CN115004379B 热光伏电池及其制造方法 （西尔巴特储能方案有限公司）

2022.05.05PCT/EP2020/07463220WO2021/043918EN2021.03.11US2019036473A1,2019.01.31US2016351741A1,2016.12.01收的辐射能量以及通过反射镜使大量未吸收的明还涉及包括这种热光伏电池的模块和制造这21.一种热光伏电池(1)，其能够将白炽光源发出的辐射能量转化为电能并且使大量未(5)设置在相应的正面主栅基条(3)上并与该相应的正面主栅基条(3)电接触，所述正面主多个正面促反射条(10)，每个正面促反射条(10)包括至少所述正面(2.1)与正面主栅基条(3)之间，所述正面促反射条(10)使所述正面主触细栅条(7)布置为与至少一个背面主栅基条(6)相交并与所述背面主栅基条(6)和所述半其中，所述反射镜(14)包括设置在至少一个背面主栅基条(6)上方的至少一个通道(13)，所述至少一个通道(13)填充有中间导电材料以形成所述背面主栅基条(6)与所述导4.根据权利要求2所述的热光伏电池(1)，其中，所述反射镜(1道(13)，每个通道(13)填充有所述中间导电材料以形成相应的背面主栅基条(6)与所述导7.根据权利要求1所述的热光伏电池(1)，还包括电层(9)的材料以形成所述背面(2.2)与所述导电层(9)之间的电接触的多个背面接触细栅3至少一个背面促反射条(8)，所述背面促反射条(8)包括至少一个电具有使所述半导体板(2)与所述正面促反射条(10)和所述正面主栅基条(3)的组件之间的抗反射涂层(11)布置在所述正面(2.1)上，布置在任意的位置或者布置在除被所述正面主正面(2.1)和/或所述背面(2.2)其中，所述热光伏电池(1)设置在所述第一端部固持器(19)和所述中间固持器(19)上其中，所述中间固持器(19)和所述第二端部固持器(19)的一端缘(25)包括与所述热光伏电池(1)的所述正面主栅基其中，所述导线(5)沿所述中间固持器(19)的所述凹口以及所述第二端部固持器(19)的所述凹口布置，使得布置在所述中间固持器(19)中的一个上或在所述第二端部固持器(19)上的所述热光伏电池(1)的所述导线(5)连接到相邻的中间固持器(19)或第二端部固421.一种能量储存系统(40)，包括至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的热光伏22.一种根据权利要求1至7中任一项所述的热光伏电池(1)的制造方法，包括以下步a)提供半导体板(2)，所述半导体板(2)具有正面(2.1)和背面(2在所述正面(2.1)上沉积多个正面促反射条(10)，每个正面促反射条(10)包括至少一每个正面主栅基条(3)沉积在对应的正面促反射条在所述正面(2.1)上沉积多个正面接触细栅条(4)，所述多个正面主栅基条(3)相交并与所述正面主栅基条(3)和所述半导体板(2)电接触，所述多个正面沉积多个背面接触细栅条(7)，多个背面接触细栅条(7通过沉积多个电介质层并覆盖所述背面接触细栅条(7)和所述至少一个背面主栅基条在所述反射镜(14)中挖掘设置在所述至少一个背面主栅基条(6)上的至少一个通道其中，至少一个填充的所述通道(13)内的所述中间导电材料在所述背面主栅基条(6)24.根据权利要求23所述的热光伏电池(1)5通过在所述背面促反射层(17)的背面沉积金属层来提供所述导电层(9)，所述导电层(9)的材料穿过所述多个第一窗口(27)以形成所述背面(2.2)与所述导电层(926.根据权利要求22至25中任一项所述的热光伏27.根据权利要求26所述的热光伏电池(1)的制造28.根据权利要求26所述的热光伏电池(1)的6灯腔内的白炽光源发出的辐射能量转化为电力并且能够使大量未被利用的辐射能量回到法解释于例如Luque,A.:SolarCellsandOpticsforPhotovoltaicConcentration,Ω[0008]热光伏(TPV)效应与使用光伏电池从位于附近的白炽辐射源提取电力有关。