(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽光電池の効率を向上した発光型太陽光集光器（ＬＳＣ）を提供する。【解決手段】太陽光集光器（ＳＣ）３００は、導波路３１０と、導波路リダイレクト物質３２０、及び太陽光電池アレイ３０５を備えた基板３１５で構成される。導波路リダイレクト物質は、ＮＩＲ発光色素または散乱粒子であり、基板は、ガラス、あるいはプラスチックの透明または略透明な基板である。【選択図】図３Ｂ
2020074429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．基板と、
ｂ．前記基板と接続する、太陽光電池アレイまたは光電池素子と、
ｃ．約６５０ｎｍよりも長い波長の光を選択的に吸収および放射し、２０％よりも高い量子収量において光を放射する導波路リダイレクト物質を含み、前記基板に配置されたフィルムとを備え、
人間の視覚に対して透明であり、前記基板の表面に対して、該表面の平面方向に対し９０度を成す角度において、光が接触した場合において、平均可視光透過率が５０％よりも高く、演色評価数が８５％よりも高いエネルギー収集システム。
【請求項２】
前記太陽光電池アレイまたは前記光電池素子は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、非晶質ゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、珪素（Ｓｉ）、非晶質珪素（ａ−Ｓｉ）、珪素−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、非晶質珪素−ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）、セレン化銅インジウム、硫化銅インジウム、セレン化銅インジウムガリウム、硫化銅インジウムガリウム、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ペロブスカイト（ＰＶ）、またはこれらの化合物の内、少なくとも一つを備えた請求項１に記載のエネルギー収集システム。
【請求項３】
前記フィルムは、前記導波路リダイレクト物質からなる請求項１または２に記載のエネルギー収集システム。
【請求項４】
前記フィルムは、ポリマーに埋め込まれた前記導波路リダイレクト物質を含む請求項１または２に記載のエネルギー収集システム。
【請求項５】
前記ポリマーは、（ポリ）−メタクリル酸ブチル−ｃｏ−メタクリル酸メチル（ＰＢＭＭＡ）を含む請求項４に記載のエネルギー収集システム。
【請求項６】
ａ．基板と、
ｂ．前記基板と接続する、太陽光電池アレイまたは光電池素子と、
ｃ．約６５０ｎｍよりも長い波長の光を選択的に吸収および放射し、前記基板に埋め込まれた、あるいは、前記基板に配置された導波路リダイレクト物質とを備え、
人間の視覚に対して透明であり、前記基板の表面に対して、該表面の平面方向に対し９０度を成す角度において、光が接触した場合において、平均可視光透過率が５０％よりも高く、演色評価数が８５％よりも高いことを特徴とするエネルギー収集システム。
【請求項７】
前記太陽光電池アレイまたは前記光電池素子は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、非晶質ゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、珪素（Ｓｉ）、非晶質珪素（ａ−Ｓｉ）、珪素−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、非晶質珪素−ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）、セレン化銅インジウム、硫化銅インジウム、セレン化銅インジウムガリウム、硫化銅インジウムガリウム、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ペロブスカイト（ＰＶ）、またはこれらの化合物の内、少なくとも一つを備えた請求項６に記載のエネルギー収集システム。
【請求項８】
前記導波路リダイレクト物質は、２０％よりも高い量子収量において光を放射する請求項６または７に記載のエネルギー収集システム。
【請求項９】
前記導波路リダイレクト物質は、前記基板に配置される請求項６または７に記載のエネルギー収集システム。
【請求項１０】
前記導波路リダイレクト物質は、フィルム層として前記基板に配置される請求項６から９の何れか１項に記載のエネルギー収集システム。
【請求項１１】
前記導波路リダイレクト物質は、前記基板に埋め込まれる請求項６から８の何れか１項に記載のエネルギー収集システム。
【請求項１２】
請求項６から１１の何れか１項に記載のエネルギー収集システムの、建築物、乗り物または装置の羽目板に積み重ねられたエネルギー収集システムとしての使用。
【請求項１３】
請求項６から１１の何れか１項に記載のエネルギー収集システムの、テレビモニタ、コンピュータモニタ、携帯機器、または電光掲示板の表示装置に一体化されたエネルギー収集システムとしての使用。
【請求項１４】
透明エネルギー収集装置の作成方法であって、
導波路リダイレクト物質を含む溶液の基板への流し込みと、
前記基板の上の前記溶液の乾燥と、
前記透明エネルギー収集装置を形成するための、光電池素子と前記基板との接続とを含み、
前記導波路リダイレクト物質は、約６５０ｎｍよりも長い波長の光を選択的に吸収および放射し、
前記透明エネルギー収集装置は、人間の視覚に対して透明であり、前記基板の表面に対して、該表面の平面方向に対し９０度を成す角度において、光が接触した場合において、平均可視光透過率が５０％よりも高く、演色評価数が８５％よりも高い透明エネルギー収集装置の作成方法。
【請求項１５】
前記溶液は、（ポリ）−メタクリル酸ブチル−ｃｏ−メタクリル酸メチル（ＰＢＭＭＡ）と混合された前記導波路リダイレクト物質を含む請求項１４に記載の透明エネルギー収集装置の作成方法。
【請求項１６】
前記基板は、ガラス、プラスチック、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、ポリ−（メタクリル酸エチル）（ＰＥＭＡ）、または（ポリ）−メタクリル酸ブチル−ｃｏ−メタクリル酸メチル（ＰＢＭＭＡ）を備え、前記導波路リダイレクト物質は、ヨウ化２−［７−（１，３−ジヒドロ−１，３，３−トリメチル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）−１，３，５へプタトリエンチン］−１，３，３−トリメチル−３Ｈ−インドリウム（ＨＩＴＣＩ）；ヨウ化２−［２−［２−クロロ−３−［（１，３−ジヒドロ−３，３ジメチル−１−プロピル−２Ｈ−インドール−２イリデン）エチリデン］−１−シクロヘキセン−１−イル］エテニル］−３，３−ジメチル−１−プロピルインドリウム（ＩＲ７８０）；塩化３−（６−（２，５−ジオキソピロリジン−１−イルオキシ）−６−オキソヘキシル）−１，１−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，１，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ７．５ＮＨＳエステル）；塩化１−（６−（２，５−ジオキソピロリジン−１−イルオキシ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７ＮＨＳエステル、“ＣＹ”）；塩化１，１−ジメチル−３−（６−オキソ−６−（プロプ−２−イニルアミノ）ヘキシル）−２−（（１Ｅ，３Ｅ，５Ｅ，）−５−（１，１，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）イリデン）ペンタ−１，３−ジエニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ５．５アルキン）；塩化１−（５−カルボキシペンチル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７カルボキシ酸）；およびこれらの化合物および混合物からなる群から選択される請求項１４または１５に記載の透明エネルギー収集装置の作成方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の相互参照〕
本願は、２０１４年３月２０日に出願された、米国特許出願第１４／２２０，８５０号に対する優先権を主張する。上記の出願の全開示が本明細書に参照によって組み込まれる。
【０００２】
〔背景〕
本願は一般に、統合された太陽光窓のための太陽光集光器、特に、透明太陽光集光器に関する。
【０００３】
構築された環境の中の統合された太陽光取り込みシステムは、太陽光電池の導入コストに対する影響が低く、収集効率を高める、広い範囲における太陽光エネルギーの置き換え可能な捕捉の手段である。しかしながら、コスト、建築上のインピーダンス、そして最も重大なのは、美観のために、建物、およびその周囲に従来の太陽光モジュールを設置することに関連する困難性によって、建物外面における太陽光取り込みシステムの広い普及は、著しく阻害されている。
【０００４】
発光型太陽光集光器（「ＬＳＣ」）の概念はよく知られており、近年の燐光および蛍光発光団の効率の改善とともに、ＬＳＣシステムの効率は７．１％上昇した。光の光学的な集光は、システム全体の変換効率を（ＬＳＣの積層なしで）１０％未満に制限するが、高価な太陽光電池が必要とされる領域を劇的に減らし、導入コストを下げ、太陽光電池の表面領域における電力生成の比率を向上させる。モジュールとシステムコストのバランスとのそれぞれの中の要素である、ガラスおよび土地の高いコストの理由から、性能を向上させ、低いモジュールコストの可能性を有しているにも関わらず、このようなＬＳＣはソーラーファームの実行にめったに採用されない。さらに、建築上の窓としてのＬＳＣの活用に対する関心が明らかにされている。しかしながら、現在まで、これらのシステムは、波長帯の可視光の部分における吸収と発光（白熱）とに制限され、窓におけるこのようなデバイスの広い普及を阻害してきた。一般的に、窓の目的は、自然光を視野と共に提供する事であって、言い換えれば、多くの人々は強く色づけされたガラスの背後で作業することを望まない。このため、高水準の無色透明性が、至る場所での採用には望ましい。
【０００５】
ＬＳＣの性能は、構成要素の効率：発光団光ルミネセンス効率（量子収量）、太陽波長帯吸収効率、導波（捕捉）効率、太陽光電池の効率、および移送（再吸収）効率によると理解されてもよい。最も高いＬＳＣの性能は、再吸収（ストークスシフト）損失を減らし、波長帯にわたる全体の吸収効率を向上させるようにふるまう、燐光有機分子または（量子ドットもしくは有機色素のような）複数の発光団の混合を活用する。報告された最も高い効率（６−７％）は、大きな形状のＬＳＣが、効率を５％未満に制限する、相当量の再吸収を受けるため、比較的小さい板（０．１平方メートル未満）に対するものである。
【０００６】
