(57)【要約】本発明の対象は、コロイド状の間接遷移型半導体のナノ結晶、特にシリコンのナノ結晶を含むガラス質またはプラスチックのマトリックスを含む発光型太陽集光器である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマー物質またはシリカをベースとするガラスの本体（１）を含み、かつコロイド状のナノ結晶（２）を含む発光型太陽集光器であって、該コロイド状のナノ結晶は間接遷移型半導体のナノ結晶であることを特徴とする、前記発光型太陽集光器。
【請求項２】
前記ナノ結晶（２）は、１）IVＡ 族またはＩＵＰＡＣ命名法の１４族の中の元素、例えば、炭素、シリコン、ゲルマニウム、スズ、およびそれらの化合物（例えば、ＳｉＣ）およびそれらの合金；２）IIIＡ 族およびＶＡ族またはＩＵＰＡＣ命名法の１３族および１５族の中の元素の化合物、例えば、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、Ｂ１２Ａｓ２、ＡｌＰ、ＡｌＳ、ＧａＰ、およびそれらの合金；３）VIB 族およびVIＡ 族またはＩＵＰＡＣ命名法の６族および１６族の中の元素の化合物、例えば、ＭｏＳ２、；４）その他の間接遷移型半導体、例えば、ＣｕＳ２およびＧａＳｅ；のコロイド状のナノ結晶から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項３】
前記ナノ結晶（２）は追加の不動態化を受けていないことを特徴とする、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項４】
前記ナノ結晶（２）は有機物質または無機物質の追加の不動態化層で被覆されていることを特徴とする、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項５】
前記間接遷移型半導体のナノ結晶（２）は、相当するバルク材のボーア励起子の直径と同等であるか、あるいはそれよりも小さな少なくとも一つの寸法を有することを特徴とする、請求項２に記載の太陽集光器。
【請求項６】
５ｃｍ２と１６ｍ２の間の寸法のシート状の形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項７】
プラスチックの前記本体はポリマーのマトリックスまたはシリカをベースとするガラス質のマトリックスであることを特徴とする、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項８】
前記のマトリックスは、以下のポリマー：ポリアクリレートおよびポリメチルメタクリレート、ポリオレフィン、ポリビニル、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリアセテート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリケトン、ポリエステル、ポリシアノアクリレート、シリコーン、ポリグリコール、ポリイミド、フッ素化ポリマー、ポリセルロース、およびメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリオキサジンのような誘導体、およびシリカをベースとするガラス、のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項９】
前記ナノ結晶はプラスチックのマトリックスまたはシリカをベースとするガラス質のマトリックスの中に重量で０．００１％と５％の間の割合で分散していることを特徴とする、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項１０】
前記間接遷移型のナノ結晶は集光器の前記本体（１）を被覆している薄膜の中に分散していることを特徴とする、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項１１】
平坦な形状または湾曲した形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽集光器。
【請求項１２】
