Люминесцентный объект и его использование

Люминесцентный объект и его использование

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к люминесцентному объекту и, в частности, к применению такого люминесцентного объекта в устройствах оптического люминесцентного концентратора, таких как устройства люминесцентного солнечного концентратора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Себестоимость солнечной энергии на единицу Ватт является приблизительно в 5-10 раз более высокой, чем энергия из других источников, которые включают в себя уголь, нефть, ветер, биомассу и атомную энергию. Для того чтобы снизить себестоимость выработки солнечной энергии в фотоэлектрических системах, желательно сделать эффективным использование наиболее дорогостоящей части системы, а именно фотогальванического элемента (солнечного элемента). Традиционно это делается посредством использования больших светофокусирующих солнечных концентраторов (параболических или лотковых тарелок). Эти устройства имеют несколько недостатков, в том числе высокие инвестиционные затраты, высокую себестоимость технического обслуживания, громоздкие формы и необходимость слежения за солнцем, по мере того как оно пересекает небосвод: для обзора уровня техники, смотрите Swanson, Progress in Photovoltaics: Research and Applications 8, 93 (2000) (Свансон, Прогресс в фотогальванике: исследование и применения 8, 93 (2000)).

Альтернативный выбор, который был предметом исследований, состоит в том, чтобы использовать волновод, который собирает свет и переносит его на небольшой фотогальванический элемент. Некоторые из этих усилий, предпринятых для использования голографического средства (US 5877874) или геометрической оптики для перенаправления света (например, смотрите T. Uematsu et al., Sol Energ Mater Sol C 67, 415 (2001) и US 4505264). Эти попытки были до некоторой степени безуспешными, особенно для больших расстояний переноса, потому что была низкой эффективность, или системы требовали слежения за солнцем, либо системы были сложными и не пригодными для серийного производства, или из-за сочетания таковых.

Люминесцентные солнечные концентраторы (LSC) представляют еще одну альтернативу, которая была целью исследований, преимущественно потому, что эти системы легки для производства при низкой себестоимости, и так как эти системы не требуют слежения за солнцем. LSC, в основном, состоят из большой стеклянной или полимерной пластины, листа, пленки, волокна, тесьмы, плетения или покрытия, которые активированы молекулами флуоресцентного красителя. Красители поглощают свет определенных длин волн из солнечного света, падающего на них, и переизлучают свет во всех направлениях на более длинной длине волны. Часть этого света испускается в пределах критического угла вспомогательного волновода, испытывает полное внутреннее отражение и переносится на фотогальванический элемент. LSC обладает преимуществом сочетания менее дорогостоящих материалов с гибкостью (особенно, когда используется пластиковый волновод) без необходимости в теплоотводе или системе слежения за солнцем. Примерная система с другим назначением (освещения помещений) описана в Earp et al., Sol Energ Mat Sol C 84, 411 (2004). В данный момент LSC-системы не используются в промышленном масштабе, каковое преимущественно имеет отношение к их недостаточной эффективности. Эта низкая общая эффективность берет начало из высокого перепоглощения испускаемого света (ограниченного стоксова сдвига красителя), из недостаточной эффективности привязывания света к волноводу и из недостаточной эффективности удержания света в пределах волновода.

Настоящее изобретение ставит целью исправить эти недостатки LSC-систем, в частности предоставлением средства повышения эффективности, с помощью которого испускаемый свет удерживается внутри LSC-системы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретатели обнаружили, что эффективность LSC-систем может быть существенно повышена посредством применения (a) люминесцентного слоя или люминесцентной сердцевины, содержащих в себе фотолюминесцентный материал, в сочетании с (b) одним или более избирательных по длине волны зеркал, которые в значительной степени прозрачны для света, поглощаемого фотолюминесцентным материалом, и которые сильно отражают оптическое излучение, которое испускается фотолюминесцентным материалом. В предпочтительном варианте осуществления предусмотрен люминесцентный объект, содержащий люминесцентный слой или сердцевину, содержащие в себе фотолюминесцентный материал, и избирательное по длине волны зеркало, при этом люминесцентный слой или люминесцентная сердцевина оптически присоединены к избирательному по длине волны зеркалу, упомянутое избирательное по длине волны зеркало является по меньшей мере на 50% прозрачным для света, поглощаемого фотолюминесцентным материалом, и по меньшей мере на 50% отражательным для излучения, которое испускается фотолюминесцентным материалом, и при этом избирательное по длине волны зеркало содержит холестерический слой кирального нематического полимера.

