(57)【要約】本技術は、概して、高性能レンズ、具体的には、ガラス担体と、ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層とを含むレンズの製作方法に関する。本方法は、傾斜および抜き勾配小面における幾何学的誤差を特定して、補正率を作成することと、この補正率に基づいて、補正された傾斜および抜き勾配小面を形成することとを含む。本技術は、結果として得られるレンズおよびレンズアレイにも関する。2014520286.tif 000003
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガラス担体を提供する工程と、
第１のガラス担体の表面上に第１の少なくとも部分的に透過性の層を提供する工程と、
第１の少なくとも部分的に透過性の層の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成する工程と、
第１の少なくとも部分的に透過性の層の該１つ以上の傾斜小面および１つ以上の抜き勾配小面における幾何学的誤差を特定する工程であって、補正率を作成する、工程と、
該補正率を用いて、第２のガラス担体の表面上の第２の少なくとも部分的に透過性の層の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される補正された１つ以上の傾斜小面を形成する工程と、
を含む、レンズを作製するための方法。
【請求項２】
第１および第２の少なくとも部分的に透過性の層がシリコーンである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１および第２の少なくとも部分的に透過性の層が、前記レンズの選択された動作温度範囲と実質的に同一の硬化温度を有する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成する工程が、
工作機械で機械加工された第１のマスターを得て、前記少なくとも部分的に透過性の層内に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される前記１つ以上の傾斜小面を形成することと、
第１のマスターを用いて、前記少なくとも部分的に透過性の層内に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される前記１つ以上の傾斜小面を形成することと、
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
第１のマスターが、２ミクロン未満の頂点および谷丸みを有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第１のマスターを得ることが、第１のマスターを、構造的剛性、位置精度、回転および平行移動軸の再現性、ならびに振動絶縁を有する工作機械で機械加工することを含む、請求項４記載の方法。
【請求項７】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される補正された１つ以上の傾斜小面を形成する工程が、
工作機械で第２のマスターを得て、第２の少なくとも部分的に透過性の層内に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される前記補正された１つ以上の傾斜小面を形成することと、
第２のマスターを用いて、第２の少なくとも部分的に透過性の層内に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される補正された１つ以上の傾斜小面を形成することと、
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
第２のマスターが、２ミクロン未満の頂点および谷丸みを有する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
第２のマスターを得ることが、第２のマスターを、構造的剛性、位置精度、回転および平行移動軸の再現性、ならびに振動絶縁を有する工作機械で機械加工することを含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
補正率が、第１のマスターを製造して１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成するために使用される工作機械の不正確さに基づく、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
