TW201628872A - 帶有太陽能電池的裝飾複合體 - Google Patents

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Abstract

提出一種裝飾元件，包含 (a)  一個凸曲面區域的多刻面透明寶石、 (b) 波長選擇層和 (c) 一個光伏電池。

Description

帶有太陽能電池的裝飾複合體
本發明涉及裝飾元件，其包含一個含有凸曲面區域的多刻面透明體（Körper）、波長選擇塗層和一個光伏元件。該裝飾元件適用於特別是在便攜式電子設備領域中的能量供應。
多刻面寶石至今為止在配飾和紡織品中幾乎僅用於純美學目的，但幾乎沒有功能作用。在便攜式電子設備領域（所謂的“可穿戴技術”）缺乏具備巨大增長前景的市場，因為消費者將該領域更多地與功能性而不是與裝飾性相關聯。“可穿戴技術”領域，如身體傳感器、“智能手錶”或數據眼鏡領域的最大挑戰之一是能量供應，其突然的電力故障使該設備經常在不可預期的時間失能。
由專利申請US 2013/0329402已知通過一個內置太陽能電池為裝飾元件供應能量。
根據專利文本US 4,173,229在臂帶和項鏈中也使用太陽能電池，從而在首飾穿戴者體內傳導治療有效的電流。
德國實用新型DE 203 03 952 U1提出了在“警報鎖件”中使用太陽能電池用於保護首飾。
至今仍然缺乏技術方案以塑造裝飾考究的太陽能電池，使其也可作為寶石加工。本發明的任務在於改造太陽能電池（光伏電池），從而得到高亮的裝飾性元件。
本發明的第一個主題涉及一種裝飾元件，其包含 (a)  一含有凸曲面區域的多刻面透明寶石、 (b) 波長選擇層和 (c) 一光伏電池。 在一個優選實施方案中構件（a）至（c）使用膠料黏合。在另一個優選實施方案中該裝飾元件由使用膠料相互黏合的構件（a）至（c）構成。
本發明的另一個主題是根據本發明的裝飾元件作為能量源，特別是在便攜式電子設備領域中的用途。包含根據本發明的裝飾元件的物件同樣是本發明的主題。例如可以優選將該裝飾元件安裝於所謂的“活動追蹤器（Activity Tracker）”中，其同樣也是本發明的主題。其他應用可能性將在下文提到。
令人驚異地發現，含有凸曲面區域的多刻面透明寶石與波長選擇層和光伏電池的結合適合作為能量源用於不同目的。在本發明中術語光譜電池、光伏元件（PV）和太陽能電池作為同義詞使用。根據本發明的複合體不僅具備改善的能量供應性能，其同時也是具備高亮度的寶石。因此本發明提供了供應能量的功能寶石，其不僅發亮，而且供應比僅覆蓋平板玻璃的太陽能電池更高的能量。
根據本發明的結合不僅作為能量源也作為寶石在設計和技術領域提供各種應用可能性。下文中含有凸曲面區域的多刻面透明寶石也被稱為“光學元件”。裝飾元件為高亮並因此不僅可以用作能量源也可以用作裝飾元件。透明度是指材料使電磁波通過的能力（透射性）。如果材料對於或多或少的寬頻譜入射電磁波（光子）是透明的，則該電磁波可以幾乎完全穿過該材料，幾乎不被反射和被吸收。根據本發明透明度優選是指至少透射70 %的入射光，優選大於80%並且特別優選大於90%。根據本發明刻面是指具備多邊形（n＞3）的寶石表面構造；刻面通常通過打磨水晶坯件得到，也可通過沖壓法得到。術語凸和凹是指高於或低於刻面的假想包絡面（einhüllende Fläche）並且該定義與光學透鏡類似。凸區域和凹區域不僅可以是對稱的也可以是非對稱的。
該裝飾元件（複合體）的可能構造示於圖(1a)至(1c)，其中圖號含義如下： (1)       含有凸曲面區域的多刻面透明寶石、 (2)       光伏電池（太陽能電池）、 (3)       波長選擇塗層、 (4)       波長選擇薄膜、 (5)       膠料、 (6)       涉及波長選擇層位置的不同構造、 (7)       裝飾元件。
在本發明實施方式中波長選擇塗層（見下文）直接位於正對多刻面的平坦面上，也位於與太陽能電池黏合的平-凸-凹或平-凸寶石的“背面”（圖1a）。在本發明的另一個實施方式中波長選擇塗層位於與寶石（1）黏合的太陽能電池上（圖1b）。在另一個實施方式中（圖1c）波長選擇薄膜藉助兩層膠料層與太陽能電池和寶石（1）黏合（圖1c）。應當注意各個部件的黏合是非必需的。
