CN102044585B

CN102044585B - 使用iii-v族半导体太阳能电池的聚光式光伏***模块

Info

Publication number: CN102044585B
Application number: CN201010259060.7A
Authority: CN
Inventors: 苏尼尔·瓦伊德; 米哈伊尔·卡茨; 加里·赫林; 菲利普·布卢门菲尔德; 达明·布伊; 约翰·纳吉瓦里; 詹姆斯·福雷西; 彼得·艾伦·扎瓦兹基
Original assignee: Emcore Solar Power Inc
Current assignee: Solaero Solar Power Inc
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-08-19
Also published as: ES2400634A1; ES2400634B2; CN102044585A; ITMI20101392A1; IT1401481B1

Abstract

本发明揭示一种供在聚光光伏***中使用的太阳能电池模块，其包括：外壳，其具有第一侧及相对的间隔开的第二侧；多个透镜，其位于所述外壳的所述第一侧上；及多个太阳能电池接收器，其位于所述外壳的所述第二侧上，所述多个太阳能电池接收器中的每一者安置于所述多个透镜中的一者的光学路径中。所述接收器中的每一者包括：至少一个光学元件，其定位于III-V族化合物半导体多结太阳能电池上方；旁路二极管，其与所述太阳能电池并联耦合；及散热器，其定位于所述太阳能电池下方且热耦合到所述太阳能电池。

Description

使用III-V族半导体太阳能电池的聚光式光伏***模块

背景技术

太阳能电池用于将太阳能或辐射能转换为电。历史上，太阳能电力(在太空与陆地两者中)一直主要由硅太阳能电池提供。然而，在过去几年中，对高效III-V族化合物半导体多结太阳能电池的大量制造已使得人们考虑能够将此替代技术用于陆地发电。与Si相比，III-V族化合物半导体多结电池通常更能抵抗辐射且具有更大的能量转换效率，但其往往花费更多。当前一些III-V族化合物半导体电池具有超过27％的能量效率，而硅技术通常仅达到约17％的效率。在聚光下，一些当前III-V族化合物半导体多结电池具有超过37％的能量效率。当对非常高的电力或较小的太阳能阵列的需要在太空船或其它太阳能***中极为重要时，那么化合物半导体多结电池经常替代以Si为主的电池或与以Si为主的电池混合组合使用，以减小阵列大小。

一般来说，化合物半导体多结电池具有p上n(n-on-p)极性且由InGaP/(In)GaAs/Ge化合物构成。III-V族化合物半导体多结太阳能电池层可经由金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长在Ge衬底上。作为用于陆地应用的太阳能电池***，其具有通常在数百伏的范围中的电压输出，且其电流输出在几十安的范围中。在这些输出功率电平下，如果太阳能电池端子不受到保护，那么往往发生火花形式的不可控制的放电，且此可导致对天阳能电池且导致对整个***的损坏。

发明内容

本申请案针对用以将光转换为电的太阳能电池模块。所述模块可包括具有第一侧及相对的间隔开的第二侧的外壳。多个透镜可定位于所述外壳的所述第一侧上，且多个太阳能电池接收器可定位于所述外壳的所述第二侧上。所述多个太阳能电池接收器中的每一者可包括III-V族化合物半导体多结太阳能电池。每一者还可包括与所述太阳能电池耦合的旁路二极管。至少一个光学元件可定位于所述太阳能电池上方以将来自所述透镜中的一者的光引导到所述太阳能电池上。所述太阳能电池接收器中的每一者可安置于所述透镜中的一者的光学路径中。所述透镜及所述至少一个光学元件可以500或更大的倍数将光聚光到相应的太阳能电池上以使得所述太阳能电池在全照射的情况下产生超过25瓦的峰值DC电力。

附图说明

图1是太阳能电池模块的实施方案的透视图。

图2是辅助光学元件的实施方案的透视图。

图3是太阳能电池接收器的实施方案的部分分解透视图。

图4是更详细地图解说明图3的太阳能电池及金属化陶瓷衬底的部分分解透视图。

图5是所述太阳能电池、所述金属化陶瓷衬底及散热器沿图3的线X-X′的横截面图。

具体实施方式

图1图解说明太阳能电池模块200的实施方案，太阳能电池模块200包含透镜210及对应太阳能电池接收器300的阵列。透镜210中的每一者与所述太阳能电池接收器300中的一者对准。太阳能电池模块200可包括各种数目的透镜210及太阳能电池接收器300。图1包括具有在3x5阵列中对准的十五个透镜210及太阳能电池接收器300的模块200。