補正率が、複製によって引き起こされる寸法変化に基づく、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
補正率が、第１の少なくとも部分的に透過性の層の材料加工によって引き起こされる寸法変化に基づく、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される補正された１つ以上の傾斜小面が、フレネル光学構造を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記補正された１つ以上の傾斜小面に５オングストロームＲＭＳ未満の表面仕上げを提供する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記補正された１つ以上の傾斜小面に３オングストロームＲＭＳ未満の表面仕上げを提供する工程をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
ガラス担体と、
該ガラス担体の表面上の少なくとも部分的に透過性の層と、を備える、レンズであって、該少なくとも部分的に透過性の層は、その表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有し、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される該１つ以上の傾斜小面は、レンズ構造の小面において特定される幾何学的誤差によって決定される補正率で形成される補正された傾斜および抜き勾配小面である、レンズ。
【請求項１７】
少なくとも部分的に透過性の層がシリコーンである、請求項１６記載のレンズ。
【請求項１８】
少なくとも部分的に透過性の層が、前記レンズの選択された動作温度範囲と実質的に同一の硬化温度を有する、請求項１６記載のレンズ。
【請求項１９】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層が、フレネル光学構造を形成する、請求項１６記載のレンズ。
【請求項２０】
前記補正率が、マスターを製造して、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成するために使用される工作機械の不正確さに基づく、請求項１６記載のレンズ。
【請求項２１】
前記補正率が、複製によって引き起こされる寸法変化に基づく、請求項１６記載のレンズ。
【請求項２２】
前記補正率が、少なくとも部分的に透過性の層の材料加工によって引き起こされる寸法変化に基づく、請求項１６記載のレンズ。
【請求項２３】
補正された１つ以上の傾斜小面の表面仕上げが、５オングストロームＲＭＳ未満である、請求項１６記載のレンズ。
【請求項２４】
補正された１つ以上の傾斜小面の表面仕上げが、３オングストロームＲＭＳ未満である、請求項１６記載のレンズ。
【請求項２５】
請求項１６記載のレンズのアレイと、
該レンズのアレイを通過する光エネルギーを電力に変換するように該レンズのアレイに対して構成される光電池のアレイと、
を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年６月１７日出願の米国仮特許出願第６１／４９８，２８８号の利益を主張するものであり、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本技術は、概して、レンズの製作方法に関し、より具体的には、高性能シリコーンオンガラスフレネルレンズの製作に関する。本技術は、結果として得られるレンズおよびレンズアレイにも関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
太陽電池の効率を向上させることは、配置を増加させる際に重要であり、これは、のちに温室効果ガス排出の削減をもたらす。これは、各国が代替のクリーンエネルギー源を捜し求めているので、さらにより緊急な課題となっている。しかしながら、これは、他のエネルギー源と競合できる価格で達成されなければならない。勢いを増す解決策の１つは、集光型太陽光（ＣＰＶ）および集光型ソーラーパワー（ＣＳＰ）として既知の太陽エネルギーの部門であり、この場合コスト削減は、非効率的な太陽光（ＰＶ）電池物質をより低価格の光学システムに切り替えることによってもたらされる。典型的な集中型太陽光（ＣＰＶ）装置は、電力生成のために太陽エネルギーの焦点を太陽光電池の対応するアレイに合わせるように位置付けられるレンズアレイを含む。典型的には、太陽光を光電池に集中させるために使用されるレンズは、スーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）または担体およびフレネル光学構造を備えるフレネルレンズである。フレネル光学構造は、規定の角度の多数のプリズム小面を含む。
【０００４】
シリコーンオンガラス（ＳＯＧ）一次光学部品は、ＣＰＶおよびＣＳＰアレイで用いる１つの選択肢である。ＳＯＧ光学部品において、フレネルレンズは、フレネル構造を有する担体およびシリコーン層（または他の可塑性の高度に透過性で紫外線安定ポリマー）が光電池の底面またはそれに面する側面に鋳造されるガラス製のハイブリッドである。したがって、これらのＳＯＧ一次光学部品において、ガラス担体が天候に曝露される一方で、シリコーン製の微細構造化フレネルレンズは、一次光学部品の表面の内側にあり、ここでそれらの要素への曝露から保護される。これらのＳＯＧ  ＣＰＶまたはＣＳＰは、非常に薄いシリコーン層のみを要求し、かつ耐久性が高いため、太陽電池パネル／モジュールにおいて有用であり、水、極端な温度、および他の環境要因への耐性を呈する。
【０００５】
ＳＯＧ構造におけるガラスは、典型的には、２０〜５０ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張の係数を典型的に有するシリコーンとは異なる８〜１０ｐｐｍ／℃の熱膨張の係数を有する。以下で説明されるように、この差異は、製造上の問題につながり得る。
【０００６】
フレネルレンズは、高温でシリコーンを熱硬化することによって製造される。硬化温度のガラスは、周囲温度のときよりもサイズが大きい。フレネルレンズが周囲温度に戻されると、シリコーンのフレネル構造は、ガラスおよびシリコーンの異なる収縮速度により、金型の形状から逸脱する。ガラスは、材料組成の強度のため最終的に低い引張応力になり、シリコーンは、傾斜におけるある光屈曲を引き起こす光学設計値からの偏差をもたらすより高い値の圧縮応力を有する。この寸法の変化は、シリコーンのフレネル構造の小面に応力を引き起こし、小面に形状を変化させ、かつ金型の線形小面ではなく、湾曲した面を有しさせる。この形状変化は、フレネルレンズの性能を最適条件から逸脱させ、すなわち、光学効率の低下につながる。
【０００７】
したがって、典型的な製造および硬化プロセスの結果として招かれる光学設計からの偏差を補償するレンズを作製する方法の必要性が存在する。先行技術の性能劣化を被らないレンズを提供する必要性も存在する。本技術は、先行技術におけるこれらおよび他の欠陥の打開を対象とする。
【発明の概要】
【０００８】
本技術は、レンズを作製するための方法に関する。この方法は、第１のガラス担体を提供することと、第１のガラス担体の表面上に第１の少なくとも部分的に透過性の層を提供することと、第１の少なくとも部分的に透過性の層の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成することと、第１の少なくとも部分的に透過性の層の１つ以上の傾斜小面および１つ以上の抜き勾配小面における幾何学的誤差を特定して、補正率を作成することと、この補正率に基づいて、第２のガラス担体の表面上の第２の少なくとも部分的に透過性の層の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される補正された１つ以上の傾斜小面を形成することとを含む。
【０００９】
本技術はさらに、上述の方法によって作製されるレンズに関する。このレンズは、ガラス担体と、ガラス担体の表面上の少なくとも部分的に透過性の層とを備え、少なくとも部分的に透過性の層は、その表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する。１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面は、レンズ構造の小面において特定される幾何学的誤差によって決定される補正率に基づいて形成される補正された傾斜および抜き勾配小面である。
【００１０】
本技術はさらに、本明細書に記載のレンズのアレイと、レンズのアレイを通過する光エネルギーを電力に変換するようにレンズのアレイに対して構成される太陽光電池のアレイとを含むシステムに関する。
【００１１】
典型的なシリコーンオングラス光学製品において、光学構造の傾斜小面および抜き勾配小面の交差点は、ガラスにほぼ接触するシリコーンにおける谷の役割を与えられる。この生成物は、シリコーンを硬化するために高温で処理されるが、しかし室温での最終生成物は、応力変形のため、理論的形状またはそのレンズを形成するために使用される工具の形状とは異なる寸法形状を有する。加えて、レンズを製造するために使用される工具の不正確さに起因する幾何学的誤差および工具複製誤差は、光学設計からの偏差および性能劣化を引き起こす。本明細書に記載の方法およびデバイスは、レンズの小面におけるこれらの幾何学的誤差を打開する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に従うレンズを作製するための方法を図解する機能ブロック図である。
【図２】本技術の一実施形態に従うレンズの断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に従うスプライン形状に従うフレネルレンズのプリズム小面の傾斜の変形を示す。
【図４】本発明の一実施形態に従う例示のシリコーン材料の異なる温度での屈折率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
発明の詳細な説明
本技術は、レンズを作製する方法およびそのデバイスに関する。
【００１４】
図１を参照して、本技術の一実施形態に従うレンズを製作するための方法１０が図解される。レンズは、例えば、図２に示されるように、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を含む、多数のプリズム小面を備えるフレネルレンズであり得る。本技術を用いて、ガラスおよび少なくとも部分的に透過性の層の熱膨張の異なる速度のため、寸法変化を引き起こすガラス担体と少なくとも部分的に透過性の層との間の工具の不正確さ、工具複製誤差、および膨張ミスマッチの熱係数によってもたらされる誤差を補償する高性能の最適化レンズが生成される。
【００１５】
ステップ１２において、レンズの光学構造を形成するためのマスターは、工作機械を用いて形成される。一実施形態において、このマスターは、レンズ内に傾斜および抜き勾配小面を形成するために、工作機械で機械加工される。他の切削工具を用いて形成されるマスターが使用され得るが、このマスターは、一点ダイヤモンド切削工具を用いて形成され得る。このマスターは、所望の濃縮機能を実行するように規定される傾斜および抜き勾配小面を含み得る。マスターに好適な材料には、黄銅、アルミニウム、高リンニッケル、およびポリマーが含まれるが、これらに限定されない。
【００１６】
ステップ１２において、レンズの傾斜小面および抜き勾配小面の理論的寸法および形状は、レンズの所望の特性に基づいて計算される。その後、工作機械は、これらの計算を用いてプログラミングされ、マスターが機械加工される。傾斜および抜き勾配小面の光学設計を達成するためのソフトウェアは、カスタム設計され得る。いったん機械加工されると、マスターは、これを用いて所望の光学構造を形成するように複製され得る。マスターを複製する技法には、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第４，５０１，６４６号に記載される電鋳法が含まれる。
【００１７】
本技術の一態様において、マスターは、一点ダイヤモンド工具等の高精度工作機械を用いて形成され、切削力により２ミクロン未満の頂点および谷丸みまたは摩耗を有するマスターをもたらし得る。これは、鋭い頂点および谷の形成を可能にし、より高性能のレンズをもたらす。工作機械は、高い構造的剛性、回転および平行移動軸の高い位置精度および再現性、ならびに十分な振動絶縁を有し得る。
【００１８】
要求される剛性を有する工作機械の例として、Ａｍｅｔｅｋ製のＮａｎｏｆｏｒｍ２５０一点ダイヤモンド回転旋盤が挙げられる。流体静力学的スライドおよび空気軸受工作物保持スピンドルは、フレネルレンズマスター等の金属製の光学構造を作製するように設計される。これらの工作機械は、高分解能光学エンコーダー（０．０１６マイクロメートルのフィードバック分解能）を用いて、フィードバックを提供して、サブミクロンレベルへの軸の移動を可能にする。これらの機械は、それらの全体の移動および剛性にわたって１０マイクロメートル範囲の移動真直度を有する流体静力学的スライドで構築される。回転精度は、２秒範囲内であり、これは、フレネルレンズマスターの機械加工にも要求される。回転軸は、それぞれ、半径方向剛性および軸方向剛性において、２２５および６００ニュートン／ミクロンの剛性を有する。振動絶縁は、花崗岩基盤を用いた質量減衰およびこの工作機械を支援するアクティブアイソレータの組み合わせによって達成される。
【００１９】
一実施形態において、マスターは、反射面からの光の散乱を避けるために滑らかまたは低い二乗平均平方根（ＲＭＳ）の表面仕上げを有する傾斜小面をもたらすように形成される。一実施形態において、５オングストロームＲＭＳ未満の傾斜小面の表面仕上げが提供される。別の実施形態において、３オングストロームＲＭＳ未満の傾斜小面の表面仕上げが提供される。
【００２０】
別の実施形態において、マスターを機械加工するための切削技法は、マスター基材と平行なダイヤモンド工具面を設定することと、その後、それぞれの連続的な小面上でこの表面を規定の角度に回転させることとを含む。上述のように、傾斜および抜き勾配小面の光学設計は、機械コードにプログラミングされ得る。直線傾斜フレネルレンズ表面の光学的規定は、レンズの表面上の所与の位置におけるそれぞれの小面の角度の定義である。この規定をマスターに機械加工する能力は、その設計が機械コードに翻訳されることを要求し、したがって、それぞれの溝が正しく位置付けられ、ダイヤモンド工具が正確な角度に回転する。
【００２１】
図１を再び参照して、ステップ１４において、複製マスターは、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有するレンズを形成するために使用される。一実施形態において、レンズは、ガラス担体と、ガラス担体の表面上の少なくとも部分的に透過性の層とを含む。複製マスターは、少なくとも部分的に透過性の層内に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成するために使用される。
【００２２】
他の材料がガラス担体に適用され得るが、ガラス担体は、部分的に透過性の層にスーパーストレートまたは担体を提供する。
【００２３】
例示の一実施形態において、ガラス担体は、約２．０ｍｍ〜約６．０ｍｍの厚さを有する。別の実施形態において、ガラス担体の屈折率は、約１．５１５〜約１．５１９である。さらなる実施形態において、ガラス担体は、約０．４％未満の鉄含有量を有する低鉄フロートガラスである。さらに別の実施形態では、ガラス担体は、ＴＶＧ  ＤＩＮ  ＥＮ  １８６３、Ａ２によって部分的に熱強化される。
【００２４】
ステップ１４において、材料は、ガラス担体上に鋳造されるように選択され、レンズに少なくとも部分的に透過性の層を提供する。本明細書で使用される「少なくとも部分的に透過性」という用語は、そこを通る光の透過を少なくとも部分的に可能にする材料を意味する。一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層は、高度に透過性であり、特定の光源からの実質的にすべての光がそこを通過することを可能にする。光源は、太陽の光、ランプの光、および人工の光を含むが、これらに限定されない任意の好適な光源であり得る。
【００２５】
可塑性の高度に透過性の紫外線安定ポリマー等の他の材料が用いられ得るが、例示の一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層用に選択される材料は、シリコーンである。好適な少なくとも部分的に透過性の層には、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｓｙｌｇａｒｄ１８４または等価物および光学的に透明な単一成分シリコーンが含まれるが、これらに限定されない。
【００２６】
一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層用に選択される材料は、レンズの選択された動作温度範囲と実質的に同一の硬化温度を有する。特定の一実施形態において、硬化温度は、レンズの選択された動作温度範囲であるか、またはそれ未満である。一実施形態において、選択される材料は、より低い温度でより素早く硬化するカスタマイズされたシリコーンである。そのようなカスタマイズされたシリコーンは、所望の硬化温度および速度に基づいて作成され得、例えば、Ｌｏｃｔｉｔｅ  ５０３３  Ｎｕｖａ−Ｓｉｌシリコーンとして入手可能である。
【００２７】
一実施形態において、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層は、フレネルレンズを形成する。一実施形態において、フレネルレンズの小面角度は、最小スポット径が光の１波長に対する公称焦点距離で得られるように設計される。より短い波長およびより長い波長は、この公称焦点距離でより長い直径を有する（この公称距離の上および下に位置する最小スポット径を有する）。二次光学素子（ＳＯＥ）を利用して、光のより短い波長およびより長い波長の集合を改善することができる。別の実施形態において、フレネルレンズは、多焦点アプローチを含む。複数の溝帯を用いて、一組の特定の波長に焦点を合わせる。一組の隣接小面は、特定の一組の波長と関連付けられてもよく、それぞれのプリズム形状は、関連付けられた波長に焦点を合わせるように作成される。この設計方法は、太陽光を光電池の位置またはＣＰＶにおけるＳＯＥ受容領域に公称的に指向することができる。
【００２８】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を含むレンズを形成するための技法は、当技術分野で既知であり、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第４，１７０，６１６号に記載されている。
【００２９】
ステップ１６において、複製マスターで作製された１つ以上のレンズの小面の性能および表面形状は、補正率を特定するように特徴付けられる。そのような補正率は、生成されるレンズ（複数を含む）の傾斜および抜き勾配小面の寸法における任意の誤差に基づき得、見つけられる誤差に基づいて光学設計の形状に調整される。
【００３０】
補正率は、工作機械の精度および再現性に基づき得る。例えば、補正率は、機械軸の移動真直度または回転精度および機械軸の位置決め再現性の測定結果に基づいて生み出され得る。これらの補正率を用いて、軸の真位置または回転からのこれらの誤差を補償して、その部品を設計規定とより良好に一致させることができる。
【００３１】
さらなる実施形態において、補正率は、工具複製によって引き起こされる寸法変化を含み得る。マスターは、電鋳法によって複製され、このプロセスは、寸法変化をもたらし、小面の位置および角度を公称位置および角度から変化させ得る。変化を定量化し、かつこのデータを用いてレンズ機械加工用のプログラムを補償することで、最終生成物をより光学的規定物のようにする。
【００３２】
補正率は、ポリマー処理により引き起こされる寸法変化も含み得る。マスター工具は、電鋳法によって複製され、その後、最終光学部品は、ポリマーの圧縮成形、射出成形、または鋳造によって作製される。これらのポリマープロセスはすべて、定量化され得る構造の形成後の特定の材料収縮を有する。レンズ構造のプログラミングへのこの収縮の補償は、最終部品をより所望の光学的規定物のようにし、その部品の性能を向上させる。
【００３３】
一実施形態において、スプライン形状に従ってプリズム小面の変形した傾斜を特徴付ける例示の方法が開発されており、図３に図解される。具体的には、補正は、スプライン形状と定義され、理論的傾斜形状から差し引かれる。その後、結果として生じるものは、傾斜表面の補正された形状として使用される。
【００３４】
誤差および補正率がステップ１６において決定された時点で、工作機械は、特徴付け中に見つけられる誤差を補償するようにステップ１８において再プログラミングされる。光学設計を達成するためのソフトウェアは、工作機械の精度および再現性の補正率を組み込み、かつさらなる処理を補償するようにカスタム設計され得る。
【００３５】
ステップ２０において、第２のマスターは、補償された光学設計に基づいて再プログラミングされた工作機械で機械加工される。その後、マスターは、上述のように再度複製され得、ステップ２２において、典型的には処理中に生成される様々な幾何学的誤差を補償する高性能レンズが生成される。
【００３６】
図４に図解されるように、シリコーンの屈折率は、温度依存性を有する。温度依存性は、異なる正常動作温度において最適に機能するようにレンズのマスターを設計するためにも用いられ得る。例えば、ＣＰＶ装置の動作温度範囲が既知である場合、プリズム規定は、この範囲のシリコーンの屈折率値を用いて最適な性能のために構成され得る。異なる硬化温度または異なるシリコーン材料は、その位置における平均動作温度に応じて、様々な地理的位置に使用され得る。
【００３７】
図２を参照して、本技術の一実施形態に従って作製されたレンズ１００が図解される。レンズ１００は、ガラス担体１０２および少なくとも部分的に透過性の層１０４を含む。ガラス担体１０２は、第１の表面１０６および第２の表面１０８を有する。一実施形態において、ガラス担体１０２の第１の表面１０６は、ＣＰＶにおいて使用されるときに天候に曝露される。
【００３８】
ガラス担体１０２の好適な寸法および特性は、上に記載されている。
【００３９】
図２を参照して、少なくとも部分的に透過性の層１０４は、第２の表面１０８に隣接している。本明細書で使用される「隣接した」という用語は、ガラス担体および少なくとも部分的に透過性の層が接触していても接触していなくてもよいが、それらの間に同一種のものが存在しないことを意味する。図２に示される実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層１０４は、第２の表面１０８に隣接しており、かつそれと接触している。
【００４０】
例示の一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層は、シリコーン層である。好適な少なくとも部分的に透過性の層は、上に記載されている。例示の一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層１０４は、約０．１ｍｍ〜約２．０ｍｍの厚さを有する。別の実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層１０４の屈折率は、５８９ナノメートルの波長を有するナトリウムＤ線および２１℃で測定されるとき、約１．４０５〜約１．４２０である。
【００４１】
少なくとも部分的に透過性の層１０４は、１つ以上の抜き勾配（または解放）小面１１２によってともに連結される１つ以上の傾斜小面１１０を含む。傾斜小面および抜き勾配小面１１０、１１２は、小面の頂点１１４および小面の谷１１６を形成する。図２を参照して、小面角度Βおよび抜き勾配角度Α、ならびに小面幅またはピッチＦＷおよび光軸Ｏが示される。傾斜小面および抜き勾配小面１１０、１１２の特定の寸法ならびに結果として得られる小面角度、抜き勾配角度、およびピッチは、レンズアレイの使用目的および特性に基づいて決定される。小面の角度は、典型的には、ゼロまたは表面に平行〜表面から最大約４２度である。小面の高さは、不変であっても可変であってもよく、典型的には、光学設計に基づいて、約０．１ｍｍ〜約１．０ｍｍの範囲であり得る。典型的なピッチまたは小面間隔は、不変であっても可変であってもよく、約０．２ｍｍ〜約０．９ｍｍの範囲であり得る。
【００４２】
図２に示される実施形態において、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層は、フレネルレンズを形成する。
【００４３】
別の実施形態において、傾斜および抜き勾配小面は、上述の方法を用いてレンズ構造の小面の特徴付けによって特定される幾何学的誤差によって決定される補正率で形成される補正された傾斜および抜き勾配小面である。
【００４４】
本技術のさらなる態様は、上述の実施形態のうちのいずれかのレンズのアレイと、レンズのアレイを通過する光エネルギーを電力に変換するようにレンズのアレイに対して構成される太陽光電池のアレイとを含むシステムに関する。
【００４５】
一実施形態において、システムは、ＣＰＶ装置である。太陽光電池において必要とされる全太陽光スペクトルおよび均一性を仮定してレンズの設計をさらに最適化するために、二次光学素子（ＳＯＥ）および反射体もＣＰＶ装置に組み込まれ得る。
【００４６】
上述のように、フレネルレンズを用いて太陽光波長の焦点を太陽光電池に合わせるために、様々な技法が用いられ得る。この例示の技術は、それらの様々な技法が最適化されることを可能にし、太陽光電池の最大効率をもたらす。スポットフォーカスフレネルレンズが使用される場合、設計波長からの光は、太陽光電池上で最小ビーム径を有する。太陽光電池の位置をより高くまたはより低く調整してスポットの焦点をぼかし、より均一の照射を達成し、したがって、電池効率を向上させることができる。自然には、より低い波長およびより高い波長は、同一の直径に焦点を合わせず、太陽光電池の特徴に基づいてトレードオフとして平衡を保たなくてはならないか、またはあるいは、さらなる集光光学部品またはＳＯＥを用いて正常な状態に戻され得る。ＳＯＥの典型的な実施形態には、太陽光電池の上に直接設置されるガラスＴＩＲ反射体または金属系反射体が含まれる。
【００４７】
ＣＰＶ装置は、ＳＯＥを利用しても利用しなくてもよい。ＳＯＥのいくつかの利点には、追従誤差への耐性の改善、太陽光電池上での照射均一性の改善、広域スペクトル範囲にわたる効率の改善、集光比の増加、および組立許容差の改善が含まれる。他方で、ＳＯＥの追加は、装置の費用を増加させ、組立に複雑性を与え、見込まれる故障モードの数を増加させる。
【００４８】
上述のように本発明の基本概念を説明してきたが、上述の詳細な開示が、ほんの一例として提示されるよう意図されており、限定するものではないことは、当業者に明らかであろう。本明細書で明確に述べられていないが、様々な変更、改善、および修正が生じ、当業者を対象とする。これらの変更、改善、および修正は、本明細書によって提案されるように意図されており、本発明の精神および範囲内である。さらに、列挙される要素を処理する順序もしくはシーケンス、またはその数、文字、もしくは他の記号表示の使用は、特許請求の範囲に明記される場合を除き、特許請求されるプロセスをいかなる順序に限定するようには意図されていない。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲およびその等価物によってのみ限定される。
【図１】
2014520286.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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