ＬＳＣは、特に大きな形状の板に対して、再吸収損失によって最も大きく制限されることが、長く認知されている。実際、ＬＳＣに関する多くの研究が、数ミクロン未満の厚さの良質の膜色素のみに適用可能な、有機発光団のストークスシフトの向上と、ストークスシフトまたは共鳴シフトを人為的に向上させる色素最適化とを通じた、これらの再吸収損失の削減に焦点があてられている。
【０００７】
以前の透明太陽光取り込み構造の構築の取り組みは、：（１）一般に、激しい色付けまたは制限された透過率、もしくは効率と透過性との間の固有のトレードオフを有する、半透明薄膜光電池、（２）可視において吸収または発光する色づけられた発色団を組み込まれたＬＳＣ、または（３）直接光のみを収集し、太陽光の追跡が必要である、波長依存の光学を使用した光学系に焦点があてられている。これら全ての試みは、美観上の性質、嵩高性、または相当量の透明性の制限のために、窓の適用のためのこれらの可能性が激しく制限される。これらの試みは、従来の装置においては同時に最適化することができない、電力変換効率（「ＰＣＥ」）と可視透過性（「ＶＴ」）との間の固有のトレードオフに苦しむ。可視光の波長帯内に最大の吸収を有する、一般的な有機光電池（ＰＶ）によって、構造の採用はさらに阻害され、高く色付けされ自然光としての品質に乏しい、粗悪な色表現指数（「ＣＲＩ」）の結果に繋がる。対照的に、目に見えるほどの透明性を得るために、構造の採用を妨げ、広い領域のスケーリングの明確な手段を提供する、美観のトレードオフ（低いＶＴまたはＣＲＩ）を避ける紫外／近赤外選択太陽光集光器は好ましい。
【０００８】
図１は従来の構成における発光型太陽光集光器（ＬＳＣ）１００の切断面の描写を示している。ＳＣ１００は第１無機太陽光電池１０５と、第２無機太陽光電池または反射被覆１１０と、基板１１５と、導波リダイレクト素材１２０とを備える。導波リダイレクト素材１２０は近赤外発光色素または散乱粒子であってもよい。長角括弧１２５は入射する太陽束、短角括弧１３０はＮＩＲ光線、黒矢印１３５は可視光を表している。矢印１４０は導波されたＮＩＲ光線を表す。ＬＳＣ１００の効率に悪影響を及ぼす要因は、発光団光ルミネセンス効率（量子収量）の低さ、太陽波長帯吸収効率の低さ、導波（捕捉）効率の低さ、太陽光電池の効率の低さ、および移送（再吸収）効率の低さを含む。
【０００９】
様々な従来の装置が、至る所に分散された、発光または散乱因子を有する、発光型太陽光収集器を搭載している。例示的な米国特許として、第４，１５５，３７１号（“Luminescent Solar Collector” Wohlmut et al.１９７９年５月２２日公表）、第４，１５９，２１２号（“Luminescent Solar Collector” Yerkes １９７９年６月２６日公表）、第４，３５７，４８６号（“Luminescent Solar Collector” Blieden et al. １９８２年１１月２日公表）、第２００９／００２７８７２号（“Luminescent Object Comprising Aligned Polymers having a Specific Pretilt Angle” Debije et al. ２００９年１月２９日公表）、および第２０１０／０２８８３５２号（“Integrated Solar Cell Nanoarray Layers and Light Concentrating Device” Ji et al. ２０１０年１１月１８日公表）が含まれる。これらの参照の全てが本明細書に参照として組み込まれる。
【００１０】
〔概要〕
本技術に基づいて、透明発光型太陽光集光器（ＴＬＳＣ）が提供される。システムは、太陽光電池アレイと、導波路と、導波路リダイレクト物質とを備える。様々な実施形態において、導波路リダイレクト物質は太陽光電池アレイと連結されている。導波路リダイレクト物質は太陽光電池アレイに組み込まれてもよい。いくつかの実施形態において、導波路リダイレクト物質は太陽光電池アレイと並列されてもよい。導波路リダイレクト物質は散乱ナノ粒子を備えていてもよい。システムは複数のアレイを備えていてもよい。
【００１１】
一様態において、発光型太陽光集光器（ＬＳＣ）は、約６５０ｎｍよりも長い波長の近赤外光を選択的に吸収する。さらなる様態における発光型太陽光集光器（ＬＳＣ）は、重合基質中に組み込まれた分散ナノ結晶群を採用する。
【００１２】
本器具および方法は、従来の装置に対して有利である。例えば、本発光型太陽光集光器は、人の視野にとって高い透明性を有し、その結果、構造建築物、温室、自動車、飛行機、船舶、または同様の物の観賞窓における使用にとって、これは理想的に適する。さらに、発光団、および本器具の多数の組み合わされた様態は、約１０〜２５％よりも高い量子収量を獲得する。
【００１３】
以前の不利を解決するため、本低コスト太陽光集光器は、可視波長帯における高い透明性を有し、建物外面における窓およびガラスシステムへの一体化が可能である、エキシトンの特徴および分子染料の構築された吸収は、導波路の中に組み込まれた、高効率の分割太陽光電池アレイへの、より深いＮＩＲ発光団の放射の導波によって、ＮＩＲ光を選択的に収集する、近赤外（「ＮＩＲ」）ＬＳＣ構造を実現し、その結果、いくらかの視覚上の支障を低減し、ＮＩＲへの光子収集の範囲を延長する、高価な太陽光素材の必要な量を最小限にする。近赤外光子の大多数を利用できる特定の発光団は、これらの透明システムに対して理想的に適する。発光団は、シアニン、シアニン塩を混合し、スクアリリウムは、高い透明性を有し、最小限の色付けがなされたＴＬＳＣに対して特に適している。したがって、この器具は、窓の広い採用において、システムの効率を約０．１〜５％より高く、平均可視光透過率を約７０％より高く、そして演色評価数を約８５％よりも高く、透明太陽光集光器を最適化する。このＳＣは、太陽光集光器の、窓ガラスの美観および構造上の設計の自由度を維持しつつ、直接光および入射光の両方から電気を生成し、低光量効率を高める。
【００１４】
〔図面〕
ここに示された図面は、選択された実施形態の図解のみを目的としており、全ての実行可能性を図解しておらず、本開示の範囲を限定しようとするものではない。
【００１５】
図１は、従来の発光型または分散型太陽光集光器の図である。
【００１６】
図２は、ボストン、ＭＡの建築物の周囲の太陽束を示す図である。
【００１７】
図３Ａ〜３Ｄは、第１太陽光集光器の図である。
【００１８】
図４Ａ〜４Ｄは、第２太陽光集光器の図である。
【００１９】
図５は、反射鏡を有する太陽光集光器の図である。
【００２０】
図６Ａ−６Ｊは、様々な発光団の放射スペクトルを示すグラフである。
【００２１】
図７Ａ−７Ｃは、透明発光型太陽光集光器の概略（７Ａ）と、ＣＹおよびＨＩＴＣの構造（７Ｂ）と、可視波長帯外において吸収と放射との両方の必要性を強調する、ＣＹ染料が組み込まれた透明ＬＳＣシステムの写真（７Ｃ）とを示す。
【００２２】
図８Ａ−８Ｂは、ＮＩＲ吸収をするＣＹおよびＨＩＴＣＩの、規格化された吸収（丸）および放射（四角）スペクトル（８Ａ）と、集光の関数としての、ジクロロメタンにおけるＣＹおよびＨＩＴＣＩの測定された量子収量（ＱＹ）と吸収（８Ｂ）とを示し、実線はＱＹと吸収に対するベア−ランバートの法則とに対する数式１への当てはめである。
【００２３】
図９Ａ−９Ｄは、Ｖｏｃ、ＦＦ、電力効率、およびＣＹ装置の応答度の光強度依存（９Ａ）と、二つの発光団を有する、全て組み立てられたＬＳＣシステムに対する電圧の関数としての電流密度（９Ｂ）と、０．０２ｍから０．０７ｍまで、１０ｍｍの増分において測定された波長の関数としての、ＬＳＣシステムのＥＱＥ（９Ｃ）と、円に示された、測定されたＥＱＥを有する、ＣＹＬＳＣ長の関数としての、計算されたＥＱＥ（９Ｄ）とを示す。
【００２４】
図１０は、ＬＳＣ長の関数と、シミュレートされたストークスシフトの関数としてのＣＹＬＳＣ光学効率の計算を示し、ＣＹおよびＨＩＴＣＩは、それぞれ２０ｎｍおよび３０ｎｍのストークスシフトを基準として有する。
【００２５】
一致する参照番号は、いくつかの図面を通して一致する部材であることを示している。
【００２６】
〔詳細な説明〕
下記の技術の説明は、本質的に、一つ以上の発明の主題、製造物、および使用の、単なる例示に過ぎず、本適用例またはそこから発表される特許に対して優先権の主張をされ得るものとしての、本適用例またはそのような他の適用例において、主張された何れかの特定の発明の範囲、適用例、および使用を限定しようとするものではない。
【００２７】
本明細書および特定の例は、技術の実施形態を示すが、図解のみを目的としようとするものであり、技術の範囲を限定しようとするものではない。さらに、明記された特徴を有する複数の実施形態の詳述は、さらなる特徴を有する他の実施形態、または明記された特徴の異なる組み合わせを組み込む他の実施形態の除外しようとするものではない。特定の例は、本技術の構成および方法の、作成方法および使用方法の図示を目的として提供され、そうでなければ明確に記載されない限り、本技術の与えられた実施形態が、作成されたか、作成されていないか、あるいは試行されたか、試行されていないかを説明しようとするものではない。
【００２８】
本器具および方法の実施形態は（導波路の端部よりむしろ）頂部および／または底部における分割ソーラーアレイを組み込む、光収集システムの改善に方向づけられている。発光型太陽光集光器（ＬＳＣ）を備えるシステムは、電磁波長域の近赤外（ＮＩＲ）領域における波長を有する光を選択的に収集できる。したがって、ＮＩＲ光を選択的に収取することにより、発光型太陽光集光器は、人間の目にとって、透明、または略透明とできる。
【００２９】
本ＬＳＣは、ソーラータワー、方尖塔、および太陽光の収集を強める窓のような、作成された三次元構造において使用されてもよい。これらの構造は、同じ専有面積に相当する太陽光追跡ユニットよりも、実質的により磁束を収集できる。同様に、建築物も、各々の外面において日中を通し効率的に太陽光を収集する、優秀な太陽光の収集器としての役割を果たせる。例えば、図２において、ボストンの垂直な建築物の全ての四方からの太陽束密度の合計（９．３ｋＷｈ／垂直ｍ２・日）は、同じ専有面積に相当する太陽光追跡ユニット（６．０ｋＷｈ／水平ｍ２・日）でさえも、実質的により大きいと概算され、建物の活用される全ての垂直領域を占有したとすると、南に面する垂直な窓が、最も高い太陽束（およびしたがって、最も高い電力出力）を与えるものの、東西に面する窓は、日中を通して使用できる電力生成を伸ばす。
【００３０】
アメリカ合衆国の全ての建築物の電力のおおよそ１７％が、照明に使用されている。太陽光窓の採用の奨励は、建築物に、窓の空間をより活用し、自然光を増やし、照明のコストを削減させることを促すことができる。太陽光スペクトルの再現は、多くの建築物の照明の適用例の目標である。それぞれの太陽光窓は伝搬されたスペクトルに小さな変形を与えるだろう。このため、演色評価数（「ＣＲＩ」）が、太陽光スペクトルの伝搬スペクトル（例えば、ＡＭ１．５Ｇ等）を巻き込むことにより、評価に用いられている。演色の枠組みは、伝搬されるべき波長域の可視波長域部分と、電力生成に使用されてもよい構成要素との決定に役立つ。例えば、１９３１ＣＩＥ表色系は、約６６０ｎｍおよび４４０ｎｍにおいて、これらの極限以上および以下において、非常に小さな明所応答しかないため、座標のプロットが終わっており、４４０ｎｍ以下および６６０ｎｍ以上が、活用できる有効波長範囲であると規定している。これらは３８０〜４４０ｎｍおよび６６０〜７２０ｎｍの範囲において、いくらか応答があるものの、応答は特に限られたもの（最高応答度が２％未満）であり、このためこれらの波長は色の全体的な知覚に大きく寄与しない。
