ES2829818T3

ES2829818T3 - Estructura laminada con cavidades integradas para su uso con células solares y método relacionado de fabricación

Info

Publication number: ES2829818T3
Application number: ES11765139T
Authority: ES
Inventors: Kari Rinko
Original assignee: ICS Intelligent Control Systems Ltd Oy
Current assignee: ICS Intelligent Control Systems Ltd Oy
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2021-06-02
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: EP2556543B1; AU2011237539A1; EP2556543A4; KR102032858B1; US20130025674A1; CN102986039B; US20110296726A1; EP2555922A4; JP6917876B2; JP2016153897A; CA2795849C; RU2012147647A; WO2011124764A1; AU2011237540B2; JP2013530849A; US20110297220A1; US20180292066A1; CN102986039A; US11692685B2; EP2555922A1

Abstract

Una estructura laminada integrada (402) para una célula solar, que comprende; - un primer elemento portador (406), tal como una pieza de plástico o vidrio, configurado como un elemento plano, liso, - un segundo elemento portador (404), configurado como un elemento plano, en el que una pluralidad de diferentes formas de relieve de superficie de diferentes figuras se configuran para formar una serie de patrones de relieve de superficie, varias de dichas formas de relieve de superficie de diferentes figuras de cada patrón tienen partes lisas en áreas de unión laminadas entre el primer y el segundo elemento portador, mediante las cuales se forman las superficies de contacto de partes lisas entre dicho primer y segundo elemento portador, dicho primer elemento portador y dicho segundo elemento portador se componen de un material ópticamente sustancialmente transparente que permite la transmisión de la luz a través del mismo, el primer elemento portador y el segundo elemento portador se laminan juntos para establecer la estructura laminada integrada (402) de modo que los patrones de relieve de superficie se han incrustado dentro de la estructura laminada integrada establecida, a través de la cual los patrones de relieve incrustados que comprenden una serie de cavidades ópticamente funcionales relacionadas (408, 410, 412) se forman en una interfaz establecida por partes lisas proporcionadas como superficies de contacto entre el primer elemento portador y el segundo elemento portador, en los que, dichos patrones de relieve incrustados tienen al menos una función óptica predeterminada relativa a la luz incidente seleccionada de una función de dirección y/o acoplamiento de luz incidente, tal como una función de colimación, y en los que además de la función de dirección y/o acoplamiento de luz incidente, las funciones reflectantes y generalmente de captura de luz se logran por los patrones utilizados que incluyen cavidades, su posicionamiento, alineación y selecciones de material, en el que las trampas de luz se forman sin superficies de espejo reflectantes en el material portador

Description

DESCRIPCIÓN

Estructura laminada con cavidades integradas para su uso con células solares y método relacionado de fabricación

Campo de la invención

Generalmente, la presente invención pertenece a la óptica. En particular, aunque no exclusivamente, la presente invención se refiere a estructuras laminadas con cavidades ópticamente funcionales integradas y la fabricación de las mismas en el contexto de la tecnología solar.

Antecedentes

Tradicionalmente, las microestructuras tales como microprismas o rejillas de diferentes dispositivos que contienen óptica tales como aparatos de iluminación y aparatos electrónicos se han producido exclusivamente en áreas de superficies de sustratos ópticamente transparentes. Estas estructuras pueden haberse configurado originalmente para (re)dirigir, acoplar o interactuar de otro modo con la luz incidente de cierta manera predeterminada, pero la colocación de la misma en la superficie del material ha causado típicamente una serie de problemas y defectos que surgen, si no inmediatamente, al menos a largo plazo.

Es decir, las estructuras de relieve de superficie ópticamente significativas, tales como óptica de acoplamiento, están sometidas muy a menudo, naturalmente en función del escenario de uso, a tensiones causadas por varios factores externos tales como la contaminación debido al polvo, arena, agua, grasa y suciedad en general. Además, las formas de la superficie son generalmente vulnerables a los impactos por objetos externos, que pueden romper, deformar y dañar estas delicadas estructuras de tamaño potencialmente micrométrico o nanométrico, por ejemplo. Incluso la presión introducida por un elemento externo contactado a propósito puede dañar la estructura de la superficie estampada en la superficie de contacto y dificultar la función deseada de la misma.

Para ilustrar algunos de los problemas anteriores, la Figura 1a visualiza, particularmente en el contexto ilustrativo de las células solares, dos problemas iniciales que también pueden ocurrir a la vez en el mismo escenario de uso generalmente incorporando la propagación de la luz y los límites del medio. A la izquierda, la luz emitida por una fuente de luz como el sol e incidente 106 en un vidrio de cobertura 102 de una célula solar 104 con un ángulo de incidencia notable se refleja indeseablemente de forma parcial 108 desde la superficie del vidrio de cobertura 102 en la interfaz aire-vidrio. En segundo lugar, la fracción de luz que pasa al vidrio de cobertura 102 se refleja aún más de forma parcial internamente 110 desde la interfaz de vidrio de la célula solar 103. Con la condición de que el medio externo sea aire, los índices de refracción correspondientes pueden ser nair, n1 y n2 para el medio, el material del vidrio y para la parte superior de la célula, respectivamente. En última instancia, meramente una cantidad limitada de luz incidente, como los rayos de luz 112 que son incidentes sustancialmente de forma perpendicular sobre el vidrio de cobertura 102 puede pasar a través del vidrio de cobertura 102 y entrar en la célula solar 104 sin pérdida considerable de energía electromagnética relacionada debido a los reflejos en las interfaces que se encuentran en la ruta óptica general. De este modo, el rango de los ángulos de incidencia que permite un acoplamiento de entrada eficiente y una eficiencia total permanece reducido.

Para hacer frente a las interfaces explicadas anteriormente y mejorar la eficiencia de acoplamiento, podría considerarse una solución que siga sustancialmente la de la Figura 1b. La capa más externa 102, tal como el vidrio de cobertura anterior que protege la célula solar subyacente 104 y por lo tanto siendo nuevamente el primer elemento en recibir la luz incidente, se ha proporcionado con un patrón de relieve de superficie 114 configurado para acoplar y redirigir la luz hacia la célula 104 dentro de un ángulo predeterminado. El patrón puede haberse construido específicamente para redirigir los rayos de luz 120 más perpendicularmente a la célula 104, por ejemplo. Sin embargo, como la estructura se contamina fácilmente por material adicional 118 tales como partículas de polvo o gotas de agua pegadas en los huecos definidos por las formas de relieve de superficie, el efecto del patrón 114, tarde o temprano resulta inferior como al menos parte de la luz incidente que se refleja realmente por la contaminación 118 y/o se acopla hacia la célula 104 en un ángulo algo aleatorio, que puede causar más reflejos no deseados en el límite de la célula de vidrio 103 y provocar una reducción de la eficiencia total de la estructura proporcionada.

Aun manteniéndose en el contexto ilustrativo de las células solares, la eficiencia total lograda de las soluciones contemporáneas puede ser sorprendentemente baja, posiblemente alrededor del 15 % o menos, en gran parte debido a los reflejos y desacoplamientos inducidos por la contaminación, los reflejos de la superficie, los reflejos internos, tales como los reflejos en límites medios entre por ejemplo la capa de ITO (óxido de indio y estaño) y otras capas comúnmente aplicadas en las estructuras ópticas de las células solares. La mayor parte de la luz solar incidente sobre la estructura óptica que comprende la célula solar no se utiliza porque la óptica convencional utilizada con la misma básicamente ignora ciertos ángulos de incidencia. En otras palabras, en el contexto ilustrado de la energía solar, se podría decir que solo la luz solar directa que llega verticalmente a la célula solar aumenta la eficiencia de la célula solar que por tanto es extremadamente sensible a la posición del sol.

La publicación de solicitud de patente No. US 2004/0229394 (Yamaday otros) divulga además varias hojas protectoras para módulos de batería solar. Dichas hojas protectoras son estructuras laminadas que comprenden una hoja resistente a la intemperie (película base) y una capa de confinamiento de luz. La capa de confinamiento de luz comprende, a su vez, estructuras irregulares en forma de proyecciones piramidales formadas en la película base con los vértices de las proyecciones piramidales que se adhieren a una película de soporte subyacente en puntos de unión predeterminados. Para lograr una función óptica, tal como una función reflectante y refractiva de la luz, dichas estructuras irregulares se depositan con una película reflectante.

Históricamente, incluso se ha sugerido el uso de láser para generar cambios internos localizados por ejemplo, en el índice de refracción de un material portador para emular gratinados internos con él. También se han aplicado recubrimientos específicos de índice de refracción alto o bajo predeterminado sobre las estructuras de sustrato para controlar la propagación de la luz en las mismas. Sin embargo, incluso estas y otras soluciones contemporáneas han resultado demasiado restrictivas, inadecuadas en cuanto al rendimiento, complejas y caras en la utilización de la luz generalizada a escala industrial.

Sumario

Por lo tanto, el objetivo es aliviar uno o más problemas descritos anteriormente que aún no se han abordado satisfactoriamente por las disposiciones actuales, y proporcionar una alternativa factible para producir diversas estructuras funcionales tales como estructuras ópticamente funcionales adecuadas para su uso en el contexto de la tecnología solar.

