CN103688199B - 光谱选择性面板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开内容提供一种光谱选择性面板，该光谱选择性面板包括第一材料，该第一材料对于波长在可见波长范围内的光是至少部分透射的并且被布置为用于引导适当的光。此外，该面板包括被定位在第一材料中、第一材料处或第一材料附近的衍射元件。所述衍射元件被布置为主要将波长在IR波段内的光偏转。布置第一材料并且定向衍射元件使得与从光谱选择性面板的横向方向入射的IR光相关联的至少一部分能量沿着面板导向面板的侧部。

Description

光谱选择性面板
技术领域
本发明涉及一种光谱选择性面板，具体地但不是排他地涉及一种对可见光是透明的并且使红外光偏转的面板。
背景技术
内部空间（例如通过大窗口接收太阳光的空间）的过热是可以利用空调机来克服的问题。大量的能量被全球用于冷却内部空间。大部分电能是利用非可持续资源来生成的，这就是日益增加的环境问题。
美国专利号US6285495（由本申请人拥有）公开了一种可以被用作窗玻璃的材料，该材料对可见光是很大程度上透射的但将入射光的一部分偏转至面板的侧部，在面板的侧部处光被光伏电池吸收以生成电力。该材料有两个好处：由于减少了IR辐射的透射，所以可以减少对内部空间的加热，并且同时可以生成电能。
发明内容
本发明在第一方面提供了一种光谱选择性面板，其包括：
第一材料，所述第一材料对于波长在可见波长范围内的光是至少部分透射的并且被布置为用于引导适当的光，所述第一材料包括发光材料，将所述发光材料布置为使得IR光的一部分被发光材料吸收，导致通过光致发光、荧光或磷光来发射光；
衍射元件，所述衍射元件被定位在第一材料中、第一材料处或第一材料的附近，所述衍射元件被布置来主要将波长在IR波段内的光偏转；
其中布置第一材料并且定向衍射元件以使得与从光谱选择性面板的横向方向入射的IR光相关的至少一部分能量沿着面板导向面板的侧部。
根据本发明的实施方案的光谱选择性面板可以被视为对太阳光的IR宽带挡热板，并且可用于各种用途。例如，光谱选择性面板可以设置为建筑物、汽车、船、或者包括窗口或百叶窗的任意其他对象的窗玻璃的形式；或者光谱选择性面板可以包括建筑物、汽车、船、或者包括窗口或百叶窗的任意其他对象的窗玻璃。另外，光谱选择性面板可以形成对象的覆盖物。
在具体实施方案中，衍射元件为光栅如相位光栅并且可以为反射型光栅或透射型光栅。衍射元件可以为二维光栅或三维光栅。
衍射元件可以具有在IR波段的范围内的光栅周期。例如，光栅周期可以在1μm至10μm、2μm至6μm的范围内，或约4μm。
另外，衍射元件通常被布置为使得可见光的零级透射（zero-ordertransmission）最大化。因此，衍射元件有助于保持高的可见范围透射，同时保持入射的太阳IR光的偏转，该入射的太阳IR光的偏转有助于通过全内反射“捕获（trapping）”在面板内的IR光。
在一个具体实例中，衍射元件部分地或完全由第一材料构成。
衍射元件可以附接或形成在光谱选择性面板或任意其组成部分的任意面上。例如，衍射元件可以为蚀刻到光谱选择性面板的面中的光栅。可替代地，光栅可以由沉积到光谱选择性面板部的面上的材料形成。另外，光栅可以被压印在光谱选择性面板部的面中或压印在沉积到光谱选择性面板部上的材料如聚合材料中。
衍射元件也可以包括层状结构，所述层状结构对于波长在IR波段内的光是反射性的，并且对于波长在可见光波长范围内的光可以是透射性的。衍射元件可以为具有被蚀刻或压印到层状结构中的具有光栅结构的一维、二维光栅或三维光栅。
在一个具体实施方案中，衍射元件被夹在光谱选择性面板部之间。
在一个实例中，衍射元件包括多个槽。所述多个槽可以至少部分地填充有例如环氧树脂、散射材料或发光材料的材料。
在可替代实施方案中，衍射元件也是光栅，但包括具有周期性的折射率变化但没有槽的结构。