請求項１に記載の発光型太陽集光器から製造された少なくとも一つの部品を含む、建造物の窓または移動式構造物のための窓。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は主要請求項の前提特徴部分に係る太陽集光器に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、発光型太陽集光器（またはＬＳＣ）は、集光器の本体を画定しているガラスまたはプラスチックの導波管であって、一般に蛍光色素（フルオロフォア）と呼ばれる高度に放射性の元素でドープされたもの、あるいは蛍光色素を含むフィルムで被覆されたものを有している。直射日光および／または拡散した日光はそれらの蛍光色素によって吸収され、そしてさらに長い波長で再放射される。このようにして生成したルミネセンス（発光）は全内部反射によって導波管の端部に向かって伝播し、そして集光器の本体の周囲に付設された光起電力セルによって電気エネルギーに変換される。
【０００３】
通常そのような発光型太陽集光器は、（上述の導波管を画定している）シート状または平行六面体の一般的な形状を有していて有機物または有機金属の蛍光色素またはコロイド状のナノ粒子をベースとするものでドープされた本体で構成されている。あるいは、そのような本体の表面は蛍光色素を含む薄膜で被覆されている。
【０００４】
蛍光色素は日光（拡散および入射した日光の両者）を吸収し、そしてそれをもっと長い波長で蛍光発光または燐光によって再放射する。放射された光は全内部反射によって導波管の端部へ誘導され、そこでその光は、導波管の側面または周囲の面に沿って配置された小さな光起電力セルによって電気に変換される。導波管における蛍光色素の濃度とその光学的な特性を適当に選択することによって、望ましい程度の透明度を有するとともに構造物（例えば、光電池窓）に容易に組み入れることができる任意の形状のデバイスを構築することができる。
【０００５】
従って、発光型太陽集光器は、光源に従う機構を必要とする太陽放射の幾何学的な集中に基づいて動作する公知の装置よりも実用的なデバイスである。
最後に、（導波管として作用する）集光器の端部に配置された光起電力セルは集光器の内部で生成されるルミネセンス（発光）によって間接的に照らされるので、発光型太陽集光器は、それらの上に作られる影から誘導される（通常の塊状および薄膜の光起電力パネルにおいてみられた）効率の損失や電気的応力を何ら受けない。
【０００６】
効率的な太陽集光器を得るためには、蛍光色素は高度に光安定性でなければならず、またスペクトルの可視領域および近赤外における広い吸収スペクトル、高いルミネセンス効率（発光効率）、およびそれら自体の吸収スペクトルと光放射スペクトルとの間で可能な最大のエネルギー分離（これは「ストークスシフト」という用語によって示される）を有していなければならない。後者の要件は、所定の蛍光色素から放射される光が集光器本体の端部に到達する前に比較的長い道筋を移動しなければならないような大きな集光器を製造するためには必須のことである。
【０００７】
高度に放射性であるがしかし比較的に光崩壊性である有機質の蛍光色素を用いることが知られている。それらのストークスシフトは典型的に限定的であり、その結果、蛍光色素自体によって放射される光の再吸収のために、かなりの光学的損失が生じる。
【０００８】
広いストークスシフトを有する有機希土類元素の錯体によって明示される蛍光色素の使用も知られている。しかし、そのような元素は太陽スペクトル（日光スペクトル）の狭い部分を使用することができるに過ぎず、そして／あるいは、極めて低いルミネセンス効率を示す。太陽集光器の本体または導波管に組み入れる放射物質としてコロイド状のナノ結晶（ＱＤ）を用いるときに、同様の問題に遭遇する。そのようなナノ結晶は高い発光収率と高い光吸収率を有するけれども、それらは一般に、吸収スペクトルと放射スペクトルとの間で大きな重なり合いを有し、その結果、放射光の強い再吸収が生じる。この事実は、大きなサイズの太陽集光器の構築に対する障害となり、極めて小さな面積のデバイスを得ることを可能にするに過ぎない。
【０００９】
最近になって、コロイド状のナノ結晶（ＱＤ、すなわち「量子ドット」）であって、広い吸収スペクトルと効率の良いルミネセンスを示し、また可視または近赤外（ＮＩＲ）のスペクトル領域において最大の太陽放射を捕捉または収集するために調節することもできて、それにより発光型太陽集光器（ＬＳＣ）からの最大の応答が得られるものも用いられている。これはまた、ヘテロ構造のナノ結晶またはドープされたナノ結晶を選択するか、あるいは３元半導体組成物を用い、その結果、吸収機能と放射機能の間の本質的な切り離しをもたらすことによっても達成されている。