【００３１】
ここで使用されるように、ＣＲＩは知覚できる可視光の範囲である。ＣＲＩは肉眼視で透明な太陽光電池の熱力学上の効率の限界を決定するために、実質的に活用される。特に、ＣＲＩは照明システムの品質の評価の評価基準であり、色づけされた窓の水準、すなわち知覚性の評価に活用できる。ＣＲＩは、照明国際会議（ＣＩＥ）１９７６三次元均等色空間（ＣＩＥＬＵＶ）、ＣＩＥ１９７４試験色標本、および（黒体軌跡でない）色順応の補正の組み合わせにおける、理想的な伝搬の特徴（階段関数）に基づき計算され、必要であれば、以下の式を参照し、
【００３２】
【数１】
2020074429.tif 000003
【００３３】
ここでΔＬｉ＊、Δｕｉ＊、およびΔｖｉ＊は、補正された参照太陽光スペクトル（ＡＭ１．５Ｇ）および伝搬源（Ｔ（λ）・ＡＭ１．５（λ））とともに「照らされた」それぞれの色標本ｉ（合計８つ）との間の明度（Ｌ＊）および色度座標（ｕ＊、ｖ＊）の差である。重み付けされた可視光透過度（ＶＴ）の平均は、下記式で計算され、
【００３４】
【数２】
2020074429.tif 000004
【００３５】
ここでλは波長、Ｔは伝搬スペクトル、Ｐは人間の目の明所応答、Ｓは太陽光エネルギー束であり、積分はＰを完全に包含する十分な波長範囲（例えば、３００〜９００ｎｍ）を超えて予め形成され、この結果、いずれの規定された可視波長範囲からも独立している。ＣＲＩおよび平均ＶＴは、全体が参照によって本明細書に組み込まれる、Lunt, “Theoretical Limits for Visibly Transparent Photovoltaics,” Appl. Phys. Lett. 101, 043902 (2012)に詳細に記載されている。
【００３６】
建物の電力の有意な一部分（１５％〜）は空調に活用される。冷却の効率は有意に低いものの、電気から熱への変換は高効率（ほぼ１００％）である。太陽光窓として使用される本ＬＳＣは、電気の生成のためのエネルギーの活用と、透明、ＮＩＲ選択鏡からの残りの排除によって、赤外光束からの望まない太陽光熱を劇的に減らすことができる。この電気生成に対する望まない資源の活用の付加的な利点は、現在の低い太陽光熱利得係数（ＳＨＧＣ）被覆技術を称賛する、または置き換えるかもしれない。この熱排除は、機能上、直接電力生成からの効率的なＬＥＣを、５０〜１００％向上させることができる。
【００３７】
太陽光光子束の大きな一部分は、電磁波長帯のＮＩＲ領域（〜７４％）におけるものである。この制限は、より小さなストークスシフトのＮＩＲ発光団の使用を可能にする、商業的に利用可能であり、平行または連続的に配線され、もしくは網目状にレーザパターンされ、ＬＳＣ導波路中に組み込まれた、５０〜１００μｍ幅にて高度に分割された太陽光電池アレイによって解決される。
【００３８】
図３を参照すると、図３Ａの第１方向、および図３Ｂの第２方向に示された、太陽光集光器（ＳＣ）３００の第１の実施形態は、導波路３１０の頂部、中間、および底部に配された、分割無機太陽光電池アレイ３０５を含む。さまざまな実施形態において、ソーラーアレイ３０５は、導波路の内部に並べられる、または表面に配置される、ワイヤ、マイクロワイヤ、ナノワイヤ、リボン、細片、球体、ドット、またはこれらを組み合わせたもの、あるいは同様の物を含む網目からなる。一つ以上の太陽光電池アレイ３０５は熱損失の低減に利用される。しかしながら、コストおよび有用性は、結局のところセルの設計を促進するだろう。いくつかの実施形態において、ＳＣ３００は、導波路３１０の端部に太陽光電池素子を備える。制限されない例として、ＧａＡｓセルがＳｉと比較して３０％以上太陽光電池素子効率（ηＳＣ）を引き上げることができるが、これらのセルのコストの概算は、Ｓｉの２または３倍以上である。使用可能な少なくとも１５〜２０％高価なＳｉモジュールに対して、単色効率は、ＮＩＲＬＳＣ（９００ｎｍの放射）材料の一組に対して、ηＰＶ＝２２〜２４％を変換する。したがって、使用可能となる高価でないより高いバンドギャップのセル（例えば、ＧａＡｓ、およびＧａＩｎＰ）として、ＬＳＣシステムはＳｉとより効率的に結合されることが想像される。ソーラーアレイ３０５または太陽光電池素子は、技術において知られている何れかの材料を備えることができる。ソーラーアレイおよび太陽光電池素子の材料の限られない例は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、非晶質ゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、珪素（Ｓｉ）、非晶質珪素（ａ−Ｓｉ）、珪素−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、非晶質珪素−ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）、セレン化銅インジウム、硫化銅インジウム、またはこれらの化合物（ＣＩＳ）、セレン化銅インジウムガリウム、硫化銅インジウムガリウム、またはこれらの化合物（ＣＩＧＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＣｌ３、およびＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３のようなペロブスカイト（ＰＶ）、またはこれらの化合物を含む。
【００３９】
再び図３を参照すると、導波路３１０は、基板３１５への塗工または噴霧を通して、または基板３１５と交互に積層されたスレートとしての色素シートの積層を通して、基板３１５の内部に導波路リダイレクト物質３２０を形成された、ガラス、プラスチック、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、ポリ−（メタクリル酸エチル）（ＰＥＭＡ）、または（ポリ）−メタクリル酸ブチル−ｃｏ−メタクリル酸メチル（ＰＢＭＭＡ）のような、透明または略透明の基板３１５を備える。いくつかの実施形態において、導波路リダイレクト物質３２０は基板３１５に組み込まれている。導波路リダイレクト物質３２０は可視光透過ＮＩＲ発光色素または散乱粒子であってもよい。発光色素または散乱粒子は基質に組み込まれたナノ結晶群であってもよい。ガラスの吸収の低減への寄与の理由から、セイントゴバイン（パリ、フランス）のダイヤモント（登録商標）低鉄ガラス、およびプラニラックス（登録商標）透明ガラス、およびショット（マインツ、ドイツ）のボロフロート（登録商標）３３ホウケイ酸塩ガラスのような、高い透明度の低鉄ガラスが好ましい。これらのガラスは、めったに窓の基本材料に使用されない、他の重合体を基にした導波路を超える、商業的な展開に対して選択された基板であり、特に、ＰＭＭＡに匹敵するほどの低い吸収率を示す。有利なことに、太陽光電池素子の色素への近接は、熱損失の低減およびシステム全体の効率の改善をしつつ、より小さなストークスシフトの色素を使用可能にする。
【００４０】
図３Ｃに示されるように、様々な実施形態において、ソーラーアレイ３０５は、基板３１５内に組み込まれていてもよい。太陽光電池素子３０５はＳＣ３００の第１表面３４０近傍の、第１位置３２５に組み込まれていてもよい。代わりに、太陽光電池素子３０５はＳＣ３００の中間領域における、第２位置３３０に組み込まれていてもよい。また、太陽光電池素子３０５はＳＣ３００の第２表面３４５近傍の、第３位置３３５に組み込まれていてもよい。中間領域３００は第１表面３４０と第２表面３４５との間である。加えて、ＳＣ３００は基板３１５内の異なる位置に配置された複数の太陽光電池アレイ３０５を備えていてもよい。ソーラーアレイ３０５は、第１表面３４０と第２表面３４５との内の一方、または両方の近傍にあってもよい。一実施形態において、ＳＣ３００は、第１表面３４０と第２表面３４５とに隣接する、導波路３１０の側面において太陽光電池素子を備える。図３Ｄに示される、さらに異なる実施形態において、太陽光電池素子アレイ３５０は、ＳＣ３００全体の厚み３６０とおおよそ同じ、厚み３５５を有している。
【００４１】
図４に例示されるように、第１の実施形態にそれぞれ記載されたもの（図３）とおおよそ同様の、太陽光集中器４００の第２の実施形態が、図４Ａにおける第１方向、図４Ｂにおける第２方向において示されている。しかしながら、連続的に配線された太陽光電池アレイ４０５は、球またはドットのような、付加物４１０を含んでいてもよい。例えば、ソーラーアレイ４０５は、細線電気接続によって接続されたＳｉ球状ソーラーアレイを備えていてもよい。好ましい実施形態において、ソーラーアレイ４０５は、共に網目に形成されて配線される球を備えていてもよい。有利には、球状または複数面のソーラーアレイ４０５の使用は、それぞれのセルが、複数の角度において、直接および間接の太陽光の両方を捕捉できるため、さらにシステムの効率を向上させる。図４Ｃおよび４Ｄに示されるように、ソーラーアレイ４０５は、ＳＣ４００の表面またはその近傍において、基板３１５内の異なる位置に配置されていてもよく、またはソーラーアレイ４０５は、ＳＣ４００全体の厚み４６０とおおよそ同じ、厚み４５５を有していてもよい。いくつかの実施形態において、ＳＣ４００は、基板３１５内の異なる位置に配置された複数の太陽光電池アレイ４０５を備えていてもよい。他の実施形態において、ＳＣ４００は、表面に隣接する、導波路３１０の側面に配置された太陽光電池素子を備える。ソーラーアレイ４０５または太陽光電池素子は、上述したような、技術において知られている何れかの材料から作られてもよい。
【００４２】
導波路の頂部または底部に分割太陽光電池素子アレイを配置することによって、色素再吸収による光学的な損失の前に、放射された光を捕捉することが可能となる。代わりに、ソーラーアレイは導波路に組み込まれてもよい。この再吸収の低減は、特に、小さいストークスシフトの発光物質に対して有益である。太陽光電池素子アレイが導波路のどこに配置されているかに依存して、導波路リダイレクト物質は、太陽光電池アレイに組み込まれていても、または太陽光電池アレイと並列されてもよい。導波路リダイレクト物質として小さなストークスシフトの色素を使用することは、大きな開回路電圧ＶＯＣでの太陽光電池素子の使用を可能にする。このような色素は、熱損失を低減し、システム全体の効率を改善する。また、導波路の頂部または底部にアレイを配置することにより、前進発光の一部を捕捉し、さらに光学的な損失を低減し、素子の間のＮＩＲ光のより大きな部分の活用によって、空間的に分割された太陽光電池素子の効率を引き上げる。この配置は、透明な電力生成窓に対する、薄膜透明電池よりも単純な構造を作り出す。さらに、構造は窓の寿命も引き上げることができる。
【００４３】
