CN110174772A - 一种光学分光装置及分光光伏系统 - Google Patents

一种光学分光装置及分光光伏系统 Download PDF

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CN110174772A CN201910550065.6A CN201910550065A CN110174772A CN 110174772 A CN110174772 A CN 110174772A CN 201910550065 A CN201910550065 A CN 201910550065A CN 110174772 A CN110174772 A CN 110174772A
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Abstract

一种光学分光装置及分光光伏系统,该光学分光装置包括光学基体和多个光学薄膜;各个光学薄膜分别形成不同分光性能的分光区域,每个光学薄膜形成的分光区域对短波段、中波段和长波段之中的一种波段的入射光进行透过。由于通过多个光学薄膜和光学基体来实现不同波段光线的组合,以及实现透光比例的灵活调整需求,使得设置于映射区域内的不同PN结的光伏电池能够获得与之匹配的太阳光谱波段和适量的太阳光辐射能量,这样能够使得光伏电池上各个PN结输出的电流达到均匀输出效果,利于进一步地提高太阳电池的光电转换效率,尤其是对于多结光伏电池来说,这种分光光伏系统能够大幅度地提供多结光伏电池的光电转换效率。

Description

一种光学分光装置及分光光伏系统
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域,具体涉及一种光学分光装置及分光光伏系 统。
背景技术
太阳能发电技术经过近几十年的发展已经在新能源领域确立了其重要地 位。光伏电池是太阳能发电的核心器件,其光电转换效率直接影响整个发电系 统的性能,如何提高光伏电池光电转换效率和光伏系统发电效率一直是太阳能 发电领域研究人员追求的目标。
众所周知,太阳电池的核心是PN结,一个PN结对应固定的禁带宽度, 仅能吸收特定波长范围的光子且对特定波长光有最高吸收效率,因此,单结太 阳电池对光照能量的吸收十分有限。对不同波段的光采用不同禁带宽度的PN结 进行吸收可有效提高光子能量吸收率,从而显著提高光电转换效率。高效多结 太阳电池技术的研究尤为引人注目,但由于成本高,很难得以大规模地应用。 采用聚光技术将太阳光通过透镜收集起来,提高单位面积太阳辐射能量密度, 使得多结太阳电池达到较高的光电转换效率,同时也大大减小了所需多结太阳 电池的面积,从而降低系统成本。
然而,由于太阳光谱的能量分布并不均匀,太阳辐射能量主要集中在在可 见光部分(400~760nm),导致不同波段照射在多个PN结的最佳输出电流并不 匹配,从而限制了多结太阳电池效率的进一步提升。以三结太阳电池为例, Ga0.50In0.50P、Ga0.99In0.01As、Ge三种材料分别构成电池的上、中、下三个PN结, 三个PN结分别吸收太阳光谱中的短波(300~700nm)、中波(700~900nm)、长 波(900~1700nm),上、中、下三个PN结构成串联的子电池,三结电池的总体 输出电流被限制为子电池中最小的输出电流。在AM1.5d的标准光谱分布下, Ga0.50In0.50P子电池和Ga0.99In0.01As子电池得到的电流较为匹配,Ge子电池得到 的电流较大,这种电流不匹配会导致Ge子电池不能达到最佳工作状态,从而长 波段的光照没有被充分利用。因为大气云层、地理纬度、海拔、季节和太阳高 度角的变化,入射到太阳能电池的太阳光谱也将偏离AM1.5d,使得三个子电池 的电流动态变化,因此动态分配光谱比例以实现三个子电池的电流匹配,可以 提高分光光伏系统的效率。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何精细分割太阳光谱,使得特定波段和透 过比例的入射光汇合到达光伏电池,以增强光伏电池的能量转换效率。为解决 上述技术问题,本申请提供一种光学分光装置及分光光伏系统。