【００１０】
本明細書の所有者の名でＰＣＴ/ＩＢ２０１６/００００３２号によって提出されたテキストは、コロイド状のナノ結晶を含有するポリマー物質またはシリカをベースとするガラスの本体を含む太陽集光器を記載していて、これにおいて、コロイド状のナノ結晶は、ＩＢ族またはＩＵＰＡＣ命名法の１１族における遷移金属、IIIＡ 族またはＩＵＰＡＣ命名法の１３族における金属、およびVIＡ 族またはＩＵＰＡＣ命名法の１６族からの少なくとも１種のカルコゲンを含む少なくとも３元のカルコゲン半導体のナノ結晶である。
【００１１】
様々なタイプの有用な半導体を示しているその特許のテキストはある解決策を記載していて、それによって、放射光の再吸収による光学的損失が限定されているとともに高い透明性を有する（長さが数百センチメートルまでの）大きなサイズの太陽集光器を得ることができて、それはまた、建築構造物あるいは自動車または一般的な乗り物のような移動式構造物の中の光電池窓として用いるのにも適している。
【００１２】
前述のＰＣＴ出願の対象である集光器は、その出願が提出される前に知られた様々な太陽集光器の問題を解決してはいるが、地球上に大量に広範囲に存在しないそれらの構成材料または構成要素を必要とする。それらの材料を得る費用は、経済的および政治的な観点の両方から非常に高くなり、結果として、それらを含むＬＳＣについての高いコストが生じる。
【００１３】
ＵＳ２００７/００１２３５５は、半導体の基層、この半導体の基層の上の半導体ナノ結晶の複合物、および半導体ナノ結晶の複合物の上に形成された半導体の放射層を含む太陽電池を記載している。半導体ナノ結晶の複合物の目的は、いわゆる「中間バンドギャップ型電池」を作ることによって太陽電池の固有の吸収特性を修正することである。
【００１４】
この先行する文献は発光型太陽集光器を記載しておらず、あるいは発光型太陽集光器におけるＱＤの使用を示唆していない。
【発明の概要】
【００１５】
本発明の目的は、公知の解決策と比較して改良された発光型太陽集光器（ＬＳＣ）を提供することである。
特に本発明の一つの目的は、コロイド状のナノ結晶を用いる太陽集光器であって、吸収機能と放射機能の間の切り離しがあり、それにより高い効率をもたらすことを可能にするもの、あるいは、再吸収による光学的損失が（ゼロではないが）極めて低いか無視できる程度であって、それと同時に、類似する公知のＬＳＣと比較して極めて低い製造コストを有する太陽集光器を提供することである。
【００１６】
別の目的は、ほとんど惑星全体にわたって分布していて地球上に大量に存在する材料を使用して構成することができて、それによりＬＳＣを製造するコストとそのような材料を得る場合の政治上の制約のさらなる低減を可能にするデバイスまたは太陽集光器を提供することである。
【００１７】
別の目的は、可視領域と近赤外（ＮＩＲ）の全体にわたって延びる吸収スペクトルを有し、それにより電気エネルギーを生成するために用いることができる日光の部分を最大限にして、これを全てＬＳＣに含まれる材料の粒子の寸法を適切に制御することによって行うデバイスまたは太陽集光器を提供することである。
【００１８】
当業者には自明であろうこれらの目的およびその他の目的は、添付の特許請求の範囲に係る発光型太陽集光器によって達成されるだろう。
本発明のより良い理解のために、単に非限定的な例として下記の図面を添付する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、コロイド状のナノ結晶またはＱＤを組み入れたポリマーのマトリックスを含む発光型太陽集光器（ＬＳＣ）の図表示を示す。
【図２】図２は、４７３ｎｍでの光励起の下で図１のデバイスまたは集光器を得るためのシリコンＱＤの吸収スペクトル（曲線Ａ）および発光スペクトル（光ルミネセンススペクトル）（曲線Ｂ）を示す。
【図３】図３は、本発明に係るＬＳＣを構成するセルを得るための手順の図表示を示す。
【図４】図４は、４７３ｎｍでの励起の下で実施例のデバイスのために用いられるシリコンＱＤの励起からの吸収スペクトル（曲線Ｅ）および発光スペクトル（曲線ＦおよびＧ）の比較を示し、曲線ＦおよびＧは、シリコンＱＤを含む１４４ｃｍ２の寸法を有する太陽集光器の端部において集められたＬＳＣの発光スペクトルに関するものであり、曲線Ｆについてはｄ＝０．５ｃｍそして曲線Ｇについてはｄ＝１２ｃｍの端部からの距離においてシリコンＱＤがそれぞれ励起される。