光谱选择性面板还可以包括被定位在第一材料中或第一材料处的散射材料。散射材料通常表现为高折射率材料的纳米或微米粉末，由于其本身的组分或任意所添加的活化剂掺杂剂，所以散射材料也可以具有光致发光特性，并且这样的粉末通常被结合到周围基质材料中，例如结合到可UV固化的液体环氧树脂中，并且该散射材料也可以被布置为在优先的方向上散射光。对在周围环氧树脂材料内的散射粉末浓度的重量%和特征粉末粒径（也许为颗粒形状或晶相内容物类型）两者进行优化以实现最大化的可见范围的透明度以及最可能的IR光偏转/捕获能力。
可以在面板结构内使用多个这些散射层。
衍射元件也可以为两个或更多个衍射元件中之一。
散射材料可以包括微米尺寸或纳米尺寸的颗粒并且可以设置为膜的形式。
基于入射角，发光材料还有助于将IR光导向光谱选择性面板的侧部。
散射材料的一部分也可以分散在第一面板部内。如果例如散射材料包括具有宽带隙的材料，如稀土氧化物（例如Yb2O3或Nd2O3）颗粒，则可以在IR和/或可见波长范围内以基本上无损耗的方式来实现光的散射。
在一个实施方案中，光谱选择性面板形成IR特定可见光透射集中器。另外，IR光的一部分被导向面板的侧部，在面板的侧部处光可以被用于例如利用光伏电池产生电能。
光谱选择性面板可以包括部件面板部和可以夹在以面对面的关系定位的部件面板部中的相邻部件面板部之间的衍射元件和/或散射材料。例如，衍射元件可以被包括在夹在部件面板部之间的层中并且所述层可以在一个侧部处包括衍射元件。或者，光谱选择性面板可以包括被包括在夹在部件面板部之间的层中的两个衍射元件，并且所述层可以在相应侧部处包括衍射元件。在这两种情况下，所述层还可以用作将部件面板部耦接至所述层的粘合剂。
光谱选择性面板还可以在可以用适当的间隔物间隔开的部件面板部之间包括间隙，如填充有空气或气体的间隙。在一个具体实施方案中，衍射元件和/或散射材料被定位在间隙中或间隙处。限定间隙的部件面板部的表面可以涂覆有散射材料和/或发光材料。
在一个实例中，衍射元件包括多个槽并且被定位为使得所述多个槽位于间隙中。
光谱选择性面板通常还包括反射部件（如反射膜），所述反射部件被布置为反射红外（IR）波段内的入射光而对于波长在可见波段内的至少大部分光在很大程度上是透射的。光谱选择性面板对于UV光也可以是反射性的。
光谱选择性面板通常被布置为使得通常为反射层或多层膜的反射部件定位在光谱选择性面板的底部（如果用在窗口型产品中，则在面向内部的窗口表面处或附近）并且光谱反射部件将通过第一面板部的部分IR光透射反射。
另外，光谱选择性面板可以包括顶层，在透射通过光谱选择性面板的第一面板部之前，光在顶层上入射。顶层通常为多层结构，所述多层结构对于可见光在很大程度上是透射的乃至是抗反射的并且被布置为用于反射IR光的一部分，如由发光材料发射的IR光。
在一个实施方案中，发光材料包括被布置为用于吸收IR光的可见光透明发光体。发光材料也可以被布置为使得入射的UV光的一（小）部分（或入射的可见辐射的一小部分）被发光材料吸收，导致在随机的方向上发射光。
另外，发光材料可以被布置为通过所接收的光的频率的上转换和/或下转换来发射光。
发光材料可以包括有机或无机染料分子、激光染料分子和/或金属氧化物基发光材料，如适当的稀土氧化物材料，并且可以位于第一面板部内并在面板的第一面板部的底部或顶部侧。或者，发光材料可以被集中在第一面板部的中心区域附近。发光材料也可以在第一面板部内或在第一面板部上形成层。可替代地或另外地，发光材料可以分散在第一面板部或第二面板部内。在一个具体实例中，第一面板部包括以面对面的关系布置的部件面板部，并且发光材料被定位在相邻的部件面板部之间。
在一个具体实施方案中，光谱选择性面板包括至少一个光伏电池，所述光伏电池被定位在光谱选择性面板的侧部处或其附近，以用于接收一部分IR和由光谱选择性面板导向该侧部的其它光。例如，所述至少一个光伏电池可以为具有适于吸收IR波长范围内的光的相对较小带隙的Ge基或GaAs基、或CIGS（铜铟镓的二硒化物）或CIS（铜铟的二硒化物）光伏电池。另外，所述至少一个光伏电池可以包括具有多个带隙的光伏电池堆叠体。