根据第一方面,一种实施例中提供一种光学分光装置,包括:
光学基体,包括入射面和对应的出射面;
多个光学薄膜,排列分布于所述入射面上,每个所述光学薄膜形成预定分 光性能的分光区域,用于将到达所述分光区域的入射光分成特定波段光线透过 的透射光和其余波段光线阻断的反射光;各个所述光学薄膜分别形成不同分光 性能的分光区域,每个所述光学薄膜形成的分光区域对短波段、中波段和长波 段之中的一种波段的入射光进行透过;
所述光学薄膜的透射光沿所述入射面进入且经所述出射面射出,所述出射 面用于发射所述光学薄膜的透射光且在所述光学基体之外形成第一映射区域; 所述光学薄膜的反射光由经反射后在所述光学基体之外形成第二映射区域。
在所述光学基体上,相邻的所述光学薄膜之间设有间隔区域,用于将到达 所述间隔区域内的入射光分成部分波段光线透过的透射光和其余波段光线阻断 的反射光;
所述光学基体的透射光和所述光学薄膜的透射光经汇合后在所述光学基体 之外共同形成所述第一映射区域;所述光学基体的反射光和所述光学薄膜的反 射光经汇合后在所述光学基体之外共同形成所述第二映射区域。
按照预设宽度设置每个所述光学薄膜的分布宽度,按照预设距离设置每个 所述间隔区域的分布宽度,以固定设置所述光学薄膜和所述光学基体的透光比 例。
所述光学薄膜固定设置于所述入射面上或者活动设置于所述入射面上;在 所述光学薄膜活动设置于所述入射面上时,所述光学薄膜固设于一光学面板上, 所述光学面板与所述光学基体活动连接,用于在移动过程中改变所述光学薄膜 和所述入射面的相对位置,以变动设置所述光学薄膜和所述光学基体的透光比 例。
各个所述光学薄膜的各路透射光的波长处于短波段、中波段或长波段的范 围内,各路透射光各自包含的光谱波段进行部分重叠或不重叠。
各个所述间隔区域的各路透射光的波长位于短波段的范围内,各个所述间 隔区域的各路反射光的波长处于中波段或长波段的范围内。
所述光学基体的形状为棱柱体、圆柱体、方体或平板;所述光学基体采用 玻璃、塑脂中的一种材料制成。
根据第二方面,一种实施例提供一种分光光伏系统,包括上述第一方面所 述的光学分光装置,还包括第一光伏电池和第二光伏电池;
所述第一光伏电池设于所述光学分光装置形成的第一映射区域内,用于接 收到达所述第一映射区域内的透射光;
所述第二光伏电池设于所述光伏分光装置形成的第二映射区域内,用于接 收达到所述第二映射区域内的反射光。
所述光学基体的入射面用于面向光源,使得所述光源发出的入射光与所述 入射面的法线之间形成的夹角θ满足0°<θ<90°。
本申请的有益效果是:
依据上述实施例的一种光学分光装置及分光光伏系统,该光学分光装置包 括光学基体和多个光学薄膜,其中光学基体包括入射面和对应的出射面,多个 光学薄膜排列分布于入射面上,每个光学薄膜形成预定分光性能的分光区域, 用于将到达分光区域的入射光分成特定波段光线透过的透射光和其余波段光线 阻断的反射光;各个所述光学薄膜分别形成不同分光性能的分光区域,每个所 述光学薄膜形成的分光区域对短波段、中波段和长波段之中的一种波段的入射 光进行透过;光学薄膜的透射光沿入射面进入且经出射面射出,出射面用于反 射光学薄膜的透射光且在光学基体之外形成第一映射区域,光学薄膜的反射光 由经反射后在光学基体之外形成第二映射区域。第一方面,由于通过多个光学薄膜设置于光学基体的入射面上,使得光学基体具备了分光能力,利于将混合 波段的入射光分成特定波段的透射光和其余波段的反射光,如此可实现太阳光 谱的精准分割功能;第二方面,由于可灵活设置每个光学薄膜的分光性能,则 能够通过这些光学薄膜实现不同波段光线的透射和反射功能,利于达到太阳光 谱的精细分割效果,使得大部分短波段、部分中波段的光线进行反射后形成第 二映射区域,也使得大部分长波段、部分中波段的光线透射后形成第一映射区 域;第三方面,通过在相邻的光学薄膜之间设置间隔区域,以及将光学薄膜活 动设置于入射面上,使得用户能够灵活调整光学薄膜的间隔、宽度、排布形式,从而改变光学薄膜和光学基体的透光比例,进而改变相应的映射区域的光谱辐 射能量,从而对分割波段光谱辐射能量比例合理配比;第四方面,由于通过光 学薄膜和光学基体来实现不同波段光线的组合,以及实现透光比例的灵活调整 需求,使得设置于映射区域内的不同PN结的光伏电池能够获得与之匹配的太阳 光谱波段和适量的太阳光辐射能量,这样能够使得光伏电池上各个PN结输出的 电流达到均匀输出效果,利于进一步地提高太阳电池的光电转换效率,尤其是 对于多结光伏电池来说,这种分光光伏系统能够大幅度地提供多结光伏电池的 光电转换效率。
