模块310和热接收器320。如图3中所示，反射器312可以是同心的(或者以其他方式凹面的)反射盘；另外，在替换实施例中，反射器312可以被菲涅尔透镜聚光器(未示出)取代。在示例性实施例中，焦点模块318被放置在反射器312的焦点处，以使被聚集的太阳光在CPV模块310的表面上的均匀度最大化。这可以通过以下步骤来实现：构建CPV模块310，使得表征PV电池350的区域小于反射器312所创建的聚集光束的焦斑，从而允许在聚集光束的周围的光绕过多结PV电池350而直接照射到热接收器320中。在替换实施例中，CPV模块310可以被放置在聚集太阳光光束的路径中，而非同心反射器312的焦点处，使得光的一部分在多结PV电池350的边缘周围绕过多结PV电池350。该放置使得同心反射器312的焦点能够处于热接收器320的孔径处并且使CPV模块上的光的均匀度最大化，同时还使热接收器320的孔径大小最小化。通过维持CPV模块310上的照射均匀度，使得所述模块310能够针对给定的总入射光强度，实现最大功率输出。利用如本文中描述的放置方式展现了本发明相对于传统CPV的优点。在本发明中，可接受光不入射到多结PV电池350上，只要此光被导入热接收器320中。在传统CPV系统中，所有被聚集的太阳光必须被引导到CPV模块中的电池上。
图3也描绘了示例性的透射型CPV模块310，其中，所述示例性模块310包括安装在红外透明基板357上的十六(16)个多结PV电池350的阵列，所述电池350经由互连引线360互连。如以下所讨论的，可以通过变化多结PV电池350的数量、各个多结PV电池350的大小以及各个多结PV电池350之间的间隙355，以许多不同的方式配置CPV模块310。图4示出系统300的另一个视图，包括反射器312的透视图、模块318的近视(即，“分解”或“放大”)图和没有透明盖板的模块318的第二视图(以及因此，示出多结PV电池350的示例性配置)，透明盖板覆盖CPV模块310。要注意，可以使用任何红外透明的盖板。
在一些实施例中，反射器312并非完美地光滑或均匀(以及因此，并非理想)。图5A示出相对于理想反射器(未示出)的焦点的示例性焦点模块518的放置，焦点模块518包括CPV模块510和热接收器520。图5B示出相对于示例性的非理想反射器(未示出)焦点的相同的焦点模块518的放置。在图5A和图5B二者中，穿过并且聚焦于(或接近)焦点模块518的线是分别由示例性的理想和非理想反射器反射的光的模拟射线轨迹。
在示例性实施例中，本发明提供了将一些太阳能转换成电力，同时将其它太阳能传送到能量转换和/或储存系统的方法。参照图3的系统300，本发明通过将太阳能导向至包括至少一个PV电池350的CPV模块310来执行上述方法，这些PV电池350包括各具有不同带隙的至少两个子电池(诸如，子电池371和372)。子电池371和372吸收高能量光并且将这种高能量光转换成电力。低能量光透射通过CPV模块310到能量转换和/或储存系统(诸如，热接收器320)。在一些实施例中，高能量光包括波长为约280nm至约1800nm的光(尽管大部分系统在280nm至900nm的范围内操作)。在一些实施例中，低能量光包括波长为约700nm至约3000nm的光。在一些实施例中，CPV模块310包括各具有不同带隙的至少两个光伏子电池(诸如，子电池371和372)，并且在优选实施例中，装置包括相应带隙为约2.2eV、约1.8eV和约1.51eV的三个光伏子电池结(诸如，PV电池350)。示出太阳能的各种频带的曲线图和按照本发明的实施例的捕获方法被示出在图16(示出了与如例如图3中示出的PV电池350的三个结对应的频带A、B和C，并且示出了穿过PV电池350并且继续到达诸如热接收器320的热接收器的第四频带D的能量)。在优选实施例中，装置在约110摄氏度或更低温度操作。
实验
制造
