CN102401989A

CN102401989A - 一种聚光装置及其制造方法

Info

Publication number: CN102401989A
Application number: CN2011102624025A
Authority: CN
Inventors: 朱慧珑; 尹海洲; 骆志炯
Original assignee: Poly Day (suzhou) Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Yanxin Automobile Industry Investment Development Co.,Ltd.
Priority date: 2010-09-07
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: CN102401989B

Abstract

本发明提供一种聚光装置的制造方法，该方法步骤如下：在透光板上形成进光部以及位于该进光部之上的多个凸起结构，其中，所述凸起结构的上表面面积小于所述凸起结构与所述进光部相连接的面积；将辅助连接板与所述多个凸起结构的上表面进行粘合连接；对所述多个凸起结构进行加热，并通过对所述辅助连接板施加拉力，将所述多个凸起结构拉丝形成多个光传输通道；移除所述辅助连接板，暴露所述光传输通道的端面。相应地，本发明还提供了一种聚光装置。本发明所提供的聚光装置不但聚光效果好、体积小、结构简单、成本低、使用灵活，其生产工艺也非常简单，易于制造。

Description

一种聚光装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种聚光装置及其制造方法。

背景技术

太阳能清洁无污染、储量巨大、可持续利用，是重要的可再生能源。太阳能聚光光伏发电技术，利用光学聚光组件提高入射到太阳能电池表面的光能量密度，可以减少发电系统中昂贵太阳能电池的使用面积，并可以大幅度提高系统整体转换效率，是降低发电成本、提高发电效率的有效途径，而太阳能聚光器是聚光光伏发电系统的重要组件之一，亦是太阳能应用领域中的研究热点之一。

目前，应用于高倍聚焦太阳能发电的聚光器主要为透射式聚光器(例如凸透镜聚光器)。透射式聚光器具有良好的聚光效果，但是其结构通常都较为复杂，且受焦距限制而体积较大，不便于携带和使用。此外，透射式聚光器的制造工艺也相对复杂、成本也比较高。

另外，为了提高光传输效率可将光聚焦后，用光纤传输到需要的地方(例如：室内照明或太阳能炉和热水器等)。

因此，亟需提出一种可以解决上述问题的聚光装置及其制造方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚光装置及其制造方法，其不但聚光效果好、体积小、结构简单、成本低、使用灵活，且生产工艺也非常简单，易于制造。

根据本发明的一个方面，提供一种聚光装置的制造方法，该方法包括以下步骤：

a)在透光板上形成进光部以及位于该进光部之上的多个凸起结构，其中，所述凸起结构的横截面面积随着截面与进光部之间的距离增加而减小；

b)将辅助连接板固定连接在所述多个凸起结凸起的端面上；

c)对所述多个凸起结构进行加热软化，并通过对所述辅助连接板施加拉力，将所述多个凸起结构拉伸形成多个光传输通道；

d)移除所述辅助连接板，暴露所述光传输通道的端面。

根据本发明的另一方面，还提供了一种聚光装置，该聚光装置包括进光部以及多个光传输通道，其特征在于：

所述光传输通道根部与所述进光部相连接；以及所述光传输通道的横截面面积随着截面与进光部之间的距离增加而减小。

所述光传输通道呈薄片状或者细线状，且从与所述进光部相连接的根部至另一端面，所述光传输通道逐渐减薄或变细。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)利用全反射原理达到良好的聚光效果；

(2)结构简单、体积小、配置灵活，便于携带和使用；

(3)成本低，生产工艺简单，易于制造；

(4)可以单独使用，也可以多个共同使用，从而实现灵活地为不同规格的太阳能电池进行聚光。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明的聚光装置的制造方法流程图；

图2至图7(b)为根据本发明一个优选实施例按照图1所示流程制造聚光装置的各个阶段的剖面示意图，其中图3(a)为在透光板上形成梯形台后的立体示意图，图3(b)为在透光板上形成锥形台后的立体示意图；

