[发明专利]双层薄膜全息太阳能集中器/收集器

说明书

相关申请案的交叉参考

本申请案依据35U.S.C.§119(e)主张2008年2月12日申请的标题为“薄膜全息太阳能集中器/收集器(THIN FILM HOLOGRAPHIC SOLAR CONCENTRATOR/COLLECTOR)”的第61/028,139号美国临时申请案(代理人案号QMRC.002PR)的优先权，所述临时申请案全文以引用的方式明确地并入本文中。

技术领域

本发明涉及太阳能的领域，且更特定来说涉及使用微结构化薄膜来收集且集中太阳辐射。

背景技术

超过一个世纪以来，在美国例如煤炭、石油和天然气等化石燃料已提供主要能源。对替用能源的需要日益增加。化石燃料是快速耗尽的不可再生能源。例如印度和中国等发展中国家的大规模工业化已对可用化石燃料造成相当大的负担。此外，地理政治问题可快速影响此类燃料的供应。全球变暖也在近年来引起较大关注。虽然认为许多因素造成全球变暖，然而推测化石燃料的广泛使用是导致全球变暖的主要原因。因此急需寻找可再生且经济可行且还对环境安全的能源。太阳能是可转化为其它能量形式(例如，热能和电能)的对环境安全的可再生的能源。然而，将太阳能用作经济竞争性可再生能源受到光能转化为电能的低效率以及太阳能视一天中的时刻和一年中的月份而定的变化阻碍。

光伏(PV)电池将光能转化为电能且因此可用于将太阳能转化为电力。可将光伏太阳能电池制造得极薄且模块化。PV电池的尺寸可在数毫米到数十厘米范围内。一个PV电池的个别电输出可在数毫瓦(milliwatt)到数瓦(Watt)范围内。可将若干PV电池电连接且封装以产生足够电量。PV电池可用于广泛应用中，例如为卫星和其它太空船提供动力，提供住宅性电力和商业性电力，为汽车电池充电等。

太阳能集中器可用于收集且聚焦太阳能从而在PV电池中实现较高转化效率。举例来说，抛物面镜可用于将光收集且聚焦于将光能转化为热和电的装置上。还可使用其它类型的透镜和镜面来显著增加转化效率。

使用将光收集且聚焦于PV电池上且追踪太阳一整天的移动的光收集器和集中器可为有利的。另外具有在多云的日子收集漫射光的能力也是有利的。然而此类系统较复杂，通常笨重且庞大。对于许多应用来说，还希望这些光收集器和/或集中器尺寸紧密。有可能使用全息薄膜作为紧密太阳能收集器和/或集中器。

发明内容

在本文所描述的各种实施例中，描述一种装置，其包含光学耦合到光电池的光导。所述装置进一步包含光转向膜或层，其包含体积或表面衍射特征或全息图。入射于光导上的光经具反射或透射性的体积或表面衍射特征或全息图转向，且通过多次全内反射而导引穿过光导。将经导引的光引导朝向光电池。在某些实施例中，太阳能还用于加热热产生器以加热水或由蒸汽产生电。在各种实施例中，光导为薄的(例如，小于1毫米)且包含(例如)薄膜。光导可由柔性材料形成。可将多个光导层堆叠在彼此之上以制得在较宽角度和/或波长范围内操作且具有增加的衍射效率的集中器。

在各种实施例中，揭示一种用于收集太阳能的装置，其包含具有顶面和底面的第一光导。所述装置进一步包含第一光电池和多个衍射特征，所述衍射特征经设置以将入射在第一光导的所述顶面上的环境光重定向以使所述光在光导中通过从所述顶面和底面的全内反射而导引到所述第一光电池，其中所述第一光导具有小于或等于1毫米的厚度。

在各种实施例中，揭示一种用于收集太阳能的装置，其包含用于导光的第一装置。所述光导装置包括顶面和底面且光通过在所述顶面和底面处的多次全内反射而在其中经导引。所述装置进一步包含用于吸收光的第一装置，所述光吸收装置经配置以产生由于光被光吸收装置吸收所引起的电信号。所述装置还包含多个用于使光衍射的装置，所述光衍射装置经设置以将入射在第一光导装置的所述顶面上的环境光重定向以使所述光在所述光导装置中通过从所述顶面和底面的全内反射而导引到所述第一光吸收装置，其中所述第一光导装置具有小于或等于1毫米的厚度。在一些实施例中，光导装置包含光导，光吸收装置包含光电池或光衍射装置包含衍射特征。

在各种实施例中，揭示一种制造用于收集太阳能的装置的方法。所述方法包含提供具有顶面和底面的第一光导，所述光导包括多个衍射特征且通过在所述顶面和底面处的多次全内反射而将光在其中导引。所述方法进一步包含提供第一光电池，其中所述第一光导具有小于或等于1毫米的厚度。在各种实施例中，将所述多个衍射特征设置于第一光导上。