TW201622340A - 用以製造包含備有兩個光學透鏡級的光學結構的光伏聚光器的方法 - Google Patents

用以製造包含備有兩個光學透鏡級的光學結構的光伏聚光器的方法 Download PDF

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Abstract

製造光伏聚光器的方法，該光伏聚光器包含：光伏基板(2)，其備有多個光伏電池(5)；以及光學結構(1)，其包含打算彼此光學交互作用的第一光學透鏡級(4)和第二光學透鏡級(3)；該方法包含以下步驟：提供模具(6)；以及使用該提供的模具(6)，並且實施以材料(100)來填充該模具(6)的步驟，特別是藉由注射或澆鑄該材料(100)來填充，而同時形成第一光學透鏡級(4)和第二光學透鏡級(3)。

Description

用以製造包含備有兩個光學透鏡級的光學結構的光伏聚光器的方法
本發明關於光伏聚光器的領域。
本發明的主題更特別而言是製造光伏聚光器的方法。
本發明的另一主題則是關於尤其打算用於該製造方法的模具。
已知將太陽能集中到光伏電池上則允許改善其效率，並且允許以較不昂貴的光學材料來取代所用的昂貴半導體而減少昂貴半導體的量。因此，文獻教導了許多實施基於透鏡之系統的解決方案，其將光線集中朝向光伏電池的作用區域。
美國專利第6,804,062號特別教導使用兩個透鏡，其由適合的模具而彼此獨立的形成。
Bradley H.Jared等人發表於2014年3月10日之OPTICS EXPRESS第22冊第S2號第A521頁的「用於微系統做到之光伏系統的微聚光器」一文特別描述使用光學聚光器，其包含聚碳酸酯做的兩個透鏡級。製造這光學聚光器須要使用兩個分開的模具，其鑒於在兩個透鏡級脫模之後的對齊而具有參考標記以允許導引要模製的元件。
製造此種光學聚光器需要分開的模製步驟，並且可以引起有關由這些分開的模具所獲得之光學級的對齊問題。
本發明的目的是要提供補救上列全部或某些缺失的解決方案。
這目的部分藉由製造光伏聚光器的方法而達成，該光伏聚光器包含：光伏基板，其備有多個光伏電池；以及光學結構，其包含打算彼此光學交互作用的第一光學透鏡級和第二光學透鏡級；該方法包含以下步驟：提供模具；以及使用該提供的模具，並且實施以材料來填充該模具的步驟，特別是藉由注射或澆鑄該材料來填充，而同時形成第一光學透鏡級和第二光學透鏡級。
尤其，提供該模具的步驟乃使得該提供的模具包含：第一面，其備有多個第一腔穴，每個第一腔穴所限定的形狀互補於第一光學透鏡級之對應光學透鏡的形狀；以及第二面，其備有多個第二腔穴，每個第二腔穴所限定的形狀互補於第二光學透鏡級之對應光學透鏡的形狀。
有利而言，方法包含以下在填充步驟之前所實施的步驟：添加光伏基板或放置光伏基板在模具的第二面上，使得每個光伏電池放置於對應的第二腔穴中；以及添加透明壁或放置透明壁在模具的第一面上。
特別而言，填充步驟包含導引材料的步驟，使得材料填充每 個第一腔穴和每個第二腔穴。
舉例而言，導引步驟包含使用流動通道的網路，其形成於模具的第二面中以導通該材料的流動，以便填充每個第二腔穴。
根據一具體態樣，光伏電池藉由形成在帶有光伏電池的光伏基板之表面上的電連接元件而彼此電連接，導引步驟則允許以材料來填充通道的網路，結果允許電連接元件在固化該材料之後由該材料所包封。
方法可以包含移除該模具的步驟，其包含相對於形成的第二光學透鏡級而脫離形成的第一光學透鏡級，移除該模具的步驟後面接著是組裝第一光學透鏡級和第二光學透鏡級的步驟。
有利而言，方法包含相對於透明壁而定位光伏基板的步驟，其在材料固化之前進行，以便允許在該模具脫模之後，以對應於固定於光伏基板的第二光學透鏡級相對於固定於該透明壁的第一光學透鏡級之該定位的對齊來實施組裝步驟。
根據一具體態樣，用於填充步驟的材料是透明的聚合物，其能夠藉由鑄造或射出成形而塑形，並且特別是在鑄造或射出成形之後可固化的聚合物。