透镜210形成于光学材料(例如，丙烯酸)的连续薄片211上。在一些实施方案中，薄片211中不形成到透镜210中的区制作成部分不透明或完全不透明的。通过由连续薄片211形成透镜210，可显著降低成本。首先，通过在大薄片上生产透镜210，可降低生产成本。其次，由于仅需要将一个项(即，透镜的薄片211)与太阳能电池接收器300对准，因此降低组装成本。在此实施方案中，薄片211位于外壳220的对准框架221顶上。

一个或一个以上通风开口228可定位于外壳220中。开口228可经定位以促进穿过外壳220的空气流动。在一个实施例中，开口228定位于外壳220的侧壁中且在透镜210下方约3″处。开口228的大小可变化。在一个实施例中，每一开口具有圆形形状，其具有约1″的直径。盖229可跨越开口228延伸且充当过滤器以防止将湿气及碎片引入到外壳220中。盖229可由各种材料构造，包括但不限于GORETEX、尼龙及聚偏二乙烯。

框架221可包括多个框架对准元件，例如孔。所述对准元件可带有螺纹或以其它方式来适于接纳扣件。薄片211可包括薄片对准元件，例如销、螺栓或其它硬件，其与所述框架对准元件对准并耦合。所述框架对准元件及所述薄片对准元件经定位以便通过将所述薄片对准元件与所述框架对准元件耦合，透镜210中的每一者与对应太阳能电池接收器300对准。所述对准元件通常定位于由透镜210中的四个透镜所界定的中心点中。在一个实施例中，对准元件定位于由透镜210a、210b、210c及210d所界定的中心点中。另一对准元件可定位于由四个其它透镜210所界定的中心点中。将所述对准元件定位于由四个透镜所界定的中心点中的此图案可沿整个薄片211继续。

在一些实施方案中，外壳220的表面222包含确保太阳能电池接收器300中的每一者定位于预定位置中的对准特征。这些特征可与太阳能电池接收器300中的每一者耦合。

在一些实施方案中，透镜210中的每一者为玻璃菲涅尔(Fresnel)透镜，在商业上可从各种制造商购得。对应太阳能电池接收器300在外壳220的相对端处定位于表面222上。太阳能电池接收器300中的每一者包括安置于对应透镜210的光学路径中的对应太阳能电池310，即，以使得对应太阳能电池310接收穿过对应透镜210的光。在一些实施方案中，采用额外光学元件来将太阳能电池置于透镜的光学路径中。举例来说，辅助光学元件400与每一对太阳能电池接收器300及透镜210对应。辅助光学元件400从透镜210收集光且将所述光引导到太阳能电池接收器300的太阳能电池310中。在一些实施方案中，太阳能电池接收器300中的每一者具备对应辅助光学元件400。

另一光学元件包括定位于太阳能电池接收器300及透镜210对中的每一者之间的聚光器450。所述聚光器将光聚光到太阳能电池310上。所述聚光器是可由各种不同制造商按规范制作的光学组件。

虽然一些菲涅尔透镜可比一些凸透镜聚光更多的日光，但各实施方案可使用聚光入射日光的任何类型的透镜210。举例来说，透镜210中的任一者可采用两面凸透镜、平凸透镜或凸凹透镜的形式。透镜210也可包含多层抗反射涂层。在模块200中，透镜210中的每一者可相同，或模块200可包括两个或两个以上不同透镜210。

可基于透镜210的焦距来选择在包含透镜210的薄片211与对应太阳能电池接收器300的太阳能电池310之间测量的距离X。在一些实施方案中，外壳220经布置以使得每一相应太阳能电池接收器300的太阳能电池310安置于相应透镜210的焦点处或周围。在一些实施方案中，透镜210中的每一者的焦距在约25.4cm(10英寸)与76.2cm(30英寸)之间。在一些实施方案中，每一透镜210的焦距在约38.1cm(15英寸)与50.8cm(20英寸)之间。在一些实施方案中，每一透镜210的焦距为约40.085cm(17.75英寸)。在一些实施方案中，每一透镜210的焦距变化，且外壳220提供薄片211与表面222之间的多个不同距离(例如，大于及/或小于距离X的那些距离)。