其包7[0010]文献EP3120096B1公开了一种系统，该系统将从普通电力或其他能量源获得的能[0013]专利US2019/036473A1公开了一种PV电池，该电池利用选择性滤光片和后镜捕获由辐射复合产生的光亮。由辐射复合产生的微弱光亮与TPV效应中预期的光亮管理有很大[0014]在Datasetal.:Ultrahightemperaturelatentheatenergthermophotovoltaicenergyconversion,Energy107,542-549(2016)中，公开了一种在[0015]本发明的目的是公开一种配置，该配置收集由白炽体发大大降低用于提取电流的焦耳损失并使大部分未吸收的以产生光电流的光子回到附近的白炽辐射源以维持源热及减少因靠近热源而造成的焦耳求17的能量储存系统以及根据权利要求18的制造热光伏电池的方法。在从属权利要求中，8及通道填充有中间导电材料以形成背面主栅基条与导[0036]本发明使用不同且适当厚度的多个网格。这有利于在阴影/焦耳损失平衡方面产9子晶体被配置为提供宽波长范围内的非常高的反射和各向同性反射以反射来自白炽光源无法产生光电流的光子的亮度(每单位面积反弹的第二锥体，从而得到恒定亮度(Yablonovitch,E.,Cody,G.D.:Intensityenhancementintexturedopticalsheetsforsolarcells.ElectronDevices,IEEETransactionson29(2),300-305(1982)；Luque,A.:CouplingLighttoSolarCells.In:Prince,M.(ed.)AdvancesinSolarEnergy.vol.8,pp.161-230.ASES,Boulder金或具有小的热膨胀的任意的其他合金制成以更好反射涂层。抗反射涂层减少了被半导体吸收的产生光电流的辐射(即低于透明度阈值的辐厚度也被优化(参见例如，Born,M.etal.:PrinciplesofOptics,PergamonPress,[0118]通过沉积多个电介质层并覆盖背面接触细栅条和至少一个背面主栅基条提供反[0130]根据该实施例，在整个背面上沉积促反射层，用于提高随后要沉积的层(优选金[0141]本说明书(包括权利要求书、说明书和附图)中描述的所有特征和/或所描述的方[0142]本发明的这些和其他特征和优点将通过参考附图从本发明的优选实施例(仅作为示例给出并且不限于此)中变得明显的本发明的详细[0146]图4示出了热光伏电池的实施例的垂直于一条导线并沿正面接触细栅条或背面接[0147]图5A和图5B分别示出了根据与本发明的实施例对应的热光伏电池的背面接触细[0149]图7示出了粘附在两个相邻的支撑板上的两个相邻的热光伏电池的组装细节(截[0154]图12示出了在硅熔点(1410℃或1683.15K)的温度下白炽黑体的功率谱密度作为触限于高度定域化的(highlylocaliz作背电极的导电层15(优选为金属制成)连接到背面主栅基条6，并且也连接到半导体板2。[0158]根据本发明的热光伏电池1能够接收白炽光源的辐射并将大量未被利用的辐射回到白炽光源。在优选但非唯一的实施例中，白炽光源可以是熔融硅(优选地固相和液相结纯铁的两个数据)及其合金中的热量转化为电力在今天是具有经约为0.7eV的半导体中，会发现Ge(0.67eV)、GaSb(0.726eV)或InGaAs(可变带隙，条3和背面主栅基条6与半导体板2的电接触。这种接触是半导体器件中的电子-空穴复合条(8、10)的厚度(Born,M.etal.:PrinciplesofOptics.PergamonPress,Oxford为了与背面接触细栅条7和填充通道13的中间导电材料电接触，并通过它们与由金属制成在该实施例中，正面接触细栅条4和背面接触细栅条7分别垂直于正面主栅基条3和背面主3的视图可以对应于图1的正面2.1和背面2.2中的正面主栅基条3或背面主栅基条6附近的触细栅条4和背面接触细栅条7可以具有不同的间隔并CellsandOpticsforPhotovoltaicConcentration,AdamHilger,Bristol(1989),[0166]图5A示出了垂直于与本发明的另一个实施例对应的热光伏电池1的背面接触细栅的背面2.2上的背面促反射层17和蚀刻在其上的多个窗口27。