如果填充步驟是藉由將材料澆鑄到模具裡而進行，則該材料是聚二甲矽氧烷(PDMS)。替代而言，如果填充步驟是藉由將材料注射到模具裡而進行，則該材料是聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
本發明也關於用以製造光伏聚光器的光學結構的模具，該光學結構包含打算彼此光學交互作用的第一光學透鏡級和第二光學透鏡級，該模具包含：第一面，其備有多個第一腔穴，每個第一腔穴所限定的形狀 互補於第一光學透鏡級之對應光學透鏡的形狀；以及第二面，其備有多個第二腔穴，每個第二腔穴所限定的形狀互補於第二光學透鏡級之對應光學透鏡的形狀。
模具可以包含通道的網路，其形成於第二面中並且打算允許填充該等第二腔穴，該等通道的網路乃建構成致使填充它則導致包封了電連接光伏聚光器的光伏基板之光伏電池的電連接元件。
本發明也關於光學聚光器，其包含光學結構，該光學結構包含打算彼此光學交互作用的第一光學透鏡級和第二光學透鏡級，而光學結構乃整合結構或為單一物體。
本發明也關於光伏聚光器，其包含：光伏基板，其備有多個光伏電池；以及光學結構，其包含打算彼此光學交互作用的第一光學透鏡級和第二光學透鏡級；光學結構乃整合結構或為單一物體。
本發明最後關於藉由實施上面定義的製造方法而獲得的光伏聚光器。
1‧‧‧光學結構
2‧‧‧光伏基板
3‧‧‧第二光學透鏡級
4‧‧‧第一光學透鏡級
5‧‧‧光伏電池
6‧‧‧模具
7‧‧‧第二面
8‧‧‧第二腔穴
9‧‧‧第一面
10‧‧‧第一腔穴
11‧‧‧透明壁
12‧‧‧定位元件
13、14‧‧‧間隔物
15‧‧‧流動通道
16‧‧‧通道
17‧‧‧腔室
100‧‧‧材料
其他的優點和特色將從本發明以下特殊具體態樣的敘述而變得更清楚，其藉由非限制性範例的方式而給出並且顯示於所附圖式，其中：圖1是根據本發明一具體態樣所形成之光伏聚光器的側視圖；圖2是用於同時形成聚光器之光學結構的兩個透鏡級之模具的截面圖；圖3示範用於根據本發明之製造方法的模具之一特殊具體態樣的立體圖； 圖4是圖3模具的俯視圖，其指向打算用來模製第一透鏡級的那一面；圖5是圖3模具的仰視圖，其指向打算用來模製第二透鏡級的那一面；以及圖6是沿著圖4的A-A的截面圖。
下述製造包含光學結構之光伏聚光器的方法與先前技藝不同之處特別在於由同一模具獲得兩個光學透鏡級，特別是同時獲得。
「同時獲得兩個光學透鏡級」(the two optical-lens stages are obtained simultaneously)意謂的是它們是在以適合模製光學透鏡級的材料來填充該模具的同一步驟中形成，特別是藉由注射或澆鑄來填充。結果，這兩個光學透鏡級可以在單一填充步驟中獲得，藉此則有可能使光學結構的製造合理化(較少的步驟、避免須要管理不同的模具參考……)。
於本敘述，光伏聚光器包含光學結構(也稱為光學聚光器)和備有光伏電池的光伏基板。
包含兩個光學透鏡級的光學聚光器允許在最大透鏡(也稱為主要透鏡，其須要收集光如此以將光集中在次要透鏡的方向)之間的集中比例，並且允許增加基板之對應的光伏電池，同時增加光伏基板相對於對太陽之法線的角度容限。相對於包含單一透鏡級的光伏聚光器來看，使用兩個級則有可能更容易傾向理論上最大的光集中，這最大的集中是由光展量(etendue)的守恆定理所給出。
圖1示範光伏聚光器，其包含光學結構1和備有多個光伏電池5的光伏基板2。光學結構1包含第一光學透鏡級4(於本領域也稱為主 要級)和第二光學透鏡級3(於本領域也稱為次要級)，它們打算彼此光學交互作用。
第一和第二光學透鏡級4、3之間的光學交互作用可以使得垂直入射進到第一光學透鏡級4之透鏡裡的光束/光線有所偏向，如此以會聚在第二光學透鏡級3之對應的透鏡上。更特別而言，光被說成是垂直於光伏聚光器而在加或減一度的角度裡(典型而言是在高於100倍的集中情形下)，其目標在於抵達光伏電池5。