根據本發明理論上也可以將波長選擇層塗佈於多刻面的表面；但是由於該塗層可能機械磨損，該方式為次優選實施方式。光伏電池同樣可以通過半導體材料沉積，特別是蒸汽沉積直接在光學元件上製造，黏合同樣為非必需的。
該裝飾元件提供一種可能性，使“可穿戴技術”領域的各種設備能量完全自給自足或顯著提高其取決於入射光的運行時間。通過能量存儲裝置的持久再充電獲得一定的能級。可以降低載流容積以及能量存儲裝置的容積。由此產生對於產品設計，例如緊湊設計的優勢，其反過來有助於降低產品成本。因為常規能量存儲裝置通過外部電源進行充分的充電和放電，目前在設備中使用的能量存儲裝置導致明顯提高的使用壽命。
裝飾元件的應用是戒指和耳環，該元件用作寶石並同時為內置感應裝置包括發射元件提供所需能量。這類系統可以用於經皮、光學測量血液中的乳酸、葡萄糖或褪黑激素。該裝飾元件與特定薄膜電池和高度微型電子設備結合使得感應裝置被首次整合進入緊湊首飾。由此可以例如使用裝備根據本發明的裝飾元件的圓環—不需更換電池—用於特定身體機能的持續監測。
移動設備，如移動電話、手提電腦、GPS-系統或平板電腦的部分充電也可以通過多個串聯或並聯的裝飾元件實現。將多個這類裝飾元件置於服裝和配飾上，例如提包和背包，置於其中的移動設備可以感應式充電。所謂的“能量臂帶”，其包含根據本發明的裝飾元件並配備微型USB-插頭，可以用作移動充電站。根據本發明的裝飾元件也可以為所謂的可切換效果提供能量，例如用於寶石變換顏色或例如所謂的“智能手錶”的顯示功能。
裝飾元件或大量裝飾元件可以被置入臂帶，用於例如為智能手錶或活動傳感器（活動追蹤器）供應能量。黨裝飾元件通過特定套接口（Fassung）相互連接，可以實現能量元件相互之間可靠的電互連。可以通過例如特定生耳杆（Federsteg，主要在表中）或通過彈簧觸點（彈簧針（Pogo-Pins））由裝飾元件向需要能量的產品部件傳遞能量。
含有凸曲面區域的多刻面透明寶石
寶石可以由各種不同材料製得，例如由透明玻璃、塑料、透明陶瓷或透明寶石或半寶石。根據本發明優選由玻璃或由塑料製得的多刻面透明寶石，因為最廉價並且最易於設置多刻面。根據本發明特別優選使用玻璃。該寶石包含凸曲面區域或凸曲面和凹曲面區域。這意味著，在多刻面上除了凸曲面區域也可以存在凹曲面區域。正對多刻面的寶石面是平面（優選）或凹面。根據本發明優選的是具備平-凸或平-凸-凹幾何結構的寶石，因為它們可以實現晶體太陽能電池的經濟應用。特別優選具備凸幾何結構，特別是平-凸幾何結構的寶石。
玻璃
本發明在玻璃組合物方面理論上不受限制，只要玻璃為透明（見下文）。玻璃是指形成非晶態固體的冷凍過冷液體。根據本發明不僅可以使用氧化玻璃也可以使用硫系玻璃、金屬玻璃或非金屬玻璃。氧氮玻璃同樣適用。這涉及單成分玻璃（例如石英玻璃）或雙成分玻璃（例如鹼金屬硼酸鹽玻璃）或多成分玻璃（鈉鈣玻璃）。可以通過融化、凝膠溶膠過程或通過衝擊波（Stoßwellen）製造玻璃。本領域技術人員已知這些方法。根據本發明優選無機玻璃，特別是氧化玻璃。矽酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃或磷酸鹽玻璃屬於氧化玻璃。特別優選無鉛玻璃。
優選矽酸鹽玻璃生產多刻面透明寶石。矽酸鹽玻璃的共性是其網狀結構主要由二氧化矽（SiO2 ）構成。通過加入其他氧化物如氧化鋁或各種堿金屬氧化物產生鋁或堿金屬矽酸鹽玻璃。如果五氧化二磷或三氧化二硼用作玻璃主要網絡形成劑，被稱為磷酸鹽玻璃或硼酸鹽玻璃，其性能同樣可以通過加入其他氧化物進行調節。這類玻璃也可以在本發明中使用。這類玻璃大部分由氧化物構成，因此被統稱為氧化玻璃。
在本發明的一個優選實施方案中玻璃組合物包含以下成分： (a)       約 35至約85 重量% SiO2 、 (b)       0至約20重量% K2 O、 (c)       0至約20重量% Na2 O、 (d)       0至約5重量% Li2 O、 (e)       0至約13重量% ZnO、 (f)       0至約11重量% CaO、 (g)       0至約7重量% MgO、 (h)       0至約10重量% BaO、 (i)       0至約4重量% Al2 O3 、 (j)       0至約5重量% ZrO2 、 (k)       0至約6重量% B2 O3 、 (l)       0至約3重量% F、 (m)      0至約2,5重量% Cl。
