KR20100127775A - 이중층 박막 홀로그래픽 태양광 집중장치/집광장치 - Google Patents

이중층 박막 홀로그래픽 태양광 집중장치/집광장치 Download PDF

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KR20100127775A
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이온 비타
러셀 웨인 그루흘케
강 수
마크 모리스 미냐르
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퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

본 명세서에 기재된 각종 실시형태에서는, 광전지(1101)에 광학적으로 결합된 집광기(1102)를 포함하는 장치가 기재되어 있다. 해당 장치는 입체 혹은 평면 회절 구성부 혹은 홀로그램을 포함하는 광 방향전환막 혹은 광 방향전환층을 추가로 포함한다. 집광기(1102)에 입사하는 광은 반사형 혹은 투과형인 입체 혹은 평면 회절 구성부 혹은 홀로그램에 의해 방향전환되어 다수의 전내부 반사에 의해 집광기(1102)를 통해서 도광된다. 이와 같이 도광된 광은 광전지(1101) 쪽으로 향하게 된다. 각종 실시형태에 있어서, 집광기(1102)는 얇으며(예컨대, 1㎜ 미만), 예를 들어 박막을 포함한다. 집광기(1102)는 가요성 재료로 형성될 수 있다.

Description

이중층 박막 홀로그래픽 태양광 집중장치/집광장치{DUAL LAYER THIN FILM HOLOGRAPHIC SOLAR CONCENTRATOR/COLLECTOR}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 미국 가출원 일련 번호 제61/028,139호(출원일: 2008년 2월 12일, 발명의 명칭: "THIN FILM HOLOGRAPHIC SOLAR CONCENTRATOR/COLLECTOR"(변리사 문서 번호: QMRC.002PR))에 대한 35 U.S.C. § 119(e) 하의 우선권을 주장하며, 이 기초 출원은 그 전체가 참조로 본 명세서에 명확히 포함된다.
발명의 기술분야
본 발명은 태양력의 분야에 관한 것으로, 특히, 태양 광선을 수집(즉, 집광)하여 집중시키는 미세구조 박막을 이용하는 것에 관한 것이다.
100년간, 석탄, 오일 및 천연 가스 등의 화석 연료가 미국에서 에너지의 주공급원으로서 제공되어왔다. 대체용 에너지 공급원에 대한 필요성은 증가하고 있다. 화석 연료는 신속하게 고갈 중에 있는 에너지의 비재생가능한 공급원이다. 인도 및 중국 등지의 개발도상국의 대규모 산업화는 이용가능한 화석 연료에 대한 상당한 부담을 지고 있다. 또한, 지정학적 쟁점은 이러한 연료의 공급에 신속하게 영향을 미칠 수 있다. 지구 온난화는 또한 근년에 보다 큰 중대사이다. 많은 인자가 지구 온난화에 기여하고 있는 것으로 고려되고 있지만, 화석 연료의 광범위한 이용은 지구 온난화의 주된 원인으로 추정되고 있다. 따라서, 환경적으로도 안전한 재생가능하고 경제적으로 실용적인 에너지 공급원을 찾는 것이 긴급히 요구되고 있다. 태양 에너지는 열 및 전기 등과 같은 다른 형태의 에너지로 변환될 수 있는 환경적으로 안전하고 재생가능한 에너지 공급원이다. 그러나, 재생가능한 에너지의 경제적으로 경쟁력 있는 공급원으로서의 태양 에너지의 사용은 광 에너지를 전기로 변환시키는 데 있어서의 낮은 효율 및 하루 중의 시간 및 한 해 중의 개월에 따른 태양 에너지의 편차가 장애로 되고 있다.
광기전력 전지(PV 전지(: Photovoltaic cell)(혹은 태양전지)는 광 에너지를 전기 에너지로 변환시키고, 이에 따라 태양 에너지를 전력으로 변환시키는 데 이용될 수 있다. 광기전력 태양 전지는 매우 얇고 모듈 방식으로 만들어질 수 있다. PV 전지는 수 밀리미터 내지 수십 센티미터 크기의 범위일 수 있다. 하나의 PV 전지로부터의 개별적인 전기 출력은 수 밀리와트 내지 수 와트의 범위일 수 있다. 수개의 PV 전지는 전기적으로 접속되고 패키지(packaging)되어 충분한 양의 전기를 발생할 수도 있다. PV 전지는 위성 및 기타 우주선에 전력을 제공하거나, 전기를 주거 및 상업적 속성으로 제공하거나 자동차 배터리를 충전하는 등과 같은 광범위한 용도에 이용될 수 있다.
태양광 집중기(혹은 태양광 집중장치)(solar concentrator)는 PV 전지에서 보다 높은 변환 효율을 얻기 위하여 태양 에너지를 수집하여 집중시키는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 포물면경은 광 에너지를 열과 전기로 변환시키는 장치에 광을 수집하여 집중시키는 데 이용될 수 있다. 다른 종류의 렌즈 및 거울도 변환 효율을 상당히 증가시키는 데 이용될 수 있다.
PV 전지에 광을 수집하여 집중시키고 하루를 통한 태양의 이동을 추적하는 집광기(즉, 집광장치)(collector) 및 집중기를 이용하는 것이 유리하다. 또한, 흐린 날에 확산된 광을 수집하는 능력을 지니는 것이 유리하다. 이러한 시스템은 복잡하고 종종 부피가 크고 대형이다. 많은 용도를 위해서, 또한, 이들 집광기 및/또는 집중기는 크기가 컴팩트한 것이 바람직하다. 컴팩트한 태양광 집광기 및/또는 집중기로서 홀로그래픽 박막(holographic thin film)을 이용하는 것이 가능하다.
본 명세서에 기재된 각종 실시형태에서는, 광전지(photocell)에 광학적으로 결합된 도광체(light guide)를 포함하는 디바이스, 즉, 장치가 기술되어 있다. 해당 장치는 입체 혹은 평면 회절 구성부 혹은 홀로그램을 구비한 광 방향전환막(light turning film) 혹은 광 방향전환층을 추가로 포함한다. 상기 도광체 상에 입사된 광은 반사형 혹은 투과형인 입체 혹은 평면 회절 구성부 혹은 홀로그램에 의해 방향 전환되고 다수의 전내부 반사에 의해 해당 도광체를 통해 도광된다. 해당 도광된 광은 광전지 쪽으로 향한다. 소정의 실시형태에 있어서, 태양 에너지는 또한 물을 가열하거나 증기로부터 전기를 생산하기 위하여 열 발전기(thermal generator)를 가열하는데 이용된다. 각종 실시형태에 있어서, 상기 도광체는 얇고(예컨대, 1㎜ 미만), 예를 들어, 박막을 포함한다. 상기 도광체는 가요성 재료로 형성될 수 있다. 다수의 도광체층은 서로 적층되어, 광범위한 각도 및/또는 파장에 걸쳐서 동작하여 증가된 회절 효율을 지니는 집중기를 제조할 수 있다.
각종 실시형태에 있어서, 상부면과 하부면을 구비한 제1도광체를 포함하는 태양 에너지 집광장치가 개시되어 있다. 해당 장치는 제1광전지; 및 광이 상기 상부면과 하부면으로부터의 전내부 반사에 의해 상기 제1도광체에서 상기 제1광전지로 도광되도록 해당 제1도광체의 상기 상부면 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치된 복수개의 회절 구성부(diffractive feature)를 추가로 포함하되, 상기 제1도광체의 두께는 1㎜ 이하이다.
각종 실시형태에 있어서, 광을 도광시키는 제1도광수단을 포함하는 태양 에너지 집광장치가 개시되어 있다. 상기 도광수단은 상부면과 하부면을 포함하고, 광은 해당 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 도광된다. 상기 장치는 광을 흡광하기 위한 제1흡광수단을 추가로 포함하며, 해당 제1흡광수단은 광이 흡광된 결과로서 전기 신호를 발생하도록 구성되어 있다. 상기 장치는 또한 광을 회절시키기 위한 복수개의 광 회절수단을 포함하되, 해당 광 회절수단은 상기 광이 상기 상부면과 하부면으로부터의 전내부 반사에 의해 상기 제1도광수단에서 상기 제1흡광수단으로 도광되도록 해당 제1도광수단의 상기 상부면 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치되어 있고, 상기 제1도광수단의 두께는 1 ㎜ 이하이다. 몇몇 실시형태에 있어서, 상기 도광수단은 도광체를 포함하거나, 상기 흡광수단은 광전를 포함하거나, 상기 광 회절수단은 회절 구성부를 포함한다.
각종 실시형태에서는, 태양 에너지를 수집하는 장치를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 해당 방법은 상부면과 하부면을 구비한 제1도광체를 제공하는 단계를 포함하되, 해당 도광체는 복수개의 회절 구성부를 구비하고 상기 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 광을 도광시킨다. 상기 방법은 제1광전지를 제공하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 제1도광체의 두께는 1㎜ 이하이다. 각종 실시형태에 있어서, 상기 복수개의 회절 구성부는 상기 제1도광체 상에 배치되어 있다.
각종 실시형태에 있어서, 내부에 광을 도광시키는 제1도광체층과 제2도광체층을 포함하는 태양 에너지 집광장치가 개시되어 있다. 해당 장치는 제1광전지; 상기 제1도광체층에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치된 제1의 복수개의 회절 구성부; 및 상기 제2도광체층에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치된 제2의 복수개의 회절 구성부를 추가로 포함하되, 광은 상기 제1 및 제2도광체층 내에서 상기 제1광전지로 도광된다.
각종 실시형태에 있어서, 적어도 하나의 집광기를 포함하는 태양 에너지 집광장치가 개시되어 있다. 상기 집광기는 상부면과 하부면을 구비한 도광체; 상기 도광체의 상기 상부면에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 구성된 복수개의 회절 구성부; 적어도 하나의 광전지; 및 태양열 발전기를 포함한다.
각종 실시형태에 있어서, 상부면과 하부면을 구비하고, 해당 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 광을 도광시키는 도광체를 포함하는 태양 에너지 집광장치가 개시되어 있다. 해당 장치는 광전지; 및 상기 광이 상기 상부면과 하부면으로부터의 전내부 반사에 의해 상기 도광체에서 상기 광전지로 도광되도록 해당 도광체의 상기 상부면 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치된 복수개의 회절 구성부를 구비한 투과성 회절요소를 추가로 포함한다.
각종 실시형태에 있어서, 상부면과 하부면을 구비하고, 해당 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 광을 도광시키는 도광수단을 포함하는 태양 에너지 집광장치가 개시되어 있다. 해당 장치는 광이 흡광된 결과로서 전기 신호를 발생하도록 구성된, 광을 흡광하기 위한 흡광수단을 추가로 포함한다. 상기 장치는 상기 광이 상기 상부면과 하부면으로부터의 전내부 반사에 의해 상기 도광수단에서 상기 흡광수단으로 도광되도록 해당 도광수단의 상기 상부면 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치된 복수개의 회절 구성부를 구비한, 투과에 의해 광을 회절시키기 위한 광 회절수단을 추가로 포함한다. 각종 실시형태에 있어서, 상기 도광수단은 도광체를 포함하고, 상기 흡광수단은 광전지를 포함하며, 상기 광 회절수단은 복수개의 회절 구성부를 구비한 투과성 회절요소를 포함한다.