外壳220及透镜薄片211可形成保护太阳能电池接收器300免受环境的封闭内部空间。

透镜210的一些实施方案将入射日光聚光到正常聚光的1000倍(即，1000个太阳聚光)或以上。其它实施方案可包括其它聚光。一般来说，太阳能转换为电的转换效率在聚光照射下增加。举例来说，在约1000个太阳聚光下，单个太阳能电池接收器可产生25瓦或更多的电力。在另一实例中，在约470个或更多个太阳聚光下，单个太阳能电池模块可产生14瓦或更多的电力。一模块可产生的电力的量可不同，这取决于(举例来说)太阳能电池特性(例如，大小、组成)与相关联光学装置的性质(例如，聚光、会聚、对准)的组合。

在一些实施方案中，相应太阳能电池接收器300中的每一者的太阳能电池310为三结III-V族太阳能电池，其中所述三个子电池中的每一者串联布置。在采用多个太阳能电池模块200的应用中，太阳能电池模块200的接收器210通常串联地电连接在一起。然而，其它应用可利用并联或串并联连接。举例来说，给定模块200内的接收器300可串联地电连接在一起，而模块200并联地彼此连接。

如先前所解释，辅助光学元件(“SOE”)400可定位于透镜210与对应太阳能电池310之间。SOE的实施方案图解说明于图2中。SOE 400安置于太阳能电池模块200的外壳220内部且通常经设计以收集由对应透镜210中的一者所聚光的太阳能。在一些实施方案中，太阳能电池接收器300中的每一者具有相应的SOE 400。其它模块200可包括少于每一太阳能电池接收器300包括一SOE 400。

SOE 400包含具有光学入口402及光学出口403、本体404及安装突出部405的光学元件401。SOE 400经安装以使得光学元件401安置于对应太阳能电池接收器300的太阳能电池310上方。虽然其可视实施方案而变化，但SOE 400经安装以使得光学出口403距离太阳能电池310约0.5毫米(例如，尺寸406为约0.5毫米)。在一些实施方案中，安装突出部405耦合到外壳220的面222。SOE 400可由金属、塑料或玻璃或其它材料制成。

在一些实施方案中，光学元件401具有从入口402到出口403逐渐变细的方形横截面。光学元件的内部表面407朝向出口403向下反射光。在一些实施方案中，内部表面407涂敷有银或其它材料以获得高反射率。在一些情况下，反射涂层由例如SiO₂等钝化涂层保护以防止氧化、生锈或腐蚀。从光学入口402到光学出口403的路径形成锥形光学通道，所述光学通道从对应透镜210捕捉太阳能且将其引导到对应太阳能电池310。如此实施方案中所示，SOE 400包含具有四个反射壁的光学元件401。在其它实施方案中，可采用不同的形状(例如，形成三角形横截面的三侧形状)。

在理想条件下，与SOE 400相关联的对应透镜210将光直接会聚到太阳能电池310而不存在光碰撞SOE 400。在多数情形中，透镜210不将光直接会聚于太阳能电池310上。此可由于各种原因而发生，包括但不限于折射透镜设计的色差、构造期间太阳能电池310相对于透镜210的不对准、由于***错误而导致的操作期间的不对准、结构挠曲及风荷载。因此，在多数条件下，透镜210会聚光，使得所述光反射离开SOE 400。理想设置与不对准设置之间的差异可以是透镜210定位中小于1°的较小变化。因此，SOE 400充当光溢散捕捉器以在对应透镜210不将光直接会聚于太阳能电池310上时的情形中致使所述光中的更多光到达太阳能电池310。SOE 400可包括反射多层中间区，例如2009年3月12日提出申请的序列号为12/402,814的美国专利申请案(其内容以全文引用的方式并入本文中)中所揭示的种类。

所述反射多层中间区可由不同材料形成且具有不同光学特性，使得离开SOE 400且被传输到太阳能电池310的光束的反射率优化太阳能电池310的表面上的聚合辐照度胜过入射太阳能光谱。举例来说，在一些实施方案中，内表面407可涂敷有银或其它材料以获得高反射率。在一些情况下，反射涂层由例如SiO₂等钝化涂层保护以保护SOE 400免受氧化、生锈或腐蚀。SOE 400也可使光均匀(例如，混合)。在一些情况下，其还具有某一聚光效应。