可以如下地制造透射型CPV模块(诸如，CPV模块310)的一个实施例。使用金属-有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)或相关外延生长技术，在GaAs或Ge基板上，从诸如固体或金属-有机III族和V族材料的前体外延地生长多结III-V光伏异质结构。随后，将这些外延生长的材料处理成PV电池(诸如，电池350)。首先，将顶部金属接触件(诸如，接触件390)图案化在外延生长的表面上并且优先去除III-V外延中的没有对外延晶片执行接触件金属化处的接触层材料；在一些实施例中，这需要热退火步骤来实现低接触电阻。接下来，电池(诸如，电池350)受光致抗蚀剂或相关材料保护，而所述电池之间的间隔被蚀刻直至下面的GaAs基板。然后，使用黑蜡处理物或其它可去除处理物，经由外延剥离，从GaAs或Ge基板去除三结电池外延材料。通过使用诸如氢氟酸的高度选择性蚀刻剂蚀刻穿过脱模层(例如，AlAs)来实现外延剥离。然后，去除黑蜡处理物(还可以使用GaAs、玻璃或类似处理物)。
然后，用金属网(诸如，接触件390)将光伏电池350的相对侧图案化，再次去除不需要的接触外延层并且在必要时进行退火。理想地，电池任一侧的前金属网和后金属网(诸如，汇流条240)被共同对准，使穿过所述电池的光的阴影最小化。向这一侧施加中间的光学抗反射涂层(诸如，涂层150)，该涂层被设计成与光学粘合剂或包封件(参见图1A或图1B)协同工作。使用包封件(诸如，包封件140)将剥离的三结电池(诸如，PV电池105)附接到高度红外透明基板(诸如，基板160)。这些电池应该与基板(诸如，基板160)上的电气互连电路(诸如互连件220)对准。可以使用铟凸块键合、导线键合或其它一种或多种方法，用顶部和底部接触件将电池电气连接到互连电路。向CPV模块的暴露的表面(即，不在基板上的表面)施加顶部抗反射涂层。还可以向玻璃基板的背面施加抗反射涂层。可以按使用诸如TiO2、MgF2、SiO2或任何其它合适材料的光学涂层材料的一层或多层来施加这些涂层中的每个。例如，参见以上关于抗反射涂层150的放置的讨论。
图3示出符合上述制造处理的子电池制造的两种方法。在第一种处理370中，在GaAs基板374上，生长带隙分别近似2.2eV、1.8eV和1.5eV(+/-0.1eV)的三个结371、372和373。在外延剥离层上生长这些层，从而允许三结CPV子电池375(包括结371、372和373)被经由外延剥离从GaAs基板374去除，并随后被制造成电池350。该外延剥离处理减少了穿过新电池的红外带外光的光学损失，并且通过允许重新使用GaAs晶片，降低了成本。在第二种方法380中，在GaAs基板384上，生长带隙分别近似2.1eV、1.7eV和1.4eV(+/-0.1eV)的三个结381、382和383。这些结没有随外延剥离层生长，子电池被形成为在制造好的子电池中包括三结外延和晶片。可推测，这是比通常使用的制造处理更容易、更低风险的制造处理，并且所述处理仍然允许如第一方法370中几乎一样多的带外红外光穿过电池。如上所述，金属接触件390在其形成期间，被图案化在电池材料的顶表面和底表面上。
诸如阵列385的阵列由一组隔离的电池350形成，在经由被图案化在基板上的金属互连件360而形成的元件之间有恰当的接触件。在必要时，将旁通二极管(未示出)集成在光伏电池350的后方(或附近)，以使与模块310的部分阴影相关的损失最小化。最后，完成布线。借助旋转或其它手段，在安装在基板357上的电池350的阵列上沉积包封层(诸如，包封件140)。然后，将红外透明基板(诸如，盖板180)附接到阵列385的顶部。还可以向基板的后侧(参见表面162)和/或盖板的顶侧(参见表面182)施加抗反射涂层150。然后，在必要时，将阵列385框架化，以集成到较大的能量转换系统中(例如，参见包括CPV模块310的模块318，如图4中所示)。散热器可以被集成在框架中，以从盖板(诸如，盖板18)和基板357抽取热并且将所述热排放到环境(参见例如图21中示出的散热器2150或图1C中的散热器鳍片190)。在图1A、图1B和图1C中示出包括单个PV电池350的完整的CPV模块的轮廓。在图2、图3和图4中示出示例性的CPV模块阵列的俯视图。电池之间的间隔355可以非常窄，以使被PV电池350直接转换成电力的光子的比率最大。可替换地，电池350之间的间隔355可以更大得多(例如，电池350之间的间隔是电池350的大小的约1/10至10倍的量级)，以便使更多的太阳光能够穿过模块310到达热储存装置(诸如，热接收器320)。具有在电池350之间的更大间隔的该替换配置提供了若干益处(诸如，更容易防止电池350过热的能力)。如以下所讨论的，诸如阵列385的阵列可以有许多配置。
