DE112009004290T5

DE112009004290T5 - Variable Sammellinsenvorrichtung und Solarzellenvorrichtung

Info

Publication number: DE112009004290T5
Application number: DE112009004290T
Authority: DE
Inventors: Takahisa Kusuura
Original assignee: Empire Technology Development LLC
Current assignee: Empire Technology Development LLC
Priority date: 2009-02-04
Filing date: 2009-02-04
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2029-02-05
Also published as: JP4612739B2; US8058548B2; CN102301495B; DE112009004290B8; CN102301495A; US20110108110A1; DE112009004290B4; WO2010089859A1; JPWO2010089859A1; US20120067401A1; US8404964B2

Abstract

Gewünscht wird, eine variable Sammellinsenvorrichtung, welche die Abhängigkeit des Sammelwirkungsgrades vom Einfallswinkel des Lichtes reduzieren und dadurch die Stromerzeugungseffizienz einer Solarzellenvorrichtung erhöhen kann, und eine mit dieser variablen Sammellinsenvorrichtung versehene Solarzellenvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Die variable Sammellinsenvorrichtung gemäß dieser Offenlegung umfasst einen transparenten Träger, der auf seiner Oberfläche einen hydrophilen Fotokatalysator aufweist, sowie eine erste transparente Flüssigkeit, die an der Oberfläche des transparenten Trägers vorgesehen ist. Die Solarzellenvorrichtung gemäß der Offenlegung umfasst ein Solarzellenelement und ein Paar an dem Solarzellenelement angeschlossene Elektroden, und die dem Solarzellenelement gegenüberliegend angeordnete variable Sammellinsenvorrichtung gemäß dieser Offenlegung.

Description

Technischer Bereich
Diese Erfindung betrifft eine variable Sammellinsenvorrichtung und eine Solarzellenvorrichtung.
Stand der Technik
Im Allgemeinen läßt sich die Solarzellenvorrichtung grob in einen Plattentyp, bei dem die einzelnen Funktionselemente der Solarzellenvorrichtung zur Elektrizitätserzeugung direkt mit dem natürlichen Sonnenlicht bestrahlt wird, und einen Lichtsammlungstyp unterteilen, bei dem ein optisches System verwendet wird, womit durch Sammlung des natürlichen Lichtes die Lichtflussdichte (luminous flux density), beziehungsweise die Beleuchtungsstärke (illuminance, luminous intensity) (im Folgenden gemeinsam einfach nur „Lichtflussdichte” genannt) verstärkt und erst dann das Licht zur Elektrizitätserzeugung auf die Funktionselemente eingestrahlt wird.
Als Systeme für Kondensor-Solarzellenvorrichtungen werden Linsensysteme mit kreisförmigen Fresnellinsen oder dergleichen Linsen zur Lichtsammlung (Kondensortyp), oder Licht reflektierende Systeme mit Parabolspiegeln oder Endspiegeln, beziehungsweise kombinierte Systeme in weitem Umfang eingesetzt. Weiterhin sind auch Licht absorbierende und emittierende Systeme bekannt, bei denen ohne Einsatz optischer Systeme mit anorganische Ionen oder organische Farbstoffe enthaltenden, Licht absorbierenden und emittierenden Mitteln das Sonnenlicht vorübergehend absorbiert wird und dann das von den Licht absorbierenden und emittierenden Mitteln emittierte Licht in die Funktionselemente eingeleitet wird.
Siehe Nichtpatent-Dokument 1: Webseite des Patentamtes

http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/map/kagaku04/1/1-3-5.htm „Solarzellen, 1.3.5 Kondensor-Solarzellenvorrichtungen" (Stand: 20. Januar 2009)

Offenlegung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
Der Sammelwirkungsgrad ist allerdings bei den Linsensystemen der oben genannten herkömmlichen Kondensor-Solarzellenvorrichtungen vom Lichteinfallswinkel in die Sammellinse abhängig, so dass der Sammelwirkungsgrad je nach Einfallswinkel im Vergleich zu Vorrichtungen ohne Einsatz von Linsen eher schlechter werden kann. Mit anderen Worten, der Einfallswinkel des auf die Erdoberfläche einfallenden Sonnenlichtes variiert je nach Jahres- oder Tageszeit und je nach Standort kann es zu großen Änderungen kommen. Wird zum Beispiel, eine Linse verwendet, die so entworfen ist, dass sie Sonnenlicht mehr kondensieren kann, dessen Einfallswinkel auf die Solarzellenvorrichtungen klein ist und somit dessen Beleuchtungsstärke für die Solarzelle gering ist (Sonnenlicht bei Tagesanbruch oder am Abend), kann der Sammelwirkungsgrad des Sonnenlichtes mit großem Einfallswinkel und größer Lichtflussdichte für die Solarzelle (Sonnenlicht am Tage) eher abnehmen, als dessen Sammelwirkungsgrad ohne derartige Linsen.
Ferner, bei Reflektorsystemen ist herkömmlicherweise der Sammelwirkungsgrad kleiner als bei Linsensystemen und darüber hinaus ist es erforderlich, in der Nähe der Funktionselemente Reflektoren wie Parabolspiegel oder Endspiegel vorzusehen, so dass die Solarzellenvorrichtungen insgesamt mehr Platz in Anspruch nehmen. Somit wird befürchtet, dass durch eine schlechtere Anordnungseffizienz die erzeugte Elektrizität pro Flächeneinheit abnimmt.
Außerdem werden bei Licht absorbierenden und emittierenden Systemen optische Systeme verwendet, um das Licht von den Licht absorbierenden und emittierenden Mitteln in die Funktionselemente einzuleiten, so dass der Aufbau der Vorrichtungen komplizierter wird. Gleichzeitig ist es erforderlich, das optische System abhängig vom Aufbau und integrierter Anordnung der Funktionselemente oder dem Aufbau der Solarzellmodule oder Solarpaneeleinheiten zu optimieren.
In diesem Zusammenhang sollen variable Sammellinsenvorrichtungen zur Verfügung gestellt werden, bei denen die Abhängigkeit des Sammelwirkungsgrades vom Einfallswinkel reduziert und somit die Stromerzeugungseffizienz der Solarzellenvorrichtungen erhöht wird, sowie Solarzellenvorrichtungen ausgestattet mit dieser Sammellinsenvorrichtungen.