本发明在第二方面提供了一种光谱选择性面板，其包括：
第一材料，所述第一材料对于波长在可见波长范围内的光是至少部分透射的，并且被布置为用于引导适当的光；
散射材料，所述散射材料被定位在第一材料中或第一材料处，所述散射材料被布置为主要将波长在IR波段内的光散射；
其中所述光谱选择性面板被布置为使得与从光谱选择性面板的横向方向入射的IR光相关联的至少一部分能量沿着面板导向面板的侧部。
根据本发明的具体实施方案的以下描述，将更充分地理解本发明。参照附图来提供描述。
附图说明
图1为根据本发明的一个具体实施方案的光谱选择性面板的图示；
图2为根据本发明的另外一个具体实施方案的光谱选择性面板的图示；
图3为根据本发明的另外一个具体实施方案的光谱选择性面板的另外一个示意性图示；
图4示出根据本发明的可替代实施方案的光谱选择性面板；
图5示出本发明的另外一个实施方案的示意性图示；以及
图6和图7示出利用根据本发明的具体实施方案的部件进行测量的结果。
具体实施方式
首先参照图1，现描述光谱选择性面板100。光谱选择性面板100可以设置为例如建筑物、汽车、船或任何其它适当对象的窗玻璃的形式。光谱选择性面板减少了波长在IR波段内的光的透射而对于可见光在很大程度上是透射的。光谱选择性面板100被布置为使IR光转向，并利用经转向的IR光来产生电能。
在本实施方案中，光谱选择性面板100包括玻璃面板102和104。在玻璃面板102的面上设置有衍射元件106。玻璃面板102和104由填充有材料108的间隙间隔开，所述材料108用作散射材料和/或发光材料结合到其中的透明基质以及粘合剂，因而使其成为复合功能材料。将在下文更详细地描述材料108。
面板102和104的外表面分别涂覆有多层涂层112和110。在光谱选择性面板100的侧部定位有太阳能电池114。应理解，光谱选择性面板100可以包括任意数目的太阳能电池，如仅在一个侧部处仅定位有一个单个太阳能电池、2个、3个或4个、或多于4的太阳能电池。可以使用将这些太阳能电池电连接在一起的多种可能方式，即太阳能电池的串联连接、全部并联以及更复杂的串联连接的并联束。
衍射元件106被布置为对入射的IR光和反射的IR光进行光谱偏转而对可见光进行透射。箭头120示意性地示出入射IR光的偏转。在该具体实例中，衍射元件106为透射模式闪耀衍射光栅并且被设计成使得大部分入射太阳IR光被偏转入单个优选衍射级，其中针对由入射到窗口表面上的预期典型正午太阳辐射入射角支配的光入射角对光栅设计特征进行优化。本领域技术人员应理解，衍射元件106也可以以反射模式操作。
在该具体实施方案中，衍射元件106例如通过蚀刻形成在玻璃面板102的面上。因此，衍射元件106也由玻璃构成，或者可替代地，可以在玻璃基板上沉积透明膜层（如SiO2），然后可以对该膜层进行蚀刻或机械加工以形成衍射结构。然而，本领域技术人员应理解，可以设想其它布置。例如，可以通过将光栅结构压印在聚合材料中来形成衍射元件106。在这种情况下，可以在远程位置处形成光栅106，然后将光栅106粘附至玻璃面板102。可替代地，可以通过首先将聚合材料（或其它适当的材料）施用到玻璃面板102的面来在玻璃面板102上形成光栅106。
在一个实例中，光谱选择性面板包括可以包含聚乙烯醇缩丁醛（PVB）并且夹在两个玻璃面板之间的层（未示出）。在该实例中，该层包括发光材料和散射材料。在该层的每个面中压印一个衍射光栅，然后将该层在光栅处粘附至玻璃面板，通过玻璃面板的表面部分来封闭光栅的这些槽。这些层通常还用作用于耦接至玻璃面板的粘合剂。
可以由本领域的技术人员通过调节以下参数来设计衍射元件106的光谱特性：折射率；光栅轮廓形状；闪耀角；占空比（duty cycle）；光栅周期；相位等级数和蚀刻深度。在该具体实例中，衍射光学元件106包括多个槽110，每个槽距相邻槽的距离（光栅周期）在4μm的范围内。