각종 실시형태에 있어서, 태양 에너지를 수집하는 집광장치를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 해당 방법은 상부면과 하부면을 구비하는 도광체를 제공하는 단계; 및 광전지를 제공하는 단계를 포함하되, 상기 도광체는 복수개의 회절 구성부를 구비한 투과성 회절요소를 포함하여, 상기 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 광을 도광시킨다.
각종 실시형태에 있어서, 제1도광수단과 제2도광수단을 포함하는 태양 에너지 집광장치가 개시되어 있다. 해당 장치는 광이 흡광된 결과로서 전기 신호를 발생하도록 구성된 제1흡광수단을 추가로 포함한다. 상기 장치는 광을 회절시키는 제1의 복수개의 광 회절수단 및 광을 회절시키는 제2의 복수개의 광 회절수단을 추가로 포함한다. 상기 제1 및 제2의 복수개의 광 회절수단은 상기 제1 및 제2도광수단 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 구성되어 있다. 광은 상기 제1흡광수단에 대해서 제1 및 제2도광수단에서 도광된다. 각종 실시형태에 있어서, 상기 제1 및 제2도광수단은 도광체를 포함하고, 상기 제1흡광수단은 광전지를 포함하며, 상기 제1 및 제2의 복수개의 광 회절수단은 회절 구성부를 포함한다.
각종 실시형태에 있어서, 태양 에너지 집광장치의 제조방법이 개시되어 있다. 해당 방법은 내부에 광을 도광시키는 제1 및 제2도광체층을 제공하는 단계를 포함하되, 상기 제1도광체층은 내부에 제1의 복수개의 회절 구성부를 포함하고, 상기 제2도광체층은 내부에 제2의 복수개의 회절 구성부를 포함한다. 상기 방법은 제1광전지를 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광은 상기 제1 및 제2도광체층에서 상기 제1광전지로 도광된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 상기 제1 및 제2의 복수개의 회절 구성부는 상기 제1 및 제2도광체층 상에 배치되어 있다.
각종 실시형태에 있어서, 광을 수집하는 적어도 하나의 집광수단을 포함하는 태양 에너지 집광장치가 개시되어 있다. 상기 집광수단은 광을 도광시키는 도광수단 및 광을 회절시키는 복수개의 광 회절수단을 추가로 포함하되, 해당 도광수단은 상부면과 하부면을 구비한다. 상기 광 회절수단은 상기 도광수단의 상기 상부면 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 구성되어 있다. 상기 장치는 광을 흡광하는 적어도 하나의 흡광수단을 추가로 포함하고, 해당 흡광수단은 광이 흡광된 결과로서 전기 신호를 발생하도록 구성되어 있다. 상기 장치는 열 에너지를 전기 혹은 기계 에너지로 변환시키는 열에너지 변환수단을 추가로 포함한다. 각종 실시형태에 있어서, 상기 집광수단은 집광기를 포함하거나, 상기 도광수단은 도광체를 포함하거나, 상기 광 회절수단은 회절 구성부를 포함하거나, 상기 흡광수단은 광전지를 포함하거나, 상기 열에너지 변환수단은 태양열 발전기를 포함한다.
각종 실시형태에 있어서, 태양 에너지를 수집하는 집광장치를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 해당 방법은 적어도 하나의 집광기를 제공하는 단계를 포함하되, 해당 집광기는 상부면과 하부면을 구비한 도광체; 및 상기 도광체의 상기 상부면에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 구성된 복수개의 회절 구성부를 포함한다. 상기 방법은 적어도 하나의 광전지를 제공하는 단계; 및 태양열 발전기를 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
본 명세서에 개시된 예시적인 실시형태는 첨부 도면에서 예시되어 있고, 이것은 단지 설명의 목적을 위한 것이다.
도 1a는 광선이 도광체 내부에서 굴절되고 이어서 해당 도광체로부터 투과되는, 도광체의 측면을 개략적으로 도시한 도면;
도 1b는 도광체 및 굴절의 원뿔(cone)의 측면도를 개략적으로 도시한 도면;
도 1c는 도광체의 상부면 상에 배치된 투과형 홀로그램(transmission hologram)을 포함하는 광 방향전환요소의 측면도를 개략적으로 도시한 도면;
도 1d는 도광체의 하부면 상에 배치된 반사형 홀로그램(reflection hologram)을 포함하는 광 방향전환요소의 측면도를 개략적으로 도시한 도면;
도 2a는 입체 혹은 평면 회절 구성부 혹은 홀로그램을 구비한 광 방향전환요소를 포함하는 도광체 내에 도광된 광의 원뿔을 개략적으로 도시한 도면;
도 2b는 입체 혹은 평면 회절 구성부 혹은 홀로그램을 구비한 광 방향전환요소를 포함하는 도광체 및 해당 도광체 내에 도광되는 광의 두 원뿔의 다른 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 3a는 입체 홀로그램을 구비한 광 방향전환층의 일 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 3b는 평면 부조 회절 구성부(surface relief diffractive feature)를 포함하는 광 방향전환층의 일 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 3c는 평탄화된 평면 부조 회절 구성부를 포함하는 광 방향전환층의 일 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 4a는 투과형 홀로그램을 구비한 광 방향전환층을 포함하는 집광기를 제조하는 하나의 구성예를 개략적으로 도시한 도면;
도 4b는 도 4a의 방법에 의해 제조된 집광기 및 그 내부에 집광되어 도광되는 주변광을 개략적으로 도시한 도면;
도 4c는 다수의 입체 홀로그램을 포함하는 집광기를 제조하는 하나의 구성예를 개략적으로 도시한 도면;
도 5a는 반사형 홀로그램을 구비한 광 방향전환층을 포함하는 집광기를 제조하는 하나의 구성예를 개략적으로 도시한 도면;
도 5b는 도 5a의 방법에 의해 제조된 집광기 및 그 내부에 집광되어 도광되는 주변광을 개략적으로 도시한 도면;
도 6은 연속적인 집광기 사이에 공기 간극(air gap)을 지닌 채 적층된 다수의 집광기를 포함하는 일 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 7은 상이한 집광기가 광학적으로 결합되도록 함께 적층된 다수의 집광기를 포함하는 일 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 8은 연속적인 집광기 사이에 저굴절률 소재를 구비하는 다수의 집광기를 포함하는 일 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 9 및 도 9a는 각 집광기가 상이한 각도에서 입사하는 광을 수광하는 다수의 집광기를 포함하는 일 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 10은 각 집광기가 상이한 파장에서 광을 집광하는 다수의 집광기를 포함하는 일 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 11a는 집광기의 대향하는 가장자리부를 따라 횡방향으로 배치된 집광기 및 PV 전지를 포함하는 일 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 11b 내지 도 11d는 집광기의 가장자리부를 따라 횡방향으로 배치된 1개, 2개 혹은 4개의 PV 전지를 포함하는 집광기의 각종 실시형태를 개략적으로 도시한 도면;
도 12는 집광기, PV 전지 및 태양열 발전기를 포함하는 시스템을 개략적으로 도시한 도면;
도 13은 주거용 주택의 창 및 지붕에 설치된 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막을 도시한 도면;
도 14는 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막이 자동차의 지붕에 설치된 일 실시형태를 도시한 도면;
도 15는 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막이 랩톱(laptop)의 본체에 부착된 실시형태를 나타낸 도면;
도 16은 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막이 의류 용품에 부착된 일례를 도시한 도면;
도 17은 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막이 신말에 설치된 일례를 도시한 도면;
도 18은 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막이 비행기의 날개와 창에 부착된 일 실시형태를 나타낸 도면;
도 19는 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막이 요트(혹은 범선)(sail boat)에 부착된 일 실시형태를 나타낸 도면;
도 20은 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막이 자전거에 부착된 일 실시형태를 나타낸 도면;
도 21은 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막이 위성에 부착된 일 실시형태를 나타낸 도면;
도 23은 말을 수 있도록(rolled) 실질적으로 가요성인 집광시트가 광전지에 광학적으로 결합된 일 실시형태를 도시한 도면.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 임의의 특정 실시형태들에 관한 것이지만, 본 발명은 다양한 방법들로 구현될 수 있다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 각 실시형태는 공급원으로부터 광선을 수집, 포획 및 집중시키도록 구성된 장치이면 어떠한 장치에서도 구현될 수도 있다. 더욱 상세하게는, 거주 및 상업적 속성에 전력을 제공하거나, 랩톱, PDA, 손목시계, 계산기, 휴대폰, 캠코더, 스틸 및 비디오 카메라, MP3 플레이어 등과 같은 전자 기기에 전력을 제공하는, 다양한 용도에서 혹은 해당 다양한 용도와 관련해서 구현될 수도 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시형태는 착용가능한 전력 발전 의류, 신발 및 액세서리에 이용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 실시형태의 일부는 자동차 배터리, 네비게이션 기기, 물을 펌핑하는 기기를 충전하는 데 이용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 실시형태는 항공 및 위성 용도에서의 이용도 발견할 수 있다. 또 다른 용도도 가능하다.
본 명세서에 기재된 각종 실시형태에 있어서, 태양광 집광기 및/또는 집중기가 광전지에 결합되어 있다. 태양광 집광기 및/또는 집중기는 예컨대 내부에 입체 혹은 평면 부조 회절 구성부 혹은 홀로그램이 형성된 판, 시트 혹은 막 등의 도광체를 포함한다. 상기 도광체에 입사되는 주변광은 상기 입체 혹은 평면 부조 회절 구성부 혹은 홀로그램에 의해 해당 도광체 내로 방향전환되어, 전내부 반사에 의해 해당 도광체를 통해 도광된다. 광전지는 상기 도광체의 하나 이상의 가장자리부를 따라 배치되고, 상기 도광체로부터 방출된 광은 광전지에 결합된다. 주변광을 광전지에 집광, 집중 및 지향시키는 도광체를 이용하는 것은 증가된 효율과 낮아진 비용으로 광 에너지를 전기로 변환시키는 광-전기 장치를 실현할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 태양 에너지는 또한 물을 가열하거나 증기로부터 전기를 생산하기 위하여 열 발전기를 통전(예컨대, 가열)하는데 이용된다. 상기 도광체는 판, 시트 혹은 막으로서 형성될 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 상기 도광체는 얇고(예컨대, 1㎝ 미만), 예를 들어, 박막을 포함한다. 상기 도광체는 가요성 재료로 형성될 수 있다. 상기 도광체는 반사형 혹은 투과형인 평면 혹은 입체 회절 구성부 또는 홀로그램을 포함할 수 있다. 다수의 도광체층은 서로 적층되어, 광범위한 각도 및/또는 파장에 걸쳐서 동작하여 증가된 회절 효율을 지니는 집중기를 제조할 수 있다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 수개의 실시형태는 홀로그래픽 요소를 포함하는 평탄한 집중기 장치를 이용해서 광전지에서 전달용의 태양광의 수집을 가능하게 한다. 주변 태양광은 회절 혹은 홀로그래픽 요소에 의해 포획되어 도광체의 도광 모드에 결합된다. 도 1a는 공기로 둘러싸인 도광체(101)를 포함하는 일 실시형태의 측면도를 도시하고 있다. 해당 도광체(101)는 하나 이상의 파장에서 광선에 실질적으로 광학적으로 투과성인 광학적 투과성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 도광체(101)는 가시 및 근적외 영역의 파장에 대해 실질적으로 광학적으로 투과성일 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 도광체(101)는 자외 혹은 적외 영역의 파장에 대해서 투명할 수 있다. 도광체(101)는 실질적으로 광학적으로 투과성인 판, 시트 혹은 막을 포함할 수 있다. 도광체(101)는 평탄하거나 만곡되어 있을 수 있다. 도광체(101)는 실시형태에 대한 구조 안정성을 제공하기 위하여 유리 혹은 아크릴 등의 강성 혹은 반강성 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 도광체(101)는 가요성 중합체 등과 같은 가요성 재료로 형성될 수 있다. 기타 재료, 예컨대, PMMA, 폴리카보네이트, 폴리에스터(예컨대, PET), 사이클로-올레핀 중합체(예컨대, 제오노(Zeonor))가 수개의 다른 실시형태에서 도광체(101)를 형성하는데 이용될 수 있다. 두께는 몇몇 실시형태에서 도광체(101)가 강성인지 가요성인지를 결정할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 도광체(101)는 기판 상에 배치된 박막을 포함할 수 있다. 해당 기판은 불투명하거나 부분적으로 혹은 실질적으로 완전히 광학적으로 투과성이거나 혹은 투명할 수 있다. 상기 기판은 강성 혹은 가요성일 수 있다.
