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%。

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。

根据聚焦特性，聚光器可分为点聚光器和线聚光器。线聚光器，包括条形透镜、抛物槽、线聚光组合抛物面等。点聚光器也叫轴向聚光器，在这类聚光器中，用以聚光的透镜或反射镜和太阳能电池处于同一条光学轴线上。不同的聚光器应用于太阳能电池聚光系统中具有各自不同的特点。

根据光学原理可分为：折射聚光器、反射聚光器、混合聚光器、热光伏聚光器、荧光聚光器、全息聚光器等。其中混合聚光器利用折射、反射和内部反射达到聚光。

热光伏聚光器工作原理是：太阳把辐射器加热到高温，完成光热转换，辐射器再发出辐射到太阳能电池上，电池不能利用的长波辐射重新回到辐射器，完成光电转换，理论上可以达到很高的效率。荧光聚光器和光导纤维聚光器是两种尚未成熟的技术。反射聚光器包括平板、抛物槽、组合抛物面等，用在光伏反射聚光器中两种主要反射镜材料是镀银玻璃和镀铝面。折射聚光器的元件可以是菲涅尔或普通透镜。

太阳聚光器反射式聚光器

①槽式平面镜聚光器。槽式平面镜聚光器是用平面镜以适当的角度构成槽壁，在槽底放置太阳能电池，这是一种较易制作的反射式聚光器，只需用普通的平面镜即可，它对跟踪要求低，可采用常规电池，聚光倍数也低，只有2-6倍。还有一种方法，即太阳能电池方阵的V型槽式安装法，用普通水泥墙壁作反射体，在适当的安放角度下，可使方阵的输出提高20%左右。

②组合平面镜反射器。组合平面镜反射器是采用许多平面镜把阳光反射到一个共同的目标上，在目标上安放吸收器，取得高温和高光强。这种聚光器是在大面积范围铺设平面镜，可以高倍聚光得到很大的功率和极高温度，属于“塔式太阳能电站”。这种聚光器占地面积极大，仅能在山地或荒地建立。

③双曲面聚光器。双曲面与抛物面一样，即也具有一个共同的焦点，当一束阳光平行入射，双曲面反射聚光器将其会聚成一个光点，如果反射面做成正确的双曲抛物面，则聚光倍数可达1000倍。但这种聚光器加工难度较大，外形要求严格，跟踪要求也高，一般使用在水平较高的系统中。太阳光被会聚到太阳能电池上。伞式太阳灶是这种聚光器的一种近似结构，一般是在近似双曲抛物面的衬底上，贴上许多小块平面镜。

④抛物面聚光器，抛物面反射镜是能将平行于镜面光轴的光线会聚于焦点的镜面。因此，当太阳光投向一抛物面反射镜表面时，在其焦点处可形成能量密度极高的会聚光斑，这就是抛物面聚光器用于太阳能聚光的光学原理。在槽形抛物面反射镜中，接收器可为圆管或条形平板，聚焦旋转抛物面聚光器的吸收器可以是球体、圆板。现以槽形抛物面反射镜为例来分析抛物面反射镜的聚光性能，因为应用在聚光太阳能电池中，接收器为条形平板。

⑤复合抛物面（CPC）聚光器。复合抛物面聚光器，是由两片槽形抛物面反射镜以及底部的接收器构成。这种聚光器只聚光不成像，因而不需要跟踪装置，只需要根据季节变化作少量倾斜度的调整。

太阳聚光器折射式聚光器

折射式聚光器是利用光在不同介质的界面发生折射的原理制成的透射式聚光器。这类聚光器的典型例子是凸透镜，但是，在太阳能利用中，如用大型凸透镜聚光，其中心部分很厚。比如，要得到一个焦距等于50cm，口径为50cm的透镜，就需要一个厚度为25cm的玻璃半球。这种笨重的透镜实际上是无法使用的，因此，在聚光太阳能电池方阵中，绝大部分采用菲涅尔透镜。

菲涅尔透镜，实际上是对球面透镜进行微分切割，取出对光学折射无作用的部分而成。为加工方便，还进行了整平，使球面透镜变成一个带有同心楞状条纹的平板，大大降低了重量和体积。菲涅尔透镜也可以做成线聚焦的，这种透镜是由一系列对称分布的平行楞状条纹组成。与传统的光学玻璃透镜相比，将菲涅尔透镜用于太阳能电池聚光有很多优点。 2100433B

聚光器提高光能密度的倍数称为聚光比，它是标志聚光器性能的重要参数。能量密度聚光比用吸收器吸收的平均能量密度和入射能量密度之比表示。当光学系统比较理想，中途没有能量损失，也可以用几何聚光比来表示聚光的程度，即聚光器接收太阳辐射的开口面积与吸收器吸收光能的表面积之比。理想状况下，能量密度聚光比与几何聚光比相等。实际情况下，前者比后者小。

太阳聚光器是聚光系统的主要组成部分，也是聚光太阳能电池研究的关键技术之一，研制太阳能利用中的聚光器对提高太阳能电池的转换效率具有重大意义。虽然目前聚光光伏系统还存在一些关键的科学技术问题没有得到完全解决，但各国光伏工作者也在不断地以实验结果验证聚光技术。

聚光器应用于太阳能电池的尝试开始于20世纪60年代初，为了不断降低硅太阳能电池的成本，人们对聚光器在太阳能电池上的应用进行了广泛的研究。