图6示出三个CPV模块610、620和630，每个模块包括37个多结PV阵列元件650，其中，阴影程度指示各阵列元件的相对温度。模块610包括大小为25mm2的多结阵列元件，相应的阵列元件之间的间隙615是0.5mm。模块620包括大小为25mm2的多结阵列元件，相应的阵列元件之间的间隙625是1mm。模块630包括大小为25mm2的多结阵列元件，相应的阵列元件之间的间隙635是1.5mm。如图6中可以看到的，所测得的最大温度与阵列元件之间的间隙的大小成反比。以及，相关联的绕过PV模块的能量的量是成正比的。图7示出与图6中所示的相同的CPV模块，但是使用取代温度图线的光强度图线。
图8示出CPV模块的两个变化形式(模块810和820)，其各分别具有37个多结阵列元件850和21个多结阵列元件850。图8示出照到模块810和820的各元件850的光的相对强度。模块810和820二者中的阵列元件850的大小是25mm2，以及模块810和820的阵列元件之间的间隙825是0.5mm。鉴于图8中示出的光强度图线的结果，可推测，照到模块810的最外侧元件的光的量比照到里面的阵列元件的强度低得多，因此可推测，最外侧元件不值得系统增加的成本和加热(以及，所述最外侧元件的消除因此得到与模块820一致的模块)。因此，可以去除所述最靠外元件850，而相比于37个元件模块820，21个元件模块810所捕获的能量没有显著损失；因此，可推测，这将允许生产成本中的实质减少，而生成的电力仅有渐进地减小。图9示出与图8相同的CPV模块，但光强度图线已经被示出各阵列元件的相对温度的温度图线取代。如可以看到的，消除外侧电池将CPV模块经受的最大温度减少五(5)摄氏度。
图10示出均具有21个多结阵列元件1050的三个CPV模块1010、1020和1030，其中，阴影程度指示各阵列元件的相对温度。模块1010包括大小为36mm2的多结阵列元件，相应的阵列元件之间的间隙1015是0.5mm。模块1020包括大小为49mm2的多结阵列元件，相应的阵列元件之间的间隙1025是0.5mm。模块1030包括大小为49mm2的多结阵列元件，相应的阵列元件之间的间隙1035是1.5mm。如图10中可以看到的，所测得的最大温度受元件大小的改变以及元件之间的间隙大小的改变二者影响。
图11示出记录在个体多结阵列元件上的温度的改变和由从CPV模块去除选择的阵列元件导致的所述温度的改变。CPV模块1110是37个元件的阵列。CPV模块1150是32个元件的阵列。在该模型中，发现将中心阵列元件1112连同所述阵列每侧的“中心”处的最外侧元件(示出为元件1115)去除，造成峰值温度从140摄氏度降低至110摄氏度。另外，发现射到中心阵列元件1112的光强烈，导致由元件1112生成的电流高于由该模块中的其它元件生成的电流，从而使得更难以使来自元件1112的电流与来自其它阵列元件的电流匹配。另外，模块1150的配置一般更容易布线到一起，因为模块1110的37个元件的阵列要求阵列元件以使得更有可能沿着相关联的互连引线产生过电流条件这样的方式进行布线。在替换实施例(未示出)中，中心元件1112被保留，但具有比阵列中的其它元件更小的大小(即，具有更小的表面面积)(所以，该更小的中心元件1112将生成与阵列中的其它元件所生成电流更接近的电流，尽管照到所述中心元件的光强烈)。
图12示出包括二十一(21)个阵列元件1210的CPV模块1200，其中，所述阵列元件1210经由互连引线1220连接到系统总线(未示出)。还示出示例性值1230和1235，其中，值1230(在带标号的阵列元件的顶部处)将在所述阵列元件上测得的光的强度表示为普通直射太阳光的倍数，而值1235(在带标号的阵列元件的底部处)表示在所述阵列元件上测得的按照摄氏度的温度。图12中示出的图线上的阴影差异描绘了光强度变化。
图13示出具有阵列元件1320的替换布置的CPV模块1310，其中，所述阵列元件经由互连件1330连接到系统总线(未示出)(其中，互连件不表示物理连接阵列元件的准确方式，而是表示所述元件如何串联连接)。更具体地，互连件1330包括串联回路1330a和串联回路1330b，其中，回路1330a和1330b相互并联连接。该布置被设计成将共用相似电流的这些阵列元件1320串联连接(由于它们基于它们在模块1310上的位置而接收到相似的光强度)。