图8(a)为根据本发明一个优选实施例在进光部的进光面上形成凸透镜的剖面示意图；

图8(b)和图8(c)分别为根据本发明另一个优选实施例在进光部的进光面上形成菲涅尔透镜的剖面示意图和俯视示意图；

图9为根据本发明另一个优选实施例的聚光装置的剖面示意图；

图10为光线在光传输通道内进行全反射的示意图；

图11至图15为根据本发明另一个优选实施例按照图1所示流程制造聚光装置的各个阶段的剖面示意图；

图16为光线在光传输通道内以及包层内进行全反射的示意图；

图17为将光传输通道汇拢的示意图；

图18为将光传输通道汇拢后放置在进光部一侧的示意图；

图19为将多个聚光装置并排连接的示意图；以及

图20为将多个聚光装置进行级联的示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

本发明提供了一种聚光装置的制造方法，请参考图1，图1为根据本发明的聚光装置的制造方法流程图。下面，将结合图2至图14对图1所示的制造方法进行具体说明。

首先，执行步骤S101，在透光板100上形成进光部101以及位于该进光部101之上的多个凸起结构102，其中，所述凸起结构102的上表面面积小于所述凸起结构102与所述进光部101相连接的面积。所述透光板100的折射系数为1.4-1.8。

具体地，如图2所示，提供透光板100，所述透光板100的材料优选为玻璃，在本实施例中，所述透光板100的材料为石英玻璃，在其他实施例中，所述透光板100还可以是氟化物玻璃(例如氟锆酸盐玻璃、氟铝酸盐玻璃)、磷酸盐玻璃、硫属化合物玻璃中的一种或者其任意组合，又或者，所述透光板100为晶体材料(例如蓝宝石)，又或者，所述透光板100为可透光的聚合物，例如，聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酪、全氯化物聚合物中的一种或者其任意组合。所述透光板100的折射系数范围优选在1.4-1.8之间。所述透光板100面积的大小决定了聚光装置进光面的大小，可以根据实际应用进行设置，即，当需要聚集大量光线的时候，可以选择较大面积的透光板，反正则亦然。所述透光板100的厚度范围通常为(500μm-5000μm)。

下面，对作为透光板100优选材料的几种玻璃进行简单说明：

(1)石英玻璃，具有优异的光学性能，在紫外到红外的整个光波段都有较好的透光性能，其光损耗较低(约为0.2dB/km)。石英玻璃的折射系数大约等于1.5。通过对石英玻璃进行掺杂，可以调节石英玻璃的折射系数，例如，掺杂GeO₂或者Al₂O₃可以提高石英玻璃的折射系数，掺杂B₂O₃可以降低石英玻璃的折射系数。

(2)氟化物玻璃，其主要成分包括ZrF₄、BaF₂、LaF₃、AlF₃中的一种或其任意组合，氟化物玻璃的光损耗也比较低(约为0.7dB/km)，其折射系数与石英玻璃近似，大约等于1.5。

(3)磷酸盐玻璃，其主要成分为P₂O₅。与石英玻璃相比，磷酸盐玻璃中稀土元素的含量更高一些。磷酸盐玻璃和氟化物玻璃混合后可以形成氟磷酸盐玻璃。

(4)硫属化合物玻璃，其主要成分为硫属化合物，其中，硫属化合物是由硫(S)、硒(Se)或者碲(Te)元素与正电性元素(例如银)进行反应而生成的。硫属化合物玻璃的折射系数要高于石英玻璃以及氟化物玻璃，其数值大约等于3.0。

如图3所示，通过对所述透光板100表面进行例如刻蚀或者压模等处理，在所述透光板100上形成上小下大的多个凸起结构102、以及位于多个所述凸起结构102之下的片状进光部101，其中，所述上小下大的凸起结构102是指所述凸起结构102的上表面面积小于所述凸起结构102与所述进光部101相连接的面积。在本实施例中，可以通过刻蚀所述透光板100，在所述透光板100上形成多个平行的V字形沟槽103，在相邻两个所述V字形沟槽103之间形成凸起的条状梯形台102(参考图3(a))。其中，所述梯形台102截面(与所述V字形沟槽103延伸的方向所垂直的截面)的上底L₁的范围优选为50μm-500μm，下底L₂的范围优选为500μm-5000μm。在另一实施例中，还可以在形成梯形台102之后，在垂直于所述V字形沟槽103的方向，进一步刻蚀所述梯形台102形成V字形沟槽104，从而形成多个凸起的锥形台102a(参考图3(b))。在其他实施例中，所述凸起结构102不限于条状的梯形台或者锥形台，还可以是其他上小下大的结构，在此不再一一列举。另外，每个锥形台的横截面不一定为图3(b)中所示的四边形，还可以是圆形或者六边形等其他形状。