도광체(101)는 두 면을 포함할 수 있다. 그 중, 상부면은 주변광을 수광하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 도광체의 하부면은 기판에 부착되어 있을 수 있다. 도광체(101)는 복수개의 가장자리부에 의해 전반에 걸쳐 둘러싸여 있을 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 도광체(101)의 길이와 폭은 해당 도광체(101)의 두께보다 실질적으로 크다. 도광체(101)의 두께는 0.1㎜ 내지 10㎜ 사이일 수 있다. 도광체(101)의 면적은 1.0㎠ 내지 10,000㎠ 사이일 수 있다. 그러나, 이들 범위 외의 치수도 가능하다.
도 1a에 도시된 바와 같이 공기 중에 유래하는 도광체(101)의 실시형태의 상부면에 입사하는 주변광선(102i)을 고려하자. 주변광선(102i)은 표면에 대한 법선에 대해서 각도(θi)에서 입사된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 주변광선(102i)은 상기 법선에 대해서 각도(θr)에서 광선(102r)으로서 도광체(101) 내로 굴절될 것이고, 이어서 상기 법선에 대해서 각도(θt)에서 주변 공기 매질 내로 광선(102t)으로서 도광체(101)로부터 투과될 것이다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광선(102t)이 도광체(101)로부터 투과되는 각도(θt)는 각도(θi)와 대략 동일하며, 해당 각도에서 주변광선(102i)이 도광체(101)에 입사된다.
도광체(101) 내의 굴절된 광선(102r)이 도광체(101)에 대한 법선과 함께 만드는 굴절각(θr)은 스넬의 법칙(Snell's law)에 의해 계산될 수 있고, 공기 매질의 굴절률에 대한 도광체 재료의 굴절률의 비의 역 사인과 동일하다. 몇몇 실시형태에 있어서, 공기로부터 도광체(101) 상에 입사하여, 도 1b에 도시된 바와 같이, 반구(102) 내에 놓이는 광선은, 광선(103a), (103b)으로 규정된 원뿔 내에 굴절되고, 이어서 도광체(101) 밖으로 투과된다. 이들 실시형태에서의 입사광선은 입사각에 관계없이 도광체로부터 거의 항상 투과되기 때문에, 이러한 도광체를 이용하여 그 안에 광을 포획하여 도광하는 것은 곤란할 수 있다.
도 1a의 광선(102r)이 도광체(101) 밖으로 투과되는 것을 방지하기 위하여, 굴절각(θr)은 도광체(101)를 포함하는 재료의 임계각(θTIR)과 동일하거나 그 이상일 필요가 있다. 임계각(θTIR)은 광학적으로 치밀한 매질로부터 광학적으로 보다 희박한 매질까지 통과하는 광선이 전내부 반사되는 최소 입사각이다. 임계각(θTIR)은 광학적으로 치밀한 매질의 굴절률과 광학적으로 희박한 매질의 굴절률에 의존한다. 도 1a를 참조하면, 이와 같이 해서 임계각(θTIR)은 도광체(101)를 구성하는 재료 및 해당 도광체(101)를 둘러싸고 있는 재료(예컨대, 공기)에 의존한다. 몇몇 실시형태에 있어서, 공기 중에서 유래하는 광선에 대해서(예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이), 굴절각은 입사각이 표면에 대한 법선에 대해서 90°와 대략 동등한 경우 상기 임계각과 대략 동등하다는 것은 스넬의 법칙에 의해 알 수 있다.
광 방향전환요소는 도광체에 입사하는 주변광을 포획하여 이 입사광을 도광체의 도광 모드로 변환시키기 위하여 도광체와 함께 포함될 수 있다. 광 방향전환요소는 광선이 전내부 반사에 의해 도광체 내에 도광될 수 있도록 해당 도광체 안쪽에서 입사광의 각도를 전환시킬 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 도광체에 의해 집광되어 도광되는 광량은 도광체의 집광 효율이라 지칭될 수 있다. 따라서, 각종 실시형태에 있어서, 광 방향전환요소는 도광체의 집광 효율을 증감시킬 수 있다. 광 방향전환요소를 포함하는 도광체에 의해 집광되어 도광된 광은 도광체의 하나 이상의 가장자리부에 배치된 하나 이상의 광-전자 디바이스(예컨대, 태양 전지)로 전달될 수 있다. 도광체를 구성하는 재료 및 치수의 적절한 채택에 의해, 입사 주변광선은 도광체를 통해서 도광되어 소정의 거리에서 전달될 수 있다.
도 1c 및 도 1d는 광 방향전환요소(105)를 추가로 포함하는 도광체(101)의 실시형태를 도시하고 있다. 광 방향전환요소(105)는 미세구조가 형성된 박막일 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광 방향전환요소(105)는 입체 혹은 평면 부조 회절 구성부 혹은 홀로그램을 포함할 수 있다. 광 방향전환요소(105)는 박판, 얇은 시트 혹은 박막일 수 있다. 광 방향전환요소(105)의 두께는 몇몇 실시형태에서 대략 1㎛ 내지 대략 100㎛의 범위일 수 있지만, 다른 실시형태에서는 보다 크거나 보다 작을 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광 방향전환요소 혹은 광 방향전환층(105)의 두께는 5㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 몇몇 다른 실시형태에서, 광 방향전환요소 혹은 층(105)의 두께는 1㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 광 방향전환요소(105)는 접착제에 의해 도광체(101)의 표면에 부착될 수 있다. 접착제는 도광체(101)를 구성하는 재료와 굴절률 정합(index matched)될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 접착제는 광 방향전환요소(105)를 구성하는 재료와 굴절률 정합될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광 방향전환요소(105)는 도광체(101) 상에 적층될 수 있다. 소정의 다른 다른 실시형태에 있어서, 체적 혹은 평면 회절 구성부 혹은 홀로그램은 엠보싱, 성형 혹은 기타 공법에 의해 도광체(101)의 상부면 혹은 하부면 상에 형성될 수 있다.
입체 혹은 평면 회절 요소 혹은 홀로그램은 투과 혹은 반사 모드에서 작동할 수 있다. 투과성 회절요소 혹은 홀로그램은 일반적으로 광학적으로 투과성 재료로 구성되어 그곳을 통과하는 광을 회절시킨다. 반사 회절 요소 및 홀로그램은 일반적으로 반사성 재료로 구성되어 그로부터 반사된 광을 회절시킨다. 소정의 실시형태에 있어서, 입체 혹은 평면 회절 요소/홀로그램은 투과 구조와 반사 구조의 혼성체일 수 있다. 회절 요소/홀로그램은 레인보우 홀로그램, 컴퓨터-생성 회절 요소 혹은 홀로그램, 또는 기타 유형의 홀로그램 혹은 회절성 광학 요소를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 반사형 홀로그램은, 해당 반사형 홀로그램이 투과형 홀로그램보다 양호하게 백색광을 집광하여 도광할 수 있기 때문에, 투과형 홀로그램에 비해서 바람직할 수 있다. 이들 실시형태에 있어서, 소정의 투명도가 요구될 경우, 투과형 홀로그램이 이용될 수 있다. 투과형 홀로그램은 다수의 층을 포함하는 실시형태에서 반사형 홀로그램에 비해서 바람직할 수 있다. 이하에 설명된 소정의 실시형태에 있어서, 투과형 층들(예를 들어, 투과형 홀로그램들)의 적층체가 광학 성능을 증가시키는데 유용할 수 있다. 투과형 층은 또한 일부의 광이 도광체를 통과해서 해당 도광체 밑의 공간 영역으로 가는 것을 허용하도록 설계된 실시형태에서 유용할 수도 있다. 회절 요소 혹은 홀로그램은 디자인 혹은 미적 목적을 위해 색을 반사하거나 투과시킬 수도 있다. 도광체가 디자인 혹은 미적 목적을 위해 하나 이상의 색을 투과시키도록 구성된 실시형태에서, 투과형 홀로그램 혹은 레인보우 홀로그램이 이용될 수 있다. 도광체가 디자인 혹은 미적 목적을 위해 하나 이상의 색을 반사시키도록 구성된 실시형태에서, 반사형 홀로그램 혹은 레인보우 홀로그램이 이용될 수 있다.
광 방향전환요소(105)의 하나의 가능한 이점은 도 1c 및 도 1d를 참조하여 이하에 설명한다. 도 1c는 광 방향전환요소(105)가 투과형 홀로그램을 포함하고 도광체(101)의 상부면 상에 배치되어 있는 실시형태를 도시하고 있다. 주변광선(102i)은 입사각(θ1)에서 광 방향전환요소(105)의 상부면 상에 입사된다. 광 방향전환요소(105)는 입사광선(102i)의 방향을 전환시키거나 그것을 회절시킨다. 해당 회절된 광선(102b)은, 도광체(101)에서의 광선(102r)의 전파 각도가 (θTIR)보다 큰 (θ"1)로 되도록 도광체(101)에 입사된다. 이와 같이 해서, 도광체(101)로부터 투과되지만 광 방향전환요소(105)의 부재 시(예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같은 경우) 도광체(101) 내에 도광되지 않는 광선(102t)은 이제 광 방향전환요소(105)의 존재로 인해 집광되어 도광체(101) 내에 도광된다. 광 방향전환요소(105)는 따라서 도광체(101)의 집광 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1d는 광 방향전환요소(105)가 반사형 홀로그램을 포함하고 도광체(101)의 하부면 상에 배치되어 있는 실시형태를 도시하고 있다. 도 1a를 참조하여 전술한 바와 같이, 광선(102i)은 광선(102r)의 전파 각도가 (θ'1)이 되도록 각도(θ1)에서 도광체(101)의 상부면에 입사된다. 광 방향전환요소(105)에 충돌 시 굴절된 광선(102r)은 도광체(101)에 대한 임계각(θTIR)보다 큰 각도(θ"1)에서 광선(102b)으로서 광 방향전환요소(105)에 의해 방향전환된다. 각도(θ"1)가 임계각(θTIR)보다 크므로, 광선(102b)은 이어서 다수의 전내부 반사를 통해서 도광체(101) 내에 도광된다. 이와 같이 해서, (예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이) 이전에 도광체(101)에 의해 도광되지 않았던 주변광선(102i)은 이제는 광 방향전환요소(105)의 존재로 인해 도광체(101) 내에 도광된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 도광체(101)와 광 방향전환요소(105)는 함께 집광기로서 혹은 이들이 막이나 층을 포함할 경우에는 집광막 혹은 집광층으로서 지칭될 수 있다.
