CN114844460A - 一种包含上转换材料的太阳能电池系统 - Google Patents
一种包含上转换材料的太阳能电池系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114844460A CN114844460A CN202210404000.2A CN202210404000A CN114844460A CN 114844460 A CN114844460 A CN 114844460A CN 202210404000 A CN202210404000 A CN 202210404000A CN 114844460 A CN114844460 A CN 114844460A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solar cell
- light
- concentrator
- conversion material
- visible light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 84
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- -1 rare earth ion Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 4
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 claims description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000009833 condensation Methods 0.000 abstract description 5
- 230000005494 condensation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 109
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 17
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 6
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/20—Optical components
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
- G02B19/0038—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light
- G02B19/0042—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ambient light for use with direct solar radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
- H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
- H02S40/20—Optical components
- H02S40/22—Light-reflecting or light-concentrating means
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明提供一种包含上转换材料的太阳能电池系统，将太阳光分离为第一可见光和红外光，并将红外光转换为第二可见光，包括：分光镜片和太阳能电池，分光镜片将太阳光分离为第一可见光和红外光，并将第一可见光照射至太阳能电池；聚光转换组件，聚光转换组件设置在红外光的入射方向，聚光转换组件能够将红外光聚集并转换为第二可见光；反射镜，反射镜设置在第二可见光的入射方向，反射镜将第二可见光反射到太阳能电池的方向。将上转换材料单独放置在太阳能电池外部，通过光路设计，形成系统，可实现外置上转换材料提升太阳能电池性能的作用。
Description
技术领域
本说明书涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种包含上转换材料的太阳能电池系统。
背景技术
上转换材料作用于太阳能电池，主要是利用上转换材料对近红外光照能量的转换利用，该部分能量不能被大多数的太阳能电池利用，甚至会因为太阳能电池的吸收导致电池运行工作温度升高，降低能量转换效率。现有技术对上转换材料在太阳能电池中的应用，主要集中在电池制备过程中，加入上转换材料，也即将上转换材料集成在电池内部，发挥上转换材料光谱转换的作用，如中国专利CN201510741653，公开号为CN105428541A，公开日期为2016年03月23日，公开了一种核壳结构上转换材料的制备方法，将核壳结构上转换材料作为钙钛矿太阳能电池的上转换层材料，提高钙钛矿太阳能电池对红外光的吸收，有效提高电池的效率。
现有技术中，上转换材料的应用主要集中在钙钛矿电池中，没有探讨研究如晶硅类电池、砷化镓类太阳能电池上的具体应用技术。将上转换材料作为太阳能电池的转换层，在膜层制备和电池制备过程中，存在着一定的技术难度，成本较高。因为上转换材料层对固有太阳能电池的内部结构存在一定的阻隔，会增加电池制备的难度，并增加电池制备的破损率。
发明内容
