用于太阳能的高效聚光系统的设计与研究

针对太阳能聚光系统分束装置，我们把衍射光学器件引入到太阳能系统中，利用衍射光学元件特有的色散特性和灵活的设计自由度等优势将太阳光谱中的特定波段的光在空间上分开，以便于相应的太阳能电池对其进行选择性吸收。衍射光学元件的引入能够实现太阳能聚光装置的低成本、高度集成化，有利于太阳能系统更广泛的应用。该课题主要针对太阳能的聚光系统作深入探索，能配合国家相关973大项目，在提高太阳能电池效率上做出局部实用性创新。

太阳能电池的并行排列且每个电池接收不同波段（从近紫外到近红外）的光可提高太阳能转换效率。宽谱光在空间上的分束是其核心技术，而衍射光学元件（DOE）的色散特性使其成为一个轻量化、超薄、可集成的理想宽谱分束器。本项目研制了能对宽谱光（如，太阳光）同时进行分束和整形的DOE以用来提高太阳能转换效率。提出了两种分束器方案：单片DOE结合一个聚焦透镜和两片DOE级联，创新性地建立了基于菲涅尔衍射的多波长DOE设计平台，扩展了传统DOE的应用领域（从单波长到宽光谱），定量地研究了影响设计结果的诸多因素，如，被优化的波长数目，各个波长之间的位相竞争以及DOE的位相跨度等。试制了简单的分束器——单片DOE结合一个聚焦透镜，粗略地测试结果显示其无源转换效率超过40%。另外，利用DOE对宽谱光整形的研究结果对诸如图像识别和加密有一定的参考价值。在本项目的研究过程中，对大位相跨度DOE的工艺制作有十分深入的认识，为其精密化制作积累了经验。