CN114285368A

CN114285368A - 能量转换组件

Info

Publication number: CN114285368A
Application number: CN202111416728.9A
Authority: CN
Inventors: 郁骁琦; 周大勇; 杨辉
Original assignee: Gusu Laboratory of Materials
Current assignee: Gusu Laboratory of Materials
Priority date: 2021-11-25
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本申请公开一种能量转换组件，包括聚光透镜以及太阳能电池片。所述聚光透镜被配置为收集入射其表面的光辐射，使得所述光辐射聚集在所述太阳能电池片之上。所述太阳能电池片的面积与所述聚光透镜的光收集指数相关，所述聚集的光辐射在所述太阳能电池片上的聚集位置随时间变化而变化。所述太阳能电池片包括顶电池、晶硅电池和底电池。所述顶电池的光吸收层的禁带宽度为1.4eV至1.95eV，所述底电池的光吸收层的禁带宽度为0.3eV至0.8eV，所述晶硅电池设置于顶电池和底电池之间。

Description

能量转换组件

技术领域

本申请涉及能源领域，特别是涉及一种包含太阳能电池片的能量转换组件。

背景技术

现今，能源与碳排放问题已成为全球范围内日益关注的领域。为了实现环境保护的目的，推广和普及清洁能源的使用是一个重要手段。例如，太阳能、风能、水能等。清洁能源可以通过能量转换装置转换为电能，供生产生活使用，且在此过程中并不产生污染物。因此，能量转换装置的转换效率以及生产成本也就成了需要关注的方面。以太阳能为例，用于将太阳能转换为电能的光伏系统若需要实现成本降低，则需进一步提升光伏组件的能量转换效率，并采用低成本且可靠的组件。

发明内容

本申请实施例所要解决的技术问题在于，如何提升能量转换的转换效率。

为了解决上述问题，本申请公开一种用于能量转换组件，包括聚光透镜以及太阳能电池片。所述聚光透镜被配置为收集入射其表面的光辐射，使得所述光辐射聚集在所述太阳能电池片之上。所述太阳能电池片的面积与所述聚光透镜的光收集指数相关，所述聚集的光辐射在所述太阳能电池片上的聚集位置随时间变化而变化。所述太阳能电池片包括顶电池、晶硅电池和底电池。所述顶电池的光吸收层的禁带宽度为1.4eV至1.95eV，所述底电池的光吸收层的禁带宽度为0.3eV至0.8eV，所述晶硅电池设置于顶电池和底电池之间。

在一个可行的实现方式中，所述太阳能电池片具有一长条形形状，所述太阳能电池片的边长至少基于所述聚光透镜的聚光倍数以及焦距确定。

在一个可行的实现方式中，在第一时间段内，所述聚集的光辐射在所述太阳能电池片上的聚集位置随时间变化沿所述太阳能电池片的长边的安装方向移动。

在一个可行的实现方式中，所述长边的安装方向为南北纵向或东西横向。

在一个可行的实现方式中，所述第一时间段包括一天或一年。

在一个可行的实现方式中，所述能量转换组件还包括能量回收单元，所述能量回收单元被配置为吸收所述太阳能电池片工作时产生的热能。

在一个可行的实现方式中，所述顶电池的光吸收层的禁带宽度为1.65eV至1.85eV；所述底电池的光吸收层的禁带宽度为0.4eV至0.6eV。

在一个可行的实现方式中，所述顶电池的光吸收层基于以下至少一种材料制成：钙钛矿、第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物、第IV-VI族半导体化合物、第I-III-VI族半导体化合物、第II-III-VI族半导体化合物、第I-II-IV-VI族半导体化合物、第IV族元素和包含第IV族元素的化合物。

在一个可行的实现方式中，所述顶电池的光吸收层基于钙钛矿或第I-III-VI族半导体化合物制成。

在一个可行的实现方式中，所述第I-III-VI族半导体化合物选自CuGaSe、CuGaS、CuInAlSe、CuInAlS、CuInGaSe、CuInGaS、CuAlGaSe和CuAlGaS中的一种或一种以上。