El objetivo se consigue mediante las realizaciones de una estructura laminada y un procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención.

Por consiguiente, en un aspecto de la presente invención se proporciona una estructura laminada integrada adaptada para su aplicación en el contexto de la tecnología solar, dicha estructura se define en una reivindicación 1 independiente.

Los elementos laminados se unen entre sí de forma segura mediante laminación, preferentemente de modo que no queden entre ellos espacios no deseados tales como espacios de aire, excluyendo naturalmente las cavidades ópticamente funcionales deseadas creadas por los patrones de relieve de superficie incrustados.

Además, generalmente se observará que cuando un patrón de relieve de superficie o forma de un elemento portador se incrusta durante el laminado, no aparece en la superficie de la estructura laminada construida y no es un patrón de relieve de superficie o forma de la estructura.

Sin embargo, en aplicaciones ópticas las capas laminadas estampadas con el mismo índice de refracción pueden formar un solo elemento en términos de función óptica con respecto a la luz incidente sobre el mismo.

En algunas realizaciones, el primer elemento portador puede proporcionarse con al menos un patrón de relieve de superficie que tiene una función óptica predeterminada con respecto a la luz incidente sobre el mismo y que comprende varias formas de relieve de superficie. El patrón puede estar en el lado que mira al segundo elemento portador durante y después del laminado (incrustado), o en el lado opuesto, por ejemplo. En el último caso, el patrón puede permanecer en la superficie de la estructura o estar cubierto por ejemplo por un elemento adicional y quedar así incrustado. Los patrones del primer y segundo elemento portador pueden formar un patrón multicapas agregado que tiene al menos una función común, por ejemplo. Un elemento portador, como el primer o segundo elemento portador, es sustancialmente plano.

El patrón de relieve de superficie del segundo portador y potencialmente del primer elemento portador incrustado dentro de la estructura laminada se configuran para definir un número de cavidades ópticamente funcionales en los mismos opcionalmente junto con la parte que mira al primer portador y/o segundo elemento, respectivamente en la interfaz de los mismos. Una cavidad cerrada, incrustada puede ser por ejemplo una microcavidad o una nanocavidad en cuanto al tamaño de la misma. Las cavidades pueden contener un número de materiales potencialmente diferentes de los materiales del primer y/o segundo elemento portador. Una cavidad puede incluir o llenarse de fluido tales como aire, líquido adecuado, y/o sólido. Una cavidad puede incluir gel. También puede aplicarse tinta. La tinta puede ser transparente o de color. Las sustancias pueden haberse seleccionado para proporcionar un rendimiento óptico predeterminado en términos de por ejemplo el índice de refracción. El índice de refracción puede diferir del elemento portador asociado, o puede ser el mismo. Una cavidad puede tener una figura de punto, una alargada o una más compleja, por ejemplo.

La al menos una función óptica de un patrón de relieve de superficie, incrustado, utilizado que comprende un número de formas de relieve de superficie incluye una función seleccionada del grupo de: función de dirección de luz, función de captura de luz, función reflectante, función de transmisión, función transreflectante, función de acoplamiento, función de acoplamiento de entrada, función de acoplamiento de salida, función de polarización, función de difracción, función de refracción, función antideslumbramiento, función anticlaro, función antirreflejo, función de colimación, función de precolimación, función de lente, función de convergencia, función de divergencia, función de modificación de longitud de onda, función de dispersión, función de coloración, función de distribución media y función de difusión. En el caso de patrones incrustados, pueden lograrse una o más funciones con las cavidades relacionadas establecidas en las interfaces de los elementos. Las interfaces o la parte predeterminada de las mismas pueden hacerse ópticamente transparentes con la selección adecuada de índices de refracción (iguales) por ejemplo, si se desea.

Una pluralidad de formas de relieve de superficie del patrón pueden tener la misma función. Alternativamente, diferentes formas del patrón pueden tener diferentes funcionalidades. En una realización, una única forma puede proporcionar varias, al menos dos, funcionalidades. El mismo patrón o incluso una forma puede configurarse para acoplar la luz de forma transmisora y, por otro lado, reflejar la luz, por ejemplo. La funcionalidad puede depender de la naturaleza, tales como el ángulo de incidencia y/o la longitud de onda, de la luz y/o del lado de la forma sobre la que la luz es incidente, por ejemplo. Una forma de relieve de superficie, ya sea incrustada o no, puede configurarse para un número predeterminado de funciones seleccionando adecuadamente el material asociado (material de contorno y material de relleno), dimensiones, posición y/o alineación, por ejemplo.

En algunas realizaciones, la estructura laminada puede incluir un tercer y opcionalmente varios elementos portadores posteriores. Estos pueden incluir además patrones de relieve de superficie. Los patrones de relieve de superficie pueden incrustarse dentro de la estructura laminada. Cualquiera de los elementos adicionales primero, segundo u opcionales pueden ser un laminado u otro tipo de elemento multicapa y/o multiparte. Un elemento intermedio puede ser más grueso que los elementos superiores e inferiores circundantes tales como películas, que pueden proporcionarse con varios patrones de relieve de superficie para incrustarse opcionalmente, por ejemplo. Además, el elemento intermedio puede proporcionarse con un patrón de relieve de superficie que está incrustado dentro del laminado durante la fabricación de la estructura laminada.

En algunas realizaciones, la estructura laminada integrada puede comprender una pluralidad de capas (originalmente) de patrones de relieve de superficie. Cada elemento laminado, tal como una película, lámina u hoja, puede comprender uno o más patrones de relieve de superficie y construir una o más capas ópticamente funcionales, respectivamente. Cada capa puede tener una funcionalidad óptica dedicada o varias funcionalidades. Un patrón multicapa puede formarse por un único elemento portador que inicialmente tiene una capa de formas de relieve de superficie en ambos lados del mismo, y/o puede utilizarse una pluralidad de elementos portadores, cada uno proporcionado con al menos una capa de formas de relieve de superficie, para formar colectivamente el patrón multicapas. Las capas del patrón multicapa pueden tener al menos una función colectiva.

En algunas realizaciones, el primer y/o segundo elemento portador son sustancialmente flexibles y plegables. El grado de flexibilidad y plegabilidad puede diferir en cuanto a la realización. Por ejemplo, puede lograrse una curva predeterminada, por ejemplo 180 grados, con un radio de curvatura predeterminado sin rotura del material. Otros elementos portadores también pueden ser flexibles y plegables. La estructura laminada puede ser flexible y también plegable.

El elemento portador puede ser delgado como una película delgada. El grosor de un elemento portador también puede variar en función de la realización. Puede tener solo desde unos pocos nanómetros hasta varios milímetros de espesor, por ejemplo. Lo anterior se aplica también a elementos portadores adicionales de la estructura laminada. Sin embargo, pueden usarse alternativamente elemento(s) claramente más grueso(s).

En algunas realizaciones, el primer y/o segundo elemento portador comprenden material plástico tal como polímero o elastómero, vidrio y/o material cerámico. Adicionalmente o alternativamente, puede usarse otro material(es) como materiales semiconductores por ejemplo, silicio u obleas de silicio.

En algunas realizaciones, un patrón de relieve de superficie para incrustar opcionalmente comprende una serie de formas de relieve de superficie que definen al menos una entidad seleccionada del grupo que consiste en: una rejilla, una ranura de rejilla, una figura binaria, una figura inclinada, una figura cuadrática o rectangular, una figura triangular, una figura trapezoidal, un píxel, un píxel de rejilla, una protuberancia, un hueco, un hoyo, y una figura de lente.

En algunas realizaciones, la estructura laminada puede comprender o formar al menos parte de un elemento transmisor, reflectante o transreflectante.

En algunas realizaciones, la estructura laminada contiene o se proporciona con una capa de superficie funcional tal como un revestimiento y/o una capa que contiene formas de relieve de superficie. De hecho estas formas pueden permanecer en la superficie de la estructura laminada. La función, o "propiedad", del mismo puede incluir función hidrofóbica, función hidrófila, y/o función autolimpiable, por ejemplo.

En algunas realizaciones, una forma de relieve de superficie y/o patrón relacionado que se incrusta o se proporciona de otro modo a la estructura laminada puede ser sustancialmente de tamaño submicrométrico con respecto a la longitud, profundidad/altura y/o anchura de la misma. Alternativamente, el tamaño de la forma y/o patrón puede ser de unos pocos micrómetros o de varias decenas de micrómetros, por ejemplo, desde aproximadamente 20 o aproximadamente 30 micrómetros hasta un número de milímetros. Pueden aplicarse incluso tamaños más grandes.

En otro aspecto, se proporciona un procedimiento para construir una estructura integrada para aplicaciones ópticas en el contexto de la tecnología solar, dicho procedimiento se define en una reivindicación 21 de procedimiento independiente.

La incrustación de al menos un patrón de relieve de superficie puede prácticamente hacer que varias cavidades relacionadas se ubiquen sustancialmente en la interfaz asociada del primer y segundo elemento portador en el laminado. Por tanto una parte de los bordes de la cavidad puede definirse por la capa de superficie que mira al primer elemento portador.