Mittel zur Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe weist die hier offengelegte variable Lichtsammelvorrichtung einen transparenten Träger mit einem hydrophilen Fotokatalysator auf seiner Oberfläche und eine an der Oberfläche dieses transparenten Trägers unterstützte erste transparente Flüssigkeit auf.
Bei einem solchen Aufbau steht die erste transparente Flüssigkeit mit dem auf der Oberfläche des transparenten Trägers vorgesehenem hydrophilen Fotokatalysator in Berührung und wird so auf diesem transparenten Träger gehalten. Hier zeigt der hydrophile Fotokatalysator in Abhängigkeit von der Wellenlänge und Intensität des Lichtes seine hydrophilen Eigenschaften, mit anderen Worten, bei Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge (Ansprechwellenlänge des hydrophilen Fotokatalysators) und Intensität werden die hydrophilen Eigenschaften im Vergleich zu einem Zustand ohne Bestrahlung mit diesem Licht wesentlich verstärkt. Dementsprechend wird bei Bestrahlung des mit dem transparenten Träger in Kontakt stehenden hydrophilen Fotokatalysators mit Licht der betreffenden, bestimmten Wellenlänge und einer Lichtflussdichte, die größer als oder gleich wie vorgegeben ist, die Benetzbarkeit zwischen der ersten transparenten Flüssigkeit und der Oberfläche des transparenten Trägers wesentlich erhöht, so dass es aufgrund der Oberflächenspannung der ersten transparenten Flüssigkeit nicht zur Tropfenbildung kommt. Mit anderen Worten entstehen so keine Konvexlinsen, so dass sich diese transparente Flüssigkeit auf der Oberfläche des transparenten Trägers gleichmäßig verteilt.
Wenn daher Licht wie Sonnenlicht oder dergleichen relativ zum transparenten Träger in einem großen Winkel (fast 90°) nahezu rechtwinkelig einfällt und die Lichtflussdichte ansteigt, breitet sich die erste transparente Flüssigkeit aus, ohne dabei eine Linsenform anzunehmen, so dass das einfallende Licht mit einer großen Lichtflussdichte nicht durch die erste transparente Flüssigkeit gebrochen wird und die erste transparente Flüssigkeit und den transparenten Träger durchdringt. Wenn dem transparenten Träger Solarzellenelemente nachgestellt sind, trifft das einfallende Licht (Sonnenlicht) ohne Verlust der Lichtflussdichte auf die Solarzellenelemente, so dass durch den fotoelektrischen Effekt (photovoltaischer Effekt) der gewünschte Strom erzeugt wird. Wenn demgegenüber herkömmlicherweise zum Beispiel Konvexlinsen und dergleichen, die das Licht mit kleinem Einfallswinkel kondensieren, vor den Solarzellenelementen angeordnet sind, kommt es mit zunehmender Entfernung von der Linsenmitte in steigendem Maße durch Brechung leicht zu einer Streuung von nahezu rechtwinkelig einfallendem Licht.
Wenn der hydrophile Fotokatalysator aber mit dem Licht einer bestimmten Wellenlänge und einer kleineren als der vorgegebenen Lichtflussdichte bestrahlt wird, zeigt der hydrophile Fotokatalysator seine hydrophile Eigenshaft nicht auf und wird relativ hydrophob. Deshalb wird die Benetzungseigenschaft zwischen der ersten transparenten Flüssigkeit und der Oberfläche des transparenten Trägers nicht wesentlich erhöht, so dass es aufgrund der Oberflächenspannung der ersten transparenten Flüssigkeit zur Tropfenbildung kommt (dass heißt mit anderen Worten, dass Konvexlinsen entstehen) und diese auf der oberfläche des transparenten Trägers gehalten werden.
Wenn daher Licht wie Sonnenlicht oder dergleichen relativ zum transparenten Träger in einem kleinen Winkel (bei 0° oder 180°) einfällt und so die Lichtflussdichte abnimmt, verteilt sich die erste transparente Flüssigkeit linsenförmig, was bewirkt, dass bei Bestrahlung mit Licht geringer Lichtflussdichte das einfallende Licht durch die erste transparente Flüssigkeit gebrochen wird und somit gewissermaßen mit einer durch Lichtsammlung erreichten erhöhten Lichtflussdichte die erste transparente Flüssigkeit und den transparenten Träger durchdringt. Wenn dem transparenten Träger Solarzellenelemente nachgestellt sind, wird im Vergleich zu einer Ausführungsform ohne die erste transparente Flüssigkeit mehr Strom erzeugt.
Hier wird unter „hydrophilen Eigenschaften” „Affinität” mit der ersten transparenten Flüssigkeit verstanden. Weiterhin braucht der hydrophile Fotokatalysator nicht auf der gesamten Oberfläche des transparenten Trägers vorgesehen zu sein, sondern es reicht, wenn dieser zumindest auf einer Kontaktstelle mit der ersten transparenten Flüssigkeit steht und kann sowohl schichtförmig als auch punktförmig sein.
Darüber hinaus variiert die Lichtflussdichte mit der Art des hydrophilen Fotokatalysators, dessen Art (der Berührungsfläche mit der ersten transparenten Flüssigkeit), der Art der ersten transparenten Flüssigkeit, deren Menge (Masse) und dergleichen und hinsichtlich der Wirkungen bezieht sich die Lichtflussdichte, genau gesagt, auf die Lichtflussdichte in der Bestrahlungsposition (Fläche) des hydrophilen Fotokatalysators. Aber die Lichtflussdichte kann auch als die Lichtflussdichte an geeigneten Orten in der Nähe des vorgesehenen hydrophilen Fotokatalysators definiert werden, so dass zum Beispiel diese Lichtflussdichte als Grenze (Schwellenwert) dienen kann. Bei darüber liegenden Werten werden durch die erste transparente Flüssigkeit signifikante Linsen gebildet, während bei darunter liegenden Werten durch die erste transparente Flüssigkeit keine signifikanten Linsen gebildet werden und diese miteinander korrelierende Daten werden experimentell oder durch numerische Simulation oder dergleichen im Voraus bestimmt und dann empirisch festgelegt.
Bei anderer Formulierung der obigen Beschreibung lässt sich sagen, dass die erste transparente Flüssigkeit einerseits eine Sammellinse bildet, wenn der hydrophile Fotokatalysator mit Licht einer größeren oder gleichen als der bestimmten Lichtflussdichte bestrahlt wird und andererseits bei Bestrahlung des hydrophilen Fotokatalysators mit einer geringeren als bestimmten Lichtflussdichte eine solche Sammellinse nicht geformt wird.
