CN103227215B - 太阳能电池模组及其电磁波收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种太阳能电池模组及其电磁波收集装置。该电磁波收集装置包含：板状电磁波传导体，该板状电磁波传导体具有第一表面与第二表面，该电磁波收集装置还包括锯齿状反射结构与第一反射层，该锯齿状反射结构位于该第二表面，其中该锯齿状反射结构是由多个反射单元所构成，且该反射单元具有第一斜面与第二斜面，而该第一斜面与第二斜面的交界处形成弧面，该第一反射层位于该第一斜面上。上述电磁波收集装置具有可缩小体积及提高使用便利性的优点。本发明还涉及一种太阳能电池模组。

Description

太阳能电池模组及其电磁波收集装置
本案是同一申请人于2010年8月23日提出的申请号为201010259869.X，名称为“太阳能电池模组及其电磁波收集装置”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明有关于一种电磁波收集装置及具有该电磁波收集装置的太阳能电池模组。
背景技术
太阳能电池的发电原理是利用太阳能电池吸收特定波长的太阳光，然后将光能直接转变成电能输出。
近年来，太阳能电池快速发展，其中高聚光太阳能电池(HighConcentration Photovoltaic,HCPV)更是受到广泛的关注。高聚光太阳能电池包括太阳能芯片与聚光模组。太阳能芯片可将太阳能转化成电能，而聚光模组可将太阳光汇聚在一起然后传输到太阳能芯片。
在现有技术中，聚光模组可分为折射式与反射式。其中，折射式聚光模组是经由聚光透镜或者菲聂尔透镜(Fresnel Lens)将太阳光做第一次聚焦，第一次聚焦后的太阳光经二次光学透镜进行光点缩小及聚光均匀化的动作后进入太阳能芯片。反射式聚光模组是以抛物面或球面反射镜将太阳光做第一次聚焦，第一次聚焦后的太阳光经二次光学透镜进行光点缩小及聚光均匀化的动作后进入太阳能芯片。
然而，折射式或反射式聚光模组均需要垂直入射光，因此需搭配追日***，造成聚光模组使用的不便。另外，在透镜聚光的过程中，聚光模组需保持一定的体积以方便于聚光时控制焦点及焦距，因此难以缩小聚光模组的体积。
因此，如何缩小体积及提高使用的便利性，以扩展聚光模组及太阳能电池的应用实为相关领域的人员所重视的议题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电磁波收集装置，其可缩小体积及提高使用的便利性。
本发明的目的还在于提供一种太阳能电池，其可提高使用的便利性。
本发明提出一种电磁波收集装置，其包括板状电磁波传导体。该板状电磁波传导体具有第一表面与第二表面。该电磁波收集装置还包括锯齿状反射结构与第一反射层。该锯齿状反射结构位于该第二表面。该锯齿状反射结构是由多个反射单元所构成，且该反射单元具有第一斜面与第二斜面，而该第一斜面与第二斜面的交界处形成弧面。该第一反射层位于该第一斜面上。
在本发明的一个具体实施方案中，该电磁波收集装置还包含第二反射层，位于该第二斜面上。
在本发明的一个具体实施方案中，该电磁波收集装置还包含抗反射层，设置于该第一表面。
在本发明的一个具体实施方案中，该电磁波传导体中，靠近该第一表面处的折射率小于靠近该第二表面处的折射率，或该电磁波传导体的折射率沿着从该第一表面到该第二表面的方向逐渐增大或呈阶梯式增大。
在本发明的一个具体实施方案中，该第一表面是平面或弧面。
本发明提出一种太阳能电池模组，包括上述的电磁波收集装置以及至少一个能量转换装置，该能量转换装置靠近于电磁波收集装置的至少其中一个端面。
在本发明的一个具体实施方案中，该能量转换装置为太阳能电池，其材质是单晶硅、多晶硅、三五族半导体或硒化铜铟镓。
