[发明专利]发光物体及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一发光物体，具体涉及这样的发光物体在光学发光聚光器器件(例如发光太阳能聚光器器件)中的应用。

背景技术

太阳能每单位瓦特的成本约比来自其他来源(包括煤、石油、风、生物和核子)的能源高5-10倍。为降低光电系统中太阳能发电的成本，希望能有效利用该系统中最昂贵的部分，即光电池(太阳电池)。这通常是通过使用大型光聚焦太阳能聚光器(抛物面形或槽形盘)实现的。这些器件存在一些缺点，包括投资成本高、维护成本高、外形笨重以及当它经过天空时需要跟踪太阳：对于现有技术水平的评述，可参见Swanson，Progress in Photovoltaics：Research and Applications 8，93(2000)。

已成为研究课题的一其他方式是使用波导管收集光、并将光传输到小型光电池。这些工作中的一些尝试使用全息方法(US5877874)或几何光学、对光进行重定向(例如可参见T.Uematsu et al Sol Energ Mater Sol C 67,415(2001)and US 4,505,264)。这些尝试相当不成功，尤其对于大的传输距离。这是因为效率低，或系统需要跟踪太阳，或系统复杂、不适合大规模生产或将其组合。

发光太阳能聚光器(luminescent solar concentrator，LSC)代表已作为研究课题的另一方式。这主要是因为这些系统易于低成本制得，且因为这些系统无需进行太阳跟踪。LSC基本上是由大块玻璃或聚合板、薄板、薄膜、纤维、条带、纺织品或掺杂有萤光染料分子的涂层组成的。这些染料可吸收照射在其上的阳光中的特定波长的光，并以较长的波长沿各个方向再次发射光。该光中的一部分是在支持式波导管的临界角度内发出的，且被全内反射和传输到光电池。LSC具有将较廉价的挠性材料结合使用的优点(尤其当使用塑料波导管时)，且无需散热器或太阳跟踪系统。Earp et al，Sol Energ Mat Sol C 84，411(2004)中描述了具有不同用途(房间照明)的样品系统。此时LSC系统尚未商用，这主要与其效率低有关。这一低的总效率源于发射光的高度再吸收(染料的有限斯托克斯位移)、将光低效耦合至波导管内、以及将光低效保持在波导管内。

本发明旨在克服LSC系统的这些缺点，尤其通过提供方法、以提高将发射光耦合至波导管内的效率。

发明内容

本发明人已发现，LSC系统的效率可通过在其中使用含有定向光致发光材料的阵列聚合物而显著提高。根据本发明，聚合物的排列用于引起光致发光材料的定向。由非排列的各向同性光致发光材料发出的辐射沿各个方向传播，且稍首选与LSC系统垂直的发射方向，以实现垂直于LSC系统的平面的入射照明。换言之，所述光的大部分在波导管模式外发射，且不在波导管内传输。光致发光材料在聚合物内的适合排列可确保由定向光致发光材料发射的光的大部分幅射进入到LSC系统的波导模式内。

因此，当沿一相当大的预倾斜角排列时，将沿一角度发出辐射，由此使它非常有效地耦合至波导管内。当沿大的预倾斜角排列时，所述发射的辐射的相对大的部分将沿某一角度到达所述发光物体与空气间的界面，并保持在所述物体内，且该角度大于全反射的临界角。因此，使用排列的光致发光材料有可能在LSC系统内包含比迄今可行的水平高得多的发射光部分。结果，本发明有可能将LSC系统的工作效率提高超过25％。

因此，本发明的一方面涉及一包含阵列聚合物的发光物体，且该阵列聚合物含有定向光致发光材料，所述阵列聚合物相对于所述物体的表面具有10-90°的预倾斜角。在一特定实施例中，本发明旨在提供包含发光层和波导管的发光物体，其中所述物体为光学叠层或光学纤维，所述发光物体与所述波导管光学耦合，所述发光物体包含含有定向光致发光材料的阵列聚合物，所述定向光致发光材料在所述阵列聚合物内固定不动，且所述阵列聚合物的相对于所述物体的表面的预倾斜角为10-89°，优选为10-90°，更优选为10-85°，进一步更优选为15-85°，又更优选为30-80°，更优选为30-70°，再更优选为40-70°。

这一发光物体可用于将入射光转化为较长波长的光。当发射光以相对于所述物体的表面相对小的角度幅射时(需使用相对高的预倾斜角)，发射光可在平行于所述表面的平面内有效地传输到例如出口或光电器件。因此，本薄膜可在例如LSC中这样应用，无需独立的波导管。在这一具体情形中，可非常有利地使用具有大的斯托克斯位移和/或在吸收和发射光谱之间具有很少重叠的光致发光材料，以避免由重吸收现象导致的大的光损失。