图14示出具有阵列元件1420的另一个替换布置的CPV模块1410，其中，所述阵列元件被分成四组1421、1422、1423和1424，每个组包括串联连接的八(8)个元件1420的组(如所示出的，经由连接线1471、1472、1473和1474串联连接，其中，给定线所接触的每个元件1420均与该给定线所接触的其它元件1420串联连接)，并且其中组1421、1422、1423和1424相互并联连接。
图15示出具有阵列元件1520的另一个替换布置的CPV模块1510，其中，所述元件1520被分成两组1521和1522，每个组包括串联连接的八(8)个元件1520的组(如所示出的，经由连接线1571和1572串联连接，其中，给定线所接触的每个元件1520均与该给定线所接触的其它元件1520串联连接)，并且其中组1521和1522相互并联连接。
电流匹配和焦点漂移
设计本文所描述类型的紧凑型CPV模块的主要挑战之一是保持串联连接的阵列元件之间的电流匹配。在作为太阳光聚光系统(诸如，系统300)的一部分的反射器的焦点漂移，由此导致串联连接的阵列元件中的一些PV电池阵列元件接收比该串联连接的阵列元件中的其它阵列元件更少的光的情形下，电流匹配尤其重要。例如，图17示出其中没有焦点漂移的元件的阵列1710和其中有1度的焦点漂移的元件的阵列1720之间在光强度方面的差异。如这些图线清楚表明的那样，如果在发生1度的焦点漂移的情形下使用图15中示出的布线方案，则组1522中的个体阵列元件可以具有显著不同的电流输出。
在图18中示出被设计用来减轻由焦点漂移导致的问题的实施例。在该实施例中，CPV模块1810是“双面”的，意味着互连引线1820位于PV模块的前面和后面二者(优选地，以对准形式，以使互连引线引起的阴影最小化)。注意的是，这里描述的所有CPV模块实施例是以该“双面”方式设计的。通过将所有阵列元件1830相互并联地电气连接，各电池中的全部电流相加，而与电流匹配相关的问题被最小化。可推测，电压失配将不成问题，因为电压预期在所有电池上是近乎相同的，这是由于随着焦斑漂动，较高的温度(使电压减小)和较高的照度(使电压增大)同时出现在相同的电池中。
在被设计用来减轻由焦点漂移导致的问题的替换实施例中，运用有源电路控制将给定PV模块内包含的阵列元件“重新分组”，以将具有相似电流输出的电池分组成具有相似电压的串，因此，使由于焦斑漂动的电流和电压失配问题最小化。具体地，通过由运行自定义分选和测量程序的嵌入式微控制器激活的MOSFET(参见MOSFET1931、1932、1933和1934)的阵列，将个体阵列元件电池主动地重新布线成新的“组”。在图19中示出示例性有源控制电路的PSPICE模型。图19中示出的电路1900包括微控制器，其具有被设计成控制开关晶体管1910和1920的两个连接件(MCU1)和(MCU2)。应该认识到，电路模型1900可以被能够基于PV模块中的每个个体阵列元件的电流输出来重新配置阵列元件(即，将串联连接的阵列元件重新分组)的任何控制电路取代。
下面的算法是用于运行先前段落中描述的微控制器的代码的示例(其中，以下代码是从本机微控制器代码修改以在Java中运行的)。在图19的电路图的上下文中，以下的微控制器代码具有针对各阵列元件的一系列坐标。当向算法馈送反射器焦点(即，“太阳光斑”)的坐标(可以借助各种方法来确定)时，算法按照各阵列元件与太阳光斑的邻近度对各阵列元件进行分选和排序。算法还可以直接跟踪各电池中生成的光电流，以确定电池恰当的分选和排序。然后，算法将阵列元件组织成4个组或串(该数量是灵活的)。电路1900包括两个组(即，电路路径)。MOSFET晶体管允许阵列元件被一些路径绕过而与其它路径串联连接。当算法将阵列元件分选到它们的路径中时，微控制器将适当地设置晶体管，使得各阵列元件被除了其指派路径外的所有路径绕过。用V1+和V2+指代路径，而与微控制器的连接件被标记为MCU1和MCU2。示例性代码如下：
在被设计用于减轻由焦点漂移导致的问题的替换实施例中，两轴步进电机可以被放置在透射型CPV和支撑柱之间，使得所述电机可以自动地重新对准CPV模块，以使反射器的焦点居中于CPV。图20示出此实施例，其中系统2000包括反射器2012、焦点模块2018(焦点模块2018还包括CPV模块2010)、支撑柱2011和步进电机(具有控制器)2013，其中，所述焦点模块通过步进电机2013与反射器2012的焦点周期性重新对准。
