分光譜電池

背景

太陽能電池中的光學設計-使光線進入工作層① 寬頻抗反射層；②光線捕獲（電池表面或背面的絨面結構）。比較好的能隨意粗糙的背表面（a Lambertian surface）可將入射光線以任意的角度反射出去。包含分布布拉格反射光柵的光子晶體，使入射光線幾乎全部被吸收。

太陽能聚光系統中，通過採用光譜分光技術，使用一個或多個光子接收器可以提高能源利用率和更高的光電轉換效率。這種技術是在1960年提出的，在熱光伏轉換中得到了研究，而在光伏聚光設備中使用具有不同能帶隙材料的太陽能電池的這種技術，早在1955年就提出來了。

光電轉換具有高度的波長依賴性，當光子的能量接近於光伏電池的能帶隙時，具有最高的能量轉換效率。能量低於光伏電池帶隙能量的光子將穿過電池光電轉換區域而不被吸收，並最終作為熱量在電池的其他地方散失掉。

通過將不同的太陽光譜照射到能匹配該譜帶吸收能量的不同的太陽能電池上，可以實現高的光電轉換效率。從理論上講，85%的效率是可以實現的。

提高光伏系統光電轉換效率可以通過以下的方法來實現：

①把太陽光譜照射到更能有效地進行光電轉換的太陽能電池上，如熱光伏和冷光聚光系統;

②將具有不同能帶隙的太陽能半導體材料連續地堆疊或平行布置以吸收更大範圍的太陽光譜；

③將太陽光譜分束，同時進行光電轉換和光熱轉換過程，有效地將高溫光熱轉換與高校光電轉換結合起來。

聚光倍率增加的同時潛在地增加了太陽能電池的溫度，解決的辦法：a增加冷卻裝置； b利用光譜分束，將部分太陽光譜直接照射到光伏電池上，這將大大降低電池的熱負載。

1、結構

新型的橫向光學聚焦系統，該系統將太陽入射光分成高、中、低三個不同的能量束，分別照射到不同的半導體材料上。該聚焦系統包含一個靜止的寬接收角光學系統，可以捕獲大量的光能而不需要複雜的跟蹤裝置，體積大大減小，可用於便攜設備。

橫向太陽能電池結構通過讓各個太陽能電池在各自的光譜帶上得到最佳化，增加了多結太陽能電池材料的選擇範圍，避免了晶格和電流匹配的限制。此外，由於設備不必連續的連線，光譜失配的損失減少，也避免了對隧道結的需求，減小了載流子的複合。

帶有分光光學元件的橫向太陽能電池結構與靜止的聚光器相結合將太陽光分成幾個波段，使得每一個設備在相應的波段上達到最優解。

2、光學設計

光學設計中應該考慮的主要問題：

①低成本；

②在寬的光譜範圍內具有高的光電轉換效率；

③能夠利用雜散光的寬的接收角。

3、低倍聚光

① 提高了太陽能電池上的功率密度，設備簡單，不需要跟蹤裝置，可製成平板結構來吸收大範圍的太陽光。