利用级联衍射光学元件对多波长混合光实现聚焦、整形和分光谱

衍射光学元件(Diffractive optical elements,DOE)具有独特的色散特性和灵活的设计自由度,将多个DOE级联用于太阳能电池聚光系统可同时实现聚焦、整形和分光谱功能、给出了设计思想和算法,并用七波长混合光作入射光进行模拟,优化后在目标面得到七个形状规则且完全分开的均匀圆斑、将此级联结构应用到太阳能聚光系统可有效提高太阳能利用效率。     

聚光光伏技术及研究进展

<正>聚光光伏技术是指利用光学元件将太阳光汇聚后,通过高转化效率的光伏电池(GaAs基)直接转换为电能的技术,被认为是太阳能发电未来发展趋势的第三代技术,即聚光光伏(CPV)。1.聚光光伏技术概述GaAs基太阳能电池可分为单结和多结叠层式太阳能电池两类。GaAs、Ge单结太阳电池理论效率27%,实验室效率达到     

基于光纤温度传感器监测的聚光光伏发电系统

针对聚光型太阳能光伏电池能量转换效率和使用寿命受温度影响较大的问题,基于砷化镓半导体吸收式光纤温度传感器,提出一种对聚光光伏发电系统的温度进行实时监测和控制的方法。数值仿真实验结果表明,当冷却水的流速降低、聚光光伏电池工作温度升高时,半导体的吸收波长增加,光纤温度传感系统检测出来的温度较高,这时可以通过节流阀增加冷却水的流速,提高聚光光伏电池与冷却水之间的传热系数,从而降低聚光光伏电池的温度。该方法对于延长聚光光伏电池的使用寿命和提高太阳能的利用率具有一定的理论指导意义。     

聚光跟踪式光伏技术面世

太阳能是最丰富的可再生能源，但其发电的高成本一直是大规模开发利用的障碍。能否经济高效地利用太阳能的关键在于太阳聚光和跟踪水平的优劣。目前，世界各国都将提高太阳能发电效率和降低太阳能发电成本，作为科学研究以及产业化的前沿工作。中国科技大学太阳能研究院陈应天教授及其团队与安徽应天新能源有限公司，经过2年多合作研制的数倍聚光光伏发电系统取得了太阳能光伏发电的技术突破。即使在目前百千瓦级的较小电站规模下，     

新产品

日本能量综合研究所与三鹰光机合作开发了一种传感跟踪实验用太阳聚光系统。该系统利用太阳光和煤,但不排放二氧化碳,且制造甲醇,是日本“绿色燃制技术开发项目”之一。除了太阳聚光系统,还开发了从太阳吸取热量的技术。太阳聚光系统利用反射镜传感器跟踪太阳的位置,移动聚光镜能使太阳反射到一定的方向。(No.21日本松下电机公司与美风险企业Nanosis合作正在开发一种利用纳米技术的新一代太阳能电池。两家公司合作开发的太阳能电池是利用直径为7mm,长30～60nm的柱状纳米晶体化合物采用纳米技术的太阳能电池太阳聚光系统合成的有机太阳能电…     

槽式聚光太阳能系统太阳电池阵列

基于槽式聚光太阳能系统分别对单晶硅电池阵列、多晶硅电池阵列、空间太阳电池阵列和砷化镓电池阵列进行测试实验. 结果表明,聚光后,前3种电池阵列的I-V曲线都趋于直线,输出功率急剧减少,系统效率下降较快. 而砷化镓电池阵列有较好的I-V曲线,其效率由聚光前的23.66%增加到26.50%,理论聚光比为16.92时,输出功率放大11.2倍,聚光光伏系统中可采用砷化镓电池阵列以提高效率. 砷化镓电池阵列Pm、FF和η的温度系数分别为-0.12W/K、-0.10%/K和-0.21%/K,为避免温度的影响须采用强制冷却方式保证电池效率,同时对外供热. 研究表明,10片单晶硅电池串联阵列最佳工作时的理论聚光比为4.23; 16片空间太阳电池串联阵列最佳工作时的理论聚光比为8.46. 研究工作对提高槽式聚光系统效率和大规模利用聚光光伏发电提供了依据.     

