高性能的近红外采集透明发光太阳能聚光器制造技术

本发明专利技术提供了一种透明发光太阳能聚光器(TLSC)，TLSC包括发光体和引导从发光体发射的光的波导。TLSC具有大于或等于约1的光利用效率(LUE)。率(LUE)。率(LUE)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高性能的近红外采集透明发光太阳能聚光器
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2020年1月20日提交的申请号为62/963,455的美国临时申请的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。政府支持
[0002]本专利技术是在国家科学基金会授予的1702591的政府支持下完成的。政府对本专利技术享有一定的权利。


[0003]本公开涉及透明发光太阳能聚光器。

技术介绍

[0004]本节提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
[0005]将太阳能采集系统结合到建筑中，包括建筑围护结构、车窗和面板以及电子显示器，提供了一种利用可再生太阳能的实用方法。在建筑中广泛采用太阳能采集系统；然而，由于成本、建筑阻抗以及最重要的美学因素，在建筑上和建筑周围安装传统太阳能模块的困难严重阻碍了太阳能采集系统的应用。
[0006]包括透明LSCs(TLSCs)在内的发光太阳能聚光器(“LSCs”)的概念是已知的，并且随着磷光和荧光发光体效率的最新进展，LSC系统的效率已提高到7.1％。虽然光的光学漏斗将整个系统的转换效率限制在10％以下(无LSC堆叠)，但它可以显著减少所需的昂贵太阳能电池的面积，从而降低整体安装成本，并提高发电量与太阳能电池表面积的比率。由于玻璃和房地产的高成本分别影响了组件和系统成本的平衡，因此此类LSCs很少在太阳能发电厂的实践中采用，尽管其性能和低组件成本的潜力不断提高。此外，人们对将LSCs用作建筑物和车辆的窗户以及电子设备的显示器已经表现出兴趣。迄今为止；然而，其中许多系统仅限于光谱可见部分的吸收和发射(发光)，阻碍了此类设备的广泛采用。例如，窗户的目的是提供自然光和视野，大多数人不喜欢在有色玻璃后面工作。因此，需要高水平的无色透明度的普遍采用。
[0007]LSCs的性能可以通过组件效率来理解：发光体光致发光效率(量子产率)、太阳光谱吸收效率、波导(俘获)效率、太阳能电池效率和传输(再吸收)效率。最高性能的LSCs利用磷光有机分子或多种荧光团的混合物(如量子点或有机染料)，以减少再吸收(斯托克斯位移)损失并提高整个光谱的整体吸收效率。报导的一些最高效率(6
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7％)是针对相对较小的板(小于0.1m2)，因为较大的LSCs尺寸会遭受大量的再吸收损失，从而将效率限制在5％以下。
[0008]人们早已认识到LSCs最受再吸收损失的限制，特别是对于较大的板尺寸。事实上，LSC的研究集中在通过增加有机磷光体的斯托克斯位移来减少这些再吸收损失，通过多种染料优化以人为地增加斯托克斯位移或共振位移，仅适用于厚度小于几微米的纯膜染料层。
[0009]先前构建透明太阳能采集架构的努力集中在(1)通常具有严重着色，或有限透射，或在效率和透明度之间具有内在权衡的半透明薄膜光伏，(2)包含在可见光中吸收或发射的有色发色团的LSCs，(3)使用仅收集直射光并需要太阳跟踪的波长相关光学器件的光学系统，或(4)具有不可接受的雾度水平。由于美学特性、体积庞大或相当有限的透明度，所有这些方法在窗户应用中的潜力都受到严重限制。这些方法在功率转换效率(PCE)和可见透明度(VT)之间存在内在权衡，因为这两个参数不能在常规设备中同时优化。典型的有机光伏(PV)在可见光谱内具有峰值吸收，进一步阻碍了建筑的采用，导致显色指数(CRI)差、着色高和自然照明质量差。因此，仍然需要开发提供自然、无色光的高效、高性能的TLSCs。