図５に示されるように、太陽光集光器（ＳＣ）５００は第１波長依存鏡５０５を備えていてもよい。第１波長依存鏡５０５は、グラフ５５０に示されるように、導波路リダイレクト物質の発光スペクトルと一致するＮＩＲ光のみに反射率を有してもよい。したがって、第１波長依存鏡５０５は可視光５１０を透過させるが、ＮＩＲ光５１５をグラフ５５０に示された放射範囲において反射する。第１波長依存鏡５０５は、発光団のような導波路リダイレクト物質を備える、ＳＣ５００の第１表面５２０と、機能的に結合されてもよい。代わりに、第１波長依存鏡５０５は、ＳＣ５００の第２表面５２５と、または表面５２０、５２５の両方と、機能的に結合されてもよい。他の実施形態において、導波路リダイレクト物質は、第２表面５２５上にあるか、もしくは導波路内部に組み込まれている。
【００４４】
さらに図５を参照すると、ＳＣ５００は第２波長依存鏡５３０を備えていてもよい。第２波長依存鏡５３０は、グラフ５６０に示されるように、導波路リダイレクト物質の吸収および発光スペクトルの両方と一致するＮＩＲ光に反射率を有してもよい。第２波長依存鏡５３０は可視光５１０を透過させるが、ＮＩＲ光５１５をグラフ５６０に示された放射範囲において反射する。第２波長依存鏡はＳＣ５００の第１表面５２０、ＳＣ５００の第２表面５２５、または表面５２０、５２５の両方と、機能的に結合されてもよい。好ましい実施形態において、第１波長依存鏡は、ＳＣ５００の第１表面５２０と、機能的に結合され、第２波長依存鏡はＳＣ５００の第２表面５２５と、機能的に結合される。上述のように、光電池アレイは、第１表面５２０上、第２表面５２５上、または導波路内に廃止されてもよい。様々な実施形態において、ＳＣ５００は、第１表面５２０上、第２表面５２５上、または導波路内の何れかに配置された、複数のソーラーアレイを備える。さらに他の実施形態において、ＳＣ５００は、第１表面５２０および第２表面５２５に隣接する、ＳＣ５００の端部に配置されたソーラーを備える。
【００４５】
透明光電池（ＴＰＶ）における、可視光透過選択式ＮＩＲ鏡５０５、５３０の結合は、電力変換効率を、実質５０〜１００％改善する。同様に、これらの鏡の結合は、与えられた光学密度の半分だけ必要な色素の量を減らしつつ、低いプレート面積における光学的効率を約２０％よりも高く改善する。約０．５ｍ２よりも大きいＬＳＣの大きさに対して、これらの鏡は、システムの効率を減らすかもしれない、何れかの表面およびバルク分散の不完全性を和らげるのに役立つ。鏡は、集光器の吸収を改善し、導波を向上させる、塗膜であってもよい。さらに、これらの塗膜層は、すでに至る所で実装され、熱排除に対するこれらの機能性の多くを補完または置き換えられる、低電子塗膜と非常に似ている。代替であるＴｉＯ２、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３の層の組み合わせは、色効果および性能全体を最適化するための、電子ビーム揮発、パルスレーザ蒸着、プラズマ励起スパッタリング、熱蒸着、化学気相蒸着、または溶液蒸着によって成長されてもよい。
【００４６】
散乱粒子は、酸化金属群、金属ナノクラスター、またはその両方であってもよい。酸化金属群は酸化金属を備える。酸化金属の限定されない例は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、およびＡｌ２Ｏ３を含む。金属ナノクラスターは、ＮＩＲ光の分散に適した金属を備える。ＮＩＲ光の分散に適した金属の限定されない例は、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、およびＰｔである。分散粒子は、単一の形状を有していてもよいし、もしくは、形状は粒子形状分布の結果に応じて変化してもよい。
【００４７】
蛍光または燐光色素は、導波路リダイレクト物質として機能する、発光団を備える。本明細書において使用されるように、「発光団」は、蛍光または燐光を指す、発光を明白に示す、有機または無機の化合物を参照する。電磁波長域のＮＩＲ領域の光を利用する発光団は、本透明システムに対して理想的に適している。個別の発光団の性能は、透明ＮＩＲ鏡の設計および組立の化学、精製、建築、ホストゲスト相互作用、および光子管理の組み合わせを通じて改善される。好ましくは、発光団は、約６５０ｎｍよりも長い波長のＮＩＲ光を吸収する。６５０ｎｍは、全体が参照によって本明細書に組み込まれる、Lunt, “Theoretical Limits for visibly Transparent Photovoltaics,” (Appl. Phys. Lett., 101, 043902, 2012,)において、実証されているように、人間の色知覚（全ての演色）の感度が緩み始める光の波長である。より好ましくは、発光団は、約７００ｎｍよりも長い波長、または約８００ｎｍよりも長い波長のＮＩＲ光を吸収する。様々な実施形態において、導波路リダイレクト物質は、可視光透過、ＮＩＲ吸収、およびＮＩＲ放射の発光団である。
【００４８】
シアニン色素、シアニン塩、およびナフサロシアニン誘導体は、ＮＩＲ蛍光体に好ましい。最も高い相対的安定性が示されている、色素レーザにおいて歴史的に活用されているよく知られた色素の誘導体は、ナフサロシアニン誘導体（例えば、以前から透明太陽光電池素子において使用されている、波長選択分子）および様々な陰イオン代替可能性を有するチア炭素シアニン塩を含む。
【００４９】
チア炭素シアニンは、電子バンドギャップ（放射範囲）を変化させるために、これらのアルケン長さ（ジ、トリ、テトラ等）を通じて調整されてもよい。与えられたバンドギャップに対して、これらの物体の量子収量は陰イオンの変化（Ｃｌ−、Ｉ−、ＣｌＯ４−等）を通じて、直接調整されてもよい。フタロシアニン、ポルフィリン、ナフサロシアニン、カーボンナノチューブ、および小ギャップ重合体の拡張共役分子誘導体は、高い量子収量とともに、ＮＩＲ波長域の大部分を網羅するように採用されてもよい。
【００５０】
好ましい発光団は、ヨウ化３，３’−ジエチルチア炭素シアニン（ＤＴＣＩ）；ヨウ化２−［７−（１，３−ジヒドロ−１，３，３−トリメチル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）−１，３，５へプタトリエンチン］−１，３，３−トリメチル−３Ｈ−インドリウム（ＨＩＴＣＩ）；２−［２−［３−［１，３−ジヒドロ−１，１ジメチル−３−（３−スルホプロピル）−２Ｈ−ベンゼインドール−２−イリデン］−２−［４−（エトキシルカルボニル）−１ピペラジニル］−１−シクロペンテン−１−イル］エテニル］−１，１−ジメチル−３−（３−スルホプロピル）−１Ｈベンゼインドリウムヒロドキシド］分子内塩ｎ，ｎ−ジエチルエタナミン（１：１）混合物（ＩＲ１４４）；ヨウ化２−［２−［２−クロロ−３−［（１，３−ジヒドロ−３，３ジメチル−１−プロピル−２Ｈ−インドール−２イリデン）エチリデン］−１−シクロヘキセン−１−イル］エテニル］−３，３−ジメチル−１−プロピルインドリウム（ＩＲ７８０）；塩化アルミニウム２，３−ナフサロシアニン（ＡｌＮｃ）；二塩化珪素２，３−ナフサロシアニン（ＳｉＮｃ）；２−［２−［３−［（１，３−ジヒドロ−３，３−ジメチル−１−プロピル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）エチリデン］−２−（フェニルチオ）−１−シクロヘキセン−１−イル］エテニル］−３，３−ジメチル−１−プロピルインドリウム過塩素酸塩（ＩＲ７９２）；５，５’−ジクロロ−１１−ジフェニルアミノ−３，３’−ジメチル−１０，１２−エチレンチアトリカーボシアニン過塩素酸塩（ＩＲ１４０）；亜鉛２，１１，２０，２９−テトラ−第３−ブチル−２，３−ナフサロシアニン（ＺｎＮｃ）；塩化３−（６−（２，５−ジオキソピロリジン−１−イルオキシ）−６−オキソヘキシル）−１，１−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，１，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ７．５ＮＨＳエステル）；１−（６−（（２，５−ジオキソピロリジン−１−イル）オキシ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチル−５−スルホナトインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エン−１−イル）ビニル）−３Ｈ−インドール−１−イウム−５−硫化物（硫化−Ｃｙ７ＮＨＳエステル）；塩化１−（６−（２，５−ジオキソピロリジン−１−イルオキシ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７ＮＨＳエステル、“ＣＹ”）；塩化３−（６−（３−アジドプロピルアミノ）−６−オキソヘキシル）−１，１−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ７．５アジド）；塩化１−（５−カルボキシペンチル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７アジド）；塩化１，１−ジメチル−３−（６−オキソ−６−（プロプ−２−イニルアミノ）ヘキシル）−２−（（１Ｅ，３Ｅ，５Ｅ，）−５−（１，１，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）イリデン）ペンタ−１，３−ジエニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ５．５アルキン）；塩化１−（６−（２−（２，５−ジオキソ−２，５−ジヒドロ−１Ｈ−ピロール−１−イル）エチルアミノ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７マレイミド）；塩化３−（６−（２−（２，５−ジオキソ−２，５−ジヒドロ−１Ｈ−ピロール−１−イル）エチルアミノ）−６−オキソヘキシル）−１，１−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，１，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ７．