有鉴于此，本说明书实施例提供一种包含上转换材料的太阳能电池系统，以解决上转换材料内置在太阳能电池中制备不便、破损率高、兼容性差等问题。
本说明书实施例提供以下技术方案：
一种包含上转换材料的太阳能电池系统，将太阳光分离为第一可见光和红外光，并将红外光转换为第二可见光，包含上转换材料的太阳能电池系统包括：
分光镜片和太阳能电池，分光镜片将太阳光分离为第一可见光和红外光，并将第一可见光照射至太阳能电池；
聚光转换组件，聚光转换组件设置在红外光的入射方向，聚光转换组件能够将红外光聚集并转换为第二可见光；
反射镜，反射镜设置在第二可见光的入射方向，反射镜将第二可见光反射到太阳能电池的方向。
进一步地，聚光转换组件包括上转换材料、第一聚光器和第二聚光器，第一聚光器的出射口与第二聚光器的入射口相对，上转换材料设置在第一聚光器和第二聚光器之间。
进一步地，聚光转换组件还包括高反射箱体，第一聚光器、第二聚光器和上转换材料均设置在高反射箱体内部。
进一步地，第一聚光器为复合抛物面聚光器。
进一步地，第二聚光器为复合抛物面聚光器、折射式聚光器、透镜类聚光器的一种或多种组合。
进一步地，上转换材料为稀土离子掺杂的重金属卤化物材料、稀土离子掺杂的氟化物材料、稀土离子掺杂的氧化物材料的一种或者多种组合。
进一步地，上转换材料的性状为固体粉末、分散在油性溶剂的粉末、分散在水性溶剂的粉末的一种或者多种组合。
进一步地，太阳能电池为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅类电池、砷化镓类电池、聚合物电池、钙钛矿电池一种或多种组合。
进一步地，反射镜包括镀银膜的光学器件、镀铝膜的光学器件或镀金膜的光学器件。
进一步地，分光镜片为玻璃基底，玻璃基底的上层覆盖有镀金属和镀非金属并相互交替的膜层。
与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：
将上转换材料单独放置在太阳能电池外部，通过光路设计，形成系统，实现外置上转换材料提升太阳能电池性能的作用。该系统不具体针对某种单一的上转换材料或者太阳能电池，具有广泛应用于各类太阳能电池的普适性。该发明不存在上转换材料和太阳能电池在相互制备过程中产生的相互影响，二者分别在系统内发挥自身功用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是包含上转换材料的太阳能电池系统各部件的搭设示意图。
附图标记说明：1、分光镜片；101、太阳光；102、第一可见光；103、红外光；2、太阳能电池；3、聚光器组；301、第一聚光器；302、第二聚光器；4、上转换材料；401、第二可见光；5、反射镜。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目和方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
在国家能源战略的总体指导下，传统化石能源向可再生能源的转型正受到社会各界的广泛关注。新能源的开发和利用是解决当前能源问题的重要方法。太阳能作为一种清洁能源，是取之不尽、用之不竭、无污染且能够供人类便捷利用的天然资源。据相关数据统计，太阳辐射每秒钟照射到地球上的能量相当于燃烧500万吨煤释放的能量，如此巨大的能量如尽可能多的转换为可供人类高效利用的电能，将成为最佳的化石能源替代能量之一。
太阳能的利用以光热利用和光电利用为主。太阳能光伏发电便是光电利用的主要形式。预计在2040年，太阳能光伏发电在世界电力供应中的占比将达到20％以上，将占据世界能源消费的重要席位。太阳能电池是一种通过光电效应或光化学效应将太阳能转换为电能的器件，电池的性能直接影响着光伏发电的整体效益。有效提升太阳能电池的能量转换效率，对于光伏发电产业的整体效益和现有能源结构的转型升级有着重要的意义。
太阳能电池的种类众多，从第一代硅基太阳能电池到现阶段的第三代薄膜太阳能电池，电池的能量转换效率从最初的6％逐渐发展到26.1％，甚至更高，电池性能的提升有着一个长期向上发展的过程。根据半导体材料光生伏打效应的原理，提高太阳能电池转换效率，需要保证有更多的太阳光入射到太阳能电池中，同时需要尽量减少由光伏效应所产生的电子和空穴再度结合导致的消耗。基于此，提高太阳能电池效率的途径大致可归为两类，一类通过调配入射太阳光，增强可利用的光照入射，减弱不可利用的光照吸收，以此提升电池性能，例如设计高性能的减反膜作用于太阳能电池或者采用入射光照聚集(聚光器)的形式提高入射光强；另一类可以通过构建材料自身的特性，减少损失来提升电池性能，例如，电池表面的钝化处理、电池表面的纳米结构布置、新的具有光生伏打小样的材料等。
限制太阳能电池2效率的主要问题还在于太阳光谱与太阳能电池2的最佳光谱响应之间存在失配，半导体材料由于自身能带带隙的影响，不能吸收能量小于带隙的光，也即大部分太阳光能量尤其是占比约43％的红外光能量，不能被太阳能电池有效利用，这大大限制了太阳能电池性能的提高。因此，开发能利用红外光能量的技术方式对于提升太阳能电池性能具有重要意义。
上转换材料4在光谱能量转换方面有着很好的应用。上转换材料4将两个或多个低能量光子转换为一个更高能量的光子，将高低能量的光谱进行切换。如此便可将不能被太阳能电池2利用的光谱能量转换为对应带隙能的光谱能量，供太阳能电池使用。利用上转换材料4将太阳光照中的红外光转换为可见光反射出来，将其应用于太阳能电池2，可大大提高电池的性能。
以下结合附图，说明本申请各实施例提供的技术方案。