聚光光伏系统菲涅耳聚光器性能分析与仿真

对太阳能聚光光伏发电技术中的聚光系统进行了研究,分析了菲涅耳透镜应用于太阳能聚光器的优点、聚光特性以及光学效率,推导并获得了平面向外、菲涅耳面向太阳电池的点聚焦菲涅耳透镜的设计公式。在ZEMAX软件的非序列模式中实现了基于非成像光学理论的光线追迹仿真,对某一尺寸的菲涅耳透镜的焦平面上光斑能量分布情况进行了分析与模拟。研究结果表明,利用通常的菲涅尔透镜实现聚光作用的聚焦光斑的光能量主要集中在太阳电池的中心部位,呈现为从中心往外围能量越来越弱的同心圆环。要使太阳电池接收到的光能量尽可能均匀,则需要增加二次聚光元件。     

聚光太阳能系统与项目开发管理工具

介绍了聚光太阳能系统的应用前景、系统组成、关键技术和项目的开发管理工具。供从事光伏项目管理工作时参考。     

高效率侧面泵浦Nd∶YAG激光器

太阳能是地球上资源最为丰富的一种能源,但是其能量密度较低,不足以实现泵浦激光器的需求。为了实现利用太阳能泵浦激光器的目的,需要对太阳光进行高效聚焦,来达到泵浦激光器能量阈值的要求。我们采用三维复合抛物镜(3D-CPC)与菲涅尔透镜相结合的聚光系统来实现太阳光的高效聚焦,实验中将3D-CPC聚光系统的出口放置在激光器椭圆柱形泵浦腔的一个焦点处,聚焦后太阳光高效耦合进入激光器谐振腔,实现了聚光比的大幅度提升。利用此聚光系统与椭圆柱形泵浦腔的结合,泵浦Nd∶YAG晶体,得到6.2 W的激光功率输出,光收集效率达到6.2 W/m2。     

IBM采用新技术提高太阳能发电效率

美国IBM于美国时间2008年5月15日发布了运用大型聚光透镜和LSI用冷却系统提高聚光型太阳能电池（CPV：Concentrator Photovoltaic）发电效率的技术。使用该技术。可大幅削减太阳能发电设施的建设及运营成本。     

衍射光学束匀滑器件的自相关系数与性能参数

根据衍射光学束匀滑器件透过率函数的自相关系数．重新定义了表征衍射光学器件(DOE)焦面光强分布束匀滑性能的两个参数：光能利用率和顶部不均匀性。此种定义是对利用衍射光学器件焦面比强分布的空间频谱进行的性能参数定义的一种近似，对于精细化设计．两种定义计算结果非常吻合；而对于传统设计．两种定义计算结果有较大偏差：当衍射光学束匀滑器件与光谱色散平滑(SSD)技术联合使用时．模拟计算结果表明．对于精细化设计与统设计，定义的性能参数均能反映衍射光学器件的实际使用性能。     

抗反射膜对衍射光学元件衍射效率的影响分析

针对抗反射膜引入的附加位相,分析了衍射光学元件的衍射效率,提出了含有抗反射膜的衍射光学元件的优化设计方法。以工作在可见光波段的衍射光学元件为例,对比分析了采用传统方法和优化方法设计的衍射光学元件的衍射效率。结果表明:抗反射膜对衍射光学元件的衍射效率和带宽积分平均衍射效率的影响是不可忽略的。针对正入射和30°斜入射两种工作状态,采用优化设计方法得到的衍射光学元件的带宽积分平均衍射效率高于94%。     

衍射光学束匀滑器件性能的空间频谱分析

采用空间频谱方法分析了衍射光学束匀滑器件的焦面光强分布 ,重新定义了光能利用率及顶部不均匀性两个参数 ,由于其定义的溯源性 ,能够真实准确地评价束匀滑器件的设计性能。最后 ,采用这两个参数对精细化设计前后的衍射光学束匀滑器件性能进行了对比 ,结果证明了精细化设计的有效性     