Вышеупомянутое избирательное по длине волны зеркало может надлежащим образом располагаться, в качестве отдельного слоя, где угодно между люминесцентным слоем/ сердцевиной и поверхностью, которая предназначена для приема падающего оптического излучения. Таким образом, падающий свет будет проходить через избирательное по длине волны зеркало для возбуждения фотолюминесцентного материала, содержащегося в лежащем в основе люминесцентном слое или люминесцентной сердцевине. Оптическое излучение, испускаемое фотолюминесцентным материалом, которое достигает избирательного по длине волны зеркала, будет отражаться, таким образом, предохраняя упомянутое испускаемое излучение от просачивания из LSC. Как результат, испускаемое излучение весьма эффективно концентрируется внутри LSC, давая в результате улучшенную общую эффективность.

Избирательное по длине волны зеркало преимущественно также может применяться на противоположной стороне люминесцентного слоя, то есть на стороне, противоположной стороне, принимающей падающий свет. Таким образом, может гарантироваться, что испускаемое излучение отражается обратно в люминесцентный слой или в волновод.

Для того чтобы реализовать преимущества настоящего изобретения, избирательное по длине волны зеркало должно быть в значительной степени прозрачным для излучения, которое пригодно для возбуждения фотолюминесцентного материала, и, в то же время, упомянутое зеркало должно эффективно отражать излучение, испускаемое упомянутым фотолюминесцентным материалом. Соответственно одно или более избирательных по длине волны зеркал, применяемых в люминесцентном объекте по настоящему изобретению, являются по меньшей мере на 50% прозрачным для света, поглощаемого фотолюминесцентным материалом, и по меньшей мере на 50% отражательным для излучения, которое испускает тем же самым фотолюминесцентным материалом.

Отсюда, изобретение представляет люминесцентный объект, содержащий люминесцентный слой или сердцевину, содержащие в себе фотолюминесцентный материал, и избирательное по длине волны зеркало; при этом люминесцентный слой или люминесцентная сердцевина оптически присоединены к избирательному по длине волны зеркалу, упомянутое избирательное по длине волны зеркало является по меньшей мере на 50% прозрачным для света, поглощаемого фотолюминесцентным материалом, и по меньшей мере на 50% отражательным для излучения, которое испускается фотолюминесцентным материалом, и при этом избирательное по длине волны зеркало содержит (a) полимерный стопочный слой и/или (b) холестерический слой кирального нематического полимера.

В отдельном варианте осуществления изобретение представляет люминесцентный объект, содержащий люминесцентный слой или сердцевину, содержащие в себе фотолюминесцентный материал, и избирательное по длине волны зеркало; при этом люминесцентный слой или люминесцентная сердцевина оптически присоединены к избирательному по длине волны зеркалу, упомянутое избирательное по длине волны зеркало является по меньшей мере на 50% прозрачным для света, поглощаемого фотолюминесцентным материалом, и по меньшей мере на 50% отражательным для излучения, которое испускается фотолюминесцентным материалом, и при этом избирательное по длине волны зеркало содержит холестерический слой кирального нематического полимера, предпочтительно содержащий первый холестерический слой, отражающий свет с правой круговой поляризацией, и второй холестерический слой, отражающий свет с левой поляризацией.

В еще одном другом варианте осуществления изобретение представляет люминесцентный объект, содержащий люминесцентный слой или сердцевину, содержащие в себе фотолюминесцентный материал, и избирательное по длине волны зеркало; при этом люминесцентный слой или люминесцентная сердцевина оптически присоединены к избирательному по длине волны зеркалу, упомянутое избирательное по длине волны зеркало является по меньшей мере на 50% прозрачным для света, поглощаемого фотолюминесцентным материалом, и по меньшей мере на 50% отражательным для излучения, которое испускается фотолюминесцентным материалом, и при этом избирательное по длине волны зеркало содержит полимерный стопочный слой, предпочтительно содержащий первый полимерный стопочный слой, отражающий одну поляризацию света, и второй полимерный стопочный слой, отражающий противоположную поляризацию света.