【図５】図５は、様々な曲率を有するＬＳＣを用いて励起領域からの様々な距離ｄにおいて得られる光ルミネセンスの光信号に関する曲線を三次元のグラフで示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
前記の図面を参照すると、発光型太陽集光器すなわちＬＳＣは、ガラスまたはプラスチックの材料で構成することができる本体１を有し、集光器の本体１の中には、単に記述上の目的で容易に確認できる要素として示されているナノ結晶が存在する。これらのナノ結晶（ＱＤ）またはナノ粒子は２で示されている。本体１の端部３、４、５、６において、本体１の中に存在するＱＤから放射された光放射（これはｈν２として示されている）を集めてそれを電気に変換することができる光起電力セル７が存在する。デバイスの本体上での入射放射線はｈν１で示されている。
【００２１】
あるいは、ナノ結晶は、集光器の本体を被覆しているプラスチックまたはガラスの薄膜の中に埋め込まれていてもよい。
ＬＳＣの本体１、または本体を被覆している薄膜は様々な材料から得ることができる。例として、その材料は（これらに限定はされないが）ポリアクリレートおよびポリメチルメタクリレート、ポリオレフィン、ポリビニル、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリアセテート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリケトン、ポリエステル、ポリシアノアクリレート、シリコーン、ポリグリコール、ポリイミド、フッ素化ポリマー、ポリセルロース、およびメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリオキサジンのような誘導体、あるいはシリカをベースとするガラスであってもよい。
【００２２】
ナノ結晶またはナノ粒子は、同じ組成の相当するバルク材料に特有のボーア励起子の直径（典型的には１０ｎｍ未満）よりも典型的に小さな寸法を有する成分であり、そのため量子の閉じ込めを示す。これらのＱＤはほぼ１００％の光ルミネセンス効率および粒子の寸法制御によって選択しうる放射スペクトルを示す能力を有し、このことが、それらを単一および複数の接合素子を含む様々なタイプの太陽電池と最適に統合することを可能にする。
【００２３】
本発明の一つの基本的な特徴によれば、説明しているＬＳＣにおいて放射物質として用いられるコロイド状のナノ結晶は間接遷移型半導体のＱＤであり、これには、非包括的な例として以下のものが含まれる：１）IVＡ 族またはＩＵＰＡＣ命名法の１４族の元素、例えば、炭素、シリコン（ケイ素）、ゲルマニウム、スズ、およびそれらの化合物（例えば、ＳｉＣ）および合金；２）IIIＡ 族およびＶＡ族またはＩＵＰＡＣ命名法の１３族および１５族の中の元素の化合物、例えば、ＢＮ、ＢＰ、ＢＡｓ、Ｂ１２Ａｓ２、ＡｌＰ、ＡｌＳ、ＧａＰ、およびそれらの合金；３）VIB 族およびVIＡ 族またはＩＵＰＡＣ命名法の６族および１６族の中の元素の化合物、例えば、ＭｏＳ２、；４）その他の間接遷移型半導体、例えば、ＣｕＳ２およびＧａＳｅ。
【００２４】
ＱＤのこの特定の選択が、（長さが数十ないし数百センチメートルの）大きなサイズを有し、放射した光の再吸収による光学的損失が限定された発光型太陽集光器を製造することを可能にする。厚みのあるマトリックスまたは本体１あるいはそれを被覆する薄膜の中に分散されたナノ結晶の濃度（典型的には重量で０．００１％と５％の間）が集光器またはデバイスにおける透明性のレベルを決定し、従って、ビルディングのような建築構造物あるいは自動車のような移動式構造物の中の光電池窓として用いるのに適した半透明の太陽集光器を製造することを可能にする。
【００２５】
間接遷移型半導体（例えば、シリコン）の選択は、これらの多くが地球上で最も豊富な元素の中にあり、そしてそれらの年間の生産量が数百万トンに達するという事実から出ている。
【００２６】
