[发明专利]层压玻璃发光聚光器

说明书

提供一种层压玻璃发光聚光器，其包括固体介质，所述固体介质具有设置在其中的多个荧光团。在一些实施方案中，所述荧光团是低毒性量子点。在一些实施方案中，所述荧光团具有显著地减少的自吸收，这允许光致发光在长距离上进行无扰波导。本发明还公开了用于从所述层压玻璃发光聚光器发电的设备以及所述层压玻璃发光聚光器与建筑物和车辆的组合。

相关申请的交叉引用

本申要求于2016年5月25日提交的与本文具有相同发明人和相同标题的美国临时申请号62/341,238的优先权权益，并且所述申请的内容以引用的方式整体并入本文。

政府资助的声明

本发明是在政府的支持下根据国家科学基金会(National Science Foundation)授予的合同号1622211进行的。政府享有本发明中的某些权利。

技术领域

本公开总体涉及以嵌入在玻璃片材之间的光致发光材料为特征的装置，并且更具体地涉及包含光致发光材料(诸如具有高量子产量和低自吸收度的量子点)的层压的玻璃发光聚光器和使用所述层压的玻璃发光聚光器结合光伏电池用于发电的系统。

背景技术

发光聚光器(LC)是利用发光材料来采集电磁辐射的通常用于发电的目的的装置。用于这一目的的这种装置的常见设置101在图1中描绘。如其中所见，LC 102用来在相当大面积上收集太阳能辐射103，并且将所述太阳辐射103聚集在相对小的面积(在此为光伏电池104的有源表面)上。光伏电池104然后将辐射转换成电以向终端用户装置提供电力105。LC 102作为波导起作用，所述波导包括既产生所述发光又透射所述发光的发光材料。波导通常是具有光学质量的聚合物材料。当日光或其他辐射投射到发光材料上时，所述材料经历发光(并且最常见地，荧光)并且将光发射到波导中。自此，所截留的光被引导到光伏电池104。由于由发光材料发射的辐射通常在与初始地由发光材料吸收的辐射不同的波长下被发射，因而太阳能聚光器102具有既聚集投射到其上的辐射光谱又修改所述辐射光谱的作用。

LSC的第一报告中的一个可见于1979年提交的、题为“Luminescent Solar EnergyConcentrator Devices”的U.S.4,227,939(Zewail等人)。这一参考文献指出“斯涅尔定律规定大部分(通常75％)的再发射以大于临界角的入射角撞击基板表面，使得这部分的光然后通过内部反射被截留在基板中，直到连续的反射将所述光传播至板的边缘，在所述板的边缘处，所述光进入放置在板边缘处的吸收器中”。由于聚合物材料在户外条件下频繁地不可靠，这种方法的最大缺点之一在于其依赖于单块聚合物面板/片材作为用于窗户、建筑物或车辆的结构材料。此外，在这种应用中可用的典型的聚合物材料易于磨损。除扰乱通过窗户的视野之外，磨损也通过将光散射中心引入波导中而损害LC性能。

玻璃在现代社会中无所不在并且可见于消费者电子器件、建筑物立面、汽车结构和窗户。尽管玻璃具有作为耐用的LC材料的潜力，但是它具有两个主要的缺点：(1)目前本领域中尚无可在玻璃的熔融温度/工艺中幸存的足够的发光材料，以及(2)典型的浮法玻璃在长的距离中由于金属杂质(诸如铁)而具有差的传递性。

玻璃的一个重要的创新是层压“安全”玻璃的发展。与层压玻璃相关的第一已知专利是法国专利号321,651(Le Carbon)，其于1902年提交并且指出用赛璐珞涂覆玻璃物体可使它们更不易于开裂或破裂。然而，层压玻璃的发明通常归功于法国化学家EdouardBenedictus，他明显地受已经用塑料涂覆的玻璃烧瓶在掉落之后并未破裂的1903实验室事故启发。Benedictus于1909年提交法国专利号405,881，并且然后他创立了三联玻璃公司(Societe du Verre Triplex)，其加工玻璃塑料复合材料。