En algunas realizaciones, en el procedimiento se aplica un procedimiento de rollo a rollo. Por ejemplo, puede aplicarse un procedimiento de rollo a rollo, tal como gofrado rollo a rollo o impresión rollo a rollo para establecer el patrón de relieve de superficie en un elemento portador. Alternativamente o adicionalmente, se podría formar un patrón de relieve de superficie utilizando por ejemplo al menos una técnica seleccionada del grupo que consiste en: gofrado, impresión, micromecanizado, gofrado UV, impresión UV, litografía, micromoldeado y fundición. Sin embargo, el procedimiento de laminación puede utilizar tecnología de procesamiento rollo a rollo o plano.

En algunas realizaciones, un elemento portador, tal como el segundo elemento portador, se proporciona por patrones de relieve de superficie de manera que un elemento premaestro por ejemplo, una placa premaestra que comprende un patrón de premasterización, se forma primero utilizando una técnica adecuada tal como electro formado, fundición o moldeado, por ejemplo. Puede formarse un elemento maestro tal como una cuña de níquel, una placa maestra de plástico, una placa de material fundido, o una placa moldeada, en base al elemento premaestro. Opcionalmente, los patrones del elemento premaestro pueden modularse mediante una técnica adecuada como la impresión. El llenado de gotas por un dispositivo de inyección de tinta puede aplicarse para la modulación, por ejemplo, de manera que las partes llenas de tinta del premaestro no aparezcan como tales en el elemento objetivo, es decir, el elemento maestro.

Las consideraciones presentadas anteriormente en relación con las diversas realizaciones de la estructura laminada pueden aplicarse de manera flexible a las realizaciones del procedimiento con los cambios correspondientes y viceversa, como se aprecia por un experto.

La utilidad de la presente invención surge generalmente de una pluralidad de cuestiones en función de cada realización particular. En primer lugar, las estructuras integradas a nano o microescala tanto simples como muy complejas de alto rendimiento, con diversas funcionalidades, tales como estructuras ópticas, pueden incrustarse dentro de una estructura laminada que comprende al menos dos elementos que definen al menos dos capas unidas entre sí. La técnica de laminación utilizada puede seleccionarse preferentemente de manera que la unión sea segura y/o no queden sustancialmente espacios (no intencionados) entre los elementos laminados. Pueden proporcionarse revestimientos, capas o elementos integrados adicionales en cualquier lado del laminado obtenido. En la mayoría de las realizaciones, la estructura laminada puede fabricarse con un procedimiento a escala industrial relativamente simple y de bajo costo. Sin embargo, las estructuras incrustadas del laminado permanecen protegidas de los impulsos externos y la contaminación. La vida útil de los productos relacionados se extiende y muchos de ellos prácticamente pueden que no requieran mantenimiento.

También pueden construirse fácilmente estructuras incrustadas multinivel/capa. Pueden proporcionarse estructuras internas de captura de luz que utilicen por ejemplo geometrías específicas, índices de refracción y/o materiales para la luz reflectante internamente. Pueden implementarse capas de captura de luz que capturen y colimen la luz de manera efectiva con una amplia gama de ángulos de incidencia. El laminado puede aplicarse, además del contexto de energía solar, electrónica integrada, semiconductores, sistemas (bio)médicos, sistemas tribológicos, ventanas tales como iluminación de ventanas, iluminación de invernaderos, publicidad, aplicaciones de seguridad, industria automotriz y en general de vehículos, alumbrado público, iluminación general y diversos letreros o placas tales como señales de tráfico y etiquetas luminosas, por ejemplo.

Particularmente en el contexto de la energía solar y las células solares (células fotovoltaicas), pueden lograrse mejoras en la eficiencia operativa debido a una captura más eficiente de la luz incidente (de superficie) a la célula solar, una captura de luz interna más eficiente, y reducir si no eliminar por completo los problemas de contaminación. La célula solar puede permanecer estática y la implementación de un medio de movimiento para ajustar su alineación es innecesario a pesar de la eficiencia aumentada. La estructura laminada unida a la célula solar puede además proporcionarse con capas y funcionalidades adicionales tales como nanoestructuras autolimpiables, revestimientos, etc. Pueden construirse superficies funcionales más grandes. Pueden considerarse estructuras de las células solares rígidas o flexibles.

La expresión "una pluralidad de" se refiere en la presente memoria a cualquier número entero positivo comenzando por dos (2), por ejemplo, a dos, tres o cuatro.

La expresión "comprender" se aplica en la presente memoria como una limitación abierta que no requiere ni excluye la existencia de características no citadas también.

Los términos "un" y "una" no denotan una limitación de cantidad, sino que denotan la presencia de al menos uno de los elementos referenciados.

Asimismo, los términos "primero" y "segundo" no denotan ningún orden, cantidad o importancia, sino que se usan para distinguir un elemento de otro.

El término "luz" se refiere a la radiación electromagnética tal como luz visible pero no se limita a la luz visible.

El término "elemento portador" puede referirse generalmente en la presente memoria a un elemento del laminado que comprende un material predeterminado, tal como material para transportar luz, un elemento que comprende un elemento funcional predeterminado tal como un revestimiento o al menos una parte de una estructura tal como un patrón de relieve de superficie o una cavidad relacionada, y/o un elemento que soporta, transporta, protege o al menos se fija a otro o más elementos en el laminado terminado y por lo tanto forma una parte integral del laminado.

Diferentes realizaciones de la presente invención se divulgan en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos relacionados

A continuación la invención se describe en más detalles con referencia a las figuras adjuntas en las que

La Figura 1a ilustra varios problemas asociados con las disposiciones de células solares contemporáneas.

La Figura 1b ilustra varios problemas de las estructuras de relieve de superficie cuando se someten a condiciones de uso típicas, por ejemplo, al aire libre.

La Figura 2 es una ilustración transversal de una realización de la estructura laminada.

La Figura 3 es una ilustración transversal de otra realización de la estructura laminada.

La Figura 4 es una ilustración transversal de una realización adicional de la estructura laminada de acuerdo con la presente invención.

La Figura 5 es una ilustración transversal de una realización adicional de la estructura laminada.

La Figura 6 es una ilustración transversal de una realización adicional de la estructura laminada.

La Figura 7 es una ilustración transversal de una estructura laminada para una célula solar.

La Figura 8 es una ilustración transversal de una estructura laminada para propósitos de acoplamiento de entrada. La Figura 9a es una ilustración transversal de una estructura para propósitos de acoplamiento de entrada que utiliza generalmente los principios descritos en la presente memoria.

La Figura 9b es una ilustración transversal de otras dos estructuras para propósitos de acoplamiento de entrada que utilizan generalmente los principios descritos en la presente memoria.

La Figura 10 ilustra la fabricación de una realización de la estructura laminada.

La Figura 11 es un diagrama de flujo que divulga una realización del procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención.

La Figura 12 ilustra varios aspectos de posibles escenarios de fabricación rollo a rollo.

La Figura 13 ilustra elementos seleccionados de un procedimiento de fabricación que da como resultado la creación de una realización de la estructura laminada.

Descripción detallada

Las Figuras 1a y 1b ya se contemplaron junto con la descripción de la técnica anterior.

Los principios de la presente invención pueden aplicarse en diversos contextos y escenarios de uso. El contexto puede referirse a la utilización de la luz visible, infrarroja y/o UV, por ejemplo.

En algunas realizaciones, la estructura laminada puede producirse de elementos a granel tales como películas o placas a granel. Estos pueden proporcionarse con patrones ópticos que tienen funciones ópticas deseadas tales como función de acoplamiento por ejemplo, acoplamiento de entrada o acoplamiento de salida. Pueden utilizarse patrones con formas de relieve de superficie pequeñas tales como rejillas, formas binarias, resplandecientes, inclinadas y/o trapezoidales. Pueden utilizarse patrones discretos tales como píxeles de rejilla, huecos pequeños, o formas continuas, canales o huecos alargados, básicamente casi cualquier tipo de formas bidimensionales o tridimensionales. Preferentemente, hay al menos pequeñas partes lisas, es decir superficies de contacto, en las áreas de unión del laminado (interfaces) para mejorar la adhesión de las capas laminadas asociadas y/o para obtener la propagación de la luz deseada y/u otro comportamiento.

El patrón de relieve de superficie incrustado puede formar y considerarse que incluye varias cavidades cerradas tales como microcavidades llenas de aire u otro medio en el área de unión. También pueden establecerse un número de estructuras más grandes tales como estructuras refractivas. Por consiguiente, las cavidades son preferentemente ópticamente funcionales y tienen al menos una función óptica predeterminada. Por lo tanto, al diseñar unaforma/patrón de relieve de superficie para incrustarse, uno debe contemplar naturalmente la funcionalidad de la forma/patrón como incrustado en el laminado de manera que los materiales laminados circundantes, formas y figuras, cavidades establecidas en las interfaces, etc. se toman debidamente en cuenta en cuanto a por ejemplo su efecto óptico.

