[发明专利]光收集器设备

说明书

技术领域

本发明涉及光收集器设备。本发明还涉及太阳能设备、温室或照明单元，其包括这样的光收集器设备。

背景技术

光内耦合结构在本领域中是已知的。例如，WO2009115574描述了包括具有两个主表面侧的透明片的温室，其包含透明片内的发光染料，其特征在于在两个主表面侧的至少一个上存在几何光学元件的阵列。特别地，光致发光染料包含在与透明片接触的分离层内。

另外，发光太阳能集中器在本领域中是已知的。例如，WO2012023094描述了诸如例如使用其波导的后侧上的散射或者反射层的太阳能集中器之类的光电设备。散射或者反射层还合并了用于吸收和发射的发光或者磷光材料。散射或者反射层中的附加的吸收和发射功能性允许入射光的较为动态的使用。

发明内容

重要的方面是光如何能够以高效的方式被引导朝向植物（例如，在温室中）并且具有优化的光谱。像是棱镜、透镜或者散射微结构那样的结构的使用在本领域中是已知的。该结构的确进行工作来提取光，但是不能足够有效地将光引导朝向植物。此外，提供有（这样的）微结构的箔对于该应用而言可能变得过于昂贵。

另外，可应用包含荧光染料和光散射（颗粒）添加剂的聚合基质。然而，似乎在一些系统中超过50%的光被引导朝向温室的外部，并且没有被植物有效地使用。

因此，本发明的一个方面是提供可替换的光收集器设备，其优选地另外至少部分地消除上述缺陷中的一个或多个。

因此，在第一方面中，本发明提供了包括片状光接收侧和光出射侧的光收集器设备（在本文中也被指示为“设备”），光收集器设备包括光导材料的多个弯曲结构（在本文中也被指示为“结构”），其中光导材料包括被配置成吸收光源光的至少一部分并且将所吸收的光的至少一部分转换成可见波长范围中的经转换的光的有机染料，其中每个弯曲结构具有被配置成从所述光源接收光并且被配置成将光源光耦合到弯曲结构中的在光接收侧的凸起弯曲部分、在光出射侧的凹入部分和在光出射侧的光出射边缘部分，其中每个弯曲结构具有被配置成促进内耦合的光和可见波长范围中的经转换的光在光出射边缘部分的方向上的输运的曲率和光导厚度，以提供从光出射边缘部分逸出的设备光。

利用这样的光收集器设备，（太阳）光可以高效地耦合到弯曲结构中，在弯曲结构内被有机染料至少部分地转换成另一波长的光，并且在光出射边缘部分处耦合离开光收集器设备。由此，提供了收集的（太阳）光和/或收集的经转换的（太阳）光。注意，光源不是光收集器设备的（多个）基本实施例的一部分。

光收集器设备被特别地设计成以高效的方式收集太阳的光，并且将收集的光在光出射侧处耦合出（作为冷光和可选的其余太阳光），所述收集的光至少部分地被有机染料转换成冷光。因此，在实施例中，光收集器用于集中（太阳）光，并且至少部分地将该集中的太阳光转换成冷光（通过利用染料对至少部分的太阳光的转换）。由于全内反射（TIR），内耦合的光和冷光可以迁移至边缘部分并且从光出射部分（或者光出射边缘部分）逸出。为了抵消光导的TIR属性中的减小，有机染料基本上不作为微颗粒存在，而是优选地呈分子分布，因而抵消光的全向散射。另外，染料具有本质上不与所述染料的发射光谱重叠的吸收和/或激发光谱，因而抵消经转换的光的全向再发射。所述全向散射和全向再发射二者都导致光导材料的TIR属性中的不合期望的减小，并且因此导致不太高效的太阳光收集器设备。

光收集器设备包括多个弯曲结构。在一些实施例中，这些可包括半球结构，像是圆顶那样，在其它实施例中，这些可以包括漏斗状结构或者球冠。凸起部分被配置在光接收侧。因此，光接收侧包括多个凸起弯曲结构。凹入部分在光收集器设备的“背侧”（光出射侧）。弯曲结构的边缘被用作外耦合或者光出射边缘部分（在光出射侧）。因此，弯曲结构的至少一部分边缘被配置成允许内耦合的光在光收集器设备的光出射侧从弯曲结构的光出射边缘部分逸出。

注意，在光收集器设备（自身）的实施例中，除了可选的涂层，在凸起弯曲部分的上游不存在物理结构。正是有利的弯曲结构提供高效的内耦合。

术语“上游”和“下游”涉及项或者特征相对于来自光生成装置（在此特别地为太阳或者光源）的光的传播的布置，其中相对于来自光生成装置的光线内的第一位置，更接近光生成装置的光线中的第二位置是“上游”，并且更远离光生成装置的光线内的第三位置是“下游”。这样，一个人也可以将光接收侧指示为上游侧或者上游面，并且将光出射侧指示为下游侧或者下游面。