附图说明
图1为一种实施例中光学分光装置的结构示意图;
图2为另一种实施例中光学分光装置的结构示意图;
图3为多个光学薄膜固定排列分布的示意图;
图4为多个光学薄膜活动排列分布的示意图;
图5为多种光学薄膜进行分光的示意图;
图6为光学薄膜和光学基体的传播光路的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实 施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中,很 多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而,本领域技术人员可以毫 不费力的认识到,其中部分特征在不同情况下是可以省略的,或者可以由其他 元件、材料、方法所替代。在某些情况下,本申请相关的一些操作并没有在说 明书中显示或者描述,这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没, 而对于本领域技术人员而言,详细描述这些相关操作并不是必要的,他们根据 说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外,说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合 形成各种实施方式。同时,方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技 术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此,说明书和附图中的各 种顺序只是为了清楚描述某一个实施例,并不意味着是必须的顺序,除非另有 说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身,例如“第一”、“第二”等,仅用于区分所描述的 对象,不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”,如无特别说 明,均包括直接和间接连接(联接)。
为清楚地说明本申请的技术方案,这里将对一些技术术语进行说明。
光学薄膜,是指由薄的分层介质构成的且通过界面传播光束的一类光学介 质材料。最简单的光学薄膜是表面光滑、各向同性的均匀介质薄层,光线在光 学薄膜内传播时满足光的干涉理论,当一束单色光入射到光学薄膜上时,在薄 膜表面发生多次反射和折射,反射光和折射光的方向由反射定律和折射定律给 出,反射光和折射光的振幅大小则由菲涅耳公式确定。光学薄膜可分为很多种, 其中的具有分光性能的光学薄膜可以根据一定的要求和一定的方式把光束分成 两部分,主要包括波长分光膜、光强分光膜和偏振分光膜等几类。光学薄膜在 国民经济和国防建设中得到了广泛的应用,获得了技术人员的重视,例如其应 用在光伏电池的表面可提高硅光电池的效率和稳定性。
光伏电池,也称太阳能电池,是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄 片。现有的光伏电池是以光电效应工作的晶硅太阳能电池为主流,通过光电效 应直接把光能转化成电能。其主要分为单结光伏电池和多结光伏电池,前者的 生产成本低但吸收光谱波段单一,后者虽然成本高但能够吸收较宽的光谱波段。 多结光伏电池是一种高效率的太阳能电池,每个电池有多个采用分子束外延或 有机金属化学气相沉积法生成的薄膜,这些薄膜所构成的不同的半导体有不同 的特征能隙,而这些能隙可以吸收光谱中特定频率的电磁波能量,生成的半导体 能吸收太阳光中的大部分频率的光,以此来生成更多的能量。
实施例一、
请参考图1,本申请公开一种光学分光装置,其主要包括光学基体1和多个 光学薄膜2,下面分别说明。