Примеры избирательного по длине волны зеркала, которые могут преимущественно применяться в соответствии с настоящим изобретением, включают в себя полимерные стопы и холестерические слои кирального нематического полимера.

Согласно аспекту изобретения изобретение относится к люминесцентному объекту, содержащему упорядоченный полимер, который содержит в себе упорядоченный фотолюминесцентный материал, упомянутый упорядоченный полимер обладает углом предварительного наклона в 10-90° относительно поверхности объекта. В отдельном варианте осуществления изобретение направлено на люминесцентный объект, содержащий люминесцентный слой и волновод, при этом объект является оптическим слоистым изделием или оптическим волокном, люминесцентный объект является оптически присоединенным к волноводу, люминесцентный объект содержит упорядоченный полимер, который содержит в себе упорядоченный фотолюминесцентный материал, упомянутый упорядоченный фотолюминесцентный материал является фиксированным в неподвижном состоянии в пределах упорядоченного полимера, а упомянутый упорядоченный полимер обладает углом предварительного наклона в 10-89°, предпочтительно - 10-90°, более предпочтительно - 10-85°, даже еще более предпочтительно - 15-85°, к тому же даже еще более предпочтительно - 30-80°, более предпочтительно - 30-70°, кроме того, даже еще более предпочтительно - 40-70°, относительно поверхности объекта.

Этот люминесцентный объект может использоваться для преобразования падающего света в свет более длинной длины волны. Если испускаемый свет излучается при относительно небольшом угле относительно поверхности объекта (требующем использования относительно высокого угла предварительного наклона), испускаемый свет может эффективно переноситься в пределах плоскости, параллельной упомянутой поверхности, например, на выход или фотогальваническое устройство. Таким образом, представленная пленка может применяться, по существу, без отдельного волновода, например, в LSC. В этом конкретном случае весьма полезно использовать фотолюминесцентные материалы с большим стоксовым сдвигом и/или небольшим перекрытием спектров поглощения и испускания, чтобы избежать больших потерь света из-за явления перепоглощения.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Термин «люминесцентный», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на способность материала испускать свет после поглощения светового или другого излучения с достаточной энергией кванта. Термин включает в себя как флуоресценцию, так и фосфоресценцию.

Термин «свет», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на оптическое излучение, которое может быть видимым или не видимым человеческому глазу.

Термин «оптическое излучение» указывает на электромагнитное излучение в диапазоне длин волн между 100 нм и 2000 нм.

Термин «фотолюминесценция», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на люминесценцию, вызванную поглощением света.

Термин «фотолюминесцентный материал», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на атомы или молекулы, в том числе ионы, которые способны к фотолюминесценции. Термин «фотолюминесцентный материал» также охватывает комбинации двух или более разных фотолюминесцентный компонентов, например комбинации двух или более разных фотолюминесцентных молекул. Термин «фотолюминесцентный материал» также охватывает системы на эффекте гость-хозяин, содержащие флуоресцентную молекулу, флуоресцентные полимеры и/или сополимеры.

Термин «отражательный», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, означает, что материал отражает большую часть падающего солнечного света и/или света, испускаемого фотолюминесцентным материалом. Более точно, термин «отражательный» означает, что упомянутый материал отражает по меньшей мере 50%, предпочтительно - по меньшей мере 60%, более предпочтительно - по меньшей мере 80%, и наиболее предпочтительно - по меньшей мере 90% упомянутого света. Отражательная способность материала определяется для света, падающего перпендикулярно к отражающей поверхности.

Термин «прозрачный», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, означает, что материал пропускает большую часть падающего солнечного света и/или света, испускаемого фотолюминесцентным материалом. Более точно, термин «прозрачный» означает, что упомянутый материал пропускает по меньшей мере 50%, предпочтительно - по меньшей мере 70%, более предпочтительно - по меньшей мере 90% упомянутого света, измеренных для света, падающего перпендикулярно поверхности объекта, который подвергается воздействию упомянутого падающего света.

