[发明专利]发光太阳能聚集器

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光聚集器（concentrator）。例如，该发光聚集器可以结合太阳能使用以便聚集入射的太阳光以用于光伏系统中的后续转换。

背景技术

为了降低光伏系统中太阳能生成的成本，希望的是有效地利用系统的最昂贵的部分，即光伏电池（例如通过使用更大的光通量而提供增加的电流生成）。常规上，这通过使用大的光聚焦太阳能聚集器而完成。

例如，在该技术领域中，发光太阳能聚集器结合波导使用。基本上，这些发光聚集器包括掺杂有荧光染料分子的大玻璃板。染料从入射到其上的太阳光中吸收特定波长的光，并且在所有方向上重新发射更长波长的光。该光的一部分在支撑波导的临界角内发射，进行全内反射并且传输到光伏系统的光伏模块。

然而，这些发光聚集器目前表现出低效率，其源自发射的光的高的再吸收、将光耦合到波导中的低效率以及将光保持在波导内的低效率。

当前，存在研究改进发光太阳能聚集器的世界范围的大规模研究活动。这样的当前聚集器通常包括其中施加了发光材料的基质。入射的太阳光一到达发光材料就在发光过程中向下转换并且然后可以在光伏模块中使用。

然而，再一次地，转换的光的再吸收强烈地促成这些发光聚集器中的能量损耗。可以实现的光学增益因子（入射的光强度与光伏模块接收的光强度的比值）受到这些再吸收效应的限制。关于当前的发光聚集器，再吸收效应发生在发光材料中，并且此外基质本身也可能通过基质中的光学吸收而负面地影响光学增益因子。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种发光聚集器，其降低用在光伏系统中的发光聚集器中的再吸收损耗。

本发明通过提供一种转换穿过滤光器的太阳光的发光聚集器而解决上述问题。该光在发光材料中进行转换并且聚集在滤光器与发光材料之间的区域中。

依照本发明，提供了一种用于太阳光的发光聚集器。该发光聚集器包括波长选择滤光器、能量聚集区域和发光材料。波长选择滤光器适于通过太阳光并且反射发光材料发射的光。

波长选择滤光器可以是多层干涉滤光器或者光子带阻滤光器。例如，波长选择滤光器可以是在特定波长处透明并且在入射光的其他波长处反射的镜，可选地具有偏振选择性。特别地，波长选择滤光器允许入射的太阳光穿过，但是反射从发光材料发射的转换光，因为这两种光的波长不同。例如，来自发光材料的转换/发射的光的波长大于先前通过滤光器的入射太阳光的波长。例如，US2009/0044861A1中进一步解释了波长选择镜。

能量聚集区域可以是空气间隙或者可以包含真空或者可以是或包括（基本上和/或显著地）不影响穿过能量聚集区域的（转换的）光的聚集的任何其他材料。例如，能量聚集区域不包含或包括（例如显著地）吸收入射光的材料。换言之，能量聚集区域基本上为空（即不含负面地影响（例如通过吸收能量聚集区域中存在的至少部分光）光的聚集和/或反射的材料/部件/配置）。在一个特定的实施例中，该区域可以提供与设置在能量聚集区域之下的发光材料相同（或者甚至更大）的厚度。

由于不包含或包括吸收光的材料的能量聚集间隙的存在，要聚集到所述区域中的转换的光的能量损耗减小或者甚至被最小化。因此，发光聚集器可以有利地增强连接到所述区域的太阳能电池/光伏器件的总体输出。

发光材料适于在吸收光或者具有足够量子能量的其他辐射时发射光并且涵盖荧光和磷光二者。例如，发光材料包含多个发光染料分子。在一个特定的实施例中，发光材料不嵌入到（聚合物）基质中，而是如下面所讨论的，发光材料直接沉积或溅射到衬底上，例如沉积或溅射到反射结构上。

发光材料固定到其中的任何基质的省略可以有利地避免在光聚集到滤光器与发光材料之间的能量聚集区域中的同时基质对于入射光和/或转换光的任何进一步的再吸收。因此，进一步减少了任何能量损耗。

在一个特定的实施例中，发光材料可以包括线发射器，即其发射峰的谱宽度为窄（优选地低于30nm）的磷光或荧光材料。这样的线发射器的使用可以是有利的，因为非常宽的角度范围的反射都可能处于能量聚集区域内。

在一个特定的实施例中，发光材料可以是发光层。

发光材料的“层”可以提供均匀的厚度和平面状表面。例如，发光层的厚度可以小于100μm，优选地小于20μm。

在一个特定的实施例中，发光层可以是设置在反射结构上的层。