光学基体1包括入射面11和对应的出射面12,使得部分入射光可从入射面 11进入且从出射面12处射出。
多个光学薄膜2,排列分布于入射面11上,每个光学薄膜形成预定分光性 能的分光区域,用于将到达分光区域的入射光分成特定波段光线透过的透射光 和其余波段光线阻断的反射光。从而使得,每个光学薄膜的透射光沿入射面11 进入且经出射面12进行射出,本实施例中的出射面12用于发射多个光学薄膜2 的透射光且在光学基体1之外形成第一映射区域31;并且,多个光学薄膜2的 反射光由经反射后在光学基体1之外形成第二映射区域32。此外,各个光学薄 膜分别形成不同分光性能的分光区域,每个光学薄膜形成的分光区域对短波段、 中波段和长波段之中的一种波段的入射光进行透过,将在下文进行详细说明。
例如,光线L1到达光学薄膜21上后被分成透射光线L2和反射光线L3, 透射光线L2最终到达第一映射区域31,反射光线L3最终到达第二映射区域32。 透射光线L2和反射光线L3的方向和波段满足光的干涉理论,这里不再详细说 明;其它光学薄膜的分光性能可参考光学薄膜21,这里不再赘述。
进一步地,请参见图2和图3,在光学基体1上,相邻的光学薄膜之间设有 间隔区域,用于将到达间隔区域内的入射光分成部分波段光线透过的透射光和 其余波段光线阻断的反射光。从而,光学基体1的透射光和多个光学薄膜2的 透射光经汇合后在光学基体1之外共同形成第一映射区域31;光学基体1的反 射光和多个光学薄膜2的反射光经汇合后在光学基体1之外共同形成第二映射 区域32。
例如,光学薄膜21和光学薄膜22之间设有间隔区域21′,而光学薄膜22 和光学薄膜23之间设有间隔区域22′。光线L4到达光学薄膜21′上后被分成透 射光线L5和反射光线L6,透射光线L5最终到达第一映射区域31,反射光线L6 最终到达第二映射区域32。透射光线L5和反射光线L6的方向和波段也同样满 足光的干涉理论,这里不再详细说明;其它间隔区域和间隔区域21′同属于光学 基体1的入射面11,具备相类似的分光性能,因此这里不再进行赘述。
进一步地,参见图3,按照预设宽度设置每个光学薄膜的分布宽度,按照预 设距离设置每个间隔区域的分布宽度,以固定设置光学薄膜和光学基体的透光 比例。
例如,定义光学薄膜的分布宽度为a,定义间隔区域的分布宽度为b,并按 照条状栅形来排布多个光学薄膜2,那么,可以设置光学薄膜21的分布宽度为 a,间隔区域21′的分布宽度为b1,可以设置光学薄膜22的分布宽度为a2,间 隔区域22′的分布宽度为b2,如此类推。
需要说明的是,可以根据实际应用需求设置各个光学薄膜的分布宽度a和 间隔区域的分布宽度b,即可以将a或b设为相同值或不同值。由于每个光学薄 膜的透光比例和光学基体的透光比例存在差异,因此按照预设宽度设置每个光 学薄膜的分布宽度,且按照预设距离设置每个间隔区域的分布宽度之后,使得 入射面11上一部分区域形成光学薄膜的透光比例,另一部分区域形成光学基体 的透光比例,两部分结合即可得到一固定透光比例,即固定设置光学薄膜和光 学基体的透光比例。可以理解,如果改变分布宽度a和分布宽度b,就可以固定 设置光学薄膜和光学基体的另一个透光比例。
在本实施例中,将各个光学薄膜的分布宽度a和间隔区域的分布宽度b设 置为不同值,优选地,根据所要分离的反射光光谱、透射光光谱、反射光能量、 透射光能量和光学分光装置的自身参数确定a和b的取值,这里将结合图3和 图5进行说明。
参见图3和图5,光线L1在光学薄膜21表面产生的反射光线为L3,光线 L4在间隔区域21′产生的透射光线为L5。假设入射面11的宽度为W,入射面 11的长度为L,则入射面11的面积为S=L×W;设定入射光中不同波长对应的 光强度为I(λ),则光学基体1表面不同波长对应的光照总能量为
P(λ,θ)=I(λ)×cosθ×S
如假定光学薄膜21的表面积为S1=a1×L,且不同波长光束在光学薄膜21 上的反射率为R(λ,θ,d),间隔区域21′的表面积为S2=b1×L,不同波长光束在间 隔区域21′上的透射率为T(λ,θ′,d),则不同波长光束在光学薄膜21上反射光能 量P1(λ,θ)为