所有數量理解為與可能的其他成分補足至100重量%。通過本領域技術人員充分已知的研磨和拋光技術得到寶石的多刻面。
根據本發明適用例如無鉛玻璃，特別是施華洛世奇公司的用於棋盤形平底閃石（Chessboard Flat Backs）的玻璃（商品目錄號2493），其在380 – 1200 nm範圍內透射率＞ 95 %。
塑料
可以使用透明塑料作為用於製造多刻面透明寶石（a）的另一原料。根據本發明單體硬化后透明的所有塑料均適用；其為本領域技術人員充分已知。特別使用以下材料： 丙烯酸玻璃（聚甲基丙烯酸甲酯，PMMA） 、 聚碳酸酯（PC）、 聚氯乙烯（PVC）、 聚苯乙烯（PS）、 聚苯醚（PPO）、 聚乙烯（PE）、 聚甲基丙烯酸酰亚胺（PMMI）。
相對於玻璃透明塑料的優勢特別在於較低的比重，其僅為玻璃的一半。其他材料性能也可以有目的地調節。此外塑料通常比玻璃更易於加工。與玻璃相比較小的彈性模量和低表面硬度以及由約70o C的溫度起巨大的強度損失產生負面作用。根據本發明優選的塑料是聚甲基丙烯酸酰亚胺，其例如以名稱Pleximid® TT70由Evonik市售可得。根據ISO 13468-2使用D65-標準光源測定，Pleximid® TT70的折射率為1.54並且透射率為91 %。
幾何構型
多刻面透明寶石的幾何構型理論上不受限並主要取決於設計方案。該寶石優選為正方形、矩形或圓形。該多刻面透明寶石優選具備凸幾何構型，特別是平凸幾何構型（參見圖2a）。優選地該寶石在優選的凸曲面上包含多個刻面；優選矩形，特別是正方形刻面，因為它們有助於能量效率的最優化。具備凸表面區域和可能的額外凹表面區域的寶石的幾何結構通過增大總表面積提高光效率。波長選擇層（見下文）對光效率具有消極作用，因為入射光的特定部分被反射，這部分損失通過具備凸表面區域和可能的額外凹表面區域的特定幾何構型與多刻面的結合遠遠抵消。特別地寶石的凸幾何結構有助於顯著減小太陽能電池能量效率的角度依賴性。對於便攜式電子設備，幾乎不可能校準光源，降低角度依賴性特別重要。通過將凸面和多刻面結合（圖2a）光伏元件表面的光線被聚集並且與平面幾何結構（圖2b）相比顯著提高能量效率。與此同時，如圖3a所示，與通常用於封裝太陽能電池的薄板（圖3b）相比角度依賴性大幅降低。通過凸曲面和多刻面以及由此得到的額外表面的結合，入射裝飾元件的光線在太陽能電池上垂直折射。通過多刻面形成光線的多重反射（光增透）從而提升光效率。
在本發明一個優選實施方案中凸曲面區域的表面積至多為寶石多刻面總面積的1/3。在這種情況下凸-凹幾何構型的光效率與僅為凸幾何構型的光效率相似。模擬示出（見下文）。
刻面的類型與光學元件的幾何構型密切相關。理論上多刻面的幾何形狀不受限。根據本發明優選正方向或矩形刻面，特別是與具備平凸幾何形狀的正方形或矩形透明寶石結合。同樣也可以使用圓形多刻面寶石。
波長選擇層
波長選擇層使裝飾元件能夠用作寶石。由此裝飾元件發亮。波長選擇層優選位於含有凸曲面區域的透明多刻面寶石與光伏元件之間。根據本發明波長選擇層優選以兩種方式實現：通過由PVD、CVD或濕化學方法製備的波長選擇薄膜或通過波長選擇塗層。波長選擇層也可以通過微結構表面得到。微結構法為本領域技術人員所熟知。
通過可見光譜定義範圍的反射（濾光）光學元件獲得亮度並且對觀察者表現出特定顏色。寶石的多刻面額外輔助亮度。在本發明的一個優選實施方式中波長選擇層反射380 – 850 nm區域，即主要為可見光譜的部分光線。這部分被反射的光線位於可見光譜盡可能窄的區域，通常不大於50-250nm寬反射間隔。一方面這部分足以使裝飾元件在亮度方面像寶石。另一方面降低了由於反射波長區域導致的能量效率損失。因此根據本發明優選波長選擇層反射380 – 850 nm範圍內至少50%反射間隔為50-250nm的入射光。優選地反射間隔寬50 – 200 nm，特別優選50 – 150 nm。在另一個優選實施方式中，除反射間隔以外波長選擇層在400-1200nm波長範圍內具備平均透射率＞ 60 %，優選＞ 80%（參見圖4a），光線入射角為0º下測定。優選地波長選擇層塗佈於與多刻面相對的寶石表面；或者可直接塗佈於光伏元件上。