Konkreter ausgedrückt kann die variable Lichtsammelvorrichtung auch mit einer einen transparenten Träger umfassenden Zelle ausgestattet sein, wobei die von diesem transparenten Träger gestützte erste transparente Flüssigkeit innerhalb dieser Zelle gehalten wird, so dass diese erste transparente Flüssigkeit vor dem Verdunsten geschützt wird und sich leicht wiederverwenden lässt.
Weiterhin, sofern die erste transparente Flüssigkeit sowohl transparent ist als auch eine Affinität für den hydrophilen Fotokatalysator aufweist, braucht diese nicht besonders spezifiziert zu werden und als Beispiel können polare Lösungen (Lösungsmittel), wie Wasser oder wässerige Lösungen, genannt werden.
Außerdem kann auch eine zweite transparente Flüssigkeit vorgesehen sein, welche im Vergleich zur ersten transparenten Flüssigkeit ein geringeres spezifisches Gewicht aufweist und gegenüber der betreffenden ersten transparenten Flüssigkeit keine Affinität aufweist und mit dieser ersten transparenten Flüssigkeit in Berührung steht. In diesem Fall können als zweite transparente Flüssigkeit zum Beispiel Öle oder unpolare Lösungen (Lösungsmittel) genannt werden.
Auf diese Weise wird ein Aufbau erhalten, bei dem in vertikaler Richtung die erste transparente Flüssigkeit von der zweiten transparenten Flüssigkeit abgedeckt wird und wenn dabei zum Beispiel die erste transparente Flüssigkeit und die zweite transparente Flüssigkeit in die oben genannte Zelle eingeschlossen werden, kann eine Verdunstung der ersten transparenten Flüssigkeit innerhalb des Zellraumes noch sicherer verhindert werden und weiterhin ist dieser Aufbau noch besser zur Formgebung für die ersten transparente Flüssigkeit geeignet.
Noch konkreter formuliert, können beispielhaft Konstruktionen angeführt werden, für deren Betrieb das Licht eine Wellenlänge im ultravioletten Bereich aufweist (das heißt, es ist Ultraviolettstrahlung) und bei denen der hydrophile Fotokatalysator auf Ultraviolettstrahlung reagiert, oder aber das Licht im sichtbaren Bereich liegt (das heißt es ist sichtbares Licht) und der hydrophile Fotokatalysator auf sichtbares Licht reagiert.
Hier ist die Wellenlänge des Ultraviolettbereiches zum Beispiel die Wellenlänge „Ultraviolettstrahlung" aus der CIE/IEC International Lighting Vocabulary, 4. Ausgabe, die vom Institute of Electrical Engineers of Japan, in der Fachbegriffssammlung Nr. 13 „Beleuchtung" (Corona Publishing Co., Ltd.: Revision vom Juli 1996) zitiert wird, wobei es sich konkret um UV-A, UV-B und UV-C einschließende Wellenlängen zwischen 100 und 400 nm handelt. Als Wellenlänge des sichtbaren Lichtes kann zum Beispiel die in der gleichen Ausgabe genannte Wellenlänge des „sichtbaren Lichtes” genannt werden, wobei es sich konkret um Wellenlängen zwischen kurzer Wellenlänge mit einer Untergrenze von 360 nm und langer Wellenlänge von 830 nm handelt.
Noch näher beschrieben kann als hydrophiler Fotokatalysator mit N, S, oder C dotiertes, oder nicht dotiertes TiO₂, BaTiO₃, SrTiO₃, BaZrO₃, SrZrO₃ oder Ge₃N₄ genannt werden (hinsichtlich weiterer Einzelheiten über den Fotokatalysator siehe zum Beispiel: „Auf sichtbares Licht reagierende Fotokatalysatoren" – vom Materialdesign bis zur Anwendbarmachung; CMC Publishing CO., LTD., 30. September 2005, Erstdruck).
Ferner ist die Solarzellenvorrichtung gemäß dieser Offenlegung mit der offengelegten variablen Lichtsammelvorrichtung ausgestattet, das heißt, sie umfasst ein Solarzellenelement und ein an diesem Solarzellenelement angeschlossenes Paar Elektroden, sowie eine variable Lichtsammelvorrichtung, die einen transparenten Träger mit einem hydrophilen Fotokatalysator auf seiner Oberfläche und eine an der Oberfläche dieses transparenten Trägers unterstützte erste transparente Flüssigkeit aufweist und dem Solarzellenelement gegenüberliegend angeordnet ist.
Noch konkreter beispielhaft aufgeführt, werden hier Solarzellenvorrichtungen zur Verfügung gestellt, die ein Solarzellenelement und ein Paar an die Solarzellenvorrichtungen angeschlossene Elektroden, sowie eine variable Lichtsammelvorrichtung umfassen, wobei diese variable Lichtsammelvorrichtung einen transparenten Träger mit einem hydrophilen Fotokatalysator auf seiner Oberfläche und eine auf der Oberfläche dieses transparenten Trägers unterstützte erste transparente Flüssigkeit enthält und dem Solarzellenelement gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei der hydrophile Fotokatalysator mit N, S, oder C dotiertes oder nicht dotiertes TiO₂, BaTiO₃, SrTiO₃, BaZrO₃, SrZrO₃ oder Ge₃N₄ enthält und darüber hinaus bei Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge im Vergleich zu einem Zustand ohne Bestrahlung mit diesem Licht die hydrophilen Eigenschaften verstärkt werden, und die erste transparente Flüssigkeit Wasser oder eine wässrige Lösung ist, sowie ferner bei Bestrahlung des hydrophilen Fotokatalysators mit Licht oberhalb einer bestimmten Lichtflussdichte einerseits Sammellinsen gebildet werden und andererseits, bei Bestrahlung des hydrophilen Fotokatalysators mit Licht unterhalb einer bestimmten Lichtflussdichte keine Sammellinsen gebildet werden.