在一个可行的实现方式中，所述底电池的光吸收层基于以下至少一种材料制成：有机光电材料、量子点和拓扑材料。

本申请所披露的能量转换组件，使用聚光透镜提升太阳能电池片的光电转换效率。同时，在保证较高光电转换效率的同时太阳能电池片的面积减小，降低了生产成本太阳能电池片的成本。另外，太阳能电池片的结构有益于延迟电池片寿命，且适用于成熟工艺制造，可降低生产成本。

附图说明

本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述。这些实施例并非限制性的，在这些实施例中，相同的编号表示相同的结构，其中：

图1是根据本申请的一些实施例所示的能量转换组件的示例性结构示意图；

图2是根据本申请的一些实施例所示的光辐射聚集的示例性光学分析示意图；

图3A是根据本申请的一些实施例所示的光辐射的聚集位置的变化的示例性示意图；

图3B是根据本申请的一些实施例所示的光辐射的聚集位置的变化的另一种示例性示意图；

图4是根据本申请的一些实施例所示的电池片的示例性结构示意图；

图5是根据本申请的一些实施例所示的电池片的输出功率-电压曲线；

图6是根据本申请的一些实施例所示的电池片的光电转换效率曲线；

图7是根据本申请的一些实施例所示的电池片的电流-电压曲线；

图8是根据本申请的一些实施例所示的电池片的温度分布图；以及

图9是根据本申请的一些实施例所示的电池片的最高温度变化曲线。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中的元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”或“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

以下参考附图对本申请的一些优选实施例进行说明。应当注意的是，以下描述是为了说明的目的，并不旨在限制本申请的保护范围。

图1是根据本申请一些实施例所示的能量转换组件的示例性示意图。如图1所示，能量转换组件100可以包括聚光透镜110以及太阳能电池片120。聚光透镜110可以设置于太阳能电池片120之上，被配置为收集入射其表面的光辐射，使得光辐射聚集在太阳能电池片120之上。聚光透镜110可以通过调节聚光透镜110与太阳能电池片120之间的距离来获取不同的聚光倍数，例如，2倍、4倍、9倍、16倍、25倍、100倍、256倍等。可选地，聚光透镜110可采用低倍聚光倍数。此时，所述低倍聚光透镜可指聚光倍数低于预设阈值的透镜，其中，该预设阈值可以是25、36、49、64、81、100等。

在一些实施例中，聚光透镜110可以包括菲涅尔透镜。结合以上示例，所述聚光透镜可以是低倍聚光的菲涅尔透镜。在实施中，该菲涅尔透镜可以是商业上可以购买到的。例如，制造商生产的具有固定规格与参数的菲涅尔透镜。该菲涅尔透镜也可以是定制的。例如，特定的齿纹宽度以及齿纹与齿纹之间的间距，以使聚光光斑的能量分布均匀。在一些实施例中，该菲涅尔透镜的形状可以是圆形或方形。这样，光辐射聚集在太阳能电池片120的形状也可以是圆形或方形。

太阳能电池片120可以将聚集的光辐射转换为电能。在相关技术中的能量转换组件可直接将接收到的能量进行转换。与之相比，本申请的实施例的能量转换组件100在执行能量转换之前，可利用聚光透镜110(例如，菲涅尔透镜)将光辐射进行聚集，因此，所需的太阳能电池片120的大小相较于相关技术中的能量转换组件的大小要小。

在一些实施例中，太阳能电池片120的面积可以至少与聚光透镜110的光收集指数相关。例如，太阳能电池片120的大小(例如，电池片的长与宽)可以至少与聚光透镜110的聚光倍数以及焦距相关。这样，可以节省太阳能电池片120的制造成本。