光伏電池（太陽能電池）僅可以使用部分太陽光譜。作為濾光器作用的波長選擇層優選還反射位於紅外區域並且無法為太陽能電池利用的光譜部分，並由此避免太陽能電池的額外升溫。
通常每升溫1°C太陽能電池損失0.47%能量效率，因此正確選擇塗層非常重要。入射波長越短則光子能量越高（E=h ⋅ν [eV]）。對於矽太陽能電池需要1.1eV能量由p/n結激發電子-空穴對；過剩能量轉變為熱能。例如當3.1eV光子—對應於400nm 能量—入射電池，2eV轉化為熱能並導致能量效率降低。因此根據本發明特別有利地是反射短波藍色或綠色部分（波長：380-490nm），因為產生最多熱量。理論上可以通過波長選擇層使能量元件產生各種不同顏色。為了使能量效率最優化，優選反射可見光譜短波區域部分光線的波長選擇層。
波長選擇層表現出角度依賴反射（圖4a和4b）。反射間隔根據光線在刻面上的入射角變化。根據刻面的位置反射不同顏色並且產生接近彩虹的效果，即由刻面至刻面逐漸變色，這種變色無法由不含刻面的平凸透鏡實現。
波長選擇層優選至少能使部分UV光線通過，從而可以使用UV固化膠料黏合能量元件的各個元件。
波長選擇薄膜
波長選擇薄膜是指市售可得的“輻射光膜（Radiant Light Film）”。這涉及可應用於其他材料上的多層聚合薄膜。該光箔為布拉格反射器並且反射大量可見光，產生明亮的顏色效果。幾百納米範圍內的凹凸微結構反射不同波長的光線並且產生干涉效應，其中顏色根據觀察視角改變。
根據本發明特別優選的薄膜由多層聚合薄膜構成，其外層為聚酯。這類薄膜例如以名稱Radiant Color Film CM 500和CM 590由3M公司市售可得。該薄膜具備反射間隔為590 – 740 nm，特別是500 – 700 nm。
優選使用膠料將波長選擇薄膜與光伏電池和多刻面透明寶石黏合。膠料同樣應當透明。在一個優選實施方式中膠料折射率與凸幾何結構的多刻面透明體折射率相差± 20 %。在一個優選實施方式中該差距＜ 10 %，特別優選＜ 5 %。僅以這種方式才能夠保證減小由於折射率不同導致的折射損失。折射率也可以通過粗化邊界層相互匹配（蛾眼效應（Mottenaugeneffekt））。所謂的“蛾眼表面”由精細旋鈕結構（Noppenstrukturen）構成，它不是突然而是理想地連續改變光的折射性能。可以由此消除不同折射率間的銳邊界，使得過渡流暢進行並且光線無障礙通過。為此需要結構尺寸必須小於300 nm。藉助蛾眼效應可以保證降低邊界層反射並通過該邊界層實現透射時高的光效率。
根據本發明優選可以UV固化的膠料。本領域技術人員不僅熟知UV固化膠料並且也熟知測定折射率的方法。根據本發明特別優選使用丙烯酸酯膠料，特別是改性氨基甲酸酯丙烯酸酯膠料。這類膠料由許多公司市售可得，例如以名稱Delo-Photobond® PB 437由Delo可得，可以是通過320-42 nm UV光線固化的膠料。
波長選擇塗層
塗層材料為本領域技術人員所熟知。在本發明的一個優選實施方案中波長選擇塗層含有至少一種金屬和/或一種金屬化合物，如例如金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氟化物、金屬碳化物或這些化合物任意順序的任意組合，它們藉助一種慣常的塗佈方法塗於多刻面寶石。可以將各種金屬或金屬化合物逐層塗至表面。本領域技術人員充分已知生產塗層的方法以及塗層自身。特別包括現有技術中的PVD（物理氣相沉積）、CVD（化學蒸汽沉積）、噴漆以及濕化學方法。根據本發明優選PVD-方法。
PVD-方法是指一系列基於真空的塗佈方法或薄膜技術，其為本領域技術人員所熟知並特別在光學和珠寶業中用於玻璃和塑料塗佈。在PVD-方法中將塗佈材料轉化為氣相。隨後將氣態材料導入待塗佈底物，凝聚並形成目標塗層。使用這類PVD-方法（磁控濺射、激光蒸發技術、熱塗佈等）可以實現低加工溫度。以這種方法許多金屬可以以非常純的形式以沉積為薄層。該方法在活性氣體如氧氣存在下進行，從而可以沉積金屬氧化物。根據本發明優選的方法是藉助濺射的塗佈方法。典型塗層係統可以根據功能和光學外觀的需求由一層，也可以由多塗層構成。在實踐中塗層數多限於1至25。典型的塗層厚度為5至800 nm。根據本發明尤其是Cr、Cr2 O3 、Ni、NiCr、Fe、Fe2 O3 、Al、Al2 O3 、Au、SiOx 、Mn、Si、Si3 N4 、TiOx 、Cu、Ag、Ti、CeF3 、MgF2 、Nb2O5 、Ta2 O5 、SnO2 、ZnO2 、MgO、CeO2 、WO3 、Pr2 O3 、Y2O3 、 BaF2 、CaF2 、LaF3 、NdF3 、YF3 、ZrO2 、HfO2 、ZnS、氮氧化鋁、Si以及 SnZnO適合用作塗層材料。
