[发明专利]集中器型光电(CPV)模块、接收器和子接收器及其形成方法

说明书

优先权申请文件的引用

本申请要求2009年2月9日提交的美国临时申请No.61/151,073，2009年2月9日提交的61/151,083和2009年4月3日提交的61/166,513的优先权，在此将这些申请的公开内容通过参考的方式并入。

技术领域

本发明涉及集成电路设备及其形成方法，更特别地，本发明涉及光电设备及其形成方法。

背景技术

集中型光电(CPV)系统将太阳光集中到光电表面上，用于电力的产生。CPV系统通常安装在太阳能追踪器上，以随着太阳移过天空而将光的焦点保持在光电表面上。CPV系统的早期实例使用丙烯酸菲涅耳透镜来将光聚焦在水冷式硅太阳能电池，并使用双轴太阳能追踪。CPV系统的其他实例使用混合式硅树脂-玻璃菲涅耳透镜，并且使用无源散热片用于太阳能电池冷却。

半导体属性允许太阳能电池在集中型光系统中更高效地工作，只要利用适当的散热片保持电池结点温度足够冷即可。CPV系统在直射太阳光下最有效地工作，因为多云条件导致的散射光一般不能高效地集中。

CPV系统提供了优于传统的平板式太阳能电池的优点，因为CPV太阳能集中器一般比等量面积的太阳能电池较为低价。CPV系统硬件(太阳能集中器和追踪器)的目标定价适当地低于$3/Watt，而硅平板的通常售价为$3-$5/Watt。

低集中度CPV系统一般具有2-100个太阳的太阳能集中水平。出于经济的原因，一般使用传统的或改型的硅太阳能电池，并且在这些集中度下，热通量足够低，以致电池一般不需要被主动地冷却。光学定律表明，具有低集中度的太阳能集中器可以具有高接受角。因此，低集中度CPV系统一般不需要主动太阳追踪。一般具有100至300个太阳的太阳能集中水平的中集中度CPV系统需要太阳追踪和冷却。高集中光电(HCPV)系统使用由将太阳光集中到300个太阳或更多的强度的碟形反射器或菲涅耳透镜构成的集中光学器件。这些HCPV系统中的太阳能电池一般需要高容量的散热片以防止热破坏并管理温度相关的性能损失。多结太阳能电池当前比硅太阳能电池受欢迎，因为其一般更为高效。尽管多结太阳能电池的成本会是与之相当的硅电池的100倍，但电池成本一般仅仅是整个CPV系统的成本的一个小的因素，这意味着系统经济情况通常偏向于多结电池的使用。

发明内容

根据本发明的一些实施例的形成集中器型光电(CPV)接收器的方法包括在基底上形成太阳能电池和自对中透镜支撑件。该自对中透镜支撑件优选形成为在其中具有开口，该开口将太阳能电池的光接收表面露出。在自对中透镜支撑件上还与太阳能电池的光接收表面相对地形成有球面透镜。根据本发明的这些实施例中的一些，球面透镜被密封于自对中透镜支撑件中的开口。优选地，密封为气密密封。密封操作可以包括在从大约150℃至大约350℃的范围内的温度下对球面透镜和自对中透镜支撑件进行退火。透镜和透镜支撑件的该退火可以在化学惰性环境中执行。化学惰性环境的示例包括可以没有氧气的氮气和/或氩气环境。

根据本发明的另外实施例，在形成自对中透镜支撑件的步骤之前是在太阳能电池的光接收表面上形成一对电气互连结构的步骤。形成自对中透镜支撑件的步骤然后可以包括将自对中透镜支撑件沉积到所述一对电气互连结构上。该自对中透镜支撑件可以是环形的。根据本发明的进一步实施例，在自对中透镜支撑件上形成球面透镜的步骤之前可以是在基底上形成围绕自对中透镜支撑件的环形密封结构。环形密封结构的直径可以大于自对中透镜支撑件的直径。该环形密封结构一般相对于自对中透镜支撑件同心地布置。基于本发明的这些实施例，集中器型光电(CPV)接收器可以包括位于基底上的太阳能电池和其中具有开口的自对中环形透镜支撑件，所述开口使太阳能电池的光接收表面露出。设置在自对中透镜支撑件上的透镜与光接收表面相对地延伸。

根据本发明的另外实施例的集中器型光电(CPV)模块可以包括背板，该背板上具有一系列的1mm²或更小的太阳能电池。这些电池可以具有小于大约20μm的厚度。在背板上还设有底板互连网络。该底板互连网络操作成将所述一系列的太阳能电池电连接在一起。还设有与背板隔开的前板。该前板包括位于其上的面对所述一系列太阳能电池的一系列主透镜。特别地，前板构造成将大于1000倍的透镜到电池光集中度提供给所述一系列太阳能电池。为了实现该1000倍的透镜到电池光集中度，主透镜能够构造为具有小于大约4mm的透镜凹陷的平凸透镜。特别地，透镜能够构造成具有由下面的关系式限定的透镜凹陷：