此外，由于不同时间点太阳的位置是不同的，因此光辐射的入射在聚光透镜110的表面的入射角度是根据时间的变化而变化的。在实施中，由聚光透镜110所聚集的光辐射在太阳能电池片120上的聚集位置随时间变化而变化。简单来说，当光辐射的入射角随时间变化时，聚集的光辐射的聚集位置可以沿一特定方向移动。例如，在一天之内，太阳是从东方升起，在西方降落。光辐射的入射方向将会随着太阳的位置变化而变化，相应的入射角的角度也会发生变化，聚集的光辐射的聚集位置将沿东西方向移动。又例如，在一年之内，光辐射入射地球某一固定位置的角度是随日期变化而变化，极值则出现在冬至日和夏至日。聚集的光辐射的聚集位置将沿南北方向移动。也就是说，光辐射的入射角度的变化就引起聚集位置的变化。

参见图2，图2是根据本申请一些实施例所示的光辐射聚集的示例性光学分析示意图。如图2所示，P₁P₂为聚光透镜110的有效收集面，O为聚光透镜110的光心，F则为焦点。当太阳光垂直通过P₁P₂聚焦，聚集的太阳光在太阳能电池片120上形成光斑AB。当太阳光的入射角度发生变化时，以θ角度倾斜入射P₁P₂并聚焦，聚集的太阳光在太阳能电池片120上将形成光斑A’B’。光斑的位置将上移。并且，上移的程度可以是与θ角度的大小以及聚光透镜110的性能(例如，聚光倍数、焦距的大小)相关的。

在一些实施例中，太阳能电池片120可以是长条形形状的。可选地，太阳能电池片120可以是矩形形状的电池片。为了保持任何时刻、任何入射角度的光辐射在聚集后都能够位于电池片之上，同时达到降低成本的目的，可对太阳能电池片120的大小可以做出改进。

作为示例，假定聚光透镜110的有效收集面是垂直设置的，则每天光辐射的入射角θ可以是0°到180°之间随时刻变化。在此种情况下，光斑AB是跟随入射角θ的变化而发生移动。移动距离可以是与聚光透镜110的有效收集面的长度一致，移动方向则和太阳位置的变化方向一致，为东西方向。

在另一种情况下，假定能量转换组件100是可以是运动的，能够根据光辐射的入射角调整位置从而使光辐射近似垂直地入射聚光透镜110的表面。例如，能量转换组件100连接有单轴光跟踪系统，可以在一天之内对太阳的位置进行追踪。这样，光斑AB的位置在一天之内是不会移动的。太阳能电池片120只需要具有与光斑AB一致的大小即可。再考虑以年为周期的时间内，由于地球自转/公转的影响，将会产生入射角的角度偏差。继续参考图2，偏差的角度可以2θ，θ约为23.5°。则光斑AB在一年之内沿南北方向移动的距离还可以与θ相关。示例性的，单轴光跟踪系统可以使光辐射以与聚光透镜110的表面所在平面成预设角度地入射所述光辐射收集组件的表面。所述预设角度范围在66.5°至113.5°之间，也就是说，所述预设角度可以是66.5°至113.5°中的任一角度。如图2所示，入射的光辐射的入射角在2θ构成的角度范围内变化。

在一些实施例中，太阳能电池片120的边长可以至少基于聚光透镜110的聚光倍数以及焦距确定。结合上述的说明以及图2，太阳能电池片120的一条边的边长可以是与聚光透镜110的有效收集面的长度(例如，方形菲涅尔透镜的边长或圆形菲涅尔透镜的直径)一致。此时能量转换组件100是被固定的。太阳能电池片120的一条边的边长也可以是光斑AB的长度。此时能量转换组件100是可运动的。具体说明见后续描述。假定聚光透镜110的长度为p，聚光倍数为X，则光斑AB的长度a可以是

