(57)【要約】太陽放射を変換する為のデバイスが記載されており、ここで、該デバイスは、ドープされたホスト物質又はドープされた非晶質ホスト物質を含む無機発光物質と、ここで、該ドープされたホスト物質は、太陽光スペクトルのＵＶバンド、可視バンド、及び／又は近赤外線バンド（の一部）の放射を、所定の近赤外線バンド、好ましくは１１５０ｎｍ〜１２５０ｎｍ、好ましくは１１９０ｎｍ辺り、の近赤外線バンド（Ｍｎ５＋の射出ピーク周囲のバンド）の放射に変換する為にＭｎ５＋イオンでドープされている；又は、前記ドープされた非晶質ホスト物質は、元素Ａｌ、Ｓｉ、Ｏ及びＮ（ＳｉＡｌＯＮ）を含み、及び、前記ドープされたホスト物質は、太陽光スペクトルのＵＶバンド、可視バンド、及び／又は近赤外線バンド（の一部）の放射を、より長い波長、好ましくは６５０ｎｍ〜８００ｎｍのより長い波長、又は約１１４０ｎｍのより長い波長の放射に変換する為にＳｍ２＋及び／又はＴｍ２＋イオンでドープされている；並びに、前記変換された放射の少なくとも一部を電力に変換する為の少なくとも１つの光起電デバイスを備えている。【選択図】図７Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽放射を変換する為のデバイスであって、
ドープされたホスト物質を含む無機発光物質と、
ここで、前記ドープされたホスト物質は、太陽光スペクトルのＵＶバンド、可視バンド、及び／又は近赤外線バンド（の一部）の放射を、所定の近赤外線バンド、好ましくは１１５０ｎｍ〜１２５０ｎｍ、より好ましくは１１８０ｎｍ〜１２００ｎｍ、の近赤外線バンド（Ｍｎ５＋の射出ピーク周囲のバンド）の放射に変換する為にＭｎ５＋イオンでドープされている；又は、
ここで、前記ドープされたホスト物質は、元素Ａｌ、Ｓｉ、Ｏ及びＮ（ＳｉＡｌＯＮ）を含み、及び、前記ドープされたホスト物質は、太陽光スペクトルのＵＶバンド、可視バンド、及び／又は近赤外線バンド（の一部）の放射を、所定の可視赤色バンド、好ましくは６５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長の可視赤色バンド（Ｍｎ2＋の射出ピーク周囲のバンド）の放射に、及び／又は所定の近赤外線バンド、好ましくは１１００〜１２００ｎｍ、より好ましくは１１３０ｎｍ〜１１５０ｎｍ、の波長の近赤外線バンド（Ｔｍ２＋の射出ピーク周辺のバンド）の放射に、変換する為にＳｍ２＋及び／又はＴｍ２＋イオンでドープされている；並びに、
前記変換された放射の少なくとも一部を電力に変換する為の少なくとも１つの光起電デバイス
を備えている、前記太陽放射を変換する為のデバイス。
【請求項２】
前記ドープされたホスト物質が、ドープされたマイクロ粒子及び／又はナノ粒子を含み、好ましくは、該マイクロ粒子は１〜２００ミクロン、好ましくは１〜１００ミクロン、より好ましくは１〜３０ミクロン、の平均サイズを有し、及び、該ナノ粒子は、１〜８００ｎｍ、好ましくは２〜６００ｎｍ、より好ましくは３〜５００ｎｍ、なおより好ましくは１０〜３００ｎｍ、の平均サイズを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ドープされたホスト物質が、透明なマトリックス材料、好ましくは有機マトリックス材料、又は無機マトリックス材料中に分散されたマイクロ粒子及び／又はナノ粒子の層を含む、請求項１又は２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ドープされたホスト物質が、薄膜層、好ましくは結晶薄膜層（例えば、ナノ結晶、マイクロ結晶又は多結晶の薄膜層）、又は非晶質薄膜層を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ドープされたホスト物質のドーパント濃度は、０．０１〜９９．９９％、０．０１〜９０％、０．０１〜８０％、０．１〜５０％、０．２〜２５％、０．２〜２０％、０．５〜１０％のうちの少なくとも１つから選択される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項６】
Ｔｍ２＋及び／又はＳｍ２＋でドープされたホスト物質が、３％よりも小さい、好ましくは２％よりも小さい、ヘイズを有する非晶質薄膜層である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項７】
Ｍｎ５＋でドープされたホスト物質が、三成分無機材料及び／又は四成分無機材料を含み、好ましくは、該三成分無機材料が一般式Ｍ３（ＸＯ４）２によって定義され、ここで、Ｍ＝Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒであり、かつＸ＝Ｐ、Ａｓ、Ｖであり、及び該四成分無機材料が一般式Ｍ５（ＸＯ４）３Ｙによって定義され、ここで、Ｍ＝Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒであり、及び、Ｘ＝Ｐ、Ａｓ、Ｖであり、かつＹ＝ＯＨ、Ｃｌ、Ｆである、請求項１〜６のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光起電デバイスは、前記発光物質によって生成された放射を、好ましくは６５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長の可視赤色／近赤外バンド又は１１００〜１２５０ｎｍの近赤外線バンドの放射、を、電力に変換するように構成されており、より好ましくは、該光起電デバイスは、ＩＶ、ＩＩＩ−Ｖ及び／又はＩＩ−ＶＩ半導体の１以上の層を備えており、好ましくは、該１以上の層が、ケイ素、ヒ化ガリウム、テルル化カドミウム、リン化インジウム、銅インジウムガリウム（ジ）セレニド（ＣＩＧＳ）及び／又は銅インジウム（ジ）セレニド（ＣＩＳ）を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項９】