전술한 바와 같이, 광 방향전환요소는 수용뿔(cone of acceptance)을 증가시키는데 이용될 수 있고, 그 안에 놓여 있는 광선이 도광체에 의해 집광되어 도광되고 있다. 도 2a는 도광체(201)의 상부면 상에 배치된 입체 혹은 평면 회절 구성부를 지닌 광 방향전환요소(205)를 포함하는 도광체(201)의 일 실시형태를 도시하고 있다. 반각(β)을 지니는 원뿔(204)(이하 "비도광된 광의 원뿔"이라 칭함) 내에 놓여 있는 입사광의 광선은, 도광체(201) 내에서 방향전환되거나 휜 광선의 전파 각도가 (θTIR)보다 작거나 동등하게 되도록 광 방향전환요소(205)에 의해 방향전환되거나 휘게 된다. 따라서, 비도광된 광의 원뿔(204) 내에 놓여 있는 입사광선은 도광체로부터 투과될 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 비도광된 광의 원뿔(204) 밖에 놓여 있는 광선은 도 2b에 대해서 이하에 설명하는 바와 같이 집광되어 도광체 내에 도광될 수 있다.
광 방향전환요소(205)에 있어서, 평면 혹은 입체 회절 구성부들 혹은 홀로그램들은 상이한 방향을 따라 주변광을 수용하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 실시형태에서, 평면 혹은 입체 회절 구성부는 -x축 및 y축으로 둘러싸인 제2사분면에 놓인 원뿔(206)과 x축 및 y축으로 둘러싸인 제1사분면에 놓인 원뿔(207) 내에 입사광선을 수용하여 방향전환시킬 수 있다. 원뿔(206) 내의 광선은 원뿔(208) 내의 경로를 따라 투과되는 한편, 원뿔(207) 내의 광선은 원뿔(209) 내의 경로를 따라 투과된다. 원뿔(208), (209) 내의 광선은 도광체(201) 내에 도광될 수 있고, 해당 도광체(201)의 가장자리부를 따라 배치될 수 있는 광-전자 디바이스(예를 들어, 광전지)에서 결합될 수 있다.
홀로그램은 감광판, 감광막 혹은 감광층(혹은 포토그래픽판, 포토그래픽막 혹은 포토그래픽층) 상의 두 광선의 간섭에 의해 생성된 패턴을 기록함으로써 제작된다. 이들 두 광선 중 하나는 입사광선이라 불리고 다른 쪽은 출력 광선이라 불린다. 두 광선은 간섭되고, 얻어지는 간섭 패턴은 감광판, 감광막 혹은 감광층 상에 굴절률의 변조(예컨대, 입체 홀로그램)로서 혹은 지형적 구성부(topographical feature)(예컨대, 평면 홀로그램)로서 기록된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 간섭 패턴은 줄무늬 혹은 격자로서 기록될 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 간섭 패턴(또는 홀로그래픽 패턴)은 굴절률의 변동으로서 기록될 수 있다. 이러한 구성부는 입체 구성부(volume feature)(예를 들어, 입체 홀로그램)로 지칭된다. 도 3a는 입체 구성부를 포함하는 홀로그래픽 판, 막 혹은 층의 측면도를 도시하고 있다. 다른 실시형태에 있어서, 간섭 패턴은 예를 들어 홀로그래픽 판, 막 혹은 층의 표면 상에 지형적인 변동으로서 기록된다. 이러한 구성부는 평면 부조 구성부(예를 들어, 평면 홀로그램 혹은 회절 광학 요소)라 지칭된다. 도 3b는 평면 부조 홀로그래픽 혹은 회절 구성부를 포함하는 홀로그래픽 판, 막 혹은 층의 측면도를 도시하고 있다.
제2광선을 재생하기 위하여, 홀로그래픽 판, 막 혹은 층은 제1광선에 의해 조명될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 홀로그래픽 판, 막 혹은 층의 변환 효율은 홀로그래픽 판, 막 혹은 층에 입력된 광에 대한 홀로그래픽 판, 막 혹은 층에 의해 출력된 광의 비로서 정의될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 입체 홀로그램의 변환 효율은 평면 홀로그램의 변환 효율보다 높을 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 보다 낮은 굴절률의 평탄화 재료가 도 3c에 도시된 바와 같은 평면 홀로그래픽 구성부 위에 배치될 수 있다. 이 평탄화 평면 홀로그램은 유리하게는 추가의 층들이 해당 평면 홀로그램 상에 형성되는 것을 허용할 수 있고 또한 표면 구성부를 보호함으로써 더욱 강인한 구조체로 될 수 있다. 평탄화는 또한 유리하게는 다수의 집광막을 함께 적층할 수 있다.
도 4a는 입체 투과형 홀로그램을 포함하는 실시형태(400)를 제조하는 하나의 방법을 도시하고 있다. 이 방법은 도광체(401)의 상부면 상에 감광판, 감광막 혹은 감광층(405)을 배치하는 단계를 포함한다. 전술한 바와 같이, 감광판, 감광막 혹은 감광층(405)은 예를 들어 접착제 층에 의해 도광체(401)에 적층되거나 부착될 수 있다. 이 접착제 층은 도광체(401)와 굴절률 정합될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 감광 재료는 도광체(401) 상에 피복된다. 소정의 실시형태에 있어서, 감광판, 감광막 혹은 감광층(405)은 홀로그램 기록 재료로서 지칭될 수 있다. 감광판, 감광막 혹은 감광층(405)은 포토그래픽 에멀젼, 이색성 젤라틴, 포토레지스트, 광열가소물(photothermoplastics), 광중합체, 광변색제(photochromies), 광굴절제(photorefractives) 등을 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 홀로그램 기록 재료는 할로겐화은층 혹은 기타 감광 약품층을 포함할 수 있다. 회절 구성부는 간섭 패턴 등과 같은 광의 패턴에 감광 재료를 노출시킴으로써 감광 재료에 형성될 수 있다.
소정의 실시형태에 있어서, 예를 들어, 상기 방법은 도광체(401)의 전방에 제1광원(408)과 제2광원(407)을 배치하는 단계를 포함한다. 커플링 프리즘(406)은 제1광원(408)으로부터의 광선("기준 광선"(reference beam)으로도 지칭됨)이 가파른 각도에서 상기 홀로그래픽 재료에 입사되어 도광체(401)의 도광 모드로 될 수 있도록 홀로그램 기록 재료(405) 위에 배치되어 있다. 제2광원(407)으로부터의 광선("대상 광선"(object beam)으로도 지칭됨)은 또한 커플링 프리즘(coupling prism)을 통해서 홀로그램 기록 재료 쪽으로 향한다. 대상 광선과 기준 광선 간의 간섭은 홀로그램 기록 재료 상에 기록된다. 감광판, 감광막 혹은 감광층(405)이 현상된 후, 상기 실시형태(400)는 도 4b에 도시된 바와 같이 태양광을 집광하여 도광하는데 이용될 수 있다. 상기 실시형태(400)는, 태양광에 노출될 경우, 대상 광선과 대략 동일한 입사광을 지니는 태양광선을 방향전환시켜 이들을 도광체(401)를 통해 도광시킬 것이다. 태양의 입사광선은 도광된 기준 광선과 동일한 방향을 따라 도광체(401) 내에 도광된다.
도 4c에 도시된 바와 같이 기준 광선 및 대상 광선의 각도를 변화시킴으로써 다수의 홀로그램이 기록될 수 있다. 도 4c에서, 광선(411o)은 제1입사각에서 입사되는 대상 광선을 나타내는 한편, 광선(412o)은 제2입사각에서 입사되는 대상 광선을 나타낸다. 광선(411r) 및 광선(412r)은 각각 대상 광선(411o), (412o)에 대응하는 기준 광선을 나타낸다. 제1각도에서 입사하는 태양 광선은 기준 광선(411r)의 방향을 따라 도광체를 통해 집광· 도광되는 한편, 제2각도에서 입사되는 태양 광선은 기준 광선(412r)의 방향을 따라 도광체를 통해 집광· 도광될 것이다. 이와 같이 해서, 다수의 홀로그램을 포함하는 방향전환층은 다수의 각도에서 입사하는 태양 광선을 집광하여 도광시킬 수 있다.
기준 광선의 파장 및/또는 입사각을 변화시킴으로써 다수의 홀로그램이 기록될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 3개의 상이한 홀로그램이 기준 광선의 3개의 상이한 파장(예를 들어, 자외, 청색 및 녹색)에 대해서 기록될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 기준 광선의 파장은 대략 325㎛, 대략 365㎛, 대략 418㎛ 및 대략 532㎛일 수 있다. 적색 레이저는 적절한 기록 매질이 이용가능하다면 기준 광선으로서 이용될 수 있다. 기준 광선의 상이한 파장에서 다수의 홀로그램을 기록하는 것은 태양 스펙트럼에서의 광의 보다 넓은 파장을 집광하는데 유리할 수 있다.
도 5a는 반사형 홀로그램을 포함하는 실시형태(500)를 제조하는 방법을 도시하고 있다. 본 실시형태에서, 해당 방법은 도광체(501)의 하부면 상에 감광판, 감광막 혹은 감광층(505)을 배치하는 단계를 포함한다. 해당 감광판, 감광막 혹은 감광층은 도광체(501)의 하부면에 피복되거나 적층될 수 있다. 도 4a를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 접착제가 감광판, 감광막 혹은 감광층를 도광체(501)에 접합시키는데 이용될 수 있다. 기준 레이저원(508)은 기준 광선이 도광체(501)의 하부면에 입사되도록 해당 도광체(501)에 대해서 후방에 배치되어 있다. 전술한 바와 같이, 기준 프리즘(506)은 가파른 각도(예를 들어, θ")에서 기준 광선을 결합시켜 도광체(501)의 도광 모드인 광선을 생성하는데 이용될 수 있다. 광원(507)은 대상 광선이 도광체(501)의 상부면 상에 입사되도록 도광체(501)의 전방에 배치되어 있다. 광원(507)으로부터 방사된 대상 광선과 기준 광선 간의 간섭 패턴이 홀로그램 기록 재료 상에 기록된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 도 5a의 광원(507)으로부터 대상 광선과 대략 동일한 입사각에서 도광체(501)에 입사되는 태양 광선은 도광된 기준 광선의 방향을 따라 도광체를 통해 도광될 것이다.
