[發(fā)明專利]用于凝聚光輻射的裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00809536.1
• 申請(qǐng)日: 2000-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN1358333A
• 公開（公告）日: 2002-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 格來恩·A·羅森伯格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 特爾雷森有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01L31/052
• 分類號(hào): H01L31/052;G02B5/32;F24J2/06
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 李德山

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)裝置，尤其涉及用于凝聚光輻射的聚光器領(lǐng)域。根據(jù)本發(fā)明的主題制造的聚光器可以用于利用凝聚的光輻射的所有技術(shù)領(lǐng)域。它可以用于光譜范圍從紫外到紅外的光輻射。

背景技術(shù)

太陽能(Luminescent?solar)聚光器在本領(lǐng)域是公知的，用于捕獲和收集來自散布于平板上的發(fā)光中心的光。聚光器利用光導(dǎo)中的全內(nèi)反射捕獲發(fā)光中心發(fā)射的一部分光。發(fā)光中心在360度立體角內(nèi)再次輻射波長較長的光，所以把光傳播至板的一邊或邊緣的小區(qū)域的效率低。

本領(lǐng)域公知的太陽能聚光器的一個(gè)例子利用了全息圖和棱鏡或平板；參見例如授予Afian等人的美國專利No.4,863,224。然而，這種太陽能聚光器需要對(duì)準(zhǔn)太陽，并且不提供任何被動(dòng)式太陽跟蹤能力。

本領(lǐng)域中還公知的一種集光裝置包括全息圖和全反射表面，用于收集單一入射角處的單色光；參見例如授予Ando等人的美國專利No.5,268,985。然而，Ando等人采用了單個(gè)入射角和單一波長，因此需要跟蹤裝置，并且不能利用整個(gè)太陽光譜。

現(xiàn)有技術(shù)中公知的另一種聚光器是電磁波聚能器；例如參見授予Tremblay的美國專利No.4,505,264。電磁波聚能器多層介質(zhì)導(dǎo)板凝聚電磁能量。該發(fā)明的缺點(diǎn)是在導(dǎo)板中有大量反射損耗，而在一些比較經(jīng)濟(jì)的實(shí)施例中吸收損耗高。該發(fā)明還具有光學(xué)上難以制造的問題，因而制造成本高。

公開日為1999年3月2日，授予本發(fā)明者的美國專利5,877,874披露了一種用于凝聚太陽輻射的裝置，它采用了全息平面聚光器(HPC)來收集和凝聚光輻射。HPC包括一個(gè)平面的、高透明平板和安裝在其表面上的至少一個(gè)多重復(fù)用(multiplexed)全息光學(xué)薄膜。該多重復(fù)用全息光學(xué)薄膜中已經(jīng)記錄了多個(gè)具有一或多個(gè)角度和光譜復(fù)用區(qū)域的衍射結(jié)構(gòu)。可以將兩個(gè)或多個(gè)區(qū)域構(gòu)造成提供空間復(fù)用。對(duì)于尋找對(duì)該發(fā)明改進(jìn)的預(yù)定目的來說，該專利給出的教導(dǎo)在一定程度上是有用的，本發(fā)明代表了這種改進(jìn)。

存在對(duì)這樣一種太陽能聚光器的需要，其能夠減小太陽輻射凝聚過程中的能量損耗并且利用了大部分太陽光譜，同時(shí)減小或消除了跟蹤要求。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種光譜選擇太陽能聚光器，其中可以把太陽光的不同光譜成分進(jìn)行凝聚，用作不同形式的能量，如電、光和熱。

本發(fā)明的另一目的在于減少或消除太陽能聚光器的跟蹤要求。

本發(fā)明的再一目的在于簡化太陽能聚光器的設(shè)計(jì)和制造。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種聚光器，其可以按照所需的應(yīng)用來設(shè)計(jì)該聚光器的光譜選擇性。這里公開的每一個(gè)應(yīng)用具有獨(dú)特的光譜要求，以便更有效地工作。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種太陽能聚光器，該聚光器在聚光照明系統(tǒng)中作為UV和IR光的被動(dòng)式濾光裝置。

通過考慮附圖和隨后的描述，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于收集和凝聚光輻射的全息平面聚光器。該全息平面聚光器包括(a)至少一個(gè)高透明平板，(b)至少一個(gè)設(shè)置在它的一個(gè)表面上以形成光導(dǎo)結(jié)構(gòu)的多重復(fù)用全息光學(xué)薄膜，以及(c)至少一個(gè)固定在該多重復(fù)用全息光學(xué)薄膜下面與太陽輻射的入射相反的一側(cè)的光生伏打電池。每個(gè)光生伏打電池通過至少一個(gè)這種全息光學(xué)薄膜來限定橫向邊界。另外，可以沿Z(垂直)方向形成多個(gè)(至少兩個(gè))這種薄膜。

多重復(fù)用全息光學(xué)薄膜中記錄有多個(gè)衍射結(jié)構(gòu)，該衍射結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)或多個(gè)被角度和光譜復(fù)用的區(qū)域。該多重復(fù)用全息圖適合于把光輻射耦合至高透明平板中，使得光輻射無損耗并通過高透明平板和多重復(fù)用全息薄膜。該全息圖的多重復(fù)用用來減少全息平面聚光器中的再次耦合(recoupling)損耗。

此高透明平板是多功能的，并按照下述方式實(shí)現(xiàn)。首先，它作為全息材料的支撐結(jié)構(gòu)。其次，它為全息材料提供環(huán)境防護(hù)。第三，它在350至1400納米(nm)波長范圍內(nèi)提供高的光透射率，這一點(diǎn)對(duì)于全息平板聚光器的總效率十分重要。第四，玻璃相對(duì)周圍空氣較高的折射率，對(duì)于日間太陽角度變化，它將入射角接收角度從160°全角壓縮至大約80°；這樣就減小了對(duì)全息結(jié)構(gòu)的角度性能要求。第五，高透明平板作為全息平面聚光器裝置的全內(nèi)反射(TIR)輔助聚光器。