太阳能电池片120的另一条边的边长可以是与光斑AB在南北方向上的移动距离相同。假定太阳能电池片120的焦距为f，则光斑AB的移动距离b可以是

参考图3A和图3B，图3A是根据本申请的一些实施例所示的光辐射的聚集位置的变化的示例性示意图，图3B是根据本申请的一些实施例所示的光辐射的聚集位置的变化的另一种示例性示意图。图3A示出了当能量转换组件处于100固定状态下，聚集的光辐射在电池片上的移动情况。如图3A所示，N表示箭头指示北方向。太阳能电池片120的安装位置可以是长边放置在东西横向方向，短边放置在南北纵向方向。太阳能电池片120的长边的长度可以是与聚光透镜110的有效收集面的长度一致。在一天之内，聚集的光辐射在太阳能电池片120上的聚集位置(即光斑的位置，图3A中以方形阴影表示)可以在东西方向上移动。也就是说，在太阳能电池片120的长边的安装方向上移动。在一年之内，若只考虑每一天的同一时刻，聚集的光辐射在太阳能电池片120上的聚集位置可以是在南北方向上移动。也就是说，聚集的光辐射可沿太阳能电池片120的短边的安装方向上移动。

图3B示出了当能量转换组件100可跟踪光辐射的入射角度的状态下，聚集的光辐射在电池片上的移动情况。如图3B所示，N表示箭头指示北方向。太阳能电池片120的安装位置可以是短边放置在东西横向方向，长边放置在南北纵向方向。在一天之内，由于能量转换组件100可以跟踪光辐射的入射角度，使得光辐射垂直地或近似垂直地入射所述能量转换组件的能量收集组件的表面，则聚集的光辐射在太阳能电池片120上的聚集位置(即光斑的位置，图3B中以方形阴影表示)是不发生变化的。在一年之内，聚集的光辐射在太阳能电池片120上的聚集位置可以是在南北方向上移动。也就是说，在太阳能电池片120的长边的安装方向上移动。无论在何种情况下，在第一时间段内，聚集的光辐射在太阳能电池片120上的聚集位置随时间变化沿太阳能电池片120的长边的安装方向移动。第一时间段可以是一天或者一年。

在一些实施例中，太阳能电池片120可以包括单晶硅电池、多晶硅电池、叠层电池、钙钛矿电池和薄膜电池中的至少一种。可选地，太阳能电池片120可以是叠层电池，可以包括顶电池、晶硅电池和底电池。太阳能电池片120的顶电池的光吸收层的禁带宽度可以是1.4-1.95eV。可选地，顶电池的光吸收层的禁带宽度可以是1.45-1.93eV。可选地，顶电池的光吸收层的禁带宽度可以是1.5-1.91eV。可选地，顶电池的光吸收层的禁带宽度可以是1.55-1.89eV。可选地，顶电池的光吸收层的禁带宽度可以是1.6-1.87eV。可选地，顶电池的光吸收层的禁带宽度可以是1.65-1.85eV。太阳能电池片120的底电池的光吸收层的禁带宽度可以是0.3-0.8eV。可选地，底电池的光吸收层的禁带宽度可以是0.32-0.76eV。可选地，底电池的光吸收层的禁带宽度可以是0.34-0.72eV。可选地，底电池的光吸收层的禁带宽度可以是0.36-0.68eV。可选地，底电池的光吸收层的禁带宽度可以是0.38-0.64eV。可选地，底电池的光吸收层的禁带宽度可以是0.4-0.6eV。