５マレイミド）；塩化１−（５−カルボキシペンチル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７カルボキシ酸）；１−ブチル−２−（２−［３−［２−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−エチリデン］−２−ジフェニルアミノ−シクロペント−１−エニル］−ビニル）−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；１−ブチル−２−（２−［３−［２−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−エチリデン］−２−フェニル−シクロペント−１−エニル］−ビニル）−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；ヨウ化３−エチル−２−［３−［３−（３−エチル−３Ｈ−ベンゾチアゾル−２−イリデン）−プロペニル］−５，５−ジメチル−シクロヘックス−２−エニリデンメチル］−３Ｈ−ベンゾチアゾル−３−イウム；１−ブチル−２−（２−［３−［２−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−エチリデン］−２−フェニル−シクロヘックス−１−エニル］−ビニル）−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；１−ブチル−２−（２−［３−［２−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−エチリデン］−２−フェニル−シクロヘックス−１−エニル］−ビニル）−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；ヨウ化３−エチル−２−［７−（３−エチル−３Ｈ−ベンゾチアゾル−２−イリデン）−ヘプタ−１，３，５−トリエニル］−ベンゾチアゾリウム；１−ブチル−２−［７−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−ヘプタ−１，３，５−トリエニル］−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；２−［３−クロロ−５−［１，１−ジメチル−３−（３−メチル−ブチル）−１，３−ジヒドロ−ベンゾ［ゼ］インドール−２−イリデン］−ペンタ−１，３−ジエニル］−１，１−ジメチル−３−（３−エチル−ブチル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；２−［５−［１，１−ジメチル−３−（３−メチル−ブチル）−１，３−ジヒドロ−ベンゾ［ゼ］インドール−２−イリデン］−ペンタ−１，３−ジエニル］−１，１−ジメチル−３−（３−エチル−ブチル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；３，３−ジメチル−２−［２−［２−クロロ−３−［２−［１，３−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５−スルフォ−１−（４−スルフォブチル）−２Ｈ−インドール−２−イリデン］−エチリデン］−１−シクロヘキセン−１−イル］−エテニル］−５−スルフォ−１−（４−スルフォブチル）−３Ｈ−インドリウムヒドロキシド分子内塩３ナトリウム塩；２−［２−（３−［２−［３，３−ジメチル−５−スルフォ−１−（４−スルフォブチル）−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン］−エチリデン］−２−フェニル−シクロヘックス−１−エニル）−ビニル］−３，３−ジメチル−５−スルフォ−１−（４−スルフォブチル）−３Ｈ−インドリウムヒドロキシド分子内塩３ナトリウム塩；２−［５−［１，１−ジメチル−３−（４−スルフォブチル）−１，３−ジヒドロ−ベンゾ［ゼ］インドール−２−イリデン］−ペンタ−１，３−ジエニル］−１，１−ジメチル−３−（４−スルフォブチル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウムヒドロキシド分子内塩３ナトリウム塩；２−（８−ヒドロキシ−１，１，７，７−テトラメチル−１，２，３，５，６，７−ヘキサヒドロピリド［３，２，１−イジ］キノリン−９−イル）−４−（８−ヒドロキシ−１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ−ピリド［３，２，１−イジ］キノリニウム−９（５Ｈ）−イリデン）−３−オキソシクロブト−１−エノレート（スクアリリウム）；およびこれらの化合物および混合物を含む。図６Ａ〜６Ｊは、ＤＴＣＩ、ＨＩＴＣ、ＩＲ１４４、ＩＲ１７０、ＡｌＮｃ、ＳｉＮｃ、ＩＲ７９２、ＩＲ１４０、ＺｎＮｃ、およびＣＹそれぞれの吸収および放射スペクトルを示す。全てのスペクトルは、約６５０ｎｍよりも長い波長において、放射と吸収との最大値を有する。
【００５１】
上述したように、個々の発光団の性能は、透明ＮＩＲ鏡の設計および組立の化学、精製、建築、ホストゲスト相互作用、および光子管理の組み合わせを通じて改善される。また、チア炭素シアニンが発光団であるとき、置換基アルケン長さは、放射範囲を変更するために変化させられてもよい。代わりに、陰イオンが放射範囲を改善するために変形させられてもよい。これらの変形によって、量子効率は約５０％、またはそれよりも大きく改善されてもよい。様々な実施形態において、少子収量は約１０〜２５％よりも高くなる。好ましくは、量子収量は、約６０％よりも高く、または約７０％よりも高く、あるいは約８０％よりも高い。より好ましくは、量子収量は約９０％よりも高い。
【００５２】
発光団ホストは、（１）量子収量を向上させるための物質的な分子の分離、（２）極性相互作用を通じた、量子収量を向上または低減させる分子の直接および電気的相互作用、および（３）気体および湿度からの障壁として機能し、寿命を向上させる、発光団のカプセル化に対して有益である。例えば、ＰＭＭＡ誘導体は、気体中で３か月以上、無視できる量子収量の低下のみをさせつつ、２つの要因以上の解決法から、いくらかの分子の量子収量を向上させられる。さらに、発光団は、アミン重合体から、または直接重合を通じて合成された、ポリ（４−ビニルピリジン）およびアンモニウム塩鎖をぶら下げた重合体のようなアミン重合体に、簡単におよび直接固定されてもよい。
【００５３】
このシステムは、建築物の効率を改善しつつ、従来のＰＶ技術と結び付けられた、社会および経済的課題の多くを解決できる、再生可能、低炭素太陽光エネルギー配備の、新しいエネルギー経路が結果として生じる。このことは、分子からなる炭素、およびＢｒ、Ｃｌ、Ｃ、Ｍｏ、Ｎ、Ｏ、Ｓｉ、Ｗからなるナノクラスター、フタル酸およびナフタル酸、およびチア炭素シアニン誘導体を含む、国内で豊富な物質（すなわち、有名な工業金属）およびレアアース、放射性、または高価な金属（例えば、Ｐｔ、Ｉｒ等）でない物質から得られる。
【００５４】
発光型太陽光集光器の効率は下記数式で規定される。
【００５５】
【数３】
2020074429.tif 000005
【００５６】
ここでＲは表面反射率、ηａｂｓは発光団の太陽光波長域吸収効率、ηＰＬは発光団の発光効率、ηｔｒａｐは光の導波効率、ηＲＡは再吸収の確率である。光の捕捉効率は、
【００５７】
【数４】
2020074429.tif 000006
【００５８】
である。発光団波長における太陽光波長域吸収効率および量子効率によって正規化された、（ＡＭ１．５Ｇに対して報告された）ＰＶ効率は、
【００５９】
【数５】
2020074429.tif 000007
【００６０】
である。ここで、ηＥＱＥは外部量子効率、ＰＬは発光団放射スペクトルである。ηＰＶを制限する熱力学は、ＶＯＣおよびＦＦ損失のみからなる。ηＰＶの光依存のため、この補正は集光器の幾何学的利得の依存になるだろう。簡単のために、導波路光束は１−太陽に近くあり続けると仮定されている。
【００６１】
再吸収および前進放射損失は、下記数式によって概算される。
【００６２】
【数６】
2020074429.tif 000008
【００６３】
ここで、臨界角（放射錐）はθｃｒｉｔ＝ｓｉｎ−１（１／ｎｗａｖｅ）、εはモル吸収率、Ｃは濃度、Ｌはプレート長さ、θは通常のＬＳＣプレートと比較した方位角、φは標準回転座標である。適度な蛍光体取り込みにおいて、ＵＶＬＳＣは、最も典型的な窓よりも大きい、１０ｍを超えた効率を保持できる。対照的にＮＩＲ放射器は、組み込まれた太陽光素子の理想的な空間を規定する、たった１〜１０ｃｍにおいて、効率が「転がり落ち」始める。
【００６４】
本ＮＬＳＣにおいて、ＮＩＲ収集器の短いストークスシフトは、導波路層の至る所における太陽光電池素子の移植、付随する全体の光学損失の低減、太陽光吸収効率の向上、およびコストの上昇をも通じて解決される。さらに、分割されたＰＶを有するＮＩＲＬＳＣ発光団の組み合わせは、分割されたＰＶのみの場合に対して、３倍を超えて、高い水準の透明度の範囲の出力効率を向上させる。それでもなお、ＮＩＲ設計は、高い効率および高いＣＲＩを必要とする適用例の基盤として使用されている。究極的には、これらの素子は、高い性能および理想的な美観品質を可能にする、組み込まれた太陽光電池素子「網」または薄型ウエハとともに実行されるだろう。
【００６５】
エネルギー収集装置は、人間の視覚に対して透明、または略透明である。装置の演色評価数（ＣＲＩ）は約８０以上であってもよい。例えば、ＣＲＩは約８０、約８５、約９０、約９５、約９９、または約１００であってもよい。装置の平均可視光透過率は、約６０％よりも高い。様々な実施形態において、装置の平均可視光透過率は、約７０％よりも高く、約７５％よりも高く、約８０％よりも高く、約８５％よりも高く、または約９０％よりも高い。エネルギー収集装置の効率は、約０．２５％よりも高く、約０．５％よりも高く、約０．７５％よりも高く、約１．０％よりも高く、約５％よりも高く、または約１０％よりも高くてもよい。様々な実施形態において、効率は約０．２５％から約１０％である。したがって、効率は、約０．２５％、約０．５％、約０．７５％、約１．０％、約２．０％、約３．０％、約４．０％、約５．０％、約６．０％、約７．０％、約８．０％、約９．０％、または約１０．０％であってもよい。いくつかの状況において、効率はより透明度の高い装置を提供するために引き下げられるかもしれない。したがって、いくつかの実施形態において、効率は美観的に制限されるかもしれない。
【００６６】
本技術は、透明エネルギー収集装置の作成方法を含む。分散ナノ粒子、発光団、またはこれらの組み合わせのような、導波路リダイレクト物質を含む溶液は、機能溶液を形成するために、基板溶液とともに混合される。溶媒の中の基板溶液は、ポリ−（メタクリル酸エチル）（ＰＥＭＡ）、アセトニトリル溶液、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、（ポリ）−メタクリル酸ブチル−ｃｏ−メタクリル酸メチル（ＰＢＭＭＡ）またはこれらの化合物を備える。好ましい実施形態において、基板溶液は、ＰＥＭＡ、アセトニトリル、およびＰＭＭＡを、１：２：１の割合で備える。機能溶液は、型の中に流し込まれてもよい。付加的に、１つ以上の太陽光電池素子が機能溶液中または機能溶液の表面に配置されていてもよい。機能溶液は、固体基質を形成するために、数時間窒素気流下において乾燥される。機能溶液内に１つ以上の太陽光電池素子が配置されていない場合、１つのこのような太陽光電池素子が、ほぼ屈折率整合されたエポキシ樹脂と共に、基質の表面に取り付けられてもよい。反射被膜（鏡）は、全体の色効果および性能全体を最適化するために、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、およびＡｌ２Ｏ３を交互に組み合わせた層によって、装置に組み込まれてもよい。
【００６７】
本技術と共に、パネルの特徴は、これらの出力パラメータのいずれかの周りの、入力可変空間（例えば、色素濃度、導波路厚さ、鏡の統一性、窓の寸法等）を通じて、急速に適応される。結果として、製品性能は、建物外面中におけるエネルギー収集に関心のある建築設計者にとって、仕様の変更に見合った光学的性能、電力生成、および導入コストの必要な組み合わせを獲得するために、調整または特注されてもよい。加えて、このシステムは建物の電気システムの中に途切れることなく一体化されてもよい。そして、生成された電力は、利用点において必要とする建物周囲の領域の電力の、相当大きな一部分の供給の能力がある、建物の格子の補完するために、局所的に蓄えられてもよく、直流電力として使用されても、または交流に変換されてもよい。
