[发明专利]聚光设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚光设备。

更具体而言，本发明涉及包括具有多边形、圆形或椭圆形形状的主发光太阳能聚光器(LSC)以及定位在所述主发光太阳能聚光器(LSC)外面的至少一个次发光太阳能聚光器(LSC)的聚光设备。

所述聚光设备可以有利地用在诸如像光伏电池(或太阳能电池)、光电解电池的光伏设备(或太阳能设备)中。所述聚光设备还可以有利地用在光伏窗中。

本发明还涉及包括所述聚光设备的光伏设备(或太阳能设备)，其中至少一个光伏电池(或太阳能电池)定位在所述次发光太阳能聚光器(LSC)的较小外侧面处。

背景技术

在现有技术状况中，采用太阳辐射能量的主要限制中的一个由光伏设备(或太阳能设备)的最优地只吸收具有窄光谱范围内的波长的辐射的能力表示。

例如，对照从大约300nm波长至大约2500nm波长延伸的太阳辐射光谱范围，基于晶体硅的光伏电池(或太阳能电池)例如具有在900nm-1100nm范围内的最佳吸收区域(有效光谱)，而聚合物光伏电池(或太阳能电池)在暴露于具有小于大约500nm的波长辐射时会受损，因为引起的光降解现象在低于这个限值时会变得显著。现有技术状况的光伏设备(或太阳能设备)的效率通常在从570nm至680nm的光谱范围(黄-橙色)内处于其最大值。

先前指出的缺点暗示光伏设备(或太阳能设备)的有限外量子效率(EQE)，EQE被定义为在光伏设备(或太阳能设备)的半导体材料中生成的电子-空穴对数目与入射到光伏设备(或太阳能设备)上的光子数目之比。

为了提高光伏设备(或太阳能设备)的外量子效率(EQE)，已开发出了设备，即，发光太阳能聚光器(LSC)，当其被插在光辐射源(太阳)与光伏设备(或太阳能设备)之间时，LSC有选择地吸收具有光伏设备(或太阳能设备)的有效光谱之外的波长的入射辐射，以具有在有效光谱内的波长的光子的形式发射所吸收的能量。当由发光太阳能聚光器(LSC)发射的光子的能量高于入射光子的能量时，光致发光过程(包括太阳辐射的吸收和随后具有较低波长的光子的发射)也被称为“上转换”过程。与此相反，当由发光太阳能聚光器(LSC)发射的光子的能量低于入射光子的能量时，光致发光过程被称为“下转换”过程。

现有技术状况中已知的发光太阳能聚光器(LSC)通常是以片材的形式并且包括由本身对感兴趣的辐射透明的材料(例如，透明的玻璃或透明的聚合物材料)制成的基质，通常选自例如有机化合物、金属络合物、无机化合物(例如，稀土)、“量子点”(QD)的一种或多种光致发光化合物。由于全反射的光学现象，由光致发光化合物发射的辐射朝着所述片材的薄边缘被“引导”，在那里被集中到在其上定位的光伏电池(或太阳能电池)上。以这种方式，低成本材料(称为片材)的广阔表面可用于将光聚集到高成本材料[光伏电池(或太阳能电池)]的小表面上。

所述光致发光化合物可以以薄膜形式沉积在由透明材料制成的基质上，或者它们也可以分散在透明基质内。作为替代，透明基质可以利用光致发光发色团直接官能化。

光致发光化合物应当具有被有利地用在发光太阳能聚光器(LSC)的构造中的许多特性并且这些不总是互相兼容。

首先，由荧光发射的辐射的频率必须对应于高于阈值的能量，低于该阈值，代表光伏电池(或太阳能电池)的核心的半导体不再能够工作。

其次，光致发光化合物的吸收光谱应当尽可能广泛，以便吸收大部分入射的太阳辐射，然后以期望的频率重新发射它。

还期望太阳辐射的吸收是非常强烈的，使得光致发光化合物可以在最低可能的浓度发挥其功能，从而避免大量地使用光致发光化合物。

此外，太阳辐射的吸收过程及其在较低频率的后续发射必须以最高可能的效率发生，从而最小化所谓的非辐射损失，常常用术语“热化”统一指示：过程的效率是由它的量子产率来测量的。

最后，吸收和发射频带必须具有最小重叠，因为否则的话由光致发光化合物的分子发射的辐射将被吸收并至少部分地被相邻的分子散射。一般被称为自吸收的所述现象必然导致效率的显著损失。具有较低频率的吸收光谱的峰值与所发射辐射的峰值的频率之差通常被指示为斯托克斯(Stokes)“偏移”并以nm测量(即，它不是被测量的两个频率之差，而是对应于它们的两个波长之差)。所述斯托克斯偏移必须足够高，从而保证吸收频带与发射频带之间最小可能的重叠，从而获得发光太阳能聚光器(LSC)的高效率，牢记已经提到的所发射的辐射的频率对应于高于阈值的能量的必要性，低于该阈值，光伏电池(或太阳能电池)不能工作。