[发明专利]发光太阳能聚光器

说明书

本发明涉及发光太阳能聚光器(luminescent solar concentrator)。

更具体地，本发明涉及包含含有至少一种光致发光化合物的水微乳液(aqueous microemulsion)的发光太阳能聚光器(LSC)。

所述发光太阳能聚光器(LSC)可有利地用于太阳能装置(即用于开发利用太阳能的装置)诸如例如，光伏电池(或太阳能电池)、光电解电池。所述发光太阳能聚光器(LSC)还可有利地用于光伏窗(photovoltaic window)。

在现有技术的水平中，开发利用太阳辐射能的主要限制之一通过最佳地仅吸收具有在窄光谱范围内的波长的辐射的太阳能装置的能力表现。

例如，对于从约300nm波长延伸至约2500nm波长的太阳辐射光谱范围，例如，基于晶体硅的光伏电池(或太阳能电池)在900-1100nm的范围内具有最佳的吸收区域(有效光谱)，而当暴露于其中波长低于约500nm的辐射时，由于低于此限度变得显著的诱发的光降解现象，聚合物光伏电池(或太阳能电池)可能受损。在从570nm至680nm(黄-橙)范围内的光谱区域内，现有技术水平的太阳能装置的效率通常处于它的最大值。

先前指出的缺点暗示了太阳能装置的受限的外量子效率(EQE)，所述外量子效率定义为太阳能装置的半导体材料中产生的电子-空穴对的数目与入射在太阳能装置上的光子的数目之间的比率。

为了提高太阳能装置的外量子效率(EQE)，已开发了装置，即发光太阳能聚光器(LSC)，当其介入光辐射源(太阳)和太阳能装置之间时，其选择性地吸收入射辐射，所述入射辐射具有太阳能装置的有效光谱外的波长，再发射以光子的形式吸收的能量，所述光子具有在有效光谱内的波长。当发光太阳能聚光器(LSC)再发射的光子的能量高于入射光子的能量时，包括太阳能辐射的吸收和随后的具有较低波长的光子的再发射的光致发光过程还被称作“上转换”过程。相反地，当发光太阳能聚光器(LSC)发射的光子的能量低于入射光子的能量时，光致发光过程被称作“下移”过程。

现有技术发展水平中已知的发光太阳能聚光器(LSC)通常处于固态并且包括由同样对感兴趣的辐射透明的材料制成的支架(例如，透明玻璃或透明聚合物材料)，该材料包括由有机化合物或金属络合物组成的光致发光化合物。特别地，支架对具有在太阳能装置的有效光谱内的频率的辐射透明。

所述光致发光化合物可作为薄膜沉积在玻璃支架上或，诸如在聚合物材料的情况下，它们可在聚合物基体内分散。可选择地，聚合物基体可直接用光致发光发色团官能化。

理想地，为了用于发光太阳能聚光器(LSC)，光致发光化合物必须具有如下特征：

-高发光量子效率(Φ)[(Φ)根据下面等式(1)被定义为发光分子每单位时间发射的光子数目和吸收的光子数目之间的比率，并且具有等于1的最大值]：

(Φ)＝发射的光子数目/吸收的光子数目(1)；

-宽吸收带；

-高摩尔消光系数(ε)；

-发射带在光谱区内，其中太阳能装置最有效；

-吸收和发射带很好地分离，例如，其可由于定义为吸收带最大值的光谱位置和发射带最大值的光谱位置之间差值的高斯托克斯位移(通常以频率单位(cm^-1)计量)来获得，以防止或最小化自吸现象。

还已知处于液态的发光太阳能聚光器(LSC)。所述处于液态的发光太阳能聚光器(LSC)通常由具有同样对感兴趣的辐射透明的壁的容器(例如，透明玻璃或透明聚合材料)构成，该容器填充有溶液，一般是有机溶剂诸如例如，甲苯、甲醇、乙醇、氯仿、二氯苯中的溶液，该溶液包含由有机化合物或金属络合物组成的光致发光化合物。特别地，所述壁对具有在太阳能装置的有效光谱内的频率的辐射透明。