Optimale Ausführungsform dieser Erfindung
Im Folgenden werden die Ausführungsformen näher erläutert. Dabei werden identische Elemente mit den gleichen Symbolen gekennzeichnet und sich wiederholende Erläuterungen weggelassen. Hier basieren die Positionsbeziehungen oben, unten sowie links und rechts, sofern nicht besonders vermerkt, auf die in den Figuren dargestellten Positionsbeziehungen. Weiterhin sind die in den Figuren gezeigten Größenverhältnisse nicht auf die dargestellten Verhältnisse beschränkt. Die folgenden Ausführungsbeispiele werden zur Erläuterung dieser Offenlegung beispielhaft angeführt, ohne diese Offenlegung nur auf diese Ausführungsbeispiele beschränken zu wollen. Weiterhin, sofern nicht vom Kern dieser Offenlegung abgewichen wird, sind die verschiedensten Variationen möglich.
Die 1 und 2 zeigen beide einen schematischen Querschnitt durch den Aufbau eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Solarzellenvorrichtung mit einer variablen Lichtsammelvorrichtung nach dieser Offenlegung, wobei 1 einen Zustand zeigt, bei dem das nicht dargestellte Licht, wie zum Beispiel Sonnenlicht, von direkt oberhalb der Vorrichtung einfällt, während 2 einen Zustand zeigt, bei dem das Licht, wie zum Beispiel Sonnenlicht, von schräg oben auf die Vorrichtung einfällt.
Bei der Solarzellenvorrichtung 1 ist auf dem Solarzellenteil 10 die variable Lichtsammelvorrichtung 20 installiert. Der Solarzellenteil 10 besteht aus einem Substrat 11 aus metallischen Leitern, z. B. rostfreien Stahl oder dergleichen, oder einem aus Glas oder Keramik oder dergleichen hergestellten Isolator, aus Elektroden 12a aus transparenten Leitern, z. B. Indiumzinnoxid oder dergleichen, die auf dem Substrat separat gebildet sind, aus den auf den Elektroden 12a separat gebildeten, fotoelektrische Wirkung zeigenden Solarzellenelementen 13, und weiterhin aus den an der Oberwand und der Seitenwand der Solarzellenelemente aus transparenten Leitern, wie Indiumzinnoxid, bestehenden Elektroden 12b. In diesem Zustand ist der Aufbau insgesamt von einem aus transparenten Harz oder dergleichen bestehenden Isolator 14 umschlossen. Die einzelnen Elektroden 12a, 12b sind an ihren jeweiligen Enden in Reihe miteinander verbunden, und ferner erstrecken sich die Elektroden 12a, 12b sowie die Solarzellenelemente 13 in dieser Figur in der Papierebene nach hinten. Auf diese Weise wird aus den Solarzellenteilen 10 eine integrierte Solarzelle aufgebaut.
Zur Ausbildung dieser Art integrierter Solarzellenteile 10 können zum Beispiel bekannte Metallmaskenverfahren oder Musterverfahren mittels Laser(ablation) oder dergleichen eingesetzt werden. Zusammenfassend lässt sich das Metallmaskenverfahren so beschreiben, dass unter Verwendung einer Metallmaske, bei der jeweils das Muster der Elektroden 12a, der Solarzellenelemente 13 und der Elektroden 12b ausgehöhlt ist, die Elektroden 12a, die Solarzellenelemente 13 und die Elektroden 12b nacheinander übereinander geschichtet werden, während beim Laser-Musterverfahren ein Leiterfilm für die Elektroden 12a auf dem Substrat 11 gebildet, anschliessend dieser Leiterfilm mit Laserstrahl gescannt und damit das Muster der Elektroden 12a gebildet wird. Ebenso werden die Solarzellenelemente 13 und die Elektroden 12b durch Musterung ausgebildet. Selbstverständlich können auch beide Verfahren miteinander kombiniert werden.
Sofern die Solarzellenelemente 13 wie oben ausgeführt fotoelektrisch wirksam sind, müssen diese nicht besonders beschränkt werden und es können verschiedene bekannte Elemente wie aus Silicium, Halbleiterverbindungen oder organische Halbleiter, feuchte Systeme (Flüssigkeiten, flüssige Substanzen, fluide Substanzen), und deren durch Farbstoffe Empfindlichkeit verstärkte Versionen, verwendet werden. Als Festkörpersysteme gibt es kristalline oder nicht-kristalline Systeme. Weiterhin sind bei den kristallinen Systemen einkristalline und polykristalline Systeme bekannt. Hier werden beispielhaft die Solarzellenelemente 13 als Festkörpersystemen dargestellt.
Als Beispiel der Solarzellenelemente 13 kann amorphes Silicium genannt werden, welches in der Natur in verhältnismäßig großen Mengen vorkommt und mit dem die Herstellung verhältnismäßig einfach und wirtschaftlich ist. Dabei wird das Substrat 11 aus rostfreiem Stahl oder Glas, auf dem die Elektroden 12a gebildet sind, in einer Reaktionskammer, wie einer Vakuumkammer oder dergleichen untergebracht, die Elektroden zur Plasmaentladung aufweist. Als Ausgangsgas wird zum Beispiel Silangas (SiH₄) in die Reaktionskammern gefüllt und durch Hochfrequenz-Plasmaentladung wird das Silan zersetzt und die Siliciumatome werden zur Reaktion untereinander angeregt, so dass auf dem Substrat 11 eine Dünnschicht aus amorphem Silicium ausgebildet wird.
Wenn dabei dem als Ausgangsgas dienenden Silangas zum Beispiel Diborangas (B₂H₆) zugesetzt wird, wird p-dotiertes amorphes Silicium gebildet, während zum Beispiel bei Zusatz von Monophosphangas (PH₃) n-dotiertes amorphes Silicium gebildet wird. Wenn keines dieser Gase zur Bildung von p-Dotierung oder n-Dotierung zugesetzt wird, wird i-Typ amorphes Silicium gebildet. Die aus derartigem amorphen Silicium aufgebauten Solarzellenelemente 13 werden häufig als Funktionselemente mit einer p-i-n förmigen, oder einer n-i-p förmigen Schichtstruktur eingesetzt. Als Herstellungsverfahren wird dabei ein Einzelkammer-Reaktionsverfahren genannt, bei dem an eine einzige Reaktionskammer die Versorgung mit dem Ausgangsgas und dem Zusatzgas angeschlossen wird und jede Schicht aus amorphen Silicium in einer einzigen Kammer angelegt wird. Im Hinblick auf einen einfachen Schutz vor Eindringen von Verunreinigungen kann aber auch ein kontinuierliches Trennkammerverfahren eingesetzt werden, bei dem die jeweilige Reaktionskammern zur Ausbildung der jeweiligen p, i, beziehungsweise n-Typen des amorphen Siliciums miteinander verbunden werden und der Transport der Substrate und die Ausbildung des amorphen Siliciums kontinuierlich erfolgt.