所述多个槽110以及玻璃面板102、104之间的间隙填充有材料108。材料108为包括环氧树脂的发光散射粉末。材料108提供粘附功能、发光功能、还有散射功能。
通过发光散射粉末进行的入射光的散射增加了光的被导向面板100的侧部的部分。该功能由箭头122示意性地示出。
可以通过发光材料来吸收从光谱选择性面板的横向方向入射的光，导致以随机方向发射的发光辐射的发射，这由箭头124示意性地示出。这导致了与入射辐射相比较少横向定向的辐射，因此有助于将光导向玻璃面板102和104的侧部从而导向太阳能电池114以生成电能。
本领域技术人员应理解，玻璃面板102和104也可以掺杂有发光材料，所述发光材料吸收进入的IR光和UV光的一部分并以随机方向发射发光辐射。
涂层110为多层涂层并且布置为将在宽IR波段内的入射IR光反射。另外，多层涂层110对于可见光是抗反射的并且对于入射UV光是反射的。因此，IR光和UV光的从光谱选择性面板100的顶部入射的部分透射通过玻璃面板102和104，然后被多层涂层110反射。玻璃面板102和104被布置为使得：基于反射角，被反射光的一部分被沿着玻璃板102和104导向太阳能电池114，在太阳能电池114处IR光可以被吸收以用于产生电能。
被层110以横向方向反射的部分IR光被层108散射使得相应的光强度通过多次散射和/或内部反射而被导向太阳能电池114。因此，层108的散射特性有助于IR辐射的通量的减少和能量生成的效率。
顶部涂层112可以在UV和可见波长范围内具有抗反射特性，以尽可能多的使用在面板结构内的入射UV能量，并因此激发一系列的无机发光体，或者可替代地，顶部涂层112可以在UV内具有高反射特性并且还在整个可见波长范围内具有抗反射特性，并且同时用作部分IR反射器。可见范围抗反射特性也可以通过设计进行调节，以使在入射角的特定范围内的入射光能量的反射最小化。在另一实施方案中，顶部涂层112被布置为对于UV辐射是高反射的同时对可见光是抗反射的并且可选地还在其中发光材料发射光的IR波长（子）段内是高反射的。在该实例中，UV段中的高反射特性用于防止发光体被入射UV辐射不利地影响。该涂层为多层结构，所述多层结构设计为主要将在发光材料所发射的光的波长范围内的IR光反射。因此，涂层112在很大程度上防止所生成的发光辐射逃逸而不导向至光伏电池114。
可以将光谱选择性面板100的功能总结如下。在由衍射元件106偏转并且通过材料108进行多次散射的事件之后，光子的增加部分将以超过全内反射角的角度传播。考虑到太阳IR光的大部分以大角度入射（通过散射和发光辐射的发射变得容易），该IR光的大部分将在光谱选择性面板100内被捕获并且将到达面板100的侧部。顶部涂层112被设计为将由发光体发射的光反射并且对可见光透明。底部涂层110将反射所有角度和波长的IR光的绝大部分。与通过偏转和多次散射的进入光子的角度再分配相结合的这些特性是根据本发明的实施方案的光谱选择性面板100的独特特征。
应理解，在可替代实施方案中，光谱选择性面板100可能不一定包括光伏电池114，但可能例如包括布置为用于移除以IR辐射的形式被导向光谱选择性面板100的侧部的热能的出口等。一些侧部还可以被涂覆包括Al或Ag或者任何适当的介质涂层的高反射材料，所述高反射材料将离开该侧表面的光重新导向面板的另外的侧表面。
现在参照图2和图3，现在将根据本发明的另外的实施方案描述光谱选择性面板200、300的衍射元件206、306。
衍射元件206形成在玻璃面板102的面上并且为透射模式闪耀衍射光栅或不同轮廓类型（锯齿状、矩形状或梯形状）的带槽衍射光栅。
在该具体的实例中，衍射元件206包括多个槽，其中每个槽均具有矩形横截面形状。
玻璃面板102和104由填充有材料208的间隙间隔开。材料208由其中分散有发光散射粉末和颜料的光学环氧树脂构成。环氧树脂将玻璃面板104耦接至玻璃面板102。材料208还具有发光和散射特性。