このことに加えて、シリコンのような間接遷移型半導体においては、伝導体から価電子帯へのエネルギー遷移の際の光の放射は一般に無視できる程度である。しかし、このタイプの半導体がそれらの堅固な形状によって、それらのボーア励起子の直径と同等であるか、あるいはそれよりも小さな寸法を有するナノ粒子に閉じ込められた場合（これは一般に、量子の閉じ込めとして知られる）、そのナノ構造物は、運動量の保存に関する物理的な選択の法則を部分的に克服するので、強く発光性になるかもしれない。このようにして、それらの放射効率は高い値に達することができ（シリコンの場合には５０％超にもなる）、成長プロセスを改良することと表面の不動態化によって改善のためのさらなる可能性もある。量子の閉じ込めの制御はまた、ナノ粒子の吸収と放射のエネルギーを制御することも可能にする。例えば、シリコンの場合、ＮＩＲスペクトルの領域におけるコロイド状のナノ結晶の光吸収と光ルミネセンスのスペクトルは、スペクトルの可視領域の方へと調節することができる。
【００２７】
例えばシリコン、炭素およびゲルマニウムのような幾つかの間接遷移型のナノ結晶のおかげで、地球上にかなり豊富にある非毒性の物質だけを含む大面積のＬＳＣを製造することも可能である。
【００２８】
例えばシリコンのような間接遷移型のＱＤは放射光に対してかなり低い再吸収能を有するので、この事実は、これらのＱＤとＬＳＣの構造を画定するポリマーのマトリックスとの間の高い適合性と相まって、再吸収の損失と拡散の損失の無いほぼ理想的なＬＳＣデバイスを用いることを可能にする。
【００２９】
ルミネセンスの再吸収が抑制されるために、量的な性能の評価によれば、これらのＬＳＣは１００×１００ｃｍ２を超えるほどの様々な寸法で製造することができ、変換効率は５％よりも大きくなる。
【００３０】
最後に、ポリマーのマトリックスの中に挿入された前記のＱＤを用いると、複雑な湾曲をも有する活性な光電池構造要素を製造することができ、それらの幾つかのものは、平らな屋根に適用される光電池パネルの状態と比較して、光起電力セルからの電気の出力が著しく低下することなく、それらを構造の中に組み入れることが可能な度合いを広げる。
【００３１】
低再吸収性のＬＳＣの製造のための間接遷移型ＱＤの適用の非包括的な例として、我々は、最初に図２を参照して説明されるシリコンＱＤをベースとするＬＳＣの特性について以下に報告する。
【００３２】
図２は、ＬＳＣの導波管の製造のために用いられるポリメタクリル酸ラウリル（ＰＬＭＡ）のマトリックス中に分散されるシリコンＱＤの光吸収および光ルミネセンス（発光）のスペクトル、ならびに太陽放射の地上スペクトルを示す。
【００３３】
図２において、シリコンＱＤの吸収はＡの文字で示される曲線によって表され、一方、光ルミネセンスはＢで示される曲線によって表される。Ｃで示される曲線は太陽放射のスペクトルを表し、暗い帯（図２においてＤで示される）はナノ複合材料の透明ウィンドウを表し、これはＱＤの吸収の開始と９３０ｎｍでのポリマーマトリックスのＣ-Ｈ倍振動との間にある。
【００３４】
光ルミネセンスのスペクトル（曲線Ｂ）は、ＬＳＣの構造または本体を形成する複合材料の最適なＮＩＲ透明ウィンドウにおけるピークを有し、これは大きな集光器の寸法から生じる最小限の再吸収損失を保証する。
【００３５】
大きな有効面積を有するＬＳＣを製造するためのＱＤの安定性を実験によって確証するために、架橋した半透明のポリメタクリル酸ラウリルのＬＳＣであって、長い側鎖がナノ結晶の凝集を防ぐとともに高い光学的品質のポリマー・ＱＤナノ複合材料を製造できることが保証されるＬＳＣが製造された。
【００３６】
その製造手順は、最初に、少ない容量のメタクリル酸ラウリルのモノマー（ＬＭＡ）の中でＱＤをおよそ３時間にわたって湿らせて、それにより確実に個々の粒子を微細に分散させることを含む。そのようにして得られた混合物を、次に、大容量のモノマーに、フリーラジカル光開始剤（IRGACURE 651、１重量％（ｗ/ｗ）の量で）および架橋剤として作用するエチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭ）とともに添加する。適当な量のＥＧＤＭを選択することによって、ＱＤでドープされていて望ましい機械的剛性を有するＰ(ＬＭＡ-ｃｏ-ＥＧＤＭ) ナノ複合材料を製造することができるが、それと同時に、可撓性で折り曲げることができるＬＳＣ太陽集光器を製造することを可能にする。
【００３７】
例えば、重量で８０％対２０％（ｗ/ｗ）のＬＭＡ対ＥＧＤＭの比率にすると剛性の導波管になり、一方、ＥＧＤＭを重量で１０％（ｗ/ｗ）だけ添加すると可撓性の太陽集光器すなわちＬＳＣを得ることが可能になる。
【００３８】
