聚光光学元件、聚光装置、光发电装置和光热转换装置制造方法及图纸

一种聚光光学元件包含：基板；以及在基板内散布的多个微型光学构件。多个微型光学构件每一个：在与至少一个入射方向相同的方向上发射光，该光透射通过基板，并且在该至少一个入射方向上进入多个光学元件中的每一个；并且在与其他入射方向不同的至少一个发射方向上发射光，该光在与该至少一个入射方向不同的该其他入射方向上进入。因此，多个微型光学构件偏转从基板表面进入基板内部并且在同一方向上在基板内行进的光的行进方向，并且被多个微型光学构件在同一方向上偏转的、在基板内行进的光在基板的端部聚光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及聚光光学元件，该聚光光学元件将已经进入其表面的光向沿着输入表面的一侧延展的侧表面聚光。本专利技术也涉及聚光装置、光发电装置和光热转换装置，其中每一个配备了该聚光光学元件。
技术介绍
将光能转换为电能的太阳能电池由硅基材料、化合物基材料、有机材料或染料敏化材料等构成。标准的太阳能电池通常实现大约10至20%的电力转换效率。另一方面，近些年来开发的多结太阳能电池保证了高达40%的大大改善的电力转换效率，该多结太阳能电池包括一层在另一层上层叠的多个半导体层，该多个半导体层具有最佳的带隙，用于在通过将日光辐射频谱范围划分为多个波长分段而限定的多个波长带中的光的光电转换。 然而，诸如如上所述的那些的高效率太阳能电池很昂贵，并且因此除了诸如航空航天空间应用的特殊应用之外不容易获得。作为对于昂贵的高效率太阳能电池的替代，已经提出了聚光类型的太阳能电池模块，其通过将入射日光聚光到紧凑电池内来以降低的成本使能高效率日光发电。在聚光类型的太阳能电池模块处，可以将经由菲涅耳透镜或反射镜等聚焦的日光带入太阳能电池内(参见专利文献I和专利文献2)，当日光被吸收到其中具有散布了荧光颗粒的荧光收集器板时在该荧光收集器板内中产生的荧光可以被引导向该板的一侧，并且被聚光(参见专利文献3)，或者，当日光进入具有全息膜和其中包围的太阳能电池的板组件内时，在板组件处通过该全息膜衍射的光可以通过特殊的聚光系统被引导到太阳能电池(参见专利文献4)。引用列表专利文献专利文献I :日本公开专利公布No. 2005-142373专利文献2 :日本公开专利公布No. 2005-217224专利文献3 :美国专利公布No. 2006/0107993专利文献4 :美国专利No. 6，274，860
技术实现思路
技术问题通过透镜聚焦日光的聚光装置必须采取与透镜的焦距对应的沿着光轴的厚度，并且也需要分离的跟踪装置以便将光轴与日光的方位角对准。虽然在将通过荧光收集器板的光聚光的聚光装置或通过光谱聚光来聚光的聚光装置中的太阳能电池模块被允许沿着光轴延伸的方向采取小尺寸，并且不总是需要跟踪装置，但是仍然对于相对于波长依赖性和转换效率的提闻留有空间。对于问题的解决方案(I)根据本专利技术的第I方面，一种聚光光学兀件包括基板；以及多个微型光学构件，其散布在该基板内。该多个微型光学构件每一个引导已经透射通过该基板并且已经沿着至少一个入射方向进入微型光学构件的光，使得该光沿着与该一个入射方向匹配的匹配方向离开该微型光学构件，并且引导已经沿着与该一个入射方向不同的其他入射方向进入该微型光学构件的光，使得该光沿着与该其他入射方向不同的至少一个出射方向离开该微型光学构件，导致已经通过基板前表面进入该基板并且前进通过该基板的光的前进方向经由该多个微型光学构件被偏转，以沿着该匹配方向延伸；并且在该基板的端部区域处将已经经由该多个微型光学构件偏转以便沿着该匹配方向前进通过该基板的光聚光。(2)根据本专利技术的第2方面，在根据第I方面的该聚光光学元件中，优选的是，至少该基板或该多个微型光学构件具有双折射属性；并且，该基板的折射率和该微型光学构件中的每一个的折射率关于沿着该匹配方向通过该基板前进的光基本上彼此相等。(3)根据本专利技术的第3方面，在根据第I或第2方面的聚光光学元件中，优选的是， 该微型光学构件每一个形成为颗粒，并且沿着厚度方向和沿着第一方向和第二方向散布，该厚度方向沿着该基板的厚度延伸，该第一方向和该第二方向每一个垂直于该厚度方向延伸；该微型光学构件每一个采取颗粒直径d，该颗粒直径d被表达为被设置为O. I λ至10 λ的等效圆的直径，λ表示沿着该厚度方向进入的光的波长；并且，在如下情况下，折射率实现使得naxy和nbxy彼此不同，nax0和彼此相等，并且SinOj(IZnaxi1)成立的关系沿着该厚度方向延伸的轴被指定为I轴，沿着该第一方向延伸的轴被指定为X轴，沿着该第二方向延伸的轴被指定为z轴，并且包含该X轴和该 轴两者的平面被指定为xy平面；对于沿着该I轴前进通过该基板并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为naxy，对于沿着该X轴前进通过该基板并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nayx，并且，对于沿着从该 轴向该X轴以角度0 ( 0<0<90° )倾斜的轴方向前进通过该基板并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为!!