Die variable Lichtsammelvorrichtung 20 ist auf dem Solarzellenteil 10 angeordnet und wird von dem von Licht wie zum Beispiel Sonnenlicht durchdrungenen (transparenten) Unterwandteil 21 (transparenter Träger) aus Glas oder Acryl und den gleichermaßen transparenten Trennwandteilen 22 abgegrenzt und ferner ist ein diese Teile abdeckender Oberwandteil 23 vorgesehen, und aus diesen einzelnen Teilen werden zahlreiche Zellen C gebildet. Außerdem ist auf der Oberseite des Unterwandteils 21 (auf der Seite der Zelle C) eine hydrophile Fotokatalysatorschicht S vorgesehen.
Außerdem sind im Innern der einzelnen Zellen C eine transparente Flüssigkeit L1 (erste transparente Flüssigkeit) aus polaren Lösungen (Lösungsmittel) zum Beispiel Wasser oder wässrige Lösungen und eine zweite transparente Flüssigkeit L2 (zweite transparente Flüssigkeit), deren spezifisches Gewicht kleiner ist als das der ersten transparenten Flüssigkeit L1 und die außerdem der transparenten Flüssigkeit L1 gegenüber keine Affinität aufweist, wie zum Beispiel Öl oder unpolare Lösungen, eingeschlossen.
Die hydrophile Fotokatalysatorschicht S enthält einen membranartig ausgebildeten, auf UV-Licht oder sichtbares Licht reagierenden hydrophilen Fotokatalysator (wie oben ausgeführt entweder mit N, S oder C dotiertes oder auch nicht dotiertes TiO₂, BaTiO₃, SrTiO₃, BaZrO₃, SrZrO₃ oder Ge₃N₄ oder dergleichen), wobei, wenn die Solarzellenvorrichtung 1 der in der Figur dargestellten Orientierung entsprechend senkrecht aufgestellt wird, ein Zustand entsteht, bei dem die transparente Flüssigkeit L1 mit einem größeren spezifischen Gewicht als dem der transparenten Flüssigkeit L2 mit der hydrophilen Fotokatalysatorschicht S in Berührung kommt.
Als Verfahren zur Ausbildung der hydrophilen Fotokatalysatorschicht S wird eine den hydrophilen Fotokatalysator enthaltenden Applikationsflüssigkeit auf das Unterwandteil 21 aufgetragen und nach Schichtbildung kann diese Schicht einer Hitzebehandlung oder Trocknungsbehandlung unterzogen werden. Das Verfahren zum Auftragen der Applikationsflüssigkeit muss nicht speziell vorgegeben werden und hier können zum Beispiel Spin-Coating-Verfahren, Tauchbeschichtung, Walzbeschichtung, Sprühbeschichtung, Stabbeschichtung, Siebdruckverfahren oder dergleichen gewöhnliche Verfahren genannt werden.
Noch näher ausgeführt lassen sich beispielhaft Verfahren aufführen, bei denen als hydrophiler Fotokatalysator zum Beispiel Lösungen von Titanalkoxid als Vorläufer von TiO₂ oder Titanverbindungen mit organischen Säuren, Titanperoxide, Titanchlorid und dergleichen Titansalze mit den oben genannten Verfahren auf den Unterwandteil 21 aufgetragen werden und danach bei einem vorgegebenen Temperaturgefälle für einen bestimmten Zeitraum (zum Beispiel einige Stunden bis einige Dutzend Stunden) bei 100°C bis 700°C (jedoch unterhalb der Temperaturobergrenze des Unterwandteils 21) erhitzt, oder TiO₂ Pulver oder dessen Dispersionen in Lösungsmitteln als Sole gemeinsam mit anorganischen oder organischen Bindemitteln (können auch in Form von Perlen vorliegen) als Lösung auf die Unterwandteile 21 aufgetragen werden und diese danach gesintert oder einer Trocknungsbehandlung unterworfen werden.
Weiterhin braucht die Dicke der hydrophilen Fotokatalysatorschicht S nur so groß sein, dass eine Aktivierung des Fotokatalysators erreicht und beibehalten wird und kann beispielsweise von einigen Dutzend nm bis zu einigen Hundert nm betragen, wobei eine Dicke bevorzugt wird, die durch wenige Filmbildungen erreicht wird und eine gute Transparenz aufweist.
Wenn dabei das einfallende Licht R1, wie zum Beispiel Sonnenlicht, wie in 1 gezeigt von dem Oberwandteil 23 der variablen Lichtsammelvorrichtung 20 der Solarzellenvorrichtung 1 gegenüber dem die hydrophile Fotokatalysatorschicht S bildende Unterwandteil 21 in einem großen (fast 90°), nahezu rechten Winkel einfällt, nimmt die Lichtflussdichte an der hydrophilen Fotokatalysatorschicht S zu. Wenn es sich bei dem hydrophilen Fotokatalysator beispielsweise um TiO₂ handelt, kommt es zu einer fotochemischen Reaktion zwischen den einen Teil der Moleküle ausmachenden Titanatomen und dem H₂O in der transparenten Flüssigkeit L1 und als Ergebnis davon werden auf der Oberfläche der hydrophilen Fotokatalysatorschicht S polare Reste(hydrophile Gruppen)-OH Gruppen gebildet (allerdings sind die Wirkungen nicht hierauf begrenzt). Dies führt dazu, dass die Affinität (Benetzbarkeit) zwischen dem Unterwandteil 21, auf dem die hydrophile Fotokatalysatorschicht S vorgesehen ist, und der transparenten Flüssigkeit L1 erhöht wird, und der Kontaktwinkel zwischen der Fläche des Unterwandteils 21 und der transparenten Flüssigkeit L1 zum Beispiel auf weniger als einige Grad abnimmt.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die transparente Flüssigkeit L1 auf dem Unterwandteil 21 keine gewölbten Wassertropfen bildet, das heißt keine Linsenform annimmt und, wie dargestellt, sich in der Zelle C ausbreitend verteilt, was bewirkt, dass bei einfallendem Licht R1 mit hoher Lichtflussdichte dieses nicht von der transparenten Flüssigkeit L1 gebrochen wird und die transparente Flüssigkeit L1 sowie den Unterwandteil 21 durchdringt. Daher strahlt das einfallende Licht R1 ohne Verlust der Lichtflussdichte auf die Solarzellenelemente 13 des Solarzellenteils 10 ein, so dass durch den fotoelektrischen Effekt (photovoltaischer Effekt) der gewünschte Strom erzeugt wird.