主鎖を鎖状につないでＬＳＣの平坦な本体の機械的安定性を保証するＥＧＤＭの分子がナノ複合材料の疎水性の部分に配置されて、従ってＱＤから分離され、それによりそれらがＬＳＣの電子特性に逆効果を及ぼさないことが重要である。
【００３９】
およそ２０分にわたって混合し、そして全体を３０分にわたって超音波浴の中に置いた後、光学グレードのポリマーシートの調製のために典型的に用いられるセルキャスティング（セルキャスト法）の手順を行うことによって、集光器が得られる。
【００４０】
図３は、太陽集光器のシートを得るためのプロセスを図解で示す。簡単に言えば、上で説明したようにして得られた均一な混合物がほとんど粗さの無い強化ガラスの型３１の中に注ぎ込まれ（図３において矢印Ｒで示される段階を参照）、そして３６５ｎｍの光を２５分間照射してラジカル重合を促進させる。次いで、得られたものを暗い環境の中に３０分間保持することによって重合を完了させ、その後、型から導波管すなわちＬＳＣを取り出すことができ、所望のサイズの部分になるように切断し、そして端部を滑らかにすることができる。
【００４１】
上のことは図３に示されていて、左側に示されていて矢印Ｆで示されているものは、二枚のシート３１を結合してそれらの間に可撓性のシール要素３１Ａを配置することによって得られる型の構成を表す。これらのシートを結合させた後、上で示した混合物が型の中に挿入され（矢印Ｒ）、次いで、（３４で示される）太陽集光器を得る最終段階へ行く。矢印３３は上で説明した手順の最終段階を示し、ここで集光器が得られることになる。
【００４２】
効率の良い間接遷移型ＱＤを含むＬＳＣの製造のための重要な側面は、ポリマーナノ複合材料の中にそれらを組み入れた後の純粋なＱＤの光学特性の維持である。ナノ複合材料の中に存在するものと同じ濃度でのトルエン中のシリコンＱＤの溶液と比較してのシリコンＱＤを含むナノ複合材料の分光学的研究において、理想的な、または実質的に理想的な分光特性が見出された。試験に供したこれら二つの系は実質的に同様の放射動力学を証明したが、ポリマー中に存在するシリコンＱＤについては弱い加速度を示し、これは、トルエン中にある場合と比較してナノ複合材料の中での放射量子効率の値の極めて小さな低下と関連している（おそらく、追加の非放射性のチャンネルの活性化と関連している）。空気中での重合化ラジカル触媒とＵＶ照射の曝露後のこれらの小さな非放射性の損失は、金属ケイ化物のＱＤが追加の不動態化によっては保護されないという事実に照らして特に容易にわかる。そのような追加の不動態化は、上で言及した本出願人の名義で提出された先行する特許の教示に従って製造される太陽集光器において用いられるアクリルマトリックス中で用いられるＩＢ族およびIIIＡ 族の金属カルコゲニドのＱＤを維持するのには必要なことなのである。デバイスの製造条件におけるこの本質的な多様性は、それらの不動態化保護膜のための追加のコストを発生させることなく太陽集光器のための高効率の放射物質を得ることを可能にするという点で、公知の解決策と比較してのシリコンＱＤの重要な工業上の利点を意味する。
【００４３】
得られた結果はまた、この集光器が可視スペクトルの下で高い透明性を有することを証明している。それと同時に、変換効率は、本出願人の名義で先に提出された特許の主題であった太陽集光器を用いて得られた改善された性能と少なくとも同等であり、そのことは、間接遷移型半導体のＱＤを含むＬＳＣにおいては再吸収の損失が効果的に解消されることを示している。
【００４４】
本発明に係るＬＳＣの再吸収損失を直接評価するために、シリコンＱＤを含んでいて約１４４ｃｍ２の面積を有するポリマー物質の長方形のシートを用意した。ナノ複合材料の光吸収スペクトルは図４の曲線Ｅで示される。４７３ｎｍでの連続する励起源を用いて、図４に示される光ルミネセンススペクトルが得られたが、曲線Ｆはシートの端部からｄ＝０．５ｃｍの距離における励起したスペクトルを示し、そして曲線Ｇはシートの端部からｄ＝１２ｃｍの距離における励起したスペクトルを示す。
【００４５】
シートの端部において直接発生したルミネセンス（発光）（曲線Ｆ）およびその中でさらに１０ｃｍにわたって誘導されたルミネセンス（曲線Ｇ）に相当する二つの放射ピークは実質的に重ねることができ、このことは、再吸収損失が強く抑制されたことを証明していて、また間接遷移型半導体のＱＤを用いると図２におけるナノ複合材料の導波管の最適なＮＩＲ透明ウィンドウに正確に集中する放射を得ることが可能であることを、確証している。従って、図４において光ルミネセンスを表すそれらの曲線における小さな差異は、ＱＤに関連する再吸収損失は比較的大きなサイズのＬＳＣの場合であっても小さいことを示していて、またナノ複合材料の最適な透明帯の中でＱＤは放射することを確証している。