图21示出包括x轴电机2110、螺纹杆2120、y轴电机2130、安装杆2140和CPV模块2118的示例性步进电机组件2100(诸如，以上引用的电机组件2013)。图21的实施例还包括散热器2150。在操作中，控制器将启动x轴电机2110和y轴电机2120，以保持CPV模块2118在反射器(诸如，反射器2012)的焦点内。具体地，螺纹杆2120被旋入并附连到y轴电机2130，使得当x轴电机2110操作时，y轴电机2130、安装杆2140和CPV模块2118全都与x轴电机2110同步地在x轴上线性移动。同样地，安装杆2140附连到y轴电机2130和CPV模块2118，使得当y轴电机2130操作时，安装杆2140旋转，由此导致CPV模块2118在y轴上线性移动。可推测，电机组件2100在受控制系统控制时，将保持CPV模块2118在任何相关联的太阳能聚光光学器件(诸如，反射器2012)的焦点内。在一个实施例中，控制系统可以使用从CPV模块2010输出的功率作为反馈机构，以根据焦斑漂移来引导CPV模块2010的实时重新对准，目标是使从CPV模块2010输出的功率最大化。
电气和光学物理和损失
当安装在高度红外透明基板上的薄的多结PV电池设置在被聚集的光的路径中时，PV电池吸收在最小带隙子电池的带隙以上的高能量光(带内光)的全部并且透射剩余的低能量光(带外光)的大部分(参见例如图16中的曲线图，该曲线图描绘CPV电池层的吸收频带)。这个设计的结果是极高的效率，多达带内光能量的约60％被转换成电能，且多达带外光的约82％穿过光学透射到热接收器或热储存装置。
CPV模块可以利用单结电池、双结电池或三结电池。四结电池也可以是可能的。CPV模块可以利用不止四个结，包括外延生长的多结电池和将非外延结一起堆叠到单片集成装置堆叠中(例如，通过晶片键合)的多结电池二者。确定要使用的是哪种电池类型涉及复杂的优化，该优化考虑到了其它系统损失以及热储存装置和用于部署所储存的热能的系统的性能和需要。在电池中使用附加的结，使CPV转换器中的热化最小化。
III-V电池材料由于高的材料质量、跨太阳光谱的直接带隙和高的外部辐射效率(ERE)而被公认为是最高性能的太阳能电池材料。约2.20eV是与GaAs晶格匹配的直接带隙III-V材料的高却实际的目标。氮化物材料系统是有效地转换高能量光子的另一个选择，因为氮化物可以获得高得多的能量直接带隙。
2.20eV结可以由与GaAs晶格匹配的AlGaInP形成。为了实现适当的电流匹配并利用现实的GaAs晶格匹配材料，其它两个结可以是1.80eV处的InGaP和1.51eV处的AlGaAs。PV电池所转换的光和透射到热储存装置的光之间的1.51eV处的能量截止是用于系统优化的重要参数。在表1中示出所预期的带外透射损失。图16示出如何在直接转换成电力的波长与透射通过CPV装置并进入热储存装置中的波长之间分离光谱的曲线图。所示出的分离是对于三结电池的优选的分离，但是对于本发明的各种实施例而言，该分离可以在光谱内不同地定位。
另外的损失
表1.带外透射损失
假定500倍聚集度的光被导向CPV，入射光的2.5％被电池的前面反射：
对于2.20eV子电池(假定90％的吸收率和0.1％的ERE)：Pmax＝6.79W/cm2
对于1.80eV子电池(假定90％的吸收率和10％的ERE)：Pmax＝5.29W/cm2
对于1.51eV子电池(假定90％的吸收率和1％的ERE)：Pmax＝4.15W/cm2
来自电流匹配的子电池的总功率：16.23×0.975＝15.82W/cm2
1.51eV以上的太阳光谱中的总功率：Power≥1.51eV＝26.41W/cm2
针对1.51eV以上的光的三结电池的总带内效率：CPVeff＝59.9％
这些预期性能值来源于通过使用针对各带隙的现实的外部辐射效率(ERE)和百分比吸收值而减少的详细平衡计算。在表2a中示出各子电池的目标电流密度、电压和填充因子。表2b示出对于使用风险更小的带隙的双结电池的相同值，展示出57.1％的高带内转换效率是可获得的。
温度和冷却
在500倍日光时，带内(1.51eV以上)的入射太阳能功率密度是26.41W/cm2。如果PV电池的带内效率是59.9％，则带内光所生成的热是10.59W/cm2。在500倍日光时，带外(1.51eV以下)入射太阳能功率密度是18.59W/cm2。如果该光的近似15％在CPV装置中被吸收，则从带外光生成的热是2.79W/cm2。来自光的无效转换/透射的总热是13.38W/cm2；对于具有紧密封装的子电池的18cm×18cm的模块，将在CPV装置中生成4,335W的热。为了便于计算，假定需要在5kWe CPV装置中去除近似5kWt的热。