尤其，第二光學透鏡級3打算固定於光伏基板2，特別是在模製第二光學透鏡級3的期間。第二光學透鏡級3的每個透鏡特別形成休止在光伏基板2之一個(特別僅一個)光伏電池5上的透鏡。因此將要了解第一光學透鏡級4的每個光學透鏡因此建構成使得垂直入射的對應光輻射會聚在第二光學透鏡級3之透鏡的方向，而後者的透鏡本身使接收的光輻射會聚朝向它在上面所休止的光伏電池5。一般而言，為了允許獲得所要的光學集中，第一光學透鏡級4的光學透鏡具有比第二光學透鏡級3的光學透鏡還大的面積。
尤其，光伏基板2可以包含至少一剛性載體，特別是基於聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或玻璃，或者在微聚光器的情形下甚至類似於印刷電路板。載體打算帶有光伏電池5和使光伏電池5彼此電連接的電連接元件(未顯示)，特別是呈串聯以減少總電流，因而減少由於串聯電阻的損失(歐姆損失)。光伏基板2可以已經做過處理(電漿或電暈處理)，以便促進將用於模製第二透鏡級3之材料的附著；當形成印刷電路板的材料是PMMA或玻璃時，以及在第二光學透鏡級3的光學透鏡將直接模製在光伏基板2上 以便包封每個對應之光伏電池5的情形下，特別使用這處理。特別而言，第二光學透鏡級3的每個透鏡包封著對應的光伏電池。
如圖2所示範，例如所述之製造光伏聚光器的方法包含：提供模具6的步驟，以及使用該提供的模具6並且實施以材料100來填充該提供之模具6的步驟而同時形成第二光學透鏡級3和第一光學透鏡級4的步驟。尤其，同時形成乃實施以材料100來填充該提供之模具6的單一步驟。特別而言，填充步驟是藉由注射或澆鑄該材料100而進行。
事實上，用於填充步驟的材料100可以是透明的聚合物，其能夠藉由鑄造或射出成形而塑形。特別而言，這聚合物可以在鑄造或射出成形之後是可固化的。以射出成形技術來說，壓力施加到材料100，鑄造技術則不是這樣。於填充步驟是藉由將材料澆鑄到提供之模具6裡而進行(鑄造技術)的情形，則材料100是聚二甲矽氧烷(PDMS)。於填充步驟是藉由將材料100注射到該提供之模具6裡而進行(射出成形技術)的情形，則材料是聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
第二光學透鏡級3的每個透鏡可以呈圓頂形狀，其凸面部分指向第一光學透鏡級4。第二光學透鏡級3的透鏡可以具有非球狀圓形孔洞(亦即當處理對於旋轉軸之對稱時的形狀是自由的)。根據一變化例，第二透鏡級的透鏡可以是合成拋物線聚光器(compound parabolic concentrator，CPC)或介電全內反射(dielectric total internal reflection，DTIR)型，其能夠做到幾何集中而更靠近理論最大值，但在這情形下，用於形成該等透鏡的材料將必須具有足夠的彈性以允許適當脫模而不損傷該等透鏡(在這情形下，PDMS型材料可以澆鑄到模具6裡)。
第一光學透鏡級4的每個光學透鏡可以呈非球狀平凸集中透鏡的形狀而具有方形孔洞，其凸面部分指向第二光學透鏡級3。第一光學透鏡級4的每個透鏡之孔洞的f數接近1(亦即在1和2之間)。因為第一透鏡級4的透鏡具有極小的孔洞面積，所以第一透鏡級4之透鏡的體積極小，即使它未截角以形成菲涅爾(Fresnel)小面亦然，後者引入光學損失並且使模具的脫模更困難。
結果，模具6包含負的壓痕(或腔穴)，其允許製造第一和第二級的這些光學透鏡。較佳而言，為了利於脫模，打算形成光學透鏡的腔穴乃製備有模斜度(draft)，亦即它們垂直下沉並且沒有凹入角(re-entrant angle)。換言之，為了更容易從模具6取出第一和第二光學透鏡級4、3，或者為了避免材料在第一和第二光學透鏡級4、3的取出期間剝落，凝固和特別澆鑄或注射的材料所形成之第一和第二光學透鏡級4、3沒有一面可以是嚴格垂直於模具的分開線(換言之，沒有一面可以是嚴格平行於模具的開啟方向)。因此，為了有可能脫模，沒有一面可以具有負的模斜度。如果所用的材料在它已經凝固之後具有足夠的彈性(特別是澆鑄到模具裡的PDMS)，則將也可能使用凹入腔穴。