En algunas realizaciones, el elemento laminado más exteriortal como el elemento laminado superior o inferior, cuando está en uso, puede contener óptica de acoplamiento de luz integral tales como óptica de acoplamiento de entrada, óptica de acoplamiento de salida y/o rejillas de polarización tales como rejilla de alambre u otras soluciones de rejilla. La óptica puede incluir óptica incrustada y/o óptica de superficie.

En algunas realizaciones, varias fuentes de luz pueden conectarse funcionalmente y/o físicamente a la estructura laminada, a través de un borde por ejemplo, usando óptica de acoplamiento de laminado-integrado y/o de fuente de luz integrada opcionalmente adecuadas tales como óptica de colimación y/o reflectante. El acoplamiento inferior es una posibilidad adicional.

En algunas realizaciones, el laminado implementa una estructura óptica multicapa, tal como doble capa, para acoplamiento u otros propósitos. Una capa u otro elemento del laminado puede configurarse para cierta (rango de) longitud de onda de luz tal como un determinado rango de longitudes de onda. Puede configurarse otra capa para otras longitudes de onda. Por ejemplo, una capa de superficie o una capa más cercana a la superficie puede configurarse para IR (longitud de onda más larga) y otra capa que reside más profundamente en la estructura para la luz visible (longitud de onda más corta), o viceversa. Los grosores de la capa pueden seleccionarse en base a la longitud de onda objetivo. Con los grosores adecuados, las capas deseadas pueden hacerse prácticamente invisibles desde el punto de vista de las longitudes de onda deseadas. El laminado puede incorporar óptica de acoplamiento por ejemplo, capas de acoplamiento con patrones de relieve de superficie, en múltiples lados del mismo.

En algunas realizaciones, la estructura laminada puede ser, en lugar de tecnología solar o además de ella, aplicada en ventanas publicitarias e indicativas, exhibiciones, letreros o marcas. Un elemento ópticamente funcional, tal como una placa o película, que puede ser un laminado, puede disponerse encima de una imagen objetivo u otro elemento objetivo como un elemento separado o integrado con él (laminado, por ejemplo). Puede contener un patrón de relieve de superficie ubicado opcionalmente más cerca de la imagen o el otro elemento objetivo que de la superficie opuesta para mejorar el contraste. Puede utilizarse una rejilla binaria u otros patrones por ejemplo con un elemento de panel. Puede desearse una rejilla binaria para aplicaciones con ángulos de visión más grandes y una rejilla resplandeciente para ángulos más estrechos. También son posibles las soluciones de rejillas híbridas. Puede utilizarse óptica de difusión para evitar puntos calientes y para una iluminación más uniforme. La solución también es aplicable a soluciones de UI y placas de matrículas, por ejemplo. Con placas de matrículas u otros elementos con datos de identificación u otros datos visuales proporcionados en ellos, los números, letras indicados, etc. pueden laminarse en contacto con una placa frontal para iluminar los alrededores de los números/letras, por ejemplo, para mejorar el contraste.

En varias realizaciones de la presente invención, uno o más elementos de la estructura laminada pueden ser sustancialmente ópticamente transparentes, translúcidos u opacos. El grado requerido de transparencia de cada elemento depende naturalmente de cada caso de uso particular. Por ejemplo, en algunas realizaciones la transmitancia preferida en relación con las longitudes de onda predeterminadas de la luz (por ejemplo infrarroja, visible o uv) puede residir dentro del rango de aproximadamente 80 a 95 %, por ejemplo, para un material considerado como sustancialmente ópticamente transparente en ese contexto.

Volviendo a las figuras, la Figura 2 representa un escenario en el que la estructura laminada integrada 202 comprende dos elementos portadores planos 204 y laminados juntos 206. Podrían agregarse más elementos, si fuera necesario. La línea discontinua denota la (ex)interfaz entre los dos elementos laminados 204 (en adelante "elemento superior" debido a la ubicación en la figura, mientras que en uso la posición podría ser "superior" o "lateral", por ejemplo, en función de la alineación del laminado), 206 (en adelante "elemento inferior" por el motivo correspondiente) en la figura. La interfaz puede ser ópticamente transparente como se describe anteriormente. Algunos rayos de luz se visualizan como flechas de línea continua en la figura.

El elemento superior 204 se ha proporcionado originalmente con un patrón de relieve de superficie que comprende una serie de formas de relieve de superficie que sobresalen 208 en la parte inferior del mismo con los correspondientes huecos 210 entre ellos. El elemento superior 204 y el elemento inferior 206, que puede considerarse como un portador de sustrato del elemento superior 204 y un sustrato parcial para las cavidades creadas que definen al menos una parte de las paredes del mismo en la interfaz de los elementos 204, 206, se han laminado luego juntos de modo que las protuberancias 208 del patrón de relieve de superficie que se extienden hacia abajo con la figura de por ejemplo un cono truncado (observe la forma transversal de un trapezoide isósceles en la figura) han contactado con las partes de superficie correspondientes en cuanto a la alineación del elemento inferior 206 que tiene una superficie de contacto sustancialmente lisa en el caso ilustrado. A continuación, los huecos 210 han formado preferentemente cavidades cerradas que incluyen potencialmente material tal como aire atrapado en ellas a menos que se haya proporcionado un vacío. Por tanto el material puede tener un índice de refracción diferente del material circundante. Si el material del elemento 204 es plástico, su índice de refracción es generalmente más alto que el índice de refracción del aire, por ejemplo.

En cuanto al uso de diferentes materiales o índices de refracción en general, cuando múltiples elementos tales como capas de material tienen el mismo índice, estos pueden considerarse como un solo elemento por luz, definiendo así una interfaz ópticamente transparente. Por el contrario, pueden utilizarse diferentes materiales con índices desiguales para modificar la gestión de la luz, por ejemplo la reflectividad interna total, según se desee.

Las figuras utilizadas e/o índices de refracción nair, n1, n2 de los materiales transportados por los elementos 204, 206 pueden haberse seleccionado para proporcionar un efecto funcional deseado en términos de propagación de la luz. Se ilustra en la figura mediante las flechas cómo una serie de rayos de luz con diferentes ángulos de incidencia pueden colimarse mediante la configuración aplicada de capas laminadas y el patrón de relieve de superficie en las mismas para avanzar hacia la parte inferior del laminado de manera sustancialmente perpendicular. Por tanto puede considerarse que el elemento superior 204 actúa como una capa de captura de luz para el elemento subyacente o más elementos 206. En algunas realizaciones, el elemento 204 puede ser delgado, esencialmente una película, con sólo por ejemplo unos pocos nanómetros de grosor, mientras que en algunas otras realizaciones puede tener varios milímetros de grosor o incluso considerablemente más grueso. Las mismas consideraciones se aplican a la capa inferior 206. La realización mostrada o una similar podría aplicarse en el contexto de iluminación de ventanas o células solares, por ejemplo.

La Figura 3 divulga otra realización 302 con dos elementos portadores 304, 306. En esta realización, el elemento inferior 306 contiene un patrón de relieve de superficie 308 con protuberancias 308a y huecos intermedios 308b formas, o "perfiles", sobre los cuales se lamina un elemento superior liso 304. Nuevamente, las cavidades establecidas pueden contener aire y/o algún otro material(es).

La Figura 4 divulga una realización 402 de acuerdo con la presente invención en la que una pluralidad de diferentes formas de relieve de superficie incrustadas se configuran para formar una serie de patrones de relieve de superficie incrustados con respecto a los elementos 404, 406 laminados juntos. En la figura se muestran las formas triangulares 408, trapezoidales 410 e inclinadas (rectangulares o cuadradas) 412. Por ejemplo, las formas y patrones relacionados pueden haberse configurado para acoplamiento de salida y/u otro tipo de redireccionamiento de luz como se visualiza en la figura por las flechas. Pueden configurarse formas de diferentes figuras y/o materiales para proporcionar una función óptica colectiva, común, o pueden utilizarse con diferentes propósitos. Una determinada forma de relieve de superficie incrustada puede tener múltiples usos en función de por ejemplo el ángulo de incidencia y/o la cara de la luz. Por ejemplo, en la figura, la cavidad o forma del triángulo más a la izquierda tiene tanto funcionalidades de acoplamiento de salida como de captura de luz, la cual ha sido visualizada por los dos rayos. Las cavidades establecidas pueden contener aire y/o algún otro material(es). La estructura laminada 402 puede en algunos escenarios de uso, disponerse encima y opcionalmente laminarse con un elemento indicativo tal como un poster, letrero o placa, por ejemplo.

La Figura 5 ilustra una realización adicional 502 en la que tres elementos portadores 504, 505, 506 se han laminado juntos. Cada uno de los elementos 504, 505, 506 puede contener varios patrones de relieve de superficie y/u otras características, pero en el extracto ilustrado el elemento inferior 506 está libre de ellos y simplemente actúa como sustrato para los elementos superiores 504, 505. El elemento inferior 506 puede, en algunos casos de uso, contener y/o exhibir por ejemplo datos indicativos (datos publicitarios, datos informativos). Puede ser un letrero o placa con datos indicativos impresos o construidos de otro modo, por ejemplo.