홀로그램을 기록하는 다른 방법도 가능하다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 소망의 도광 모드를 생성하는 마스터(master) 홀로그래픽 패턴이 방향전환막 혹은 방향전환층 상에 소망의 홀로그래픽 패턴을 엠보싱하거나 소망의 홀로그래픽 패턴을 광학적 방법을 통해서 재현하는데 이용될 수 있다. 소망의 도광 모드를 생성하는 홀로그래픽 패턴은 또한 광학적 방법에 의해 혹은 컴퓨터 프로그램(예컨대, 컴퓨터 생성 홀로그램)에 의해 제작될 수도 있다.
위에서 제작된 바와 같은 광 방향전환요소를 포함하는 도광체는 태양광을 집광하여 집중시키는데 이용될 수 있고, 따라서 집광기로 지칭될 수도 있다. 이들 집광기 상에 입사되는 광의 상당 부분이 포획되는 한편, 이들 집광기 상에 입사되는 주변광의 일부가 여전히 남아 집광되지 않고 집광기 밖으로 지향됨으로써 해당 집광기의 집광 효율을 저감시킬 수 있다. 집광 효율을 향상시키기 위하여, 다수의 집광기가 적층 상태로 포함될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 복수개의 집광기 층은 평면 혹은 입체 회절 구성부 혹은 홀로그램을 포함하는 광 방향전환요소와 함께 배치된 도광체를 포함하므로, 상부 도광층을 통해 투과된 광이 하부 도광층에 의해 수광될 수 있다.
도 6은 3개의 도광체층(601a), (601b), (601c)을 포함하는 실시형태를 도시하고 있다. 이들 3개의 도광체층은, 공기 간극(603)이 임의의 두 연속적인 도광체층 사이에 내포되도록 적층되어 있다. 광 방향전환요소(602a), (602b), (602c)는 도광체층(601a), (601b), (601c)의 표면 상에 배치되어 있다. 각 광 방향전환층은 상이한 각도를 통해서 광을 방향전환시키는 입체 혹은 평면 부조 회절 구성부들을 포함한다. 예를 들어, 도 6에서, 원뿔(604) 내의 주변광은 도광체(601a) 위에 배치된 광 방향전환요소(602a) 상에 입사된다. 광 방향전환요소(602a)는 도광 모드 내로 입사광을 방향전환시킬 수 있다. 예를 들어, 원뿔(605) 내에 놓여 있는, 임계각보다 큰 각도에서 광 방향전환요소(602a) 밖에서 결합된 광선은 도광체(601a)의 도광 모드 속으로 결합될 것이다. 예를 들어 원뿔(606) 내에 놓여 있는, 임계각보다 작은 각도에서 광 방향전환요소(602a) 밖으로 지향된 광선은 집광되지 않고, 도광체(601b) 상에 배치된 광 방향전환요소(602b) 상에 입사될 것이다. 광 방향전환요소(602b)는 그 위에 입사되는 광을 방향전환시킬 수 있다. 예를 들어 원뿔(607)에 놓여 있는, 임계각보다 큰 각도에서 광 방향전환요소(602b) 밖에서 결합된 광선은 도광체(601b)의 도광 모드 속으로 결합되는 한편, 예를 들어 원뿔(608) 내에 놓여 있는, 임계각보다 작은 각도에서 광 방향전환요소(602b) 밖에서 지향된 광선은 도광체(601b) 밖에서 결합될 것이다. 마찬가지로, 광 방향전환요소(602c)는 그 위에 입사된 광을 방향전환시킬 수 있다. 예를 들어, 원뿔(609) 내에 놓여 있는, 임계각보다 큰 각도에서 광 방향전환요소(602c) 밖에서 결합된 광선은 도광체(601c)의 도광 모드 속으로 결합될 것이다. 이와 같이 해서, 주변광의 커다란 부분이 전술한 다수의 도광체의 적층체에 의해 집광될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 조합된 모든 층의 누적 집광 효율은 소망의 각도 및 스펙트럼 범위 내에서 대략 100%에 접근할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 광 방향전환요소(602a), (602b), (602c)는 대략 동일 혹은 상이한 각도에서 입사광을 방향전환시킬 수 있다. 소정의 실시형태에서, 광 방향전환요소(602a), (602b), (602c)는 이들 3개의 광 방향전환요소의 각각이 상이한 파장의 광을 집광하도록 상이한 평면 부조 회절 구성부 혹은 홀로그램을 포함할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 상이한 도광체(601a), (601b), (601c)는 상이한 파장의 광을 집광할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 적층된 도광체는 광전지에 의해 전기 에너지로 변환될 수 있는 광의 파장(예를 들어, 가시 파장)만을 집광할 수 있는 한편 광전지 혹은 도광체 혹은 홀로그래픽 재료에 손상을 줄 수 있는 자외(UV)광 및 적외(IR)광은 도광체층 밖으로 투과된다. 투과된 UV광 및 IR광은 열 발전 요소 등의 다른 요소로 전달될 수 있다. 이러한 열 발전 요소는 예를 들어 물을 가열하여 온수 혹은 열을 제공할 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 물 혹은 기타 액체, 예컨대, 오일은 증기를 형성할 수 있다. 이 증기는 하나 이상의 터빈을 구동시켜 전기를 발전시키는데 이용될 수 있다. 이들 태양 광선으로부터의 열을 발전시키는 방법은 태양열 발전이라 지칭될 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 태양열 발전기는 유체, 예컨대, 물, 오일 혹은 가스를 가열하여 전력 및/또는 기계적 파워를 발전시키는데 이용될 수 있다.
도 7은 공기 간극을 개재시키는 일없이 함께 적층된 도광체층(701a), (701b), (701c)을 포함하는 복합 집광기를 예시하고 있다. 광 방향전환요소(702a), (702b), (702c)는 도광체층(701a), (701b), (701c)의 상부면 상에 배치되어 있다. 도광체 및 광 방향전환요소는 함께 적층될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 도광체와 광 방향전환요소는 모두 도 7에 도시된 바와 같이 함께 광학적으로 결합되어 단일의 도광체를 형성할 수 있다. 복합 도광체의 상부면에 입사하는 광은 다른 광 방향전환막 혹은 층(702a), (702b), (702c) 중 어느 하나와 접촉할 수 있고, 도광체의 도광 모드 속으로 변환될 수 있다. 도광체를 적층하는 이 방법의 하나의 이점은, 복합 도광체층의 전체 두께가 저감될 수 있다는 점이다. 몇몇 실시형태에 있어서, 이러한 복합 도광체의 전체 두께는 1㎝보다 작을 수 있지만, 이 범위 밖의 값도 가능하다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 복합 도광체가 공기 간극을 두고 적층된다면, 도광체의 두께는 1㎝보다 클 수 있다. 다층 복합 도광체의 각 층의 두께는 대략 1㎜일 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 도광체의 두께는 0.5㎜ 미만일 수 있다. 몇몇 다른 실시형태에서, 도광체의 두께는 1㎜ 미만일 수 있다.
도 8은 다수의 도광체(801a), (801b), (801c)를 포함하는 복합 집광기를 도시하고 있다. 각 도광체(801a), (801b), (801c)는 저굴절률 재료층(803)에 의해 분리되어 있다. 저굴절률 재료층(803)은 몇몇 실시형태에서 클래딩으로 지칭될 수 있다. 각종 실시형태에 있어서, 저굴절률 재료층(803)은 각 도광체를 광학적으로 분리시킬 수 있다. 이와 같이 해서, 몇몇 실시형태에 있어서, 저굴절률 재료층(803)은 광학적 분리층으로 지칭될 수 있다. 복합 집광기는 도광체(801a), (801b), (801c)의 표면 상에 배치된 광 방향전환요소(예를 들어, (802a), (802b), (802c))를 추가로 포함한다. 도 6을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 복합 도광체의 상부면 상에 입사되는 광의 제1부분은 도광체(801a)를 통해 도광되는 한편, 복합 도광체의 상부면 상에 입사되는 광의 제2부분은 도광체(801a)를 통해 투과되고, 이어서 도광체(801b)에 입사된다. 도광체의 적층체의 상부면 상에 입사되는 광의 일부분은 도광체(801b)를 통해 도광되는 한편, 도광체(801b) 상에 입사되는 광의 다른 부분은 해당 도광체(801b)로부터 투과되어 이어서 도광체(801c) 상에 입사된다. 이 과정은 소망의 각도 및/또는 스펙트럼 범위의 광의 많은 부분이 복합 집광기에 의해 집광되어 도광될 때까지 반복된다.
상기 설명된 적층된 복합 집광기의 모든 실시형태에 대해서, 집광 효율은 상이한 각도 원뿔 내의 광뿐만 아니라 상이한 스펙트럼 영역 내의 광도 포획 혹은 집광되도록 각 광 방향전환요소를 설계함으로써 더욱 증가될 수 있다. 이 개념은 이하에 더욱 상세히 설명된다. 도 9에 도시된 실시형태(900)에 있어서, 다수의 도광체층(901), (902), (903), (904), (905), (906)은 함께 적층되어 복합 집광 구조를 형성한다. PV 전지(913)는 도 9에 도시된 바와 같은 복합 집광 구조에 대해서 횡방향으로 배치될 수 있다. 각 도광체층(901) 내지 (906)은 도 9a에 도시된 바와 같이 회절 구성부 혹은 홀로그램을 구비한 광 방향전환요소(907) 내지 (912)를 추가로 포함한다. 상이한 광 방향전환요소(907) 내지 (912)는 상이한 각도로 둘러싸고 있는 매질(예컨대, 공기)로부터 집광기 상에 입사되는 광을 포획하도록 구성된다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 광 방향전환요소(907)는 해당 광 방향전환요소(907)에 대한 법선에 대해서 대략 0° 내지 -15° 사이에서 입사되는 광선을 포획하거나 집광할 수 있다. 광 방향전환요소(908)는 해당 광 방향전환요소(908)에 대한 법선에 대해서 대략 -15° 내지 -30° 사이에서 입사되는 광선을 집광할 수 있다. 한편, 광 방향전환요소(909)는 해당 광 방향전환요소(909)에 대한 법선에 대해서 대략 -30° 내지 -45° 사이에서 입사되는 광선을 집광할 수 있다. 광 방향전환요소(910)는 해당 광 방향전환요소(910)에 대한 법선에 대해서 대략 0° 내지 15° 사이에서 입사되는 광선을 집광할 수 있다. 광 방향전환요소(911)는 해당 광 방향전환요소(911)에 대한 법선에 대해서 대략 15° 내지 30° 사이에서 입사되는 광선을 집광할 수 있고, 광 방향전환요소(912)는 해당 광 방향전환요소(912)에 대한 법선에 대해서 대략 30° 내지 45° 사이에서 입사되는 광선을 집광할 수 있다. 이와 같이 해서, 이 복합 집광 구조는 복합 도광체의 표면에 대한 법선에 대해서 -45° 내지 45°사이에서 입사되는 광을 효율적으로 집광할 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 복합 집광 구조는 복합 도광체의 표면에 대한 법선에 대해서 대략 -80° 내지 80°사이에서 광을 효율적으로 집광할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 복합 집광 구조는 복합 도광체의 표면에 대한 법선에 대해서 대략 ± 70° 혹은 ± 60° 혹은 ± 50°사이에서 광을 효율적으로 집광할 수 있다. 위에서 규정된 집광 각도는 단지 예이다. 각종 다른 실시형태에서 집광 각도의 다른 범위도 가능하다.