P1(λ,θ)=R(λ,θ,d)×I(λ)×cosθ×S1=R(λ,θ,d)×I(λ)×cosθ×a1×L
则不同波长光束在间隔区域21′上的透射光能量P2(λ,θ)为
P2(λ,θ′)=T(λ,θ′,d)×I(λ)×cosθ′×S2=T(λ,θ′,d)×I(λ)×cosθ′×b1×L
其中,λ表示波长,θ表示入射角,θ′表示折射角,d表示光学薄膜的厚度。
由此可知,只要确定了反射光光谱、反射光能量、透射光光谱和透射光能 量,就能够通过上面的计算公式确定光学薄膜的分布宽度a和间隔区域的分布 宽度b。
进一步地,本实施例中的多个光学薄膜2可以固定设置于入射面11上,或 者活动设置于入射面11上。具体地,各个光学薄膜可以通过镀制、粘贴、吸附 等方式固定设置在入射面11上,各个光学薄膜可以通过位移的方式活动设置在 入射面11上。
在一具体实施例中,见图4,将全部或部分光学薄膜活动设置于入射面11 上,此时,光学薄膜(如21、22)固设于一光学面板(如41、42)上,光学面 板(如41、42)与光学基体1活动连接,用于在移动过程中改变光学薄膜(如 21、22)和入射面11的相对位置,由此来变动设置光学薄膜和光学基体的透光 比例。例如,光学面板41和光学面板42可以相对移动并相互覆盖,此时能够 减少光学薄膜21和光学薄膜22的总面积,而增大间隔区域21′和间隔区域22′ 的总面积,如此来增大光学薄膜和光学基体的透光比例。
进一步地,多个光学薄膜2中的各个光学薄膜分别形成不同分光性能的分 光区域,每个光学薄膜形成的分光区域对短波段(300-700nm)、中波段(700-900 nm)和长波段(900-1900nm)之中的一种波段的入射光进行透过。具体地,各 个光学薄膜的各路透射光的波长处于短波段、中波段或长波段的范围内,各路 透射光各自包含的光谱波段进行部分重叠或不重叠。
例如,见图3,光学薄膜21允许700-800nm波段的入射光进行透过,光学 薄膜22允许600-700nm波段的入射光进行透过,光学薄膜23允许500-600nm 波段的入射光进行透过,依次类推,最终使得任意一光学薄膜都能够透过中波 段的部分光线或短波段的部分光线。为达到各个光学薄膜的独立分光性能,优 选地采用不同分光性能的光学薄膜,使得各路透射光的光谱波段进行部分重叠 或不重叠。
进一步地,入射面11上的各个间隔区域的各路透射光的波长位于短波段 (300-700nm)的范围内,各个所述间隔区域的各路反射光的波长处于中波段 (700-900nm)或长波段(900-1900nm)的范围内。例如,本实施例中的光学 基体1采用有色光学玻璃,可改变太阳光谱分布,允许段波段的光线进行透射, 而对中波段或长波段的光线进行反射。
在本实施例中,光学基体1的形状可为棱柱体、圆柱体、方体或平板,例 如设置光学基体1的形状为长方体,则可以在长方体上形成两个入射面,实现 多路入射光的同时射入。优选地,设置光学基体1的形状为三棱柱体,如此可 以方便地利用透射光路形成第一映射区域31,以及利用反射光路形成第二映射 区域32。
在本实施例中,光学基体1采用玻璃、塑脂中的一种材料制成,具有良好 的光线透射性能。光学基体1的色散系数可以通过选用不同光学材料的方法来 进行事先设定,光学材料的色散系数越大,则分光能力越强,反之分光能力越 弱。例如采用有色光学玻璃时,可实现对部分中波段和全部长波段光线的透射 能力。
实施例二、
请参考图6,本申请公开一种分光光伏系统,该系统包括上述实施例一中公 开的光学反光装置,还包括第一光伏电池51和第二光伏电池52。
第一光伏电池51设于光学分光装置形成的第一映射区域31内,用于接收 到达第一映射区域31内的透射光。
第二光伏电池52设于光伏分光装置形成的第二映射区域32内,用于接收 达到第二映射区域内的反射光32。
进一步地,该分光光伏系统中的光学基体1的入射面11用于面向光源6, 使得光源发出的入射光与入射面11的法线之间形成的夹角θ满足0°<θ<90°, 优选地设置夹角θ为45°。如此使得入射光在到达光学薄膜2和光学基体1上 时,能够分成一定角度射出的透射光和一定角度反射的反射光,使得第一映射 区域31和第二映射区域32尽量地在空间上分开,利于第一光伏电池51和第二 光伏电池52的位置设定。