空气、水或其它冷却系统可用于消散CPV装置中得到的热。在一个实施例中，空气冷却系统可以包括涉及通过小型高强度风扇的线性阵列有效地驱动空气通过CPV装置上方的气幕。在其它实施例中，可以使用在子电池的汇流条的阴影中的集成水冷却，以便不遮挡红外光透射通过CPV装置。如先前描述的，如果冷却流体对于带外光具有非常低的吸收率，则可以使用水幕。如果子电池在模块中间隔地足够大并且热可以在基板中被消散，则主动冷却可以不是必要的，被动冷却将足够。
透射型CPV装置以约110摄氏度或更低温度进行操作。这是与将CPV与太阳能热能生成耦接的其它技术的重要区别，在将CPV与太阳能热能生成耦接的其它技术中，CPV生成的过量热被直接收集，以及CPV以高得多的温度(例如，200摄氏度或更高温度)进行操作，或者热能生成以低得多的温度(例如，200摄氏度或更低温度)进行操作。本发明可以在热储存介质中获得接近600摄氏度或甚至更高的温度。在这些相耦接的热能收集系统中，流体被导向CPV附近，以将热直接提取到热能生成和储存系统中。该方法的消极面是，CPV在高温下以显著降低的性能进行操作，并且此系统比这里提出的系统的效率低得多。本发明的透射型CPV以约110℃或更低的温度进行操作，并且被设计成保持CPV装置与热储存装置热隔离，热储存装置进而能以其优选的高得多的温度进行操作，以期最佳的热储存和将能量转换成电力。

Claims (38)

1.一种透射型聚光光伏装置，包括：
基板；以及
至少两个光伏子电池，其中，所述两个或更多个光伏子电池中的每个包含具有吸收带隙的材料；
其中，所述两个或更多个光伏子电池设置在所述基板上。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述两个或更多个光伏电池中的每个相应光伏子电池的吸收带隙不同于所述两个或更多个光伏子电池中的其它相应光伏子电池中的每个的吸收带隙。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述至少两个光伏子电池包括三个光伏子电池。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述三个光伏电池包含具有约2.20eV、约1.8eV和约1.51eV的相应带隙的材料。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述约2.20eV带隙的子电池包含AlGaInP。
6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述约1.80eV子电池包含InGaP。
7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述约1.51eV子电池包含AlGaAs。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少两个光伏子电池被布置成具有顶部和底部的垂直堆叠。
9.根据权利要求8所述的装置，还包括盖板，其中，所述基板设置在所述垂直堆叠的所述底部上并且所述盖板设置在所述垂直堆叠的所述顶部上。
10.根据权利要求1所述的装置，其中，用粘合剂将所述至少两个光伏子电池连接到所述基板。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述粘合剂是光学粘合剂。
12.根据权利要求10所述的装置，其中，所述粘合剂选自包括透明液体光聚合物光学粘合剂、巯基酯和硫族化物材料的组。
13.根据权利要求1所述的装置，其中，用直接晶片键合将所述基板连接到所述至少两个光伏子电池。
14.根据权利要求1所述的装置，还包括设置在所述至少两个子电池之上、之下或之上及之下的一种或多种包封材料。
15.根据权利要求14所述的装置，还包括施加在所述一种或多种包封材料上的抗反射涂层。