根據一具體態樣，提供的模具6乃使得它允許第一光學透鏡級4和第二光學透鏡級3是採取以下方式而模製：第一光學透鏡級4在模具6中相對於第二光學透鏡級3在模具6中的位置乃對應於第一光學透鏡級4在光伏聚光器之組裝組態中相對於第二光學透鏡級3所要的位置。根據替代方案，模製乃使得它恰足以修改第一和第二光學透鏡級的分離以獲得組裝組態。使用此種模具6特別能夠藉由從製造階段來考慮第一光學透 鏡級4和第二光學透鏡級3之間的適合對齊而後續參與這對齊。
上述的組裝組態對應於以下情形：光伏聚光器當指向陽光時應該操作，如此以將陽光集中在光伏基板2的光伏電池5上。
從上面將了解填充步驟乃使得特別注射或澆鑄的材料100填充該模具6的腔穴。這些腔穴的全部或某些則具有第一光學透鏡級4和第二光學透鏡級3之該等光學透鏡所要的形狀。
圖2到6示範該提供之模具6的一特殊具體態樣。尤其，提供該模具6的步驟乃使得該提供的模具6包含第一面9，其備有多個第一腔穴10(在此領域也稱為主要腔穴)。多個第一腔穴10的每個腔穴所限定的形狀乃互補於第一光學透鏡級4之對應光學透鏡的形狀。該模具6另外還包含第二面7，其備有多個第二腔穴8(在此領域也稱為次要腔穴)。多個第二光學腔穴的每個腔穴8所限定的形狀乃互補於第二光學透鏡級3之對應光學透鏡的形狀。於圖4和5，虛線顯示隱藏面7、9之看不見的元件。這些第一和第二面9、7是相對的，特別是如此以將第一和第二光學透鏡級模製在對應於組裝之光學聚光器和因而準備使用的位置。
根據圖2所示範的一實施例，製造光伏聚光器的方法包含以下在以材料100來填充提供之模具6的步驟之前所實施的步驟：添加光伏基板2到模具6的第二面7，使得光伏基板2的每個光伏電池5放置於對應的第二腔穴8中(特別而言，在添加光伏基板2之後，每個第二腔穴8包含單一光伏電池5，其尤其放置在第二光學透鏡級3之未來透鏡的焦點，而該透鏡是藉由填充該第二腔穴8而形成)；以及添加透明壁11到模具6的第一面9。
於本敘述，透明壁11視為對於企圖集中在光伏電池5上的光輻射而言是透明的，特別是對於包含在300奈米和1800奈米之間的輻射波長(亦即基於結晶鍺之多接面光伏電池所敏感的光譜範圍)而言是透明的。結果，第一透鏡級和第二透鏡級的透鏡較佳而言也是透明的，尤其對於該光輻射而言，特別是在前述的波長範圍。
添加的光伏基板2和添加的透明壁11關閉了模具6，如此以限定要填充之每個第二和第一腔穴8、10的體積，特別是藉由材料100來注射或澆鑄而填充。
特別而言，材料100一旦在模具6中(特別是一旦已經澆鑄或注射到模具裡)並且凝固，則將光伏基板2固定於第二光學透鏡級3並且將透明壁11固定於第一光學透鏡級4。換言之，在模具6已經脫模之後，並且由於以材料100來填充模具6和固化材料100(其特別是被注射或澆鑄)之步驟的結果，第二光學透鏡級3固定於該光伏基板2，並且第一光學透鏡級4固定於該透明壁11。因此，根據本發明的模製則有可能在光學透鏡的載體上直接產生光學透鏡，這與先前技藝在脫模之後需要添加到載體的額外步驟則相反。
在已經添加光伏基板2和透明壁11之後，方法可以包含相對於模具6來鎖定光伏基板2和透明壁11的步驟，以便避免它們在以材料100來填充模具的步驟期間和在固化材料100(其特別是被澆鑄或注射)的期間有相對移動。特定而言，任何移動會導致兩個光學級未對齊。
較佳而言，模具6包含定位元件12(顯示於圖4到6)，其建構成如此以與光伏基板2的定位元件交互作用，以便確保每個光伏電池5 定位於對應的第二腔穴8當中一者中，並且確保在模製第二光學透鏡級3的關聯透鏡之後，該電池定位在該透鏡的焦點。根據一非限制性範例，模具6的定位元件12是孔，並且光伏基板2的定位元件是栓，其建構成如此以穿過模具6的孔。換言之，添加光伏基板2到第二面7的步驟可以包含相對於模具6來定位光伏基板2的步驟以獲得上述適合的位置。