Термин «полимерная стопа» указывает на многослойные пленки, содержащие в себе подслои с разными показателями преломления, основанные на органических (полимерных) материалах, которые демонстрируют избирательность по длине волны, необязательно в сочетании с избирательностью по поляризации: например, смотрите US 6157490.

Термин «избирательное по длине волны зеркало», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на зеркала, которые являются прозрачными при определенных длинах волн и отражательными при других длинах волн, необязательно в сочетании с избирательностью по поляризации. Такие зеркала известны из литературы.

Терминология «холестерический слой или киральный нематический полимер» указывают на слой, содержащий полимеры, чьи мезогенные группы упорядочены преимущественно параллельно поверхности слоя, и в которых молекулы поворачиваются относительно друг друга в заранее заданном направлении, которое вызвано киральной реактивной или нереактивной присадкой. Главным образом, терминология «холестерический слой кирального нематического полимера» указывает на слой, который содержит киральную нематическую фазу, которая демонстрирует киральность (право- или левостороннее направление). Эту фазу часто называют холестерической фазой, так как она была впервые обнаружена для производных холестерина. Киральные молекулы (т.е. молекулы, которые не имеют симметрии инверсии), реактивные или нереактивные, могут давать начало такой фазе. Эта фаза демонстрирует скрутку молекул вдоль директора, с осью молекулы, перпендикулярной директору. Конечный угол скручивания между соседними молекулами обусловлен их асимметричной укладкой, которая имеет результатом более длиннодиапазонный киральный порядок. Киральный модуль указывает на расстояние (вдоль директора), за которое мезогены подвергаются полной скрутке в 360°. Модуль может изменяться регулированием температуры или добавлением других молекул во флюид с LC (жидкими кристаллами).

Эти избирательные по длине волны зеркала могут настраиваться по длине волны (например, смотрите Katsis et al. (1999) Chem. Mater. 11, 1590) или настраиваться по полосе пропускания (например, смотрите Broer et al. (1995) Nature 378, 467).

Термин «волновод», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на оптические компоненты, которые прозрачны для света и которые пространственно ограничивают оптическое излучение от входа до требуемого выхода.

Термин «прозрачный волновод», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, означает, что волновод пропускает большую часть падающего солнечного света и/или света, испускаемого фотолюминесцентным материалом. Более точно, термин «прозрачный волновод» означает, что упомянутый волновод пропускает по меньшей мере 50%, предпочтительно - по меньшей мере 70% упомянутого света, измеренные для света, падающего перпендикулярно волноводу.

Термины «обыкновенный показатель преломления» и «необыкновенный показатель преломления», в качестве используемых в материалах настоящей заявки, указывают на показатели преломления упорядоченного полимера, соответственно перпендикулярно или параллельно оптической оси упорядоченного полимера.

Термин «показатель преломления волновода» указывает на показатель преломления волновода в изотропном состоянии. В отдельных случаях могут использоваться ориентированные волноводы, которые демонстрируют двойное лучепреломление, обусловленное, например, деформацией во время процесса производства.

Термин «полимерный слой», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, охватывает полимерные материалы в виде листов, полос, лент, волокон, тесьмы, плетения и стеклопряжи. Изобретение не ограничено плоскими полимерными слоями и включает в себя полимерные слои, которые были изогнуты, отлиты в форме или отформованы иным образом, при условии, что упорядоченный полимер в пределах полимерного слоя ориентирован с углом предварительного наклона относительно поверхности объекта, как определено выше.

Термины «упорядоченный» и «ориентированный», в качестве используемых в материалах настоящей заявки в отношении полимеров, фотолюминесцентных материалов или групп, содержащихся в этих полимерах или материалах, являются синонимами и указывают, что среди этих полимеров, материалов или групп является преобладающей конкретная пространственная ориентация.

Терминологией «упорядоченный полимер, обладающий углом предварительного наклона в 10-90°» обозначено, что мезогенная группа упорядоченного полимера ориентирована с углом предварительного наклона по меньшей мере в 10-90° относительно поверхности люминесцентного объекта.