本发明的电磁波收集装置及太阳能电池包括板状电磁波传导体与反射结构，使得不同方向的光线均可垂直入射板状电磁波传导体，无须追日***的辅助，从而可以提升电磁波收集装置及太阳能电池使用的方便性。而反射结构在板状电磁波传导体的配合下，容易将光线朝预定的方向反射而使光线聚集在一起，并且由于其不受焦点与焦距控制的影响，因此有利于缩小电磁波收集装置的体积。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明实施例之一的电磁波收集装置的立体示意图；
图2A、图2B与图2C为图1所示电磁波收集装置沿II-II’剖开的示意图；
图3为图1所示电磁波收集装置沿III-III’剖开的示意图；
图4为图1所示电磁波收集装置沿III-III’剖开的另一个示意图；
图5为本发明另一个实施例的电磁波收集装置的剖面示意图；
图6为本发明另一个实施例的电磁波收集装置的剖面示意图；
图7A与7B为本发明另一个实施例的电磁波收集装置的剖面示意图；
图8A与图8B图7A所示电磁波收集装置沿X-X’剖开的示意图；
图9A与9B为本发明又一个实施例的太阳能电池模组的剖面示意图。
具体实施方式
图1绘示为本发明实施例之一的电磁波收集装置的立体示意图。图2A至图2C为图1所示电磁波收集装置沿II-II’剖开的示意图。
请参阅图1与图2A至图2C，本发明实施例之一的电磁波收集装置10包括柱状电磁波传导体12与反射结构14。在本实施例中，反射结构14位于柱状电磁波传导体12的轴心OO’位置附近，其是由多个双锥体反射单元140串接而成，且每个双锥体反射单元140具有第一反射层142。电磁波收集装置10可以用于收集不同波长的电磁波，为便于描述，以下仅以光线来做说明。
承上述，柱状电磁波传导体12具有相对的第一端面122与第二端面124，以及连接第一端面122与第二端面124的表面126。
特别地，在本实施例中，为增大光线的利用率，电磁波收集装置10还可包含抗反射层16，其设置于柱状电磁波传导体12的表面126上。抗反射层16可降低入射光线18发生全反射的机率，使得更多的光线能够进入电磁波收集装置10内部。
在柱状电磁波传导体12中，靠近反射结构14处的折射率大于靠近抗反射层16处的折射率。例如，电磁波传导体12的折射率沿着从抗反射层16到反射结构14的方向逐渐增大或呈阶梯式增大。
如图2A所示，当光线18进入柱状电磁波传导体12后，会于第一反射层142反射，经反射的光线18a会先朝向远离轴心OO’的方向前进，但由于柱状电磁波传导体12中折射率从抗反射层16到反射结构14的方向逐渐增大或呈阶梯式增大，因此光线18a在柱状电磁波传导体12会逐渐转向，进而改朝向轴心OO’前进。光线18a经过数次上述的反射与折射后，会集中于柱状电磁波传导体12的第二端面124，以达到聚光的效果。
反射结构14用于将射入其表面的光线18朝预定的方向反射。详细来说，反射结构14的双锥体反射单元140的第一反射层142可用于将入射其上的光线朝柱状电磁波传导体12的第二端面124的方向反射，从而将光线聚集在一起，从第二端面124出射。
图2B为本发明另一个实施例，在本实施例中，双锥体反射单元140还包括第二反射层144。第二反射层144与第一反射层142相邻。于本实施例中，第一反射层142的面积大于第二反射层144的面积。
再者，第二反射层144可用于将入射其上的光线朝柱状电磁波传导体12的第一端面122的方向反射，从而将光线聚集在一起。可以理解，为了有效利用进入柱状电磁波传导体12的光线，增大从第二端面124的出射光的强度，在第一端面122上还可设置反射层17，用于将照射在第一端面122的光线反射到第二端面124的方向，从而进一步增加从第二端面124出射光线的强度。