【００６８】
上述のように、本技術は建物の窓ガラスに一体化されてもよい、光収集システムに対して供給する。しかしながら、光収集システムは羽目板を覆うように積層されてもよい。光収集システムが透明なため、羽目板が家の中、乗り物、または装置の上のいずれかにあるかに関わらず、羽目板において、人間の視覚によって視認されることができない。光収集システムは、テレビモニタ、コンピュータモニタ、携帯電話およびメディアプレーヤのような携帯装置、および電光掲示板のような信号機の表示装置に一体化されてもよい。光収集システムの透明な性質は、太陽からの電力収集から恩恵を受けられる、装置、乗り物、または建物のいずれかのほとんどと、それが一体化されることを可能にする。
【００６９】
本技術の実施形態は、下記の制限されない例を通じてさらに図解される。
【００７０】
〔例１  ＮＩＲ収集ＴＬＳＣ〕
〔実験〕
有機塩溶液の準備。ヨウ化２−［７−（１，３−ジヒドロ−１，３，３−トリメチル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）−１，３，５へプタトリエンチン］−１，３，３−トリメチル−３Ｈ−インドリウム（ＨＩＴＣＩ）（エキシトン）および塩化１−（６−（２，５−ジオキソピロリジン−１−イルオキシ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（ＣＹ）は、さらなる精製なく受け入れられるものとして特徴づけられている。光学的特徴のための溶液は、４ｍｇ／ｍｌ以上の様々な濃度において、ジクロロメタン中にそれぞれの化合物が直接溶解されることによって作成される。
【００７１】
光学的特徴：両溶液および薄膜の正透過度は、参照見本を使用することなく、透過モードのデュアルビームラムダ８００ＵＶ／ＶＩＳ分光計を使用して測定された。様々な色素の放射スペクトルおよび量子収量は、ＰＴＩクアンタマスタ４０分光蛍光計を７３０ｎｍ（ＨＩＴＣＩ）および７００ｎｍ（ＣＹ）における励起にて測定され、量子収量の測定は、較正され一体化した球状部品を使用して行われた。
【００７２】
モジュール組立：５ｍｇ／ｍｌＣＹジクロロメタン溶液は、（ポリ）−メタクリル酸ブチル−ｃｏ−メタクリル酸メチル（ＰＢＭＭＡ）（シグマ−オールドリッチ）と１：１の割合で混合され、重合体混合フィルムにおいて、目標の色素濃度（２ｍｇ／ｍＬ）をもたらす。発光太陽光電池素子（ＬＳＣ）を作成するため、この混合物は、（効率の測定のために）２ｃｍ×２ｃｍ×０．１ｃｍ、または（ＥＱＥの測定のために）７ｃｍ×７ｃｍ×０．１ｃｍの（４つの端部を備えた）四角形の石英またはガラス基板上に流し込まれ、それぞれの層に対して２時間乾燥され、これを３回繰り返し、結果として、おおよそ１ｍｍの層の厚みを得た。１つの太陽光に対して１５±１％の効率を有する、レーザカットされた、２ｃｍ×０．１ｃｍのＳｉ素子（ナレックソーラー）は、導波路の端部に、屈折率整合有りまたは無しのエポキシ樹脂を取り付けられた。ＥＱＥの測定のために、他の３つの端部は、端部における反射を防ぎ、幾何学的構造を簡単化するために、黒色絶縁テープとともにテープ付けされた。電力効率の測定のために、２つの素子が、直交する端部に端部実装され、平行に接続された。残る２つの端部は、強調鏡面反射器（ヴィクイチ、３Ｍ）とともに覆われた。ＬＳＣ端部周辺の細い境界領域は、ＬＳＣのいずれかの直接照明を避けるためにマスクで覆われる。太陽光シミュレータ（６７００５Ｘｅアーク灯、ニューポート）の照明領域のため、電力効率のためのプレート長さは約０．０５ｍよりも短く、ＥＱＥ測定のためのプレート長さは約０．２ｍよりも短く制限される。
【００７３】
モジュール試験：位置依存ＥＱＥ測定は、単一の端部搭載ＳｉＰＶからの様々な距離（ｄ）において、ＬＳＣに対して垂直のファイバーからの単色励起ビームを向けることにより取得される。測定された量子効率は、それぞれの位置の距離において、太陽光電池素子によって範囲が定められた異なる角度を説明する要素ｇ＝π／ｔａｎ−１（Ｌ／２ｄ）によって補正される。ここで、ＬはＬＳＣの端部の長さである、外部量子効率（ＥＱＥ）はニューポート較正Ｓｉ検出器を使用して測定された。電流密度対電圧（Ｊ−Ｖ）測定は、太陽光スペクトルの不一致に対して補正された、シミュレートされたＡＭ１．５Ｇ太陽光照射の元で実行された。
【００７４】
光学的モデリング：（ＡＭ１．５Ｇに対して報告された）ＰＶ効率は、発光団波長における、太陽光スペクトル吸収効率と量子効率とによって規格化される。再吸収および前進放射損失は、一定の混合厚みにおけるプレート形状と発光団濃度との関数として、マットラボにおいて数値的に評価された、発光団放射スペクトル、モル吸収率、濃度、ＬＳＣ長さ、ＬＳＣシステム光学効率、およびＥＱＥとともに計算される。
【００７５】
〔結果〕
２つの有望なシアニン誘導体、ヨウ化２−［７−（１，３−ジヒドロ−１，３，３−トリメチル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）−１，３，５へプタトリエンチン］−１，３，３−トリメチル−３Ｈ−インドリウム（ＨＩＴＣＩ）（エキシトン）および塩化１−（６−（２，５−ジオキソピロリジン−１−イルオキシ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（ＣＹ）が解析され、システムはストークスシフトの影響を調査するために使用される。ＣＹおよびＨＩＴＣＩ分子構造は、図７Ｂに示されている。発光団の吸収および放射スペクトルは図８Ａに示されている。吸収スペクトルは、小さな可視光吸収とともに、ＣＹに対しては７４２ｎｍ、ＨＩＴＣＩに対しては７３３ｎｍにおいて最高値をとり、ＮＩＲ放射は、ＣＹおよびＨＩＴＣＩそれぞれに対して、７７２ｎｍおよび７５３ｎｍにおいて最高値をとる。吸収と放射との間の波長の差として規定されるストークスシフトは、ＣＹに対しては３０ｎｍ、ＨＩＴＣＩに対しては２０ｎｍである。２つの物質のストークスシフトは、組み立てられたＬＳＣの性能の違いの実証を助け、広範囲の拡張性を予言する重要なパラメータでもある。
【００７６】
濃度に依存する発光量子収量（ＱＹ）は、これらの発光団の光物理学的振る舞いを理解するために調査される。ジクロロメタン溶液中において測定されたＱＹおよびＣＹとＨＩＴＣＩとの吸収は、色素濃度の関数として図８Ｂに示される。図８ＢのＱＹデータは、非照射率に依存する濃度を有するモデルと適合され、分離クラスターに対する固有の非照射率ＫｎＲ０、発光率ｋＲ、および濃度緩和スケーリング定数ａとの間の関係が計算される。ＣＹに対しては、ＫｎＲ０／ｋＲ＝５．８、ａ／ｋＲ＝２．５ｍｌ／ｍｇ、ＨＩＴＣＩに対しては、ＫｎＲ０／ｋＲ＝２．５、ａ／ｋＲ＝２．２ｍｌ／ｍｇである。ここではＱＹが最大値の半分である濃度として定義される、ＣＹおよびＨＩＴＣＩの臨界濃度は、それぞれ２ｍｇ／Ｌおよび１ｍｇ／Ｌである。図７ＣはＣＹ発光団を組み込む透明ＬＳＣ導波路を示す。異なるプレート形状のＬＳＣシステム全体のスペクトル分解ＥＱＥは図３（ｃ）に示され、７６０ｎｍ周辺に最高値を示し、図９Ｃにおける吸収スペクトルおよび計算されたＥＱＥに一致する。図９Ｂに示されているものは、２つの端部に搭載されたＳｉ太陽光ＰＶに対する、２ｃｍ×２ｃｍ×０．１ｃｍのＬＳＣシステム（詳細は実験の欄を参照されたい）の電流電圧特性であり、組み立てられたＣＹＬＳＣの、測定された強度依存は図９Ａに示され、端部搭載Ｓｉ素子の強度依存に大部分が依存している。ＣＹ発光団に対して０．３８±０．０５％の効率を導く、０．０５±０．０１Ｖの開回路電圧（ＶＯＣ）および０．６４±０．０２の充填比において、１．０±０．１太陽光下におけるシステム全体の測定された短絡電流密度（ＪＳＣ）は１．２±０．１ｍＡｃｍ−２であった。ＥＱＥおよびＡＭ１．５Ｇ太陽光スペクトルの統合された製品からの、計算された短絡電流密度は、１．０±０．１ｍＡｃｍ−２であり、測定された光電流の誤差の範囲内である。ＬＳＣシステムに対する、一致する平均可視光透過度および演色評価数は、ガラス基板に対する、９０％±１％および１００と比較して、それぞれ８６％±１％および９４であり、ＵＶのみのＴＬＳＣに対してわずかにより美観品質がよい。
【００７７】
図１０は、モデル化されたストークスシフトとともに、ＣＹＬＳＣの光学的効率の領域規模計算を、ＬＳＣ長さの関数として示す。ストークスシフト（Ｓ）が３０ｎｍより小さい場合、限界プレート長さは、Ｓ＞１００ｎｍにおいて、限界プレート長さを１ｍよりも大きく顕著に増大させることのできるＳを増加させる、１〜２ｃｍ周辺である。図１０に示された情報は、拡張性を改善する設計物質に対する情報を提供する。
【００７８】
〔議論〕
発光光物理学
発光団に対する個々の非照射状態は、照射率よりも大きく、中程度に低い量子収量を導く。これは実証された多くのＮＩＲ蛍光体に対して真実であり、医学の適用例および発光ダイオードの両方に対して、この波長範囲におけるＱＹを改善する重大な努力がなされ続けている。ここで、高い濃度における分子−分子間の相互作用によって引き起こされる励起状態（非照射）の緩和による濃度の上昇に伴って、量子収量は減少し、これらの相互作用は希薄な溶液中でさえも存在し続ける。したがって、ベア−ランバートの法則を受けて、設計された集光器は、高い量子収量および高い吸収効率の両方を維持するための、希薄濃度のより厚い層を活用する。この基準は、７６０ｎｍにおけるＣｙに対して、高い量子収量および１．４５×１０８Ｌｍｏｌ−１ｍ−１のモル吸収係数のための、５ｍｇ／Ｌの設計濃度と共に開始した場合に活用され、ほぼ完全なＮＩＲ吸収に対する１．０ｍｍの最適な厚みを導く。また、再吸収損失の低減は希薄濃度のより厚い層を活用することにより実現する。
【００７９】
〔ＬＳＣ設計〕
透明ＬＳＣの効率は、太陽光スペクトル吸収効率、発光団光ルミネセンス効率導波（捕捉）効率、移送（再吸収）効率、および太陽光電池素子効率によって支配される。光学的効率は、導波効率、移送効率、および発光効率を備える。発光団光ルミネセンス効率は、高い量子収量の色素の実装またはより高い量子収量を得るための色素重合体相互作用の最適化によって改善されてもよい。太陽光スペクトル吸収効率は、色素濃度の向上または混合濃度の向上によって改善されてもよい。しかし、量子収量と濃度との間にはトレードオフが存在する。太陽光電池素子効率は、より高効率の太陽光電池素子の活用によって向上されてもよい。ＬＳＣの単色放射性質のため、単一の接合ＰＶのみがそれぞれ個別のＬＳＣの周囲に取り付けられ、直接的にＰＶ効率よりも低くシステム全体の効率を制限する。補完的な透明ＬＳＣが、これらそれぞれの頂部に異なる／吸収範囲とともに積層される可能性もあり、それぞれのＬＳＣはそれらの理想的なＰＶと個別に連結されている。高価でない高いバンドギャップの素子（ＧａＡｓおよびＧａＩｎＰ）が使用可能になれば、特にここで実証されているＬＳＣに対して、Ｓｉと比較して３０％を超えるηＬＳＣに対する効率を向上することができる。しかし、コストおよび有用性の考慮に対しては、１４〜１６％のソーラー効率を有する、ＡＭ１．５Ｇを伴うより低いコストのＳｉＰＶが、ここで記載された原理の証明の実証として使用される。
【００８０】