前記発光性無機材料が、導波路構造の一部であるか又は導波路構造に関連付けられており、該導波路構造が、該変換された放射を前記少なくとも１つの光起電デバイスに導くように構成されており、好ましくは、該導波路構造は、第１の（上部）表面及び第２の（底部）表面及び１以上の端部を含む平らな導波路構造であり、前記少なくとも１つの光起電デバイスは、該平らな導波路構造の複数の端部のうちの１つに配置されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記導波路構造が、第１の表面及び第２の表面を有する透明な有機又は無機の物質（のスラブ又はプレート）を含み、好ましくは、該無機発光物質は、該導波路構造の第１の表面及び／又は第２の表面の全体に又は少なくとも１部に備えられており、及び／又は、該無機発光物質が、導波路構造に包埋されている、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
該導波路構造は、第１の板状物及び第２の板状物、並びに該第１の板状物と第２の板状物との間に所定の間隔をもたらす為の少なくとも１つのスペーサー構造、好ましくは該第１の板状物及び第２の板状物の外周でのスペーサー構造、を備えており、好ましくは、該第１の板状物及び／又は第２の板状物は、有機又は無機の、例えばガラスの、板状物を含み、該無機発光物質が、該第１の板状物及び／又は第２の板状物の複数の表面の少なくとも１つにわたって備えられており、該第１のガラス及び該２のガラスにより規定される空間は、前記発光層によって生成された放射の少なくとも一部を、少なくとも１つの光起電デバイスに向けて導く為の導波路構造を画定する、請求項９又は１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
１以上の光学層が、前記第１の板状物及び／又は第２の板状物の内面又は外面にわたって備えられ、ここで、該１以上の光学層が、前記無機発光物質によって生成された放射の為の、好ましくは６５０ｎｍ〜８００ｎｍである可視赤色バンドにおける放射及び／又は１１００〜１２５０ｎｍである近赤外線バンドにおける放射の為の、１以上の反射層及び／又は屈折層を含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記発光性無機材料の少なくとも１部は、該少なくとも１つの光起電デバイスの受光面にわたって備えられている、及び／又は該少なくとも１つの光起電デバイスは、該発光性無機材料を含む１以上の薄膜層を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の太陽放射を変換する為のデバイスを備えている窓アセンブリ。
【請求項１５】
太陽放射を変換する為の窓アセンブリであって、
少なくとも、第１の窓板状物及び第２の窓板状物、並びに少なくとも該第１の窓板状物と第２の窓板状物との間に所定の間隔をもたらす為の少なくとも１つのスペーサー構造と、
太陽光スペクトルのＵＶバンド、可視バンド、及び／又は近赤外線バンド（の一部）の放射を、所定の可視赤色バンド及び／又は近赤外線バンドの放射に変換する為の無機発光物質と、ここで、該第１の窓板状物、該第２の窓板状物、及び／又は該第１の窓板状物と該第２の窓板状物との間の空間は、発光物質によって生成された放射の少なくとも１部を少なくとも１つの光起電デバイスに向けて導く為の１以上の導波路構造を画定する、並びに、
該第１の窓板状物及び第２の窓板状物の１以上の端部に沿って置かれた１以上の光起電デバイス、ここで、該光起電デバイスの受光表面は、該発光物質によって射出された放射を受けるように方向付けされている、
を備えている、前記窓アセンブリ。
【請求項１６】
前記無機発光物質が、該第１の窓板状物及び第２の窓板状物の複数の表面の少なくとも１つの全体に又はその一部の上に薄膜層として備えられている、請求項１５に記載の窓アセンブリ。
【請求項１７】
１以上の光学層が、前記第１の窓板状物及び／又は第２の窓板状物の複数の表面の全体に又は少なくとも一部の上に備えられ、ここで、該１以上の光学層が、前記無機発光物質によって生成された放射の為の、好ましくは６５０ｎｍ〜８００ｎｍである可視赤色バンドにおける放射又は１１００〜１２５０ｎｍである近赤外線バンドにおける放射の為の、１以上の反射層及び／又は屈折層を含む、請求項１５又は１６に記載の窓アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽放射変換デバイスの為の無機発光物質、特に排他的ではないが、太陽放射変換デバイス、例えば光起電デバイス又は発光太陽光集光器、の為のＭｎ５＋、Ｓｍ２＋及び／又はＴｍ２＋でドープされた無機発光物質に、そのような無機発光物質を含む太陽変換デバイスに、並びにそのような物質を合成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光太陽光集光器（ＬＳＣ：Luminescent  solar  concentrators）は、安価な発光プレートを使用して、該プレートの両側で、小面積のストリップタイプの光起電デバイス上に日光を集光して、太陽エネルギー発生コストを低減することを目的とする。そのようなスキームにおいて、日光は、プレート内の発光物質によって吸収され、そして全ての方向に再射出される。かなりの割合の光が、全内部反射によってプレートに捕捉される。このようにして、該プレートは光ガイドとして作用し、ここで、再射出された光は、光起電デバイスが光を電力に変換するプレートの境界に導かれる、同様に、デバイスの全変換効率を増大する為に、光起電デバイス、例えば太陽電池、の上部にある又はそれに統合された簡単な発光変換層（ＬＣＬ：luminescent  conversion  layers）が使用されうる。そのようなスキームにおいて、日光（の一部）が、該変換層の発光物質によって吸収され、そして全ての方向に再射出される。かなりの割合の光が、全内部反射によって直接的又は間接的に該デバイスに接続される。このようにして、光路長が増強されることに起因して、該電池における吸収効率が高められ、光起電デバイスは、発光物質の射出波長でのより高い外部量子効率（ＥＱＥ：external  quantum  efficiency）を有する。
【０００３】
太陽光パネルは、既に世界のエネルギー生成に寄与しているが、ＬＳＣ及びＬＣＬは、商用的にまだ入手不可能である。その概念は魅力的ではあるが、十分な効率を有する大型のＬＳＣ及びＬＣＬの製造は、かなり困難であり且つ幾つかの重要な問題の解決を包含している。これらの問題は主に、ＬＳＣ又はＬＣＬにおいて使用される発光物質に関連付けられた欠点に関する。