整个系统各部件的搭设如图1所示。太阳光照射至分光镜片1，由分光镜片1将太阳光101进行分离，分光镜片1将分离的第一可见光102(电磁波的频率在380～750THz，波长在780～400nm之间的光)部分照射至太阳能电池2，分光镜片1分离出的红外光103照射至聚光器组3的第一聚光器301，第一聚光器301对红外光103的能量进行聚集并作用于上转换材料4，上转换材料4受到光照激发，发射出第二可见光401(红光、绿光或者蓝光等)。发射出的第二可见光401经聚光器组3的第二聚光器302再次聚集后作用于反射镜5，经反射镜5的光路反射再次作用于太阳能电池2。
在本发明的一个实施例中，分光镜片1选用对红外光线吸收较低的玻璃为基底或其他高透明且对红外吸收很小的基底，镀制金属/非金属相互交替的膜层以实现较好的光学性能。分光镜片1对太阳光照中的可见光和红外光进行分离，分光镜片1对400-800nm波长的平均透过率达到85％以上，对800-2500nm波长的平均反射率达到85％以上，采用该类分光镜片1可较大程度的减少光照的反射和吸收损失，提高系统的整体效率。分光镜片1的位置需要依据能将可见光反射回太阳能电池2的角度进行调整。分光镜片1的光学性能随着入射太阳光101照的角度不同，会有所差异。依据分光镜片1的使用要求来调整入射光照的角度(按照光照入射至分光镜片的角度区分，一般有入射角度为45度使用的分光镜片和入射角度0度使用的分光镜片)。经分光镜片1分离的第一可见光102，垂直入射至太阳能电池2，分离得到的红外光103垂直入射至聚光转换组件。
聚光转换组件由聚光器组3和上转换材料4组成，聚光器组3由第一聚光器301和第二聚光器302组成。第一聚光器301设置在红外光103的入射方向，第二聚光器302设置在第二可见光401的出射方向，上转换材料4设置在第一聚光器301和第二聚光器302之间。在一些实施例中第一聚光器301、上转换材料4和第二聚光器302为互相独立的元件。在另一些实施例中，第一聚光器301、上转换材料4和第二聚光器302可以进行封闭处理。具体方案为设计一个内部具有高反射的箱体，将第一聚光器301置于高反射箱体的前端，第二聚光器302置于高反射箱体的后端，两个聚光器之间添加上转换材料4，包含高反射的箱体本身可大幅度的减少内部光照能量的损失，实现更高的能量转换输出。第一聚光器301可采用复合抛物面聚光器，通过内部铺设反射层实现光照能量的聚集，不采用透镜类聚光器，以避免该类聚光器组对红外光能量的大量吸收。第二聚光器302为复合抛物面聚光器、折射式聚光器如菲涅尔透镜、透镜类聚光器如菲涅尔透镜。
太阳能电池2可吸收利用的光照也存在一定的波长范围，如砷化镓电池可吸收利用的太阳光波长在400nm至900nm，晶硅类电池可吸收利用的波长在400nm至1100nm，非晶硅类电池可吸收利用的波长在400nm至800nm等。太阳能电池2对可见光都表现出可吸收利用的特点，但对该范围内不同波长的光，光电效应有所差别，例如晶硅类电池对700nm波长的光的相对感度强于600nm波长的光。
表1为几种典型的太阳能电池分析其光照波长的响应范围及对光照响应的变化趋势。
表1
一些实施例中，太阳能电池2可以为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池。在另一些实施例中，太阳能电池2还可以为非晶硅类电池、砷化镓类电池、聚合物电池、钙钛矿电池等。
上转换材料4的激发光主要集中在近红外光，如800nm-1500nm之间，受激发后可发射出不同波长的可见光。一种上转换材料4，受某一固定波长的光激发，产生一个或两至三个可见光发射峰，有一个主发射峰，体现为某一波长的可见光，如绿色光或黄色光等，即一种上转换材料4接收某一波长的光照激发，发射出某一波长的可见光。在一些实施例中，上转换材料4为一般的稀土掺杂氟化物类，激发的波长为980nm，经上转换后的发射光的波长为545nm，660nm，800nm等。在另一些实施例中，稀土离子掺杂重金属卤化物类的上转换材料4，可将1500nm波长的光转换为可见光。对于氧化物类的上转换材料4，如Nd2(WO4)3晶体，可将808nm波长的光，转换为657nm波长的光。在另一些实施例中，上转换材料4还可以为稀土离子掺杂的氟化物或者氧化物材料等，材料吸收红外光能量，受激发发射红光、绿光或者蓝光等可见光。
另外，在本发明的实施例中，上转换材料4放置在太阳能电池2结构的外部，对于上转换材料4的性状没有特定要求，上转换材料4可以是固体粉末，也可以是上转换材料4粉末分散在油性或水性溶剂中，依据上转换材料的具体性能而定，这也是本发明在实施过程中灵活应用的特点。
利用整体光照反射率达95％的反射镜(反射镜可以采用镀制银膜、镀制金膜或者铝膜的镜片或光学器件、具有高反射性能的其他金属镀膜镜片或光学器件)对上转换材料4激发出的第二可见光401进行反射，经光路设计并多次反射后，可将受激发的第二可见光401再次照射到太阳能电池2。聚光器组3用来实现对分离出的红外光能量进行聚集，激发上转换材料需要一定的光照强度，因此选用聚光器组3将聚集后的能量作用于上转换材料4，使其受激发发射出可见光。
本发明对于太阳光照的高倍聚光有着显著的优势，经聚集后的太阳光照，通过分光镜片1分离出第一可见光102和红外光103能量，一方面提升了激发上转换材料4的红外光103能量，一方面因对光照进行了分离，可大幅度的减少因红外热效应导致的太阳能电池2工作温度升高。另外，对于上转换材料4，入射光照强度的增加，会提升上转换材料4的发光效率，进而增强发射的可见光的强度，对于提升太阳能电池2的效率有着重要的影响。