可选地，形成凸起结构102后，可以通过对所述凸起结构102进行掺杂，使所述凸起结构102的折射系数从中心处向外逐渐减小。在后续的步骤中，拉伸所述凸起结构102可以形成折射系数渐变的光传输通道。

接着，执行步骤S102，将辅助连接板200与多个所述凸起结构102的上表面进行粘合连接。

具体地，如图4所示，提供辅助连接板200，通过使用粘合剂或加热熔化等方式将所述辅助连接板200和多个所述凸起结构102(下文以梯形台102表示)的上表面牢牢地粘连在一起或者熔化在一起。其中，所述辅助连接板200的材料包括石英玻璃、氟化物玻璃、磷酸盐玻璃、硫属化合物玻璃、蓝宝石中的一种或者其任意组合，也可以是聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酪、全氯化物聚合物中的一种或者其任意组合，其软化温度高于所述梯形台102(即所述透明板100)的软化温度。在本实施例中，由于所述透明板100的材料为石英玻璃，其软化温度大约在1000-1700℃左右(可以通过调节对石英玻璃的掺杂成分和浓度来获得需要的软化温度)，那么应该选择软化温度高于石英玻璃的软化温度(例如1800℃)的辅助连接板200。

然后，执行步骤S103，对所述多个梯形台102进行加热，并通过对所述辅助连接板200施加拉力，将所述多个梯形台102拉丝形成多个光传输通道105。也可以从辅助连接板200和进光部101的外侧冷却辅助连接板200和进光部101，使得在加热时，与辅助连接板200和进光部101连接的梯形台部分的温度略低辅助连接板200与进光部101之间梯形台的中间部分，从而中间部分先软化。

具体地，如图4所示，对多个所述凸起结构102靠近辅助连接板200的一端进行加热至一定温度，该温度高于所述梯形台102的软化温度，而低于所述辅助连接板200的软化温度。在该温度下，所述梯形台102开始逐渐软化，而所述辅助连接板200却不会发生任何变化。此时，对所述辅助连接板200施加与其表面垂直的拉力(如图中箭头方向所示)，在拉动所述辅助连接板200的同时，也带动已经软化了的所述梯形台102跟随所述辅助连接板200进行延展，直至所述梯形台102被拉丝形成薄片状的光传输通道105，如图5所示，其中，所述薄片状光传输通道105的厚度的范围通常为15μm-50μm。所述光传输通道105的结构与所述凸起结构102有关，在其他实施例中，例如当所述凸起结构102为锥形台形状的时候，经过高温拉丝操作后的凸起结构102会形成细线状的光传输通道105。

最后，执行步骤S104，移除所述辅助连接板200，暴露所述光传输通道105的端面。

具体地，如图6所示，将所述多个梯形台102拉丝延展形成薄片或者细线状的光传输通道105后，结束加热，使所述光传输通道105冷却定型，然后将所述辅助连接板200和光传输通道105相分离，暴露出所述光传输通道105的端面。

如此一来，便形成了具有一体结构的聚光装置，即，所述进光部101和多个光传输通道105相连接的聚光装置，请参考图7(a)和图7(b)。其中，所述光传输通道105呈薄片状(或细线状)，其根部与所述进光部101相连接，从所述光传输通道105的根部至另一端面，所述光传输通道105逐渐减薄(或变细)。根据所述光传输通道105的结构，其可以分为两个部分，一部分为与进光部101相连接、且减薄(或变细)趋势明显的部分，下文以收缩部表示，另一部分为与该收缩部相连接但减薄(或变细)趋势并不太明显的部分，下文以光纤部表示。光线进入所述进光部101后，沿着所述光传输通道105进行传输(传输路径如图7(a)中箭头的方向所示)。当光线从所述进光部101的上表面射入至所述进光部101之后，所述光线会分别进入各个光传输通道105进行传输。如图10所示，由于所述光传输通道的折射系数(n₁)优选为1.4-1.8，大于空气折射系数(n₂)，所以所述光线进入所述光传输通道105时的入射角θ₁大于发生全反射的临界角度θ_c1，此时，折射出所述光传输通道105的光线消失，光线在所述光传输通道105内进行连续的全反射，直至光线从所述光传输通道105的端面射出。