需要说明的是,本实施例中的光源6可以是太阳或人造光源设备,这里不 做限制。
进一步地,第一光伏电池51和第二光伏电池52均采用多结光伏电池,由 于多结光伏电池(由GaInP/Ga(In)As/Ge、AI-GaAs/GaAs、GaInP/GaAs或 GaInP/GaInAs等材料制成)具有多种波段光线的吸收能力,尤其是针对全波段 的太阳光,多结光伏电池的光电转换效率更高。
在另一个实施例中,第一光伏电池51可以采用多结光伏电池,而第二光伏 电池52可以采用单结光伏电池(由Si、碲化镉、钙钛矿和CIGS等材料制成), 由此来使得第一光伏电池51针对全部短波段和部分长波段的太阳光进行吸收, 使得第二光伏电池52针对部分中波段和全部长波段的太阳光进行吸收。如此, 可以让第一光伏电池51和第二光伏电池52工作在不同的光谱照射状态,既能 够匹配两种电池的输出电流,也能够保持两种电池的最佳工作性能,还能够节 约应用成本。
本领域的技术人员可以理解,本申请的技术方案主要通过设置光学薄膜的 分光性能、调整光学薄膜和光学基体相对位置、设置不同性能的光伏电池来实 现透光比例和光电转换的最佳匹配。由于通过光学薄膜和光学基体来实现不同 波段光线的组合,以及实现透光比例的灵活调整需求,使得设置于映射区域内 的不同PN结的光伏电池能够获得与之匹配的太阳光谱波段和适量的太阳光辐 射能量,改善多结光伏电池各个子电池输出电流不匹配的问题,这样能够使得 光伏电池上各个PN结输出的电流达到均匀输出效果,利于进一步地提高太阳电 池的光电转换效率,尤其是对于多结光伏电池来说,这种分光光伏系统能够大 幅度地提供多结光伏电池的光电转换效率。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述,只是用于帮助理解本发明,并不 用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员,依据本发明的思想, 还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种光学分光装置,其特征在于,包括:
光学基体,包括入射面和对应的出射面;
多个光学薄膜,排列分布于所述入射面上,每个所述光学薄膜形成预定分光性能的分光区域,用于将到达所述分光区域的入射光分成特定波段光线透过的透射光和其余波段光线阻断的反射光;各个所述光学薄膜分别形成不同分光性能的分光区域,每个所述光学薄膜形成的分光区域对短波段、中波段和长波段之中的一种波段的入射光进行透过;
所述光学薄膜的透射光沿所述入射面进入且经所述出射面进行射出,所述出射面用于发射所述光学薄膜的透射光且在所述光学基体之外形成第一映射区域;所述光学薄膜的反射光由经反射后在所述光学基体之外形成第二映射区域。
2.如权利要求1所述的光学分光装置,其特征在于,在所述光学基体上,相邻的所述光学薄膜之间设有间隔区域,用于将到达所述间隔区域内的入射光分成部分波段光线透过的透射光和其余波段光线阻断的反射光;
所述光学基体的透射光和所述光学薄膜的透射光经汇合后在所述光学基体之外共同形成所述第一映射区域;所述光学基体的反射光和所述光学薄膜的反射光经汇合后在所述光学基体之外共同形成所述第二映射区域。
3.如权利要求2所述的光学分光装置,其特征在于,按照预设宽度设置每个所述光学薄膜的分布宽度,按照预设距离设置每个所述间隔区域的分布宽度,以固定设置所述光学薄膜和所述光学基体的透光比例。
4.如权利要求3所述的光学分光装置,其特征在于,所述光学薄膜固定设置于所述入射面上或者活动设置于所述入射面上;
在所述光学薄膜活动设置于所述入射面上时,所述光学薄膜固设于一光学面板上,所述光学面板与所述光学基体活动连接,用于在移动过程中改变所述光学薄膜和所述入射面的相对位置,以变动设置所述光学薄膜和所述光学基体的透光比例。
5.如权利要求4所述的光学分光装置,其特征在于,各个所述光学薄膜的各路透射光的波长处于短波段、中波段或长波段的范围内,各路透射光各自包含的光谱波段进行部分重叠或不重叠。
6.如权利要求5所述的光学分光装置,其特征在于,各个所述间隔区域的各路透射光的波长位于短波段的范围内,各个所述间隔区域的各路反射光的波长处于中波段或长波段的范围内。