Andererseits, wenn das einfallende Licht R2 wie zum Beispiel Sonnenlicht, wie in 2 gezeigt, von dem Oberwandteil 23 der variablen Lichtsammelvorrichtung 20 der Solarzellenvorrichtung 1 auf den die hydrophile Fotokatalysatorschicht S bildenden Unterwandteil 21 in einem kleinen, nahezu horizontalen (einem Winkel von fast 0° oder 180°) Winkel einfällt, nimmt die Lichtflussdichte an der hydrophilen Fotokatalysatorschicht S ab. Wenn es sich bei dem hydrophilen Fotokatalysator beispielsweise um TiO₂ handelt, kommt es zu keiner fotochemischen Reaktion zwischen den einen Teil der Moleküle ausmachenden Titanatomen und dem H₂O in der transparenten Flüssigkeit L1 und als Ergebnis werden auf der Oberfläche der hydrophilen Fotokatalysatorschicht S auch keine polaren Reste(hydrophile Gruppen)-OH Gruppen gebildet (allerdings sind die Wirkungen nicht hierauf begrenzt). Dies führt dazu, dass die Affinität (Benetzbarkeit) zwischen dem Unterwandteil 21, auf dem die hydrophile Fotokatalysatorschicht S vorgesehen ist, und der transparenten Flüssigkeit L1 nicht erhöht wird, und der Kontaktwinkel zwischen der Fläche des Unterwandteils 21 und der transparenten Flüssigkeit L1 zum Beispiel auf einige Grad oder einige Dutzend Grad ansteigen kann.
Auf diese Weise wird erreicht, dass die transparente Flüssigkeit L1 auf dem Unterwandteil 21 leichter gewölbte Wassertropfen bildet, das heißt Konvexlinsenform annimmt und, wie dargestellt, sich in der Zelle C gewölbt verteilt, was bewirkt, dass bei einfallendem Licht R2 mit geringer Lichtflussdichte dieses von der transparenten Flüssigkeit L1 gebrochen wird und auf die Mitte der Zelle C gebündelt die transparente Flüssigkeit L1 sowie den Unterwandteil 21 durchdringt. Dies bewirkt, dass das einfallende Licht R2 in gebündelter Form und somit mit erhöhter Lichtflussdichte auf die Solarzellenelemente 13 des Solarzellenteils 10 einstrahlt, so dass im Vergleich zu einer Ausführungsform ohne die transparente Flüssigkeit L1 mehr Strom erzeugt wird.
Auf diese Weise hat die mit variablen Lichtsammelvorrichtungen 20 ausgestattete Solarzellenvorrichtung 1 aus einem als transparenter Träger fungierenden Unterwandteil 21, auf dem eine hydrophile Fotokatalysatorschicht S angeordnet ist, und einer mit der Oberfläche des Unterwandteils 21 unterstützten transparenten Flüssigkeit L2 einen extrem einfachen Aufbau. Bei diesem einfachen Aufbau bildet die transparente Flüssigkeit L1 keine Sammellinsenform und das einfallende Licht R1 wird direkt durchgelassen, ohne gebrochen zu werden, wenn das Licht wie das einfallende Licht R1 ausreichend hohe Lichtflussdichte aufweist, während bei Licht, wie dem einfallenden Licht R2, mit nicht ausreichend hoher Lichtflussdichte die transparente Flüssigkeit L1 eine Sammellinsenform annimmt und so dieses Licht bricht und gebündelt durchlässt. Dadurch wird die Abhängigkeit des Sammelwirkungsgrades vom Einfallswinkel vermindert und es wird ermöglicht, die Stromerzeugungseffizienz der Solarzellenvorrichtung 1 zu erhöhen.
Weiterhin, da der Aufbau der variablen Lichtsammelvorrichtung 20 extrem einfach gehalten werden kann, kann trotz des Lichtsammlungstyps der Aufbau der Solarzellenvorrichtung 1 außerordentlich vereinfacht werden, wodurch wiederum bei der Installation eine Platzersparnis und höhere Montagedichte für die Solarzellenvorrichtung 1 und die aus zahlreichen solchen Vorrichtungen zusammengesetzte Solarpaneeleinheiten und Module erreicht werden kann.
Außerdem umfasst die variable Lichtsammelvorrichtung 20 der Solarzellenvorrichtung 1 Zellen C, die durch den Unterwandteil 21, die Trennwandteile 22 und den Oberwandteil 23 abgegrenzt werden, so dass die transparente Flüssigkeit L1 in die Zellen C eingeschlossen werden kann und deren Verdunstung verhindert und deren Wiederverwendung erleichtert wird.
Im Weiteren ist gemeinsam mit der transparenten Flüssigkeit L1 eine transparente Flüssigkeit L2 in den Zellen C eingeschlossen, die ein geringeres spezifisches Gewicht als das der transparenten Flüssigkeit L1 besitzt und der transparenten Flüssigkeit L1 gegenüber keine Affinität aufweist, so dass die transparente Flüssigkeit L1 von der transparenten Flüssigkeit L2 überdeckt wird und eine Verdunstung der transparenten Flüssigkeit L1 innerhalb der Zellen C verhindert, sowie außerdem eine Formgebung der transparenten Flüssigkeit L1 erreicht werden kann.
Die 3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Aufbau eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Solarzellenvorrichtung mit einer anderen variablen Lichtsammelvorrichtung nach dieser Offenlegung, wobei ebenso wie in 2 gezeigt, das Licht, wie zum Beispiel Sonnenlicht, wie dargestellt von schräg oben auf die Vorrichtung einfällt.