【００４６】
実験データはシミュレーションを行ったデータと最適な一致を与え、このことは、間接遷移型半導体のＱＤを含むＬＳＣは、明るくなった表面の各々の部分が集光器によって生成される全出力に等しく寄与する理想的なデバイスと本質的に同じような挙動を示すことを証明する。
【００４７】
湾曲したＬＳＣも製造し、これらによって光電池電流を得る能力について試験を行った。この目的のために、シリコンＱＤ（０．０９重量％）でドープしたＰ(ＬＭＡ-ｃｏ-ＥＧＤＭ) についておよそ９０ｃｍ２の面積を有する試験用のＬＳＣを、図２に関連して説明した手順を用いて製造した。シートを曲げることができるように、モノマーと架橋剤との間の比率（すなわち、ＬＭＡとＥＧＤＭとの間の比率）が重量で９０％：１０％（ｗ/ｗ）となるように選択した。可撓性のＬＳＣの導波管特性に及ぼす曲率の影響を実験的に定量化することができるように、ＬＳＣの励起領域と端部との間の空間距離ｄを増大させながら、集光器の側面の一つから出る光を測定した。理想的な標準の励起条件およびＬＳＣの増大する曲率についてのコレクションジオメトリーの下での光の伝播についての様々な測定について、中心角θ（この角度は平らなデバイスについては０°に等しく、完全に曲がった構造物については１８０°に等しい）に関して定量化される条件を繰り返した。
【００４８】
ｄおよび上述の角度の関数として得られる光学的出力データについての測定の結果を図５に示すが、これからは、ＬＳＣの導波管特性は曲率によっては影響されないことがわかる。特に、図５から、ＬＳＣの端部から放射される光の強度は曲率の角度に応じて実質的に変化しない、ということが特筆されよう。このことが、低下した光の誘導能力による光学的損失を招くことなく、複雑な湾曲面（丸形、茶わん形、球形、通常のタイルに適用することもできる形状）を有する半透明の光電建築要素を製造するための間接遷移型のＱＤを含むＬＳＣを用いることの可能性を検討することを可能にする。
【００４９】
シリコンのような地球上に豊富な材料だけに基づく間接遷移型のコロイド状ナノ構造物をベースとするＬＳＣの有利な点は、上のことから明白である。実際に、ポリマー化したアクリルマトリックスの中に間接遷移型のＱＤを組み入れることによって、ＱＤの光吸収スペクトルとルミネセンススペクトル（発光スペクトル）との間の大きな有効スペクトル分離のために、すなわち、ＬＳＣの構造内で誘導されたルミネセンスの再吸収と関連する光学的損失によっては本質的に影響されないスペクトルのために、高い光学的品質の導波管を製造することが可能であることが証明された。
【００５０】
およそ１５０ｃｍ２の面積を有する表面上で光を電気に変換する効率は高く（光学的量子効率の約３０％と見積もることができる）、可視スペクトルの下での高度の透明性（およそ７０％）も伴う。これらの全てのことが、これらのＬＳＣを、構造物あるいは自動車のような移動手段に組み入れられる窓の構造あるいはその他の光電池要素のための優れた候補にする。
【００５１】
シリコンを含めた多くの間接遷移型半導体の極めて低いコストはまた、このようにして得られる太陽集光器のシートが非常に経済的であることを意味している。
本発明の特定の態様について説明したが、上の説明の内容を考慮すればその他のものも得ることができ、それらは以下の特許請求の範囲に含まれるものとみなすべきである。
【符号の説明】
【００５２】
１  発光型太陽集光器の本体、  ２  ナノ結晶またはナノ粒子、  ３、４、５、６  本体の端部、  ７  光起電力セル、  ３１  型またはシート、  ３１Ａ  シール要素、  ３２  光の照射、  ３３  導波管の取り出し、  ３４  太陽集光器。
【図１】
2019520696.tif 000003
【図２】
2019520696.tif 000004
【図３】
2019520696.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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