图3示出包括衍射元件306的光谱选择性面板300。在本实施方案中，衍射元件306还包括槽，但是每个槽均具有三角形横截面形状。
类似于光谱选择性面板200，玻璃面板102和104由填充有材料308的间隙间隔开，其中所述材料308由其中分散或溶解有发光粉末和颜料的环氧树脂所构成。
现在参照图4，现在将描述根据本发明的另一实施方案的光谱选择性面板400。
在本实施方案中，玻璃面板102和104之间的间隙填充有空气。类似于双层玻璃窗户的结构，间隙提供了热隔离、改善的整体结构稳定性、噪音隔离和另外的高折射率对比界面，这些导致改善了在玻璃面板内由于全内反射而引起的多次反射的基础上的光捕获可能性。
应理解，在可替代实施方案中，间隙可以填充有任何其它适当的介质材料。还应理解，在所描述的实施方案的变化方案中，光谱选择性面板100可以包括任意数目的玻璃面板，所述玻璃面板可能会或可能不会在相邻玻璃面板之间限定间隙。另外，一个玻璃面板或多个玻璃面板可以被替换为适当的其它材料（如包括例如聚乙烯醇缩丁醛（PVB）或聚氯乙烯（PVC）的聚合材料）的面板并且还可以被设置为层叠形式，如安全玻璃。
玻璃面板102和104的内表面涂覆有涂层408。玻璃面板102和104由透明玻璃间隔物406间隔开。
在该实例中，每个涂层408均包括多层结构，所述多层结构被布置为优先将IR光沿朝向面板400的侧部的方向散射。在本实施方案中，涂层408包括具有相对较宽的带隙的纳米尺寸或微米尺寸的稀土氧化物颗粒，使得所述散射是有效无损耗的（无吸收的）。另外，涂层（或层）408可以包括将玻璃面板102和104耦接至间隔物406的环氧树脂。
所述层408还包括发光材料，并且上述稀土氧化物被掺杂以具有该功能。例如，如果光从光谱选择性面板的横向方向入射，则然后被发光材料吸收，随后以随机方向发射所发射的光辐射。这导致了较少横向定向的辐射，并且将以如下方向发射发光辐射的一部分：所述方向使得玻璃面板102和104将使发光辐射导向太阳能电池114以用于生成电能。
玻璃面板102和104还可以掺杂有发光材料，所述发光材料吸收进入的IR光和UV光的一部分并以随机方向但在空间上各向同性的方式发射发光辐射。
被层110以横向方向反射的部分IR光被层408散射，使得相应的光强度通过多次散射和/或内反射被导向太阳能电池114。因此，层408的散射特性有助于IR辐射的通过量的减少和能量生成的效率。
在本实施方案中，玻璃面板102和104之间的间隙填充有空气。然而，本领域技术人员应理解，间隙可以填充有任何其它适当的介质材料。
在该实例中包括的、设置在层408中的发光材料分别位于玻璃面板102和104的顶面和底面。可替代地，发光材料可以被定位在玻璃面板102和104中的仅一者处，玻璃面板102和104可以掺杂有发光材料或可以包括发光材料。
现在参照图5，现在将描述根据本发明的另一实施方案的光谱选择性面板500。发光散射粉末包括为组合物且提供发光功能并且还具有散射功能的单一材料。可替代地，发光散射粉末可以为组分材料的混合物，并且每个组分材料可以具有各自的功能。光谱选择性面板500包括玻璃面板102和104。在本实施方案中，玻璃面板由包括光学环氧树脂的层506间隔开，所述光学环氧树脂中分散有发光散射粉末和颜料。可替代地，层506可以包括包含散射材料和/或发光材料的悬浮液或溶液。因此，层506结合了将玻璃面板102和104彼此耦接的功能、提供发光材料的功能和用作散射层的功能。
光谱选择性面板400和500的散射层利用RF溅射而形成并且包括稀土氧化物。可以包括或提供散射层，而不是上述层408和506。这些稀土氧化物层被制备成使得它们具有在IR波长范围内优先散射/漫射的特性并且具有负责在IR波长范围内优先散射的非晶表面涂层（通过烘箱退火工艺形成）。这些微晶稀土氧化物层（可以包括例如Yb2O3层）具有700nm至1500nm的厚度，并且在纯Ar气氛中利用RF磁控溅射而被沉积在玻璃上，并且在沉积之后，在空气中以600℃的温度通过烘箱处理3小时来对其进行再氧化和退火（结晶化）。