在一些实施方案中，光学入口402为方形形状且为约49.60mm×49.60mm(尺寸408)，且光学出口为方形形状且为约9.9mm×9.9mm(尺寸409)，且光学元件的高度为约70.104mm(尺寸410)。尺寸408、409及410可随太阳能电池模块200及太阳能电池接收器300的设计而变化。举例来说，在一些实施方案中，光学出口403的尺寸与太阳能电池310的尺寸大约相同。对于具有这些尺寸的SOE 400来说，半倾斜角度为15.8度。

太阳能电池310中的每一者可以是三结III-V族化合物半导体太阳能电池，其包含以电串联方式布置的顶部电池、中间电池及底部电池。在另一实施例中，太阳能电池310为具有p上n极性且由安置于Ge衬底上的InGaP顶部电池、InGaAs/InGaP中间电池及Ge底部电池构成的太阳能电池。在每一情况下，太阳能电池310经定位以从SOE 400及/或对应透镜210接收所会聚的太阳能。

可在太阳能电池310上安置抗反射涂层。所述抗反射涂层可以是提供某波长范围(例如，0.3到1.8μm)内的低反射比的多层抗反射涂层。抗反射涂层的实例是双层TiO_x/Al₂O₃电介质堆叠。

如图3中所图解说明，SOE 400的突出部405可经配置以经由一个或一个以上扣件231将SOE 400附接到托架230。托架230经提供以经由一个或一个以上扣件232将SOE 400安装到散热器350。托架230导热，以便可将操作期间由SOE 400产生的热能转移到散热器350并消散。

在图3及4中所示的一个实施例中，聚光器450安置于SOE 400的出口403与太阳能电池310之间。聚光器450优选地为玻璃且具有光学入口451及光学出口452。在一个实施例中，聚光器450为实心玻璃。聚光器450增强从SOE 400退出的光且朝向太阳能电池310引导所述经增强的光。在一些实施方案中，聚光器450具有从入口451向出口452逐渐变细的大体方形横截面。在一些实施方案中，聚光器450的光学入口451为方形形状且为约2cmx2cm且光学出口452为约0.9cmx0.9cm。聚光器450的尺寸可随太阳能电池模块200及太阳能电池接收器300的设计而变化。举例来说，在一些实施方案中，光学出口452的尺寸与太阳能电池310的尺寸大约相同。在一个实施例中，聚光器450为2X聚光器。聚光器450的底部表面可使用粘合剂(例如，硅酮粘合剂)直接附接到太阳能电池310的上部表面。太阳能电池310通过光伏效应将传入日光直接转换成电。

在如图1及3中所图解说明的一些实施例中，SOE 400及聚光器450两者沿对应透镜210与太阳能电池310之间的光学路径定位。其它实施例可包括定位所述光学路径的这些光学元件中的仅一者。其它实施例可不包括沿所述光学路径的这些元件中的任一者。在模块200内，透镜210/太阳能电池310对中的每一者可包括用于引导光的元件的相同或不同组合。

如图3及4中所图解说明，旁路二极管360与太阳能电池310并联连接。在一些实施方案中，二极管360为半导体装置，例如肖特基(Schottky)旁路二极管或外延生长的p-n结。出于图解说明的目的，旁路二极管360为肖特基旁路二极管。提供外部连接端子361及362以用于将太阳能电池310及二极管360连接到其它装置，例如邻近太阳能电池接收器(未图解说明)。

通过考虑串联连接的多个太阳能电池310可了解旁路二极管360的功能性。可将每一太阳能电池310设想为蓄电池，其中二极管360中的每一者的阴极连接到相关联“蓄电池”的正端子且二极管360中的每一者的阳极连接到相关联“蓄电池”的负端子。当串联连接的太阳能电池接收器300中的一者受到损坏或遮蔽时，其电压输出减小或消除(例如，减小到低于与二极管360相关联的阈值电压)。因此，相关联二极管360受到正向偏压，且旁路电流仅流过所述二极管360(而不流过太阳能电池310)。以此方式，未受损或未受遮蔽的太阳能电池接收器300继续从那些太阳能电池所接收的太阳能中发电。如果不是因为旁路二极管360，那么其它太阳能电池接收器所产生的大致所有电都将穿过受遮蔽或受损坏的太阳能电池接收器，从而将其毁坏，并在(例如)所述板或阵列内形成开路。