El elemento intermedio 505 comprende un patrón de relieve de superficie de formas sustancialmente rectangulares (binarias) 508, que pueden (no ser visibles en la figura transversal) ser formas de puntos o píxeles o ranuras más largas tales como ranuras de rejilla o protuberancias correspondientes. El elemento superior 504 comprende un patrón de formas triangulares 510. El elemento superior 504 puede formar en el laminado al menos una capa ópticamente funcional cuyo patrón de relieve de superficie incrustado tiene al menos una función predeterminada tal como función de acoplamiento de entrada o acoplamiento de salida. El elemento intermedio 505 puede formar al menos otra capa ópticamente funcional cuyo patrón de relieve de superficie incrustado tiene potencialmente otra función predeterminada tal como función reflectante. De nuevo, pueden configurarse varias formas y/o capas diferentes de microestructuras con respecto a una funcionalidad común desde el punto de vista de una funcionalidad deseada tal como una propiedad predeterminada de acoplamiento de entrada o acoplamiento de salida de la luz tal como propiedad de colimación o descolimación. Las cavidades establecidas por formas de relieve de superficie incrustadas pueden contener aire y/o algún otro material(es).

La Figura 6 divulga una realización adicional 602 en la que el elemento superior 604 del laminado comprende al menos un patrón que comprende varias primeras, formas de relieve de superficie, esencialmente de forma cuadrada 608, y segundas, formas de relieve de superficie, esencialmente rectangulares 610, en la superficie que mira al elemento inferior 606 en la estructura laminada. Las formas pueden tener propósitos similares o diferentes. Por ejemplo, las primeras formas 608 pueden configurarse en términos del material(es) utilizado, dimensiones y/o posicionamiento, para funciones tales como acoplamiento de salida o acoplamiento de entrada mientras que las segundas formas 610 son para reflexión, reflexión potencialmente especular.

La Figura 7 ilustra una realización adicional especialmente adecuada para el contexto de la producción de energía solar, es decir potencia solar, y células solares. Un elemento portador tal como un elemento de película delgada 702 (los grosores representados y otras dimensiones generalmente no están a escala para mayor claridad) potencialmente configurado para actuar como un elemento de captura de luz puede proporcionarse con un patrón de relieve de superficie que comprende una pluralidad de formas de relieve de superficie 708 capaz de colimar la luz (con una distribución más estrecha) en la estructura laminada hacia una dirección predeterminada, sustancialmente la dirección de los componentes subyacentes de la célula solar 706 desde un amplia gama de ángulos de incidencia de luz externa, típicamente luz solar, penetrada a través de la superficie del elemento 702 e incidente en el patrón. La altura/profundidad de las formas de relieve de superficie 708 del patrón puede ser de aproximadamente 10 |jm, por ejemplo.

El elemento de película 702 y un elemento portador 704 que también puede actuar como vidrio o plástico de cobertura de la estructura de la célula solar (de hecho, a menudo las células solares se proporcionan con un vidrio de cobertura integral) pueden primero laminarse juntos y almacenarse y entregarse para su posterior unión con el resto 706 de la estructura completa de la célula solar como se sugiere en la presente memoria, por ejemplo. Esto se resalta en 702a de la figura en la que la flecha vertical representa el hecho de cómo el elemento de película ya laminado 702 y el vidrio de cobertura 704 deben unirse con la pila de células solares 706 que comprende típicamente una pluralidad de capas diferentes y elementos relacionados ilustrados en la figura por una pluralidad de líneas horizontales.

Por ejemplo, la estructura de la célula solar 706 potencialmente apilada debajo del vidrio de cobertura 704, que preferentemente contiene vidrio templado, puede incorporar una o más capas o elementos seleccionados del grupo que consiste en: un contacto posterior, un semiconductor tipo p, un semiconductor tipo n, un contacto frontal, adhesivo transparente y revestimiento antirreflectante.

En 702b, se muestra una situación de uso después de completar la fabricación de la estructura general de la célula solar que comprende también el elemento de película 702 para la captura de luz como parte integral. Alternativamente, el elemento de película 702 puede proporcionarse como tal sobre la estructura de la célula solar que tiene el vidrio de cobertura 704 ya colocado. Como una alternativa adicional u opción complementaria, el elemento 702 puede proporcionarse entre el vidrio 704 y el resto de la estructura de la célula solar 706. Aún como un ejemplo adicional, el vidrio 704 puede proporcionarse con un patrón de relieve de superficie. Las cavidades establecidas 709 pueden contener aire y/o algún otro material(es) dejado o dispuesto específicamente en las mismas durante el procedimiento de fabricación de la estructura laminada.

Generalmente, las técnicas de película de nano y microcavidades descritas pueden utilizarse en diferentes capas de un producto de la célula solar 702b. Por ejemplo son posibles perfiles socavados complejos. También son adecuadas las multicapas con perfiles múltiples como se contempla anteriormente. Puede producirse/aplicarse una capa ópticamente funcional en la superficie superior, alguna superficie interna (por ejemplo al centro debajo de la placa de vidrio) o directamente sobre la superficie de silicio/superficie de la célula solar, incluido un posible nanoperfil en la superficie de silicio/fotovoltaica para mejorar la absorción de la luz. Preferentemente, los perfiles ópticos se integran completamente.

Las flechas representan en la figura cómo la construcción sugerida puede mejorar la eficiencia de la célula solar de diversas formas. Además de o en lugar de la función de acoplamiento y/o dirección de luz incidente (por ejemplo, colimación) 708a, las funciones reflectante y generalmente de "captura de luz" 710, 712 pueden lograrse mediante los patrones utilizados que incluyen cavidades, su posicionamiento, alineación y selecciones de material. Las trampas de luz pueden formarse así sin superficies de espejo reflectantes verdaderas en el material portador.

La estructura de la célula solar sugerida en la presente memoria puede proporcionar aproximadamente un 20-40 % más de eficiencia que las soluciones convencionales, con lo cual la eficiencia total puede acercarse por ejemplo al 40 % o 50 %. Pueden aplicarse y construirse materiales y estructuras de las células solares tanto rígidos como flexibles.

La Figura 8 visualiza una realización 801 en la que la película de captura de luz o el elemento de placa 802 laminado sobre el vidrio 804 que protege el resto 806 de la célula solar se ha proporcionado además con una capa de superficie funcional 808 implementada por una película específica, un revestimiento, un patrón de relieve de superficie, o cualquier combinación de los anteriores y/u otros elementos, por ejemplo.

Por ejemplo, pueden utilizarse varios perfiles antirreflectantes (AR) y/o autolimpiables (nano) para minimizar la reflexión de la superficie y la contaminación. La funcionalidad AR puede permitir preferentemente el acoplamiento de entrada de la luz solar incluso con ángulos de incidencia muy grandes con respecto a la superficie de la estructura (normal), tales como ángulos de aproximadamente 70 u 80 grados, en la estructura desde la atmósfera para que la célula solar reciba tanta luz como sea posible y su eficacia puede maximizarse. Esto se indica en la figura mediante las flechas 808b. El patrón de relieve de superficie incrustado 802a del elemento 802 puede utilizarse entonces para dirigir y colimar la luz acoplada de entrada hacia la célula solar 806. El patrón 802a también puede diseñarse de manera que sea capaz de acoplar un rango considerable de ángulos incidentes, por ejemplo un rango total de 120, 130, 140, 150 o 160 grados, como se desee.

Por ejemplo, el patrón 802a puede configurarse para acoplar la luz incidente, tal como la luz solar, que ha entrado en la estructura, de modo que los ángulos incidentes acoplados correctamente definen opcionalmente un rango de al menos aproximadamente 120, 130, 140, 150 o 160 grados, y en el que el patrón se configura para acoplar la luz incidente con una función de colimación sustancialmente hacia una dirección predeterminada de una célula solar.

También pueden adoptarse reflectores integrados con microcavidades para las estructuras de las células solares, lo que puede mejorar el mantenimiento de la luz solar durante más tiempo dentro de la estructura, con lo cual la absorción de energía puede potencialmente mejorar aún más. Por consiguiente, la estructura laminada sugerida puede en algunas realizaciones mejorar considerablemente la eficiencia de la célula solar.

Se mencionará que en algunas realizaciones la estructura general de la célula solar construida que incluye la captura de luz u otro elemento laminado puede contener múltiples, por ejemplo dos, capas funcionales, tales como antirreflectantes. Una puede disponerse en cualquier lado del vidrio de cobertura y la otra en el otro lado en conexión con el elemento de película de captura de luz de manera que preferentemente reciba la luz incidente externa, antes que el elemento de película de captura de luz.

Las ideas principales presentadas anteriormente en relación con una película de acoplamiento de células solares u otro elemento con una colimación de ángulo de incidencia grande son generalmente aplicables a otros escenarios también que incluyen por ejemplo realizaciones relacionadas con invernadero. Este tipo de películas pueden aumentar el uso de la luz solar sin espejos adicionales, por ejemplo. La transparencia de la película puede mejorarse por medio de las características del patrón minimizadas en relación por ejemplo con el tamaño de la misma.