再吸収損失は、色素に対する中程度に低いストークスシフトのために、この機能が構成されたＬＳＣの性能を制限する。実際、ＬＳＣの性能は、特に控えめなＳを有した色素およびより大きなプレート形状に対して、たいてい再吸収損失によって制限されると長い間認識されてきた。３０ｎｍから８０ｎｍへのストークスシフトの上昇を示す図１０において計算された光学的効率は、ここでは光学効率の最大値の半分であるＬＳＣ長さとして規定された限界長さを、３ｃｍから３０ｃｍへ改善することが可能であり、３０ｃｍのＬＳＣ形状は、多くのＬＳＣ適用例において妥当である。これらの装置の広領域規模を完全に最大化するため、より大きなストークスシフトを有する高い量子収量の分子の設計が有利である。理想的なストークスシフトの考慮において均衡が存在する。ＰＶは発光団の放射最大値における高い量子効率を有するこれらを制限し、それだけでなく、ＰＶ電圧損失を最小化するバンドギャップの最大化について考慮しなければならない。ＳｉＰＶとともに、最大のストークスシフトは、ＮＩＲスペクトルの２００〜３００ｎｍの一部分の収集の見込みを伴って、約２００ｎｍよりも低く制限される。ＧａＡｓに対しては、この最大Ｓでさえより限定される。
【００８１】
よりよい拡張性を得る１つの提案は、発光団ホスト相互作用および分子設計の最適化を通じて量子収量を１００％近くまで改善することによるものである。１００％に近いＱＹを有する物体に対して、それぞれの再吸収現象は他の再放射現象を導き、これにより移送損失を低減する。しかしながら、照射的放射は典型的に等方であり、そのため、より長いプレート長さに対するより大きな前面／背面損失を結果として導くため、それぞれの吸収／再放射現象は付加的な分散として現れることに言及されるべきである。低いストークスシフトの物質に対する拡張性の改善の他の重要な提案は、再吸収損失の最小化と分割されたＰＶから追加の寄与とを可能にする、「マイクロＬＳＣ」の一組を本質的に作り出すＬＳＣ導波路の間中の網目として、高く分割された太陽光電池素子マイクロアレイを組み込むことである。これらの提案を考慮すること、およびＵＶ−ＴＬＳＣを伴うこれらのＬＳＣを合成することにより、約１％よりも大きい効率は容易に得ることができ、効率を１０％に近づけることが可能である。
【００８２】
〔結論〕
結論として、選択的にＮＩＲ光子を収集する、蛍光有機塩を備えた新たな透明発光型太陽光集光装置は、設計され構成されている。０．４％±０．０３％の効率とともに結合された、可視波長域において８６％±１％の色づけされない透過率を有し、赤外光における光子束の大きな一部分に起因する、１０％よりも高い効率の可能性を有する、第１の可視光透過ＮＩＲ収集ＴＬＳＣがここに実証されている。実験およびモデル化は、より大きなストークスシフトの近赤外発光団、発光団ホスト相互作用の最適化、および組み込まれた分割ＰＶの構造の較正が、広い領域にわたって再吸収損失を低減し、システム効率を向上させることが可能であることを示す。これらの透明ＮＩＲＬＳＣは、高い欠陥許容と処理可能性とに対する途方もなく大きい可能性を有する、透明光収集システムへの全く新しい経路を提供する。
【００８３】
本発明の関連発明におけるエネルギー収集システムは、ａ．ガラス、プラスチック、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、ポリ−（メタクリル酸エチル）（ＰＥＭＡ）、または（ポリ）−メタクリル酸ブチル−ｃｏ−メタクリル酸メチル（ＰＢＭＭＡ）を備えた基板と、ｂ．ゲルマニウム（Ｇｅ）、非晶質ゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、珪素（Ｓｉ）、非晶質珪素（ａ−Ｓｉ）、珪素−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、非晶質珪素−ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）、セレン化銅インジウム、硫化銅インジウム、セレン化銅インジウムガリウム、硫化銅インジウムガリウム、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ペロブスカイト（ＰＶ）、またはこれらの化合物の内、少なくとも一つを備えた太陽光電池アレイと、ｃ．約６５０ｎｍよりも長い波長の光を吸収および放射する導波路リダイレクト物質とを備え、前記太陽光電池アレイと、前記導波路リダイレクト物質とは、前記基板の中に組み込まれる。
【００８４】
本発明の関連発明において、上記ペロブスカイトは、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３、ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＣｌ３、およびＣＨ３ＮＨ３ＰｂＢｒ３、またはこれらの化合物である。
【００８５】
本発明の関連発明において、前記基板の第１表面と連結された、肉眼視で透明な鏡をさらに備え、前記鏡は可視光を透過させ、約６５０ｎｍよりも長い波長の光を反射する。
【００８６】
本発明の関連発明において、前記システムは約６５０ｎｍよりも長い波長の電磁波長帯の、近赤外（ＮＩＲ）領域における光を選択的に収集する。
【００８７】
本発明の関連発明において、前記システムは可視波長帯において、吸収のピークを持たない。
【００８８】
本発明の関連発明において、前記システムは約４５０ｎｍよりも短い波長の電磁波長帯の、紫外（ＵＶ）領域における光をさらに収集する。
【００８９】
本発明の関連発明において、前記導波路リダイレクト物質は、散乱ナノ粒子、発光団、またはこれらの組み合わせである。
【００９０】
本発明の関連発明において、前記導波路リダイレクト物質は、ヨウ化３，３’−ジエチルチア炭素シアニン（ＤＴＣＩ）；ヨウ化２−［７−（１，３−ジヒドロ−１，３，３−トリメチル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）−１，３，５へプタトリエンチン］−１，３，３−トリメチル−３Ｈ−インドリウム（ＨＩＴＣＩ）；２−［２−［３−［１，３−ジヒドロ−１，１ジメチル−３−（３−スルホプロピル）−２Ｈ−ベンゼインドール−２−イリデン］−２−［４−（エトキシルカルボニル）−１ピペラジニル］−１−シクロペンテン−１−イル］エテニル］−１，１−ジメチル−３−（３−スルホプロピル）−１Ｈベンゼインドリウムヒロドキシド］分子内塩ｎ，ｎ−ジエチルエタナミン（１：１）混合物（ＩＲ１４４）；ヨウ化２−［２−［２−クロロ−３−［（１，３−ジヒドロ−３，３ジメチル−１−プロピル−２Ｈ−インドール−２イリデン）エチリデン］−１−シクロヘキセン−１−イル］エテニル］−３，３−ジメチル−１−プロピルインドリウム（ＩＲ７８０）；塩化アルミニウム２，３−ナフサロシアニン（ＡｌＮｃ）；二塩化珪素２，３−ナフサロシアニン（ＳｉＮｃ）；２−［２−［３−［（１，３−ジヒドロ−３，３−ジメチル−１−プロピル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）エチリデン］−２−（フェニルチオ）−１−シクロヘキセン−１−イル］エテニル］−３，３−ジメチル−１−プロピルインドリウム過塩素酸塩（ＩＲ７９２）；５，５’−ジクロロ−１１−ジフェニルアミノ−３，３’−ジメチル−１０，１２−エチレンチアトリカーボシアニン過塩素酸塩（ＩＲ１４０）；亜鉛２，１１，２０，２９−テトラ−第３−ブチル−２，３−ナフサロシアニン（ＺｎＮｃ）；塩化３−（６−（２，５−ジオキソピロリジン−１−イルオキシ）−６−オキソヘキシル）−１，１−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，１，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ７．５ＮＨＳエステル）；１−（６−（（２，５−ジオキソピロリジン−１−イル）オキシ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチル−５−スルホナトインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エン−１−イル）ビニル）−３Ｈ−インドール−１−イウム−５−硫化物（硫化−Ｃｙ７ＮＨＳエステル）；塩化１−（６−（２，５−ジオキソピロリジン−１−イルオキシ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７ＮＨＳエステル、“ＣＹ”）；塩化３−（６−（３−アジドプロピルアミノ）−６−オキソヘキシル）−１，１−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ７．５アジド）；塩化１−（５−カルボキシペンチル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７アジド）；塩化１，１−ジメチル−３−（６−オキソ−６−（プロプ−２−イニルアミノ）ヘキシル）−２−（（１Ｅ，３Ｅ，５Ｅ，）−５−（１，１，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）イリデン）ペンタ−１，３−ジエニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ５．５アルキン）；塩化１−（６−（２−（２，５−ジオキソ−２，５−ジヒドロ−１Ｈ−ピロール−１−イル）エチルアミノ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７マレイミド）；塩化３−（６−（２−（２，５−ジオキソ−２，５−ジヒドロ−１Ｈ−ピロール−１−イル）エチルアミノ）−６−オキソヘキシル）−１，１−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，１，３−トリメチル−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドール−２（３Ｈ）−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウム（Ｃｙ７．