각각 상이한 원뿔의 광을 집광하도록 구성된 수개의 집광층을 적층하는 하나의 가능한 이점은 집광기의 배향을 기계적으로 변화시키는 일없이 하루의 대부분을 통해서 효율적으로 집광될 수 있다. 예를 들어, 아침 및 저녁에, 태양 광선은 스침각(grazing angle)에서 입사하는 한편, 한낮의 태양 광선은 법선에 가깝게 입사된다. 도 9에 기재된 실시형태는 아침, 점심 및 저녁에 대략 동등한 효율로 광을 집광할 수 있다.
도 10은 함께 적층된 다수의 도광체층(1001), (1002), (1003)을 포함하는 일 실시형태를 도시하고 있다. 각 도광체층은 광 방향전환요소(1004), (1005), (1006)를 추가로 포함하고, 이들은 각각 회절 구성부 혹은 홀로그램을 포함한다. 광기전력(PV) 전지(1007), (1008), 1009)는 각 도광체층(1001), (1002), (1003)에 대해서 횡방향으로 배치되어 있다. 각 광 방향전환요소(1004), (1005), (1006)는 대응하는 PV 전지의 밴드 갭과 등가인 에너지를 지니는 상이한 스펙트럼 범위의 광을 집광하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 입사 광선(1010)은 스펙트럼 범위 Δλ1 내의 광을 포함하고; 입사 광선(1011)은 스펙트럼 범위 Δλ2 내의 광을 포함하며; 입사 광선(1012)은 스펙트럼 범위 Δλ3 내의 광을 포함하고; 입사 광선(1013)은 스펙트럼 범위 Δλ4 내의 광을 포함한다. 소정의 실시형태에 있어서, 상기 스펙트럼 범위 Δλ1, Δλ2 및 Δλ3은 청색, 녹색 및 적색 광에 대응할 수 있다. 광 방향전환요소(1006)는 스펙트럼 범위 Δλ1 내의 광을 효율적으로 집광하여 도광체(1001)의 도광 모드 속으로 방향전환시켜 PV 전지(1007) 쪽으로 향하게 한다. PV 전지(1007)의 밴드 갭은 스펙트럼 범위 Δλ1 내에서 효율적으로 광을 흡수시킨다. 마찬가지로, 광 방향전환요소(1005), (1004)는 스펙트럼 범위 Δλ2, Δλ3 내의 광을 효율적으로 집광하여, 도광체(1002), (1003)의 도광 모드 속으로 방향전환되어, 각각 PV 전지(1008), (1009) 쪽으로 방향전환된다. PV 전지(1008), (1009)의 밴드 갭은 각각 스펙트럼 범위 Δλ2 및 Δλ3에서 효율적으로 광을 흡광한다. 또, 도 10에 예시된 실시형태에서는 바람직하지 않은 스펙트럼 범위(예를 들어, IR 혹은 UV)인 스펙트럼 범위 Δλ4의 광을 포함하는 광선(1013)이 도시되어 있다. 광선(1013)은 광 방향전환요소(1004), (1005), (1006) 중 어느 것에 의해서도 방향전환되지 않고 투과되어 버린다.
여기서 기재된 바와 같이, 상이한 홀로그래픽 층 혹은 회절성 광학 요소를 구비한 다수의 도광체 혹은 도광체층은 적층될 수 있다. 3개의 상이한 홀로그래픽 층 혹은 회절성 광학 요소를 구비한 도광체 혹은 도광체층이 도 6 내지 8 및 도 10에 도시되어 있지만, 더 많거나 적은 상이한 상이한 홀로그래픽 층 혹은 회절성 광학 요소를 구비한 더 많거나 적은 도광체 혹은 도광체층이 이용될 수도 있다. 동일한 구성이 적층체 전체를 통해서 이용될 필요는 없다. 예를 들어, 공기 간극이 몇몇 도광체를 분리시키는데 이용될 수 있는 한편 저굴절률 재료가 다른 도광체를 분리시키는데 이용될 수 있다. 또한, 서로 광학적으로 분리되지 않은 도광체층은 광학적으로 분리된 하나 이상의 도광체와 함께 포함될 수도 있다. 다수의 적층체의 이용은 효율을 향상시킬 수 있다. 다수의 홀로그래픽 층의 효율은, 예를 들어, 일반적으로 단일 층에 기록된 다수의 홀로그램의 효율보다 높다. 따라서, 홀로그램에 의해 회절되고 예를 들어 광전지에 결합된 광량은 증가될 수 있다.
각종 실시형태에 있어서, 도광체는 얇고, 예를 들어, 1㎝ 미만이다. 도광체는 예를 들어 소정의 실시형태에서 1㎜, 0.5㎜ 혹은 0.25㎜ 미만일 수 있다. 따라서, 도광체는 박막이라 지칭될 수도 있다. 이러한 박막은 중합체 혹은 플라스틱을 포함할 수 있다. 이러한 박막은 경량이고, 가요성이며, 저렴하면서도 제조가 용이할 수 있다.
회절 구성부를 포함하는 광 방향전환요소는 얇고, 예를 들어 100㎛ 미만일 수도 있다. 광 방향전환요소는 예를 들어 몇몇 실시형태에서 50㎛, 10㎛ 혹은 1㎛ 미만일 수 있다. 마찬가지로, 광 방향전환요소는 박막이라 지칭될 수 있다. 이러한 박막은 감광 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 광 방향전환요소는 독일의 빌링톤시에 소재한 듀퐁사로부터의 홀로그래픽 중합체를 포함할 수 있다.
각종 실시형태에 있어서, 광 방향전환요소는 도광체를 포함하는 지지체(carrier) 상에 형성되어 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 이 지지체는 1㎜ 미만의 두께(예컨대, 0.5㎜, 0.3㎜ 혹은 0.1㎜ 미만)일 수 있다. 마찬가지로, 이 지지체는 중합체 혹은 플라스틱을 포함할 수 있고, 가요성이면서 저렴할 수 있다.
홀로그래픽 기록 재료는 지지체 상에 피복될 수 있고, 홀로그램 혹은 회절성 광학 요소가 해당 피복에 기록될 수 있다. 이 피복은 몇몇 실시형태에서 현상되어 광 방향전환 구성부를 형성할 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 마스터는 지지체 상의 피복에 광 방향전환 구성부를 형성하는데 이용될 수 있다. 광학적 방법이 피복에 광 방향전환 구성부를 형성하기 위하여 마스터와 관련하여 이용될 수 있다. 엠보싱 등과 같은 기타 방법이 마스터로부터 광 방향전환 구성부를 형성하는데 이용될 수도 있다.
마스터는 예를 들어 드럼 상에 배치될 수 있고, 상부에 피복을 지닌 지지체가 회전 드럼을 통과하여 상기 피복에 회절 구성부를 작성할 수도 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 이러한 구성은 엠보싱 공법에 이용된다. 몇몇 실시형태에 있어서, 도 3c에 도시된 바와 같은 회절 구성부 위에 하나의 층이 배치되어 다른 이유를 위해 혹은 표면을 평탄화하고/하거나 회절 구성부를 보호할 수 있다. 해당 층은 몇몇 실시형태에서 광 방향전환요소보다 낮은 굴절률을 지니는 저굴절률 재료를 포함할 수 있다.
대형 마스터를 작성하기 위하여, 제1마스터가 컴퓨터 생성을 통하여 광학적 방법을 이용해서 제작될 수 있다. 이러한 제1마스터는, 몇몇 실시형태에 있어서, 포토리소그라피 및 에칭 기술에 의해 구성부를 지닌 웨이퍼를 포함할 수 있다. 기타 방법도 이 제1마스터를 제작하는데 이용될 수 있다. 이 마스터는 복수개의 동일한 전기주형(electroform)을 생산하는데 이용될 수 있다. 이들 전기주형은 몇몇 실시예에서 폭 및 길이가 12인치 미만일 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 전기주형은 폭 및 길이가 대략 6인치일 수 있다. 전기주형은 어레이 내에 배열되어, 기판 상에 장착되어 대형의 마스터를 제작할 수 있다. 이러한 마스터는 예를 들어 10 내지 20개의 이러한 전기주형을 포함할 수 있다. 이 대형의 마스터는 방향전환 구성부를 내부에 지닌 대형 시트를 제작하는데 이용될 수 있다. 핫 엠보싱, UV-엠보싱 등과 같은 엠보싱 기술이 이용될 수 있다. 기타 방법도 이용될 수 있다. 이러한 시트는 몇몇 실시예에서 1m 이상의 폭을 지닐 수 있다. 이 접근법은 렌즈, 프리즘 및/또는 미러 등과 같은 지나치게 큰 광학기기를 사용할 필요없이 대형의 시트를 제작할 수 있게 한다.
다른 실시형태에 있어서, 도광체를 구성할 수 있는, 기재 막 혹은 지지체 상에 형성된 홀로그래픽 구성부 혹은 회절성 방향전환 구성부의 시트는 공통의 지지체 막 상에 배치되어 있다. 이 지지체 막은 스트립(strip)보다 넓을 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 예를 들어, 스트립은 5 내지 10㎝ 폭이고 약 1m 폭의 지지체 상에 배열되어 있다. 그러나, 이들 범위 밖의 치수도 가능하다. 접착제는 지지체 막에 홀로그래픽 혹은 회절성 층을 접착하는데 이용될 수 있다. 층들, 예를 들어, 상부에 홀로그래픽 구성부 혹은 회절성 방향전환 구성부가 배치되는 지지체, 접착체 및 기재 막의 어느 하나 혹은 모두는 도광체로서 작용할 수 있고, 또한 그 안에 광을 전파 및 도광시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 집광기는 태양광을 포획하여 전기로 변환시키는 PV 전지와 통합(즉, 일체화)될 수 있다. 도 11a는 집광기(1102)가 통합된 PV 전지(들)(1101)의 사시도를 도시하고 있다. 집광기(1102)는 전방면(1102f)과 후방면(1102r)을 포함한다. 집광기(1102)는 전방면(1102f)과 후방면(1102r) 사이에 복수개의 가장자리부(1102e)를 추가로 포함한다. PV 전지(들)(1101)는 도 11a에 도시된 바와 같은 복수개의 가장자리부(1102e) 중 하나 이상에 대해서 횡방향으로 배치될 수 있다. 집광기는 상이한 입사각 및 상이한 파장에서 광을 포획해서 집광하여 해당 포획된 광을 하나 이상의 PV 전지 쪽으로 향하게 하도록 형성될 수 있다.