為了得到波長選擇塗層可以使用例如吸收材料，基於其吸收性能僅波長選擇地透射或反射部分可見光並因此有顏色。根據本發明優選由介電材料構成並且基於干涉現象僅透射或反射部分可見光並因此有顏色的塗層係統，例如各種順序的TiO2和SiO2。根據本發明尤其優選由TiO2 和SiO2 交替構成12層塗層的波長選擇塗層，並且塗層厚度為約20-145 nm。根據本發明優選邊緣位置（Kantenlagen）為380和480 nm的所謂凹陷滤波器，即大部分光在380-480 nm範圍內被反射（=反射間隔，參見圖4）。可以改變塗層數量和塗層厚度，用於生產其他邊緣位置的凹陷滤波器。存在許多商用標準機械用於產生PVD-塗層，例如Evatec公司的Modell BAK1101。
光伏元件
光伏元件（太陽能電池）是一種電子元件，它將短波長輻射能量，通常是太陽光，直接轉化為電能。能夠使用的太陽能電池類型取決於所需的能量供應以及特定的應用目的。特別是無機太陽能電池適用於本發明的應用目的。其由半導體材料，通常由矽製得。此外特別使用碲化鎘、铜铟镓硒和砷化鎵。對於所謂的疊層太陽能電池使用不同半導體塗層，例如铟镓砷與磷化铟镓的結合。
除了材料太陽能電池的結構同樣重要。使用例如材料組合堆疊技術，從而提高總體佈局的效率。選擇材料從而最大限度地使用入射太陽光譜。理論上效率可以達到約43%，而事實上在標準太陽能電池中僅達到15至20%。載流子與所伴隨產熱的重組，以及基於串聯電阻的反射產生損失。常用電池（晶體矽電池）在最大功率下（最大功率點）電壓為約0.5 V。
近年來太陽能電池的結構被優化，從而盡可能吸收更多光並在活化層產生自由載流子。為此在太陽能電池正面塗佈抗反射層，而背面反射。抗反射層提供太陽能電池的典型藍色至黑色。抗反射層通常由氮化矽、二氧化矽和二氧化鈦製得。抗反射塗層的層厚度也決定顏色（干涉色）。均勻的層厚度很重要，因為納米尺寸上的波動已經使反射率增大。藍色反射源自在光譜紅色區域—優選矽吸收波長—設置反射塗層。作為反射層材料的氮化矽和二氧化矽還用作保護層，降低載流子在表面再結合，從而提供更多載流子用於發電。將正面接觸指安裝於太陽能電池背面，可以進一步提高效率。由此避免正面陰影，其減少活性表面並隨後導致光效率降低，因為將近10%的金屬接觸表面被遮蓋。此外背式接觸指比正面接觸指更輕並且可以更低損耗的電連接。根據本發明優選背式接觸太陽能電池。所謂的IBC-電池（Interdigitated Back Contact Cells，叉背接觸太陽能電池）由例如SunPower公司出售。根據本發明特別適合的是由單晶矽和氮化矽抗反射層構成的太陽能電池；優選地該太陽能電池具備效率＞ 20 %。根據本發明特別適合的是由單晶矽製得的Sunpower® C60-太陽能電池，其特徵在於效率為約22.5 %。氮化矽（Si3N4）抗反射層具備典型折射率為1.9-2.5。特別地背式接觸、背反射、二氧化矽保護塗層以及使用參雜矽有助於提升太陽能電池效率。
根據本發明可使用的太陽能電池和本發明的裝飾元件的尺寸/面積取決於應用以及輻照強度。面積為1cm²並且電池效率為約20%時，在輻照強度為100 mW/cm²時，在一小時陽光直射下理論上可以聚集20 mWh能量。實際上由於能量存儲器充電時的電損耗—以及在中歐輻照強度通常無法達到約100 mW/cm²，特別是 1000 W/m²這一事實—該數值較低。對於市售可得“活動追蹤器”，其平均放電量為約3 mWh/天，面積為1 cm²的太陽能電池每週在太陽直射下輻射持續一小時已足夠。由於IBC-太陽能電池在非最佳光照條件下的良好性能，在室內使用也足以抵抗可穿戴電子設備的放電。與室外太陽直射相比，室內輻射強度小100-200倍。上述用於監控身體機能的傳感器平均放電量為1-5 mWh/天。此處也可以通過本發明的裝飾元件供應能量，例如通過將該裝飾元件或多個該類元件與珠寶設計整合。