本发明实施例的技术方案中的上转换材料4和太阳能电池2不具体针对某一类，而是可以根据选择的太阳能电池2的类型，匹配响应的上转换材料4，利用上转换材料4受激发发射的可见光，增强入射到太阳能电池的可利用光子数量，提高电池性能，这也体现了该技术方案使用的灵活性。系统整体组件的配置和搭配形式是关键。通过将上转换材料4外置来提升太阳能电池2的系统结构，所以系统采用的元件不局限于某一种材料、电池类型、以及聚光器、分光镜片等，可以实现相对功能的器件均可进行替代和更新，以实现高效的系统性能。对于系统内涉及的单个器件，其性能的高低决定了系统最终的整体效率。在一些实施例中，太阳能电池2选用砷化镓电池，为其匹配氧化物类的上转换材料4；另一些实施例中，太阳能电池2选用晶硅类电池，为其匹配一般的稀土掺杂氟化物的上转换材料4；另一些实施例中，太阳能电池2选用砷化镓电池，为其匹配氧化物类的上转换材料4(或者稀土离子掺杂类的上转换材料4)；另一些实施例中，太阳能电池2选用非晶硅类电池，为其匹配稀土离子掺杂重金属卤化物类的上转换材料4。上述提到的匹配关系为建议的，并不是必须固定的，只是相对较优的一种匹配。因为上转换材料4转换的可见光一般来说是相对单一的波长，而这个波长一般的太阳能电池2都可以利用，只是从表1中的对应情况来看，有一定的强弱关系，实际应用中可以根据具体情况具体处理。
考虑在实际的环境中进行应用，分光镜片1与光照的距离不做限定，但如果使用太阳光模拟器，则二者的距离不应大于30-50cm，以便减少模拟光在光路中的散射、反射损失。分光镜片1距太阳能电池2的距离不小于30cm，以便于收集通过反射镜反射过来的可见光。第一聚光器301距分光镜片1的距离不宜大于20cm，延长的光路会导致光照能量的损失。第一聚光器301和第二聚光器302之间的距离不应大于10cm，因为二者之间添加上转换材料4，受限于上转换材料4的发光效率，两个聚光器之间较大的距离会导致有效光照能量的损失。反射镜5与第二聚光器302之间的距离和角度，以可以将第二可见光401反射至太阳能电池2的合适距离和角度而定，在满足该条件下，应尽量减小二者之间的距离，减少光照损失。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例侧重说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于后面说明的方法实施例而言，由于其与系统是对应的，描述比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种包含上转换材料的太阳能电池系统，将太阳光(101)分离为第一可见光(102)和红外光(103)，并将红外光(103)转换为第二可见光(401)，其特征在于，所述包含上转换材料的太阳能电池系统包括：
分光镜片(1)和太阳能电池(2)，分光镜片(1)将太阳光(101)分离为第一可见光(102)和红外光(103)，并将第一可见光(102)照射至太阳能电池(2)；
聚光转换组件，所述聚光转换组件设置在红外光(103)的入射方向，所述聚光转换组件能够将红外光(103)聚集并转换为第二可见光(401)；
反射镜(5)，反射镜(5)设置在第二可见光(401)的入射方向，反射镜(5)将第二可见光(402)反射到太阳能电池(2)的方向。
2.根据权利要求1所述的包含上转换材料的太阳能电池系统，其特征在于，所述聚光转换组件包括上转换材料(4)、第一聚光器(301)和第二聚光器(302)，第一聚光器(301)的出射口与第二聚光器(302)的入射口相对，上转换材料(4)设置在第一聚光器(301)和第二聚光器(302)之间。
3.根据权利要求2所述的包含上转换材料的太阳能电池系统，其特征在于，所述聚光转换组件还包括高反射箱体，第一聚光器(301)、第二聚光器(302)和上转换材料(4)均设置在所述高反射箱体内部。
4.根据权利要求2所述的包含上转换材料的太阳能电池系统，其特征在于，第一聚光器(301)为复合抛物面聚光器。
5.根据权利要求2所述的包含上转换材料的太阳能电池系统，其特征在于，第二聚光器(302)为复合抛物面聚光器、折射式聚光器、透镜类聚光器的一种或多种组合。
6.根据权利要求2所述的包含上转换材料的太阳能电池系统，其特征在于，上转换材料(4)为稀土离子掺杂的重金属卤化物材料、稀土离子掺杂的氟化物材料、稀土离子掺杂的氧化物材料的一种或者多种组合。
7.根据权利要求2所述的包含上转换材料的太阳能电池系统，其特征在于，上转换材料(4)的性状为固体粉末、分散在油性溶剂的粉末、分散在水性溶剂的粉末的一种或者多种组合。
8.根据权利要求1所述的包含上转换材料的太阳能电池系统，其特征在于，太阳能电池(2)为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅类电池、砷化镓类电池、聚合物电池、钙钛矿电池的一种或多种组合。
9.根据权利要求1所述的包含上转换材料的太阳能电池系统，其特征在于，反射镜(5)包括镀银膜的光学器件、镀铝膜的光学器件或镀金膜的光学器件。
10.根据权利要求1所述的包含上转换材料的太阳能电池系统，其特征在于，分光镜片(1)为玻璃基底，所述玻璃基底的上层覆盖有镀金属和镀非金属并相互交替的膜层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210404000.2A CN114844460A (zh) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 一种包含上转换材料的太阳能电池系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210404000.2A CN114844460A (zh) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 一种包含上转换材料的太阳能电池系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114844460A true CN114844460A (zh) | 2022-08-02 |