散射层408和506将散射功能（如光学无损耗散射）与发光能量转换功能相结合。层408和506具有数百纳米的厚度并且包括稀土材料（如Yb2O3、Nd2O3）的纳米尺寸或微米尺寸的颗粒，所述稀土材料在其电子能级结构内具有宽带隙并且在IR波长范围内还有可见波长范围内能够进行基本上无损耗的光散射。稀土颗粒由光学透明的可UV固化环氧树脂（如Norland NOA63环氧树脂）连接。另外，发光体（颜料和纳米粉末材料）分散在层408和506的环氧树脂材料内。在一个实例中，IR可激发混合有机-无机发光体以约0.25-1wt%左右的浓度分散在环氧树脂中。
稀土氧化物也可以掺杂有例如表示为稀土金属离子的稀土发光材料，并且可以例如被设置为Y2O3:Eu、Y2O3:Er或NaYF4:Yb的形式。
光谱选择性面板400和500通常还包括衍射元件（未示出），如参照图1所描述的衍射元件106。
现在将进一步详细描述根据如例如图1至图5所示的实施方案的光谱选择性面板的IR反射层110。
层110被设置为多层光学干涉涂层滤光器的形式，所述多层光学干涉涂层滤光器具有超宽带热镜特性并且使用三重堆叠边沿滤光器设计。层110在UV范围内也是反射性的。利用RF溅射技术从Al2O3、SiO2和Ta2O5形成层110。在这些实施方案中，这样的涂层的总厚度为4μm至8μm之间，并且，在层序列内的光学材料的顺序可以基于所选择的设计而变化。退火实验（在具有5℃/min的升温速率的600℃下进行3小时）证明了良好的稳定性。相对于常见的化学溶剂类型的作用，层110是耐刮擦和耐裂的、耐热性的、非吸湿性和稳定的。
对在玻璃上的涂层110的性能特性进行测试和建模。结果表明，整体集成的太阳IR光功率的包含在700nm至1700nm的波长范围内的并且在光学上透射通过基底-涂层系统的部分仅为约4%。由于涂层110具有超宽带特性，所以IR功率反射率对于入射角的宽范围是有效的。
如上所述，将顶部涂层112设置为光谱选择发射镜的形式。涂层110包括Al2O3、SiO2和Ta2O5的多层（20至25），并利用RF溅射技术来制备。在这些实施方案中，层112被设计成使得尤其通过反射来防止在光谱选择性面板内生成的发光辐射透射通过涂层112。这样的涂层的厚度随着设计要求而变化并且在数微米的范围内。
图6示出在玻璃上的这样的稀土氧化物层（如例如图4和图5所示的实施方案中描述的）的透射和吸收光谱（强度作为单位为nm的波长的函数）。曲线600示出针对具有约为1μm厚度的散射层的透射光谱，曲线602示出总反射（镜面反射和漫反射），曲线604示出相应的光损耗光谱（由吸收和散射的透射损耗以及反射损耗的贡献的总和表示）。该层示出了在覆盖了近IR范围的大部分的IR光谱范围内的优先散射。可见光透明度接近80%。在与折射率接近1.49（与玻璃相匹配）的光学环氧树脂进行接触之后，减少了散射并且改善了透明度。当被适当的光激发时，该稀土氧化物散射层具有发光特性。
图7示出光谱选择性面板400和500的透射光谱（透射部分的强度作为以nm为单位的波长的函数）。曲线700示出针对光谱选择性面板400类型的面板（具有空气间隙）所测量的透射数据，曲线702示出针对光谱选择性面板500类型的面板（没有空气间隙）所测量的透射数据。
值得注意的是，面板400的空气间隙不会显著影响可见光的透射。另外，由于环氧树脂的折射率与玻璃相匹配，所以环氧树脂本身不引起任何显著的透射损耗。
光谱选择性面板400的功能可以被总结如下。在多次散射穿过散射层和界面之后，（统计上的）更多的光子将以超过全内反射角的角度传播以用于光线在由空气包围的玻璃面板内传播。考虑到太阳IR光的大部分以大角度入射（通过散射和发光辐射的发射而变得容易），该IR光的大部分将在光谱选择性面板400内被捕获并且将到达的面板400的侧部。顶部涂层112被设计成将由发光体发射的光反射而对可见光是透明。在一些实施方案中，可以使用该涂层的光谱特征来在颜色范围内为面板提供预期的可见着色以适应不同的产品类型。底部涂层110将反射所有角度和波长的IR光的绝大部分。与通过在相对较薄的不吸收的或弱吸收的发光层408内的多次散射的进入光子的角度再分配相结合的这些特性是根据本发明实施方案的光谱选择性面板400的独特特征。散射效果也能够通过改善发光体的吸收路径长度来增强发光过程。
