[发明专利]用于适应性波长转换的设备和太阳能电池

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电池领域，更具体地涉及波长转换材料用于改进光伏电池性能的用途。

背景技术

目前，光伏电池（也被称为太阳能电池）被广泛地应用以吸收入射的电磁辐射（例如太阳辐射）并将其转换为电能。当前存在不同类型的光伏电池设计，其可以包括各种光（一般地为辐射）吸收材料，比如硅（单晶的、多晶的或非晶的）、GaAs、聚合物、CdTe…等等，每种上述材料具有唯一的吸收特性。当前，世界上大多数光伏模块或电池包括单晶硅或多晶硅。

为了操作，光伏电池需要一定能量的光子来分离电子空穴对。对于硅基电池，所需的能量相当于近IR（红外）辐射。因此，具有比所需少的能量的光子（即吸收光谱之外）由于未被吸收而浪费。具有比所需多的能量的光子可以将超出部分消耗为热。结果，入射辐射的相当大的一部分不能用于生成电能。可以进一步明确的是，光伏电池中产生的热量可以进一步使该电池的性能恶化。

已经设计了将入射辐射光谱的较大部分转换为电能的不同方案。

作为实例，已经提出应用具有多个带有不同所需能量的电池的光伏阵列，以便高效地捕获更多的太阳光谱。对于这种方案，可以参考例如WO2008/024201。WO2008/024201公开了光谱分裂装置用于将入射光分裂为多个光束的用途，每个光束具有不同的标称光谱带宽。通过响应于不同的标称光谱带宽对多个太阳能电池的适当的空间布置，可以产生入射光的改进的用途。如WO2008/024201中公开的布置进一步描述了光学集中器用于增加到太阳能电池的入射光的量的用途。所示出的该布置的缺点在于，它需要不同类型的太阳能电池和光谱分裂装置，每种太阳能电池响应于不同的光谱带宽，使得该布置相当昂贵。

在US2007/0277869中也描述了相似的太阳能电池布置，其应用具有不同带隙的太阳能电池和能够将入射光的波长引导到针对那些波长最合适的电池的色散（dispersive）光学元件。

为了将入射辐射光谱的较大部分转换为电能，也已经提出用光转换材料涂覆光伏电池，该光转换材料将入射光谱的不可用部分转换为所需的能量。对于这种布置，可以例如参考EP1865562。这种方案的缺点在于，它提供了永久转换并且不适于适应（accommodate）太阳能电池的操作条件变化。这样的变化的操作条件可以在太阳能电池应用于向移动设备供电时发生。在这种应用中，入射光的辐射光谱可以依赖于使用该设备的位置（例如室内或室外）而变化。

可以进一步注意，US2007/0277869或WO2008/024201中所提出的布置均不适于适应变化的操作条件。

发明内容

所期望的是，提供一种促进太阳能电池或光伏电池在变化的条件下高效应用的设备。在本发明内，太阳能电池或光伏电池用于指可以吸收入射的电磁辐射（例如太阳辐射）并将其转换为电能的设备。

为了实现这一点，在本发明的第一方面，提供一种用于适应性波长转换的设备，该设备包括至少一个层，该层包括波长转换材料并被布置为接收并重发射光束，其中该设备被布置为操纵所述至少一个层以：在封闭状态中操作，其中所述至少一个层的表面用波长转换材料基本覆盖，以及在开放状态中操作，其中所述至少一个层的表面基本未用波长转换材料覆盖。根据本发明，光或光束被认为包含可见光谱内的电磁辐射和可见光谱外的电磁辐射。