太阳能电池中高效分色聚焦光学元件的设计和制作
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- 论文作者：林冬风 ; 叶佳声 ; 全保刚 ; 许信 ; 王进泽 ; 黄庆礼 ; 张秋琳 ; 张东香 ; 李冬梅 ; 张岩 ; 孟庆波 ; 杨国桢
- 年：2017
- 作者机构：中国科学院物理研究所;首都师范大学物理系;
- 论文关键词：分色聚焦衍射光学元件 ; 微纳制作 ; 并联太阳能电池
- 会议召开时间：2017-05-27
- 会议录名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集
- 英文会议录名称：Abstract Book of the 4th Conference on New Generation Solar Cells
- 语种：中文
- 分类号：TM914.4
- 学会代码：ZKYQ
- 会议名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会
- 会议地点：中国北京
- 主办单位：中国可再生能源学会光化学专业委员会
- 学会名称：中国科学院物理研究所清洁能源实验室
- 页数：1
- 文件大小：786k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
太阳能电池的广泛应用目前面临着两个瓶颈:高效率和低成本。为突破这两大瓶颈,需要对太阳光进行分色和聚焦。在以往文献中,为实现分色功能,通常将不同半导体材料根据带隙由大到小的顺序自上往下排列(串联),或者采用二相色镜将太阳光分成长波和短波两个波段(并联)。以往方案的共同缺点是:成本很高且加工困难。我们提出了一种全新的解决方案,即通过设计单一衍射光学元件(DOE),同时实现对太阳光的分色和聚焦功能,如图1所示。在理论上,提出了厚度优化算法[1,2],并将其与杨-顾算法相结合,实现了任意厚度范围内衍射光学元件的设计[2]。在400-700nm可见光波段,采用450,550,650nm三个设计波长,设计得衍射光学元件,理论聚焦效率为82.20%;在400-900nm波段设计得元件效率为73.68%。在实验上,我们发展了一套在石英基片上多次套刻、深度刻蚀的成熟工艺,制备了多个高性能的分色聚焦衍射光学元件,实验测得上述两个元件的平均光光转化效率分别为60.1%和58.0%.[4]最后,搭建了模拟太阳光光电性能测试平台,用于表征分色聚焦太阳能电池系统的光电性能。电池系统选用染料敏化太阳能电池和砷化镓太阳能电池组合,在有无衍射光学元件两种情况下,分别测量了电池的光电转化效率。测量结果表明,通过在太阳能电池系统中加入衍射光学元件,电池的光电转化效率提高了20%以上。通过分色聚焦衍射光学元件的设计和制作,应用于太阳能电池中,从而突破太阳能电池广泛应用的两个瓶颈,为太阳能的广泛利用提供一种高效和廉价的途径。
引文
[1]J.S.Ye,et al.Chin.Phys.B,Vol.22,034201(2013).
[2]J.Z.Wang,Q.B.Meng,G.Z.Yang,et al.Chinese Physics B 23,044211(2014).
[3]G.Z.Yang,et al.Diffractive optical element,design method and application in solar cell thereof,Patent,Application No.:PCT/CN2012/084346.
[4]D.F.Lin,Q.B.Meng&G.zhen Yang,et al.Chinese Physics Letters,33(9),094207(2016).
[2]J.Z.Wang,Q.B.Meng,G.Z.Yang,et al.Chinese Physics B 23,044211(2014).
[3]G.Z.Yang,et al.Diffractive optical element,design method and application in solar cell thereof,Patent,Application No.:PCT/CN2012/084346.
[4]D.F.Lin,Q.B.Meng&G.zhen Yang,et al.Chinese Physics Letters,33(9),094207(2016).