优选地，如图9所示，在所述进光部101的上表面(即进光面)形成聚光部，使得光线可以汇聚地进入到所述光传输通道105的收缩部中，并使光线汇聚的趋势与所述收缩部减薄(或变细)的趋势相一致，如此一来，光线可以无需在所述收缩部的内表面发生反射，即可直接进入至光纤部中进行全反射，从而有效地避免了光线在收缩部内表面的多次反射，进而保证了光线可以以大于临界角度的入射角进入到光纤部内进行全反射。其中，形成聚光部的方法包括：压印所述进光部101的进光面，在每个光传输通道105的上方形成一个或者多个凸透镜201，如图8(a)所示；或者，在位于每个光传输通道105上方的所述进光部101的进光面上，设置一个或者多个菲涅尔透镜202，如图8(b)和图8(c)所示，其中，图8(c)是图8(b)的俯视示意图。菲涅尔透镜202也可以通过压印的方式形成在所述进光部101的进光面上。在本实施例中，所述聚光部是在形成凸起结构102之后形成的，使得聚光部可以准确地和凸起结构102相对应，从而保证聚光部可以有效地将光线汇聚至各光传输通道105中。在其他实施例中，所述聚光部还可以在形成凸起结构102之前形成，即，先在透光板100的一个表面上形成聚光部，然后再根据聚光部的位置，对另一个表面进行刻蚀或者压膜形成凸起结构102，使得所述凸起结构102与所述聚光部相对应。

优选地，所述光传输通道105很薄很细，可以弯曲。另外，为了减少光损失可以在所述光传输通道105的外面，形成一层包围所述光传输通道105的包层107。为了可以使进入所述光传输通道105的光线(入射角度大于发生全反射时的临界角度)仍然可以进行全反射传输，所述包层107的折射系数必须小于所述光传输通道105的折射系数，107的折射系数也可采用从里到外逐渐减小的模式以进一步减少全反射的光损失。形成所述包层107的具体步骤如下：首先，如图11所示，在形成多个所述凸起结构102之后，在多个所述凸起结构102的侧表面上进一步沉积一层透光材料106，其中，所述透光材料106包括含氟聚合物、有机硅聚合物中一种或其任意组合，所述透光材料106的折射系数低于所述凸起结构102(即所述透光板100)的折射系数，优选地，所述透光材料106的折射系数比所述凸起结构102的折射系数小1％，在本实施例中，所述凸起结构102的材料石英玻璃，其折射系数近似等于1.5，所以所述透光材料106的折射系数为低于1.50的数值，例如1.48，此外，所述透光材料106的软化温度优选与所述凸起结构102的软化温度近似，并低于所述辅助连接板200的软化温度；接着，将辅助连接板200与多个所述凸起结构102的上表面进行粘合连接，与此同时，所述透光材料106也和所述辅助连接板200相连接；然后，如图12所示，沿图中箭头方向对所述辅助连接板200施加拉力，带动所述凸起结构102、以及包围所述凸起结构102侧表面的透光材料106一起延伸，直至形成薄片或者细线状的光传输通道105、以及包围在所述光传输通道105侧表面上的包层107，如图13所示，其中，所述包层107的厚度范围为1μm-30μm；最后，如图14所示，移除所述辅助连接板200，暴露所述光传输通道105以及包层107的端面。如图15中箭头的方向所示，当光线从所述进光部101的上表面射入至所述进光部101之后，所述光线会分别进入各个光传输通道105以及包层107进行传输，直至在所述光传输通道105的端面射出，具体地，如图16所示，当所述光线进入所述光传输通道105时的入射角θ₁大于发生全反射的临界角度θ_c1时，且所述包层107的折射系数(n₃)小于所述光传输通道105的折射系数(n₁)时，所述光线经折射(折射角θ₂)进入所述包层107内，在所述包层107的内表面发生全反射后，最后再次进入所述光传输通道105内。当所述光传输通道105和包层107的折射系数均为常数，例如n₁＝1.5、n₃＝1.2，此时所述光传输通道105和包层107之间的折射系数呈突变型变化；当所述光传输通道105的折射系数从中心处向外逐渐减小，直至减小为包层107的折射系数，此时所述光传输通道105和包层107之间的折射系数呈渐变性变化。