Die gleiche Figur zeigt, dass für die Solarzellenvorrichtung 3 anstatt der variablen Lichtsammelvorrichtung 20 die variable Lichtsammelvorrichtung 30 vorgesehen ist, aber sonst der gleiche Aufbau wie für die in 1 und 2 gezeigte Solarzellenvorrichtung 1 vorliegt. Bei der variablen Lichtsammelvorrichtung 20 ist die hydrophile Fotokatalysatorschicht S auf der Oberfläche des Unterwandteils 21 ausgebildet und darauf sind die Trennwandteilen 22 und der Oberwandteil 23 vorgesehen, während bei der variablen Lichtsammelvorrichtung 30 die hydrophile Fotokatalysatorschicht T auf der Oberfläche des Unterwandteils 31 (transparenter Träger) und an den Seitenflächen und auf der Oberfläche der auf diesem Unterwandteil 31 errichteten Trennwandteilen 32 (transparenter Träger) ausgebildet ist und ein darüber abdeckender Oberwandteil 33 vorgesehen ist. Für die hydrophile Fotokatalysatorschicht T kann ein der hydrophilen Fotokatalysatorschicht S gleichartiges Material (mit den gleichen Eigenschaften) verwendet werden, und der Unterwandteil 31, die Trennwandteile 32 und der Oberwandteil 33 sind auch hier gleichermaßen transparent, wie der Unterwandteil 21, die Trennwandteile 22 und der Oberwandteil 23.
Ferner werden bei der variablen Lichtsammelvorrichtung 20 die Zellen C, die durch den Unterwandteil 21, die Trennwandteile 22 sowie den Oberwandteil 23 begrenzt werden, für mehrere Solarzellenelemente 13 vorgesehen, während bei der variablen Lichtsammelvorrichtung 30 jede Zelle D, die durch den Unterwandteil 31, die Trennwandteile 32 sowie den Oberwandteil 33 begrenzt wird, für jedes einzelne Solarzellenelement 13 vorgesehen ist.
Wenn bei der so aufgebauten Solarzellenvorrichtung 3 das einfallende Licht R2, wie zum Beispiel Sonnenlicht, wie in 3 gezeigt durch den Oberwandteil 33 gegenüber dem die hydrophile Fotokatalysatorschicht T bildenden Unterwandteil 31 in einem kleinen, nahezu horizontalen (einem Winkel von fast 0° oder 180°) Winkel einstrahlt, wird die Affinität zwischen dem Unterwandteil 31, auf dem die hydrophile Fotokatalysatorschicht T gebildet ist, und der transparenten Flüssigkeit L1, genauso wie bei dem in 2 gezeigten Aufbau, nicht erhöht und deren Kontaktwinkel größer, so dass die transparente Flüssigkeit L1 innerhalb der Zelle D eine Konvexlinse bildet. Dies führt dazu, dass bei diesem einfallenden Licht R2 mit seiner geringen Lichtflussdichte dieses durch die transparente Flüssigkeit L1 gebrochen wird und das auf die Mitte der Zelle D gebündelte Licht mit erhöhter Lichtflussdichte auf die Solarzellenelemente 13 des Solarzellenteils 10 fällt, so dass im Vergleich zu einer Ausführungsform ohne die transparente Flüssigkeit L1 mehr Strom erzeugt wird.
Andererseits, wenn, wie in 1 gezeigt, hier aber nicht dargestellt, das einfallende Licht R1 wie zum Beispiel Sonnenlicht, durch den Oberwandteil 33 der variablen Lichtsammelvorrichtung 30 gegenüber dem die hydrophile Fotokatalysatorschicht T bildende Unterwandteil 31 in einem großen, nahezu rechten (fast 90°) Winkel fällt, wird, genauso wie bei dem in 1 gezeigten Aufbau, die Affinität zwischen dem Unterwandteil 31, auf dem die hydrophile Fotokatalysatorschicht T vorgesehen ist, und der transparenten Flüssigkeit L1 erhöht und deren Kontaktwinkel kleiner, so dass die transparente Flüssigkeit L1 innerhalb der Zelle D keine Konvexlinsenform bildet und flach verteilt wird. Dies führt dazu, dass bei diesem einfallenden Licht R1 mit seiner großen Lichtflussdichte dieses nicht durch die transparente Flüssigkeit L1 gebrochen wird und mit unveränderter Lichtflussdichte auf die Solarzellenelemente 13 des Solarzellenteils 10 fällt, so dass die gewünschte große Elektrizitätsmenge erzeugt wird.
Weiterhin ist, wie oben beschrieben, diese Offenlegung nicht auf die oben genannten Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern kann auf geeignete Weise verändert werden, sofern nicht von deren Wesen abgewichen wird. Zum Beispiel muss keine transparente Flüssigkeit L2 in den Zellen C, D untergebracht sein. Die Zellen C, D selbst können auch ohne die Trennwandteile 22, 32, und die Oberwandteile 23, 33 gebildet werden. Außerdem können die einzelnen Zellen C bei der Solarzellenvorrichtung 1 individuell mit den einzelnen Solarzellenelementen 13 ausgestattet sein, oder die einzelnen Zellen D bei der Solarzellenvorrichtung 3 können auch mit mehreren Solarzellenelementen 13 ausgestattet sein.
Im Weiteren können die Trennwandteile 22 und der Oberwandteil 23, wie in 1 und 2 gezeigt, einstückig ausgebildet sein, wobei dann zum Beispiel das nicht ausgehärtete transparente Material nach Andrücken an den die Form der Zelle C aufweisenden Formteil ausgehärtet gelassen wird oder aber unter Einsatz von lithographischen Techniken, wie zum Beispiel Photolithographie und dergleichen, die Form der Zellen C aus einem transparenten Material einer gleichmäßigen Dicke (die Summe der Dicken der Trennwandteile 22 und des Oberwandteils 23) mittels Trockenätzen, Nassätzen, Fräsen oder dergleichen abgetragen werden kann. Die Trennwandteile 22 und der Oberwandteil 23 können auch separat vorgesehen sein, wobei zum Beispiel die doppelkreuzförmige Trennwandteile 22 mit dem Oberwandteil 23 gleichmäßiger Dicke auf geeignete Weise verbunden werden können. Das gleiche gilt auch für den Unterwandteil 31 und die Trennwandteile 32. Außerdem ist die Form der in 2 und 3 gezeigten transparenten Flüssigkeit L1 (Kontaktwinkel u. s. w.) nicht auf die dargestellte Form beschränkt.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben ausgeführt, kann mit der variablen Lichtsammelvorrichtung und der Solarzellenvorrichtung entsprechend dieser Offenlegung über den einfachen Aufbau erreicht werden, dass die Abhängigkeit des Sammelwirkungsgrades vom Einfallswinkel reduziert und dadurch die Stromerzeugungseffizienz der Solarzellenvorrichtung erhöht wird. Dies ermöglicht, die Erfindung für verschiedene Solarzellenvorrichtungen und aus mehreren dieser Vorrichtungen aufgebauten Solarpaneelen beziehungsweise Module und dergleichen anzuwenden, sowie für viele Zwecke, wie etwa Fortbewegungsmittel wie Solarautos, photovoltaische Dachziegel oder Freilichtstromquellen in breitem Umfang anzuwenden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[1] Schematische Querschnittzeichnung des Aufbaus eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Solarzellenvorrichtung mit einer variablen Lichtsammelvorrichtung nach dieser Offenlegung, bei der Licht, wie zum Beispiel Sonnenlicht, wie schematisch dargestellt direkt von oben auf die Vorrichtung fällt.