Термин «жидкий кристалл» или «мезоген» используется для указания материалов или компаундов, содержащих один или более (полу-) жестких, палочкообразных, бананообразных, имеющих форму планки или дискообразных мезогенных групп, то есть групп со способностью вызывать поведение жидкокристаллической фазы. Жидкокристаллические компаунды с палочкообразными или имеющими форму планки группами также известны в данной области техники как «каламитные» жидкие кристаллы. Жидкокристаллические компаунды с дискообразной группой также известны в данной области техники как «дискотические» жидкие кристаллы. Компаунды или материалы, содержащие мезогенные группы, необязательно должны демонстрировать жидкокристаллические фазы сами по себе. Также возможно, что они показывают поведение жидкокристаллической фазы только в смесях с другими компаундами, или когда мезогенные компаунды или материалы, либо их смеси, полимеризуются.

Ради простоты, термин «жидкокристаллический материал» используется в дальнейшем как для описания жидкокристаллических материалов, так и мезогенных материалов, а термин «мезоген» используется для мезогенных групп материала. Компаунды или материалы, содержащие мезогенные группы не обязательно должны демонстрировать жидкокристаллические фазы сами по себе. Также возможно, что они показывают поведение жидкокристаллической фазы только в определенном (полимеризованном) слое, например слое покрытия на волноводе (смотрите ниже).

Термин «жидкокристаллический мономер», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на материал, который может подвергаться полимеризации, тем самым внося составные элементы в основную структуру жидкокристаллического полимера.

Термин «реактивный жидкокристаллический мономер», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на жидкокристаллический мономер, который содержит в себе реактивную группу, которая может полимеризоваться для формирования жидкокристаллического полимера или жидкокристаллической полимерной сети.

Термин «жидкокристаллический полимер», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на полимерный материал в мезоморфном состоянии, обладающем длиннодиапазонным ориентационным порядком и либо частичным упорядочением, либо полным разупорядочением (IUPAC Recommendations 2001; Pure Appl. Chem. (2002) 74 (3), 493-509).

Термин «дихроичное отношение», в качестве используемого в материалах настоящей заявки, указывает на дихроичное отношение, выведенное из избирательного по поляризации поглощения фотолюминесцентного материала.

Дихроичное отношение выводится из измерений поглощения с использованием линейно поляризованного света с помощью уравнения, приведенного ниже:

R=A_///A_⊥

В этом уравнении: R - дихроичное отношение, A_// - оптическая плотность образца с электрическим полем падающего света, выровненным параллельно направлению упорядочения, наведенному упорядоченным полимером, а A_⊥ - оптическая плотность образца с электрическим полем падающего света, выровненным перпендикулярно направлению упорядочения, наведенного упорядоченным полимером. Дихроичное отношение фотолюминесцентного материала может определяться посредством разных технологий, широко известных в данной области техники, пригодность каковых технологий зависит от природы фотолюминесцентного материала и от матрицы упорядоченного полимера, в которой он удерживается.

Фраза «гомеотропно упорядоченное фотолюминесцентное полимерное покрытие» указывает на полимерное покрытие, содержащее фотолюминесцентный материал, в котором угол начального наклона составляет 90°.

Термин «угол предварительного наклона» упорядочения указывает ссылкой на угол, образованный с горизонталью, например поверхностью верхнего слоя, и известен специалисту в данной области техники.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает поперечное сечение оптического слоистого изделия, содержащего люминесцентный слой 1 и волновод 2. Слоистое изделие, кроме того, содержит два избирательных по длине волны и избирательных по поляризации отражающих холестерических слоя 7 и 8, а также отражательный зеркальный слой 9. Оптическое излучение, представленное стрелками 4, проникает в слоистое изделие через левосторонний холестерический слой 8 и правосторонний холестерический слой 7 и достигает люминесцентного слоя 1. В пределах люминесцентного слоя 1 фотолюминесцентные молекулы 3, которые были упорядочены с предварительным наклоном, возбуждаются падающим излучением 4 и испускают оптическое излучение, изображенное стрелками 5. Большая доля испускаемого излучения 5 проникает в волновод 2, где оно внутренне отражается до тех пор, пока не достигает выхода 10 или 11. Холестерические слои 7 и 8 гарантируют, что не более чем очень маленькая доля испускаемого излучения 5 будет просачиваться из слоистого изделия, так как вместе эти избирательные по длине волны зеркала 7 и 8 эффективно отражают испускаемое излучение, которое повторно проникает в люминесцентный слой 1. Зеркальный слой 9 отражает оптическое излучение 4 и испускаемое излучение 5 обратно в волновод.