在本实施例中双锥体反射单元140的第一反射层142或第二反射层144是在双锥体反射单元140表面涂布反射层来形成，反射层可以是银、铝或铜等高反射金属，也可以是由折射率不同的氧化物交互堆栈而成的分布式布拉格反射体(Distributed Bragg Reflector,DBR)。
上述第一反射层142与第二反射层144在图2B沿着图1的II-II’剖开示意图里，可以是斜面，且第一反射层142与第二反射层144的交界处夹一角度外，也可如图2C所示，第一反射层142与第二反射层144呈现为弧面且第一反射层142与第二反射层144的交界处也呈现圆弧状。不仅如此，上述的第一反射层142与相邻的第二反射层144之间可以相互间隔、相邻接或一体成型。
再者，反射结构14除了可以是位于柱状电磁波传导体12轴心附近外，也可位于柱状电磁波传导体12内任意部位；此外，柱状电磁波传导体12可为各种柱状，例如如图3所示，本实施例中柱状电磁波传导体12的截面为圆形，也可如图4所示，柱状电磁波传导体12的截面为椭圆形，除此之外也可以是三角形、矩形、其他多边形或扇形；不仅如此，反射单元140除了可以如上述实施例所述为一个完整的双锥体结构外，如图5所示，当柱状电磁波传导体12的截面为扇形时，反射单元140也可以是部分的双锥体结构。
上述电磁波收集装置10包括柱状电磁波传导体12与反射结构14，不同方向的光线均可垂直入射柱状电磁波传导体12，无须追日***的辅助，从而可以提升电磁波收集装置10使用的方便性。反射结构14在柱状电磁波传导体12的配合下，容易将光线朝预定的方向反射而使光线聚集在一起，由于其不受焦点与焦距控制的影响，因此有利于缩小电磁波收集装置10的体积。
图6绘示为本发明另一个实施例的电磁波收集装置的剖面示意图。请参阅图6，电磁波收集装置30与电磁波收集装置10相似，其不同点在于：电磁波收集装置30的反射结构34为实心结构。其中，上述的反射结构34是由具有光反射性的材料制备前述实施例的双锥体反射单元140而直接形成。
图7A至图7B为本发明另一个实施例。请参见图7A，板状电磁波收集装置40包括具有第一表面422与第二表面424的电磁波传导体42以及反射结构44。电磁波传导体42的第一表面422上可形成抗反射层46，反射结构44设置于板状电磁波传导体42的第二表面424上，并且此反射结构44是由多个反射单元440串接而成锯齿状反射结构，而每个反射单元440至少具有一层第一反射层442。
再者，也可如图7B所示每个反射单元440可包括第一反射层442与第二反射层444，且第一反射层442与第二反射层444之间相连接，其交界处可以形成一个角度或弧面。
此外，上述实施例中，第二反射层444与第一反射层442之间可以相互邻接或相互间隔。
不仅如此，上述的电磁波传导体中，靠近第一表面422处的折射率小于靠近第二表面424处的折射率，而且折射率沿着从该第一表面422到第二表面424的方向逐渐增大或呈阶梯式增大。
可以理解，本实施例中，反射单元440的第一反射层442或第二反射层444可以是银、铝或铜等高反射金属，也可以是由折射率不同的氧化物交互堆栈而成的分布式布拉格反射体(Distributed Bragg Reflector,DBR)。
图8A与图8B为上述图7A中电磁波传导体42沿着XX’剖面线的截面图，如图8A所示，第一表面422与第二表面424可以是相互平行的平面，第一反射层442也平行于第一表面422及第二表面424，使电磁波传导体42形成一板式电磁波传导体；此外也可如图8B所示，第一表面422也可以是弧面而第二表面424是一平面，使电磁波传导体42形成光入射面为弧面的电磁波传导体。
图9A绘示为本发明另一个实施例的太阳能电池模组的剖面示意图。太阳能电池模组100包括电磁波收集装置60与至少一能量转换装置70。电磁波收集装置60可为上述实施例中任意一个电磁波收集装置，可以是如图1至图6所示的柱状电磁波收集装置，也可以是图7A至图8B所示的板状电磁波收集装置。以下实施例以柱状电磁波收集装置为例进行说明，但本发明并不局限于此。
