[發(fā)明專利]發(fā)光光伏發(fā)生器以及用在光伏發(fā)生器中的波導(dǎo)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980149696.1
• 申請日: 2009-12-07
• 公開（公告）號: CN102246314A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: C.R.朗達(dá);D.K.G.德博爾
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/0216
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李亞非;劉鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)光光伏發(fā)生器以及用在光伏發(fā)生器中的波導(dǎo)。

背景技術(shù)

光伏發(fā)生器是從光產(chǎn)生電的設(shè)備。過去數(shù)年來，進(jìn)行了不斷的努力以提高光伏發(fā)生器的效率。具有太陽能電池陣列的傳統(tǒng)太陽能面板已經(jīng)變得高效，達(dá)到商業(yè)化現(xiàn)在較普遍的程度。然而，這樣的傳統(tǒng)面板具有其缺點(diǎn)。例如，為了最大化功率產(chǎn)額，它們應(yīng)當(dāng)適于在太陽穿過天空時跟隨太陽。此外，如果例如在陰天入射光漫射，那么傳統(tǒng)面板不能特別好地產(chǎn)生電。

在克服與傳統(tǒng)面板關(guān)聯(lián)的一些問題的努力中，近來已經(jīng)展開了開發(fā)光伏發(fā)生器的研究，所述光伏發(fā)生器可以用在固定系統(tǒng)中并且可以在外界光漫射時更高效地工作。已經(jīng)開發(fā)的一種類型的光伏發(fā)生器是發(fā)光光伏發(fā)生器。這種類型的設(shè)備包括光伏電池以及關(guān)聯(lián)的發(fā)光部分。該設(shè)備典型地被設(shè)置成使得入射光進(jìn)入發(fā)光部分，至少一些入射光被吸收，然后發(fā)射和傳送到光伏電池，在那里，光產(chǎn)生電。光的發(fā)光發(fā)射典型地處于所有方向上，從而適當(dāng)?shù)姆瓷淦骼硐氲貞?yīng)當(dāng)圍繞發(fā)光部分的側(cè)面放置以便最小化發(fā)射的光的損耗并且將盡可能多的發(fā)射的光引導(dǎo)到光伏電池。發(fā)光光伏發(fā)生器盡管在理論上有前途，仍然必須達(dá)到允許其商業(yè)上使用的效率。存在改進(jìn)發(fā)光光伏發(fā)生器的效率的持續(xù)的愿望。

該領(lǐng)域中的最近研究集中于有機(jī)發(fā)光材料的使用。這在Currie等人的題為High-Efficiency?Organic?Solar?Concentrators?for?Photovoltaics（Science,?11?July?2008,?Vol.?321.?no.?5886,?pp.?226?–?228）的論文中給出了示例。該論文公開了用于利用太陽能電池產(chǎn)生電的有機(jī)發(fā)光太陽能聚光器。太陽能聚光器包括在其表面上具有有機(jī)染料薄膜的玻璃襯底。使用了兩種類型的有機(jī)染料：4-(二氰亞甲基)-2-叔丁基-6-(1,1,7,7-四甲基久咯呢定基-9-烯基)-4H-吡喃（DCJTB），一種熒光染料；以及鉑四苯基四苯（platinum?tetraphenyltetrabenzoporphyrin）[Pt(TPBP)]，一種磷光染料。

上面提到的Currie等人的論文中公開的有機(jī)發(fā)光太陽能聚光器與大多數(shù)有機(jī)發(fā)光材料一樣具有相當(dāng)寬的發(fā)射譜。利用這樣的材料，聚光器的發(fā)光部分之外的反射器需要能夠反射大多數(shù)（如果不是全部的話）發(fā)射的光。在光入射的設(shè)備側(cè)面，反射器必須允許適當(dāng)波長的入射光直達(dá)發(fā)光材料，使得該光可以被吸收，但是其必須防止來自發(fā)光材料的發(fā)射的光穿過反射器，并且改為反射該光，使得它可以到達(dá)太陽能電池。這樣的反射器稱為濾光器或波長濾波器。提供跨大范圍的波長反射的濾光器可能是昂貴的。

有機(jī)發(fā)光材料還在延長的時段內(nèi)遭受退化，尤其是經(jīng)受入射的UV光。

發(fā)明內(nèi)容

希望的是提供對于現(xiàn)有技術(shù)所公開的光伏發(fā)生器的可替換的或者改進(jìn)的光伏發(fā)生器。其可以例如在效率和/或制造成本方面被改進(jìn)。

在第一方面中，本發(fā)明提供了一種用在光伏發(fā)生器中的波導(dǎo)，該波導(dǎo)包括透明基體（matrix），該透明基體具有（i）散布于其中的無機(jī)發(fā)光材料的顆粒和/或（ii）設(shè)置在其至少一側(cè)的無機(jī)發(fā)光材料。

在第二方面中，本發(fā)明提供了一種包括光伏電池和波導(dǎo)的光伏發(fā)生器，該波導(dǎo)包括透明基體，該透明基體具有（i）散布于其中的無機(jī)發(fā)光材料的顆粒和/或（ii）設(shè)置在其至少一側(cè)的無機(jī)發(fā)光材料，其中波導(dǎo)與光伏電池關(guān)聯(lián)，使得在使用時從發(fā)光材料發(fā)射的光的至少一些進(jìn)入光伏電池以便在電池中產(chǎn)生電壓。

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，無機(jī)發(fā)光材料相對于有機(jī)發(fā)光材料是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈儾粌A向于在延長的時段內(nèi)退化。此外，當(dāng)基于能量轉(zhuǎn)移和/或摻雜有稀土或過渡金屬離子的無機(jī)材料時，它們允許實(shí)現(xiàn)大的斯托克斯位移（Stokes?Shift），而不導(dǎo)致發(fā)光的大量熱猝滅。而且，如下文所描述的本發(fā)明的某些實(shí)施例可以與易于制造的干涉濾波器一起使用，尤其是其中激發(fā)波長與發(fā)射波長之間的波長差為大且發(fā)射線寬為小的實(shí)施例。在如下文所描述的一個實(shí)施例中，諸如量子點(diǎn)（quantum?dot）、量子棒或核殼系統(tǒng)之類的耐光量子顆粒可以用在無機(jī)發(fā)光材料中或者用作無機(jī)發(fā)光材料。再吸收可以通過使用具有間接發(fā)射躍遷的量子顆粒、使用小和大的量子顆粒而最小化。在其中能量從小的量子顆粒轉(zhuǎn)移到大的量子顆粒的情況下，大的量子顆粒少量存在以防止大的量子顆粒的再吸收。

在一個實(shí)施例中，無機(jī)發(fā)光材料具有50nm或更大的吸收線寬、20nm或更小的發(fā)射線寬以及50nm或更大的斯托克斯位移。