近年来，硅太阳电池工艺日趋成熟，产量大幅度增加，太阳电他，从空间应用转向地面应用，降低太阳电池成本已成为当务之急。

在硅太阳电池成本中，硅材料约占50一60%。若能利用小面积的硅片接受投射在大面积范围的阳光，就能减少硅材料消耗，降低发电成本。由此人们自然想到了聚光器，将聚光技术应用到太阳电池方阵上，构成聚光太阳电池方阵。通常将与此有关的技术称为聚光光伏技术。

阳光经聚光镜会聚到聚光单电池组件，每个电池平均发电功率在4W以上。聚光器的形式是多种多样的。从光学原理上分，有反射式和折射式，从聚焦性能来分，有点聚焦和线聚焦，从几何形状上看，有平面的、球面的、双曲面的和抛物面的等等。另外还有荧光式的。所用聚光器的不同导致聚光方阵形式的不同。但是不管哪种形式的聚光方阵，它们都由以下基本部分组成：

1.聚光方阵组件。它由聚光器、电池、散热器等组成，这是实现聚光和光电转换的基本部件。

2.跟踪控制器。这是保持方阵对太阳进行跟踪的电子装置。

3.支撑及机械传动装置。它能安全支撑方阵并能按聚光器要求的自由度和范围运动。

聚光技术是降低太阳电池利用总成本的一种有效措施。

它通过聚光器使较大面积的阳光会聚在一个较小的范围内，并将太阳电池置于光斑或光带上，以增加光强，克服太阳辐射能流密度低的缺陷，从而获得更多的电能输出。

与平板太阳电池方阵相比，聚光方阵有着优越的性能。

聚光太阳电池方阵场效率高

由聚光器、太阳电池、护罩、散热器组成的基本单元叫做聚光电池组件，由一系列聚光电池组件组成的独立发电系统就是聚光电池方阵。聚光电池方阵的效率比平板电池方阵高，一般要高30一40%。目前，美国聚光方阵的效率达12一14%，它远高于平板方阵的水平。

聚光太阳电池方阵场输出功率大

聚光方阵一般都跟踪太阳，方阵总处于最佳工作状态。一天中的平均输出功率与不跟踪的平板方阵相比约高30%(标称功率相同)。

聚光太阳电池方阵场便于综合利用

聚光器的使用给光热利用创造了条件，在散热器处安装集热管，可得到热水，实现光电、光热综合利用。据报道，该综合系统得到的热功率约为电功率的3倍。这样，系统的热、电总效率可达40%以上。

聚光太阳电池方阵场成本低

由于采用聚光技术，使一片电池可以发挥几十片电池的作用，使硅片用量大大减少。方阵的成本由硅材料转移到廉价的金属材料和有机玻确材料上，主要工艺也由半导体工艺转移到普通机械加工工艺上，这样既便于实现自动化连续生产，又为进一步降低成本创造了条件。

聚光方阵的优点是明显的。但是它与普通太阳电池方阵不同，有着自己的特殊要求。

聚光太阳电池方阵场设计制造有效的聚光器

实现聚光并不困难，但要求聚光效率高却不容易。首先，所用聚光器材料的透光率(对折射式聚光器)或反射率(对反射式聚光器)要足够高；其次，聚光器的形状要加工得很淮确。反射材料用镀银玻璃，可以得到较高的反射率，但不经济。

目前出现的涂铝塑料也可采用,但由于一般塑料对湿气的防护作用较差,所以这种材料的寿命较短，一般不超过2一3年。更重要的是，铝在0.85微米波长处有一个很陡的吸收峰,会影响太阳电池的效率。采用抛光铝板也有同样的问题。

另外，反射式聚光器的收集器位于入射阳光一侧，不可避免要遮蔽部分受光面积。因此，用反射式聚光器做成的聚光组件，其效率比折射式聚光器要低10%左右。折射式聚光器采用透镜聚光，目前几乎无例外地都采用菲涅耳透镜。菲涅耳透镜的原料为有机坡璃，其透光率约为92%。

采用不同的设计可灵活地改变菲涅耳透镜的聚焦特性。菲涅尔透镜一般采用塑料模压或注塑工艺成形，目前透镜效率已超过85%。

聚光太阳电池方阵场跟踪太阳的向题

为了使聚光方阵正常工作,应该采用跟除控制器使方阵正对太阳。平板方阵采用跟踪，可使方阵输出功率提高30%。几十倍以上的聚光方阵(荧光式聚光器除外)如不采用跟踪，光斑就会偏离电池，使方阵无功率输出。根据不同方阵设计，可采用一维跟踪或二维跟踪。跟踪精度的要求因所用聚光器不同而不同。一般来说，聚光率越高对跟踪精度的要求就越高。通常40倍左右的聚光方阵，对跟踪精度的要求大约为0.5。