【０００４】
理想的には、大規模なＬＳＣ及びＬＣＬ用途の為に使用されることができる効率的な発光物質は、或る要件を満たすべきである。該物質は、広域スペクトル吸収、吸収スペクトルの全体に高吸収効率、重複しない吸収スペクトル及び射出スペクトル（すなわち、大きいストークスシフト（Stokes’  shift））、高い発光量子効率（すなわち、射出光子及び吸収光子の比）、並びにそれらが接続されるＰＶ電池のスペクトル応答に合致する光子射出を包含する、有利な発光特性を有するべきである。更に、該物質は、発光物質が使用される光学デバイスの材料及び／又は用途と適合性がある光学特性及び構造特性を有するべきである。
【０００５】
現況技術の発光物質は、これらの要件を満たしておらず、従ってこれらの物質の大規模な用途を阻害する。これらの問題の詳細な説明は、Boer  et  al.,  Progress  in  phosphors  and  filters  for  luminescent  solar  concentrators,  29  March  2012,  vol.  20,  No.  53,  Optics  Expressによる論文において提供されている。
【０００６】
ＬＣＳにおける用途について現在研究されている発光物質の興味深い群が、無機希土類化合物である。典型的には、これらの物質は、無機希土類イオンでドープされている多結晶ホスト物質を包含する。これらの物質は、吸収と射出との間で、相対的に大きいシフトを示すことができる。例えば、欧州特許出願公開第３０５０１２６号明細書には、広帯域吸収を示し且つ自己吸収を示さないＴｍ２＋イオンに基づく発光物質が記載されている。
【０００７】
これらの物質は、慣用的な発光物質を使用する場合に生じる再吸収の問題に関して有利な特性を有するが、Ｔｍ２＋発光物質の調製は、処理中のＴｍ２＋イオンの相対的に低い安定性に起因して、特定の条件（例えば、不活性雰囲気）を必要とする。ツリウムは希土類金属であり、それは２つの酸化状態、Ｔｍ２＋及びＴｍ３＋、で見出されることができ、ここで、該有利な発光特性は、Ｔｍ２＋酸化状態に関連付けられている。この酸化状態は、該２つの中でより低い安定性状態であるので、長期間にわたってＴｍイオンをその二価（２＋）状態で維持すること、及び／又はＴｍ２＋を安定な工業的に許容されるホストに、すなわち光起電デバイス及び窓グレージング構造（window  glazing）の製造に使用されるプロセス及び材料と適合性があるホストに、組み込むことは、非常に困難である。
【０００８】
追加的に、発光層が、バインダー材料（例えば、有機バインダー材料）中に分散された無機発光粒子を含む粒子ベースのコーティングの形態、又は堆積技術、例えばスパッタリング、を使用して形成される結晶薄膜層の形態のいずれかで実現される。両方の層タイプについてｄｅ  Ｂｏｅｒ等による論文中に記載されている通り、優れた発光特性、及び同時に優れた光学特性（特に、発光性の光の光学散乱が低い）、並びにこれらの発光物質が使用される光学デバイス、例えばＬＳＣ、の材料、用途及び製造プロセスと適合性がある機械的／化学的／熱的特性を示す、安定な広帯域吸収性発光物質を製造することは、困難である。
【０００９】
例えば、慣用的な発光粒子ベースのコーティング中のマイクロ粒子は、光学デバイスから出る発光性の光の散乱を引き起こし得、従ってデバイスの効率を低減する。この問題は、屈折率整合バインダーを使用することによって解決することが可能でありうるが、十分な放射を吸収し、散乱を示さないか、又は少なくとも少ない散乱を示す、機械的及び熱的に安定な層を製造することは依然として課題である。同様に、慣用的な多結晶薄膜発光層は、該層から出る発光性の光の散乱を引き起こし、それによって、該層が使用される太陽光変換デバイスの効率を低減しうる。追加的に、薄膜層における散乱中心は、薄膜層上に落下する光の少なくとも一部の反射及び／又は拡散を包含するヘイズをもたらしうる。従って、低反射ヘイズは、大規模な窓板状物用途（window  pane  applications）の必須要件であるので、そのような薄膜発光層で窓板状物をコーティングすることは、窓板状物の外観及び／又は光学特性に、負の影響を及ぼしうる。
【００１０】
従って、広帯域吸収（すなわち、太陽光スペクトルの大部分にわたる吸収）を示し、自己吸収を殆ど（又は全く）示さず、光起電デバイスと容易に整合されうる射出スペクトルを示し並びにこれらの発光層が使用される光学デバイスの物質、用途及び製造プロセスと適合性がある光学的、機械的及び／又は熱的特徴を示すところの安定な無機発光物質の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、従来技術で知られている欠点のうちの少なくとも１つを低減又は排除することである。
【００１２】
一つの観点において、本発明は、Ｍｎ５＋でドープされた無機発光物質、及びそのようなＭｎ５＋でドープされた無機発光物質を含む太陽放射変換デバイスに関係しうる。Ｍｎ５＋でドープされた無機発光物質は特に、太陽光スペクトルのＵＶ、可視及び近赤外線部分の太陽放射を、１１５０〜１２５０ｎｍの近赤外線バンドの放射、好ましくは約１１９０ｎｍの波長の放射（Ｍｎ５＋の射出ピーク）、に変換するのに好適である。
【００１３】
一つの実施態様において、該太陽光変換デバイスは、太陽光スペクトルのＵＶバンド及び／又は可視バンドの放射を、所定の近赤外線バンド、好ましくは１１５０ｎｍ〜１２５０ｎｍ、より好ましくは１１８０ｎｍ〜１２００ｎｍ、の近赤外線バンド（Ｍｎ５＋の射出ピーク周囲のバンド）の波長の放射に変換する為にＭｎ５＋イオンでドープされているドープされたホスト物質を含む、無機発光物質と、該変換された放射の少なくとも一部を電力に変換する為の少なくとも１つの光起電デバイスとを備えうる。
【００１４】