太阳能电池接收器300还包含用于安装太阳能电池310的陶瓷衬底370(例如氧化铝衬底)及用于消散由太阳能电池310在操作期间产生的热的散热器350。

图4更详细地图解说明太阳能电池310及陶瓷衬底370。陶瓷衬底370具有金属化上部表面及下部表面371及372。陶瓷衬底370的两个表面371及372经金属化以增加陶瓷衬底370的热转移容量，从而使太阳能电池接收器300能够更充分地处置由于太阳能电池操作条件的突然改变而发生的快速温度改变。举例来说，太阳能电池310在将光转换成电时产生热能。使陶瓷衬底370的上部表面及下部表面371及372两者均金属化实现将热能从太阳能电池310较快地转移到散热器350以供消散。当太阳能电池310突然被遮掩时，发生相反状况。也就是说，太阳能电池310停止产生电并与SOE 400一样快速冷却。陶瓷衬底370的金属化上部表面及下部表面371及372通过将热能从散热器350转移到太阳能电池310且(视热状况而定)转移到SOE 400来防止太阳能电池310过快地冷却。太阳能电池接收器300的增加的热转移容量减少了在快速温度改变期间赋予太阳能电池310与陶瓷衬底370之间的界面的应力量，从而确保可靠的太阳能电池到衬底界面。

陶瓷衬底370的金属化上部表面371与太阳能电池310接触且具有分离的导电区375及376以用于提供到太阳能电池310的隔离的导电路径。第一导电区375提供太阳能电池310的阳极电接触点且第二导电区376提供太阳能电池310的阴极电接触点。太阳能电池310具有在图4中看不到但在图5的横截面中可看见的导电下部表面372，导电下部表面372定位于陶瓷衬底370的金属化上部表面371的第一导电区375上且连接到第一导电区375。太阳能电池310的相对上部表面311具有导电接触区域312，导电接触区域312连接到陶瓷衬底370的第二导电区376。

在一个实施例中，太阳能电池310的导电下部表面313形成太阳能电池310的阳极端子，且安置于太阳能电池310的上部表面311处的导电接触区域312形成阴极端子。根据此实施例，太阳能电池310的导电下部表面313定位于陶瓷衬底370的第一导电区375上且与第二导电区376电隔离以确保太阳能电池310的正确操作。在一个实施例中，陶瓷衬底370的第一导电区375在三个侧上由陶瓷衬底370的***区周围的第二导电区376至少部分地环绕。

在一个实施例中，安置于太阳能电池310的上部表面311处的导电接触区域312占据太阳能电池310的周长。在一些实施方案中，上部导电接触区域312可更小或更大以适应所需连接类型。举例来说，上部导电接触区域312可仅触及太阳能电池310的一个、两个或三个侧(或其若干部分)。在一些实施方案中，上部导电接触区域312制作得尽可能小以最大化将太阳能转换成电的面积且同时仍允许电连接。虽然太阳能电池310的特定尺寸将视应用而变化，但标准尺寸为约1cm²。举例来说，一组标准尺寸可为总共约12.58mm×12.58mm、约0.160mm厚且总有效面积为约108mm²。举例来说，在大约12.58mm×12.58mm的太阳能电池310中，上部导电接触区域312可为约0.98mm宽且有效面积可为约10mm×10mm。

太阳能电池310的上部导电接触区域312可由各种导电材料(例如，铜、银及/或涂覆有金的银)形成。在此实施方案中，正是太阳能电池310的n-导电阴极(即，发射极)侧接收光，且因此上部导电接触区域312安置于太阳能电池310的阴极侧上。在一个实施例中，太阳能电池310的上部导电接触区域312经由一个或一个以上接合线365而线接合到陶瓷衬底370的金属化上部表面371的第二导电区376。特定实施方案中所利用接合线365的数目可与太阳能电池310所产生的电流量及其它因素相关。通常，所述电流越大，所使用接合线365的数目越大。

旁路二极管360将陶瓷衬底370的金属化上部表面371的第一导电区375耦合到第二导电区376。在一个实施例中，旁路二极管360的阴极端子经由陶瓷衬底370的第一导电区375连接到太阳能电池310的阳极端子，且旁路二极管360的阳极端子经由陶瓷衬底370的第二导电区376电连接到太阳能电池310的阴极端子。太阳能电池310的阳极端子如上文所描述由太阳能电池310的下部导电表面313形成，且在图4中看不到但在图5的横截面中可看见。太阳能电池310的阴极端子也如上文所描述由太阳能电池310的上部导电接触区域312形成。安置于陶瓷衬底370的金属化上部表面371上的外部连接端子361、362实现装置到太阳能电池310及旁路二极管360的电耦合。在一些实施方案中，连接器端子361及362对应于阳极及阴极端子，且经设计以接纳用于连接到邻近太阳能电池接收器的插座插头(未显示)。