在一些实施例中，所述顶电池的光吸收层基于钙钛矿、第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物、第IV-VI族半导体化合物、第I-III-VI族半导体化合物、第II-III-VI族半导体化合物、第I-II-IV-VI族半导体化合物、第IV族元素和包含其的化合物中的一种或多种制备而成。示例性的第II-VI族半导体化合物可以选自CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnO、HgS、HgSe、HgTe中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的二元素化合物；和/或，选自CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的三元素化合物；和/或，选自CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe、HgZnSTe中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的四元素化合物，但不限定于此。示例性的第III-V族半导体化合物可以选自GaN、GaP、GaAs、GaSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、InN、InP、InAs、InSb中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的二元素化合物；和/或，选自GaNP、GaNAs、GaNSb、GaPAs、GaPSb、AlNP、AlNAs、AlNSb、AlPAs、AlPSb、InNP、InNAs、InNSb、InPAs、InPSb、GaAlNP中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的三元素化合物；和/或，选自GaAlNAs、GaAlNSb、GaAlPAs、GaAlPSb、GaInNP、GaInNAs、GaInNSb、GaInPAs、GaInPSb、InAlNP、InAlNAs、InAlNSb、InAlPAs、InAlPSb中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的四元素化合物，但不限定于此。示例性的第IV-VI族半导体化合物可以选自SnS、SnSe、SnTe、PbS、PbSe、PbTe中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的二元素化合物；和/或，选自SnSeS、SnSeTe、SnSTe、PbSeS、PbSeTe、PbSTe、SnPbS、SnPbSe、SnPbTe中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的三元素化合物；和/或，选自SnPbSSe、SnPbSeTe、SnPbSTe中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的四元素化合物，但不限定于此。示例性的第I-III-VI族半导体化合物可以选自CuInS、CuInSe、CuInTe、CuGaS、CuGaSe、CuGaTe、AgInS、AgInSe、AgInTe、AgGaS、AgGaSe、AgGaTe中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的三元素化合物；和/或，选自CuInGaS、CuInGaSe、CuInSeS、CuGaSeS、AgInGaS中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的四元素化合物，但不限定于此。示例性的第II-III-VI族半导体化合物可以选自ZnGaS、ZnAlS、ZnInS、ZnGaSe、ZnAlSe、ZnInSe、ZnGaTe、ZnAlTe、ZnInTe、ZnGaO、ZnAlO、ZnInO、HgGaS、HgAlS、HgInS、HgGaSe、HgAlSe、HgInSe、HgGaTe、HgAlTe、HgInTe、MgGaS、MgAlS、MgInS、MgGaSe、MgAlSe、MgInSe中的一种，和/或，以上两种或两种以上的混合物组成的组中的三元素化合物，但不限定于此。示例性的第II-III-VI族半导体化合物可以选自ZnGaS、ZnAlS、ZnInS、ZnGaSe、ZnAlSe、ZnInSe、ZnGaTe、ZnAlTe、ZnInTe、ZnGaO、ZnAlO、ZnInO、HgGaS、HgAlS、HgInS、HgGaSe、HgAlSe、HgInSe、HgGaTe、HgAlTe、HgInTe、MgGaS、MgAlS、MgInS、MgGaSe、MgAlSe、MgInSe中的一种，和/或以上两种或两种以上的混合物组成的组中的三元素化合物，但不限定于此。

在一些实施例中，所述顶电池的光吸收层基于钙钛矿或第I-III-VI族半导体化合物。可选地，所述第I-III-VI族半导体化合物选自CuGaSe、CuGaS、CuInAlSe、CuInAlS、CuInGaSe、CuInGaS、CuAlGaSe和CuAlGaS中的一种或一种以上。

在一些实施例中，所述底电池的光吸收层可以基于有机光电材料、量子点和拓扑材料中的一种或以上制成。示例性的有机光电材料可以包括光电转换材料例如光电子发射材料、光电导材料、光电动势材料等。示例性的量子点可以包括元素半导体量子点，化合物半导体量子点和异质结量子点。所述拓扑材料可以是任意具有非零的拓扑不变量的材料。

在一些实施例中，太阳能电池片120的晶硅电池可以设置于所述顶电池和所述底电池之间。如图4所示，图4是根据本申请一些实施例所示的电池片的示例性结构图。电池片400为三结叠层电池结构，410为顶电池，420为晶硅电池，430为底电池。三者按从上到下的顺序依次层叠，形成电池片400。