Фиг.2 изображает поперечное сечение оптического слоистого изделия, которое идентично показанному на Фиг.1, за исключением того, что зеркальный слой 9 заменен двумя холестерическими слоями 9a и 9b. Посредством применения сочетания холестерических слоев 7, 8, 9a и 9b, которые являются в большой степени отражательными по отношению к испускаемому излучению 5, но прозрачными по отношению к оптическому излучению 12, которое не поглощается молекулами 3 фотолюминесцентного красителя, может гарантироваться, что оптическое излучение 12 будет проходить через завершенное слоистое изделие. Это конкретное слоистое изделие может преимущественно применяться в качестве оконного стекла, которое избирательно концентрирует долю падающего солнечного света, в то время как предоставляет другой доле возможность проходить через оконное стекло. Как упомянуто выше, вместо двух слоев 9a и 9b может использоваться большее или меньшее количество слоев.

Фиг.3 изображает поперечное сечение оптического слоистого изделия, содержащего люминесцентный слой 1 и волновод 2. Слоистое изделие, кроме того, содержит полимерный стопочный слой 7, содержащий множество подслоев с 7a по 7k, а также отражательный зеркальный слой 9. Оптическое излучение, представленное стрелками 4, проникает в слоистое изделие через полимерный стопочный слой 7 и достигает люминесцентного слоя 1. В пределах люминесцентного слоя 1 упорядоченные по наклону фотолюминесцентные молекулы 3 возбуждаются падающим излучением 4 и испускают оптическое излучение, изображенное стрелками 5. Большая доля испускаемого излучения 5 проникает в волновод 2, где оно внутренне отражается до тех пор, пока не достигает выхода 10. Полимерный стопочный слой 7 гарантирует, что не более чем очень маленькая доля испускаемого излучения 5 будет просачиваться из оптического слоистого изделия, так как это избирательное по длине волны зеркало 7 эффективно отражает испускаемое излучение, которое повторно проникает в люминесцентный слой 1. Зеркальный слой 9 отражает оптическое излучение 4 и испускаемое излучение 5 обратно в волновод. Три стороны оптического слоистого изделия, в том числе, выход 11, также снабжены отражательным зеркальным покрытием 9, которое отражает оба, оптическое излучение 4 и испускаемое излучение 5, обратно в волновод 2. Таким образом, фактически, единственным выходом для испускаемого излучения из оптического слоистого изделия является выход 10, который оптически присоединен к фотогальваническому элементу 13.

Фиг.4 изображает поперечное сечение оптического волокна, содержащего люминесцентный слой 1 и сердцевину 2 волновода. Слоистое изделие, кроме того, содержит два избирательных по длине волны и избирательных по поляризации отражающих холестерических слоя 7 и 8. Оптическое излучение, представленное стрелками 4, проникает в слоистое изделие через левосторонний холестерический слой 8 и правосторонний холестерический слой 7 и достигает люминесцентного слоя 1. В пределах люминесцентного слоя 1 упорядоченные по наклону фотолюминесцентные молекулы 3 возбуждаются падающим излучением 4 и испускают оптическое излучение, изображенное стрелками 5. Большая доля испускаемого излучения 5 проникает в волновод 2, где оно внутренне отражается до тех пор, пока не достигает выхода 10. Холестерические слои 7 и 8 гарантируют, что не более чем очень маленькая доля испускаемого излучения 5 будет просачиваться из слоистого материала, так как вместе эти избирательные по длине волны зеркала 7 и 8 эффективно отражают испускаемое излучение, которое повторно проникает в люминесцентный слой 1.