技术实现思路

[0010]本节提供了本公开的一般概述，而不是对其全部范围或所有特征的全面公开。
[0011]本技术提供了高性能的近红外采集透明发光太阳能聚光器。
[0012]在各个方面，本技术提供了一种透明发光太阳能聚光器(TLSC)，其包括发光体和引导从发光体发射的光的波导，其中，TLSC具有大于或等于约1的光利用效率(LUE)。
[0013]在一个方面，在垂直入射到波导时，TLSC具有大于或等于约50％的平均可见光透射率(AVT)和大于或等于约80的显色指数(CRI)。
[0014]在一个方面，TLSC具有大于或等于约1％的功率转换效率(PCE)和小于或等于约25的|b
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|值。
[0015]在一个方面，TLSC具有大于或等于约60％的平均可见光透射率(AVT)。
[0016]在一个方面，发光体被嵌入波导内，直接被设置在波导上，或被提供在设置在波导上的膜中。
[0017]在一个方面，TLSC还包括光伏组件，其可操作地耦合到波导。
[0018]在一个方面，发光体具有大于或等于约650nm的最强的最大吸光度和最强的峰值发射。
[0019]在一个方面，TLSC具有小于或等于约10％的雾度。
[0020]在一个方面，发光体是非富勒烯受体、硼
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二吡咯亚甲基(BODIPY)或它们的组合。
[0021]在一个方面，发光体是非富勒烯受体，非富勒烯受体为2,2'
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种透明发光太阳能聚光器(TLSC)，包括：发光体；以及波导，所述波导引导从所述发光体发射的光，其中，所述TLSC具有大于或等于约1的光利用效率(LUE)。2.根据权利要求1所述的TLSC，其中，在垂直入射到所述波导时，所述TLSC具有大于或等于约50％的平均可见光透射率(AVT)和大于或等于约80的显色指数(CRI)。3.根据权利要求1所述的TLSC，其中，所述TLSC具有大于或等于约1％的功率转换效率(PCE)和小于或等于约25的|b
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|值。4.根据权利要求1所述的TLSC，其中，所述TLSC具有大于或等于约60％的平均可见光透射率(AVT)。5.根据权利要求1所述的TLSC，其中，所述发光体被嵌入所述波导内、直接被设置在所述波导上、或被提供在设置在所述波导上的膜中。6.根据权利要求1所述的TLSC，进一步包括：光伏组件，所述光伏组件可操作地耦合到所述波导。7.根据权利要求1所述的TLSC，其中，所述发光体在大于或等于约650nm处具有最强的最大吸光度和最强的峰值发射。8.根据权利要求7所述的TLSC，其中，所述TLSC具有小于或等于约10％的雾度。9.根据权利要求7所述的TLSC，其中，所述发光体为非富勒烯受体、硼
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最强的最大吸光度和在大于或等于约650nm处具有最强的峰值发射。15.根据权利要求14所述的TLSC，其中，所述第二发光体包括纳米团簇。16.根据权利要求14所述的TLSC，其中，所述波导和所述第二波导被配置为使得入射光首先穿过所述第二波导，然后穿过第一波导。17.一种透明发光太阳能聚光器(TLSC)，包括：发光体；以及波导，所述波导引导从所述发光体发射的光，其中，所述TLSC具有大于或等于约1％的功率转换效率(PCE)和小于或等于约25的|b
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二吡咯亚甲基(BODIPY)或它们的组合。26.根据权利要求25所述的TLSC，其中，所述发光体为非富勒烯受体，所述非富勒烯受体为CO
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产率(QY)。30.根据权利要求27所述的TLSC，其中，所述第二发光体在小于或等于约450nm处具有最强的最大吸光度和在大于或等于约650nm处具有最强的峰值发射。31.根据权利要求30所述的TLSC，其中，所述第二发光体包括纳米团簇。32.根据权利要求30所述的TLSC，其中，所述波导和所述第二波导被配置为使得入射光首先穿过所述第二波导，然后穿过第一波导。33.一种透明发光太阳能聚光器(TLSC)，包括：发光体，所述发光体包含聚噻吩，在大于或等于约650nm处同时具有最强的最大吸光度和最强的峰值发射；以及波导，所述波导引导从所述发光体发射的光。34.根据权利要求33所述的TLSC，其中，在垂直入射到所述波导时，所述TLSC具有大于或等于约1的光利用效率(LUE)、大于或等于约50％的平均可见光透射率(AVT)和大于或等于约80的显色指数(CRI)。35.根据权利要求33所述的TLSC，其中，所述TLSC具有大于或等于约1％的功率转换效率(PCE)和小于或等于约25的|b
*
|值。36.根据权利要求33所述的TLSC，其中，所述发光体被嵌入所述波导内、直接被设置在所述波导上、或被提供在设置在所述波导上的膜中。37.根据权利要求33所述的TLSC，进一步包括：光伏组件，所述光伏组件可操作地耦合到所述波导。38.根据权利要求33所述的TLSC，其中，所述TLSC具有小于或等于约10％的雾度。39.根据权利要求33所述的TLSC，其中，所述聚噻吩为2,2'
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二吡咯亚甲基(BODIPY)，在大于或等于约650nm处同时具有最强的最大吸光度和最强的峰值发射，其中，所述波导引导从所述发光体和所述第二发光体发射的光。41.根据权利要求33所述的TLSC，进一步包括：第二发光体；以及第二波导，所述第二波导引导从所述第二发光体发射的光，其中，所述第二波导定位成与所述波导相邻，使得所述波导接收通过所述第二波导传输的光，并且其中，所述波导和所述第二波导由空气层或包含可视透明材料的层隔开。42.根据权利要求41所述的TLSC，其中，所述可视透明材料具有小于或等于约1.3的折
射率(n)。43.根据权利要求41所述的TLSC，其中，所述第二发光体具有大于或等于约50％的量子产率(QY)。44.根据权利要求41所述的TLSC，其中，所述第二发光体...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：密歇根州立大学董事会，
类型：发明
国别省市：