摘要 ;9~
WB X" v~yw-}fk% 在光柵-透鏡光譜分裂設(shè)計中，平面透射光柵設(shè)置在平凸透鏡的入口處。入射太陽光譜的一部分在偏離透鏡法線15-30°處衍射。衍射光譜區(qū)域在離軸點處聚焦，而未衍射光譜在透鏡的光軸上聚焦。由于衍射波是平面的和離軸的，離軸焦點受像差影響，增加了系統(tǒng)損耗。場曲、色差和球差使用散焦和彎曲焦平面（用每個光伏接收器近似）來補償。通過修改在構(gòu)造全息圖中使用的離軸波前來校正彗差。在本文中，我們分析了通過共軛對象光束修正離軸波前記錄的非平面透射光柵的使用。發(fā)散源用作共軛對象和參考光束。球面波入射在透鏡處，并且光柵被記錄在太陽能集中器的入口孔處。調(diào)整軸上光源，在全息圖平面上產(chǎn)生軸上平面波前。離軸光源近似為在全息圖平面上產(chǎn)生非平面離軸波前的衍射受限光斑�；谄矫鍭M1.5光譜的照明在焦平面上再現(xiàn)離軸衍射受限點。本文介紹了光線追跡和耦合波理論仿真，用于量化通過像差校正實現(xiàn)的損失減少。 IsSh Ai 關(guān)鍵詞：光譜分裂；全息；太陽能；聚焦光伏；像差補償；光管理；損耗減少 1up p E| ^G2M4+W| 1. 簡介 T?QW$cU!e: ,RM8D)m\ 圖1.多能隙結(jié)構(gòu)（a）串聯(lián)（堆�；虼怪保┖蜋M向：（b）色散（c）反射 {M7`"+~w
在單光伏（PV）結(jié)器件中，低于能隙的光子能量不能被吸收。相反，超過能隙的光子能量被部分地轉(zhuǎn)換成電功率，其余能量在PV器件內(nèi)被熱化。入射到能隙能量的不匹配從根本上限制了（Shockley-Queisser單個能隙極限）單結(jié)系統(tǒng)的效率[1]。頻譜分裂技術(shù)可以根據(jù)光譜匹配能隙將入射光子分配到多個結(jié)來達到更高的效率[2]。使用光譜分裂系統(tǒng)（SSS），光學系統(tǒng)將入射光子空間上分布到光譜匹配的能隙，以減少入射到能隙能量失配損失。 l($ 8H AJ Srz8sm; 多結(jié)系統(tǒng)通常利用能隙的串聯(lián)或堆棧（單片）布置來實現(xiàn)，如圖1（a）[3]所示。以能隙能量降低的順序堆疊結(jié)，在頂部具有最高的能隙（第一個入射）。上層結(jié)作為下層單元的紅色通帶濾波器。由于結(jié)之間的物理接觸，串聯(lián)方法需要子單元的晶格匹配。此外，串聯(lián)方法具有串聯(lián)連接的結(jié)，將結(jié)構(gòu)限制為具有最低短路電流的能隙。這些約束限制了功率輸出并增加了制造的復雜性。 <QO1Yg7} .9WOT ti 橫向SSS在物理上分離了結(jié)（如圖1（b）和（c）所示），并避免串聯(lián)結(jié)構(gòu)的限制。光學系統(tǒng)將入射的太陽光分成不同的光譜帶來優(yōu)化每個能隙單元的光譜響應(yīng)。沒有晶格匹配限制，可以使用更廣泛類型的PV材料（包括有機物），以便更有效地利用太陽光譜。 此外，結(jié)優(yōu)化可以集中于光譜帶的完全吸收而不是晶格匹配條件。 p*)I QM<B -FI)o`AE 圖2.用于光譜分裂的全息光柵-透鏡CPV幾何結(jié)構(gòu)。原理圖（a）、臺面和室外（可見光范圍）演示原型（分別為b和c）
TOF V`7q;3 光柵-透鏡光譜分離結(jié)構(gòu)由位于平凸透鏡的入口孔徑處的平面透射光柵組成。入射光譜的一部分離軸（在15-30°）衍射到透鏡中。未被全息衍射的光在軸上進入透鏡，并在近軸焦點處會聚。衍射光譜分量進入透鏡離軸并且分散在這樣一個表面（對應(yīng)透鏡的場曲和全息圖的色散特性的表面上）[4]。 {Z 7ixc523 u|T]Ne 光譜分裂系統(tǒng)可以使用具有高光學效率以及良好的反射和透射光譜特性的反射濾波器來實現(xiàn)，如圖1（a）所示。盡管已經(jīng)展示了具有二向色性[5,6]和全息反射濾波器[7]的系統(tǒng)，但是它們具有以下缺點：
D~BL T xq 反射方法需要至少N-1個N結(jié)濾波器[5,6]，增加了系統(tǒng)復雜性，追跡靈敏度降低了可靠性。 S,ea[$_ 反射方法需要頻譜分裂濾波器在集中照明下操作，以最小化濾波器的所需面積和成本。 G ;iH.rCH 二向色濾波器用于聚光結(jié)構(gòu)的性能隨著非垂直入射光束而降低[8]。 0[M2LF!m KO~KaN 使用圖2（a）中所示的光柵-透鏡幾何結(jié)構(gòu)可以避免這些問題，用單個寬帶濾波器進行聚光之前分離光譜，從而減小了濾波器上的入射角和功率密度。此外，大型全息光學元件可以使用廉價的材料制造，例如重鉻酸鹽明膠（DCG）[9,10]和光聚合物[11]。 _x1W\# =.&8ghJ*M 2. 光譜分裂評價函數(shù) ?QzL#iO }h :CK`v6 Qs 在本節(jié)中，定義了評估整個系統(tǒng)及其各個組件的頻譜性能的度量。 Dr(2@ 0P 2.1 光譜轉(zhuǎn)換效率 &M@c50&% 每個能隙的效率用光譜轉(zhuǎn)換效率（SCE）定義： _p5#`-%mM 
（1） ;6D3>Lm 其中有光譜響應(yīng)（SR）、開路電壓（VOC）和填充因子（FF）（電池參數(shù)）[12]。SCE在AM1.5太陽光譜的所有波長上的積分，可得到給定電池總的光-電轉(zhuǎn)換效率： M:/(~X{? 
（2） 9(O eH7 其中ηi*是全光譜（未濾光）照明EAM1.5下的電池的效率[3]。隨著入射光譜被濾波器過濾，SCE可以計算出來和并根據(jù)以下公式計算指定能隙的效率： ~ ]QQaP 
(3) X7AxI\h 其中Ti(λ)是濾波器的透射率，ηi是系統(tǒng)的第i個能隙的能隙/濾波器組合得到的效率。