在一些实施例中，所述顶电池和所述底电池可以是采用涂布法、喷涂法、卷对卷法、印刷法、喷墨打印法等方法制备。

在一些实施例中，能量转换组件100可以进一步包括能量回收单元130。能量回收单元130可以被配置为吸收太阳能电池片120工作时产生的热能。作为示例，能量回收单元130可以包括散热片。该散热片可以设置于太阳能电池片120下方，用以吸收太阳能电池片120在太阳光直射的情况下进行光电转换时产生的热量，避免太阳能电池片120温度过高。能量回收单元130还可以包括其他辅助散热装置，例如，冷却液管。冷却液管可以以蛇形或螺旋形的方式设置在散热片之下，管中流动有冷却液比如水或乙醇。可以用于吸收部分热量。

本申请所披露的能量转换组件，利用聚集的光辐射提升了太阳能电池片的大小，降低了成本。同时，可在不使用光辐射跟踪系统或使用稳定可靠且成本较低的单轴光跟踪系统的情况下太阳能电池片依旧完全接收到聚集的光辐射，不影响太阳能电池片的工作效率。同时，本申请所披露的电池片，顶电池和晶硅电池可以吸收波长小于1107nm的光，可以避免紫外波段的光辐射照射到底电池。这样可以延长底电池寿命。因此，底电池材料的抗辐照性能要求不高，可选择的材料种类可以更为广泛。同时，顶电池和底电池的制备方法成熟，可以降低生产成本。

本申请一些实施例中公开了一种能量转换系统。所述能量转换系统可以包括一个或一个以上如上所述的能量转换组件。例如，多个能量转换组件可以按照一定的顺序排列成平面阵列，以形成所述能量转换系统。每个能量转换组件可以各自地且不影响其他能量转换组件的情况下接收光辐射并进行能量转换。在一些实施例中，所述能量转换系统可以进一步包括运动组件。所述运动组件可以被配置为使光辐射垂直地或近似垂直地入射所述能量转换组件的能量收集组件的表面。

在一些实施例中，所述运动组件可以是单轴光跟踪组件。可以知道的是，可与垂直地或近似垂直地接收入射的光辐射有利于提高能量转换效率。而所述运动组件可以根据光辐射的入射角调整能量转换组件的位置。所述运动组件可以使光辐射以与聚光透镜的表面所在平面成预设角度地入射所述聚光透镜的表面。所述预设角度范围包括66.5°-113.5°中的任一角度。这样，光辐射近可以似垂直地入射所述能量转换组件的表面，提高能量转换效率。在一些实施例中，以第二时间段为周期，所述运动组件周期性地随光辐射的入射角调整所述能量转换系统的位姿。所述第二时间段可以是1天。作为示例，假定所述能量转换系统的初始位姿为水平放置，也就是说多个能量转换组件组成的平面阵列平行于水平面。一天之内太阳的运动轨迹是从东向西。初刻光辐射的入射角可以是0°，这与所述能量转换系统的初始位姿是平行的。此时，运动组件可以将所述能量转换系统的位姿调整为垂直于水平面的竖直姿态。则此时的光辐射的将垂直的射入能量转换组件。随着时间往后推移，光辐射的入射角将变大，假定为45°。则运动组件可以将所述能量转换系统的位姿调整为与水平面成45°夹角的斜放置姿态。当光辐射的入射角变为90°，那么运动组件可以将所述能量转换系统的位姿重新转换为水平放置。而当运动组件再次将所述能量转换系统的位姿调整为垂直于水平面的竖直姿态，此时的光辐射的入射角可以是180°的情况。