优选地，为了对所述光传输通道105进行保护，还可以在所述光传输通道105的侧表面(如果在所述光传输通道105外围存在包层107，则在所述包层107的侧表面)涂覆一层高分子涂层(未示出)或者金属反射层(未示出)。其中，所述高分子涂层的材料可以包括聚酯、聚酰胺、脲醛树脂、糠醛树脂、丙烯酸、环氧树脂、硅橡胶、硅树脂中的一种或其任意组合，其厚度通常在20μm-100μm之间，由于所述高分子涂层具有一定的柔韧性，所以可以有效地提高所述光传输通道105的弯曲性能，防止所述光传输通道105在过度弯曲时发生断裂，此外，所述高分子涂层的存在还可以防止所述光传输通道105受到外界的磨损；所述金属反射层的材料通常为镍、银、铜、铝中的一种或其组合，又或者为其他适合的金属材料，其厚度范围为20μm-50μm，所述金属反射层可以防止所述光传输通道105受到外界环境的影响，例如光线、腐蚀等，有效地延长了所述光传输通道105的使用寿命。

在使用上述聚光装置的时候，如图17所示，可以通过汇拢所有光传输通道105将其用于出光的端面集中在一起，然后将太阳能电池300放置在出光端面之下，即可将进入到进光部101的所有光线汇聚到太阳能电池300的表面。此时，聚光装置呈现一头大一头小的结构，即，聚光装置进光部的体积较大，而汇拢成一束的光传输通道105，从其与进光部101相连接的根部至出光的端部逐渐变细。与传统的聚光装置相比，这种一头大一头小的聚光装置具有相对较小的体积。另外，由于光传输通道比较纤细且具有柔韧性，可以在一定范围内弯曲，所以为了进一步节省聚光装置所占用的空间，还可以将汇拢后的光传输通道105进行弯曲并引导至进光部的一侧，如图18所示，在这种情况下，光线在光传输通道105内仍然可以发生全反射传输，并不会影响该聚光装置的聚光效果，还可以有效地减小聚光装置整体的厚度，与此同时还非常便于携带。

由于本发明所提供的聚光装置可以将大面积的光照汇聚为一束光传输通道105并随意弯曲引导，因此可以将本发明的聚光装置置于户外屋顶，将直射的阳光汇聚后通过较小的空洞引入室内用于照明、太阳能发电和加热。本发明的聚光装置也可以替代凹面镜式的太阳能加热器的聚光装置，从而实现体积较小聚光灵活的太阳能加热器。

本发明所提供的聚光装置不但结构简单、体积小、聚光效果好，还可以灵活地为不同大小的太阳能电池进行聚光。如图19所示，当太阳能电池300面积比较大、需要较多光线的时候，可以将多个聚光装置排列在一起，即，将所述多个聚光装置的进光部101拼在一起，以及将所述多个聚光装置的光传输通道105汇聚在一起，如此一来，有效地增加了聚光装置的进光面积，汇集到大量的光线，从而获取良好的聚光效果。如图20所示，当太阳能电池300面积较小的时候，此时需要将光线集中在很小区域内而又希望尽可能不减少光线的射入量，那么可以将多个一头大一头小的聚光装置级联在一起，其中，所述聚光装置的进光部101逐级减小、以及光传输通道105逐级减薄或减细，即，将一个具有较大进光部101的聚光装置(下文称为第一级聚光装置)的光传输通道105进行汇拢，集中在一起的端面形成出光面，该出光面的面积相对较小，然后将所述集中后的端面与另外一个聚光装置(下文称为第二级聚光装置)进光部101的进光面相连接，该第二级聚光装置进光部101的面积相对较小，只要能保证从第一级聚光装置的光传输通道105射出的光线可以全部进入到第二级聚光装置的进光部101即可，此时，射入至第一级聚光装置的光线将全部进入至第二级聚光装置，并从第二级聚光装置的光传输通道105射出。由于聚光装置的体积是逐级减小的，所以聚拢后的第二级聚光装置的光传输通道105的端面面积也相对较小，从而就可以将光线汇聚至很小的区域内。如果希望进一步将光线汇聚至更小的区域内，则可以继续级联体积更小的第三级聚光装置、第四级聚光装置等直至最后一级聚光装置，使光线汇聚至规定的区域内。如此一来，就可以在保持不减少光线射入量的前提下，有效地汇聚光线。