Ｍｎ５＋ベースの無機発光物質は、大きいストークスシフトを示し、従って、太陽放射変換デバイスにおける自己吸収の問題は生じない。Ｍｎ５＋ベースの無機発光物質は、慣用的な発光物質、例えば色素、の太陽放射の吸収と比較して、日光スペクトルから２倍超の量の電力を吸収する。更に、Ｍｎ５＋ベースの無機発光物質の１１９０ｎｍでの射出ピークは、有利なことに、単接合ＰＶ（光起電）デバイス、例えばＣＩＧＳベースのＰＶデバイス、に基づく広範な太陽光スペクトル（特に、ＡＭＩ１．５太陽光スペクトル）の最適な変換の為の１．０４ｅＶバンドギャップと一致する。この特色は、太陽光変換デバイス、例えばＬＳＣ又はＬＣＬ、の全変換効率を改善することを可能にする。Ｍｎ５＋でドープされた材料は、従来技術で既知の太陽変換デバイスにおいて使用されるＴｍ２＋でドープされた材料とは対照的に、空気への曝露後に高い安定性を示し、それによって、ハイエンド用途（high-end  applications）、例えば窓板状物及びグレージングアセンブリ、における発光物質の使用を可能にする。その上、マンガンは、地上で最も豊富な１２種の元素のうちの一つであり且つ相対的に低価格であり、それは、希土類ドーパント、例えばランタノイド、と比較して利点を与える。
【００１５】
一つの実施態様において、該発光物質は、Ｍｎ５＋イオンでドープされた三成分無機ホスト材料及び／又は四成分無機ホスト材料を含みうる。一つの実施態様において、該発光（射出）は、Ｍｎ５＋イオンに由来する。別の実施態様において、Ｍｎ５＋イオンは、０．０１〜９９．９９％、０．０１〜９０％、０．０１〜８０％、０．１〜５０％、０．２〜２５％、０．２〜２０％、０．５〜１０％、のうちの少なくとも１つから選択される濃度で、ホスト物質中に存在しうる。
【００１６】
一つの実施態様において、三成分無機ホスト材料は、一般式Ｍ３（ＸＯ４）２（ここで、Ｍ＝Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒであり、且つＸ＝Ｐ、Ａｓ、Ｖである）によって定義されうる。別の実施態様において、四成分無機ホスト物質は、一般式Ｍ５（ＸＯ４）３Ｙ（ここで、Ｍ＝Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒであり、且つ、Ｘ＝Ｐ、Ａｓ、Ｖであり、且つＹ＝ＯＨ、Ｃｌ、Ｆである）によって定義されうる。特に、Ｂａ３（ＰＯ４）２は、Ｍｎ５＋イオンの為のホスト物質として使用されうる。Ｍｎ５＋でドープされた無機材料は、太陽光スペクトルについて優れた吸収特徴を示し、それは、Ｍｎ５＋の１Ｅ→３Ａ２遷移に対応する、赤外線領域の鋭い射出線を有する。
【００１７】
一つの実施態様において、Ｍｎ５＋でドープされた発光性ドープ無機材料は、結晶薄膜層又は結晶粒子を含み得、ここで、該ナノ粒子は、マトリックス材料に包埋されている。該材料の結晶化度は、ナノ結晶、マイクロ結晶、多結晶でありうる。一つの実施態様において、該粒子は、マイクロ粒子でありうる。別の実施態様において、該粒子は、ナノ粒子でありうる。ここで、語  マイクロ粒子は、１〜２００ミクロン、好ましくは１〜１００ミクロン、より好ましくは１〜３０ミクロン、の平均サイズを有する粒子を云いうる。語  ナノ粒子は、１〜８００ｎｍ、好ましくは２〜６００ｎｍ、より好ましくは３〜５００ｎｍ、の平均サイズを有する粒子を云いうる。更なる実施態様において、該粒子は、１０〜３００ｎｍ、好ましくは２０〜２００ｎｍ、から選択されうる。該ナノ粒子は、該デバイス内の散乱に起因する喪失が排除されるか又は少なくとも実質的に低減される効果を提供する。
【００１８】
Ｍｎ５＋ベースの無機発光物質は、Ｍｎ５＋ベースの無機発光物質が、薄膜太陽光集光器デバイスに容易に統合されうるように、様々な方法、例えば慣用的な半導体処理法と適合性がある堆積法を包含する様々な方法、を使用して合成されうる。
【００１９】
一つの実施態様において、該太陽放射変換デバイスは波長変換層を備えており、ここで、該発光性Ｍｎ５＋無機材料は、該光起電デバイスの受光面にわたって備えられる。一つの実施態様において、該光起電デバイスは、該発光性Ｍｎ５＋無機材料を備えうる。一つの実施態様において、該光起電デバイスは、該発光性Ｍｎ５＋無機材料を含む薄膜層を備えうる。
【００２０】
一つの実施態様において、該Ｍｎ５＋発光物質の太陽放射フォトルミネセンス励起は、Ｍｎ５＋イオンの３Ａ２→３Ｔ２、３Ａ２→３Ｔ１（３Ｐ）、且つ３Ａ２→３Ｔ１（３Ｆ）電子遷移に起因する。１１９０ｎｍにピークを有する最強のフォトルミネセンスの鋭い線の射出は、Ｍｎ５＋イオンの１Ｅ→３Ａ２遷移に起因する。
【００２１】
更なる観点において、本発明は、発光太陽エネルギー集光器又は太陽電池における発光性Ｍｎ５＋無機結晶材料の使用に関しうる。
【００２２】
別の観点において、本発明は、Ｍｎ５＋でドープされた発光性無機結晶材料を合成する為の方法であって、或る量の少なくとも第１の無機イオン化合物を、第２の無機イオン化合物及び第３の無機イオン化合物と焼結させることを含み得、ここで、該第３のイオン化合物はＭｎ２＋カチオンを含み、該Ｍｎ２＋カチオンが、加熱及び酸化プロセスの後に、該Ｍｎ５＋酸化状態に達する、上記方法に関しうる。合成方法全体は、空気中、炉の中で実施される。
【００２３】
更に別の観点において、本発明は、Ｍｎ５＋でドープされた発光性無機多結晶薄膜を基材上に形成する方法であって、スパッタリング標的に、Ｍｎ５＋ドーパントを含む発光性無機イオン化合物を提供すること、スパッタリングチャンバ内にガスを導入すること、及びＭｎ５＋カチオンでドープされている該発光性無機イオン化合物の薄膜層を成長させる為に、ＲＦ（又はパルスＤＣ）電位を該スパッタリング標的に印加し、それによって、標的から該基材上に材料のスパッタリングを引き起こすことを含みうる、上記方法に関しうる。
【００２４】
更なる観点において、本発明は、ＵＶ及び／又は可視スペクトルの少なくとも一部の太陽放射を、より長い波長の放射に変換する為の、Ｓｍ２＋イオンでドープされている元素Ａｌ、Ｓｉ、Ｏ及びＮ（ＳｉＡｌＯＮ）を含む無機発光物質、並びにそのようなＳｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ材料を備えている太陽放射変換デバイスに関しうる。本開示書において言及されるＳｉＡｌＯＮ材料は、中性単位ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ及びＳｉ３Ｎ４の直線的な組み合わせ、すなわち＊ＳｉＯ２＋ｂ＊Ａｌ２Ｏ３＋ｃ＊ＡｌＮ＋ｄ＊Ｓｉ３Ｎ４（ここで、ａ、ｂ、ｃ及びｄは、互いに独立な全ての値（非整数を含む）をとることができる）と記載されることができる任意のＳｉＡｌＯＮ化学量論量を含む。太陽光スペクトルのＵＶ及び可視バンドの太陽放射を、６５０ｎｍ〜８００ｎｍの可視赤色／近赤外線バンドの放射に変換する為に、Ｓｍ２＋ベースの無機発光物質が特に好適である。
【００２５】
一つの実施態様において、該太陽光変換デバイスは、ドープされたホスト物質を含む無機発光物質を含み得、該ドープされたホスト物質は、Ｓｍ２＋及び／又はＴｍ２＋イオンでドープされ、該ホスト物質は、太陽光スペクトルのＵＶバンド及び可視バンドの放射を、所定の可視赤色バンド、好ましくは６５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長の可視赤色バンド、及び／又は所定の近赤外線バンド、好ましくは１１００〜１２００ｎｍ、より好ましくは１１３０ｎｍ〜１１５０ｎｍ、の波長の近赤外線バンド（Ｔｍ２＋の射出ピーク周辺のバンド）の放射に、変換する為の、元素Ａｌ、Ｓｉ、Ｏ及びＮ（ＳｉＡｌＯＮ）を含む無機発光物質、並びに該変換された放射の少なくとも一部を電力に変換する為の少なくとも１つの光起電デバイスを備えうる。
【００２６】
一つの実施態様において、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質は、非晶質薄膜層であり得、それは、ヘイズ（haze）を全く示さないか又は少なくとも非常に低いヘイズを示す。一つの実施態様において、そのような非晶質薄膜層は、Ｓｍ２＋でドープされた元素Ａｌ、Ｓｉ、Ｏ及びＮ（ＳｉＡｌＯＮ）に基づくスパッタリング技術、好ましくは反応性マグネトロンスパッタリング技術、を使用して形成されうる。これらの非晶質ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋でドープされた層は、ＵＶ及び／又は可視スペクトルの少なくとも一部の太陽放射を、より長い波長の放射に変換することができ、好ましくは、該放射は６５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長を有する。
【００２７】
Ｓｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ物質の発光特性、光学特性、及び機械特性は、太陽光変換デバイスにおける使用の為に特に有利である。ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質は、用途に応じてＳｍ濃度を変えるか又はコーティングの厚さを変えることによって、Ｓｍ２＋イオンの励起波長で完全な透明から完全に不透明まで調節可能な高い透明度を有する。コーティングの非晶質性質に起因して、可視範囲（３９０ｎｍ〜７００ｎｍ）のヘイズは、極めて低く、ヘイズがヒトの目によって検出されることができるレベルを超えない。その上、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質の屈折率は、基材、例えばガラス、の屈折率に整合して、最適な導波路効率が得られる為に、主にＯ／Ｎ比を変更することによって１．５〜２．１に調整されることができる。その上、ＳｉＡｌＯＮコーティングは、化学的に非常に安定であり、且つガラス産業の既に存在する堆積プロセスに容易に統合されることが知られている。
【００２８】
光学特性に加えて、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋薄膜の発光特性は、コーティングが、高い太陽光変換効率を達成することを可能にする。特定のＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質は、日光の３１％を吸収し、且つ太陽放射変換デバイスにおいて自己吸収の問題が生じないと同時に、６９％の算出されたストークスを維持するように十分に大きいストークスシフトを示す。
【００２９】
その上、６５０ｎｍ〜８００ｎｍをカバーするＳｍ２＋射出波長は、約７００ｎｍで９０％超の外部量子効率を伴って高効率な１．１２ｅＶ結晶シリコンのＰＶを使用して、電力への変換を行うことを可能にする。同様に、該Ｓｍ２＋射出波長は、１．４ｅＶバンドギャップＧａＡｓのＰＶデバイスを使用して、電力に変換することを可能にする。
【００３０】
より一般的には、太陽光集光デバイスの１以上のＰＶデバイスは、６５０ｎｍ〜８００ｎｍの可視赤色／近赤外線バンド又は１１５０〜１２５０ｎｍの近赤外線バンドの放射（発光物質によって生成された）を電力に転換する為に最適化されうる。
【００３１】
例えば、一つの実施態様において、該光起電デバイスは、１以上の銅インジウムガリウム（ジ）セレニド（ＣＩＧＳ：Copper  Indium  Gallium  (di)Selenide）層を備えうる。別の実施態様において、光起電デバイスは、１以上の銅インジウム（ジ）セレニド（ＣＩＳ：Copper  Indium  (di)Selenide）層を備えうる。これらの物質は、励起されたドーパント部位によって射出された射出近赤外放射を、電気エネルギーに変換するのに非常に効率的である。更なる実施態様において、該光起電デバイスは、ＮＩＲ／ＩＲ吸収有機層又はＮＩＲ／ＩＲ色素増感層を備えうる。一つの実施態様において、該光電池は、ＮＩＲ／ＩＲ吸収量子ドットで増感される有機半導体層、例えばＭＥＨ−ＰＶＶ、を備えうる。例えば、量子ドットは、低バンドギャップ（二成分）半導体（例えば、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＩｎＡｓ及び／又はＨｇＴｅ）量子ドットのサイズを制御することによって、９００〜２０００ｎｍの（近）赤外スペクトルにおいて吸収するように適合させられうる。例えば、Sargent等の''Solution-based  Infra-Red  Photovoltaic  Devices,  Nature  Photonics  3,  325-331  (2009)を参照されたい。別の実施態様において、該光電池は、（単）層カーボンナノチューブ層又はグラフェン活性ＮＩＲ／ＩＲ吸収層を備えうる。