Фиг.5a изображает поперечное сечение оптического волокна, содержащего люминесцентную сердцевину 1 и волновод 2. Слоистое изделие, кроме того, содержит два избирательных по длине волны и избирательных по поляризации отражающих холестерических слоя 7 и 8. Оптическое излучение, представленное стрелками 4, проникает в слоистое изделие через левосторонний холестерический слой 8 и правосторонний холестерический слой 7 и достигает люминесцентной сердцевины 1. В пределах люминесцентного слоя 1 упорядоченные по наклону фотолюминесцентные молекулы 3 возбуждаются падающим излучением 4 и испускают оптическое излучение, изображенное стрелками 5. Большая доля испускаемого излучения 5 проникает в волновод 2, где оно внутренне отражается до тех пор, пока оно не достигает выхода 10. Холестерические слои 7 и 8 гарантируют, что не более чем очень маленькая доля испускаемого излучения 5 будет просачиваться из слоистого материала, так как вместе эти избирательные по длине волны зеркала 7 и 8 эффективно отражают испускаемое излучение, которое попадает на наружную стенку волновода 2.

Фиг.5b изображает поперечное сечение оптического волокна, содержащего люминесцентную сердцевину 1. Слоистое изделие, кроме того, содержит избирательный по длине волны и избирательный по поляризации отражающий холестерический слой, в этом варианте осуществления два слоя 7 и 8. Холестерические слои(й) 7 и 8 гарантируют, что не более чем очень маленькая доля испускаемого излучения 5 будет просачиваться из оптического волокна, так как вместе эти избирательные по длине волны зеркала 7 и 8 эффективно отражают испускаемое излучение, которое попадает на наружную стенку сердцевины 1. Фотолюминесцентный материал может быть упорядоченным (как изображено) или может быть изотропно скомпонованным (также смотрите ниже).

Фиг.6 изображает поперечное сечение оптического слоистого изделия, содержащего люминесцентный слой 1 и волновод 2. Люминесцентный слой 1 содержит в себе множество изотропно скомпонованных молекул 3 фотолюминесцентного красителя. Падающее оптическое излучение 4 проникает в люминесцентный слой 1, где оно возбуждает молекулы 3 фотолюминесцентного материала на испускание оптического излучения 5 во всех направлениях. Как может быть видно из Фиг.1, значительная доля испускаемого излучения покидает люминесцентный слой 1 через верхнюю поверхность 6, таким образом, снижая эффективность, с которой слоистое изделие способно к концентрированию падающего излучения.

Фиг.7 изображает поперечное сечение оптического слоистого изделия, которое идентично изображенному на Фиг.6, за исключением того, что множество молекул 3 фотолюминесцентного красителя было упорядочено с относительно небольшим углом предварительного наклона α. Молекулы 3 фотолюминесцентного красителя испускают оптическое излучение 5, главным образом, в направлении, перпендикулярном упорядочению предварительного наклона. Как показано на фигуре, излучение испускается с относительно большим углом относительно поверхности 14 раздела между люминесцентным слом 1 и волноводом 2, предоставляя большой доле упомянутого излучения возможность связываться в волноводе.

Фиг.8 изображает поперечное сечение оптического слоистого изделия, которое идентично изображенному на Фиг.6, за исключением того, что множество молекул 3 фотолюминесцентного красителя было упорядочено по наклону с относительно большим углом α предварительного наклона. Молекулы 3 фотолюминесцентного красителя испускают оптическое излучение 5, главным образом, в направлении, перпендикулярном упорядочению по наклону. Следовательно, значительная доля испускаемого излучения 5 будет попадать на поверхность раздела между люминесцентным слоем 1 и волноводом 2 с углом, который предпочтительно больше, чем угол отражения, означая, что большая часть этого излучения будет отражаться на поверхности 14 раздела люминесцентного слоя 1 и волновода 2.

Фиг.9 представляет результаты примера 1.

Фиг.10 схематично изображает измерительную установку, которая используется в материалах настоящей заявки.

Фиг.11 представляет результаты примера 2.

Фиг.12 схематично изображает измерительную установку, которая используется в материалах настоящей заявки.