此外，形成上述聚光装置无需特殊的材料、以及特殊的工艺，所以，本发明所提供的聚光装置易于制造，成本也很低。

综上所述，本发明提供的聚光装置具有以下优点：

(1)利用全反射原理达到良好的聚光效果；

(2)结构简单、体积小，便于携带和使用；

(3)成本低，生产工艺简单，易于制造；

相应地，本发明还提供了一种聚光装置，如图7(a)和图7(b)所示，该聚光装置包括进光部101以及和所述进光部101相连接的多个光传输通道105，其中，所述光传输通道105呈薄片状(或细线状)，其根部与所述进光部101相连接，从所述光传输通道105的根部至其另一端面，所述光传输通道105逐渐减薄(或变细)。根据所述光传输通道105的结构，其可以分为两个部分，一部分为与进光部101相连接、且减薄(或变细)趋势明显的部分，下文以收缩部表示，另一部分为与该收缩部相连接但减薄(或变细)趋势并不太明显的部分，下文以光纤部表示。在本实施例中，所述进光部101和光传输通道105的材料均为石英玻璃。在其他实施例中，所述进光部101和/或所述光传输通道105的材料可以为氟化物玻璃(例如氟锆酸盐玻璃、氟铝酸盐玻璃)、磷酸盐玻璃、硫属化合物玻璃中的一种或者其任意组合；又或者，可以为晶体材料(例如蓝宝石)，又或者，可以为透光的聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酪、全氯化物聚合物中的一种或者其任意组合。所述光传输通道105的折射系数范围优选在1.4-1.8之间，其中，在本实施例中，所述光传输通道105为石英玻璃，其折射系数大约等于1.5，在其他实施例中，所述光传输通道105的折射系数还可以呈现渐变性，即，所述光传输通道105的折射系数中心处向外逐渐减小。所述进光部101的面积根据实际应用进行设置，即，当需要聚集大量光线的时候，可以将所述进光部101的面积做的较大，反之则亦然。所述进光部101厚度的范围为(500μm-5000μm)。所述光传输通道105长度的范围为(0.01-50m)，如果所述光传输通道105为片状则其厚度的范围为15μm-500μm，如果所述光传输通道105呈细线状，则所述光传输通道105的直径范围为15μm-500μm。

当光线从所述进光部101的上表面射入至所述进光部101之后，所述光线会分别进入各个光传输通道105进行传输，由于所述光传输通道的折射系数大于空气折射系数，所以所述光线进入所述光传输通道105时的入射角大于发生全反射的临界角度，此时，光线在所述光传输通道105内进行连续的全反射(如图7(a)中箭头方向所示意)，直至光线从所述光传输通道105的端面射出。将所有薄片状(或细线状)的光传输通道105进行汇拢，其端面将集中在一起，形成面积较小的出光面，此时，进入进光部101的所有光线将随着光传输通道105的聚拢而被汇聚到一起，从而实现良好的聚光效果。

优选地，如图9所示，在所述进光部101的上表面(即进光面)形成聚光部，即，在位于每个光传输通道105上方的所述进光部101的进光面上，形成至少一个凸透镜201或者至少一个菲涅尔透镜202(请参考图8(b)和图8(c))，使得光线可以汇聚地进入到所述光传输通道105的收缩部中，并使光线汇聚的趋势与所述收缩部减薄(或变细)的趋势相一致，如此一来，光线可以无需在所述收缩部的内表面发生反射，即可直接进入至光纤部中进行全反射，从而有效地避免了光线在收缩部内表面的多次反射，进而保证了光线可以以大于临界角度的入射角进入到光纤部内进行全反射。

优选地，如图15所示，在所述进光部101和光传输通道105的侧表面还可以具有包层107，以减少光损失。其中，所述包层107的材料包括含氟聚合物、有机硅聚合物中一种或其任意组合，其厚度范围为1μm-60μm。所述包层107的折射系数小于所述光传输通道105的折射系数，从而保证进入到所述光传输通道105的光线在所述光传输通道105和包层107内进行全反射传输。优选地，所述包层107的折射系数比所述凸起结构102的折射系数小1％。当所述光传输通道105和包层107的折射系数均为常数，此时所述光传输通道105和包层107之间的折射系数呈突变型变化；当所述光传输通道105的折射系数从中心处向外逐渐减小，直至减小为包层107的折射系数，此时所述光传输通道105和包层107之间的折射系数呈渐变性变化，可减少全反射的光损失。107的折射系数从里向外逐渐减小以进一步减少全反射的光损失。