此外，為了在模具6脫模之後更容易組裝光學聚光器，方法可以在形成兩個光學透鏡級3、4的步驟之前包含添加或裝配間隔物13、14(圖2)，其接觸透明壁11和光伏基板2，以便確保其間隔乃適於在從模具6移除後接著組裝光學聚光器之後的間隔以及/或者適於透明壁11和光伏基板2之間的定位。結果，將可能在第一和第二光學透鏡級4、3脫模之後使用這些間隔物13、14，以在光學聚光器的組裝步驟期間確保該第一和第二光學透鏡級4、3之間有適合的分開距離，如圖1所示。特別而言，黏著劑(舉例而言為聚矽氧彈性體黏著劑)可以在脫模之後用於將間隔物13、14固定於光伏基板2和透明壁11。
有利而言，以材料100來填充模具6的步驟特別使得該步驟填充上述打算形成第一和第二光學級4、3之透鏡的腔穴。結果，第二光學透鏡級3的形成則伴隨產生該光伏電池5的包封，因此當凝固和特別注射或澆鑄的材料100將第二光學透鏡級3固定於光伏基板2時，保護電池免於灰塵和溼氣。
根據一改善例，以材料100來填充模具6的步驟包含導引材料100(其特別是被注射或澆鑄)的步驟，使得材料100(其特別是被注射或澆鑄)填充每個第一腔穴10和每個第二腔穴8。特別而言，導引步驟包含使用： 流動通道15的網路(圖4和5)，其形成於模具6的第二面7中以流通該材料100(其特別是被注射或澆鑄)的流動，以便填充每個第二腔穴8；以及/或者至少一通道16，其形成於模具6的第一面9(圖3和4)並且連接某一第一腔穴10。通道15的網路特別允許第二腔穴8彼此連接，如此以當光伏基板2添加到模具6時填充第二腔穴。關於第一腔穴10，它們較佳而言是直接連通的，因此當透明壁11添加到模具6時，自然發生從一腔穴10導引到另一腔穴10，特別是藉由連通管效應。
對於促進脫模而有利來說，模具6的通道乃製備有模斜度。
根據一範例，當光伏基板2和透明壁11已經添加到模具6時，材料100可以注射或澆鑄到對應的腔室17裡(圖2)，其經由使用上述的通道15、16來分布材料，該等通道則連通於該腔室17。根據這特殊範例，腔室17可以放置在模具6的一側上，並且由前述間隔物13、透明壁11、光伏基板2所至少部分的限定。
根據前述一具體態樣，光伏電池5可以藉由形成在帶有該光伏電池5的光伏基板2之表面上的電連接元件(特別是連線，其舉例而言可以是銅做的)而彼此電連接。在這情形下，模具6可以包含連接第二腔穴8的通道(則它可以是上述通道15之網路的議題)，使得材料100(其特別是被注射或澆鑄)填充該等通道和第二腔穴8。結果，在固定於光伏基板2的材料100固化之後，材料包封電連接元件和光伏電池二者。換言之，導引材料100(其特別是被注射或澆鑄)的步驟可以允許以材料100來填充通道15的網路；結果，允許電連接元件(以及特別是腔穴8)在該材料100固化之後被該材料100所包封(因此確保對灰塵和溼氣的防護)。模具6因此可以說是 包含該等通道15的網路，該網路建構成致使填充它則造成電連接光伏基板2之光伏電池5的電連接元件被包封。清楚的是在這情形下，當光伏基板2添加到模具6時，電連接元件放置於通道15之網路的通道中。
根據一實施例，方法包含移除該模具6的步驟，其包含相對於形成在(特別是固定於)透明壁11上的第一光學透鏡級4來脫離形成在(特別是固定於)光伏基板2上的第二光學透鏡級3。移除該模具6的步驟後面接著是組裝第一光學透鏡級4和第二光學透鏡級3的步驟，如此以形成光學結構1。清楚的是移除步驟是在材料100(其特別是被注射或澆鑄)已經凝固之後，較佳而言當每個第二腔穴8和每個第一腔穴10(以及如果還有上述相關的通道或通道網路的話)做了填充之後才進行。