7.如权利要求1-6中任一项所述的光学分光装置,其特征在于,所述光学基体的形状为棱柱体、圆柱体、方体或平板;所述光学基体采用玻璃、塑脂中的一种材料制成。
8.一种分光光伏系统,其特征在于,包括如权利要求1-7中任一项所述的光学反光装置,还包括第一光伏电池和第二光伏电池;
所述第一光伏电池设于所述光学分光装置形成的第一映射区域内,用于接收到达所述第一映射区域内的透射光;
所述第二光伏电池设于所述光伏分光装置形成的第二映射区域内,用于接收达到所述第二映射区域内的反射光。
9.如权利要求8所述的分光光伏系统,其特征在于,所述光学基体的入射面用于面向光源,使得所述光源发出的入射光与所述入射面的法线之间形成的夹角θ满足0°<θ<90°。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111613497A (zh) * 2020-06-05 2020-09-01 陕西理工大学 一种分光谱响应增强的透射式光电阴极及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090101192A1 (en) * 2007-10-19 2009-04-23 Qualcomm Incorporated Photovoltaic devices with integrated color interferometric film stacks
CN101478015A (zh) * 2008-12-01 2009-07-08 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 四结太阳能电池系统的分光制作方法
CN101673775A (zh) * 2009-05-12 2010-03-17 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于纳米结构的宽光谱分光器及其制法与用途
CN108445562A (zh) * 2018-03-23 2018-08-24 西北工业大学 一种基于微纳结构阵列的透射式平面分光器
CN210072220U (zh) * 2019-06-24 2020-02-14 北京大学深圳研究生院 一种光学分光装置及分光光伏系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090101192A1 (en) * 2007-10-19 2009-04-23 Qualcomm Incorporated Photovoltaic devices with integrated color interferometric film stacks
CN101478015A (zh) * 2008-12-01 2009-07-08 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 四结太阳能电池系统的分光制作方法
CN101673775A (zh) * 2009-05-12 2010-03-17 苏州纳米技术与纳米仿生研究所 基于纳米结构的宽光谱分光器及其制法与用途
CN108445562A (zh) * 2018-03-23 2018-08-24 西北工业大学 一种基于微纳结构阵列的透射式平面分光器
CN210072220U (zh) * 2019-06-24 2020-02-14 北京大学深圳研究生院 一种光学分光装置及分光光伏系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111613497A (zh) * 2020-06-05 2020-09-01 陕西理工大学 一种分光谱响应增强的透射式光电阴极及其制备方法
CN111613497B (zh) * 2020-06-05 2023-05-12 陕西理工大学 一种分光谱响应增强的透射式光电阴极及其制备方法

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