在本發明的一個優選實施方案中光伏元件配有電接觸，從而將產生的電載流子以電流方式輸散。太陽能電池背式電接觸通過電路板接觸並同時引發正極和負極接觸。
工業應用
本發明的其他主題涉及：根據本發明的裝飾元件作為能量源，特別是在便攜式電子設備中的用途，以及物件，特別是珠寶首飾如戒指、鏈、臂帶等，包含至少一種根據本發明的裝飾元件。
材料
檢測了材料和幾何構型有區別的不同裝飾元件。該裝飾元件由太陽能電池和光學元件構成。根據本發明的實施例還額外配有波長選擇層。
太陽能電池。 使用Sunpower C60 (10 mm x 10 mm)型太陽能電池。
光學元件-含有或不含塗層 。玻璃光學元件採用本領域技術人員已知的方法由從施華洛世奇購得的棋盤形平底閃石2493-Elementen (30 mm x 30 mm)製得。
Pleximid® TT70構成的光學元件採用塑料注塑成型方法在一個預製模具中製備。為此使用Engel  公司的e-victory 80/50型注塑機；注射壓缸溫度：210°C升高至280°C，噴嘴280°C；溫度傳感器：180° DS，140° AS；噴射壓力限值：1200 bar；噴射速度：15 cm³/秒；凸版印製：約800 bar；沒有溶劑。
幾何構型 。 根據本發明的實施方式1和2以及對比實施方式V2和V3的光學元件是具有12mm邊緣位置以及四角略微圓潤的正方形底面的光學元件。在底面上有一個角度為45º（相位）的斜面，使實際剩餘底面為10mm x 10mm（參見圖5a和5b）。具備25個正方形刻面的多刻面上部形成球形拱頂。該物體總高度為5.56mm，拐角處高度為1.93mm。
實施方式和對比實施方式的 描述
對比實施方式V1：12mm x 12mm 玻璃板；厚度 0.5 mm；折射率 n = 1.52 。
對比實施方式V2：根據圖5a和5b由玻璃製得的光學元件；尺寸如下所述（幾何構型）；不含有波長選擇塗層。
實施方式1：根據圖5a和5b由玻璃製得的光學元件；尺寸如下所述（幾何構型）；含有下述波長選擇塗層。
對比實施方式V3：根據圖5a和5b由Pleximid® TT70製得的n = 1.54的光學元件；尺寸如下所述（幾何構型）；不含有波長選擇塗層（對比實施方式）。
實施方式2：根據圖5a和5b由Pleximid® TT70製得的光學元件；尺寸如下所述（幾何構型）；含有下述波長選擇塗層。
波長選擇層
實施方式1和2的光學元件在PVD-設備中（見下文）塗佈。波長選擇塗層的結構示於表1：
表 1 波長選擇塗層的層構成
測量系統和測量
測量目的是研究光學元件和塗層對依賴光線入射角的太陽能電池能量效率的作用。
裝飾元件 ：檢測了由實施方式和對比實施方式的光學元件以及Sunpower C60 (10 mm x 10 mm) 太陽能電池製得的5個不同的裝飾元件。
使用Keithley 2602A源表和含有相應夾具的Linos旋轉座在Oriel的LED-太陽光模擬器Verasol-2（AAA級）進行測定。
測量系統的示意圖示於圖6。圖號代表： (7)      裝飾元件； (8)      太陽光模擬器； (9)      旋轉座； (10)    源表。
使用AAA級（譜相關、空間均勻性、時間穩定性）認證的太陽光模擬器(8)為整個實驗保證了1000W/m²的恆定輻射強度。藉助放置樣品的旋轉座(9)改變光線在待測定實施方式1和2以及對比實施方式V1至V3樣品上的入射角，太陽能電池的中軸與陽光模擬器之間的距離z保持恆定（參見圖6）。
使用源表(10)分別測定太陽能電池在1000W/m²輻射強度下的电压/电流特性並由此檢測最佳工作點的效率。
5個太陽能電池首先不含光學元件進行測定。光線入射角由0°以15°的間距變為75°（參見圖6）。隨後使用折射率n=1.461 的UV-膠料將帶有波長選擇塗層（表1）的光學元件（見下文）置於太陽能電池上並重複全部測定。每個測定重複三次；由此計算出算術平均值和相對標準偏差（標準偏差/平均值）；結果列於表2。
表 2 對於上述實驗設定在最佳工作點（最大功率點）下太陽能電池效率隨光線入射角的相對變化
表2所得結果的圖解分析示於圖7a和7b。黑色代表V1；棕色：V2；雙陰影線：1；由左上至右下的陰影線：V3；由左下至右上的陰影線：2。
結果討論