도 11b는 집광기(1102)의 하나의 가장자리부를 따라 배치된 집광기(1102) 및 PV 전지(1101)를 포함하는 일 실시형태의 평면도를 도시하고 있다. 도 11c는 2개의 PV 전지(들)(1101)이 집광기(1102)의 상이한 두 가장자리부를 따라 배치된 실시형태의 평면도를 도시하고 있는 한편, 도 11d는 4개의 PV 전지(들)(1101)가 집광기(1201)의 4개의 상이한 가장자리부를 따라 배치되어 있는 일 실시형태의 평면도를 도시하고 있다. 4개 이상의 PV 전지가 집광기의 하나 이상의 가장자리부를 따라 배치된 다른 실시형태가 가능하다. 집광기는 입사광의 상이한 파장이 상이한 PV 전지 쪽으로 향하도록 설계될 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, PV 전지는 집광기(1102)의 하나 이상의 모서리부에서 배치될 수 있다.
입사광의 바람직하지 않은 파장은 도 12에 도시된 바와 같은 집광기의 후방에 배치된 태양열 변환기 쪽으로 집광기로부터 투과될 수 있다. 도 12는 입사광으로부터 열 및 전기를 발전시킬 수 있는 시스템의 측면도를 도시하고 있다. 도 12에 도시된 실시형태는 집광기(1201)를 포함한다. 해당 집광기(1201)는 도광체 및 회절 구성부 혹은 홀로그램(들)을 구비한 광 방향전환층으로 구성되어 있다. 도 12에 도시된 실시형태는 또한 집광기(1201)의 가장자리부에 대해서 횡방향으로 배치된 PV 전지(들)(1202)을 추가로 포함한다. 입사 태양 광선의 일부는 집광기(1201)에 의해 PV 전지(들)(1202) 쪽으로 집광·도광되어, 해당 전지에서 전기로 변환된다. 태양 광선(예를 들어, UV 및 IR)의 바람직하지 않은 스펙트럼 주파수는 집광기(1201) 밖으로 투과되어, 열 발전소자(1203)(예를 들어, 태양열 변환기) 쪽으로 향한다.
평면 회절 구성부 혹은 홀로그램을 포함하는 집광판, 집광시트 혹은 집광막을 이용해서 광전지에 광을 수집, 집중 및 지향시키는 방법은, 증가된 효율을 지닌 동시에, 또한 저렴하고, 박형·경량이며 환경적으로 안정하고 강고할 수 있는 태양전지를 실현하는데 이용될 수 있다. 광전지에 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막을 포함하는 태양전지는 태양전지의 패널을 형성하도록 배열될 수 있다. 이 접근법을 이용해서 형성된 태양전지 패널은 보다 경량이며, 환경적으로 안정적이고 강건하며, 비교적 용이하게 업그레이드될 수 있다. 예를 들어, 보다 유효한 PV 전지의 보다 새로운 세대가 시판됨에 따라, 이들 패널로부터 보다 구형의 PV 전지는 보다 신형의 PV 전지로 대체될 수 있다. 집광판, 집광시트 혹은 집광막은 또한 비교적 용이하게 대체될 수도 있다.
태양 전지의 이러한 패널은 각종 용도에 이용될 수 있다. 예를 들어, 광전지에 광학적으로 결합된 복수개의 집광용 도광체를 포함하는 태양전지(1404)의 패널은 가정 혹은 사업 분야에 보충적인 전력을 제공하도록 도 13에 도시된 바와 같이 문이나 창에 설치되거나 거주용 주택이나 상업용 빌딩의 지붕 최상부에 장착되어 가정이나 사업장에 보조 전력을 제공할 수 있다. 집광기는 투명 혹은 반투명한 판, 시트 혹은 막으로 형성될 수 있다. 집광기는 예를 들어 적외선이 지붕 최상부 등과 같은 집광기의 아래쪽의 공간 영역을 통과하여 가정이나 건물 혹은 수관(water pipe)을 가열할 수 있다. 집광기는 입사광을 수집하거나 포획하는 외에 미학적인 목적을 위해 소망의 색(예를 들어, 적색 혹은 갈색)을 반사하는 반사형 홀로그램을 지니는 광 방향전환층을 포함할 수 있다. 집광기는 강성 혹은 가요성일 수 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 집광기는 말을 수 있도록 충분히 가요성일 수 있다. 이러한 시트(1308)로 구성된 태양 전지 패널은 도 13에 도시된 바와 같이 창 유리(window pane)에 부착될 수 있다. 집광 시트는 창을 통해 볼 수 있도록 투명할 수 있다. 그러나, 집광 시트는 PV 전지로 광의 방향을 변화시킴으로써 광의 일부를 감쇠시킬 수 있다. 집광 시트가 중간 밀도 필터로서 작용하는 몇몇 실시형태에서, 가시 및 가능한 보이지 않는 스펙트럼(예컨대, 적외)에 대한 실질적으로 일정한 양의 투과를 감쇠시킨다. 따라서, 이러한 시트는 가정이나 건물에서 번쩍거림을 저감시켜 그 내부의 온도를 낮출 수 있다. 상기 집광 시트는 대안적으로는 착색되어 있을 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 집광기는 자외선 혹은 기타 비가시 스펙트럼 성분을 여과제거하도록 여파 특성을 지닐 수 있다. 소정의 실시형태에 있어서, 집광 시트는 말아 올리거나 내리는 차광용 블라인드에 부착되거나 말아올리거나 내릴 수 있는 차광용 블라인드로서 이용될 수 있다.
다른 응용예에서, 집광기는 전력을 제공하기 위하여 도 14 및 도 15에 각각 도시된 바와 같은 차량이나 랩톱 상에 장착될 수 있다. 도 14에서, 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1404)은 자동차의 지붕에 장착된다. 광전지(1408)들은 집광기(1404)의 가장자리부를 따라 배치될 수 있다. 광전지에 의해 발전된 전력은, 예를 들어, 가스, 전기 혹은 이들 양쪽 모두에 의해 통전된 차량의 배터리를 재충전하거나 전기 부품을 가동시키는 데도 이용될 수 있다. 도 15에서, 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1504)은 랩톱의 본체(예를 들어, 외부 케이스)에 부착될 수 있다. 이것은 전기 접속이 없을 때 랩톱에 전력을 제공하는 데 유리하다. 대안적으로, 광전지에 광학적으로 결합된 도광용 집광장치는 랩톱 배터리를 재충전시키는 데 이용될 수 있다.
몇몇 실시형태에 있어서, 광전지에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막은 의류 용품이나 신발에 부착될 수 있다. 예를 들어, 도 16은 재킷이나 조끼의 하부 주변부 둘레에 배치된 광전지(1608)들에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1604)을 포함하는 재킷이나 조끼를 예시하고 있다. 몇몇 실시형태에 있어서, 광전지(1608)들은 재킷이나 조끼의 어느 곳에도 배치될 수 있다. 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1604)은 광전지(1608)들에 주변광을 수집, 집중 및 지향시킬 수 있다. 광전지(1608)들에 의해 발전된 전기는 PDA, MP3 플레이어, 휴대폰 등과 같은 휴대용 기기를 통전시키는 데 이용될 수 있다. 대안적으로, 광전지(1608)들에 의해 발전된 전기는 가시성을 증가시키기 위하여 어두운 곳에서 항공사의 지상 근무원, 경찰, 소방대원 및 응급 구조요원이 착용하는 조끼나 재킷을 밝게 하는 데 이용될 수 있다. 도 17에 예시된 다른 실시형태에서, 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1704)은 신발에 배치될 수 있다. 광전지(1708)들은 상기 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1704)의 가장자리부를 따라 배치될 수 있다.
광전지들에 결합된 평면 회절 구성부 혹은 홀로그램을 구비한 집광판, 집광시트 혹은 집광막을 포함하는 태양전지의 패널은 비행기, 트럭, 기차, 자전거, 범선, 위성 및 기타 운송수단 및 구조체에도 장착될 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1804)은 항공기의 날개나 항공기의 창 유리에 부착될 수 있다. 광전지(1808)들은 도 18에 예시된 바와 같이 집광판, 집광시트 혹은 집광막의 가장자리부를 따라 배치될 수 있다. 발전된 전기는 항공기의 부품들에 전력을 제공하는 데 이용될 수 있다 . 도 19는 선박 내의 내비게이션 기구 혹은 기기, 예를 들어, 냉장고, 텔레비전 혹은 기타 전기 장비를 통전시키기 위하여 광전지에 결합된 집광기의 이용을 예시하고 있다. 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1904)은 요트 혹은 범선의 돛에 부착된다. PV 전지(1908)는 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1904)의 가장자리부에 배치된다. 대안적인 실시형태에서, 집광판, 집광시트 혹은 집광막(1904)은 범선의 본체, 예를 들어, 선실 홀이나 객실 갑판에 부착될 수 있다. 집광판, 집광시트 혹은 집광막(2004)은 도 20에 나타낸 바와 같이 자전거 상에 장착될 수 있다. 도 21은 통신, 기후 및 기타 유형의 위성에 전력을 제공하기 위하여 광전지들에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막의 또 다른 응용예를 예시하고 있다. 집광판, 집광시트 혹은 집광막은 또 다른 응용예에도 이용될 수 있다.
도 22는 말을 수 있도록 충분히 가요성인 집광용 시트(2204)를 예시고 있다. 이 집광용 시트는 광전지에 광학적으로 결합되어 있다. 도 22에 기재된 실시형태는 전기 접속이 빈약한 원거리 지역에서 그리고 실외에서 전력을 발전시키기 위하여 캠핑이나 배낭 여행에서 말아서 휴대할 수 있다. 또한, 광전지들에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막은 전기를 제공하기 위하여 광범위한 다양한 구조 및 제품에 부착될 수 있다.
광전지들에 광학적으로 결합된 집광판, 집광시트 혹은 집광막은 모듈러인 추가된 이점을 지닐 수 있다. 예를 들어, 설계에 따라서, 광전지는 집광판, 집광시트 혹은 집광막으로부터 선택적으로 탈착가능하게 구성될 수 있다. 이와 같이 해서, 기존의 광전지들은 전체 시스템을 교체하는 일없이 더욱 신규하고도 더욱 효율적인 광전지로 주기적으로 대체될 수 있다. 광전지를 대체하는 이 능력은 유지 비용을 저감시키고 실질적으로 업그레이드될 수 있다.
광범위한 다른 변형도 가능하다. 막, 층, 구성 부품 및/또는 요소들이 첨가, 제거 혹은 재배열될 수 있다. 또, 처리 단계(스텝)들이 첨가, 제거 혹은 재배열될 수 있다. 또한, 막 및 층이란 용어가 본 명세서에서 이용되어 왔지만, 본 명세서에서 이용된 이러한 용어는 막 적층부 및 다층들을 포함한다. 이러한 막 적층부들 및 다층들은 접착제를 이용해서 다른 구조체에 부착될 수 있거나 또는 증착을 이용해서 혹은 다른 방식으로 다른 구조체 상에 형성될 수 있다.