优选地，在所述进光部101和光传输通道105的侧表面还可以具有有一层高分子涂层或者金属反射层(未示出)。其中，所述高分子涂层的材料可以包括聚酯、聚酰胺、脲醛树脂、糠醛树脂、丙烯酸、环氧树脂、硅橡胶、硅树脂中的一种或其任意组合，其厚度通常在20μm-150μm之间，由于所述高分子涂层具有一定的柔韧性，所以可以有效地提高所述光传输通道105的弯曲性能，防止所述光传输通道105在过度弯曲时发生断裂，此外，所述高分子涂层的存在还可以防止所述光传输通道105收到外界的磨损；所述金属反射层的材料通常为镍、银、铜、铝中的一种或其组合，又或者为其他适合的金属材料，其厚度范围为1μm-50μm，所述金属反射层可以防止所述光传输通道105受到外界环境的影响，例如光线、腐蚀等，有效地延长了所述光传输通道105的使用寿命。

在使用上述聚光装置的时候，如图17所示，可以通过汇拢所有光传输通道105将其用于出光的端面集中在一起，然后将太阳能电池300放置在出光端面之下，即可将进入到进光部的所有光线汇聚到太阳能电池300的表面。此时，聚光装置呈现一头大一头小的结构，即，聚光装置进光部101的体积较大，而汇拢成一束的光传输通道105，从其与进光部101相连接的根部至出光的端部逐渐变细。另外，由于光传输通道105比较纤细且具有柔韧性，可以在一定范围内弯曲，所以为了进一步节省聚光装置所占用的空间，还可以将汇拢后的光传输通道105进行弯曲并引导至进光部101的一侧，如图18所示，在这种情况下，光线在光传输通道105内仍然可以发生全反射传输，并不会影响该聚光装置的聚光效果，还可以有效地减小聚光装置整体的厚度。

此外，本发明所提供的聚光装置还可以灵活地为不同大小的太阳能电池进行聚光。如图19所示，当太阳能电池面积比较大、需要较多光线的时候，可以将多个聚光装置排列在一起，即，将所述多个聚光装置的进光部101拼在一起，以及将所述多个聚光装置的光传输通道105汇聚在一起，如此一来，有效地增加了聚光装置的进光面积，汇集到大量的光线，从而获取良好的聚光效果。如图20所示，当太阳能电池面积较小的时候，此时需要将光线集中在很小区域内而又希望尽可能不减少光线的射入量，那么可以将多个一头大一头小的聚光装置级联在一起，其中，所述聚光装置的进光部101逐级减小、以及光传输通道105逐级减薄或减细，直至最后一级聚光装置使光线汇聚至规定的区域内，如此一来，就可以在保持不减少光线射入量的前提下，有效地汇聚光线。

综上所述，本发明所提供的聚光装置，与传统的聚光装置相比，其具有以下优点：利用全反射原理达到良好的聚光效果；结构简单、体积小、配置灵活，便于携带和使用；制造材料非常普通，其成本相对较低；可以单独使用，也可以多个共同使用，从而实现灵活地为不同规格的太阳能电池进行聚光。

其中，对聚光装置各实施例中各部分的结构组成、材料及形成方法等均可与前述聚光装置形成方法实施例中描述的相同，不再赘述。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims

1.一种聚光装置的制造方法，该方法包括以下步骤：

a)在透光板(100)上形成进光部(101)以及位于该进光部(101)之上的多个凸起结构(102)，其中，所述凸起结构(102)的横截面面积随着截面与进光部(101)之间的距离增加而减小；

b)将辅助连接板(200)固定连接在所述多个凸起结构(102)凸起的端面上；

c)对所述多个凸起结构(102)进行加热软化，并通过对所述连接板(200)施加拉力，将所述多个凸起结构(102)拉伸形成多个光传输通道(105)；

d)移除所述辅助连接板(200)，暴露所述光传输通道(105)的端面。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，还包括：

e)在所述进光部(101)的进光面上形成聚光部。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其中，所述步骤e)包括：