５マレイミド）；塩化１−（５−カルボキシペンチル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（Ｃｙ７カルボキシ酸）；１−ブチル−２−（２−［３−［２−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−エチリデン］−２−ジフェニルアミノ−シクロペント−１−エニル］−ビニル）−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；１−ブチル−２−（２−［３−［２−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−エチリデン］−２−フェニル−シクロペント−１−エニル］−ビニル）−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；ヨウ化３−エチル−２−［３−［３−（３−エチル−３Ｈ−ベンゾチアゾル−２−イリデン）−プロペニル］−５，５−ジメチル−シクロヘックス−２−エニリデンメチル］−３Ｈ−ベンゾチアゾル−３−イウム；１−ブチル−２−（２−［３−［２−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−エチリデン］−２−フェニル−シクロヘックス−１−エニル］−ビニル）−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；１−ブチル−２−（２−［３−［２−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−エチリデン］−２−フェニル−シクロヘックス−１−エニル］−ビニル）−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；ヨウ化３−エチル−２−［７−（３−エチル−３Ｈ−ベンゾチアゾル−２−イリデン）−ヘプタ−１，３，５−トリエニル］−ベンゾチアゾリウム；１−ブチル−２−［７−（１−ブチル−３，３−ジメチル−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン）−ヘプタ−１，３，５−トリエニル］−３，３−ジメチル−３Ｈ−インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；２−［３−クロロ−５−［１，１−ジメチル−３−（３−メチル−ブチル）−１，３−ジヒドロ−ベンゾ［ゼ］インドール−２−イリデン］−ペンタ−１，３−ジエニル］−１，１−ジメチル−３−（３−エチル−ブチル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；２−［５−［１，１−ジメチル−３−（３−メチル−ブチル）−１，３−ジヒドロ−ベンゾ［ゼ］インドール−２−イリデン］−ペンタ−１，３−ジエニル］−１，１−ジメチル−３−（３−エチル−ブチル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウムヘキサフルオロリン酸塩；３，３−ジメチル−２−［２−［２−クロロ−３−［２−［１，３−ジヒドロ−３，３−ジメチル−５−スルフォ−１−（４−スルフォブチル）−２Ｈ−インドール−２−イリデン］−エチリデン］−１−シクロヘキセン−１−イル］−エテニル］−５−スルフォ−１−（４−スルフォブチル）−３Ｈ−インドリウムヒドロキシド分子内塩３ナトリウム塩；２−［２−（３−［２−［３，３−ジメチル−５−スルフォ−１−（４−スルフォブチル）−１，３−ジヒドロ−インドール−２−イリデン］−エチリデン］−２−フェニル−シクロヘックス−１−エニル）−ビニル］−３，３−ジメチル−５−スルフォ−１−（４−スルフォブチル）−３Ｈ−インドリウムヒドロキシド分子内塩３ナトリウム塩；２−［５−［１，１−ジメチル−３−（４−スルフォブチル）−１，３−ジヒドロ−ベンゾ［ゼ］インドール−２−イリデン］−ペンタ−１，３−ジエニル］−１，１−ジメチル−３−（４−スルフォブチル）−１Ｈ−ベンゾ［ゼ］インドリウムヒドロキシド分子内塩３ナトリウム塩；２−（８−ヒドロキシ−１，１，７，７−テトラメチル−１，２，３，５，６，７−ヘキサヒドロピリド［３，２，１−イジ］キノリン−９−イル）−４−（８−ヒドロキシ−１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ−ピリド［３，２，１−イジ］キノリニウム−９（５Ｈ）−イリデン）−３−オキソシクロブト−１−エノレート（スクアリリウム）；およびこれらの化合物および混合物からなる群から選択される。
【００９１】
本発明の関連発明において、上記システムは約９０％よりも大きい演色評価数を有し、効率は約０．２５％から約１０％である。
【００９２】
本発明の関連発明におけるエネルギー収集システムとしての使用は、上記エネルギー収集システムの、建築物の窓ガラスに一体化されたエネルギー収集システムとしての使用である。
【００９３】
本発明の関連発明におけるエネルギー収集システムとしての使用は、上記エネルギー収集システムの、建築物、乗り物または装置の羽目板に積み重ねられたエネルギー収集システムとしての使用である。
【００９４】
本発明の関連発明におけるエネルギー収集システムとしての使用は、上記エネルギー収集システムの、テレビモニタ、コンピュータモニタ、携帯機器、または電光掲示板の表示装置に一体化されたエネルギー収集システムとしての使用である。
【００９５】
本発明の関連発明における透明エネルギー収集装置の作成方法は、ポリ−（メタクリル酸エチル）（ＰＥＭＡ）、アセトニトリル、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、（ポリ）−メタクリル酸ブチル−ｃｏ−メタクリル酸メチル（ＰＢＭＭＡ）またはこれらの化合物の溶液を含む、導波路リダイレクト物質の混合と、ゲルマニウム（Ｇｅ）、非晶質ゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、珪素（Ｓｉ）、非晶質珪素（ａ−Ｓｉ）、珪素−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、非晶質珪素−ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、リン化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＰ）、セレン化銅インジウム、硫化銅インジウム、セレン化銅インジウムガリウム、硫化銅インジウムガリウム、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、ペロブスカイト（ＰＶ）またはこれらの化合物の内、少なくとも一つを備えた太陽光電池アレイの、前記溶液の中への設置と、前記導波路リダイレクト物質および前記太陽光電池を含む固体基質の生成のための乾燥と、電子ビーム揮発、パルスレーザ蒸着、プラズマ励起スパッタリング、熱蒸着、化学気相蒸着、または溶液蒸着による、固体基質の表面への反射被覆の生成とを含む。
【００９６】
本発明の関連発明において、前記導波路リダイレクト物質は、ヨウ化２−［７−（１，３−ジヒドロ−１，３，３−トリメチル−２Ｈ−インドール−２−イリデン）−１，３，５へプタトリエンチン］−１，３，３−トリメチル−３Ｈ−インドリウム（ＨＩＴＣＩ）；塩化１−（６−（２，５−ジオキソピロリジン−１−イルオキシ）−６−オキソヘキシル）−３，３−ジメチル−２−（（Ｅ）−２−（（Ｅ）−３−（（Ｅ）−２−（１，３，３−トリメチルインドリン−２−イリデン）エチリデン）シクロヘックス−１−エニル）ビニル）−３Ｈ−インドリウム（ＣＹ）；またはこれらの化合物である。
【００９７】
本発明の関連発明において、反射被覆の生成は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはこれらの化合物の層を含む反射被覆の生成を含む。
【００９８】
本発明の関連発明において、反射被覆の生成は、パルスレーザ蒸着による固体基質の表面への反射被覆の生成を含む。
【００９９】
本発明の関連発明において、反射被覆の生成は、プラズマ励起スパッタリングによる固体基質の表面への反射被覆の生成を含む。
【０１００】
本発明の関連発明において、反射被覆の生成は、熱蒸着による固体基質の表面への反射被覆の生成を含む。
【０１０１】
本発明の関連発明において、反射被覆の生成は、化学気相蒸着による固体基質の表面への反射被覆の生成を含む。
【０１０２】
本発明の関連発明において、反射被覆の生成は、溶液蒸着による固体基質の表面への反射被覆の生成を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】従来の発光型または分散型太陽光集光器の図である。
【図２】ボストン、ＭＡの建築物の周囲の太陽束を示す図である。
【図３Ａ】第１太陽光集光器の第１方向の図である。
【図３Ｂ】第１太陽光集光器の第２方向の図である。
【図３Ｃ】第１太陽光集光器の他の図である。
【図３Ｄ】第１太陽光集光器の他の図である。
【図４Ａ】第２太陽光集光器の第１方向の図である。
【図４Ｂ】第２太陽光集光器の第２方向の図である。
【図４Ｃ】第２太陽光集光器の他の図である。
【図４Ｄ】第２太陽光集光器の他の図である。
【図５】反射鏡を有する太陽光集光器の図である。
【図６Ａ】ＤＴＣＩの放射スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｂ】ＨＩＴＣの放射スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｃ】ＩＲ１４４の放射スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｄ】ＩＲ１７０の放射スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｅ】ＡｌＮｃの放射スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｆ】ＳｉＮｃの放射スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｇ】ＩＲ７９２の放射スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｈ】ＩＲ１４０の放射スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｉ】ＺｎＮｃの放射スペクトルを示すグラフである。
【図６Ｊ】ＣＹの放射スペクトルを示すグラフである。
【図７Ａ】透明発光型太陽光集光器の概略図である。
【図７Ｂ】ＣＹおよびＨＩＴＣの構造を示す図である。
【図７Ｃ】可視波長帯外において吸収と放射との両方の必要性を強調する、ＣＹ染料が組み込まれた透明ＬＳＣシステムの写真を示す図である。
【図８Ａ】ＮＩＲ吸収をするＣＹおよびＨＩＴＣＩの、規格化された吸収（丸）および放射（四角）スペクトルを示す図である。
【図８Ｂ】集光の関数としての、ジクロロメタンにおけるＣＹおよびＨＩＴＣＩの測定された量子収量（ＱＹ）と吸収（８Ｂ）とを示す図である。
【図９Ａ】Ｖｏｃ、ＦＦ、電力効率、およびＣＹ装置の応答度の光強度依存を示す図である。
【図９Ｂ】二つの発光団を有する、全て組み立てられたＬＳＣシステムに対する電圧の関数としての電流密度を示す図である。
【図９Ｃ】０．０２ｍから０．０７ｍまで、１０ｍｍの増分において測定された波長の関数としての、ＬＳＣシステムのＥＱＥを示す図である。
【図９Ｄ】円に示された、測定されたＥＱＥを有する、ＣＹＬＳＣ長の関数としての、計算されたＥＱＥを示す図である。
【図１０】ＬＳＣ長の関数と、シミュレートされたストークスシフトの関数としてのＣＹＬＳＣ光学効率の計算を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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【図６Ｉ】
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【図６Ｊ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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