^^并且，对于沿着该y轴前进通过在该多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为ribxy，对于沿着该X轴前进通过该微型光学构件并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为Iibyx，并且，对于沿着从该I轴向该X轴以角度0倾斜的轴方向前进通过该微型光学构件并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表不为ηι 0<>(4)根据本专利技术的第8方面，在根据第3至第7方面中的任何一项的聚光光学元件中，优选的是，在如下情况下，该折射率进一步实现使得nazy和nbzy彼此不同，nayz和nbyz彼此不同，nazY和nbzY彼此相等，并且sinY>(l/nazY)成立的关系包含该y轴和该z轴两者的平面被指定为zy平面；对于沿着该I轴前进通过该基板并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nazy，对于沿着该z轴前进通过该基板并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nayz，并且，对于沿着从该I轴向该z轴以角度Y (0〈γ<90° )倾斜的轴方向前进通过该基板并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nazY ;并且，对于沿着该y轴前进通过在该多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表不为nbzy，对于沿着该z轴前进通过该微型光学构件并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbyz，并且，对于沿着从该y轴向该z轴以角度Y倾斜的轴方向前进通过该微型光学构件并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为^bz Y °(5 )根据本专利技术的第15方面，在根据第3至第14方面中的任何一项的聚光光学元件中，优选的是，被定义为(π XdXnaxy)/λ的大小(size)参数α在I. 5彡α彡40的范围内。(6)根据本专利技术的第17方面，在根据第3至第16方面中的任何一项的聚光光学元件中，优选的是，该微型光学构件每一个采取等于或小于20 μ m的颗粒直径。(7)根据本专利技术的第22方面，在根据第I至第21方面中的任何一项的聚光光学元件中，优选的是，该基板形成为具有入射面的板或片，光通过该入射面进入该基板，该入射面具有比形成该基板的端部区域的侧表面更大的面积，并且，该基板沿着该第一方向和沿着该第二方向所取的尺寸都比沿着该厚度方向所取的尺寸大足够的程度，该第一方向和该第二方向每一个垂直于该厚度方向延伸。(8)根据本专利技术的第27方面，一种聚光装置包括根据第I至第23方面中的任何·一项所述的聚光光学元件；以及聚光单元，其将沿着厚度方向进入的光聚光，并且通过位于其侧端处的出射面输出被聚光的光。优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.18 JP 2010-138838;2010.08.05 JP 2010-176831.一种聚光光学元件，包括 基板；以及 多个微型光学构件，所述多个微型光学构件散布在所述基板内部，其中 所述多个微型光学构件每一个引导已经透射通过所述基板并且已经沿着至少一个入射方向进入微型光学构件的光，使得所述光沿着与所述一个入射方向匹配的匹配方向离开所述微型光学构件，并且引导已经沿着与所述一个入射方向不同的其他入射方向进入所述微型光学构件的光，使得所述光沿着与所述其他入射方向不同的至少一个出射方向离开所述微型光学构件，导致已经通过基板前表面进入所述基板并且前进通过所述基板的光的前进方向经由所述多个微型光学构件被偏转，以沿着所述匹配方向延伸；并且 在所述基板的端部区域处，已经经由所述多个微型光学构件偏转以便沿着所述匹配方向前进通过所述基板的光被聚光。2.根据权利要求I所述的聚光光学元件，其中 至少所述基板或所述多个微型光学构件具有双折射属性；并且所述基板的折射率和所述微型光学构件中的每一个的折射率关于沿着所述匹配方向前进通过所述基板的光基本上彼此相等。3.根据权利要求I或权利要求2所述的聚光光学元件，其中 所述微型光学构件每一个形成为颗粒，并且沿着厚度方向以及沿着第一方向和第二方向散布，所述厚度方向沿着所述基板的厚度延伸，所述第一方向和所述第二方向每一个垂直于所述厚度方向延伸； 所述微型光学构件每一个采取颗粒直径d，所述颗粒直径d被表达为被设置为O. I λ至10λ的等效圆的直径，λ表示沿着所述厚度方向进入的光的波长；并且 在如下情况下时，折射率实现使得Iiaxy和Iibxy彼此不同，nax0和nbx0彼此相等，并且sin0>a/nnx0)成立的关系 沿着所述厚度方向延伸的轴被指定为I轴，沿着所述第一方向延伸的轴被指定为X轴，沿着所述第二方向延伸的轴被指定为z轴，并且包含所述X轴和所述 轴两者的平面被指定为xy平面； 对于沿着所述 轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为naxy，对于沿着所述X轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nayx，并且对于沿着从所述I轴向所述X轴以角度0倾斜的轴方向前进通过所述基板并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nax0，其中0<0$90°;并且 对于沿着所述y轴前进通过在所述多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbxy，对于沿着所述X轴前进通过所述微型光学构件并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbyx，并且对于沿着从所述I轴向所述X轴以角度0倾斜的轴方向前进通过所述微型光学构件并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nhx_4.