Family
ID=82566760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210404000.2A Pending CN114844460A (zh) | 2022-04-18 | 2022-04-18 | 一种包含上转换材料的太阳能电池系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114844460A (zh) |
-
2022
- 2022-04-18 CN CN202210404000.2A patent/CN114844460A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2008290641B9 (en) | Solar cell construction | |
| US10439090B2 (en) | Transparent luminescent solar concentrators for integrated solar windows | |
| KR101633146B1 (ko) | 유도 방출 발광 도광 태양 집광기 | |
| EP3120392A1 (en) | Transparent energy-harvesting devices | |
| CN101765921A (zh) | 具有硅清除电池的高效太阳能电池 | |
| WO2007133344A2 (en) | Wavelength-converting phosphors for enhancing the efficiency of a photovoltaic device | |
| Goldschmidt et al. | Spectral splitting module geometry that utilizes light trapping | |
| JP2015079981A (ja) | 太陽電池モジュール | |
| Needell et al. | Spectrally matched quantum dot photoluminescence in GaAs-Si tandem luminescent solar concentrators | |
| JP2004297025A (ja) | 高効率太陽電池 | |
| Goldschmidt et al. | Increasing fluorescent concentrator light collection efficiency by restricting the angular emission characteristic of the incorporated luminescent material: the'Nano-Fluko'concept | |
| JP2009545184A (ja) | 周囲のシリコンスカベンジャーセルを備えた高効率太陽電池 | |
| JP5626796B2 (ja) | 直列接続型ソーラーセル及びソーラーセルシステム | |
| US20110079271A1 (en) | Spectrum-splitting and wavelength-shifting photovoltaic energy converting system suitable for direct and diffuse solar irradiation | |
| CN208028848U (zh) | 一种基于分光谱的光伏组件及光伏电池板 | |
| CN114844460A (zh) | 一种包含上转换材料的太阳能电池系统 | |
| CN102709376A (zh) | 集有荧光平面光波导结构的太阳能电池组件用背板及应用 | |
| TWI436492B (zh) | 聚光式太陽能光電模組 | |
| CN109150090A (zh) | 一种基于分光原理的聚光光伏热电联产装置 | |
| Van Roosmalen | Molecular-based concepts in PV towards full spectrum utilization | |
| CN209434211U (zh) | 一种双面双玻太阳能组件 | |
| US20150287842A1 (en) | Photovoltaic system including light trapping filtered optical module | |
| KR20150048841A (ko) | 광 포획 여과 광학 모듈을 포함하는 광전지 시스템 | |
| Slooff et al. | The luminescent concentrator: a bright idea for spectrum conversion? | |
| CN105187002B (zh) | 广谱电磁太阳能电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |