(57)【要約】  太陽光赤方偏移システムは、それぞれが少なくとも１つの集束素子、ターゲット及び量子ドット槽を有する、赤方偏移モジュールの集合アレイを備える。量子ドット槽には発光波長を有する光を放射する量子ドットが入っている。集束素子は入射太陽光を、集束間隙を通して量子ドット槽に向けるか、または平板導波路内に入れ、次いで量子ドット槽に向けて、量子ドットに発光波長を有する赤方偏移光を放射させる。赤方偏移光はターゲットに向けられ、ターゲットの例には光電変換材料または活光合成生物がある。ターゲットは赤方偏移光の波長を有する光子に対して高められた感度または反応を有する。量子ドット槽のトラップ反射器コンポーネントが太陽光赤方偏移システムの外部環境への赤方偏移光の逸失を防止し、望ましくない赤外光のシステムからの除去を可能にする。
2014529880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光赤方偏移モジュールにおいて、
ターゲット波長を有し、
（ｉ）活光合成生物を、該活光合成生物を培養するための、増殖培地内に入れている増殖槽、
−前記ターゲット波長は前記活光合成生物の光合成反応が高められる波長である、
及び
（ii）光電変換材料を含む光電変換プレート、
−前記ターゲット波長は前記光電変換材料の高感度波長である、
からなる群から選ばれる、少なくとも１つの収集ターゲット、
少なくとも１つの、
第１のプレート及び第２のプレートの間に定められた密封キャビティ、
−前記第１のプレートは前記第２のプレートと前記収集ターゲットの間にある、
前記密封キャビティ内に配され、入射太陽光に照射されると前記ターゲット波長を有する赤方偏移光を放射する量子ドットを含んでいる、量子ドット分散相、及び
前記量子ドットによって放射された前記赤方偏移光の少なくとも一部を前記収集ターゲットに向けて反射する、トラップ反射器、
を有する、
量子ドット槽、及び
入射太陽光を前記太陽光赤方偏移モジュール内に集束する、集束素子、
を備え、
前記集束素子、前記少なくとも１つの量子ドット槽及び前記少なくとも１つの収集ターゲットは、前記太陽光赤方偏移モジュール内に集束された前記入射太陽光が前記少なくとも１つの収集ターゲットに当たる前に前記少なくとも１つの量子ドット槽に当たるように構成される、
ことを特徴とする太陽光赤方偏移モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽光赤方偏移モジュールにおいて、
前記少なくとも１つの収集ターゲットが前記集束素子と前記少なくとも１つの量子ドット槽の間に挟まれた第１の収集ターゲット及び第２のターゲットを含む、
前記第１の収集ターゲットの第１の端面と前記第２の収集ターゲットの第２の端面の間に集束間隙が定められる、及び
前記集束素子が入射太陽光を前記集束間隙に通して前記量子ドット槽に向ける、
ことを特徴とする太陽光赤方偏移モジュール。
【請求項３】
プレート反射器をさらに備え、
前記少なくとも１つの量子ドット槽が、入射光光路に沿い、前記集束素子と前記収集ターゲットの間に挟まれた第１の量子ドット槽及び第２の量子ドット槽を含む、
集束間隙が前記第１の量子ドット槽と前記第２の量子ドット槽の間に定められる、
前記集束素子が前記入射太陽光を前記集束間隙に通して前記プレート反射器上に向ける、及び
前記プレート反射器が前記入射太陽光を前記第１の量子ドット槽及び前記第２の量子ドット槽の内の少なくとも１つに向けて反射する、
ことを特徴とする請求項１に記載の太陽光赤方偏移モジュール。
【請求項４】
前記太陽光赤方偏移モジュールが光電変換型太陽光赤方偏移モジュールであり、前記収集ターゲットのそれぞれが高感度波長を有する光電変換材料を含む光電変換プレートであることを特徴とする請求項１に記載の太陽光赤方偏移モジュール。
【請求項５】
前記太陽光赤方偏移モジュールが光合成強化型太陽光赤方偏移モジュールであり、前記収集ターゲットのそれぞれが活光合成生物を、前記活光合成物を培養するための、増殖培地内に入れている増殖槽であり、前記光合成生物が、光合成反応が高められる波長を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽光赤方偏移モジュール。
【請求項６】
前記収集ターゲットと前記量子ドット槽の間に挟まれた導波路をさらに備え、前記導波路が、前記導波路内の集束太陽光を前記量子ドット槽に向けて散乱し、前記量子ドット槽から前記収集ターゲットに向かう赤方偏移光の前記導波路の通過を可能にする、透過散乱面を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽光赤方偏移モジュール。
【請求項７】
太陽光赤方偏移システムにおいて、請求項１に記載の太陽光赤方偏移モジュールの集合アレイを備えることを特徴とする太陽光赤方偏移システム。
【請求項８】
前記太陽光赤方偏移システムが、
それぞれの太陽光赤方偏移モジュールが、プレート反射器、第１の量子ドット槽及び第２の量子ドット槽を備え、前記第１の量子ドット槽及び前記第２の量子ドット槽が前記第１の量子ドット槽と前記第２の量子ドット槽の間に集束間隙を定める端面を有する、間隙−反射器構成の太陽光赤方偏移モジュールの集合アレイ、
それぞれの太陽光赤方偏移モジュールが、第１の収集ターゲット及び第２の収集ターゲットを備え、前記第１の収集ターゲット及び前記第２の収集ターゲットが前記第１の収集ターゲットと前記第２の収集ターゲットの間に集束間隙を定める端面を有する、間隙−反射器構成の太陽光赤方偏移モジュールの集合アレイ、及び
それぞれが前記量子ドット槽と前記収集ターゲットの間に挟まれた導波路を有する太陽光赤方偏移モジュールの平行平板構成を備える平行平板型太陽光赤方偏移システム、
からなる群から選ばれることを特徴とする請求項７に記載の太陽光赤方偏移システム。
【請求項９】
平行平板型太陽光赤方偏移システムにおいて、
平行平板構成の太陽光赤方偏移モジュール、及び
少なくとも１つの集束素子
を備え、
前記太陽光赤方偏移モジュールのそれぞれが少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ及び、ターゲット波長を有する、収集ターゲットを備え、
−前記収集ターゲットが、
（ｉ）活光合成生物を、前記活光合成生物を培養するための、増殖培地内に入れている増殖槽、
−前記ターゲット波長は前記活光合成生物の光合成反応が高められる波長である、
及び
（ii）光電変換材料を含む光電変換プレート、
−前記ターゲット波長は前記光電変換材料の高感度波長である、
からなる群から選ばれる、
−前記少なくとも１つの太陽光変換アセンブリが、導波路、赤外光吸収体及び、前記導波路と前記赤外光吸収体の間に挟まれた、量子ドット槽を有する、
−前記量子ドット槽が、
密封キャビティ内に配された、入射太陽光に照射されると前記ターゲット波長を有する赤方偏移光を放射する量子ドットを含んでいる、量子ドット分散相、及び
前記量子ドットによって放射された前記赤方偏移光の少なくとも一部を前記収集ターゲットに向けて反射し、前記収集ターゲットから逸れる方向にある前記入射太陽光からの赤外光を透過させる、トラップ反射器、
を有する、
−前記少なくとも１つの太陽光変換アセンブリの前記導波路が前記少なくとも１つの太陽光変換アセンブリの前記量子ドット槽と前記収集ターゲットの間に挟まれる、及び
−前記導波路が、前記導波路内の集束太陽光を前記量子ドット槽に向けて散乱し、前記量子ドット槽から前記収集ターゲットに向かう赤方偏移光の前記導波路の通過を可能にする、透過散乱面を有する、
及び
前記集束素子が前記太陽光赤方偏移システムの前記太陽光変換アセンブリの前記導波路の太陽側端面上に入射太陽光を集束する、
ことを特徴とする平行平板型太陽光赤方偏移システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１１年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６１/５１３２５６号の米国特許法第１１９条ｅ項の下の優先権の恩典を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は全般にはエネルギー収集用途において太陽光を利用するためのシステムに関し、さらに詳しくは、光発電または光合成生物によるエネルギー収集を促進する波長に入射太陽光を変換するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
太陽光は様々な方法でクリーンエネルギー源として利用することができる。太陽電池では、太陽光が光電変換材料に入射し、光電変換材料内に電子を励起して、光電変換材料上に配された電極間に電位差を生じさせる。この電位差は、電気回路に電力を供給するために、または蓄電池のような貯蔵デバイスに電気エネルギーを貯蔵するために、用いることができる。生物では、太陽光が藻類のような生物内で光合成をおこさせて、生物を増殖させる。生物は次いで、例えばカーボンニュートラル燃料源として、燃やすことができ、生物自体または生物が代謝により生成する分泌物は、他では石油から得られるであろうエタノール及び数多くのその他の化合物を含む、バイオ由来分子のソースとして用いることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
光電変換材料及び／または光合成生物のようなターゲットからエネルギーを生産するために太陽光を最適に利用するシステムが本明細書に開示される。様々な実施形態において、システムは太陽光赤方偏移システムである。本明細書に説明される太陽光赤方偏移システムの実施形態においては、広スペクトル入射太陽光内の高エネルギー波長を、特定のエネルギー利用用途のためのような、選ばれた低エネルギー波長に変換するため、量子ドットプレートが用いられる。太陽光赤方偏移システムは太陽光の波長スペクトルを最適化するためだけでなく、太陽光をエネルギー利用用途に利用可能にする効率を最大化するようにも構成される。
【０００５】
いくつかの実施形態において、太陽光赤方偏移モジュールが提供される。太陽光赤方偏移モジュールは、ターゲット波長を有する少なくとも１つの収集ターゲット、少なくとも１つの量子ドット槽及び入射太陽光を太陽光赤方偏移システム内に集束させる集束素子を有することができる。少なくとも１つの収集ターゲットは増殖槽または光電変換プレートから選ぶことができる。増殖槽は光合成生物を培養するための増殖培地内に光合成生物を入れておくことができ、よって、ターゲット波長は光合成生物の光合成反応が強められる波長である。光電変換プレートは光電変換材料を有することができ、よってターゲット波長は光電変換材料の高感度波長である。少なくとも１つの量子ドット槽は第１のプレートと第２のプレートの間に定められた密封キャビティを有することができる。少なくとも１つの量子ドット槽の第１のプレートは第２のプレートと収集ターゲットの間にあることができる。量子ドット分散相は密封キャビティ内に配することができ、入射太陽光で照射されるとターゲット波長を有する赤方偏移光を放射する量子ドットを含むことができる。量子ドット槽は量子ドットが放射する赤方偏移光の少なくとも一部を収集ターゲットに向けて反射するトラップ反射器も有することができる。集束素子、少なくとも１つの量子ドット層及び少なくとも１つの収集ターゲットは、太陽光赤方偏移システム内に集束された入射太陽光が、少なくとも１つの収集ターゲットに当たる前に、少なくとも１つの量子ドット槽に当たるように構成することができる。
【０００６】
いくつかの実施形態において、太陽光赤方偏移システムが提供される。太陽光赤方偏移システムは太陽光赤方偏移モジュールの集合アレイを備えることができる。
【０００７】
いくつかの実施形態において、太陽光赤方偏移システムは、光電変換型太陽光赤方偏移システムとして、または光合成強化型太陽光赤方偏移システムとして、構成することができる。光電変換型太陽光赤方偏移システムは、高感度波長を有する光電変換材料を含む光電変換プレートの集合アレイを備えることができる。光合成強化型太陽光赤方偏移システムは、光合成生物を培養するための増殖培地内に光合成生物を入れている増殖槽を備えることができる。光合成生物は光合成反応が強められる波長を有することができる。
【０００８】
いくつかの実施形態において、平行平板型太陽光赤方偏移システムが提供される。平行平板型太陽光赤方偏移システムは平行平板構成の太陽光赤方偏移モジュール及び少なくとも１つの集束素子を備えることができる。それぞれの太陽光赤方偏移モジュールは少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ及び収集ターゲットを有することができる。収集ターゲットは、例えば増殖槽または光電変換プレートとすることができる。そのような増殖槽は光合成生物を培養するための増殖培地内に光合成生物を入れておくことができ、光合成生物は光合成反応が強められる波長を有することができる。そのような光電変換プレートは、高感度波長を有する光電変換材料を含むことができる。少なくとも１つの太陽光変換アセンブリは、導波路、赤外光吸収体及び導波路と赤外光吸収体の間に挟まれた量子ドット槽を有することができる。量子ドット槽には、入射太陽光に照射されると、光合成反応が強められる波長または高感度波長を有する赤方偏移光を放射する量子ドットの量子ドット分散相が入っている。量子ドット槽は、赤方偏移光を収集ターゲットに向けて反射し、入射太陽光からの赤外光を収集ターゲットから逸れる方法に透過させる、トラップ反射器も有することができる。少なくとも１つの太陽光変換アセンブリの導波路は、少なくとも１つの太陽光変換アセンブリの量子ドット槽と収集ターゲットの間に挟むことができる。導波路は、導波路内の集束太陽光を量子ドット槽に向けて散乱し、量子ドット槽から集束ターゲットに向けての赤方偏移光の導波路の通過を可能にする、透過散乱面を有することができる。集束素子は入射太陽光をそれぞれの太陽光赤方偏移モジュール内の太陽光変換アセンブリの導波路の太陽側に端面上に集束させる。
【０００９】
本明細書に説明される実施形態のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられる。これらのさらなる特徴及び利点は、当業者には、ある程度はその記述だけから容易に明らかなはずであり、あるいは添付図面及び特許請求の範囲を含む、以下の記述に説明される実施形態を実施することによって容易に認められるはずである。
【００１０】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、本明細書に説明される太陽光赤方偏移システムの一コンポーネントの、量子ドット槽の上面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａに示される量子ドット槽の側断面図である。
【図２】図２は、それぞれが量子ドット槽を有する光電変換型太陽光赤方偏移モジュールの集合アレイを有する間隙−反射器構成を備える、本明細書に説明される実施形態にしたがう太陽光赤方偏移システムである。
【図３Ａ】図３Ａは、図２の太陽光赤方偏移システムの一コンポーネントを形成する太陽光赤方偏移モジュールであり、集合アレイ内で反復される構造特徴を特に示している。
【図３Ｂ】図３Ｂは、入射太陽光及び太陽光赤方偏移モジュール内の赤方偏移光の経路をレイトレーシングによって示す、図３Ａによる太陽光赤方偏移モジュールである。
【図４】図４は、量子ドット槽が共有されている、光合成強化型赤方偏移モジュールの集合アレイを有する間隙−槽構成を備える、本明細書に説明される例示実施形態にしたがう太陽光赤方偏移システムである。
【図５】図５は、本明細書に説明される実施形態にしたがう、図４の太陽光赤方偏移システムの一コンポーネントを形成する太陽光赤方偏移モジュールであり、集合アレイ内で反復される構造特徴を特に示している。
【図６】図６は、平行平板構成を有する、本明細書に説明される実施形態にしたがう太陽光赤方偏移システムの簡略な平面図である。
【図７】図７は図６の太陽光赤方偏移システムの分解組立平面図である。
【図８】図８は、図６の太陽光赤方偏移システムのような平行平板型太陽光赤方偏移システムの一コンポーネントである、本明細書に説明される実施形態にしたがう導波路の斜視図である。
【図９】図９は、図６の太陽光赤方偏移システムの一コンポーネントである、本明細書に説明される実施形態にしたがう太陽光赤方偏移モジュールの分解組立斜視図である。
【図１０】図１０は、入射太陽光から発して、図６の太陽光赤方偏移システムの様々なコンポーネントを通って進む光線の一例を示す略図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、太陽光赤方偏移システムが暦年の通しての太陽光赤方偏移システムの仰角調節のための架台上に配置され、例えば、夏至点に向けて傾けられている、本明細書に説明される実施形態にしたがう太陽光赤方偏移システムの簡略な側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、例えば。冬至において適切であり得るように、図１１Ａの夏至点より低い位置に仰角が調節されている、図１１Ａの太陽光赤方偏移システム及び架台である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
様々な構成の、太陽光赤方偏移モジュール及び太陽光赤方偏移モジュールを備える太陽光赤方偏移システムをここで説明する。以下の説明は初めに、太陽光赤方偏移モジュール、太陽光赤方偏移システム及びそれらの構成の様々な実施形態のそれぞれに共通の特徴を詳述する。初めの、共通の特徴の全般的説明の後、共通の特徴を有する太陽光赤方偏移モジュール及び太陽光赤方偏移システムの例示実施形態を、添付図面を具体的に参照して説明する。
【００１３】
本明細書に説明される様々な実施形態にしたがう太陽光赤方偏移システムは、太陽光を特定のエネルギー利用プロセスに有用な波長の比率が高められている赤方偏移光に転換するために量子ドットを利用する。本明細書に説明されるいくつかの実施形態においては、太陽光赤方偏移システムは光電変換型太陽電池赤方偏移モジュールを備える光電変換型太陽光赤方偏移システムとして構成され、本明細書に説明される他の実施形態においては、太陽光赤方偏移システムは光合成強化型太陽電池赤方偏移モジュールを備える光合成強化型太陽光赤方偏移システムとして構成される。別の実施形態において、ハイブリッド型システムは光合成強化素子及び光電変換素子のいずれも備えることができる。一般に、太陽光赤方偏移システムは赤方偏移光を生じさせるための量子ドットの導入及びシステムの様々な光学構成による赤方偏移光の維持のいずれも共通に有する。
【００１４】
本明細書に用いられるように、語句「太陽光」は太陽が発生する電磁放射を指し、特に、電磁スペクトルの（約３８０ｎｍから約７５０ｎｍの）全可視領域を含む、約１００ｎｍ（紫外）から約１ｍｍ（遠赤外）の範囲の波長を有する電磁放射を指す。本明細書に用いられるように、語句「入射太陽光」は、太陽光に本質的に存在する光の波長にいかなる意図的な操作もなされずに、大気及び本明細書に説明される太陽光赤方偏移システムの一部を通過した太陽光を指す。一般に、本明細書に説明される太陽光赤方偏移システムに入る全ての太陽光は、少なくとも太陽光赤方偏移システムに太陽光が初めて入る瞬間においては、「入射太陽光」の定義に一致するであろう。
【００１５】
様々な実施形態にしたがう太陽光赤方偏移システム内の量子ドットは、発光波長より短い波長を有する光にさらされると発光波長を自然放出するように選ぶことができる。例えば、量子ドットは大量の青色光を含む多色光源にさらされると赤色光を強く放出するように選ぶことができる。発光波長の放出光は次いで、光が量子ドットに遭う前の光内に存在する短い波長の光子から得られるよりも、量子ドットの発光波長を有する光子への感度または反応が本質的に高められている、光電変換プレートまたは光合成生物のような、収集ターゲットに向けられる。
【００１６】
本明細書に説明される太陽光赤方偏移システムのそれぞれにおいて、量子ドットは量子ドット槽内に保持される。量子ドット槽は、例えば、２枚の気密封止プレートを有することができ、プレートは、例えば所望の厚さのガラスプレートのような、適する材料でつくることができる。十分理解されているように、量子ドットは量子ドットの材料及び量子ドットの寸法に特有の発光波長を有し、発光波長より高いエネルギー（短い波長）を有する光子が量子ドットに吸収され、続いて発光波長の光子として再放出される。量子ドットは量子ドットの発光波長より低いエネルギー（長い波長）を有する光子を吸収しない。
【００１７】
日光のような入射太陽光が、例えば、２枚のプレート間に封入された量子ドットを通過すると、量子ドットの発光波長より短い波長を有する光子は量子ドットの低エネルギー発光波長に有効に偏移される。したがって、量子ドットから放出される光子は以降「赤方偏移光」と称される。
【００１８】
量子ドットの材料及び寸法によって決定される、一意的赤方偏移光波長は、一意的波長が選ばれたエネルギー利用用途に望ましい波長である場合、特に太陽エネルギー収集システムに有用になる。例えば、藻類のような生物がバイオマス生産のために育てられる場合、藻類の光合成は藻類の種に特有のある波長において最も活性が高くなり得る。例えば、藻類のいくつかの種における光合成は、量子ドットの材料及び寸法の適切な選択によって容易に達成できる発光波長である、約６８０ｎｍにおいて最も活性が高い。そのような用途において、入射太陽光の全スペクトルから得られる赤方偏移光は、他の場合では有効活用されでいなかったであろう、（例えば、緑色、青色、紫外の）波長をさらに一層有用なエネルギー形態、すなわち波長６８０ｎｍの赤色光に変換させる。すなわち、赤方偏移光は、広スペクトル入射太陽光だけが寄与したであろうよりも有効に、藻類の生長に寄与することができる。
【００１９】
日光は、赤外、紫外及び可視スペクトルの全領域を含む、非常に広い波長スペクトルを含む。太陽電池及びバイオマス生産を含む用途においては一般に、入射光のかなり狭いスペクトル範囲が日光の有効利用に対して有用になり得る。例えば、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）光電変換材料は波長がほぼ６００ｎｍの光（黄橙色光）に最も効率良く応答する。他の波長もＣｄＴａ内の電子を励起することができるが、より低感度でしかない。別の例として、緑色光を反射するため緑色に見える緑藻類のある種は波長がほぼ６８０ｎｍの光（赤色光）で最も順調に光化学反応を行う。緑藻類による緑色光の反射は藻類の生長に用いられる日光から利用され得たであろうエネルギーの浪費にほとんど等しい。さらに、赤外領域にあるような波長は藻類を不都合にも加熱し、したがって藻類の生長効率を低下させ得る。
【００２０】
したがって、本明細書に説明される実施形態は、太陽光赤方偏移モジュール及び、太陽光赤方偏移モジュールの集合アレイまたは平行平板構成の太陽光赤方偏移モジュールから構成することができる、太陽光赤方偏移システムに向けられる。太陽光赤方偏移モジュールは、ターゲット波長を有する少なくとも１つの収集ターゲット、少なくとも１つの量子ドット槽及び入射太陽光を太陽光赤方偏移システム内に集束させる集束素子を備えることができる。一般に、太陽光赤方偏移モジュールの少なくとも１つの収集ターゲットは増殖槽または光電変換プレートから選ぶことができる。これらの太陽光赤方偏移モジュールは、例えば、収集ターゲットとして光電変換プレートをもつ光電変換型太陽光赤方偏移モジュールだけを備える光電変換型太陽光赤方偏移システム、収集ターゲットとして増殖槽をもつ光合成強化型太陽光赤方偏移モジュールだけを備える光合成強化型太陽光赤方偏移システム、またはいくつかの光電変換型太陽光赤方偏移モジュール及びいくつかの光合成強化型太陽光赤方偏移モジュールを備えるハイブリッド型システムのような、太陽光赤方偏移システムに組み込むことができる。
【００２１】
収集ターゲットとして増殖槽を備える太陽光赤方偏移モジュール（すなわち光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール）において、増殖槽は光合成生物を培養するための増殖培地内に光合成生物を入れることができ、よってターゲット波長は光合成生物の光合成反応が高められる波長である。収集ターゲットとして光電変換プレートを備える太陽光赤方偏移モジュール（すなわち光電変換型太陽光赤方偏移モジュール）において、光電変換プレートは光電変換材料を含むことができ、よってターゲット波長は光電変換材料の高感度波長である。しかし、太陽光赤方偏移システムに存在する太陽光赤方偏移モジュールのタイプにかかわらず、集束素子、少なくとも１つの量子ドット槽及び少なくとも１つの収集ターゲットは、太陽光赤方偏移システム内に集束された入射太陽光が、少なくとも１つの収集ターゲットに当たる前に、少なくとも１つの量子ドット槽に当たるように構成することができる。すなわち、収集ターゲットに当たる光は決して太陽から直接の入射太陽光ではなく、少なくとも実質的に、収集ターゲットのターゲット波長に富む光である。
【００２２】
量子ドット槽及びその構成のための方法を、量子ドット槽１０の非限定的実施形態を示す図１Ａ及び１Ｂを参照して、ここで説明する。図１Ａは量子ドット槽１０の上面図であって、図１Ｂは図１Ａの量子ドット槽１０の側断面図である。量子ドット槽１０は第１のプレート２０及び第２のプレート３０を有することができる。第１のプレート２０及び第２のプレート３０は正方形または長方形であるように図１Ａに示されているが、第１のプレート２０及び第２のプレート３０が、関わる用途の必要にしたがって、所望の形状を有し得ることは当然である。例えば、量子ドット槽１０は、幅が狭く、長さが非常に大きい、長いバーとすることができ、あるいは円形または所望の別の幾何学的形状とすることができる。
【００２３】
量子ドット槽１０の実寸法はエネルギー利用用途の必要にしたがって選ぶことができる。量子ドット槽１０は長さ及び幅の寸法を独立に約１ｍｍから約１００ｍ、いくつかの実施形態においては約１ｃｍから約１０ｍ、いくつかの実施形態においては約１０ｃｍから約２ｍ、の範囲で有することができると考えられる。また、第１のプレート２０及び第２のプレート３０は平らであるように示されるが、プレートが必ずしも平らである必要はないことは当然である。平プレートは赤方偏移光を透過させるための最大表面積を提供するから特に有利ではあるが、凸または凹に湾曲したプレートのような変形プレートも別形として考えられる。さらなる別形として、プレートはエッジ周りを除いて本質的に平らであり、エッジはプレート同士の封着を容易にするために湾曲させるかまたは曲げることができる。
【００２４】
第１のプレート２０及び第２のプレート３０は、図１Ａに示されるように、基本的に同じ寸法とすることができ、あるいは異なる寸法とすることができる。例えば、量子ドット槽１０が図１Ｂに示される長方形断面の代わりに台形の断面を有するであろうように、第１のプレート２０を第２のプレート３０より小さくすることができる。第１のプレート２０と第２のプレート３０は、図示される実施形態におけるように、ガラスのビードまたはピラーのような、セパレータ構造体５０によって分離される。例えば、セパレータ構造体５０は、セパレータ構造体５０が第１のプレート２０と第２のプレート３０の間に挟み込まれたときに、約５０μｍから約５００μｍ、またはいくつかの実施形態においては約１００μｍから約３５０μｍ、またはいくつかの実施形態においては約１５０μｍから約２５０μｍ、の間隙が形成されるような、微小ガラス球とすることができる。いくつかの実施形態において微小ガラス球は、第１のプレート２０と第２のプレート３０の一貫した分離を保証するために、また量子ドット槽１０の全領域にわたって一定の光路長を保証するためにも、最小の直径分散を有する。
【００２５】
第１のプレート２０と第２のプレート３０は、例えば封着エッジ４０に沿って、第１のプレート２０，第２のプレート３０及び封着エッジ４０が合わさって第１のプレート２０と第２のプレート３０の間に密封キャビティ６０を定めるように、相互に封着することができる。封着エッジ４０の封着は、例えばフリット封着のような、実用手段によって達成することができ、密封キャビティ６０は気密封止することができる。多くのタイプの量子ドットは酸素、水分及びその他の環境因子に極めて敏感であるため、様々な実施形態において密封キャビティ６０の気密封止を選ぶことができる。すなわち、気密封止は量子ドットの早期劣化を防止することができる。
【００２６】
量子ドット槽１０を作製するための方法の一例は、第１のプレート２０と第２のプレート３０を、図１Ａに示されるように、対角のコーナーを除き、プレートをセパレータ構造体５０で分離して、プレートの外周を巡ってフリット封着する工程を含むことができる。量子ドットは、以下で説明される、適する分散媒内に分散させることができ、得られた量子ドット分散相は量子ドットローダー７０に入れることができる。量子ドットローダー７０は、例えば、フリット封着されていない対角コーナーの一方に配されたローディングポート７２において、量子ドット槽１０に嵌め合わせることができる。直ちに、真空ポンプ７５のような手段を、真空ポンプ７５が起動されると、分散媒内の量子ドットが量子ドットローダー７０から密封キャビティ６０内に引き込まれるように、量子ドット槽１０の真空ポート７７に取り付けることができる。密封キャビティ６０が量子ドットで満たされてしまうと、量子ドット槽１０のローディングポート７２及び真空ポート７７の未封着コーナーを封着することができ、よって封着エッジ４０は量子ドット槽１０の外周を中断無しに巡る。充填プロセス中の酸素への量子ドットの曝露を避けるため、いくつかの実施形態において量子ドット槽１０は制御された窒素またはアルゴンの雰囲気内のような不活性雰囲気で満たされる。
【００２７】
量子ドット槽１０内に装填されるべき量子ドットは、いずれか適切な手法を用いて形成される、既知であるかまたはこれから発見されるであろう、いずれかのタイプの量子ドットとすることができる。いくつかの用途に量子ドットを必要とする技術者が所望の発光波長及び選ばれた材料を指定することができ、供給者は、その情報を用いて、選ばれた材料の、所望の発光波長を有する量子ドットを製造するための量子ドット寸法を既知の情報から容易に決定できることが当業者には容易にわかる。
【００２８】
量子ドットがつくられる材料には、非限定的例として、ＭｇＯ，ＭｇＳ，ＭｇＳｅ，ＭｇＴｅ，ＣａＯ，ＣａＳ，ＣａＳｅ，ＣａＴｅ，ＳｒＯ，ＳｒＳ，ＳｒＳｅ，ＳｒＴｅ，ＢａＯ，ＢａＳ，ＢａＳｅ，ＢａＴｅ，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＯ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＨｇＯ，ＨｇＳ，ＨｇＳｅ，ＨｇＴｅ，Ａｌ２Ｏ３，Ａｌ２Ｓ３，Ａｌ２Ｓｅ３，Ａｌ２Ｔｅ３，Ｇａ２Ｏ３，Ｇａ２Ｓ３，Ｇａ２Ｓｅ３，Ｇａ２Ｔｅ３，Ｉｎ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｓ３，Ｉｎ２Ｓｅ３，Ｉｎ２Ｔｅ３，ＳｉＯ２，ＧｅＯ２，ＳｎＯ２，ＳｎＳ，ＳｎＳｅ，ＳｎＴｅ，ＰｂＯ，ＰｂＯ２，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ．ＡｌＳｂ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＮ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，及び、ＩｎＧａＰ，ＡｌＩｎＮ，ＣｕＩｎＧａＳ，ＣｕＩｎＧａＳｅ（ＣＩＧＳ），ＺｎＣｕＩｎＧａＳ及び(Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ)(Ｎ，Ｐ，Ａｓ)を含むがこれらには限定されない、上記材料の三元、四元またはさらに多元の合金がある。個々の量子ドットが上に挙げた材料の内の１つのコアでつくられ、そのコアが上に挙げた材料の内の別の１つの殻で囲まれている、いわゆるコア−殻構造を量子ドットが有し得ることも考えられる。
【００２９】
量子ドット材料として選ばれる材料は、量子ドットが入射太陽光で照射されときに特定のエネルギー利用用途に有用な波長の光を放射するように、量子ドット寸法の選択を通じて調製することができる。本明細書で用いられるように、語句「量子ドット寸法」は量子ドット槽１０内に存在する全量子ドットにかけてとられた量子ドットの平均直径を指す。例えば、量子ドット寸法が約５.５ｎｍ〜約６.５ｎｍの、ＣｄＳｘＳｅ１−ｘ（０≦ｘ≦１）またはＺｎＳでつくられた量子ドットはいくつかの種の藻類において光合成を強化する波長である、約６８０ｎｍの波長を有する光を放射するであろう。同様に、量子ドット寸法が約３.６ｎｍ〜約４.６ｎｍの、ＣｄＳｅでつくられた量子ドットは、例えば光電変換材料としてＣｄＴｅまたはＣＩＧＳを含む光電変換用途に望ましい波長である、約６００ｎｍの波長を有する光を放射するであろう。
【００３０】
量子ドットは、量子ドット分散相または機能化マトリックスの形態で量子ドット槽１０内に入れることができる。量子ドットの分散相または機能化マトリックスは分散媒内に量子ドットを分散することで形成することができ、続いて量子ドット槽１０内に挿入することができる。分散相または機能化マトリックスは適する分散媒を含むことができ、そのような分散媒の例は、リウ(Liu)等の、米国特許出願公開第２０１０/０２７６６３８号明細書に開示されている。この明細書はその全体が本明細書に参照として含められる。一般に分散媒は、一般には液体形態の、機能化ポリマーである。分散媒は必要に応じて、量子ドットが添加されてしまうと、例えば熱によって、架橋させることができる。量子ドット槽１０内に入れられる場合、量子ドット分散相は液体、ゲルまたは固体であり、一群の実施形態において、量子ドット分散耐はゲルまたは固体である。分散媒は主として量子ドット槽１０内で量子ドット間の物理的離隔を維持するためにはたらき、量子ドット槽１０内での量子ドットの凝集を防止するためにもはたらく。量子ドットの離隔及び無凝集は入射太陽光への量子ドットの効率的露光を確実にし、さらに、入射太陽光の所望の波長を有する赤方偏移光への変換効率を高めることができる。
【００３１】
以下に説明される太陽光赤方偏移システムの実施形態に全般的に共通な特徴を保持する、上記の全般的説明の観点において、太陽光赤方偏移システムの様々な例示実施形態を次に説明する。初めに、間隙−集束構成の実施形態を説明する。間隙−集束構成は、集束素子が集束間隙を通して入射太陽光を集束し、その後、入射太陽光は量子ドット槽に向けられ、次いで収集ターゲットに向けられる。間隙−集束構成の例示実施形態は間隙−反射器構成及び間隙−槽構成を含む。第１に、例示実施形態において、間隙−反射器構成を有する、光電変換型太陽光赤方偏移モジュール及び光電変換型太陽光赤方偏移システムを、図２，３Ａ，３Ｂを参照して説明する。第２に、例示実施形態において、間隙−槽構成を有する、光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール及び光合成強化型太陽光赤方偏移システムを、図４及び５を参照して説明する。間隙−集束構成のいずれもが、光電変換型太陽光赤方偏移システム、光合成強化型太陽光赤方偏移システムまたはハイブリッド型太陽光赤方偏移システムのための基礎として同等に十分用いられ得ることに注意すべきである。したがって、間隙−反射器構成の光電変換型太陽光赤方偏移システム及び間隙−槽構成の光合成強化型太陽光赤方偏移システムの全般的説明が限定を目的とされていないことは当然である。第３に、平行平板構成を有する平行平板型太陽光赤方偏移システムを、図６〜１１を参照して説明する。平行平板型太陽光赤方偏移システムの例示実施形態は光合成強化型太陽光赤方偏移システムである。そうではあっても、間隙−集束構成と同様に、平行平板構成は、光電変換型太陽光赤方偏移システム、光合成強化型太陽光赤方偏移システムまたは複合システムに用いるために適合させることができる。
【００３２】
間隙−反射器構成を有する太陽光赤方偏移モジュール（例えば、光電変換型太陽光赤方偏移モジュール）の一例示実施形態が図３Ｂに与えられ、図２の光電変換型太陽光赤方偏移システム１００の一コンポーネントとして以下で説明される。一般に間隙−反射器構成は、集束素子１６０が入射太陽光を、第１の量子ドット槽１０ａと第２の量子ドット槽１０ｂの間の集束間隙１９０を通ってプレート反射器１８０に向かう入射光光路１５５にしたがって、集束する。プレート反射器１８０は光を量子ドット槽１０ａ、１０ｂに向けて反射し、光は、量子ドット槽１０ａ、１０ｂにおいて赤方偏移されてからでなければ、収集ターゲット（例えば、図３Ｂの光電変換プレート１７０）に遭うことはない。図２の光電変換型太陽光赤方偏移システム１００が間隙−反射器構成を有する太陽光赤方偏移モジュールを備えるシステムの一実施形態に過ぎず、他の実施形態においては間隙−反射器構成が、光電変換プレート１７０の場所で増殖槽を収集ターゲットとして置き換えることによって、（以下でさらに詳細に説明される）光合成強化型太陽光赤方偏移システムに用いられ得ることは当然である。
【００３３】
図２を参照すれば、光電変換型太陽光赤方偏移システム１００が間隙−反射器構成を有する太陽光赤方偏移システムの一例として与えられている。光電変換型太陽光赤方偏移システム１００は集合アレイ１０１を備えることができる。本明細書に用いられるように、語句「集合アレイ」は、反復するモジュール構造を有し、モジュール構造のそれぞれが少なくとも１つの隣接モジュール構造と物理的に接続されている、連続システムを指す。一般に、それぞれのモジュール構造は、一次元アレイにおいては１基または２基の隣接モジュール構造に物理的に接続され、二次元アレイにおいては１基から４基の隣接モジュール構造に物理的に接続される。
【００３４】
集合アレイ１０１は光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃとして定められる反復ユニットで構成される。明解さのため、図２の集合アレイ１０１は３基の光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃしか有していないが、集合アレイ１０１が、例えば数１００万基まで、２〜１０００００基、５〜５００００基または１０〜１００００基の、所望のいずれの数の光電変換型太陽光赤方偏移モジュールも有し得ることは当然である。同様に、図２の集合アレイ１０１が実効的に一次元アレイとして断面で示されていること及び、実際上、集合アレイ１０１が、例えば陸地の、大表面積に降りそそぐ入射太陽光からのエネルギーを利用するため、図２の平面内または平面外に、二次元に拡張し得ることは当然である。
【００３５】
光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃのそれぞれは、光電変換プレート１７０，第１の量子ドット槽１０ａ，第２の量子ドット槽１０ｂ，それぞれのプレート反射器１８０ａ，１８０ｂ，１８０ｃ，及びそれぞれの集束素子１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃを有する。図２は光電変換型太陽光赤方偏移システム１００の光電変換プレート１７０を光電変換材料の単連続板として示しているが、光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃのそれぞれが個別の光電変換材料板を有し得る、別の構成が可能であることは当然である。光電変換プレートが、エネルギー貯蔵システム（図示せず）または電力送配システム（図示せず）のような装置に実用的な対称で電気的に接続される電気コンタクト（図示せず）をさらに有することは当然である。同様に、図２において光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃのそれぞれの集束素子１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃは、それぞれ、集束レンズの集合アレイの一部として示されているが、この構成は、限定ではなく、図示するための一例として解されるべきである。数多くの別の光学構成及び光学素子が可能であることは当然である。例えば、集束レンズの集合アレイへの代替として分離された個別のレンズを用いることができる。さらに、例えば、適切に設計されたミラーまたは、ソーラートラフのような、太陽熱収集器のような、入射太陽光線を向けることができる他の光学素子を用いることができる。
【００３６】
光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０ａ，１５０ｂ，１５０ｃのそれぞれの集束素子１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃのそれぞれに対する入射太陽光の方向の変化は日中を通して、また一年を通しても、おこるであろう。一般に、空の太陽の位置は方位角及び仰角を含む極座標として表すことができる。方位角座標は一般に、真北が０°または３６０°，真東が９０°，真南が１８０°，及び真西が２７０°の、方位として表される。方位角座標が与えられれば、仰角座標によって、初めにその方位角を向いている観測者が特定の角度で空を見上げて太陽を見つけることが可能になる。仰角座標については、水平線に向けて仰角０°と定められ、天頂（頭の真上）に向けて仰角９０°と定められる。
【００３７】
本明細書に説明される太陽光赤方偏移システムのような、ただしこれには限定されない、太陽光収集システムに対し、日中を通しての変化は東から西に空を横切る太陽の運動から生じ、一般に方位角一軸トラッキングによって対処することができる。一年を通しての変化は地球の公転軌道面に対して地球の回転軸が２３.５°の角度をなしていることから生じ、一般に仰角一軸トラッキングによって対処することができる。入射太陽光の方向の日内変化及び年内変化のいずれにも対応するためには、二軸トラッキングが必要になり得る。
【００３８】
一軸トラッキングまたは二軸トラッキングのための機構は図２に示されていないが、光電変換型太陽光赤方偏移システム１００がそのような機構をさらに備え得ることは十分に考えられる。一実施形態例において、一年を通して光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０の集束間隙１９０を広くし、よって、一年を通して光電変換型太陽光赤方偏移システム１００全体の傾きの定常的な調節を必要とし得る機構のような、大規模二軸トラッキング機構のいかなる必要も減じるかまたは排除する、適する機構を組み込むことができる。そのような実施形態において、集束間隙１９０が広くなるほど、（例えば夏季に比較して冬季に）益々浅い角度での入射太陽光の集束素子１６０への到達が可能になって、光電変換型太陽光赤方偏移システム１００全体の傾きを別途に調節することなく、一年を通して、集束間隙１９０を通して入射太陽光を集束し続けることができる。この間隙拡大原理は、次いで、光電変換型太陽光赤方偏移システム１００が一軸トラッキングシステムの全体構造基盤だけで二軸トラッキングの利点を提供するであろうように、日中を通して光電変換型太陽光赤方偏移システム１００を調節する方位角一軸トラッキング機構と組み合わせて用いることができるであろう。しかし、この態様での集束間隙１９０の拡大は、反射光または赤方偏移光が量子ドット槽６０ａ，６０ｂまたは光電変換プレート１７０に当たらずに、集束間隙１９０を通って脱け出して戻ることができる確率が高くなるため、損失を高める結果にもなり得ることに注意すべきである。
【００３９】
次に、特定の詳細を説明するため図２に示される集合アレイ１０１から抜き出された光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０が図３Ａ及び３Ｂを参照して説明される。光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０は、光電変換プレート１７０，第１の量子ドット槽１０ａ，第２の量子ドット槽１０ｂ，プレート反射器１８０及び集束素子１６０を有する。第１の量子ドット槽１０ａ及び第２の量子ドット槽１０ｂは入射光光路１５５に沿い集束素子１６０と光電変換プレート１７０の間に挟まれる。
【００４０】
光電変換プレート１７０は、少なくとも１つの高感度波長を有する光電変換材料を含む。本明細書に用いられるように、入試電磁放射の与えられた波長に対する光電変換材料の「感度」は光電変換材料が電磁放射を電気的ポテンシャルに変換する効率を指す。与えられた光電変換材料が他の光電変換材料より感度が高い（すなわち、光電変換材料内で電気的ポテンシャルを産み出すための量子効率がより高い）光の波長が、光電変換材料自体の固有の特性として、すなわち光電変換材料の「高感度波長」として、本明細書において定義される。したがって、語句「少なくとも１つの高感度波長を有する光電変換材料」は、光電変換材料が１つの特定の波長（すなわち高感度波長）に対して、他の波長に対するよりも感度が高いという言明と等価である。
【００４１】
一般に、光電変換材料の特徴は、入射電磁放射にさらされると電気的ポテンシャルを産み出すことである。その増大が電気的ポテンシャルの大きさに相関する、光電変換材料の実効量子効率は、一般に、入射電磁放射に存在する光の波長の関数である。電磁放射に対する光電変換材料の応答は、一般に、光電変換材料に入射する電磁放射の波長に対して変化し、よってそれぞれの光電変換材料はある波長に対して他の波長に対するより感度が高い。
【００４２】
上記定義の観点において、与えられた光電変換材料は、与えられた光電変換材料の応答が光電変換材料に入射する光の波長に対して変化するから、１つの高感度波長または複数の高感度波長を有することができる。与えられた光電変換材料は少なくとも１つの最適感度波長も有することができる。定量的に言うと、高感度波長はさらに、可視スペクトル（約３８０ｎｍから約７５０ｎｍ）にあるそれぞれの波長の単色光への光電変換材料の露光によって得られる最低実効量子効率よりも高い、いくつかの実施形態においては少なくとも１０％高い、いくつかの実施形態においては少なくとも２５％高い、またはいくつかの実施形態においては少なくとも５０％高い、実効量子効率が光電変換材料において得られる入射光の波長と定義することができる。最適感度波長は本明細書において、電気的ポテンシャルを産み出すための最高実効量子効率が光電変換材料内において得られる、可視スペクトル内の入射光波長と定義される。
【００４３】
光電変換プレート１７０は少なくとも１つの光電変換材料で形成することができ、あるいは少なくとも１つの光電変換材料を含むことができる。光電変換材料は既知のまたは発見されるであろういずれかの光電変換材料とすることができる。光電変換プレート１７０に用いるに適する既知の光電変換材料の例には、Ｓｉ，ＣｕＩｎＳｅ２，ＭｇＯ，ＭｇＳ，ＭｇＳｅ，ＭｇＴｅ，ＣａＯ，ＣａＳ，ＣａＳｅ，ＣａＴｅ，ＳｒＯ，ＳｒＳ，ＳｒＳｅ，ＳｒＴｅ，ＢａＯ，ＢａＳ，ＢａＳｅ，ＢａＴｅ，ＺｎＯ，ＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＺｎＴｅ，ＣｄＯ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＨｇＯ，ＨｇＳ，ＨｇＳｅ，ＨｇＴｅ，Ａｌ２Ｏ３，Ａｌ２Ｓ３，Ａｌ２Ｓｅ３，Ａｌ２Ｔｅ３，Ｇａ２Ｏ３，Ｇａ２Ｓ３，Ｇａ２Ｓｅ３，Ｇａ２Ｔｅ３，Ｉｎ２Ｏ３，Ｉｎ２Ｓ３，Ｉｎ２Ｓｅ３，Ｉｎ２Ｔｅ３，ＳｉＯ２，ＧｅＯ２，ＳｎＯ２，ＦドープＳｎＯ２（ＳｎＯ２：Ｆ），ＳｎＳ，ＳｎＳｅ，ＳｎＴｅ，ＰｂＯ，ＰｂＯ２，ＰｂＳ，ＰｂＳｅ，ＰｂＴｅ，ＡｌＮ，ＡｌＰ，ＡｌＡｓ．ＡｌＳｂ，ＧａＮ，ＧａＰ，ＧａＡｓ，ＧａＳｂ，ＩｎＮ，ＩｎＰ，ＩｎＡｓ，ＩｎＳｂ，及び、ＩｎＧａＰ，ＡｌＩｎＮ，ＣｕＩｎＧａＳ，ＣｕＩｎＧａＳｅ（ＣＩＧＳ），ＺｎＣｕＩｎＧａＳ，(Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ)(Ｎ，Ｐ，Ａｓ)及び(Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ)(Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ)(Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ)２を含むがこれらには限定されない、上記材料の三元、四元またはさらに多元の合金があり、さらにはスクアリリウム及びシアニン-ＴＣＮＱ化合物のような有機光電変換材料さえあるが、これらには限定されない。光電変換材料はバルク材料とすることができ、あるいはシリコンのような適切な基板上に被着されたコーティングまたは機能層とすることができる。括弧を含む光電変換材料の化学式において、括弧のそれぞれの中の１つ、２つまたは３つの元素が化合物に含まれ得る。
【００４４】
第１の量子ドット槽１０ａ及び第２の量子ドット槽１０ｂは形状寸法上または構造上同等とすることができるが、その必要はない。それにもかかわらず、量子ドット槽１０ａ，１０ｂはいずれも同等の機能コンポーネントを、機能コンポーネントが形状寸法または断面に関してのように若干異なって構成されていても、有する。したがって、量子ドット槽の構造特徴は、第２の量子ドット槽１０ｂが対応する構造特徴を有するという了解の下に、第１の量子ドット槽１０ａだけを参照して説明される。図３Ａ及び３Ｂを合わせて参照すれば、第１の量子ドット槽１０ａは第１のプレート２０ａと第２のプレート３０ａの間に定められた密封キャビティ６０ａを有する。第１のプレート２０ａと第２のプレート３０ａは封着エッジ４０ａの周りで、図１Ａ及び１Ｂを参照して上述したように、気密封着することができる。したがって、密封キャビティ６０ａは１のプレート２０ａと第２のプレート３０ａの間に定められる。
【００４５】
第１の量子ドット槽１０ａにおいて、量子ドット分散相は密封キャビティ６０ａ内に配される。量子ドット分散相は分散媒内に分散された量子ドットを含む。量子ドットは量子ドット材料で形成され、量子ドット寸法を有しており、量子ドットは、量子ドットが入射太陽光で照射されたときに、高感度波長を有する赤方偏移光１５６を放射する。したがって、量子ドットの発光波長と光電変換プレート１７０内の光電変換材料の高感度波長の間には相乗効果が存在する。適する量子ドット材料、量子ドット寸法及び分散媒は、図１Ａ及び１Ｂの量子ドット槽１０を参照して上述されている。
【００４６】
第１の量子ドット槽１０ａ及び第２の量子ドット槽１０ｂは、第１の量子ドット槽１０ａと第２の量子ドット槽１０ｂの間に集束間隙１９０が定められるように、光電変換プレート１７０と集束素子１６０の間に配される。集束間隙１９０の寸法は、特に、第１の量子ドット槽１０ａの第１の間隙端面９０と第２の量子ドット槽１０ｂの第２の間隙端面９５の間の最短距離によって定められる。第１の間隙端面９０及び第２の間隙端面９５は相互に同じとするかまたは異ならせることができる所望のプロファイルを有することができ、その内の非限定的な２つが図３Ａに示されている。すなわち、第１の間隙端面９０は、集束間隙１９０が集束素子１６０から光電変換プレート１７０に向けて狭まり、第１の量子ドット槽１０ａの第１のプレート２０ａに接する点、すなわち集束間隙１９０内で光電変換プレート１７０に最も近い点、において、最も狭くなるように、内向きに傾斜しているとして示される。あるいは、第２の間隙端面９５は第２の量子ドット槽１０ｂの第１のプレート１０ｂに対して垂直であるとして示される。第１の間隙端面９０について示されるような間隙端面は、集束間隙１９０の最狭幅が、入射太陽光が光電変換プレート１７０から反射されたときにおこり得るような、集束間隙１９０を通って上方に抜けてしまう入射太陽光の損失を低減できるから、有利であり得る。
【００４７】
図３Ｂを特に参照すれば（集束素子１６０の上方から光線が第１の量子ドット槽１０ａまたは第２の量子ドット槽１０ｂに入るまでの全レイトレーシングを参照すれば）、集束素子１６０は入射太陽光を、入射光光路１５５に沿い、集束間隙１９０を通してプレート反射器１８０上に導く、光学装置である。上述したように、集束素子１６０は、図３Ｂには集束レンズとして示されているが、等価な機能を有する適切ないずれかの光学装置、すなわち、集束間隙１９０を通して入射太陽光を導くことができる光学素子から選ぶことができる。この点での代替素子には、例えば集束ミラーまたは、トラフのような、太陽熱収集器がある。プレート反射器１８０は光電変換プレート１７０の表面上に配され、入射太陽光を量子ドット槽の少なくとも一方（ここでは、第１の量子ドット槽１０ａまたは第２の量子ドット槽１０ｂ）に向けて反射する。明解さのため、図３Ｂにはプレート反射器１８０のそれぞれの側に２つの光線路だけが示されていることに注意されたい。プレート反射器１８０に入射する光線が量子ドット槽１０ａ，１０ｂの一方に向けて反射されるであろうことが、図３Ｂに示される例においてプレート反射器１８０の幾何学的構成から容易に確認できるはずである。
【００４８】
図３Ｂにおいて、非限定的例として、集束素子１６０は、入射光光路１５５の最狭幅で表される、集束素子１６０の焦点１５７が集束間隙１９０自体内におかれるように、集束間隙１９０に対して配された集束レンズとして示される。したがって、いくつかの実施形態において集束間隙１９０の幅は、集束素子１６０の焦点１５７の幅と等しいように、またはほぼ等しいように、意図して選ぶことができる。しかし、焦点１５７の位置を集束間隙１９０内の固定された位置に維持するには、上述した１軸トラッキングまたは２軸トラッキングのような追加手段が必要になり得る。それにもかかわらず、図３Ｂに示される構成は、プレート反射器１８０に当たる光の強度を受容できないほど減じることなく一年を通して入射太陽光の集束間隙１９０通過を可能にするに十分に集束間隙１９０が広ければ、一般に２軸トラッキングの必要を減じるかまたは排除することができる。
【００４９】
プレート反射器１８０は入射太陽光を量子ドット槽１０ａ，１０ｂの少なくとも一方に向けて反射する。プレート反射器１８０は全波長を、または選ばれた波長だけを、反射することができる。したがって、プレート反射器１８０は、例えば、銀めっきミラー、光沢があるかまたは研磨された金属あるいは白く塗られた表面のような塗装面とすることができる。一群の実施形態において、プレート反射器１８０は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼または銀のような、光沢があるかまたは研磨された金属である。いくつかの実施形態において、プレート反射器１８０のプロファイルは、入射太陽光のいかなる部分の集束間隙１９０を通って戻る上方反射も最小限に抑えるかまたは完全に回避するように選ばれる。
【００５０】
入射太陽光が量子ドット槽１０ａ，１０ｂに入り、その中の量子ドットに当たると、上方に逸れる方向を含む、全ての方向に、赤方偏移光１５６が光電変換プレートから放射される。この効果が図３Ｂに、光線が参照数字６１で示される点において分散量子ドットと交差している、第１の量子ドット槽１０ａ及び第２の量子ドット槽１０ｂ内に示されている。すなわち、それぞれの光電変換型太陽光赤方偏移モジュール１５０内、及び図２を参照すれば、集合アレイ１０１内の、量子ドット槽１０ａ，１０ｂのそれぞれは、赤方偏移光１５６の少なくとも一部を光電変換プレート１７０に向けて反射するトラップ反射器８０ａ，８０ｂを有する。詳しくは、トラップ反射器８０ａ，８０ｂは、光電変換プレート１７０から上方に逸れる方向に放射された赤方偏移光項１５６の部分を反射する。トラップ反射器８０ａ，８０ｂがなければ、光電変換型太陽光赤方偏移システム１００がかかわるエネルギー利用用途に対して最も望ましい波長の赤方偏移光１５６のいくらかがシステムに益することなく失われ得る。
【００５１】
トラップ反射器は、例えば、量子ドット槽１０ａ，１０ｂの第２のプレート３０ａ，３０ｂのいずれかの表面上のコーティングとすることができ、別の例として、赤方偏移光１５６の脱け出しを防止する態様で第２のプレート３０ａ，３０ｂの太陽側の表面に接している反射体とすることができる。さらに、トラップ反射器８０ａ，８０ｂは赤方偏移光１５６に対して反射性であるが、他の波長の光に対しては透過性とすることができる。したがって、トラップ反射器８０ａ，８０ｂは、最も望ましい波長の赤方偏移光１５６が量子ドットからの放射によってつくられることだけでなく、上方反射による赤方偏移光１５６の損失を最小限に抑えるかまたは完全に防止することも、保証する。
【００５２】
収集ターゲットとして光電変換プレート１７０を用いる光電変換型太陽光赤方偏移システムの例を特に参照して太陽光赤方偏移システムの間隙−反射器構成の様々な実施形態を説明したが、次に間隙−槽構成を有する別の太陽光赤方偏移システムを説明する。間隙−槽構成を有する太陽光赤方偏移モジュール（例えば、光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール）の例示実施形態が図５に与えられ、図４の光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００のコンポーネントとして以下に説明される。間隙−槽構成は一般に、集束素子１６０が入射太陽光を、集束間隙２９０を通って直接量子ドット槽１０上に向かう入射光光路１５５にしたがって、集束するように構成され、入射太陽光は赤方偏移されてからでなければ収集ターゲット（例えば第１の増殖槽２７０ａ及び第２の増殖槽２７０ｂ）に遭うことはない。間隙−反射器構成においては集束間隙１９０（図３Ｂ）が２つの量子ドット槽１０ａ，１０ｂ（図３Ｂ）の間に定められていたが、間隙−層構成においては集束間隙２９０が２つの独立収集ターゲット（例えば第１の増殖槽２７０ａ及び第２の増殖槽２７０ｂ）の間に定められる。図４の光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００が，間隙−槽構成を有する太陽光赤方偏移モジュールを備えるシステムの一実施形態に過ぎないこと及び、他の実施形態において間隙−槽構成が、増殖槽２７０ａ，２７０ｂの場所で光電変換プレートを収集ターゲットとして置き換えることによって、光電変換型太陽光赤方偏移システムに用いられ得ることは当然である。
【００５３】
図４を参照すれば、光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００が間隙−槽構成を有する太陽光赤方偏移システムの一例として与えられている。光電変換型太陽光赤方偏移システム１００（図２を見よ）に類似して、光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００は集合アレイ２０１を備える。集合アレイ２０１は光合成強化型太陽光赤方偏移モジュールとして定められる反復ユニットで構成することができる。４基の光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ，２５０ｄが図４に示されている。明解さのため、図４に示される集合アレイ２０１は４基の光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ，２５０ｄしか有していないが、集合アレイ２０１が、例えば数１００万基まで、２〜１０００００基、５〜５００００基または１０〜１００００基の、所望のいずれの数の光合成強化型太陽光赤方偏移モジュールも有し得ることは当然である。同様に、図４の集合アレイ２０１が実効的に一次元アレイとして断面で示されていること及び、実際上、集合アレイ２０１が、陸地の大表面積に降りそそぐ入射太陽光からのエネルギーを利用するため、図４の平面内外に、二次元に拡張し得ることは当然である。集合アレイ２０１は開放システムとすることができ、あるいは密閉型バイオリアクターのような大型装置のコンポーネントとすることができる。
【００５４】
光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００は、必要に応じて、光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ，２５０ｄのコンポーネントのいくらかまたは全てを収めるシステム壁２０５を備えることができる。システム壁２０５は、例えば、塵埃またはその他の汚染物による光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ，２５０ｄの様々なコンポーネントの光透過への悪影響を防止するために、備えることができる。システム壁２０５は、存在する場合、システム壁２０５内に囲包された光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００の部分からの迷光の脱け出しを防止するための反射器としてもはたらくことができる。
【００５５】
光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ，２５０ｄのそれぞれは、量子ドット槽１０，集束素子１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄのそれぞれ、第１の増殖槽２７０ａ及び第２の増殖槽２７０ｂを有する。図４は光電変換型太陽光赤方偏移システム２００の量子ドット槽を単一の連続槽として示しているが、光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ，２５０ｄのそれぞれが、別のモジュールの量子ドット槽に物理的に接続されていない、独立量子ドット槽を有することができる、別の構成が可能であることは当然である。同様に、図４において光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ，２５０ｄのそれぞれに対応するそれぞれの集束素子１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄは集束レンズの集合アレイの一部として示されているが、この構成は、限定ではなく、説明のための一例として解されるべきである。数多くの別の光学構成及び光学素子が可能であることは当然である。例えば、集束レンズの集合アレイへの代替として独立の個別レンズを用いることができる。さらに、入射太陽光線を導くことができる、例えば、適切に設計されたミラーまたは、太陽熱トラフのような、太陽熱収集器のような、他の光学素子を用いることができる。
【００５６】
光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃ，２５０ｄのそれぞれに対応するそれぞれの集束素子１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄに対する入射太陽光の方向の変化が、日中を通して、また一年を通しても、おこるであろうことは当業者には当然である。日中を通しての変化は東から西に空を横切る太陽の運動から生じ、一般に方位角一軸トラッキングによって対処することができる。一年を通しての変化は地球の公転軌道面に対して地球の回転軸が２３.５°の角度をなしていることから生じ、一般に仰角一軸トラッキングによって対処することができる。入射太陽光の方向の日内変化及び年内変化のいずれにも対応するためには、二軸トラッキングが必要になり得る。
【００５７】
一軸トラッキングまたは二軸トラッキングのための機構は図４に示されていないが、光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００がそのような機構をさらに備え得ることことは十分に考えられる。一実施形態例において、一年を通して光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０の集束間隙２９０を広くし、よって、一年を通しての光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００全体の傾きの定常的な調節を必要とし得る機構のような、大規模二軸トラッキング機構のいかなる必要も減じるかまたは排除する、適する機構を組み込むことができる。そのような実施形態において、集束間隙２９０が広くなるほど、（例えば夏季に比較して冬季に）益々浅い角度での入射太陽光の集束素子１６０への到達が可能になって、光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００全体の傾きを別途に調節することなく、一年内の月日の経過にわたり集束間隙２９０を通して入射太陽光が集束され続けることができる。この間隙拡大原理は、次いで、光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００が一軸トラッキングシステムの全体構造基盤だけで二軸トラッキングの利点を提供するであろうように、日中を通して、光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００を調節する方位角一軸トラッキング機構と組み合わせて用いることができるであろう。しかし、この態様での集束間隙３９０の拡大は、反射光または赤方偏移光が量子ドット槽６０または増殖槽２７０ａ，２７０ｂに当たらずに、集束間隙２９０を通って脱け出して戻ることができる確率が高くなるため、損失を高める結果にもなり得ることに注意すべきである。
【００５８】
次に、特定の詳細を説明するため図４に示される集合アレイ２０１から抜き出された光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０を、図５を参照して説明する。光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０は、量子ドット槽１０，集束素子１６０，第１の増殖槽２７０ａ及び第２の増殖槽２７０ｂを有する。集束素子１６０，第１の増殖槽２７０ａ及び第２の増殖槽２７０ｂは入射光光路１５５に沿い集束素子１６０と量子ドット槽１０の間に挟まれる。
【００５９】
第１の増殖槽２７０ａ及び第２の増殖槽２７０ｂは、光合成生物をその中で増殖させるに適する材料でつくられた、密閉容器または、パイプまたはチューブのような、（断面で示される）コンジットとすることができる。本明細書に用いられるように「光合成生物」は、生物を維持するための、あるいは生物を、またはその細胞を、増殖及び／または繁殖させるための、代謝経路の一部として光合成がおこるいずれかの生物を指す。光合成生物の例には、限定ではなく、植物、藻類及び、藍藻のような、光合成真正細菌がある。「死光合成生物」と対照して「活光合成生物」は生物が光にさらされている間は光合成がおこり続けるいずれかの光合成生物である。
【００６０】
いくつかの実施形態において、活光合成生物はバイオマスの生産に有用な生物であり、バイオマスは燃料源として燃やすことができる。いくつかの実施形態において、活光合成生物は、例えば、燃料として、またはバイオ由来の化学製品または有用品を合成するための様々な原料のためのソースとして、用いることができる化合物を体内に含むかまたは体から分泌する生物とすることができる。非限定定期例として、極めて適する活光合成生物の１つは藻類である。富栄養藻類増殖培地のような液媒内に増殖している藻類を閉じ込めるために用いられる場合の、第１の増殖槽２７０ａ及び第２の増殖槽２７０ｂの適する材料には、限定ではなく、例えば、ガラス、アクリル樹脂及び様々なポリマーがある。いくつかの実施形態において、そのような材料は藻類による光合成を最も促進する光の波長に対する透過率が極めて高い。
【００６１】
光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０内の活光合成生物として用いることができる藻類には、緑藻類、車軸藻類、ユーグレナ藻、黄金色藻、褐藻類、紅藻類、藍藻（藍色真正細菌またはシアノバクテリアと同じ）、及び炎色植物（渦鞭毛藻類）があるが、これらには限定されない。一群の実施形態において、光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０内活光合成生物には、例えば、Synechocystis sp.のような、シアノバクテリアがある。ほとんどの藻類は光合成独立栄養生物である。光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０における藻類の有用性の例として、ほとんどの乾燥藻類塊、湿性藻類コロニーまたは藻類代謝産物が、いくらかのレベルの、脂質、多糖類及び硫酸化物（セルロース、ヘミセルロース、ペクチン、アルギン酸、カラギーナン、アガロース、ポルフィラン、ファーセレラン、フノラン、デンプン、単糖類、等）を含む糖質、糖タンパク質及び、バイオ由来分子またはバイオ由来燃料のための原料として用いることができる、様々な光合成色素（葉緑素、アスタキサンチン、等）を提供することが知られている。
【００６２】
光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０に用いることができる別の適する藻類の種には、Actinastnim, Actinochloris, アナベナ，Ankistrodesnnis, Apatococcus, Asterarcys, Auzenochlorella, Bacilliarophy, Botrydiopsis, Botryococcus, Bracteacoccus, Biimilleriopsis, Chaetophora, Chantransia, Charachtm, クラミドモナス，クロレラ，Chlorideilcr, Chlorobotrys, Chlorococcus, Chlorokybus. クロロモナス，Chlorophyceae, Chlorosarcinopsis, Chlorotetraedron, Chloricystis, Coccomyxa, Coelasirella, Coelastropsis, Coelastrum, Coenochloris, Coleochaete, Cosmarium, クルキゲニア，Crucigeniella, Desmodesmus, Diadesmis, Dictyococciis, Dictyosphaenum, Dipfosphaera, Dunaliella, Ellipsoidion, Enallax, Ettlia, ユーグレナ，Fortiea, Geminella, ゴニウム，Graesiella, Haematococcus, Heterococcus, Interfilum, Isochrysis, Kentrosphaera, Keratococcus, Klebsormidium, Koliella, Lagerheimia, Lobosphaera, Macrochloris, Microthamnion, Monodus, Monoraphidium, Mougeotia, Muriella, Mychonastes, Myrmecia, Nannochlolis, Nannochloropsis, Nautococcus, Navicular, Navioua, Neochloris, Neodesmus, Neospongiococcum, Nephrochlamys, Oocystis, Oonephris, Orthotrichum, Pediastrum, Phaeodactylum, Pithophora, Pleurastrum, Pleurochrysis, Porphyridium, Possonia, Prasiolopsis, Protosiphon, Prymnesium, Pseudollipsoidion, Pseudendoclonium, Pseudocharacuopsis, Pseudococcomyxa, Pseudoendoclonium, Raphidocelis, Raphidonema, Rhexinema, Rhopalocystis, Scenedesmus, Schroederiella, Scotiella, Scotiellopsis, Selenastrum, Sphaerocystis, スパイロジャイラ，Spirulina, Spongiochloris, Stichococcus, Stigeoclonium, Synechoccus, Synechocystis sp, Tetradesmus, Tetrahedron, Tetraselmis, Tetrastrum, Tribonema, Vischeria, Willea, Xanthonema, 及びZygnemaがあるが、これらには限定されない。これらの種は様々な脂質を生成するかまたは分泌することが知られており、そのような脂質は続いて有用なバイオ由来物質への前駆体として用いることができる。
【００６３】
活光合成生物は光合成反応が高められる波長を少なくとも１つ有する。上述した光電変換材料と類似して、上に挙げた種を含む、活光合成生物における光合成は、光合成のためのエネルギーを供給する光の波長の関数として、様々な速度及び／または強度で進行する。したがって、特定の波長における活光合成生物の「光合成反応」は、定性的に、特定の波長を有する光がその生物に当たる結果としておこる光合成の強度を指す。光合成反応は、生物からのある代謝の出力をモニタすることによるかまたはその生物によって生成される酸素の体積及び生成速度をモニタすることによるような、既知の手法によって確かめることができる。与えられた活光合成生物が他の波長より強く反応する（すなわち光合成速度が高くなる）光の波長は、本明細書において活光合成生物自体に固有の特性として、すなわち活光合成生物の「光合成反応が高められる波長」として、定義される。すなわち、語句「光合成反応が高められる波長を少なくとも１つ有する光合成生物」は、その活光合成生物が１つの特定の波長（すなわち光合成反応が高められる波長）に対して他の波長に対するよりも反応性が高いという言明と等価である。語句「光合成反応が強められる波長を少なくとも１つ有する光合成生物」は「光合成反応が高められる波長を少なくとも１つ有する光合成生物」と互換で用いられ得る。
【００６４】
光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００において、量子ドットは、特定の藻類について光合成反応が高められる波長に可能な限り近い波長を放射するように、材料及び量子ドット寸法に関して選択される。理論にとらわれずに言えば、光合成において可視スペクトルの中心に近い波長の光はほとんど利用されないと考えられ、よってそのような波長をより有益な波長に赤方偏移させることで光合成増殖効率が高まるであろう。非限定的例として、そのような偏移に対する目標となり得る波長の１つは、光合成に特に有益である、６８０ｎｍ（赤色）である。赤色光は、少なくとも緑色植物及び緑藻類に対して、緑色光は一般に反射され、青色光は、完全には反射されないが、高いエネルギーを有し、したがって赤色光及び緑色光より多くの熱を発生する傾向があるから、緑色光及び青色光より有益である。
【００６５】
光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０内に存在する活光合成生物のタイプにかかわらず、活光合成生物は本質的に、光合成反応が高められる波長を少なくとも１つ有する。同様に、活光合成生物は最適光合成反応波長も有することができる。定量的には、光合成反応が高められる波長はさらに、可視スペクトル（約３８０ｎｍから約７５０ｎｍ）にあるそれぞれの波長の単色光への生物の露光によって得られる最低光合成反応よりも高い、いくつかの実施形態においては少なくとも１０％高い、いくつかの実施形態においては少なくとも２５％高い、またはいくつかの実施形態においては少なくとも５０％高い、活光合成生物からの光合成反応が得られる入射光の波長と定義することができる。本明細書に用いられるように、最適光合成反応波長は、活光合成生物から最高の光合成反応が得られる、可視スペクトル内の入射光の波長と定義される。
【００６６】
増殖槽２７０ａ，２７０ｂはいずれか適する形状、寸法及び壁厚を有し、いくつかの実施形態においては、少なくとも、増殖槽２７０ａ，２７０ｂ内で増殖している活光合成生物の光合成反応が高められる波長に対して透明である。また、増殖槽２７０ａ，２７０ｂの形状は、いくつかの実施形態において、下方に（すなわち量子ドット槽１０に）向けられる表面積が最大化されるように、選ぶこともできる。したがって、図面に提示される増殖槽２７０ａ，２７０ｂの概ね卵形の形状は説明のために過ぎず、限定ではなく、卵形は、赤方偏移光１５６の槽内への効率的な進入が可能になり得ない、円形の代わりに用いることができる。
【００６７】
第１の増殖槽２７０ａ及び第２の増殖槽２７０ｂは、第１の増殖槽２７０ａと第２の増殖槽２７０ｂの間に集束間隙２９０が定められるように、量子ドット槽１０と集束素子１６０の間に配置される。集束間隙２９０の寸法は、詳しくは、第１の増殖槽２７０ａ及び第２の増殖槽２７０ｂのそれぞれの形状寸法にしたがう、第１の増殖槽２７０ａと第２の増殖槽２７０ｂの間の最短間隔によって定められる。
【００６８】
図５をまだ参照すれば、集束素子１６０は入射太陽光を、（光線が集束素子１６０の上方から量子ドット槽１０に入るまでのレイトレーシング全体を指す）入射光光路１５５に沿い、集束間隙１９０を通して量子ドット槽１０の第１のプレート２０上に導く、光学装置である。入射太陽光は次いで量子ドット槽の密封キャビティ６０に入り、量子ドット槽内の量子ドットに当たる。集束素子１６０は、図５には集束レンズとして示されているが、別の適切な、等価な機能を有する光学素子、すなわち集束間隙２９０を通して入射太陽光を導くことができる光学素子とすることができる。この点において、代替素子には、例えば、集束ミラーまたは、トラフのような、太陽別収集器がある。
【００６９】
図５において、非限定的な例示実施形態として、集束素子１６０は、入射光光路１５５の最狭幅を表す、集束素子１６０の焦点が集束間隙２９０自体の中におかれるように、集束間隙２９０に対して配される集束レンズとすることができる。したがって、いくつかの実施形態において集束間隙２９０の幅は、集束素子１６０の焦点の幅と等しいように、またはほぼ等しいように、意図して選ぶことができる。しかし、焦点の位置を集束間隙２９０内の固定された位置に維持するには、上述した１軸トラッキングまたは２軸トラッキングのような追加装置が必要になり得る。それにもかかわらず、図５に示される構成は、量子ドット槽１０に当たる光の強度を受容できないほど減じることなく一年の全ての月において入射太陽光の集束間隙２９０通過を可能にするに十分に集束間隙２９０が広ければ、一般に２軸トラッキングの必要を減じるかまたは排除することができる。
【００７０】
光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０内の量子ドット槽１０は、第１のプレート２０と第２のプレート３０の間の密閉キャビティ６０を有することができる。第１のプレート及び第２のプレート３０は図１Ａ及び１Ｂを参照して上述したように気密封止することができるが、図示されていない他の光合成強化型太陽光赤方偏移モジュールの間で共有される連続量子ドット槽を示す図５には気密封止は示されていない。量子ドット槽１０には、量子ドット分散相が密封キャビティ６０内に配されている。量子ドット分散相は分散媒内に分散された量子ドットを含む。量子ドットは量子ドット材料で形成されて量子ドット寸法を有し、量子ドットは量子ドットが入射太陽光で照射されると光合成反応をと赤める波長を有する赤方偏移光１５６を放射する。したがって、量子ドットの放射波長と増殖槽２７０ａ，２７０ｂ内の活光合成生物の光合成反応を高める波長の間には相乗効果が存在する。適する量子ドット材料、量子ドット寸法及び分散媒は、図１Ａ及び１Ｂの量子ドット槽１０を参照して上述したような量子ドット材料、量子ドット寸法及び分散媒である。
【００７１】
入射光光路１５５に沿って進む入射太陽光が量子ドット槽１０に入ってその中の量子ドットに接触すると、増殖槽２７０ａ，２７０ｂから（図５の方位に関してのみ）上方に逸れる方向を含む、全方向に赤方偏移光１５６が量子ドットから放射される。すなわち、それぞれの光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０のそれぞれ内の及び、図４を参照すれば、集合アレイ２０１内の、量子ドット槽１０は、増殖槽２７０ａ，２７０ｂに向けて赤方偏移光１５６の少なくとも一部を反射するトラップ反射器８０を有する。詳しくは、トラップ反射器８０は赤方偏移光１５６の、下方に、増殖槽２７０ａ，２７０ｂから逸れる方向に放射される部分を反射する。トラップ反射器８０がなければ、光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００がかかわるエネルギー利用用途にとって最も望ましい波長の赤方偏移光１５６のいくらかが活光合成生物の増殖に益することなく失われ得る。
【００７２】
トラップ反射器８０は、例えば、量子ドット槽１０の第２のプレート３０のいずれかの表面上の部分反射性コーティングとすることができ、別の例として、赤方偏移光１５６の、増殖槽２７０ａ，２７０ｂから逸れる方向への、第２のプレート３０を通る脱け出しを防止するように、量子ドット槽１０の、増殖槽２７０ａ，２７０ｂとは逆側の第２のプレート３０の表面に接している反射体とすることができる。さらに、トラップ反射器８０は赤方偏移光１５６の波長に対して反射性とすることができる。例えば、光合成反応が高められる波長が６８０ｎｍ（赤色）であれば、トラップ反射器８０は第２のプレート３０の表面上の赤色塗料層とすることができる。
【００７３】
いくつかの実施形態において、トラップ反射器は、活光合成生物の増殖に役に立たないか、または有害でさえある、波長を有する望ましくない光２５６に対する透過率が非常に高い。望ましくない光２５６は赤外光であり得る。７００ｎｍから１ｍｍの波長を有する全ての赤外光に対するトラップ反射器８０の透過率は、いくつかの実施形態において５０％に、いくつかの実施形態において７５％に、いくつかの実施形態において９０％に、またはいくつかの実施形態においては１００％にさえ、することができる。
【００７４】
光合成反応が高められる波長は一般に赤外光の４００ｎｍから１ｍｍより短いから、量子ドット槽１０から出てくる光における赤外光の分布は、入射太陽構内の赤外光の分布に比較して、影響を受けていない。これは量子ドットが量子ドットの放射波長より高エネルギー（短波長）を有する光子しか赤方偏移させないからである。量子ドットの放射波長は活光合成生物の光合成反応が高められる波長に一致するように選ばれる。したがって、量子ドット槽１０から放射される光束内の赤方偏移光はかなりの量の無変換赤外光、すなわち、量子ドットの放射波長より長い波長を有することから量子ドットによって赤方偏移されない光を含み得る。この赤外光は、増殖槽２７０ａ，２７０ｂに向けて反射されれば、活光合成生物を過熱し、この結果、生物の増殖が不十分になり得るし、生物の死滅にさえ至り得る。したがって、いくつかの実施形態において、トラップ反射器８０は赤方偏移光１５６を反射し、同時に赤外光を望ましくない光２５６として透過させる。したがって、いくつかの実施形態において、光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール２５０は、（１）最も望ましい波長の赤方偏移光１５６が量子ドットからの放射によって発生されること、（２）増殖槽２７０ａ，２７０ｂから逸れる方向での透過による赤方偏移光１５６の損失が最小限に抑えられるかまたは完全に防止されること、及び（３）活光合成生物が入射太陽構内に存在する望ましくない光２５６のほとんどまたは全てから隔離されることを提供する。
【００７５】
光電変換型太陽光赤方偏移モジュール及び光合成強化型太陽光赤方偏移モジュールを太陽光赤方偏移システムのコンポーネントとして、また間隙−反射器構成または間隙−槽構成を有する太陽光赤方偏移モジュールの非限定的例として、上に説明した。さらなる実施形態において、平行平板構成を有する太陽光赤方偏移モジュールが図６〜１１の平行平板型太陽光赤方偏移システムの実施形態例を参照して次に説明される。間隙−反射器構成または間隙−槽構成をもつモジュールを有する太陽光赤方偏移システムを適合可能とし得るのと全く同様に、平行平板型太陽光赤方偏移システムは、入射太陽光のような光源からエネルギーを取り込むための収集ターゲットとして、光電変換プレートまたは増殖槽内の光合成生物を、あるいはいずれも、備えるように適合させることができる。
【００７６】
図６の例示実施形態を参照すれば、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００は、平行平板型太陽光赤方偏移モジュール３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃの平行平板構成３０１及び少なくとも１つの集束素子３４０の平行平板構成３０１を備えることができる。図６の平行平板型太陽光赤方偏移システム３００が、明解にする目的だけのために、３基の平行平板型太陽光赤方偏移モジュール３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃを備えるとして示されていることは、第１に重要なこととして、理解されるべきである。しかし、実際上、以下に説明される実施形態にしたがう平行平板型太陽光赤方偏移システムは、例えば、１基，２基，５基，１０基，５０基，１００基，１０００基または１００００基のような、さらには１００００基をこえるような、所望のいかなる数の太陽光赤方偏移モジュールを備えることができる。
【００７７】
平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の文脈において用いられるように、語句「平行平板構成」は、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の機能コンポーネントが一連の平行平板で構成され、個々の太陽光赤方偏移モジュールの平行平板が、集団として、隣り合う太陽光赤方偏移モジュールの他の平行平板と平行であることを意味する。平行平板に関して本明細書に用いられるように、語句「平板（プレート）」は一般に、１つの次元の寸法が他の２つの次元の内の少なくとも１つの寸法よりも、いくつかの実施形態においては他の２つの次元のいずれの寸法よりも、かなり小さい三次元構造を意味する。いずれの１つの平行平板に関しても、本明細書に用いられるように、平板の「長さ」は平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の動作中に集束素子３４０側にある平板のエッジから集束素子３４０とは逆の側の平板のエッジまでで測った寸法を指し、平板の「幅」または「厚さ」は、長さに垂直方向に、一方の隣接平板に面する平板のエッジから逆側の他方の隣接平板に面する平板のエッジまでで測られる。
【００７８】
図６の平行平板型太陽光赤方偏移システム３００において、例えば、ｘと表示された次元の方向における平後平板の幅はｙと表示された次元の方向における長さよりもかなり小さくすることができ、図の平面内への、図自体からは見えない、奥行きよりもかなり小さくすることもできる。いくつかの非限定的実施形態において、平板は長方形の立体とすることができ、あるいはその中にキャビティが定められている長方形の立体とすることができる。とはいっても、平板は長方形の立体である必要はなく、平行平板構成で配置できることだけが必要であることは当然である。しかし、いくつかの実施形態において、アセンブリ幅ｘは平板長ｙに対して最適化される。いくつかの実施形態において、アセンブリ幅ｘに対する平板長ｙの比ｙ/ｘは、ｙ/ｘが約５：１から約２０：１であるように、約５：１から約１５：１であるように、約６：１から１２：１であるように、または約１０：１であるように、選ぶことができる。この文脈において、「約」は言明された数字から±１０％の範囲を包含すると見なすことができる（例えば、「約１０：１」は９：１から１１：１と見なすことができる）。
【００７９】
最適な比ｙ/ｘにより、所望の強度の、それぞれの全長に沿って収集ターゲット３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃに向けられている赤方偏移光を得ることができる。本明細書に用いられるように、語句「所望の強度」は、全太陽光強度よりは小さく、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００が用いられる選ばれたエネルギー利用用途に資する、強度を意味する。例えば、あるタイプの光合成生物は全太陽光強度のほぼ１０％の最大赤方偏移強度の下で繁茂することができる。ｘとｙの適切な選択によって、所望の強度を達成することができる。いくつかの実施形態において、実質的に一様な強度が、収集ターゲット３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃが光電変換プレートであるかまたは活光合成生物を入れている増殖槽であるかにかかわらず、収集ターゲット３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃの全長からのエネルギー発生に十分である。
【００８０】
平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の太陽光赤方偏移モジュール３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃのそれぞれは、少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｃ、３２０ｄ、３２０得、３２０ｆ及び収集ターゲット３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃを備えることができる。図６に示される実施形態において、それぞれの太陽光赤方偏移モジュール３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃは２つの対向する太陽光変換アセンブリを有する。例えば、太陽光赤方偏移モジュール３１０ａは第１の太陽光変換アセンブリ３２０ａ及び、第１の太陽光変換アセンブリ３２０ａに対向する、第２の太陽光変換アセンブリ３２０ｂを、２つの太陽光変換アセンブリ３２０ａ，３２０ｂが単一の収集ターゲット３３０ａを囲むように、有する。そうではあっても、太陽光赤方偏移モジュール３１０ａが、第１の太陽光変換アセンブリ３２０ａまたは第２の太陽光変換アセンブリ３２０ｂのいずれかがなくとも機能し得ることは当然である。
【００８１】
収集ターゲット３３０ａ及び、それそれ自体が全て太陽光赤方偏移モジュール３１０ａのコンポーネントである、太陽光変換アセンブリ３２０ａの様々なコンポーネントを説明するため、図６〜１０を次に参照する。太陽光変換アセンブリ３２０ａ，３２０ｂの説明が、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の他の太陽光赤方偏移モジュールの太陽光変換アセンブリに等しく当てはまることは当然である。
【００８２】
図７を特に参照すれば、太陽光赤方偏移モジュール３１０ａは収集ターゲット３３０ａ及び太陽光変換アセンブリ３２０ａ，３２０ｂを有する。図７が分解組立図として表され、収集ターゲット３２０ａ及び太陽光変換アセンブリ３２０ａ，３２０ｂのコンポーネントを形成する平行平板のそれぞれが接触していることができるかまたはそれぞれの間にいくらかの距離を有し得ることは当然である。いくつかの実施形態において、平行平板のそれぞれは隣の平板に接触することができる。他の実施形態において、いくつかの平板は相互間に空間を有する。また別の実施形態において、いくつかの平行平板は接触するが他の平板は接触しない。平行平板の内の少なくともいくつかは隣の平板路接触しない実施形態において、全体としての平行太陽光赤方偏移システム３００の熱管理は全平行平板を接触させることによる空間節約の利点より優り得る。図６〜１０が単に簡略な説明として見なされることが意図されていることは認識されるべきである。したがって、本明細書で別途に言明された場合を除いて、図６〜１０は平行平板型太陽光赤方偏移システム３００を、図６におけるアセンブリ幅ｘに平行な次元での平行平板のいずれか特定の厚さに、またはいずれか１つの平行平板のいずれか他の平行平板に対するいずれかの相対厚に、限定することは目的とされていない。例としての厚さ及び相対厚をもつ例示実施形態が提供されるが、そのような厚さ及び相対厚が、所望の用途に、また量子ドット及び収集ターゲットの選択にも、したがって最適化され得ることは当然である。
【００８３】
いくつかの実施形態において、収集ターゲット３３０ａは活光合成生物を入れている増殖槽とすることができる。増殖槽は活光合成生物を培養するための増殖培地を入れることができる。活光合成生物は光合成反応が高められる波長を有することができる。そのような実施形態において、増殖槽は平行平板構成に組み込むことができるいずれかの密閉容器とすることができる。増殖槽は、例えばガラスまたはアクリル樹脂のような、その中の光合成生物の増殖に適するいずれかの材料でつくることができる。活光合成生物及び増殖培地は光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００（図４）の実施形態を参照して上述した活光合成生物または増殖培地のいずれかとすることができる。この点に関し、光合成反応が高められる波長の概念は、光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００に関して上で十分に説明され、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００にも等しく適用される。平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の非限定的な実施形態例において、増殖槽は約１ｍｍから約１０ｍｍの厚さを有し得るが、増殖槽の厚さは用途に応じて１ｍｍより薄くするかまたは１０ｍｍより厚くすることができる。平行平板型太陽光赤方偏移システム３００におけるような平行平板構成における増殖槽厚の限界は、増殖槽の中央にいる活光合成生物（例えば藻類）が光源に最も近い増殖槽側面により近い生物によって掩蔽されることがない程度までに制限され得る。また掩蔽効果は増殖槽内の乱流によってある程度克服することができる。
【００８４】
他の実施形態において、収集ターゲット３００ａは高感度波長を有する光電変換材料を含む光電変換プレートとすることができる。光電変換プレートは光電変換材料で形成することができ、あるいは、光電変換材料で被覆されているか、そうではなくとも光電変換材料層がその上に配されている、例えば、金属、シリコン、セラミックまたはプラスチックのような、適する物質で形成することができる。光電変換プレート上に配される光電変換材料層は連続層とすることができ、あるいは光電変換プレートからの効率的な電気エネルギーの取入れを可能にするに適する態様でパターン形成された層とすることができる。光電変換材料は光電変換型太陽光赤方偏移システム１００（図２）の実施形態を参照して上述した光電変換材料のいずれかとすることができる。この点に関し、高感度波長の概念は、光電変換型太陽光赤方偏移システム１００に関して上で十分に説明され、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００にも等しく適用される。光電変換プレートはさらに、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の動作中に光電変換プレートによって発生される電気エネルギーを利用するために適合された電気コネクタ（図示せず）を有することができる。
【００８５】
全体としての平行平板型太陽光赤方偏移システム３００（図６）に関し、いくつかの実施形態において、収集ターゲット３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃのそれぞれは増殖槽であるか、あるいは収集ターゲット３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃのそれぞれは光電変換プレートである。平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の他の実施形態において、収集ターゲットの内のいくつか（例えば３３０ａ及び３３０ｃ）は増殖槽とすることができ、他の収集ターゲット（例えば３３０ｂ）は光電変換プレートとすることができる。
【００８６】
図７を参照すれば、太陽光赤方偏移モジュール３１０ａにおいて、少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ３２０ａ（及び／または３２０ｃ）は、導波路３５０，赤外光吸収体３７０及び、導波路３５０と赤外光吸収体３７０の間に挟まれた、量子ドット槽１０を有する。
【００８７】
光電変換型太陽光赤方偏移システム１００（図２）及び光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００（図３）の両者の実施形態に関して、量子ドット槽１０を上で詳述した。平行平板型太陽光赤方偏移システム３００において、量子ドット槽１０は平行平板構成に収まるように適合されたプレートとして構成される。量子ドット槽１０は量子ドットを含む量子ドット分散相を入れる密封キャビティを有することができる。図７では明らかではないが、量子ドット槽１０は、第１のプレート２０と第２のプレートの間に定められた密封キャビティ６０のような図１Ｂの量子ドット槽１０の特徴を有することができ、必要に応じて、封着エッジ４０及びセパレータ構造体５０を第１のプレート２０と第２のプレートの間に定めることができる。量子ドットは、入射太陽光に照射されると収集ターゲット３３０ａのターゲット波長（例えば、量子ドット槽１０が付帯する変換ターゲットに適切な光合成反応が高められる波長または高感度波長）を有する赤方偏移光を量子ドットが放射するように選ばれる。平行平板型太陽光赤方偏移システム３００に関するこれらの概念は、光電変換型太陽光赤方偏移システム１００（図２）及び光合成強化型太陽光赤方偏移システム２００（図３）にかかわるそれぞれの概念と同等である。
【００８８】
量子ドット槽１０はさらに、収集ターゲット３３０ａに向かう赤方偏移光は反射するが、収集ターゲット３３０ａから逸れる方向にある入射太陽光からの赤外光の全てを、または少なくとも一部を、透過させる、トラップ反射器８０を有する。詳しくは、トラップ反射器８０は収集ターゲット３３０ａから逸れる方向に放射された赤方偏移光の部分を反射することができる。トラップ反射器８０がなければ、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００がかかわるエネルギー利用用途にとって最も望ましい波長の赤方偏移光のいくらかがシステムに益することなく失われ得る。いくつかの実施形態において、トラップ反射器は量子ドット槽１０の、収集ターゲット３３０ａから最も遠い側の、表面上のコーティング層とすることができる。例えば、コーティング層は所望の反射率及び透過率の特徴を有する塗料とすることができる。いくつかの実施形態において、トラップ反射器８０は赤方偏移光の波長に対しては反射性であるが、光の他の波長に対しては透過性とすることができる。したがって、トラップ反射器８０は、量子ドット槽１０内の量子ドットからの放射によって発生された赤方偏移光の最も望ましい波長が有効に利用されるだけでなく、収集ターゲット３３０ａから逸れる方向への反射による赤方偏移光の損失が最小限に抑えられるかまたは完全に防止されることも、保証することができる。
【００８９】
非限定的な例示実施形態において、量子ドット槽１０は約３００μｍから約１.５ｍｍの厚さを有することができる。この厚さには、例えば、量子ドットの分散相を入れている密封キャビティ６０（図１Ｂ）を封じているガラス（例えば第１のプレート２０及び第２のプレート３０，図１Ｂを見よ）のような、封入材料の２枚の板の厚さを含めることができる。したがって、図示される実施形態において、封入材料の板のそれぞれは約１００μｍから約７００μｍとすることができ、量子ドットを入れている密封キャビティは約１００μｍ厚とすることができる。増殖槽の例示厚さが限定を意味せず、増殖槽は３００μｍより小さいかまたは１.５ｍｍよりかなり大きい厚さを有し得ることは当然である。上述したように、図６〜１０において、量子ドット槽１０の厚さは略され、比例尺で描かれてはいない。
【００９０】
図７を再び参照すれば、少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ３２０ａ（及び／または３２０ｂ）の赤外光吸収体３７０は、一般に赤外光を熱に変換することによって、赤外光を吸収するいずれかの材料とすることができる。いくつかの実施形態において、赤外光吸収体３７０は、熱の除去を可能にするため、量子ドット槽１０から、または他のいずれの隣接平行平板からも、物理的に隔離される。そのような熱は。いくつかの実施形態において、赤外光吸収体３７０と隣接平行平板の間の空間に単に空気を循環させることで効率的に除去することができる。他の実施形態において、水のような冷媒を、それを通して循環させることができる冷却プレート（図示せず）または冷却ループ（図示せず）のような、赤外光吸収体３７０と隣接平行平板の間に挿入するための別の構造体を考えることができる。いくつかの実施形態において、それぞれの太陽光変換アセンブリ３２０ａ、３２０ｂは隣接するいずれの太陽光変換アセンブリとも共有しない、独自の赤外光吸収体３７０を１つ有する。図示されない他の実施形態において、隣り合う太陽光赤方偏移モジュールの太陽光変換アセンブリは共通の赤外光吸収体３７０を共有することができる。
【００９１】
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ３２０ａ（及び／または３２０ｂ）の赤外光吸収体３７０は、収集ターゲット３３０ａとして用いるための上述した光電変換材料のような光電変換材料、特に赤外光を電気エネルギーに変換できる光電変換材料を含む、光電変換プレートとすることができる。そのような実施形態において、赤外光吸収体３７０は、収集ターゲット３３０ａが増殖槽であっても、光電変換プレートとすることができる。したがって、エネルギー収集の恩恵を、収集ターゲット３３０ａによるだけでなく、特に熱に変換されていたかもしれない赤外光から、赤外光吸収体３７０によっても、実現することができる。
【００９２】
一般に、赤外光吸収体３７０の厚さは平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の用途にしたがって変わり得る。いくつかの実施形態において、赤外光吸収体３７０が日中にかなりの量に熱を吸収し、次いで温度が低くなる夜間に熱を放散するに十分に厚ければ（例えば１ｃｍから１０ｃｍであれば）、有利であり得る。この態様で熱を吸収及び放散することができる赤外光吸収体３７０の能力は、収集ターゲット３３０ａが特定の温度範囲において最適に増殖する活光合成生物（例えば藻類）を入れている増殖槽である場合には特に、収集ターゲット３３０ａの温度の一貫性を維持するに有利であり得る。
【００９３】
少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ３２０ａ（及び／または３２０ｂ）は、少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ３２０ａ（及び／または３２０ｂ）が少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ３２０ａ（及び／または３２０ｂ）の量子ドット槽１０と収集ターゲット３３０ａの間に挟まれるような、平行平板構成に配置される。
【００９４】
いくつかの実施形態にしたがえば、少なくとも１つの太陽光変換アセンブリ３２０ａ（及び／または３２０ｂ）の導波路３５０は、集束太陽光５２０が導波路３５０の太陽側端面３５５を通って入った後に全反射によりそれを通って進むことができる、透明または半透明の材料とすることができる。この点に関して導波路３５０に適する材料には、限定ではなく、ガラス及び、例えばアクリル樹脂のような、実質的に透明なポリマーがある。いくつかの実施形態において、導波路３５０は太陽光スペクトルの基本的に全ての波長に対して透明とすることができる。他の実施形態において、導波路３５０は、導波路３５０がある波長に対しては透明であるが他の波長は吸収するように、適切な染料によるように、着色することができる。一般に、いくつかの実施形態において導波路３５０は全太陽光スペクトルのような広い範囲にわたって透明であるが、いくつかの実施形態においては、量子ドット槽１０内の量子ドットによって赤方偏移され得る、例えば約７００ｎｍより短い波長のような、ターゲット波長（すなわち、高感度波長及び／または光合成反応が高められる波長）より短い波長にわたって導波路３５０が透明であることが望ましいことがあり得る。
【００９５】
導波路３５０のさらなる特徴が図８〜１０を参照して次に説明される。図８〜１０の長方形の導波路３５０は単に例示実施形態として提示されるだけであり、導波路３５０の形状または比率はいずれも限定と見なされるべきではないことは当然である。図８の例示実施形態に示されるように、導波路３５０は透過散乱面３６０を有する。透過散乱面３６０は無遮断領域３６７を有することができ、透過散乱面３６０にかけて分散された散乱構造３６５をさらに有することができる。
【００９６】
図９及び１０の簡略な図示は透過散乱面３６０及び、太陽光赤方偏移モジュール３１０のコンポーネントとしての、導波路３５０の機能を明確にする。一般に、透過散乱面３６０は導波路３５０内のいずれの導波太陽光５２２（図１０）も量子ドット槽１０に向けて散乱させ、赤方偏移光５４０の量子ドット槽１０から収集ターゲット３３０に向けての導波路３５０の通過を可能にする。平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の動作中、以下でさらに詳細に説明されるように、入射太陽光５１０は少なくとも１つの集束素子３４０によって集束される。得られた集束太陽光５２０は導波路３５０の太陽側端面３５５を通して導波路３５０内に導かれる。
【００９７】
導波路３５０の内部の太陽光の光線の１つが導波太陽光５２２として図１０に示されている。集束太陽光５２０が太陽側端面３５５を通って入る角度に依存して、導波太陽光５２２が様々な角度をなして導波路３５０を通って進むことは当然である。導波太陽光５２２の少なくとも一部は全反射によって導波路３５０内に捕らえられ得るが、いつかは、導波太陽光５２２は透過散乱面３６０の散乱構造３６５に当たり、ここでは導波太陽光５２２は全反射による反射は受けないであろう。この目的のため、散乱構造３６５は導波太陽光５２２を概ね量子ドット槽１０に向けて散乱させるように透過散乱面３６０上に設けられる。明解さのため、図１０には散乱太陽光５３０の内の１つの光線しか示されていないが、散乱構造３６５に当たる導波太陽光５２２が、概ね量子ドット槽１０に向かう、多くの方向に散乱され得ることは当然である。
【００９８】
導波路３５０の透過散乱面３６０の構成の非限定的な一実施形態例が図８に示される。図８の構成例において、散乱構造３６５は導波路３５０の太陽側端面３５５からの距離に応じて寸法が大きくなるドットのパターンとして配置される。それにもかかわらず、透過散乱面３６０の最も下側の（すなわち太陽側端面３５５から最も遠い）領域においてさえ、透過散乱面３６０は散乱構造３６５の間に無遮断領域３６７を有する。
【００９９】
いくつかの実施形態において、散乱構造２６５は導波路３５０自体内の全反射を阻止散乱するいずれかの構造及び／またはマーキングとすることができる。例えば、散乱構造３６５は不透明塗料とすることができ、あるいは透過散乱面３６０のエッチング部分とすることができる。例えば、散乱構造３６５が塗料ドットであれば、例示実施形態の１つにおいて、導波路３５０の内側から塗料ドットに当たる導波太陽光５２２のいかなる部分も本質的に吸収しない白色塗料で塗料ドットを形成することができる。太陽側端面３５５からの距離に応じて散乱構造３６５の寸法を大きくすることで、（透過散乱面３６０に平行で、透過散乱面３６０の反対側の）導波路３５０の裏面から出てくる散乱太陽光５３０の強度を導波路３５０の裏面の全表面積にかけて実質的に一様にすることができる。導波太陽光５２２は導波路３５０の太陽側端面３５５の最も近くで高強度を有することができ、よって、小さいかまたは数が少ないか、あるいは小さくて数も少ない、散乱構造３６５が、大きいかまたは数が多いか、あるいは大きくて数も多い、太陽側端面３５５から遠い散乱構造３６５と同等の散乱太陽光３５０の強度を生じさせ得るから、一様強度を得ることができる。この点に関し、図８の散乱構造３６５の形状は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライト技術におけるような、表面積にかけて一様な光出力を提供する目的のために有用であることが知られている形状のいずれかとすることができる。
【０１００】
図８〜１０を参照すれば、散乱太陽光５３０が量子ドット分散相を入れている量子ドット槽１０に達すると、特に図１０に量子ドット１５と示される、量子ドットに出遭う。上述したように、量子ドット１５は量子ドット１５の材料及び量子ドット１５の寸法に対して一意的な発光波長を有し、発光波長より高いエネルギー（短い波長）を有する光子は量子ドットに吸収され、続いて発光波長を有する光子として再放出される。量子ドット１５が発光波長より低いエネルギー（長い波長）を有する光子を吸収することはない。したがって、散乱太陽光５３０が量子ドット１５の発光波長より高いエネルギー（短い波長）を有していれば、量子ドット１５は散乱太陽光５３０を吸収して、発光波長を有する赤方偏移光５４０を放射する。逆に、散乱太陽光５３０が量子ドット１５の発光波長より低いエネルギー（長い波長）を有していれば、量子ドット１５が散乱太陽光５３０を吸収するかまたは赤方偏移させることはない。
【０１０１】
上述したように、量子ドット槽１０は、いくつかの実施形態において、赤方偏移光５４０の波長のような望ましい波長に対しては反射性であり、例えば赤外波長のような、望ましくない波長に対しては透過性である、トラップ反射器８０を有する。このことが、量子ドット１５に遭うこともあれば遭わないこともあるが量子ドットには決して吸収されない、望ましくない光５４５がトラップ反射器８０を通過し、赤外吸収体３７０に向けて送られている、図１０に示される。赤外光吸収体３７０において、望ましくない光５４５は、吸収され、及び／または熱に変換され、及び／または別の態様で平行平板太陽光赤方偏移システム３００から除去される。他方で、赤方偏移光５４０は反射されて導波路３５０に戻され、導波路６５０を通過し、散乱構造３６５の間の無遮断領域３６７において導波路３５０の透過散乱面３６０を通って出る。
【０１０２】
導波路３５０の透過散乱面３６０から出た赤方偏移光５４０は前進して収集ターゲット３３０に達し、そこでエネルギー生産の効率を高めるために用いられ得る。例えば、いくつかの実施形態において、赤方偏移光５４０は、収集ターゲット３３０が増殖槽であり、活光合成生物が赤方偏移光５４０の波長に近いかまたは等しい光合成反応が高められる波長を有していれば、活光合成生物の増殖を強化することができる。他の実施形態において、赤方偏移光５４０は、収集ターゲット３３０が光電変換プレートであり、光電変換材料が赤方偏移光５４０の波長に近いかまたは等しい高感度波長を有していれば、高められた効率で光電変換材料にエネルギーを生産させることができる。
【０１０３】
