[发明专利]光伏发电装置

说明书

本发明涉及三维光伏结构和包括该三维光伏结构的发电装置。光伏结构包括透光固体光学芯体，其具有纵向轴线、顶端、底端和一个或多个侧壁，其中顶端具有暴露的外表面以接收光。光伏层围绕光学芯体的侧壁中的一个或多个的至少一部分，并且光学包层围绕光伏层。

技术领域

本发明涉及光伏发电领域，并且特别涉及诸如太阳能电池的三维光伏发电装置。

背景技术

大多数光伏太阳能电池是扁平设计，其中阳光获得发生在二维半导体布局上。这是因为以下事实：太阳辐射中携带的大多数光子只能穿透几微米的固态半导体(光子到达太阳能电池内部更深区域的概率随着深度呈指数下降)，并且因此来自太阳辐射的光子与半导体中的电子之间的光伏相互作用主要发生在太阳能电池的表面上。由于纳米技术的进步，半导体材料可以在分子和原子水平上进行操作，并且已经可以在太阳能电池上堆叠多个(两个或三个)PN结层，以通过在更宽的光谱中获得更多的太阳辐射能量而产生具有更高光伏转换率的所谓串联太阳能电池。然而，这种层的进一步堆叠受到以下事实的限制：光子简单地不能到达甚至更深的固态材料层。

作为结果，光伏转换率受到活动(event)截面(ECS)的限制，该活动截面由发生光伏相互作用(“活动”)的给定光伏太阳能电池的表面区域限定。作为典型的现有技术，已经实现了约10-20％的转换率，这意味着到达该区域的太阳辐射所实现的能量的仅10-20％被转换成电能。

已经努力提供具有改进的转换率的光伏结构/器件/电池。US 20120279561公开了一种中空光伏纤维，其包括在中空管的内表面上或随后形成为中空管的柔性基板上形成的半导体。中空光伏纤维可适用于包括太阳能电池的各种半导体器件。该参考文献公开了进入中空光伏纤维的光在其穿过管时在半导体中沉积能量。中空管允许来自所有方向的入射光，并且不能参与光伏活动并且不会被管吸收的光子的很大一部分将从管中逸出并且没有机会再次贡献。

US2013/0104979公开了一种太阳能器件，其包括聚光器、光导构件、多个光纤和转换器端部。聚光器被配置为用于会聚入射光。光导构件将会聚后的光转换成多个聚焦光束。光纤接收会聚光束。转换器端部包括光电转换器，其被配置为用于接收来自光纤的光并将其转换成电。

US 2013/0186452公开了一种光伏结构，其包括光伏纳米结构阵列和光伏器件，该光伏器件至少是半透明的。阵列相对于光伏器件定位，使得穿过光伏器件的光穿透阵列。该参考文献中公开的纳米结构包括从基板延伸的纳米电缆阵列。纳米电缆具有：由模板的空隙的内表面限定的间距和表面纹理；沿基板延伸的电绝缘层；以及至少一个覆盖纳米电缆的层。

US 2015/0263302公开了包括图案化纳米纤维的光伏器件。纳米纤维包括：芯体(core)，其沿纳米纤维的轴线延伸，并且其主要成分包括Ag(NH₃)₂⁺或AgNO₃；壳体，其沿纳米纤维延伸并覆盖纳米纤维的芯体，并且其壳体结构的主要成分包括：PVP、TBAP、SDS、石墨烯、PMAA或PFBT纳米粒子。

US 2016/0043250公开了包括非导电芯体的三维光伏器件。该参考文献中公开的光伏结构包括：介电材料层，其包括具有均匀厚度的平面部分和从平面部分的平面表面延伸的突出部分阵列；以及层堆叠，其位于介电材料层上并且包括芯体导电材料层、光伏材料层和透明导电材料层。芯体导电材料层与介电材料层的平面表面和突出部分接触，透明导电材料层通过光伏材料层与芯体导电材料层隔开，并且介电材料层的突出部分和围绕突出部分的层堆叠的部分的每个组合构成光伏刷毛(bristle)。该参考文献的器件中的基本构建块是光伏刷毛，其还允许来自所有方向的入射光并且还允许不能参与光伏活动的光的很大一部分逸出。

仍然需要可以表现出从太阳辐射到电力的提高的转换率的光伏发电机结构/太阳能电池。

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