基于级联金属光栅结构的有机太阳能电池宽谱吸收增强

为拓宽活性材料对太阳光谱的吸收范围,实现器 件的宽谱吸收增强,本文提出一种基 于光栅结构的新型有机太阳能电池器件,该器件在一个周期内引入不同占空比的光栅来构成 级联光栅。本文采用时域有限差分法从理论上研究了级联光栅结构对器件吸收性能的影响, 结果表明该结构可激发多个表面等离激元谐振,这些不同波长下的谐振模式可以在吸收光谱 中同时存在,从而实现宽谱吸收增强。考虑太阳光谱的影响,在TM和TM/TE混合偏振模式 下,活性材料的整体吸收效率从等效平板结构的23.9%分别提高到54.2%和36.4%,分别增 强126.8%和52.3%,且基于该级联光栅结构的 太阳能电池器件可实现在0到65度入射角范 围内的广角吸收。此外,在TM偏振模式下,该器件的吸收性能对光栅参数微小误差变化的 敏感性较低,适用于实际纳米器件 的制备。这项工作的理论结果有助于纳米金属光栅在有机 太阳能电池中的应用提供新的理论指导。     

TWO APPROACHES TO THE DESIGN OF TIME-VARYING CASCADED FILTERS

Two approaches to the design of time-varying cascaded filters used in radar clutter rejection are presented. In the first approach, by fitting the cascaded filter to the noncascaded filter, the time-varying cascaded filter can be designed, which makes it possible that the time-varying cascaded filter behaves just like an optimum clutter filter. The second approach can be used to design the second-stage filter in a time-varying cascaded one by setting zeros in its equivalent overall frequency response. It has been shown that it is difficult to express the frequency response of the second-stage filter in the time-varying cascaded one, however, it is convenient to be involved in the overall response.     

时变级联滤波器的两种设计方法

本文针对雷达杂波抑制中常用的时变级联滤波器,提出了两种实用的设计方法。第一种方法通过时变级联滤波器与时变非级联滤波器的等效来设计时变级联滤波器。该方法可以使时变级联滤波器具有最佳杂波滤波器的效果。第二种方法通过对总的等效滤波器的设计来得到级联滤波器第二级的权系数。分析表明,时变级联滤波器第二级的频率响应很难写出,但可以通过总的等效频率响应来体现。     

基于离散抽样加密算法的衍射光学元件设计

为满足浸没式光刻照明系统对掩模面高均匀性和不同照明模式的要求,对照明系统中的照明模式变换器进行了研究。采用衍射光学元件（Diffractive Optical Elements,DOE）来产生各种照明模式,从光栅结构出发,经两步变换分析了光栅转变为DOE的过程。并提出一种离散抽样加密算法,以抽样线宽1~5 m的四极照明DOE为例,揭示了DOE特征尺寸、衍射效率和光强分布非均匀性的实际对应关系。设计结果表明:随着抽样线宽的减小,整形光束的衍射效率和均匀性将得到较大提高。利用接触式光刻工艺完成了特征尺寸为1.76 m1.76 m的16台阶照明模式变换DOE的制作,通过搭建光学测试平台对不同照明模式下DOE的光强非均匀性和衍射效率进行了测试,结果满足设计要求,验证了离散抽样加密算法能够有效指导照明模式变换系统DOE的设计。     

Solar cells based on gallium antimonide

Semiconductors - Liquid-phase epitaxy and diffusion from the gas phase have been used to create various kinds of GaSb-based solar cell structures intended for use in cascaded solar-radiation...     

基于萤火虫算法的衍射光学器件设计

针对采用经典的 Gerchberg-Saxton算法设计的衍射光学器件(DOE)产生的光强分布相对误差较大, 以及采用传统群智能优化算法设计的DOE光能利用率不高的不足,本文提出了利用萤火 虫算法(FA)实现衍射光学器件设计的方法,兼顾了优化效率和 优化结果。以激光匀束器的设计为例,在模拟计算中,利用FA经过5000次迭代,得到的激光匀束器的光能利用率高达92.91%,绝对误差值低至0.60%。     

衍射光学束匀滑器件的精细化设计

修正了衍射光学束匀滑器件一维设计公式 ,利用爬山 模拟退火混合优化算法 ,进行了束匀滑器件的精细化设计 ,不仅获得了算法中焦面采样点上的束匀滑光强分布 ,还使焦面上其他非采样点也满足束匀滑光强分布。