En algunas realizaciones, pueden fabricarse varios reflectores incrustados, tales como nanoreflectores, mediante las técnicas presentadas en la presente memoria. Los patrones pequeños, por ejemplo perfiles reflectantes basados en rejillas pueden laminarse directamente sobre por ejemplo un reflector plano y esos pequeños patrones de relieve de superficie de los elementos laminados pueden incrustarse completamente, a diferencia de por ejemplo con las películas retro reflectoras convencionales.

En algunas realizaciones, puede fabricarse un polarizador de acuerdo con los principios descritos en la presente memoria. Por ejemplo un polarizador de rejilla/rejilla de alambre puede producirse opcionalmente por un procedimiento de rollo a rollo. Los perfiles básicos pueden fabricarse aplicando curado UV y material curable relacionado, por ejemplo, después de lo cual puede ejecutarse en la línea un revestimiento de deposición con un índice de refracción más alto mediante deposición asistida por láser. El láser puede usarse para depositar muchos materiales diferentes. También es posible la deposición direccional orientada (deposición lateral, deposición asimétrica). Un perfil de rejilla puede ser binario, inclinado, cuadrado, etc. con diferentes superficies inclinadas, etc.

En algunos escenarios, pueden utilizarse una serie de características en relación con el acoplamiento de entrada de la luz y las soluciones relacionadas. Hoy en día, por ejemplo el acoplamiento de entrada y la colimación de la luz LED para un elemento típicamente plano puede ser un problema crítico. Una barra de lente de bola lisa opcionalmente en forma de fila es una solución única. Podría contener superficie 2D o 3D en función del eje de colimación. Principalmente, la colimación de un eje puede ser suficiente. Tal solución óptica puede producirse por separado o junto con el elemento plano. Los posibles procedimientos de fabricación incluyen moldeado por inyección, fundición, corte por láser, etc. Es posible utilizar la superficie del espejo en la parte superior e inferior para el control de la dirección de la luz. También los patrones especiales de orientación de rejilla en el borde y/o por ejemplo en la parte superior pueden proporcionar las soluciones deseadas. Una colimación de tipo cuña con medio de aire es una opción factible adicional.

La Figura 9a ilustra un escenario para propósitos de acoplamiento de entrada. El elemento de acoplamiento de entrada 902 incluye varias formas reflectoras 908 potencialmente incrustadas (por ejemplo, una película laminada) y una estructura de dirección de luz 906 potencialmente incrustada (por ejemplo, una película laminada) que pueden proporcionarse como una capa/elemento laminado sobre una superficie predeterminada del material portador 904 tal como plástico o vidrio. En el caso ilustrado, se aplica una pluralidad de LED 910 como fuentes de luz.

La Figura 9b ilustra escenarios adicionales relacionados con las estructuras de acoplamiento de entrada. En 920, a la izquierda 920a, se muestra una vista superior/inferior de una realización con una pluralidad de fuentes de luz tales como LED 910, formas de acoplamiento de entrada tales como lentes 924a y un elemento objetivo 922. Las formas de lentes mostradas son básicamente circulares o elipsoidales. A la derecha en 920b, se presenta otra realización con diferentes formas de acoplamiento de entrada tales como las formas de lente 924b.

En 930, se muestran vistas laterales, potenciales, correspondientes con elementos reflectores 932 adicionales, preferentemente integrados. Las figuras de lente 924a, 924b son evidentes en la figura.

Por tanto en varias realizaciones de la presente invención, puede utilizarse un elemento de lente laminado tal como una película de lente para formar estructuras de acoplamiento de nano /microcavidades. Las películas gofradas/impresas pueden laminarse sobre una película/material portador. Esto hace posible producir nuevas estructuras de lentes con patrones multicapas. Otro beneficio es que los patrones ópticos están completamente integrados/incrustados y no pueden defectarse o destruirse fácilmente. Existen varias aplicaciones factibles tales como farolas, reemplazos halógenos, etc.

Otra lente de iluminación potencial es un elemento de transmisión no directa, que acopla la luz por ejemplo del medio aéreo y la dirige a ángulos preferidos. Una superficie puede tener un reflector (2D o 3D) y la otra un patrón de acoplamiento de superficie (2D o 3D).

Una fuente de luz, tal como una barra LED, puede colimarse al menos en dirección horizontal 2D. Esto puede hacer el patrón de acoplamiento más simple y eficiente. La solución puede tener aplicaciones por ejemplo en alumbrado público, iluminación pública, etc.

Otra aplicación es una barra, varilla o tubo de luz, en la que las formas de películas o estructuras de acoplamiento o se encuentran en la superficie exterior o interior de la misma para acoplar y dirigir la luz. En la solución de tubo puede utilizarse una varilla reflectora en el centro (parte interior). También puede laminarse una película de acoplamiento en el vidrio para dirigir la luz a los ángulos preferidos (interior o exterior).

Un beneficio adicional con las lentes basadas en relieve de superficie, opcionalmente incrustadas, tales como las lentes de rejilla es que la eficiencia, es mejor que con las lentes de Fresnel convencionales, por ejemplo, debido a que por ejemplo las características más pequeñas tienen mucha menos retroreflexión que los patrones convencionales más grandes, y también a la posible ubicación (inferior) de los patrones. Cuando esos patrones están en el lado inferior de la estructura general, no hay tanta retrorreflexión directa, porque el portador del medio está en el lado superior.

Esto puede ser un beneficio para por ejemplo las señales de tráfico debido al efecto fantasma solar inferior (retroreflexión). Además, la solución es adecuada por ejemplo para luces de freno y de señalización en vehículos.

La figura 10 ilustra una estructura laminada 1002 que comprende una pluralidad de elementos 1004, 1006. Pueden proporcionarse varias funcionalidades integradas, incrustadas al laminado 1002 añadiendo nuevos elementos tales como películas portadoras funcionales 1004 con patrones de relieve de superficie y/o material particular (por ejemplo en términos de índice de refracción) al mismo. Los patrones de relieve de superficie pueden establecerse directamente en las superficies objetivo. Pueden utilizarse materiales curables tales como laca. Básicamente el acoplamiento necesario y/u otra óptica pueden laminarse como una película o un elemento más grueso a la entidad portadora del mismo. Las técnicas de procesamiento rollo a rollo son posibles y a menudo se prefieren, aun naturalmente en función de la realización y la naturaleza tales como la flexibilidad y el grosor de los elementos aplicados.

La Figura 11 divulga, solo a modo de ejemplo, un diagrama de flujo de un procedimiento de fabricación de acuerdo con la presente invención.

En la puesta en marcha 1102 se obtiene y configura el equipo necesario tal como equipo de impresión/gofrado, equipo de moldeado, equipo de fundición, equipo de laminación, equipo de curado y/o equipo rollo a rollo. Además, se obtienen materiales de origen para las capas laminadas y la laminación en sí, tales como los adhesivos necesarios, si los hay.

En 1104, se obtiene un primer elemento portador que define al menos una capa de la estructura laminada integrada. El primer elemento puede proporcionarse con revestimientos y patrones de relieve de superficie deseados. Puede proporcionarse material curable tales como laca, gofrado o procesado de otro modo para contener un patrón de relieve de superficie y curado, por ejemplo. El elemento puede moldearse o cortar a las dimensiones deseadas a partir de una pieza más grande de material de origen, como plástico o vidrio. Puede someterse a varios tratamientos y/o proporcionarse con adhesivo para propósitos de laminación. Opcionalmente, el primer elemento es un elemento multicapa tal como el propio elemento laminado. Puede contener por ejemplo una pluralidad de capas y/o elementos que constituyen las células solares.

En 1106, se obtiene un segundo elemento portador que se utiliza en la estructura laminada integrada. Contiene una serie de patrones de relieve de superficie que pueden fabricarse, como los del primer elemento, con diferentes procedimientos, tales como gofrado/impresión rollo a rollo, litografía, micromoldeado, fundición, etc. sobre la superficie del mismo. Puede contener material plástico, vidrio o cerámica, por ejemplo. Puede aplicarse un curado adecuado. Además, pueden proporcionarse elementos y/o revestimientos adicionales deseados al segundo elemento. El segundo elemento puede ser un elemento multicapa tal como un elemento laminado.

Junto con la presente invención, puede producirse un patrón de relieve de superficie por medio de un patrón premaestro, patrón maestro y elementos relacionados. Un elemento premaestro con un patrón de premasterización puede crearse primero por micro mecanizado, litografía, impresión, gofrado y/o por algún otro procedimiento. Este patrón de premasterización puede luego replicarse por electro formado, fundición o moldeado. Luego una cuña de níquel formada, una placa maestra de plástico, una placa de material fundido, una placa moldeada pueden contener una pluralidad de patrones de micro relieve en la superficie, preferentemente pequeñas ranuras, huecos, puntos, píxeles, etc.