從上面將了解組裝步驟較佳而言將需要實質的精確度，以便優化第一光學透鏡級4之光學透鏡相對於第二光學透鏡級3的焦點位置，因而優化在光伏電池5上的集中。在這方面，製造方法可以包含相對於透明壁11來定位光伏基板2的步驟，其在固化材料100(其特別是被注射或澆鑄)之前進行(並且特別是在模具已經填充了材料100之前)，以便在該模具6脫模之後允許以對應於固定於光伏基板2的第二光學透鏡級3相對於固定於該透明壁11的第一光學透鏡級4之該定位的對齊來實施組裝步驟。這定位步驟可以特別使用以下全部或某些元件：前述該等定位元件、前述的間隔物。此外，這定位步驟可以使用外部零件作為模板，例如形成直角的零件，其在脫模之後的光學聚光器/光伏電池組裝期間將再度使用。這外部零件可以包含兩個連接在一起的平面以形成固定的方形而接觸基板的直角和透明壁的直角。替代而言，外部零件可以包含與基板2和透明壁11交互 作用的點，以便允許達成對應於前述組裝組態的明確位置。
根據本發明所述之光學結構1的架構可以特別允許低、中或高集中程度。低程度乃視為允許每平方公分0.1瓦的標準太陽能照射值乘以2到100倍。中程度乃視為允許每平方公分0.1瓦的標準太陽能照射值乘以100到300倍。高程度乃視為允許每平方公分0.1瓦的標準太陽能照射值乘以300到1000倍。
有利而言，每個透鏡的光學孔洞乃最小化(「最小化」(minimized)意謂每個透鏡的光學孔洞範圍可以從幾毫米到幾公分)，如此以使光伏電池由於集中所造成而要逸散的熱量達到最小(在3公分乘以3公分之主要透鏡的情形下，最大熱量則可以是1瓦)。這特別有可能避免必須在光伏基板底下安裝熱槽，因而減少成本。
一般而言，模具6的製造可以涉及零件的精確車削，舉例而言為鋁塊(特別是7075鋁)做的零件。將進行車削以便形成上述多個第一和第二腔穴10和8、前述可選用的通道15和16、前述可選用的定位元件。
腔穴8、10和/或通道15、16可以使用鑽石車削技術來車削。
清楚的是模具將以具有平滑表面的方式來製造以便促進脫模。舉例來說，在覆蓋不黏層之前，7075鋁的鑽石車削允許獲得小於5奈米的粗糙度，該不黏層舉例而言例如是鎳、氮化硼和鎳、聚四氟乙烯(PTFE)鎳、或全氟癸基三氯矽烷(FDTS)做的一層。
根據一變化例，模具也可以做在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上；這變化例的優點是當材料100是PDMS時減少凝固材料100的附著。
適用以上所有而言，材料100可以基於聚矽氧。特別而言，材料100是聚二甲矽氧烷(PDMS)。材料100可以藉由在槽中混合聚矽氧彈性體的兩個成分A和B而獲得；在填充模具之前則對該槽施加真空以從材料100移除氣泡，以便避免氣泡出現在光學透鏡中。PDMS所具有的優點在於：在高溫(超過260℃)是穩定的、具有極好的光輻射穿透度、對於紫外光所引起的劣化具有良好的抵抗性。
模具6可以特別以材料100(特別是PDMS)來填充(填充步驟)，該材料放置在靜液壓下而允許經由連通容器來達成鑄造。此外，材料100可以在包含於25℃和60℃之間的溫度下凝固(二成分的聚矽氧彈性體是可冷硬化的和/或在約40℃到60℃的低溫硬化)。
光伏基板2和/或透明壁11較佳而言在它們添加到模具6之前將是已經做過促進材料100附著的處理，如果材料是PDMS的話特別是在其聚合期間的附著。這處理可以特別是相同於上面關於光伏基板2所述者，並且替代而言，它可以是沉積適合PDMS和結合表面之底塗物的議題(舉例而言例如Wacker Primer G 790®的產品)。Wacker Primer G 790®可以用每平方公尺50公克的重量/面積比例來塗佈，接著是在25℃的周遭溫度和40%的溼度下蒸發一到二小時的時間。
根據一特殊範例，材料100是Wacker Elastosil RT 601®，其藉由聚矽氧來使用而以成分A：B為9：1的重量比例來混合成分A和B。Dow Corning Sylgard 184®也可以用於成分A：B為10：1的重量比例。