[2] Schematische Querschnittzeichnung des Aufbaus eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Solarzellenvorrichtung mit einer variablen Lichtsammelvorrichtung nach dieser Offenlegung, bei der Licht, wie zum Beispiel Sonnenlicht, wie schematisch dargestellt schräg von oben auf die Vorrichtung fällt.
[3] Schematische Querschnittzeichnung des Aufbaus eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Solarzellenvorrichtung mit einer anderen variablen Lichtsammelvorrichtung nach dieser Offenlegung, bei der Licht, wie zum Beispiel Sonnenlicht, wie schematisch dargestellt schräg von oben auf die Vorrichtung fällt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/map/kagaku04/1/1-3-5.htm „Solarzellen, 1.3.5 Kondensor-Solarzellenvorrichtungen” (Stand: 20. Januar 2009) [0004]
„Ultraviolettstrahlung” aus der CIE/IEC International Lighting Vocabulary, 4. Ausgabe, die vom Institute of Electrical Engineers of Japan, in der Fachbegriffssammlung Nr. 13 „Beleuchtung” (Corona Publishing Co., Ltd.: Revision vom Juli 1996) [0022]
„Auf sichtbares Licht reagierende Fotokatalysatoren” – vom Materialdesign bis zur Anwendbarmachung; CMC Publishing CO., LTD., 30. September 2005, Erstdruck) [0023]

Claims

Solarzellenvorrichtung mit einem Solarzellenelement, mit einem Paar an das Solarzellenelement angeschlossenen Elektroden, und mit einer variable Lichtsammelvorrichtung, die einen transparenten Träger mit einem hydrophilen Fotokatalysator auf seiner Oberfläche, und eine mit der Oberfläche des transparenten Trägers unterstützte erste transparente Flüssigkeit aufweist und dem Solarzellenelement gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der hydrophile Fotokatalysator mit N, S, oder C dotiertes, oder nicht dotiertes TiO₂, BaTiO₃, SrTiO₃, BaZrO₃, SrZrO₃ oder Ge₃N₄ ist, und ferner bei Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge im Vergleich zu einem Zustand ohne Bestrahlung mit diesem Licht die hydrophilen Eigenschaften erhöht werden, und wobei die erste transparente Flüssigkeit Wasser oder eine wässerige Lösung ist und der hydrophile Fotokatalysator bei Bestrahlung mit dem Licht einer Lichtflussdichte, die größer oder gleich einer vorgegebenen Lichtflussdichte ist, keine Sammellinse bildet, während bei Bestrahlung mit dem Licht einer Lichtflussdichte, die kleiner als die vorgegebenen Lichtflussdichte ist, eine Sammellinse bildet.
Variable Lichtsammelvorrichtung mit einem transparenten Träger, der auf seiner Oberfläche einen hydrophilen Fotokatalysator hat, und mit einer ersten transparenten Flüssigkeit, die auf der Oberfläche des transparenten Trägers vorgesehen ist.
Variable Lichtsammelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der hydrophile Fotokatalysator bei Bestrahlung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge im Vergleich zu einem Zustand ohne Bestrahlung mit diesem Licht die hydrophilen Eigenschaften erhöht, und wobei die erste transparente Flüssigkeit bei Bestrahlung des hydrophilen Fotokatalysators mit dem Licht einer Lichtflussdichte, die größer oder gleich einer vorgegebenen Lichtflussdichte ist, keine Sammellinse bildet, während bei Bestrahlung des hydrophilen Fotokatalysators mit dem Licht einer Lichtflussdichte, die kleiner als die vorgegebenen Lichtflussdichte ist, eine Sammellinse bildet.
Variable Lichtsammelvorrichtung nach Anspruch 2 die mit den transparenten Träger einschließende Zellen vorsieht.
Variable Lichtsammelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste transparente Flüssigkeit Wasser oder eine wässrige Lösung ist.
Variable Lichtsammelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine zweite transparente Flüssigkeit vorgesehen ist, die ein geringeres spezifisches Gewicht hat als die erste transparente Flüssigkeit und keine Affinität gegenüber der ersten transparenten Flüssigkeit aufweist und mit dieser ersten transparenten Flüssigkeit in Kontakt steht.
Variable Lichtsammelvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die zweite transparente Flüssigkeit Öl oder ein unpolares Lösungsmittel ist.
Variable Lichtsammelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Licht eine Wellenlänge im Ultraviolettbereich aufweist und der hydrophile Fotokatalysator auf ultraviolettes Licht reaktiv ist.
Variable Lichtsammelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Licht eine Wellenlänge im Bereich des sichtbaren Lichtes aufweist und der hydrophile Fotokatalysator auf sichtbares Licht reaktiv ist.
Variable Lichtsammelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der hydrophile Fotokatalysator mit N, S, oder C dotiertes, oder nicht dotiertes TiO₂, BaTiO₃, SrTiO₃, BaZrO₃, SrZrO₃ oder Ge₃N₄ ist.
Solarzellenvorrichtung mit einem Solarzellenelement, mit einem Paar an das Solarzellenelement angeschlossene Elektroden, und mir einer variable Lichtsammelvorrichtung, die einen transparenten Träger mit einem hydrophilen Fotokatalysator auf seiner Oberfläche, und eine auf der Oberfläche des transparenten Trägers vorgesehene erste transparente Flüssigkeit aufweist und dem Solarzellenelement gegenüberliegend angeordnet ist.
Lichtsammelverfahren, bei dem die Oberflächenform des Mediums als Reaktion auf einfallendes Licht einer Lichtflussdichte, die größer oder gleich einer vorgegebenen Lichtflussdichte ist, verändert und somit einfallendes Licht gebündelt wird.