根据权利要求3所述的聚光光学元件，其中 所述折射率进一步实现被表达为nbxy>nbx0>nbyx的关系。5.根据权利要求3所述的聚光光学兀件,其中所述折射率进一步实现被表达为nbxy的关系。6.根据权利要求3至5中的任何一项所述的聚光光学元件，其中 所述折射率进一步实现被表达为naxy>naX0〉iiayX的关系。7.根据权利要求3至5中的任何一项所述的聚光光学元件，其中 所述折射率进一步实现被表达为11xy'、n n UVX的关系。8.根据权利要求3至7中的任何一项所述的聚光光学元件，其中 在如下情况下时，所述折射率进一步实现使得nazy和nbzy彼此不同，nayz和nbyz彼此不同，nazY和nbzY彼此相等,并且sinY >(l/nazY)成立的关系 包含所述I轴和所述z轴两者的平面被指定为zy平面； 对于沿着所述I轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nazy，对于沿着所述z轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nayz，并且对于沿着从所述y轴向所述z轴以角度Y倾斜的轴方向前进通过所述基板并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表不为nazY ,其中0〈 Y彡90° ;并且 对于沿着所述y轴前进通过在所述多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbzy，对于沿着所述z轴前进通过所述微型光学构件并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为ribyz，并且对于沿着从所述y轴向所述z轴以角度Y倾斜的轴方向前进通过所述微型光学构件并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表不为nbzY。9.根据权利要求3所述的聚光光学元件，其中 当所述角度0是90°时,所述折射率实现由此nax0等于nayx,nhx0等于nbyx, naxy和nbxy彼此不同，并且nayx和nbyx基本上彼此相等的关系。10.根据权利要求9所述的聚光光学元件，其中 所述折射率进一步实现被表达为naxy〈nbxy并且nbxy>nbyx的关系。11.根据权利要求9所述的聚光光学元件，其中 所述折射率进一步实现被表达为naxy〈nbxy并且naxy〈nayx的关系。12.根据权利要求9所述的聚光光学元件，其中 所述折射率进一步实现被表达为naxy>nbxy并且nbxy〈nbyx的关系。13.根据权利要求9所述的聚光光学元件，其中 所述折射率进一步实现被表达为naxy>nbxy并且naxy>nayx的关系。14.根据权利要求9至13中的任何一项所述的聚光光学元件，其中 在如下情况下时，所述折射率进一步实现使得nazy和nbzy基本上彼此相等的关系 对于沿着所述X轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表不为nazy ;并且 对于沿着所述X轴前进通过在所述多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbzy。15.根据权利要求3至14中的任何一项所述的聚光光学元件，其中 被定义为U XdXnaxy)/λ的大小参数α在I. 5彡α彡40的范围内。16.根据权利要求3至15中的任何一项所述的聚光光学元件，其中被定义为(31 XdXnaxy)/λ的大小参数α在2彡α彡20的范围内。17.根据权利要求3至16中的任何一项所述的聚光光学元件，其中 所述微型光学构件每一个采取等于或小于20 μ m的颗粒直径。18.根据权利要求3至17中的任何一项所述的聚光光学元件，其中 所述微型光学构 件在所述基板中散布的分布密度被设置为使得已经沿着所述厚度方向通过所述基板的前表面进入所述基板并且然后经由所述多个微型光学构件被多重散射以向后表面前进的光在所述后表面处被全反射。19.根据权利要求I或权利要求2所述的聚光光学元件，其中 所述微型光学构件沿着厚度方向以及沿着第一方向和第二方向设置在所述基板内，所述厚度方向沿着所述基板的厚度延伸，所述第一方向和所述第二方向每一个垂直于所述厚度方向延伸，并且所述微型光学构件每一个米取在包含所述厚度方向和所述第一方向并且垂直于所述第二方向延展的平面内沿着所述第一方向逐渐加宽的楔形； 在所述多个微型光学构件中的每一个微型光学构件沿着所述第一方向所取的量度等于或大于前进...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹羽达雄，内田和歌奈，
申请(专利权)人：株式会社尼康，
类型：
国别省市：