前述產品更一般而言是透明的聚矽氧彈性體(PDMS)，其由兩種成分所組成，並且是冷硬化(cold-vulcanising，CVE)或在40℃和60℃之 間所包含的溫度下是可硬化的。至少而言，凝固的材料100必須在300奈米到1800奈米的光譜範圍中是透明的，並且能抵抗集中的紫外光輻射。
一般而言，無論所用的材料100為何，它較佳而言在填充模具6時具有3.5帕˙秒的低黏滯度，如此以允許適當的填充模具6的腔穴。
根據製造方法的一實施例，模具6(特別是光伏基板2和透明壁11)是在以材料100來填充模具6的步驟中冷卻，如此以延遲其聚合，以便確保適當的填充模具6，尤其確保形成材料100之混合物的除氣。這是特別必需的，如果經由通道來填充所有的腔穴不如其聚合來得快的話(特別是當它是PDMS的議題時)。
根據一改善例，在已經填充模具6之後，材料100在對應於備有光學結構1的光伏基板2之所要操作溫度的溫度下凝固，其目標在於減少由於透鏡、光伏基板2、透明壁11之多樣材料的熱膨脹係數不匹配所造成的光學損失。
此種光學聚光器1有可能製造低成本的聚光器光伏模組、要安裝在屋頂上之適合重量的光伏模組而不須強化該等屋頂的結構、或者甚至是高壓光伏模組。
此外，鑒於減少光伏電池5在曝曬下之操作期間的溫度增加，上述方法允許製造在1公分和幾公分之間的小厚度的光學聚光器1，如此以增加光學透鏡之孔洞在溫度逸散方面的角色(如果厚度小，則透明壁11將能夠有助於熱逸散)。
因為使用例如所述的光學聚光器1，所以每個光伏電池5可以產生低電流(對於每邊高達3公分的主要透鏡尺寸而言低於200毫安培)， 而允許使用小截面的電連線(對於最大電流而言直徑小於300微米)，如此以減少製造成本。
有可能使用具有電池(特別是低成本電池)的光伏基板而沒有光學聚光器，並且這基板也可以整合與光學結構1交互作用的電池5，使得光的直接部分(太陽能碟)在集中之後與備有光學聚光器的光伏電池交互作用，並且使得散射的光與沒有光學聚光器的電池交互作用。這則有可能使電力生產達到最大，即使在允許模組指向於太陽方向之追蹤器失效的情況下亦然。此外，主要透鏡的尺寸迷你化則有可能確保未備有光學聚光器之基板的光伏電池在集中的光未對齊的情形下不劣化。
根據製造方法的另一實施方法，模具可以替代而言由形成部分模具的兩片所關閉，因而不是光伏基板和透明壁。於此種實施方法，光伏基板則放置在相對於藉由模製所固定或獲得之光學結構的位置。舉例而言，光學結構固定在基板上。
本發明也關於模具，例如上述用以製造光伏聚光器的模具，特別是所述的製造方法背景下。
使用備有此種光學結構的光伏基板允許增加光伏電池的數目，以便增加光伏聚光器所產生的輸出電壓。
1‧‧‧光學結構
2‧‧‧光伏基板
3‧‧‧第二光學透鏡級
4‧‧‧第一光學透鏡級
5‧‧‧光伏電池
6‧‧‧模具
7‧‧‧第二面
8‧‧‧第二腔穴
9‧‧‧第一面
10‧‧‧第一腔穴
11‧‧‧透明壁
13、14‧‧‧間隔物
17‧‧‧腔室
100‧‧‧材料

Claims (15)

  1. 一種製造光伏聚光器的方法，該光伏聚光器包含：光伏基板(2)，其備有多個光伏電池(5)；以及光學結構(1)，其包含打算彼此光學交互作用的第一光學透鏡級(4)和第二光學透鏡級(3)；其中該方法包含以下步驟：提供模具(6)；以及使用所提供的該模具(6)，並且實施以材料(100)來填充該模具(6)的步驟，特別是藉由注射或澆鑄該材料(100)來填充，而同時形成該第一光學透鏡級(4)和該第二光學透鏡級(3)。
  2. 根據申請專利範圍前一項的方法，其中提供該模具(6)的該步驟乃使得所提供的該模具(6)包含：第一面(9)，其備有多個第一腔穴(10)，每個第一腔穴所限定的形狀互補於該第一光學透鏡級(4)之對應光學透鏡的形狀；以及第二面(7)，其備有多個第二腔穴(8)，每個第二腔穴所限定的形狀互補於該第二光學透鏡級(3)之對應光學透鏡的形狀。