상기 기재된 예들은 단지 예시적인 것으로, 당업자라면 본 명세서에 개시된 본 발명의 개념으로부터 벗어나는 일없이 전술한 예들을 다수 이용할 수 있거나 해당 예들로부터의 변경을 행할 수 있다. 이들 예에 대한 각종 변경은 당업자에게 용이하게 명백할 수 있고, 본 명세서에 규정된 일반적인 원리는 본 명세서에 개시된 신규한 측면들의 정신이나 범주로부터 벗어나는 일없이 다른 예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 개시내용의 범주는 본 명세서에 표시된 예들로 제한되도록 의도되어 있지 않고 여기에 개시된 원리 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의의 범위에 따를 것이다. "예시적인"이란 단어는 "예, 사례 혹은 예시로서 제공되는 것"을 의미하도록 본 명세서에서는 독점적으로 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에 기재된 소정의 예는 반드시 다른 예들에 비해서 바람직하거나 유리한 것으로 파악될 필요는 없다.

Claims (71)

  1. 태양 에너지를 수집하는 집광장치로서,
    상부면과 하부면을 구비하고, 해당 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사(total internal reflection)에 의해 내부에 광을 도광시키는 제1도광체(first light guide);
    제1광전지; 및
    상기 광이 상기 상부면과 하부면으로부터의 전내부 반사에 의해 상기 제1도광체에서 상기 제1광전지로 도광되도록 해당 제1도광체의 상기 상부면 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치된 복수개의 회절 구성부(diffractive feature)를 포함하되,
    상기 제1도광체의 두께는 1㎜ 이하인 것인 태양 에너지 집광장치.
  2. 태양 에너지를 수집하는 집광장치로서,
    상부면과 하부면을 구비하고, 해당 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 광을 도광시키는 제1도광수단;
    광이 흡광된 결과로서 전기 신호를 발생하도록 구성된, 광을 흡광하기 위한 제1흡광수단; 및
    상기 광이 상기 상부면과 하부면으로부터의 전내부 반사에 의해 상기 제1도광수단에서 상기 제1흡광수단으로 도광되도록 해당 제1도광수단의 상기 상부면 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치된, 광을 회절시키기 위한 복수개의 광 회절수단을 포함하되,
    상기 제1도광수단의 두께는 1 ㎜ 이하인 것인 태양 에너지 집광장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1도광수단은 도광체를 포함하고, 상기 제1흡광수단은 광전를 포함하며, 상기 광 회절수단은 복수개의 회절 구성부를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 플라스틱을 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 플라스틱은 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리에스터 혹은 사이클로-올레핀 중합체를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 최소한 1㎠인 것인 태양 에너지 집광장치.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 가요성인 것인 태양 에너지 집광장치.
  8. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 박막을 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체의 두께는 0.5㎜ 미만인 것인 태양 에너지 집광장치.
  10. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1광전지는 광기전력 전지(photovoltaic cell)를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  11. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1광전지는 상기 제1도광체의 가장자리부에 버트-커플링(butt-coupling)되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  12. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1광전지는 상기 제1도광체의 모서리부에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  13. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수개의 회절 구성부는 두께가 1㎛ 내지 100㎛인 층 내에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  14. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 회절 구성부는 상기 제1도광체의 전방 면에서 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  15. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 회절 구성부는 상기 제1도광체의 후방 면에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  16. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 회절 구성부는 입체 구성부(volume feature)를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  17. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 회절 구성부는 평면 부조 구성부(surface relief feature)를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  18. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 회절 구성부는 홀로그래픽 층에 형성되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 홀로그래픽 층은 하나 이상의 투과형 홀로그램(transmission hologram)을 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 홀로그래픽 층은 하나 이상의 반사형 홀로그램(reflection hologram)을 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  21. 제1항 또는 제3항에 있어서, 복수개의 회절 구성부를 내부에 포함하고 있는 제2도광체를 추가로 포함하는 태양 에너지 집광장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제1도광체와 제2도광체 사이에 공기 간극(air gap)을 추가로 포함하는 태양 에너지 집광장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 제1도광체와 제2도광체 사이에 광학적 분리층(optical isolation layer)을 추가로 포함하되, 상기 분리층은 상기 제1도광체 및 제2도광체보다 낮은 굴절률을 지니는 것인 태양 에너지 집광장치.
  24. 제21항에 있어서, 복수개의 회절 구성부를 내부에 포함하는 제3도광체를 추가로 포함하는 태양 에너지 집광장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제2도광체와 제3도광체 사이에 공기 간극을 추가로 포함하는 태양 에너지 집광장치.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제2도광체와 제3도광체 사이에 광학적 분리층을 추가로 포함하되, 상기 분리층은 상기 제2도광체 및 제3도광체보다 낮은 굴절률을 지니는 것인 태양 에너지 집광장치.
  27. 제24항에 있어서, 상기 제1도광체, 상기 제2도광체 및 상기 제3도광체는 함께 적층되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  28. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 자동차, 항공기, 우주선 혹은 항해 선박 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  29. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 자전거, 유모차(stroller) 혹은 트레일러 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  30. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 의류 용품 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  31. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 셔츠, 바지, 반바지, 코트, 재킷, 조끼, 모자 혹은 신발류(footwear) 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  32. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 컴퓨터, 핸드폰 혹은 PDA(personal digital assistant) 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  33. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 건축 구조체 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  34. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 주택 혹은 빌딩 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  35. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 전기 기기 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  36. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 라이트, 전화기 혹은 모터 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  37. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 탠트 혹은 침낭 상에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  38. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 말이식(rolled-up)이거나 접이식(folded)인 것인 태양 에너지 집광장치.
  39. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 해당 제1도광체의 표면에 대한 법선에 대해서 대략 -45° 내지 45° 사이에 놓여 있는 입사각을 지닌 주변광을 집광할 수 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  40. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 해당 제1도광체의 표면에 대한 법선에 대해서 대략 -30° 내지 30° 사이에 놓여 있는 입사각을 지닌 주변광을 집광할 수 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  41. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체는 해당 제1도광체의 표면에 대한 법선에 대해서 대략 -15° 내지 15° 사이에 놓여 있는 입사각을 지닌 주변광을 집광할 수 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  42. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 제1도광체의 후방에 배치된 태양열 발전기를 추가로 포함하는 태양 에너지 집광장치.
  43. 제42항에 있어서, 제1스펙트럼 범위의 주변광이 상기 제1광전지 쪽으로 향하고, 제2스펙트럼 범위의 주변광이 상기 태양열 발전기 쪽으로 향하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  44. 제42항에 있어서, 상기 제1도광체는 상기 태양열 발전기에 적외선을 투과시키도록 구성된 것인 태양 에너지 집광장치.
  45. 태양 에너지를 수집하는 집광장치를 제조하는 방법으로서,
    상부면과 하부면을 구비한 제1도광체를 제공하는 단계; 및
    제1광전지를 제공하는 단계를 포함하되,
    상기 제1도광체는 복수개의 회절 구성부를 구비하고 상기 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 광을 도광시키며,
    상기 제1도광체의 두께는 1㎜ 이하인 것인, 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
  46. 제45항에 있어서, 상기 복수개의 회절 구성부는 상기 제1도광체 상에 배치되어 있는 것인, 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
  47. 제45항에 있어서, 상기 제1광전지를 제공하는 단계는 상기 제1도광체의 가장자리부에 해당 제1광전지를 버트-커플링시키는 단계를 포함하는 것인, 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
  48. 제45항에 있어서, 상기 제1광전지를 제공하는 단계는 상기 제1도광체의 모서리부에서 해당 제1광전지를 배치시키는 단계를 포함하는 것인, 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
  49. 제45항에 있어서, 복수개의 회절 구성부를 포함하는 제2도광체를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
  50. 제49항에 있어서, 복수개의 회절 구성부를 포함하는 제3도광체를 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
  51. 제45항에 있어서, 상기 복수개의 회절 구성부는 상기 제1도광체 상에 엠보싱되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
  52. 태양 에너지를 수집하는 집광장치로서,
    상부면과 하부면을 구비하고, 해당 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 광을 도광시키는 도광체;
    광전지; 및
    상기 광이 상기 상부면과 하부면으로부터의 전내부 반사에 의해 상기 도광체에서 상기 광전지로 도광되도록 해당 도광체의 상기 상부면 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치된 복수개의 회절 구성부를 구비한 투과성 회절요소를 포함하는 태양 에너지 집광장치.
  53. 태양 에너지를 수집하는 집광장치로서,
    상부면과 하부면을 구비하고, 해당 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 광을 도광시키는 도광수단;
    광이 흡광된 결과로서 전기 신호를 발생하도록 구성된, 광을 흡광하기 위한 흡광수단; 및
    상기 광이 상기 상부면과 하부면으로부터의 전내부 반사에 의해 상기 도광수단에서 상기 흡광수단으로 도광되도록 해당 도광수단의 상기 상부면 상에 입사하는 주변광의 방향을 바꾸도록 배치된 복수개의 회절 구성부를 구비한, 투과에 의해 광을 회절시키기 위한 광 회절수단을 포함하는 태양 에너지 집광장치.
  54. 제53항에 있어서, 상기 도광수단은 도광체를 포함하고, 상기 흡광수단은 광전지를 포함하며, 상기 광 회절수단은 복수개의 회절 구성부를 구비한 투과성 회절요소를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  55. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 투과성 회절요소는 하나 이상의 투과형 홀로그램을 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  56. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 도광체는 플라스틱을 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  57. 제56항에 있어서, 상기 플라스틱은 아크릴, 폴리카보네이트, 폴리에스터 혹은 사이클로-올레핀 중합체를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  58. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 도광체는 최소한 1㎠인 것인 태양 에너지 집광장치.
  59. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 도광체는 가요성인 것인 태양 에너지 집광장치.
  60. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 도광체는 박막을 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  61. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 도광체의 두께가 1㎝ 미만인 것인 태양 에너지 집광장치.
  62. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 광전지는 광기전력 전지를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  63. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 광전지는 상기 도광체의 가장자리부에 버트-커플링되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  64. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 광전지는 상기 도광체의 모서리부에 배치되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  65. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 투과성 회절요소의 두께가 1㎛ 내지 100 ㎛인 것인 태양 에너지 집광장치.
  66. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 복수개의 회절 구성부는 입체 구성부를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  67. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 복수개의 회절 구성부는 평면 부조 구성부를 포함하는 것인 태양 에너지 집광장치.
  68. 제52항 또는 제54항에 있어서, 상기 복수개의 회절 구성부는 홀로그래픽 층 내에 형성되어 있는 것인 태양 에너지 집광장치.
  69. 태양 에너지를 수집하는 집광장치를 제조하는 방법으로서,
    상부면과 하부면을 구비하는 도광체를 제공하는 단계; 및
    광전지를 제공하는 단계를 포함하되,
    상기 도광체는 복수개의 회절 구성부를 구비한 투과성 회절요소를 포함하여, 상기 상부면과 하부면에서 다수의 전내부 반사에 의해 내부에 광을 도광시키는 것인, 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
  70. 제69항에 있어서, 상기 투과성 회절요소는 상기 도광체 상에 배치되어 있는 것인, 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
  71. 제69항에 있어서, 상기 투과성 회절요소는 상기 도광체 상에 엠보싱되어 있는 것인, 태양 에너지 집광장치의 제조방법.
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