在本实施例中，电磁波收集装置60包括柱状电磁波传导体62以及反射结构64。柱状电磁波传导体62具有相对的第一端面622与第二端面624。能量转换装置70靠近第二端面624，反射层67则设置在第一端面622上。
使用时，柱状电磁波传导体62中的双锥体反射单元640的第一反射层642将光线朝第二端面624的方向反射聚集，从而提高进入能量转换装置70的光强以提高光能量利用率。并且，采用电磁波收集装置60可以代替现有技术中的追日***，因此可提高太阳能电池100使用的便利性，从而扩大太阳能电池100的应用范围。此外，第一端面622上设置反射层67，可使照射在第一端面622的光线被反射到第二端面624的方向，从而进一步增加进入能量转换装置70的光线强度，以提高太阳能电池100的光能量利用率。
图9B绘示为本发明又一个实施例的太阳能电池模组的剖面示意图，除了可以如图9A所示于第二端面624设置太阳能电池模组100外，也可如图9B所示于第一端面622上设置能量转换装置70’，用以接收经由第二反射层644所反射的光线。
此外，上述的能量转换装置是为太阳能电池，其材质可以是单晶硅、多晶硅、三五族半导体或硒化铜铟镓(Copper Indium Gallium Selenide)等物质的太阳能电池。
综上所述，本发明的电磁波收集装置及太阳能电池包括柱状电磁波传导体与反射结构，使得不同方向的光线均可垂直入射柱状电磁波传导体，因此可代替现有技术中的追日***，从而可以提升电磁波收集装置及太阳能电池使用的方便性。而反射结构在柱状电磁波传导体的配合下，容易将光线朝预定的方向反射而使光线聚集在一起，并且，由于其不受焦点与焦距控制的影响，因此还有利于缩小电磁波收集装置的体积。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种电磁波收集装置，其包含：柱状或板状电磁波传导体，该柱状或该板状电磁波传导体具有第一表面与第二表面，其特征在于：该电磁波收集装置还包括反射结构与第一反射层，该反射结构位于该第二表面上，其中该反射结构是由多个反射单元所构成，且该第一反射层位于该反射结构上。
2.如权利要求1所述的电磁波收集装置，其特征在于：该反射单元具有第一斜面与第二斜面，该第一反射层位于该第一斜面上。
3.如权利要求2所述的电磁波收集装置，其特征在于：该第一斜面与该第二斜面的交界处形成弧面。
4.如权利要求2所述的电磁波收集装置，其特征在于：该电磁波收集装置还包含第二反射层，位于该第二斜面上。
5.如权利要求1所述的电磁波收集装置，其特征在于：该电磁波收集装置还包含抗反射层，设置于该第一表面上。
6.如权利要求1所述的电磁波收集装置，其特征在于：该柱状或该板状电磁波传导体中，靠近该第一表面处的折射率小于靠近该第二表面处的折射率，或该柱状或该板状电磁波传导体的折射率沿着从该第一表面到该第二表面的方向逐渐增大或呈阶梯式增大。
7.如权利要求1所述的电磁波收集装置，其特征在于：该第一表面是平面或弧面。
8.如权利要求1所述的电磁波收集装置，其特征在于：该柱状或该板状电磁波传导体为一板状电磁波传导体；该反射结构为一锯齿状反射结构。
9.一种太阳能电池模组，其包含电磁波收集装置与能量转换装置，该电磁波收集装置选自权利要求1至8中任意一项所述的电磁波收集装置，该能量转换装置设置于该电磁波收集装置的至少一个端面。
10.如权利要求9所述的太阳能电池模组，其特征在于：该能量转换装置为太阳能电池，其材质是单晶硅、多晶硅、三五族半导体或硒化铜铟镓。
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