對於實施方式V1效率損耗一方面源自基於玻璃/UV-膠料和UV-膠料/太陽能電池過渡處不同折射率的損失。另一方面部分入射玻璃板的光線通過反射損失。通常所有光學元件都會出現上這兩種類型的能量損耗，但是平玻璃板最大。
在最佳工作點下太陽能電池效率的提升主要通過幾何效果產生，如示於圖2a/2b和3a/3b。特別地對於增大的光線入射角可以看出多刻面凸幾何結構的重要性。裝飾元件的效率顯著增大（實施方式V2和V3）。與由Pleximid® TT70製得的光學元件相比對於玻璃更明顯。
與V1和V2相比通過波長選擇塗層（實施方式1和2）能量產率方面出現基於部分可見光反射的預期損耗。然而該損耗，如由表2可見，可以通過多刻面與凸幾何結構的結合遠遠抵消。
由玻璃和Pleximid® TT70製得的光學元件的差異源自玻璃明顯更好的透射性能以及玻璃樣品製備的更好表面性能。
電腦模擬
藉助電腦模擬研究寶石的平-凸-凹幾何構型或平-凸幾何構型對太陽能電池效率的影響。該模擬使用Optis公司的Speos程序藉助物理光線追蹤進行。
電腦模型
使用測定得到的相應寶石的CAD-數據作為寶石模型（見下文）。假設寶石表面為理想表面（不粗糙，即沒有表面缺陷）。為了模擬以實施方式1的玻璃的折射率為基礎，λ = 550 nm時為1.56。
波長選擇塗層或寶石和太陽能電池之間的邊界層由於複雜不予考慮。使用該模擬僅僅研究寶石不同幾何構型（凸、凹）對光效率的影響。包含波長選擇塗層或邊界層與其不相關。
模擬具備反射表面的太陽能電池，反射率為1.3%並與光線入射角無關。太陽能電池吸收率為98.7%。
模擬中寶石輻射光類似於中心上部的測定。光源範圍為30mm x 30mm。光源與寶石支撐面中心間的距離為15mm。光源出光角度為2x8°。假設光分佈為高斯分佈。光源輻射功率為1 W。使用Speos程序的普通光源D65作為光源。根據光線入射角（見下文）僅有部分光線入射寶石。
模擬和結果
模擬S1：平-凸幾何構型的寶石，圖8。該寶石對應測量得到的寶石（圖5a）。
模擬S2：平-凸-凹幾何構型的寶石，圖9。凹陷為球面。通過直徑為18 mm的球形得到。該球形的中心位於表面法線，其通過寶石支撐面的中心點。凹陷對應於高度為0.558mm的球冠。
模擬S3：平-凹幾何構型的寶石，圖10。寶石的凹曲面反轉對應於起始寶石的凸表面，圖8。寶石（圖10）邊緣高度H為5mm。
模擬的目的是，研究光學元件（寶石）的幾何構型（凹，凸）對太陽能電池的吸收性能以及對與光線入射角相關的太陽能電池能量效率的影響。
模擬中光線的入射角類似於測定（見下文）而改變。以单位瓦特計算模型太陽能電池的吸收光效率。吸收光效率的相對偏差根據100 x (S2 – S1)/S1或100 x (S3-S1)/S1得到，以百分比計，並確定不同入射角時的數值（表3）。
表3
上述模擬模型的取決於光線入射角的太陽能電池吸收效率，以及模擬數值的相對偏差100 x (S2 – S1)/S1或100 x (S3-S1)/S1。
結果討論
S3與S1的相對偏差值（第6列），表3，說明吸收光效率在純凹幾何構型中顯著減小。可以預期凹幾何構型具有散射效果。
反之如果凹曲面的表面比例最大為曲面表面積1/3（圖9）（參見模擬2，表3第4列），效率值的偏差幾乎可以忽略。
相對偏差（參見表3，第4和6列）隨入射角非連續地減小。由此可以得知光線也會入射寶石的非曲面並因此在寶石內部產生額外的反射。
模擬結果說明，凹曲面，其表面比例至多為寶石曲表面的1/3，在太陽能電池效率方面可以忽略。
雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
(1)‧‧‧含有凸曲面區域的多刻面透明寶石
(2)‧‧‧光伏電池（太陽能電池）
(3)‧‧‧波長選擇塗層
(4)‧‧‧波長選擇薄膜
(5)‧‧‧膠料
(6)‧‧‧涉及波長選擇層位置的不同構造
(7)‧‧‧裝飾元件(能量元件)
(8)‧‧‧太陽光模擬器
(9)‧‧‧旋轉座