背面促反1的背电极的导电层9之间提供电接触的背面促反射层17。由导电层9和背面促反射层17形[0167]图5B中示出与先前描述的配置相同的配置，但是为了便[0168]根据本发明的多个热光伏电池1可以制造在特别的半导体晶片30上。在优选实施[0169]当在一个半导体晶片30上制造多个热光伏电池1时，本发明的方法的制造步骤优选地在晶片30中包括的热光伏电池1上进行，随后在晶片30中进行必要的切割以分离各个[0170]如图7至图9所示，可以将热光伏电池1一个个地或以两个或更多为一组固定到支[0171]图7示出了粘附在两个相邻的支撑板19上的两个相邻的热光伏电池1的组装细节一端设置有凸缘25。该描述涉及具有介质镜的热光伏电池的实施例(如图1至图4中所公开半导体板2上的正面主栅基条3上，正面主栅基条3优选地由正面促反射条(图中未示出)电[0173]图9示出了沿穿过图8的点划线22的法线平面的图8的组件的截面。图7和图8分别[0174]在实施例中，导线5在凹口18和正面主栅基条3的一些放大点(enlargedpoints)[0176]图10示出了多个相邻的热光伏电池1的组件的截面，以更详细地展示如何形成模具有凸缘25但上面没有任何热光伏电池的支撑板连接并粘合到包含热光伏电池1的最右侧腔41的窗口43发射的各向同性辐射转换成电力，并使大量未被利用的辐射回到腔的窗口温，从而将热光伏电池1保持在接近环境的温度并且有利于作为光伏器件的半导体板的有[0180]图12示出了在硅熔点(1410℃或1683.15K)的温度下白炽黑体的功率谱密度作为需要设置一个密集的接触细栅网格以将电流提取到照明区域之外的边缘(其上设置较宽的[0182]本发明的热光伏电池1的串联电阻可以按照文献(例如，A.:SolarCellsandOpticsforPhotovoltaicConcentration,AdamHilger,Bristol(1989),Chap平均阴影(其为圆柱体的导线直径)d、正面主栅的间隔(中心到中心条的间隔(中心到中心的距离)正面接触细栅条的透明度因子(定义为它们的宽度除以细栅条4中有相同的吸收，但大部分通过正面的接触网格未覆盖的空间离开热光伏电池1，[0186]通过平衡(Luque,A.:TheConfinementofLightinSolar-Cells,SolarEnergyMaterials23(2-4),152-163(1991)orLuque,A.:CouplingLighttoSolarCells,In:Prince,M.(ed.)AdvancesinSolarEnergy.vol.8,pp.161-230.ASES,Boulder(CO)(1993))高于波长阈值的入射辐射[0187]上述内容使得能够计算B和Biso，因此能够计算回到白炽光源的辐射(也必须添加于实际原因是固定的(2cm是一个合理的选择)，但是可以在制造模块时考虑到热光伏电池W.:TheTheoryofp-njunctionsinSemiconductorsandp-nJunctionTransistors,接触细栅，其正面和背面的间隔分别为131μm和172μm。性能数据如下：热光伏效率为31.8网格覆盖的短路电流密度为11.02A/cm2，比串联电阻(串联电阻乘以电池面积)为[0195]对于相同辐射源下的同为0.7eV太阳能率是光伏效率的3.18倍。注意到，热光伏效率30.4％低于采用介质镜的实施例的最佳值[0196]已经简要介绍了具有Ge电池的模块的优选实1.77μm)。第一个结论是，从熔化的硅黑体(1410℃)接收到的没有利用的辐射为44.13W/好的商业Si电池，假设其遵循肖克利模型(Shockley,W.:TheTheoryofp-njunctionsinSemiconductorsandp-nJunctionTr