Фиг.13a-13c схематично изображают некоторое количество общих вариантов осуществления согласно изобретению, в которых люминесцентный слой 1 содержит в себе множество изотропно скомпонованных молекул 3 фотолюминесцентного красителя. Фиг.13a схематично изображает основной вариант осуществления с люминесцентным слоем 1 и избирательным по длине волны зеркалом, содержащим избирательное по длине волны зеркало 7 (или 8), которое предпочтительно содержит холестерический слой, отражающий свет с правой или левой круговой поляризацией. Фиг.13b схематично изображает вариант осуществления, содержащий два избирательных зеркальных слоя 7 и 8, предпочтительно содержащих холестерические слои, которые предпочтительно отражают свет с левой и правой круговой поляризацией соответственно. Фиг.13c схематично изображает вариант осуществления с некоторым количеством избирательных по длине волны зеркал 7 (или 8), все слои являются отражательными для света с круговой или линейной поляризацией. Предпочтительно, эти слои содержат холестерические слои, которые предпочтительно все отражают свет с левой или правой круговой поляризацией, то есть вариант осуществления с некоторым количеством холестерических слоев, каждый из которых отражает свет с левой или правой круговой поляризацией. Как будет ясно специалисту в данной области техники, возможны комбинации этих вариантов осуществления. Не начерчены, но в дополнение к люминесцентному слою 1 могут быть волновод 2 и одно или более зеркал 9, 9a, 9b, или другие слои, как изображено на Фиг.1-5a, 14a-e и 16a-c. Например, люминесцентный слой 1 на Фиг.1-a, 14a-e и 16a-c может, взамен изображенного упорядочения, содержать в себе множество изотропно скомпонованных молекул 3 фотолюминесцентного красителя. Это означает, что слой 1 в вариантах осуществления, например, как изображенные на Фиг.1-5b, 14a-e, 15 и 16a-c, может, взамен упорядоченных фотолюминесцентных молекул 3, содержать в себе изотропно скомпонованные фотолюминесцентные молекулы 3. Ели не представлен никакой отдельный волновод 2, фотолюминесцентные молекулы предпочтительно компонуются изотропно; если волновод 2 представлен, могут быть представлены изотропно или упорядоченные фотолюминесцентные молекулы 3.

Фиг.14a-14e схематично изображают варианты осуществления устройств согласно изобретению, содержащих LSC и фотогальванический элемент 13. Вместо зеркала 9 также могут использоваться один или более холестерических слоев (также смотрите Фиг.5).

Фиг.15 схематично изображает вариант осуществления устройства согласно изобретению, содержащий некоторое количество (то есть здесь 2 или более) LSC и фотогальванический элемент 13. Оптическое связывание может достигаться с помощью волноводов (например, оптических волокон) 26. Излучение из волноводов 2, не обязательно, может коллимироваться в волноводы 26 посредством коллиматоров 25.

Фиг.16a (зеркало 9 или один или более холестерических слоев не включены в состав) и 16b схематично показывают варианты по Фиг.1 и 14b (но также могут применяться в качестве вариантов к другим вариантам осуществления). Фиг.16c схематично показывает еще один вариант по Фиг.1 (но также может применяться в качестве варианта к другим вариантам осуществления).

Схематичные фигуры в материалах настоящей заявки не исключают наличия других элементов, например подобных слоям упорядочения для упорядочения одного или более холестерических слоев(я), или слоев упорядочения для создания упорядочения слоев(я) упорядоченного полимера, как будет ясно специалисту в данной области техники.

Кроме того, со ссылкой на Фиг.1-5a и 14a-e, изобретение также предписывает варианты осуществления, в которых положения волновода 2 и люминесцентного слоя 1 поменяли местами. Например, со ссылкой на Фиг.1, это могло бы дать стопу со следующей последовательностью: холестерический слой 8, холестерический слой 7, волновод 2, люминесцентный слой 1, отражательное зеркало 9 (смотрите Фиг.16a). Со ссылкой, например, на Фиг.14a, это могло бы дать стопу со следующей последовательностью: холестерический слой 8, холестерический слой 7, волновод 2, слой 20 упорядочения, люминесцентный слой 1, отражательное зеркало 9 (смотрите Фиг.16b). Подобным образом это применяется к другим описанным и схематично изображенным в материалах настоящей заявки вариантам осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Люминесцентный солнечный элемент также описан в DE 2737847, содержащей элемен