【００３２】
代替的には、一つの実施態様において、光起電デバイスは、ＩＶ及びＩＩＩ−Ｖ半導体の１以上の層、例えば、結晶（例えば、多結晶、マイクロ結晶又はナノ結晶）若しくは非晶質のシリコンの太陽光モジュール、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）タイプのモジュール、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）タイプのモジュール、及び／又はリン化インジウム（ＩｎＰ）の太陽光モジュールを包含するＩＶ及びＩＩＩ−Ｖ半導体の１以上の層、を備えうる。これらの物質は、可視赤色／近赤外線バンドにおける効率的な変換をもたらす光起電デバイスに特に好適である。
【００３３】
一つの実施態様において、該太陽光変換デバイスは、導波路構造の一部であるか又は導波路構造に関連付けられた発光性無機材料を含み得、該導波路構造は、該変換された放射を光起電デバイスに導くように構成されており、好ましくは、該導波路構造は、第１の（上部）表面及び第２の（底部）表面及び１以上の端部を含む平らな導波路構造であり、該少なくとも１つの光起電デバイスは、該平らな導波路構造の複数の端部のうちの１つに配置されている。
【００３４】
一つの実施態様において、該導波路構造は、第１の（上部）表面及び第２の（底部）表面を有する透明な物質のスラブ（slab）又はプレート（plate）を備え得、好ましくは、該無機発光物質は、該導波路構造の第１の表面及び／又は第２の表面の全体に又は少なくとも１部に備えられており、及び／又は、該無機発光物質が、該導波路構造に包埋されている。
【００３５】
一つの実施態様において、該導波路構造は、第１の（内側）ガラス板状物及び第２の（外側）ガラス板状物、並びに該第１のガラス板状物と第２のガラス板状物との間に所定の間隔をもたらす為の少なくとも１つの周辺スペーサー構造を備え得、該無機発光物質は、該第１のガラス板状物及び／又は第２のガラス板状物の複数の表面の少なくとも１つにわたって備えられ、該第１のガラス板状物及び第２のガラス板状物により規定される空間は、該発光層によって生成された放射の少なくとも一部を、少なくとも１つの光起電デバイスに向けて導く為の導波路構造を画定する。
【００３６】
一つの実施態様において、１以上の光学層が、該第１のガラス板状物及び／又は第２のガラス板状物の内表面又は外表面にわたって備えられ、ここで、該１以上の光学層が、該無機発光物質によって生成された放射を選択的に反射するように適応された反射層を含み、好ましくは、該放射は、近赤外線バンドの放射、より好ましくは１１００〜１２５０ｎｍの近赤外線バンドの放射、である。
【００３７】
別の実施態様において、該１以上の光学層は、該無機発光物質によって生成された放射、好ましくは６５０〜８００ｎｍの放射、を選択的に屈折するように適応された屈折層を含み得、該屈折層は、放射の少なくとも一部を、導波路構造の端部に向かわせる。
【００３８】
一つの実施態様において、該太陽光変換デバイスは、光起電デバイスを備え得、ここで、該発光性無機材料の少なくとも一部は、該少なくとも１つの光起電デバイスの受光面にわたって備えられている、及び／又は該少なくとも１つの光起電デバイスは、該発光性無機材料を含む１以上の薄膜層を含む。
【００３９】
また更なる観点において、本発明は、窓アセンブリであって、第１の（内側）窓板状物及び第２の（外側）窓板状物、並びに該第１の窓板状物と第２の窓板状物との間に所定の間隔をもたらす為の少なくとも１つの周辺スペーサー構造と、ここで、該無機発光物質は、該第１の窓板状物及び／又は第２の窓板状物の複数の表面の少なくとも１つにわたって備えられ、該第１の窓板状物、該第２の窓板状物、及び／又は該第１の窓板状物及び第２の窓板状物によって画定された空間は、発光層によって生成された放射の少なくとも一部を、少なくとも１つの光起電デバイスに向けて導く為の１以上の導波路構造を画定する；並びに、該第１の窓板状物及び第２の窓板状物の１以上の端部に沿って置かれた１以上の光起電デバイス、ここで、該光起電デバイスの受光表面は、該発光物質によって射出された放射を受けるように方向付けされている、を備えている、上記窓アセンブリに関する。従って、二重又は多重の板状物の窓構造の１以上の窓板状物の１以上の表面の一部は、発光物質でコーティングされ得、及び２つの窓板状物の間の空間又は該窓板状物自体が、発光放射を光起電デバイスに向けて導く為の導波路構造として使用されうる。
【００４０】
一つの実施態様において、該無機発光物質は、ドープされたホスト物質を含む無機発光物質を含み、該ドープされたホスト物質は、太陽光スペクトルのＵＶ可視及び／又は近赤外線バンドの放射を、所定の近赤外線バンド、好ましくは１１５０ｎｍ〜１２５０ｎｍ、より好ましくは１１８０ｎｍ〜１２００ｎｍ、の近赤外線バンド（Ｍｎ５＋の射出ピーク周囲のバンド）の波長の放射に変換する為に、Ｍｎ５＋イオンでドープされており、又は該ドープされたホスト物質、好ましくはドープされた非晶質ホスト物質、は、Ｓｍ２＋及び／又はＴｍ２＋イオンでドープされており、該ホスト物質は、太陽光スペクトルのＵＶ及び可視バンドの放射を、所定の可視赤色バンド、好ましくは６５０ｎｍ〜８００ｎｍの可視赤色バンド及び／又は所定の近赤外線バンドの波長、好ましくは１１００〜１２００ｎｍ、より好ましくは１１３０ｎｍ〜１１５０ｎｍ、の近赤外線バンドの波長（Ｔｍ２＋の射出ピーク周囲のバンド）の放射に変換する為の、元素Ａｌ、Ｓｉ、Ｏ及びＮ（ＳｉＡｌＯＮ）を含む。
【００４１】
一つの実施態様において、１以上の光学層が、該第１の窓板状物及び／又は第２の窓板状物の内表面又は外表面にわたって備えられ、ここで、該１以上の光学層は、該無機発光物質によって生成された放射の為の、好ましくは６５０ｎｍ〜８００ｎｍである可視赤色バンドにおける放射及び／又は１１００〜１２５０ｎｍである近赤外線バンドにおける放射の為の、反射性である反射層を含む。従って、該発光物質を反射する反射層は、該光起電デバイスに向かう発光放射の反射を改善する為に使用されうる。
【００４２】