本發明隨後藉助實施方式和圖式更詳細說明，但並不限於此。圖式出以下主題： 圖1a:  波長選擇塗層位於多刻面正對平面的裝飾元件的構造 圖1b:  波長選擇塗層位於太陽能電池上的裝飾元件的構造 圖1c:  具備波長選擇薄膜的裝飾元件的構造 圖2a: 一束光線入射太陽能電池帶刻面的平凸光學元件 圖2b: 太陽能電池平面蓋板上的光路 圖3a: 側面入射光線在帶刻面平凸光學元件上的折射 圖3b: 側面入射光線在太陽能電池平面蓋板上的光路 圖4a: 根據表1的波長選擇濾光-塗層的光譜  T=透射率；R=反射率 圖4b: 波長選擇濾光-塗層反射的角度依賴性 R=反射率 圖5a: 光學元件的幾何構型；透視圖 圖5b: 光學元件的底面；底面45º相位 圖6:    測量系統 – 示意 圖7a: 最佳工作點效率隨光線入射角的相對變化 圖7b: 使用光學元件后最佳工作點效率在0-75°入射角度下平均相對變化 圖8：用於模擬的光學元件幾何構型，同樣參見圖8 圖9：具備平-凸-凹曲面的光學元件幾何構型 圖10：具備平-凹曲面的光學元件幾何構型
(1)‧‧‧含有凸曲面區域的多刻面透明寶石
(2)‧‧‧光伏電池(太陽能電池)
(3)‧‧‧波長選擇塗層
(5)‧‧‧膠料
(6)‧‧‧涉及波長選擇層位置的不同構造
(7)‧‧‧裝飾元件

Claims (15)

  1. 一種裝飾元件，包含： 一含有凸曲面區域的多刻面透明寶石； 波長選擇層；和 一光伏電池。
  2. 根據申請專利範圍1所述的裝飾元件，其特徵在於，該寶石由玻璃或塑料製得。
  3. 根據前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件，其特徵在於，該寶石具備平-凸幾何構型或平-凸-凹幾何構型。
  4. 根據前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件，其特徵在於，波長選擇層選自波長選擇塗層或波長選擇薄膜。
  5. 根據申請專利範圍4所述的裝飾元件，其特徵在於，波長選擇塗層含有至少一種金屬和/或金屬化合物。
  6. 根據前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件，其特徵在於，波長選擇層反射380 – 850 nm區域的部分光。
  7. 根據前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件，其特徵在於，波長選擇層反射380 – 850 nm範圍內至少50%反射間隔為50-250nm的入射光。
  8. 根據申請專利範圍7所述的裝飾元件，其特徵在於，除反射間隔以外波長選擇層在400-1200nm波長範圍內具備平均透射率＞ 80%，光線入射角為0º下測定。
  9. 根據前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件，其特徵在於，波長選擇層被置於 (a)       正對多刻面的面上；或者 (b)       光伏電池上。
  10. 根據前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件，其特徵在於，波長選擇塗層含有至少一種化合物，其選自組包括Cr、Cr2O3、Ni、NiCr、Fe、Fe2O3、Al、Al2O3、Au、SiOx、Mn、Si、Si3N4、TiOx、Cu、Ag、Ti、CeF3、MgF2、Nb2O5、Ta2O5、SnO2、ZnO2、MgO、CeO2、WO3、Pr2O3、Y2O3、BaF2、CaF2、LaF3、NdF3、YF3、ZrO2、HfO2、ZnS、氮氧化鋁、Si以及 SnZnO或這些化合物任意順序的任意組合。
  11. 根據前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件，其特徵在於，光伏電池是背式接觸太陽能電池。
  12. 根據前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件，其特徵在於，使用膠料將裝飾元件的部件(a)、(b)和(c)黏合。
  13. 根據申請專利範圍12所述的裝飾元件，其特徵在於，膠料折射率與寶石折射率相差± 20 %。
  14. 根據前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件作為能量源特別是在便攜式電子設備中的用途。
  15. 包含至少一種前述至少一項申請專利範圍所述的裝飾元件的物件。
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