Los patrones de relieve preferentemente negativos del premaestro son ventajosamente adecuados para el procedimiento de modulación de impresión y/o inyección de tinta. Este procedimiento de modulación puede ser en base a un procedimiento de llenado de perfiles, en el que la ranura, el hueco, el punto, el píxel, etc. existentes se llenan potencialmente por completo con material impreso/inyección de tinta. Este material se dispensa formando pequeñas picogotas con el fin de llenar y "ocultar" los patrones existentes. El procedimiento es adecuado para completar una modulación del factor de llenado en la superficie del elemento objetivo, es decir el maestro. Naturalmente el procedimiento también es adecuado para muchas otras aplicaciones, y no solo para factores de llenado. También es adecuado para diseñar diferentes dibujos, iconos, formas y figuras discretas, por ejemplo. Esto hace posible crear un procedimiento de diseño óptico de bajo costo, que es rápido, flexible y en primer lugar, fácil de utilizar. Un experto se dará cuenta de que el procedimiento de llenado de perfiles sugerido en la presente memoria es generalmente factible también en otros contextos además del contexto de laminado de la presente solicitud.

El material de relleno tal como la tinta podría ser transparente y ópticamente claro, el cual tiene el mismo índice de refracción preferible que el material de la placa. De esta forma es posible realizar pruebas y ensayos funcionales reales. Pero por ejemplo también es posible la tinta de color, pero luego puede necesitarse un procedimiento de replicación para obtener una pieza de prueba óptica, funcional.

Un problema a considerar puede ser el tamaño de la gota y la viscosidad del material. Esto puede ser importante en términos de llenado controlado y de alta calidad. Si la viscosidad es demasiado baja, la gota fluirá por un área grande y va a lo largo del fondo de la ranura. Por lo tanto la estructura completamente llena es cada vez más difícil de lograr. Si la viscosidad es alta, el tamaño de la gota se hace más grande, pero la forma es más compacta y no fluye demasiado en la ranura. Por lo tanto una solución preferida puede incluir material de baja viscosidad, que garantiza un tamaño de gota pequeño. Y si se utiliza solo un patrón pequeño, ranuras discretas, huecos, puntos o píxeles, la gota llena ventajosamente solo los patrones preferidos en la ubicación deseada. Por tanto el premaestro puede estamparse preferentemente con pequeños píxeles o perfiles discretos.

En 1108, el primer y segundo elemento, y opcionalmente elementos adicionales, se laminan juntos utilizando una presión, calor y opcionalmente adhesivo(s) adecuado(s) entre los elementos que se van a laminar juntos. Puede aplicarse un curado factible. Los perfiles de relieve de superficie incrustados básicamente establecen patrones asociados de micro y/o nanocavidades. Pueden crearse volúmenes potencialmente muy complicados (por ejemplo cavidades), lo que es difícil, si no imposible, por otros procedimientos. Los patrones multinivel/multicapa son posibles laminando varios portadores (elementos) intermedios estampados juntos. Un elemento a incluir en el laminado puede comprender un patrón de relieve de superficie en múltiples lados del mismo. Diferentes patrones pueden proporcionar diferentes funcionalidades en el laminado.

Una realización implica laminar por ejemplo películas delgadas impresas/gofradas UV (películas estampadas) sobre un portador más grueso como plástico o placa de vidrio y luego ejecutar el curado final para obtener una buena adhesión entre la película laminada y la placa. La laminación de rollo a rollo es posible con la condición de que los elementos laminados sean adecuados, es decir suficientemente delgados/flexibles, para el propósito.

En 1110 pueden proporcionarse al laminado elementos y/o funcionalidades adicionales. Pueden realizarse acciones de postprocesamiento tales como cortar, remoción del exceso de material, (re)enrollar, probar, etc.

La ejecución del procedimiento finaliza en 1112.

El orden mutuo y la presencia general de los elementos del procedimiento de los diagramas de procedimientos divulgados anteriormente pueden alterarse por un experto en base a los requisitos establecidos por cada escenario de uso particular. La ejecución de algunos elementos del procedimiento puede repetirse alternativamente durante el procedimiento, como se ilustra con las flechas discontinuas.

La Figura 12 ilustra varios aspectos de posibles escenarios de fabricación rollo a rollo aplicables en relación con la presente invención. En el boceto mostrado, dos elementos, básicamente películas, hojas o láminas, 1204, 1206, se laminan juntos y el cilindro/rollo 1208 replica un patrón de relieve de superficie 1206b en el elemento 1206 durante el procedimiento antes de la laminación. La estructura laminada 1216 se forma y el patrón 1206b se lamina dentro de la estructura 1216 por el cilindro/rollo de laminación 1210. El curado previo 1212 tal como el curado con luz UV puede tener lugar así como el curado posterior 1214, opcionalmente de nuevo curado con UV. Pueden implementarse una serie de acciones de procedimientos adicionales tales como acciones de corte, enrollado y prueba (no se muestran en la figura). Un elemento objetivo tal como el elemento 1204 también podría proporcionarse con múltiples capas adicionales tales como películas opcionalmente en ambos lados del mismo. Esto podría implementarse de una vez, si la cantidad y la naturaleza del hardware necesario tales como cilindros/rodillos, etc. es suficiente. Alternativamente, podría obtenerse el mismo resultado mediante múltiples pasadas durante las cuales por ejemplo se agrega una sola capa al laminado por ronda.

La Figura 13 ilustra diferentes elementos potenciales de una realización adicional de un procedimiento de fabricación basado en rollo a rollo preferentemente de acuerdo con la presente invención. El ejemplo particular se refiere a la laminación de láminas, pero un experto se dará cuenta de que los principios se aplican a varios otros elementos portadores a laminar también. En 1302, se muestra generalmente cómo puede proporcionarse un elemento funcional tal como un elemento ópticamente funcional a un material portador tal como una película. Como se alude en la figura, puede proporcionarse primero una lámina, película u otro tipo de elemento 1312 con material tal como laca que permita formar formas de relieve de superficie en el mismo y que sea curable. El material que aloja el patrón de relieve de superficie puede ser de hecho curable térmicamente, curable por UV, curable por humedad, o curable por haz de electrones, por ejemplo, entre otras opciones. Además, pueden aplicarse técnicas de curado combinadas que utilizan al menos dos procedimientos de curado tales como curado UV curado térmico, curado UV curado por humedad, curado térmico curado por haz de electrones, etc. en función de los materiales usados.

Después de establecer 1316 un patrón de relieve de superficie "A" en la lámina proporcionada con laca por gofrado o alguna otra técnica, el patrón puede precurarse 1318, cuando sea necesario, por un procedimiento adecuado tal como curado UV seguido potencialmente por laminación 1320 en relación con un elemento portador tal como otra película. El laminado establecido "A" que incluye el patrón A, preferentemente como incrustado, puede curarse en 1322 después de lo cual puede acoplarse un elemento funcional adicional tal como una lámina, preferentemente por laminación 1324, del mismo, que se muestra generalmente, solo a modo de ejemplo, en 1304 con elementos de procedimientos sustancialmente similares indicados por números de referencia idénticos complementados por 'b', sin embargo. Sin embargo, estos elementos del procedimiento no tienen que ser similares y por ejemplo podrían aplicarse diferentes técnicas de formación de patrones y/o tecnología de curado. El elemento funcional adicional puede incluir un patrón "B" como se indica en la figura. El laminado final que comprende ambos patrones A y B puede someterse a varios procedimientos de curado 1326 aplicables y/u otros tratamientos.

En consecuencia, un experto puede, sobre la base de esta divulgación y conocimiento general, aplicar las enseñanzas proporcionadas con el fin de implementar el ámbito de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, en algunas realizaciones, uno o más elementos de la estructura laminada integrada pueden contener la óptica de cavidad explicada para un propósito predeterminado tal como iluminación uniforme o iluminación discreta. Los elementos ópticamente funcionales pueden integrarse por laminación con otros elementos tales como cubiertas de varios dispositivos electrónicos u otros dispositivos.

La presente invención permite proporcionar funciones ópticas localizadas dentro de estructuras integradas tales como laminados. Pueden crearse efectos locales e indicaciones visuales, tales como indicaciones informativas, en determinadas realizaciones de los mismos.

Generalmente en diferentes realizaciones de la presente invención las formas de relieve pueden ser positivas o negativas con respecto al nivel de superficie asociado del sustrato portador.

En algunas realizaciones, en lugar de o además de la laminación, los elementos de la estructura integrada pueden unirse usando algunos otros procedimientos tales como estructuras de sujeción mecánica, meros adhesivos, etc.

En algunas realizaciones, una estructura laminada de acuerdo con la presente invención puede integrarse o configurarse además para contener otros elementos tales como chips, envases de chips, estructuras de las células solares, fuentes de luz, elementos de iluminación, electrónica, cubierta o estructuras corporales, etc.

Cada una de las diversas funciones/funcionalidades anteriormente explicadas pueden implementarse en la estructura laminada por un elemento dedicado, un elemento compartido o por una pluralidad de elementos cooperantes.

