[发明专利]透明发光太阳能集中器

说明书

提供了太阳能集中器装置。所述太阳能集中器装置包括：具有发光体和第一折射率的波导；可操作地耦合至所述波导的光伏组件；以及设置在所述波导的表面上的膜，所述膜具有第二折射率。所述膜的第二折射率低于所述波导的第一折射率。所述波导和所述膜是可见透明的。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月24日提交的美国临时申请第62/735,433号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。

政府权利

本发明是在国家科学基金会(National Science Foundation)授予的1702591的政府支持下完成的。政府享有本发明的一些权利。

技术领域

本公开内容涉及透明发光太阳能集中器(transparent luminescent solarconcentrator)。

背景技术

本部分提供了与本公开内容相关的背景信息，其并不一定是现有技术。

将太阳能收集系统无缝安装到表面上提供了相对于现有表面更有效地利用可再生太阳能的实用方法。透明发光太阳能集中器(透明LSC或TLSC)是被设计成利用表面来收集太阳能的技术的一个实例，其可以提供高的缺陷容限、机械柔性、角度无关性(angleindependence)和低成本。TLSC被设计成选择性地收集入射太阳通量的不可见部分(紫外(UV)或近红外(NIR))并允许可见光通过，从而使视觉影响最小化并且能够在以前不可用的领域中使用。因此，TLSC是满足现有的现场表面的能源需求的有前途的候选者。

各种发光体应用于发光太阳能集中器(透明和不透明的)，包括量子点、稀土离子、纳米簇和有机分子。这些应用大部分都关注改善量子产率(QY)和调制发光体的吸收和发射光谱以增加斯托克斯位移或使发光体的吸收峰与入射太阳光谱的峰相匹配，目的是增强LSC装置的光伏性能以及可扩展性。TLSC系统通过嵌入在透明波导中的发光体吸收太阳光谱的不可见部分来运行。然后，所吸收的太阳能在波导内以不可见(即，红外)波长重新发射。由于波导与周围环境之间的折射率差异，重新发射的光子主要通过全内反射(TIR)捕获在波导内，从而将它们导向波导边缘，在波导边缘处这些重新发射的光子可以在光伏电池中转换成电能。根据斯涅尔定律(Snell’s law)，确保TIR的关键是波导由折射率(n)值比正面包层和背面包层二者的折射率(n)值都高的材料制成。波导材料还应具有在光致发光的波长范围内的低消光系数(k)或散射系数。例如，当汽车的挡风玻璃与空气(n_空气＝1.0)接触时，两侧都可以有效地用作TLSC的波导。然而，当将TLSC集成到任意表面(例如汽车的侧板)上时，波导的背面不再与空气接触，而是与下面的固体表面无缝粘合。这导致重新发射的光子进入背表面并因由该表面吸收或散射而损失。在波导与下面的表面之间间隔出空气间隙可以恢复这种波导功能；然而，空气间隙通常缺乏结构稳定性，使得其不适合用于稳健应用。

因此，仍然需要开发用于将发光太阳能集中器集成到任意表面上的方法。

发明内容

本部分提供了对本公开内容的一般性概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

在多个方面中，本技术提供了太阳能集中器装置，所述太阳能集中器装置具有：波导，该波导包含发光体并具有第一折射率；光伏组件，该光伏组件可操作地耦合至波导；以及膜，该膜设置在波导的表面上，其中该膜具有比波导的第一折射率低的第二折射率，以及其中波导和膜是可见透明的。

在一个方面中，太阳能集中器装置的显色指数大于或等于约80。

在一个方面中，第二折射率大于或等于约1.05至小于或等于约1.45。

在一个方面中，第二折射率比第一折射率低了大于或等于约0.1。

在一个方面中，第一折射率大于或等于约1.45至小于或等于约2.5。