可通过将金属化层375及376附接到陶瓷衬底370来金属化所述衬底的上部表面371。在一个实施例中，在金属化层375、376中形成孔377。图4显示陶瓷衬底370具有附接到上部衬底部表面371(下部金属化表面在图4中看不到，但在图5的横截面中可看见)的两个金属化层375及376。可在陶瓷衬底310上形成对应凸块378(在图4中看不到，但在图5的横截面中可看见)。凸块378至少部分地坐落于形成于金属化层375及376中的孔377中。然后，用焊料或其它类型的接合材料(例如粘合剂)填充金属化层375及376中的孔377，从而将金属化层375及376附接到陶瓷衬底370的上部表面371。可以类似方式金属化陶瓷衬底370的下部表面372。或者，不在陶瓷衬底370上提供凸块378且所述衬底在正常制造公差内为相对平坦的。

图5图解说明太阳能电池接收器300的太阳能电池310、陶瓷衬底370及散热器350沿图3中标示为X-X’的线的横截面图。为便于图解说明，未在图5中图解说明SOE400、光聚光器450及端子361、362。陶瓷衬底370的上部表面及下部表面371及372可具有至少部分地坐落于形成于金属化层375、376及379中的孔377中的凸块378以用于将所述金属化层附接到陶瓷衬底370，如上文所描述。或者，陶瓷衬底370在正常制造公差内为相对平坦。在任一情况下，金属化陶瓷衬底370的上部表面及下部表面371及372。衬底370的上部金属化表面371具有分离的导电区375及376以用于提供到太阳能电池310的电隔离的阳极及阴极连接，如上文所描述。

太阳能电池310具有连接到陶瓷衬底370的金属化上部表面371的导电区375的导电下部表面313。在一个实施例中，太阳能电池310的导电下部表面313形成太阳能电池310的阳极端子，且安置于太阳能电池310的上部表面311处的导电接触区域312形成太阳能电池310的阴极端子。太阳能电池310的导电下部表面313定位于陶瓷衬底370的金属化上部表面371的第一导电区375上且与第二导电区376电隔离以确保太阳能电池310的正确操作。

陶瓷衬底370的下部表面372还具有金属化层379，所述金属化层借助高导热附接介质380(例如金属填充的环氧树脂粘合剂或焊料)接合到散热器350。用金属填充环氧树脂粘合剂(例如硅酮)增加陶瓷衬底370与散热器350之间的界面的导热性，从而进一步改善太阳能电池接收器300的热转移特性。在一个实施例中，高导热附接介质380是金属填充的环氧树脂粘合剂，其具有大约1到3密耳的厚度t_epoxy。可将金属填充的环氧树脂粘合剂施加到陶瓷衬底370的下部金属化表面372、散热器350或两者且然后将其固化以将散热器350接合到衬底370。在一个实施例中，散热器350是单件式挤制铝散热器，如图3中所示。

可通过以下步骤制造太阳能电池接收器300：提供金属化陶瓷衬底370且将太阳能电池310的导电下部表面313连接到衬底370的金属化上部表面371的第一导电区375。(例如)经由一个或一个以上接合线365将安置于太阳能电池310的上部表面311处的导电接触区域312连接到陶瓷衬底370的金属化上部表面371的第二导电区376。借助金属填充的环氧树脂粘合剂380将散热器350接合到陶瓷衬底370的下部金属化表面372。

在本文所描述的各种实施方案中，采用了三结III-V族化合物半导体太阳能电池，但可视应用使用其它类型的太阳能电池。太阳能电池310可由例如硅(包括无定形硅、纳米结晶硅或原晶硅)、碲化镉、CIGS(铜铟镓硒)、CIS(铜铟硒化物(CuInSe₂)的黄铜矿膜)、砷化镓(例如，GaAs多结)、吸光染料(例如，钌金属有机染料)或有机半导体(例如，聚对苯乙烯、酞菁铜或碳富勒烯)制作。