本発明は、本発明に従う実施態様を模式的に示す添付の図を参照することにより更に例示される。本発明は、これらの特定の実施態様に決して限定されないことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本発明の様々な実施態様に従うＭｎ５＋でドープされた無機材料の励起及び射出スペクトルを示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の様々な実施態様に従うＭｎ５＋でドープされたＢａ３（ＯＨ）（ＰＯ４）３材料のＸＲＤパターンを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の様々な実施態様に従うＭｎ５＋でドープされたＢａ３（ＯＨ）（ＰＯ４）３材料のＸＲＤパターンを示す。
【図３】図３は、本発明の実施態様に従うＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質の励起及び射出スペクトルを示す。
【図４】図４は、基材上に堆積したスパッタＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋膜のＸＲＤパターンを有する非晶質性質を示す。
【図５】図５は、ガラス上の平坦ガラス基材及びＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋膜におけるヘイズを示す。
【図６】図６は、本発明の実施態様に従うＳｉＡｌＯＮ：Ｔｍ２＋材料の射出スペクトルを示す。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の実施態様に従う、模式的な太陽放射変換デバイスの断面を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の実施態様に従う、模式的な太陽放射変換デバイスの断面を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明の様々な実施態様に従う太陽放射変換デバイスの模式的な断面を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明の様々な実施態様に従う太陽放射変換デバイスの模式的な断面を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の様々な実施態様に従う太陽放射変換デバイスの模式的な断面を示す。
【図８Ｄ】図８Ｄは、本発明の様々な実施態様に従う太陽放射変換デバイスの模式的な断面を示す。
【図９】図９は、本発明の別の実施態様に従う太陽光変換デバイスを示す。
【図１０】図１０は、本発明の実施態様に従う太陽光変換デバイスの為の周辺スペーサー構造の断面図を示す。
【図１１】図１１は、本発明の実施態様に従う、発電導波路ベースのグレージングアセンブリの断面図を示す。
【図１２】図１２は、本発明の実施態様に従う、発電導波路ベースのグレージングアセンブリの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本開示書において、太陽変換デバイスにおける適用の為の優れた且つ改善された特性を有する、二価サマリウム（Ｓｍ２＋）でドープされた無機発光物質、及び五価マンガン（Ｍｎ５＋）でドープされた無機発光物質が記載されている。該改善された特性は、ＬＳＣにおいて使用される慣用的な無機蛍光体と比較して、改善された、発光特性、光学特性及び／又は物質特性を有する。
【００４５】
Ｍｎ５＋又はＳｍ２＋ドーパントを含む或る特定の無機ホスト物質は、太陽変換デバイス、例えばＬＳＣデバイス又はＬＣＬを含む光起電デバイス、において有利に使用されることができる吸収特性、発光特性及び／又は光学特性を示すことが驚くべきことに見出された。
【００４６】
特に、Ｍｎ５＋でドープされた無機材料は、太陽光スペクトルのＵＶバンド及び可視バンドの実質的な部分（太陽からのパワーの約５０％以上）を吸収し、これを、より高い波長、好ましくは（近）赤外バンドの波長、の放射に変換しうることが見出された。幾つかの実施態様において、赤外線射出は、従来技術から知られているＬＳＣの為のＴｍ２＋でドープされた材料とは対照的に、１１５０〜１２５０ｎｍ、好ましくは約１１９０ｎｍ、の赤外線バンドにおいて鋭いピークを有しうる。Ｍｎ５＋イオンは、Ｔｍ２＋イオンとは異なり、空気への曝露後に高い安定性を示し、水性環境に敏感でない。その上、マンガンは、地上で最も豊富な１２種の元素のうちの一つであり且つ相対的に低価格であり、それは、ランタノイドタイプのドーパント、例えばＳｍ及びＴｍ、と比較して、このドーパント材料に利点を与える。
【００４７】
更に、Ｓｍ２＋でドープされた発光性ＳｉＡｌＯＮ物質は、太陽光スペクトルのＵＶバンド及び可視バンドの実質的な部分を吸収し、これらのバンドの放射を、より長い波長の放射、特に６５０ｎｍ〜８００ｎｍの赤色バンドの放射、に変換することが見出された。ＳｉＡｌＯＮホスト物質は、機械的強度、化学的不活性及び熱耐性に関して優れた特性を示し、それが、ガラス産業における保護及び反射防止コーティングに使用される理由である。特に、Ｓｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ材料は、ガラス産業の標準製造プロセスと完全に適合性がある、非常に安定な変換物質を形成する。幾つかの実施態様において、Ｓｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ物質は、Ｓｍ２＋でドープされた、散乱のない非晶質ＳｉＡｌＯＮ薄膜層を形成する為に使用されうる。太陽光変換デバイスにおける低散乱非晶質ＳｉＡｌＯＮ薄膜層の使用は、発光性の光が、散乱によって該変換デバイスから逃れないことを保証するであろう。
【００４８】
更なる実施態様において、Ｔｍ２＋でドープされた発光性ＳｉＡｌＯＮ物質、好ましくはＴｍ２＋でドープされた非晶質ＳｉＡｌＯＮ物質、が、太陽光変換デバイスにおいて使用されうる。太陽光スペクトルのＵＶバンド及び可視バンドの実質的な部分を吸収し、これらのバンドのこの放射を、スペクトルの近赤外線バンドの放射に変換するこの物質は、優れた光学特性、特に低ヘイズ、を示す。Ｔｍ２＋でドープされた発光性ＳｉＡｌＯＮ物質は、約１１４０ｎｍでの鋭い射出ピークを含む近赤外線バンドにおいて射出を示しうる。この物質は、太陽光スペクトルにおける放射の広帯域吸収を示し、自己吸収特性を有しておらず、有利な物質特性、例えば低ヘイズ及びガラス産業におけるプロセスとの処理適合性、を有する。