16.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板对于红外光是透明的。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述基板包含高度红外透明玻璃。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述高度红外透明玻璃透射具有至少从约800nm至约5微米的范围的光。
19.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板是红外级熔融石英。
20.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基板选自包括CaF2、MgF2、ZnSe的组。
21.根据权利要求1所述的装置，还包括施加于所述基板的任一侧或两侧的抗反射涂层。
22.根据权利要求1所述的装置，还包括框架，使得所述基板设置在所述框架的内部或顶部上。
23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述框架是金属的。
24.根据权利要求1所述的装置，还包括冷却机构。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，所述冷却机构选自包括空气冷却、水冷却、被动冷却和流体冷却的组。
26.根据权利要求1所述的装置，还包括在所述至少两个子电池中的每个和所述基板之间的接触件，使得所述接触件凹进各子电池中并且与所述基板形成平面。
27.根据权利要求1所述的装置，还包括互连件，其中，用所述互连件将所述至少两个子电池连接以形成模块。
28.一种透射型聚光光伏装置，包括：
基板；
多个多结光伏电池，布置在所述基板的表面上；
盖板，放置在所述多个多结光伏电池的与所述基板相对的一侧上。
29.根据权利要求28所述的装置，其中，所述多个多结光伏电池中的每个能够产生电压和电流，以及其中，所述多个多结光伏电池被连接，使得沿着所述装置的第一侧移动，沿着所述第一侧的给定多结PV电池所产生的电压与沿着所述第一侧的其它多结PV电池中的每个所产生的电压相加，同时沿着所述第一侧的所述多结PV电池所产生的电流匹配，以及沿着所述装置的相邻第二侧移动，沿着所述第二侧的每个多结PV电池所产生的电压匹配，同时沿着所述第二侧的每个多结PV电池所产生的电流被相加在一起。
30.根据权利要求28所述的装置，其中，所述多个多结光伏电池的每个多结光伏电池包括三结光伏电池。
31.根据权利要求28所述的装置，还包括：
多个收集指状物，其中，所述多个收集指状物包括图案化到所述多个多结光伏电池的每个多结光伏电池的表面上的导电引线；
多个汇流条；
多个互连引线；以及
接触焊盘；
其中，所述多个汇流条中的每个汇流条包括所述多个收集指状物中的收集指状物和所述多个互连引线中的互连引线之间的导电路径；以及其中，所述多个互连引线中的每个互连引线包括所述多个汇流条中的汇流条和所述接触焊盘之间的导电路径。
32.根据权利要求31所述的装置，其中，所述多个多结光伏电池以具有第一轴和第二轴的二维阵列布置在所述基板上。
33.根据权利要求32所述的装置，其中，所述阵列包括至少沿着所述第一轴的四行和沿着所述第二轴的四行。
34.根据权利要求33所述的装置，其中，沿着所述第一轴的所述行中的至少一行包括多个电池，所述多个电池的数目少于沿着所述第一轴的所述行中的一个不同行中的多个电池的数目，以及其中，沿着所述第二轴的所述行中的至少一行包括多个电池，所述多个电池的数目少于沿着所述第二轴的所述行中的一个不同行中的多个电池的数目。
35.根据权利要求33所述的装置，还包括阵列中心，其中，没有电池位于所述阵列中心。
36.根据权利要求28所述的装置，其中，所述多个多结光伏电池被布置成使得所述多个多结光伏电池中的相应多结光伏电池之间的间隙足以使光透射通过所述装置的所述基板，而所述光并没有穿过所述多结光伏电池中的任一个。
37.根据权利要求28所述的装置，其中，所述多个多结光伏电池被布置成使得所述多个多结光伏电池中的相应多结光伏电池之间的间隙被最小化，使得所述间隙最小至没有的光能在不首先穿过所述多结光伏电池之一的情况下穿过所述基板。
38.一种光伏系统，所述光伏系统包括：
太阳能聚光光学器件；以及
焦点模块，所述焦点模块包括聚光光伏模块和热接收器。
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