压印所述进光部(101)的进光面，在每个光传输通道(105)的上方形成一个或者多个凸透镜(201)；或

在位于每个光传输通道(105)上方的所述进光部(101)的进光面上，设置一个或者多个菲涅尔透镜(202)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中，所述步骤b)或步骤c)之后还包括：

f)沉积透光材料以覆盖所述多个凸起结构(102)或所述光传输通道(105)的侧表面，其中，所述透光材料的折射系数小于所述凸起结构(102)的折射系数。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法，其中，所述步骤a)包括：

刻蚀或压模所述透光板(100)，形成多个平行的V字形沟槽(103)，相邻的两个V字形沟槽(103)之间为梯形台(102)。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其中：

所述梯形台(102)截面的上底的长度范围为50μm-500μm，下底的长度范围为500μm-5000μm。

7.根据权利要求5所述的制造方法，在所述步骤a)之后还包括：

g)沿与所述V字形沟槽(103)的方向相交的另一个方向，刻蚀所述梯形台(102)形成多个凸起的锥形台(102a)。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中：

所述透光板(100)和/或光传输通道(105)的材料包括石英玻璃、氟化物玻璃、磷酸盐玻璃、硫属化合物玻璃、蓝宝石中的一种或者其任意组合；或者

所述透光板(100)和/或光传输通道(105)的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酪、全氯化物聚合物中的一种或者其任意组合。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其中，所述透光板(100)的折射系数为1.4-1.8。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中：

所述辅助连接板(200)的材料包括石英玻璃、氟化物玻璃、磷酸盐玻璃、硫属化合物玻璃、蓝宝石中的一种或者其任意组合；或者

所述辅助连接板(200)的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酪、全氯化物聚合物中的一种或者其任意组合。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其中，所述辅助连接板(200)的软化温度高于所述透光板(100)的软化温度。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，所述步骤c)之后还包括：

h)在所述进光部(101)和光传输通道(105)的侧表面形成涂层或反射层。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中，在所述步骤d)之后还包括：

i)将所述光传输通道(105)的端面汇拢在一起，形成出光面。

14.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法，其中，在所述步骤c)中对所述多个凸起结构(102)进行加热软化的同时从所述辅助连接板(200)和/或进光部(101)的外侧冷却所述辅助连接板(200)和/或进光部(101)，使得所述辅助连接板(200)和进光部(101)中间的部分凸起结构(102)先软化。

15.一种聚光装置，该聚光装置包括进光部(101)以及多个光传输通道(105)，其特征在于：

所述光传输通道(105)根部与所述进光部(101)相连接；以及

所述光传输通道(105)的横截面面积随着截面与进光部(101)之间的距离增加而减小。

16.根据权利要求15所述的聚光装置，其中：

所述光传输通道(105)呈薄片状或者细线状，且从与所述进光部(101)相连接的根部至另一端面，所述光传输通道(105)逐渐减薄或变细。

17.根据权利要求15或16所述的聚光装置，其中：

所述光传输通道(105)的端面汇拢在一起，形成出光面。

18.根据权利要求15或16所述的聚光装置，其中：

在所述进光部(101)的进光面上具有多个聚光部。

19.根据权利要求18所述的聚光装置，其中：

在位于每个光传输通道(105)上方的所述进光部(101)的进光面上，存在至少一个凸透镜(201)或者至少一个菲涅尔透镜(202)。

20.根据权利要求15或16所述的聚光装置，其中：

所述进光部(101)和/或光传输通道(105)的材料包括石英玻璃、氟化物玻璃、磷酸盐玻璃、硫属化合物玻璃、蓝宝石中的一种或者其任意组合；或者

所述进光部(101)和/或光传输通道(105)的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酪、全氯化物聚合物中的一种或者其任意组合。

21.根据权利要求20所述的聚光装置，其中，所述光传输通道(105)的折射系数为1.4-1.8。

22.根据权利要求15或16所述的聚光装置，还包括：

包层(107)，包围所述光传输通道(105)的侧表面，其中，所述包层(107)的折射系数小于所述光传输通道(105)的折射系数。

23.根据权利要求15或16所述的聚光装置，还包括：

涂层或者反射层，涂覆于所述进光部(101)和光传输通道(105)的侧表面。

24.根据权利要求15或16所述的聚光装置，其中：

所述光传输通道(105)可弯曲；以及

光线在光传输通道(105)内全反射传输并从其端面射出。