En lugar de o además de la óptica y en particular la tecnología solar, la solución laminada presentada en la presente memoria podría utilizarse en otros contextos tales como microfluidos. Por ejemplo podrían fabricarse estructuras de enfriamiento y canales de enfriamiento con ellos. También podrían formarse canales de lubricante.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una estructura laminada integrada (402) para una célula solar, que comprende;

- un primer elemento portador (406), tal como una pieza de plástico o vidrio, configurado como un elemento plano, liso,

- un segundo elemento portador (404), configurado como un elemento plano, en el que una pluralidad de diferentes formas de relieve de superficie de diferentes figuras se configuran para formar una serie de patrones de relieve de superficie, varias de dichas formas de relieve de superficie de diferentes figuras de cada patrón tienen partes lisas en áreas de unión laminadas entre el primer y el segundo elemento portador, mediante las cuales se forman las superficies de contacto de partes lisas entre dicho primer y segundo elemento portador,

dicho primer elemento portador y dicho segundo elemento portador se componen de un material ópticamente sustancialmente transparente que permite la transmisión de la luz a través del mismo,

el primer elemento portador y el segundo elemento portador se laminan juntos para establecer la estructura laminada integrada (402) de modo que los patrones de relieve de superficie se han incrustado dentro de la estructura laminada integrada establecida, a través de la cual los patrones de relieve incrustados que comprenden una serie de cavidades ópticamente funcionales relacionadas (408, 410, 412) se forman en una interfaz establecida por partes lisas proporcionadas como superficies de contacto entre el primer elemento portador y el segundo elemento portador,

en los que, dichos patrones de relieve incrustados tienen al menos una función óptica predeterminada relativa a la luz incidente seleccionada de una función de dirección y/o acoplamiento de luz incidente, tal como una función de colimación, y en los que además de la función de dirección y/o acoplamiento de luz incidente, las funciones reflectantes y generalmente de captura de luz se logran por los patrones utilizados que incluyen cavidades, su posicionamiento, alineación y selecciones de material, en el que las trampas de luz se forman sin superficies de espejo reflectantes en el material portador.

2. La estructura laminada integrada de la reivindicación 1, en la que una cavidad formada dentro de la estructura laminada comprende fluido o sólido diferente del material del segundo elemento portador y opcionalmente del primer elemento portador, preferentemente con índice de refracción diferente con relación a uno o ambos elementos portadores.

3. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, en la que una cavidad formada comprende sustancialmente aire u otro medio gaseoso, preferentemente con un índice de refracción diferente al del material circundante tal como el material de dicho segundo elemento portador y/o dicho primer elemento portador.

4. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, en la que una cavidad formada comprende líquido o gel, preferentemente con un índice de refracción diferente al del material circundante.

5. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, en la que dicho segundo elemento portador es una película, preferentemente de manera sustancial más delgada que dicho primer elemento portador, siendo opcionalmente una película flexible.

6. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, que comprende además una película funcional, de manera opcional ópticamente funcional.

7. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, en la que el patrón de relieve incrustado se configura para acoplar la luz incidente tal como la luz solar que ha entrado en la estructura, los ángulos de incidencia acoplados opcionalmente definen un rango total de al menos aproximadamente 130 grados, estando configurado el patrón de relieve incrustado para acoplar la luz incidente con una función de colimación en una dirección predeterminada de una célula solar.

8. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, que comprende al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en: un patrón de relieve incrustado o forma de relieve configurado para la captura de luz interna por acoplamiento posterior y/o redirigir la luz sustancialmente de regreso a la dirección desde la que llegó al patrón o forma, y un patrón de relieve incrustado o forma de relieve configurado para el acoplamiento de luz interna y/o la redirección opcionalmente sin función reflectante.

9. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, que comprende un patrón multicapa al menos parcialmente incrustado de formas de relieve con una función común o al menos funciones múltiples diseñadas conjuntamente, estando establecido el patrón multicapa por uno o más elementos laminados juntos en la estructura laminada.

10. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, en la que la función óptica del patrón de relieve incrustado incluye al menos una función seleccionada del grupo que consiste en: función reflectante, función de transmisión, función transreflectante, función de acoplamiento de entrada, función de acoplamiento de salida, función de polarización, función de difracción, función refractiva, función antideslumbramiento, función anticlaro, función antirreflejo, función de lente, función convergente, función divergente, función de modificación de longitud de onda, función de dispersión, función de coloración, función de distribución media y función de difusión.

11. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, en la que el primer elemento portador, el segundo elemento portador o un elemento portador adicional comprenden al menos un material seleccionado del grupo que consiste en: plástico, elastómero, polímero, vidrio, semiconductor, silicio, adhesivo, resina y material cerámico.

12. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, que comprende además una capa de superficie funcional (808) implementada como un revestimiento, una película, un patrón de relieve de superficie o una combinación de los mismos.

13. La estructura laminada integrada de la reivindicación 12, en la que la capa de superficie funcional (808) tiene al menos una función seleccionada del grupo que consiste en: función antirreflejo, función hidrofóbica, función hidrófila y función autolimpiable.

14. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, que comprende varias formas en el patrón de relieve incrustado de tamaño submicrométrico.

15. La estructura laminada integrada de cualquier reivindicación anterior, en la que el patrón de relieve de superficie comprende al menos una forma seleccionada del grupo que consiste en: una ranura, una protuberancia, una cresta, un hueco, una forma binaria, una forma inclinada, una forma rectangular, una forma cuadrática, una forma triangular, una forma de píxel de rejilla, una forma trapezoidal, una forma trapezoidal isósceles y una forma de lente.

16. Una estructura de la célula solar que comprende la estructura laminada integrada (702a, 702b, 801) de cualquiera de las reivindicaciones 1-15, preferentemente como parte fija integrada, de la misma.

17. La estructura de la célula solarde la reivindicación 16, en la que el primer elemento portador o el segundo elemento portador de la estructura laminada integrada comprendida dentro de dicha estructura de la célula solar comprende un material semiconductor proporcionado con un patrón de relieve de superficie que aumenta la superficie de la misma.

18. La estructura de la célula solar de la reivindicación 17, en la que el patrón de relieve incrustado de la estructura laminada integrada comprendida dentro de dicha estructura de la célula solar se configura para mejorar la absorción de la luz en el material de la célula solar y/o para reducir los reflejos de la misma con el fin de aumentar la eficiencia de la célula solar.

19. La estructura laminada integrada (502) de cualquiera de las reivindicaciones 1-15 para una célula solar, comprendiendo dicha estructura laminada integrada tres elementos portadores (504, 505, 506), en la que el elemento inferior (506) es el elemento plano, liso completamente y en la que el elemento intermedio y el elemento superior (504, 505) se proporcionan cada uno con al menos un patrón de relieve de superficie que comprende varias formas de relieve de superficie (508, 510), dichos elementos portadores (504, 505, 506) se laminan juntos de manera que el al menos un patrón de relieve de superficie del elemento portador correspondiente se haya incrustado dentro de la estructura laminada.

20. Un sistema que comprende una estructura laminada integrada (702a, 702b, 801) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-15 y 19 y una estructura de la célula solar (706, 806), siendo dicha estructura de la célula solar cualquier estructura de célula fotovoltaica, en la que la estructura laminada integrada se dispone y opcionalmente se asegura, tal como laminado, a la estructura de la célula solar.

21. Un procedimiento para construir una estructura laminada integrada para una célula solar, que comprende

- obtener (1104) un primer elemento portador (406), tal como una pieza de plástico o vidrio, configurado como un elemento plano, liso,

- obtener (1106) un segundo elemento portador (404), configurado como un elemento plano, en el que una pluralidad de diferentes formas de relieve de superficie de diferentes figuras se configuran para formar una serie de patrones de relieve de superficie, varias de dichas formas de relieve de superficie de diferentes figuras de cada patrón tienen partes lisas en el área de unión laminada entre el primer y el segundo elemento portador, por las cuales se forman las superficies de contacto de partes lisas entre dicho primer y segundo elemento portador,

en el que dicho primer elemento portador y dicho segundo elemento portador se componen de un material ópticamente sustancialmente transparente que permite la transmisión de la luz a través de los mismos,

- laminar (1108) el primer elemento portador y el segundo elemento portador juntos para establecer la estructura laminada integrada (403) de manera que los patrones de relieve de superficie se incrusten dentro de la estructura laminada integrada establecida, a través de la cual los patrones de relieve incrustados que comprenden una serie de cavidades ópticamente funcionales relacionadas (408, 410, 412) se forman en una interfaz establecida por partes lisas proporcionadas como superficies de contacto entre el primer elemento portador y el segundo elemento portador,

22. El procedimiento de la reivindicación 21, en el que durante la fabricación de un patrón para la producción de relieve de superficie, se establece un premaestro con un patrón de formas de relieve de superficie y el patrón se modula para generar el maestro mediante la inclusión de material preferentemente removible, tal como tinta, en el patrón para llenar una serie de formas de los mismos y por lo tanto evitar su introducción al maestro.

23. El procedimiento de la reivindicación 21 o 22, en el que se produce una forma de relieve de superficie mediante el uso de al menos una técnica seleccionada del grupo que consiste en: gofrado, impresión, litografía, moldeado, micromoldeado y fundición.

24. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 21-23, en el que se aplica adhesivo y/o curado durante la laminación y/o formación del patrón de relieve de superficie.

25. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 21-24, en el que el segundo elemento portador comprende o se proporciona con material curable tal como laca curable que se adapta para albergar al menos un patrón de relieve de superficie.