由于单个太阳能电池模块200可能对于给定应用产生不充足的电，因此可将两个或两个以上太阳能电池模块200一起分组到阵列中。这些阵列有时称为“板”或“太阳能板”。

Claims

1.一种用于聚光光伏***的太阳能电池模块，其包含：

外壳，其包含第一侧及相对的间隔开的第二侧；

多个透镜，其位于所述外壳的所述第一侧上；

多个太阳能电池接收器，其位于所述外壳的所述第二侧上，所述多个太阳能电池接收器中的每一者安置于所述多个透镜中的相应一者的光学路径中，每一接收器包含：

III-V族化合物半导体多结太阳能电池，其包括第一表面及第二表面；

旁路二极管，其与所述太阳能电池并联耦合；

散热器，其定位于所述太阳能电池的所述第二表面下方且热耦合到所述太阳能电池；及

至少一个光学元件，其定位于所述第一表面上方以将光引导到所述太阳能电池上；

其中所述光学元件包括：

中空辅助光学元件，其安置于所述光学路径内且包括背对所述太阳能电池以接收所述光的进入孔口、面向所述太阳能电池以朝向所述太阳能电池引导所述光的退出孔口，所述辅助光学元件包括锥形形状，其中其进入孔口大于其退出孔口，且所述辅助光学元件具有反射涂层，以在相应透镜不将光直接会聚于所述太阳能电池上时将所述光反射到所述太阳能电池以使所述光中的更多光到达所述太阳能电池；及

实心玻璃聚光器，其包括所述辅助光学元件的所述退出孔口处的光学入口，所述聚光器包括锥形形状，其中其光学入口大于其直接邻近所述太阳能电池且面向所述太阳能电池的光学出口。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述至少一个光学元件定位于透镜与对应太阳能电池之间的光学路径中，且包括中空辅助光学元件，所述中空辅助光学元件安置于所述光学路径内且包括背对所述太阳能电池以接收所述光的进入孔口、面向所述太阳能电池以朝向所述太阳能电池引导所述光的退出孔口，所述辅助光学元件包括锥形形状，其中所述进入孔口大于所述退出孔口。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述至少一个光学元件包括实心玻璃聚光器，所述实心玻璃聚光器安置于所述光学路径内且包括背对所述太阳能电池的光学入口及面向所述太阳能电池的光学出口，所述聚光器包括锥形形状，其中所述光学入口大于所述光学出口。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池模块，其中所述实心玻璃聚光器具有约2X的聚光倍率。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述外壳的所述第一侧上的所述多个透镜为布置为3x5阵列的玻璃菲涅尔透镜。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述外壳与所述多个透镜形成封闭内部，其中所述太阳能电池定位于所述封闭内部内。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述多个透镜构造为延伸跨越所述外壳的所述第一侧的一元化透镜薄片。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述接收器包括具有金属化上部及下部表面的陶瓷衬底，其中所述太阳能电池及旁路二极管安装于所述衬底的所述上部表面上，且所述散热器安装于所述衬底的所述下部表面上。

9.根据权利要求8所述的太阳能电池模块，其中所述散热器通过金属填充的环氧树脂粘合剂接合到所述陶瓷衬底的所述金属化下部表面，且包括单件式挤制铝结构，所述单件式挤制铝结构包括具有直接邻接所述衬底的顶部侧及具有多个平面鳍状件的底部侧的平面板，所述多个平面鳍状件从沿所述底部侧的中心延伸的线辐射。

10.根据权利要求2所述的太阳能电池模块，其中所述辅助光学元件通过托架固定到所述散热器。

11.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，所述接收器包括具有第一及第二分离导电迹线的陶瓷衬底，所述第一导电迹线耦合到所述太阳能电池上的顶部触点，且第二导电迹线直接耦合到所述太阳能电池上的底部触点。

12.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其进一步包含在所述外壳中以促进穿过所述外壳的空气流动的多个经覆盖开口。

13.根据权利要求11所述的太阳能电池模块，其进一步包含安装在所述第一导电迹线上且电连接到所述第一导电迹线的第一金属输出端子及安装于所述第二导电迹线上且电连接到所述第二导电迹线的第二金属输出端子。

14.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池由InGaP顶部电池、InGaAs/InGaP中间电池及Ge底部电池构成。

15.根据权利要求1所述的太阳能电池模块，其中所述透镜及所述至少一个光学元件以500或更大的倍数将所述光聚光到相应太阳能电池上，且所述相应太阳能电池在此种聚光下产生超过25瓦的峰值DC电力。