本申请所披露的能量转换组件，在利用低成本的能量转换组件的同时使用稳定可靠且成本较低的运动组件，保证了能量转换组件的能量转换效率。

以下通过具体实施例对本申请的技术方案进行进一步说明。应当注意是，以下具体实施例仅仅是出于说明的目的，并不旨在限制请求保护的范围。

实施例1-光电转换分析1

取具有相同焦距、不同聚光倍数的聚光透镜，适配不同大小的太阳能电池片。不同聚光倍数与太阳能电池片的大小关系参见表1。测定各个太阳能电池片在在相同入射光强I₀下进行光电转换时的电学属性，包括电压V、电流I以及最大输出功率P。同时确定太阳能电池片的光电转换效率。其中，光电转换效率η＝P/I₀。进行曲线拟合，结果如图5-图7所示。

表1 不同聚光倍数与太阳能电池片长度以及光电转换效率的关系

聚光倍数	电池片宽度	电池片长度	电池片长宽比	光电转换效率
					1	P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	1	23.49％
4	0.500P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	0.715P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	1.43	25.01％
					16	0.250P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	0.573P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	2.29	26.27％
25	0.200P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	0.544P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	2.72	26.68％
					64	0.125P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	0.501P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	4.01	27.50％
100	0.100P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	0.487P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	4.87	27.83％
					256	0.0625P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	0.466P<sub>1</sub>P<sub>2</sub>	7.45	28.71％

其中，P₁P₂表示聚光透镜的有效长度，例如，方形聚光透镜的边长或圆形聚光透镜的直径。如表1中所示，随着聚光透镜的聚光倍数的增加，太阳能电池片的大小将减小，光电转换效率将提高。图5示出了不同聚光倍数下太阳能电池片的输出功率曲线。如图5所示，当聚光透镜的聚光倍数的增加时，太阳能电池片的开路电压升高，最大输出功率增加。图6示出了不同聚光倍数下太阳能电池片的光电转换效率。如图6所示，随着聚光透镜的聚光倍数的增加，太阳能电池片的光电转换效率随之增加。图7示出了不同聚光倍数下太阳能电池片的电流-电压曲线。该曲线可以用于分析太阳能电池片的发电性能。如图7所示，各太阳能电池片的发点性能良好，数据可信。

实施例2-光电转换分析2

在聚光部件的参数一致的情况下(包括聚光倍数、焦距、大小等)，平行测定5组不同的叠层电池的光电转换效率。

1>电池片1的顶电池的光吸收层由CuGaSe制成，禁带宽度为1.60eV；中间为单晶硅电池，禁带宽度为1.12eV；底电池的光吸收层的禁带宽度0.80eV；电池片采用两端子结构，光电转换效率约为17.86％。

2>电池片2的顶电池的光吸收层由CuGaSe制成，禁带宽度为1.60eV；中间为单晶硅电池，禁带宽度为1.12eV；底电池的光吸收层的禁带宽度0.57eV；电池片采用两端子结构，光电转换效率约为28.45％。

3>电池片3的顶电池的光吸收层由钙钛矿制成，禁带宽度为1.72eV；中间为单晶硅电池，禁带宽度为1.12eV；底电池的光吸收层的禁带宽度0.50eV；电池片采用两端子结构，光电转换效率约为33.51％。

4>电池片4的顶电池的光吸收层由钙钛矿制成，禁带宽度为1.80eV；中间为单晶硅电池，禁带宽度为1.12eV；底电池的光吸收层的禁带宽度0.60eV；电池片采用两端子结构，光电转换效率约为29.72％。

5>电池片5的顶电池的光吸收层由钙钛矿制成，禁带宽度为1.85eV；中间为单晶硅电池，禁带宽度为1.12eV；底电池的光吸收层的禁带宽度0.40eV；电池片采用两端子结构，光电转换效率约为27.28％。

实施例3-热分析

太阳光通过聚光部件在太阳能电池片上形成聚光光斑，进而形成光生电流。除了转换成电能的部分能量，剩余的能量将被太阳能电池片吸收转化成热量，因而需要对太阳能电池片进行散热，避免太阳能电池片过热影响组件输出功率。