平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の太陽光赤方偏移モジュール３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃに関するコンポーネント及び全般的原理を上で説明したが、太陽光赤方偏移モジュール３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃの少なくとも１つの集束素子３４０との相互作用及びエネルギー利用のための平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の適用が図６，７，１１Ａ及び１１Ｂを参照して次に説明される。
【０１０４】
平行平板型太陽光赤方偏移システム３００において、少なくとも１つの集束素子３４０が（例えば太陽５００から直接放射されている光のような）入射太陽光５１０をそれぞれの太陽光赤方偏移モジュール３１０ａの太陽光変化なセンブリ３２０ａ，３２０ｂの導波路３５０の太陽側端面３５５上に集束する。図６及び７の例示実施形態において、少なくとも１つの集束素子３４０は、それぞれがそれぞれ１つの導波路３５０の太陽側端面３５５上に入射太陽光を集束する、多重帯を有するフレネルレンズである。それぞれが動作中の図６の平行平板型太陽光赤方偏移システム３００及び図７の太陽光赤方偏移モジュール３１０ａのある方位において、図６及び７における太陽５００は日中を通して、それぞれの図の左から右にかけてではなく、それぞれの図の平面の中にまたは外に移動する。少なくとも１つの集束素子３４０がそのようなフレネルレンズである必要はなく、例えば集束レンズアレイのような、いずれか適する装置を用い得ることは当然である。しかし、いくつかの実施形態において、入射太陽光５１０の実質的に全てを導波路３５０の太陽側端面３５５上に、収集ターゲット３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃ及び量子ドット槽１０のような他の平板の太陽側端面は影の中に事実上残したまま、集束することができる。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、少なくとも１つの集束素子３４０は平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の外囲ハウジング４００に上に取り付けることができる。集束素子は平行平板が締結される基部支持体４６０に対して実質的に平行とすることができる。外囲ハウジング４００は、少なくとも１つの集束素子３４０を平行平板に近づく方向または平行平板から遠ざかる方向に移動させる（図６に簡略に示される）方位角集束調節機構４１０をさらに備えることができる。特に図６の例示実施形態において、方位角集束調節機構４１０は、導波路３５０の太陽側端面３５５上に直接集束される入射太陽光の量を最適化するため、少なくとも１つの集束素子２４０の焦点距離ｆを変えることができる。いくつかの実施形態において、導波路３５０の太陽側端面３５５は、導波路３５０の横辺３５６（図８及び９）が東から西に向くように、方位が定められるされる。したがって、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の動作中、太陽５００が日中を通して東から西に空を横切って移動する間、単に焦点距離ｆを変えることによって、入射太陽光５１０の焦点を導波路３５０の太陽側端面３５５上に維持するために、方位角集束調節機構４１０を用いることができる。この点に関し、本明細書の実施形態にしたがう少なくとも１つの集束素子３４０と組み合わせられた方位角集束調節機構４１０は、日中を通してのさらに複雑な太陽トラッキングシステムの必要を軽減する構成とすることができる。例えば、方位角集束調節機構４１０がなければ、日中を通しての太陽トラッキングには、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の平行平板構成全体を回転させる、及び／または傾ける、機構及び装置が必要になり得る。
【０１０６】
支持構造体４５０上で動作位置にある平行平板型太陽光赤方偏移システム３００が図１１Ａ及び１１Ｂに簡略に示される。図１１Ａ及び１１Ｂの構成がいずれも平行平板型太陽光赤方偏移システム３００がどのように実装され得るかの簡略化した一例を表しているに過ぎず、数多くの他の構成が可能であることは当然である。この例示実施形態において、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００は支持構造体４５０の一部である基部支持体４６０上に載ることができる。基部支持体４６０は地面に対して傾けることができ、基部支持体４６０の傾きを調節するいずれか適する仰角調節機構（図示せず）に協働態様で連結することができる。例えば、基部支持体４６０の傾きの調節には、軸旋回点４６５を中心とする基部支持体４６０の運動を含めることができる。
【０１０７】
図１１Ａの略図において、基部支持体４６０は、外囲ハウジング４００に夏至傾角θ１を与えるように設定されている。図１１Ｂにおいて、基部支持体４６０は、外囲ハウジング４００に冬至傾角θ２を与えるように設定されている。毎日空を東から西に横切る太陽の軌道は冬には夏よりも低い高度にあるから、当然、夏至傾角θ１は冬至傾角θ２より大きい。説明だけのため、図１１Ａにおける太陽５００は夏至の太陽正午において示され、図１１Ｂにおける太陽５００は冬至の太陽正午において示される。本明細書に用いられるように、「太陽正午」は、任意の時間帯境界により同じ場所で確立された地方時間にかかわらず、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００を動作させている場所の上空で太陽が最大高度に達する、与えられた日の時刻を指す。
【０１０８】
図１１Ａ及び１１Ｂの平行平板型太陽光赤方偏移システム３００は、北半球、特に北回帰線の北においてどのように用いられ得るかに対する態様例において方位が定められている。すなわち、夏至傾角θ１及び冬至傾角θ２はいずれも仰角として表され、仰角０°は集束素子３４０の太陽５００に面している側を（方位１８０°として示される）真南に向けさせ、仰角９０°は集束素子３４０の太陽５００に面している側を真上（すなわち天頂）に向けさせるであろう。（方位９０°として示される）真東は図１１Ａ及び１１Ｂの平面内の向こう側に示され、（方位２７０°として示される）真西は図１１Ａ及び１１Ｂの平面から手前側に示される。したがって、平行平板構成３０１は、導波路の太陽側端面３５５の横辺３５６（例えば図９を見よ）が東から西に向くように方位が定められる。
【０１０９】
一般に、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００が図１１Ａ及び１１Ｂに与えられるように北回帰線の北の緯度Ｌに配備されれば、夏至傾角θ１は式：θ１〜９０°−(Ｌ−２３.５°)にしたがって表すことができ、冬至傾角θ２は式：θ２〜９０°−(Ｌ＋２３.５°)にしたがって表すことができる。これらの関係式は、０°の仰角が集束素子３４０の太陽５００に面している側を真南の代わりに（方位３６０°として示される）真北に向けさせるように平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の方位を反転させれば、南回帰線の南の場所でも成立する。
【０１１０】
北回帰線の北及び南回帰線の南では、一年を通して平行平板型太陽光赤方偏移システム３００を動作させる場合、与えられた日の太陽５００の高度に整合するように基部支持体４６０の仰角を調節することができる。与えられた日の太陽の高度は、例えば天文歴のような公開ソースによって容易に確認できることは当然である。いくつかのいくつかの実施形態において、基部支持体４６０の仰角は、夏至における夏至傾角θ１から冬至における冬至傾角θ２まで段階的に小さくし、次いで冬至傾角θ２から次の夏至における夏至傾角θ１まで段階的に大きくすることができる。段階的傾角調節は、全年を通してそれそれの日の太陽正午に入射太陽光５１０を集束素子３４０に実質的に垂直に当たらせる態様で行うことができる。
【０１１１】
図１１Ａ及び１１Ｂには示されていないが、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００が北回帰線と南回帰線の間に配備された場合、一年の内２日は（すなわち太陽が真上にあるときは）基部支持体４６０の傾角が９０°になり得ることは明らかなはずである。したがって、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００が配置されている半球と同じ半球において太陽５００が頭の真上にあるとき、基部支持体４６０の傾角は９０°より小さくなり得る。平行平板型太陽光赤方偏移システム３００が配置されている半球とは逆の半球において太陽５００が頭の真上にあるとき、基部支持体４６０の傾角は９０°より大きくなり得る。９０°より大きい傾角は。例えば、基部支持体４６０に沿って軸旋回点４６５を上方に、平行平板型太陽光赤方偏移システム３００を前後に動かすに適する距離だけ、移動することによって達成することができる。
【０１１２】
図１１Ａ及び１１Ｂの略図は、本明細書の実施形態にしたがう平行平板型太陽光赤方偏移システム３００が一軸トラッキングシステムに必要であろうレベルの外部運動装置だけにより二軸トラッキング能力を有し得ることを示す。詳しくは、一年を通して太陽を追跡するためには、夏至傾角θ１から冬至傾角θ２まで傾角を下げるかまたは冬至傾角θ２から夏至傾角θ１まで傾角を上げるための（例えば、支持構造体４５０に対して基部支持体４６０を動かす機構のような）仰角調節機構が必要になり得る。他方で、日中を通しての太陽の追跡は、例えば太陽の方位角位置の後を追うために平行平板型太陽光赤方偏移システム３００の全体の回転を必要とする装置よりは維持が容易であり得る、それほど大がかりではない装置によって達成することができる。詳しくは、平行構成３０１に対して少なくとも１つの集束素子３４０を動かす方位角調節機構４１０を、導波路３５０の太陽側端面３５５上の入射太陽光５１０の集束を効率的及び正確に維持するために用いることができる（例えば図６及び７を見よ）。
【０１１３】
以上、光合成による変換または光電変換のような特定のエネルギー利用用途に対する効率を改善するため、広スペクトル入射太陽光内の高エネルギー波長を選ばれた低エネルギー波長に変換するために量子ドットがそれぞれにおいて用いられる、太陽光赤方偏移システムの様々な実施形態を詳細に説明した。太陽光赤方偏移システムは太陽光の波長スペクトルの最適化を行うだけでなく、太陽光がエネルギー利用用途に利用可能にされる効率の最大化も行うように構成される。本明細書に説明した特定の太陽光赤方偏移システムは、装置が複雑で高価な二軸トラッキングシステムの導入の必要を軽減または排除することもできる。
【０１１４】
別途に定められない限り、本明細書に用いられる技術用語及び科学用語は全て、本発明が属する技術分野における当業者によって共通に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書の説明に用いられる語法は特定の実施形態を説明するだけのためのものであり、限定することは目的とされていない。本明細書及び添付される特許請求の範囲に用いられるように、単数形の ‘ａ’，‘ａｎ’及びｔｈｅ’は、そうではないことを文脈が明白に示していない限り、複数形も含むとされている。
【０１１５】
別途に示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲に用いられるように、成分、分子量のような特性、等を表している数値は全て、全ての場合において語「約」で修飾されていると解されるべきである。したがって、別途に示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲に述べられる数値特性は本発明の実施形態において得ようとされる所望の特性に依存して変わり得る近似である。述べられる数値範囲及びパラメータにもかかわらず、本発明の広い範囲は近似であり、特定の実施例に述べられる数値は可能な限り精確に報告される。当業者であれば、いかなる数値もその値を確認するために用いられる測定手法に帰因し得るいくらかの誤差を本質的に含むことを理解するであろう。
【０１１６】
本明細書に用いられるように、語句「水平な」または「垂直な」は相対的な用語に過ぎず、概略の相対的な方位を示すに過ぎず、必ずしも直交性を示してはいない。これらの用語は、「左」、「右」、「平面の向こう側」及び「平面の手前側」のような用語と同じく、図に用いられる方位を簡便に指すためにも用いることができ、そのような方位は、そうではないことが明白に示されている場合を除き、取り決め事項としてしか用いられず、図示されるデバイスの特徴としての意味はない。本明細書に説明される実施形態は所望のいかなる方位においても用いることができる。
【０１１７】
特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく本明細書に説明される実施形態に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかなはずである。したがって、本明細書に説明される様々な実施形態の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【符号の説明】
【０１１８】
１０    量子ドット槽
１５    量子ドット
２０，３０    量子ドット槽のプレート
４０    封着エッジ
５０    セパレータ構造体
６０    密封キャビティ
７０    量子ドットローダー
７２    ローディングポート
７５    真空ポンプ
７７    真空ポート
８０    トラップ反射器
９０，９５    間隙端面
１００    光電変換型太陽光赤方偏移システム
１０１，２０１    集合アレイ
１５０    光電変換型太陽光赤方偏移モジュール
１５５    入射光光路
１５６，５４０    赤方偏移光
１５７    （集束素子の）焦点
１６０，３４０    集束素子
１７０    光電変換プレート
１８０    プレート反射器
１９０，２９０    集束間隙
２００    光合成強化型太陽光赤方偏移システム
２０５    システム壁
２５０    光合成強化型太陽光赤方偏移モジュール
２５６，５４５    望ましくない光
２７０    増殖槽
３００    平行平板型太陽光赤方偏移システム
３０１    平行平板構成
３１０    平行平板型太陽光赤方偏移モジュール
３２０    太陽光変換アセンブリ
３３０    収集ターゲット
３５０    導波路
３５５    太陽側端面
３６０    透過散乱面
３６５    散乱構造
３６７    無遮断領域
３７０    赤外光吸収体
４００    外囲ハウジング
４１０    方位角集束調節機構
４５０    支持構造体
４６０    基部支持体
４６５    軸旋回点
５００    太陽
５１０    入射太陽光
５２０    集束太陽光
５２２    導波太陽光
５３０    散乱太陽光
【図１Ａ】
2014529880.tif 000003
【図１Ｂ】
2014529880.tif 000004
【図２】
2014529880.tif 000005
【図３Ａ】
2014529880.tif 000006
【図３Ｂ】
2014529880.tif 000007
【図４】
2014529880.tif 000008
【図５】
2014529880.tif 000009
【図６】
2014529880.tif 000010
【図７】
2014529880.tif 000011
【図８】
2014529880.tif 000012
【図９】
2014529880.tif 000013
【図１０】
2014529880.tif 000014
【図１１Ａ】
2014529880.tif 000015
【図１１Ｂ】
2014529880.tif 000016
【国際調査報告】
2014529880.tif 000017