聚光太阳电池方阵场传动机构及方阵支撑

聚光方阵作为一种地面用太阳能发电系统,是相当庞大和笨重的，因此要有坚固的支撑。同时它又要跟踪太阳，能灵活转动，故对机械设计和加工提出了较高的要求。机械传动部分要灵活而又坚固,能抗击工作地区的基本风压。

聚光太阳电池方阵场电池的互联和散热

一片聚光电池可以代替几十片电池工作，在它上面集中了较多的能量，这些能量中转换为电能的部分通过互联条被引导到外负载，互联条要有足够的截面积，在它上面要流过几安培甚至几十安培的电流。其余部分的能量以热的形式散失掉。因此要求电池组件的热阻要小，否则会使电池温升过高，甚至烧毁电池。电池的温度是影响方阵效率的重要因素。

聚光方阵虽然出现时间不长，但其发展是很快的，目前在世界许多地方已经出现了几百千瓦的聚光方阵场，在降低成本上也收到了明显的效果。据报道，聚光方阵的成本已降到普通平板·板方阵的一半以下。

太阳电池利用光生伏打效应可以将太阳能直接转换为电能，是光伏发电系统的核心部件。一般来说，太阳电池可分为普通平板光伏太阳电池和聚光太阳电池。聚光太阳电池与普通平板光伏太阳电池的最大区别是入射到太阳电池上的辐照度不同。普通平板光伏太阳电池上的入射辐照度通常为一个太阳（1X=1　000W/m2），而聚光太阳电池上的入射辐照度则为X个太阳（X>1），所以单位面积聚光太阳电池产生的电流要比普通平板光伏太阳电池大。

此外，聚光太阳电池的费用仅占聚光光伏系统总费用的一小部分，所以可以采用工艺先进、效率更高而价格较贵的太阳电池来提高整个系统的性能。太阳光入射能流密度的提高使得聚光太阳电池表现出与普通平板光伏太阳电池不同的电特性和热特性。首先，入射到太阳电池上的光强的不同对太阳电池的光生电流IL、开路电压Voc、填充因子FF、转换效率η以及寄生电阻产生的影响会不同。在聚光太阳电池的 串联电 阻Rs可 忽 略 的 聚 光 比X范 围内，电池的η是随着X的增加不断增加的。但是随着X的进一步提高，Rs引起的欧姆损失会随之增加，进而导致电池η的下降。普通平板光伏太阳电池由于其Rs相对较高而不适合用于聚光系统，这也意味着聚光太阳电池的Rs必须设计得很小才行，这一点或许是聚光太阳电池和普通平板光伏太阳电池最关键的不同之处。一般来说，可以通过增加太阳电池的栅线排布密度和栅线直径或等价直径来降低电池的Rs。此外，太阳电池的Rs引起的欧姆损失还会随着太阳电池尺寸的减小而降低，所以聚光太阳电池的尺寸设计得比普通平板光伏太阳电池的尺寸小。除了Rs，太阳电池的寄生电阻还包括并联电阻Rsh，不过在高倍聚光条件下Rsh引起的电池η损失通常可以忽略。聚光太阳电池的另外一个非常重要的特征就是它的热特性。随着温度的升高，太阳电池的Isc会略有上升，而Voc会下降，进而引起电池η的降低。但是η的下降幅度会随着聚光比的增加而降低，也就是说，在聚光条件下工作的太阳电池受温度的影响会降低。高的Voc降低了 电 池的温度敏 感性，这一 点 已 被Green等 证 实。此 外，Yoon和Garboushian的研究结果表明普通硅电池的效率温度系数为－0．4%/K，而250　X聚光硅电池的效率温度系数为－0．25%/K。但是，随着聚光太阳电池单位面积入射光强的增加，其产生的热量也成比例增加，这使得电池工作温度升高，进而引起电池效率下降。为保证聚光光伏系统 能 在较高效率下工作，系统需要有效的散热装置 来对电池进行冷却。而一般的平板光伏即使无冷却装置其工作温度也仅比环境温度高20℃左右。