取聚光部件为方形菲涅尔透镜，边长为156.5mm，焦距f为78.25mm；散热部件为156.5mm×156.5mm×1mm的铜片，与空气对流散热设置为20W/K·m²，环境温度为30℃，测定不同聚光倍数下太阳能电池片的温度分布情况，结果如图8和图9所示。

图8示出了不同聚光倍数的情况下太阳能电池片的温度分布情况，图9示出了不同聚光倍数的情况下太阳能电池片的最高温度与聚光倍数之间的关系。如图8所示，对于无聚焦的组件结构，太阳能电池片的温度分布均匀，为68.26℃。当聚光倍数增加，聚光光斑处的温度随着聚光倍数的增加而升高。同时太阳能电池片的温差也增大。图9则说明太阳能电池片的最高温度与聚光倍数的对数近似线性相关，同时太阳能电池片的温差也增大。为避免电池温度过高、温差过大，本申请所使用的聚光透镜的聚光倍数为低倍聚光倍数，不超过100倍。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本申请记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种能量转换组件，其特征在于，包括：

聚光透镜；以及

太阳能电池片；

所述聚光透镜被配置为收集入射其表面的光辐射，使得所述光辐射聚集在所述太阳能电池片之上；

所述太阳能电池片的面积与所述聚光透镜的光收集指数相关，所述聚集的光辐射在所述太阳能电池片上的聚集位置随时间变化而变化，包括：

顶电池，所述顶电池的光吸收层的禁带宽度为1.4eV至1.95eV；

晶硅电池，所述晶硅电池设置于顶电池和底电池之间；

底电池，所述底电池的光吸收层的禁带宽度为0.3eV至0.8eV。

2.根据权利要求1所述的能量转换组件，其特征在于，所述太阳能电池片具有一长条形形状，所述太阳能电池片的边长至少基于所述聚光透镜的聚光倍数以及焦距确定。

3.根据权利要求1或2所述的能量转换组件，其特征在于，在第一时间段内，所述聚集的光辐射在所述太阳能电池片上的聚集位置随时间变化沿所述太阳能电池片的长边的安装方向移动。

4.根据权利要求3所述的能量转换组件，其特征在于，所述长边的安装方向为南北纵向或东西横向。

5.根据权利要求3所述的能量转换组件，其特征在于，所述第一时间段包括一天或一年。

6.根据权利要求1所述的能量转换组件，其特征在于，能量转换组件还包括能量回收单元，所述能量回收单元被配置为吸收所述太阳能电池片工作时产生的热能。

7.根据权利要求1所述的能量转换组件，其特征在于，所述顶电池的光吸收层的禁带宽度为1.65eV至1.85eV；所述底电池的光吸收层的禁带宽度为0.4eV至0.6eV。

8.根据权利要求1所述的能量转换组件，其特征在于，所述顶电池的光吸收层基于以下至少一种材料制成：钙钛矿、第II-VI族半导体化合物、第III-V族半导体化合物、第IV-VI族半导体化合物、第I-III-VI族半导体化合物、第II-III-VI族半导体化合物、第I-II-IV-VI族半导体化合物、第IV族元素和包含第IV族元素的化合物。

9.根据权利要求1所述的能量转换组件，其特征在于，所述顶电池的光吸收层基于钙钛矿或第I-III-VI族半导体化合物制成。

10.根据权利要求9所述的能量转换组件，其特征在于，所述第I-III-VI族半导体化合物选自CuGaSe、CuGaS、CuInAlSe、CuInAlS、CuInGaSe、CuInGaS、CuAlGaSe和CuAlGaS中的一种或一种以上。

11.根据权利要求1至10中的任一权利要求所述的能量转换组件，其特征在于，所述底电池的光吸收层基于以下至少一种材料制成：有机光电材料、量子点和拓扑材料。