  3. 根據申請專利範圍前一項的方法，其中該方法包含以下在該填充步驟之前所實施的步驟：添加該光伏基板(2)到該模具(6)的該第二面(7)，使得每個光伏電池(5)放置於對應的第二腔穴(8)中；以及添加透明壁(11)到該模具(6)的該第一面(9)。
  4. 根據申請專利範圍第2項和前面申請專利範圍任一項的方法，其中該填充步驟包含導引該材料(100)的步驟，使得該材料(100)填充該等第一腔穴(10)的每一者和該等第二腔穴(8)的每一者。
  5. 根據申請專利範圍第3和4項的方法，其中該導引步驟包含使用流 動通道(15)的網路，其形成於該模具(6)的該第二面(7)中以導通該材料(100)的流動，以便填充該等第二腔穴(8)的每一者。
  6. 根據申請專利範圍前一項的方法，其中該等光伏電池(5)藉由形成在帶有該等光伏電池(5)的該光伏基板(2)之表面上的電連接元件而彼此電連接，該導引步驟則允許以該材料(100)來填充該等通道(15)的網路，結果允許該電連接元件在該材料(100)固化之後由該材料(100)所包封。
  7. 根據前面申請專利範圍任一項的方法，其中該方法包含移除該模具(6)的步驟，其包含相對於所形成的該第二光學透鏡級(3)而脫離所形成的該第一光學透鏡級(4)，移除該模具(6)的該步驟後面接著是組裝該第一光學透鏡級(4)和該第二光學透鏡級(3)的步驟。
  8. 根據申請專利範圍前一項和第2項的方法，其中該方法包含相對於該透明壁(11)而定位該光伏基板(2)的步驟，其在固化該材料(100)之前進行，以便允許在該模具(6)脫模之後，以對應於固定於該光伏基板(2)的該第二光學透鏡級(3)相對於固定於該透明壁(11)的該第一光學透鏡級(4)之該定位的對齊來實施該組裝步驟。
  9. 根據前面申請專利範圍任一項的方法，其中用於該填充步驟的該材料(100)是透明的聚合物，其能夠藉由鑄造或射出成形而塑形，並且特別是在鑄造或射出成形之後可固化的聚合物。
  10. 根據申請專利範圍前一項的方法，其中該填充步驟是藉由將該材料(100)澆鑄到該模具(6)裡而進行，該材料(100)是聚二甲矽氧烷(PDMS)；或者其中該填充步驟是藉由將該材料(100)注射到該模具(6)裡而進行，該材料(100)是聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
  11. 一種用以製造光伏聚光器之光學結構(1)的模具，該光學結構(1)包含打算彼此光學交互作用的第一光學透鏡級(4)和第二光學透鏡級(3)，該模具(6)包含：第一面(9)，其備有多個第一腔穴(10)，每個第一腔穴所限定的形狀互補於該第一光學透鏡級(4)之對應光學透鏡的形狀；以及第二面(7)，其備有多個第二腔穴(8)，每個第二腔穴所限定的形狀互補於該第二光學透鏡級(3)之對應光學透鏡的形狀。
  12. 根據申請專利範圍前一項的模具，其中該模具包含通道(15)的網路，其形成於該第二面(7)中並且打算允許填充該等第二腔穴(8)，該等通道(15)的網路乃建構成致使填充它則導致包封了電連接該光伏聚光器的光伏基板(2)之光伏電池(5)的電連接元件。
  13. 一種光學聚光器，其包含光學結構(1)，該光學結構包含打算彼此光學交互作用的第一光學透鏡級(4)和第二光學透鏡級(3)，該光學結構乃整合結構或為單一物體。
  14. 一種光伏聚光器，其包含：光伏基板(2)，其備有多個光伏電池(5)；以及光學結構(1)，其包含打算彼此光學交互作用的第一光學透鏡級(4)和第二光學透鏡級(3)；該光學結構乃整合結構或為單一物體。
  15. 一種光伏聚光器，其藉由實施根據申請專利範圍第1到10項中的一項製造方法而獲得。
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