聚光太阳电池以其转换效率高、成本低等优点著称，被称作是第三代太阳电池，也是探索和研。不过，由于受到表面复合的影响，聚光硅电池的转换效率并无明显提高。但是聚光大批量获得，其效率已超过20%，为中低倍聚光光伏系统的发展创造了条件。聚光多结电池在太阳光转化为电的过程中比其他任何电池的效率都高。聚光 三 结 电 池 在 实 验 室 条 件 下 的 效 率 已 高 达44．4%。而且以往的经验表明，实验室电池在2～3年内就可以变为商品，预计聚光四结或五结电池很快可以获得50%的效率。为了研制高效的聚光多结电池，了解引起多结电池效率损失的机理，降低电池结构存在的缺陷，掌握实现超高效聚光多结电池的途径非常重要。

为了使聚光光伏系统获得最优的性能，不同类型的聚光光伏系统需要采用不同类型的聚光太阳电池，这主要取决于聚光器的类型﹑聚光比的大小等。聚光太阳电池主要包括单结聚光硅电池和聚光多结电池。对于像点聚焦的高 倍聚 光 光 伏 系统，通常采用聚光多结电池。聚光多结电池可以在高倍聚光和较高温度下工作，并且具有长期耐受性，但其成本较高。而对于线性聚光的中低倍聚光光伏系统，通常采用比较便宜的聚光硅电池。聚光硅电池的成本之所以不高是因为该电池的生产工艺是对在普通平板光伏系统中应用的硅电池的生产工艺稍作改进而成的，改进的方面主要包括：采用较长少数载流子寿命的材料；设计合适的栅线和陷光结构；改善表面钝化等。基于对聚光太阳电池特性的考虑，为了获得适合聚光光伏系统使用的高效聚光硅电池，设计的关键点主要包括：（1）采用具有较长少数载流子寿命的高质量材料；（2）为降低阻值损失和复合损失，合理设计掺杂剂的扩散；（3）尽量降低表面复合；（4）改善电池边缘钝化效果（5）获得优异的反射控制和陷光结构；（6）设计较好的金属接触以降低光学和阻值损失。而满足上述设计要求且已用于聚光光伏系统的聚光硅电池主要包括背结聚光硅电池、激光刻槽埋栅（LGBC）聚光硅电池和具有传统n /p/p 结构的聚光硅电池。

聚光太阳电池组背结聚光硅电池

背结硅电池（见图1）的特点是正负金属电极以相互交叉的方式布置于电池的背面，窗口层不存在遮光效应，消 除 了 遮 光 效 应 和 串 联 电 阻 之 间 的 矛盾。电池的背电场为点接触引出，既保持了背电场，又减小了电极接触点与电池的接触面积，大大降低了背表面复合、发射区复合和接触电阻，提高了开路电压和短路电流密度，这样电池的正反面可独立优化设计。研究结果表明，背结聚光硅电池在聚光条件 下 的 效 率 已 高 达27．6% （1cm2，92suns，AM1．5D，25℃），是2004年Amonix公司研制的，也是迄今为止聚光硅电池所达到的最高效率[4]。在高倍聚光光伏系统应用中，背结聚光硅电池和传统的n /p/p 结构的硅电池相比更有发展前景，尽管其单位面积的成本相对较高。

聚光太阳电池组激光刻槽埋栅（LGBC）聚光硅电池

LGBC电池的具体结构见图2。由图2可以看出，在电池的受光面上，不仅可以看到通过激光刻槽获得的埋栅以及化学镀铜，还可以看到金字塔型陷光结构和氮化硅减反射层；而该电池的背电极接触由里向外依次为铝层、铜层和薄 的 银 层。LGBC 聚 光 硅 电 池 的 主 要 特 点 包括：（1）串联电阻低，在高倍聚光下可获得较高的效率；（2）厚的镀铜槽可以承载大电流，同时降低遮光损失；（3）激光刻槽埋栅易于调整以用于最优的聚光比；（4）该电池完全可以采用常规LGBC产工艺制备，因此其产量高。

聚光太阳电池组n /p/p 结构的聚光硅电池

该电池采用电阻率为0．5cm、厚度为300μm、直径为100mm的区熔p型硅片制作。电池上表 面 的银栅线 间距为0．3mm（平板光伏硅电池为3mm），栅线与电池接触处通过磷的重掺杂来降低串联电阻。电池通过二氧化硅减反射层以及随机陷光结构实现了对光的高效捕获。如图3所示，电池的每个侧边焊有两个铜片电极，一个焊在前表面的汇流总线上，另一个焊在电池的背面。这些铜片电极为电池电流的输出提供低电阻的通道，而且通过这些铜片电极可以很容易地把电池串联起来形成组件。电池长为50mm，宽为40mm，有效截光面积为19．5cm2，在30suns下效率可达20%～22%。