虽然已参照具体实例描述了本发明，但本领域技术人员应理解，本发明可以体现为许多其他形式。例如，光谱选择性面板100和200分别包括反射性顶部涂层和底部涂层112、110和210、208。应理解，在所描述的实施方案的变化方案中，光谱选择性面板100和200可以不包括这样的反射性顶部涂层和底部涂层。

Claims (18)

1.一种光谱选择性面板，包括：
第一材料，所述第一材料对于波长在可见波长范围内的光是至少部分透射的并且被布置为用于引导适当的光，所述第一材料包括发光材料，所述发光材料被布置为使得IR光的一部分被所述发光材料吸收，导致通过光致发光、荧光或磷光来发射光；
衍射元件，所述衍射元件被定位在所述第一材料内，所述衍射元件被布置为主要将波长在IR波段内的光偏转并且具有至少部分地填充有散射材料的多个槽；
反射膜，将所述反射膜布置为将在IR波段内的入射光反射而对于波长在可见光波段内的至少大部分光在很大程度上是透射的；其中将所述第一材料、所述衍射元件和所述反射膜布置为使得与从所述光谱选择性面板的横向方向入射的IR光相关联的至少一部分能量在所述面板内并且沿着所述面板导向所述面板的侧部，其中
所述衍射元件被包括在夹在部件面板部之间的层中，其中所述层在一个侧部处包括所述衍射元件。
2.根据权利要求1所述的光谱选择性面板，其中至少一个铜铟镓的二硒化物或铜铟的二硒化物光伏模块被定位在所述面板的侧部处以用于接收一部分被导向所述侧部的光。
3.根据权利要求1或2所述的光谱选择性面板，其中所述衍射元件部分地由所述第一材料构成。
4.根据权利要求1或2所述的光谱选择性面板，其中所述衍射元件为光栅。
5.根据权利要求4所述的光谱选择性面板，其中所述衍射元件为相位光栅并且具有在2μm至6μm的范围内的光栅周期。
6.根据权利要求1所述的光谱选择性面板，其中所述多个槽至少部分地填充有发光材料。
7.根据权利要求1所述的光谱选择性面板，包括至少两个衍射元件，所述至少两个衍射元件被包括在所述夹在部件面板部之间的层中，其中所述层在相应侧部处包括所述衍射元件。
8.根据权利要求1所述的光谱选择性面板，其中所述层还用作将所述部件面板部耦接至所述层的粘合剂。
9.根据权利要求1所述的光谱选择性面板，包括包含微米尺寸或纳米尺寸颗粒的散射材料。
10.根据权利要求9所述的光谱选择性面板，其中以在所述IR和/或可见波长范围内基本上无损耗的方式实现所述光的散射，并且其中所述散射材料包括稀土氧化物颗粒。
11.根据权利要求1所述的光谱选择性面板，包括在所述部件面板部之间的间隙。
12.根据权利要求11所述的光谱选择性面板，其中所述间隙被空气填充。
13.根据权利要求11所述的光谱选择性面板，其中所述衍射元件被定位在所述间隙中。
14.根据权利要求13所述的光谱选择性面板，其中所述衍射元件被定位成使得所述多个槽位于所述间隙中。
15.根据权利要求1所述的光谱选择性面板，包括顶层，在光透射通过所述光谱选择性面板的第一面板部之前，光在所述顶层上入射。
16.根据权利要求15所述的光谱选择性面板，其中所述顶层为多层结构，所述多层结构对于可见光是很大程度上透射的乃至是抗反射的并且被布置为用于反射IR光的一部分。
17.根据权利要求1所述的光谱选择性面板，其中所述发光材料包括被布置为用于吸收IR光的可见光透明发光体。
18.根据权利要求1所述的光谱选择性面板，其中所述发光材料被布置为通过所接收的光的频率的上转换和/或下转换来发射光。
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