【００４９】
発光変換層（ＬＣＬ：luminescent  conversion  layers）及び発光太陽光集光器（ＬＳＣ：luminescent  solar  concentrators）における物質、それらの利点及びそれらの使用は、図を参照しながら、本明細書においてより詳細に以下に記載されている。
【００５０】
一つの実施態様において、発光物質は、Ｍｎ５＋イオンでドープされている三成分無機結晶ホスト材料及び／又は四成分無機結晶ホスト材料を含みうる。このようにして、発光射出がＭｎ５＋イオンに由来する、発光物質が形成される。一つの実施態様において、Ｍｎ５＋イオンは、０．０１〜９９．９９％、０．０１〜９０％、０．０１〜８０％、０．１〜５０％、０．２〜２５％、０．２〜２０％、０．５〜１０％のうちの少なくとも１つから選択される濃度で、該ホスト物質中に存在しうる。
【００５１】
三成分無機ホスト材料は、一般式Ｍ３（ＸＯ４）２（ここで、Ｍ＝Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒであり、Ｘ＝Ｐ、Ａｓ、Ｖである）によって定義されうる。別の実施態様において、四成分無機ホスト物質は、一般式Ｍ５（ＸＯ４）３Ｙ（ここで、Ｍ＝Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒであり、Ｘ＝Ｐ、Ａｓ、Ｖであり、Ｙ＝ＯＨ、Ｃｌ、Ｆである）によって定義されうる。一般に、多数のホスト物質が、Ｍｎ５＋イオンの為に使用されうる。Ｍｎ５＋でドープされたホスト物質、Ｂａ３（ＰＯ４）２、は、太陽光変換用途の為に特に有利な無機発光物質を形成することが見出された。
【００５２】
図１は、本発明の実施態様に従う、Ｍｎ５＋でドープされた無機発光物質の励起及び射出スペクトルを示す。特に、これらの図は、Ｍｎ５＋でドープされたＢａ３（ＰＯ４）２材料の励起及び射出スペクトルを示す。太陽放射のフォトルミネセンス励起は、それぞれＭｎ５＋イオンの３Ａ２→３Ｔ２、３Ａ２→３Ｔ１（３Ｐ）、及び３Ａ２→３Ｔ１（３Ｆ）遷移に起因する。図に示されている通り、１１９０ｎｍでの最も強いフォトルミネセンスの鋭い線の射出ピークは、Ｍｎ５＋イオンの１Ｅ→３Ａ２遷移に起因する。
【００５３】
Ｍｎ５＋でドープされたＢａ３（ＰＯ４）２材料の太陽光スペクトルと励起スペクトルとのオーバーラップを示す。この図に示されている通り、Ｍｎ５＋でドープされた無機発光物質は、大きいストークスシフト（すなわち、吸収スペクトルのバンド極大の位置と射出スペクトルのバンド極大の位置との間の大きい差異（波長又はエネルギーにおける））を示す。従って、このような発光物質を使用する太陽放射変換デバイスにおいて、自己吸収の問題は生じない。更に、測定は、Ｍｎ５＋でドープされた無機発光物質が、慣用的な発光物質、例えば色素、による太陽放射の吸収と比較して、太陽光スペクトルから２倍超の量のパワーを吸収することを示す。該物質は、約１１９０ｎｍでの射出ピークを示し、それは有利なことに、単接合太陽電池、好ましくはＣＩＧＳベースの太陽電池、を使用して広範な太陽光スペクトル（特に、ＡＭＩ１．５太陽光スペクトル）の最適な変換の為の１．０４ｅＶバンドギャップと一致する。
【００５４】
マンガン（Ｍｎ）は、原子番号２５を有するｄブロック元素である。マンガンは、その電子配置［Ａｒ］３ｄ５４ｓ２により、Ｍｎ２＋及びＭｎ７＋イオンを形成する可能性が最も高いが、Ｍｎ５＋（［Ａｒ］３ｄ２）は、四面体基［ＭＯ４］３−（Ｍ＝Ｖ、Ｐ、Ａｓである）によって安定化される場合に、［ＭｎＯ４］３−として存在することができる。マンガンは、非常に有利な発光特性、すなわち可視領域における強力な吸収、を有し、強烈な長寿命ＮＩＲ射出は、それぞれ、３Ｔ１、１Ａ１又は３Ｔ２状態のうちの１つへの励起、１Ｅ状態への緩和、及び３Ａ２状態への射出から生じる。マンガンは、地上で最も豊富な１２種の元素のうちの一つであり且つ相対的に低価格であり、それは、ランタノイドタイプのドーパントと比較して利点を与える。
【００５５】
様々な合成プロセスが、Ｍｎ５＋でドープされた無機物質を形成する為に使用されうる。該発光性無機物質は、Ｍｎ５＋でドープされた発光性無機薄膜層として、又はＭｎ５＋ドープ無機粒子（ナノ粒子又はマイクロ粒子のいずれか）として製造されうる。これらの方法は、Ｍｎ５＋ベースの無機発光物質の使用が、薄膜光起電デバイス又は太陽変換デバイスの製造方法に容易に統合されうるように、慣用的な半導体処理方法と適合性がある堆積方法を含みうる。
【００５６】
一つの実施態様において、焼結／粉砕方法が、Ｍｎ５＋でドープされた無機発光性のミクロンサイズの粒子粉末を製造する為に使用されうる。例えば、１ｍｏｌ％のドーピング濃度でＢａ３（Ｐ０．９９Ｏ４）２：０．０１Ｍｎ５＋粉末１グラムを合成する為に、下記の合成プロセスが使用されうる。
０．９８２７ｇのＢａＣＯ３、０．３７８１ｇのＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、及び０．００３８ｇのＭｎＣＯ３を化学量論的に秤量すること、
メノウ乳鉢又はボールミルで粉末を混合し、そして粉砕すること、
該混合物を、空気中、４００℃で４時間、そして引き続き１３００℃で８時間、焼結すること、
該混合物を再び取り出し、そして粉砕すること。
【００５７】
焼結工程に基づいて、約１ミクロンのサイズの粒子が得られることができる。ドーパント濃度は、０．１〜５ｍｏｌ％で制御されることができ、好ましくは、該ドーパント濃度は、約１ｍｏｌ％のＭｎ５＋が選択される。この特定の試料において、５０％の量子収率が測定された。濃度を増大すること（最大５％）は、増加した射出強度をもたらす。しかしながら、その場合、量子収率は、濃度消光に起因して低下しうる。
【００５８】
従って、本発明は、Ｍｎ５＋でドープされた発光性無機粒子を合成する為の方法であって、或る量の少なくとも第１の無機イオン化合物を、第２の無機イオン化合物及び第３の無機イオン化合物と焼結させる工程を含み、ここで、該第３のイオン化合物はＭｎ２＋カチオンを含み、該カチオンは、加熱及び酸化プロセス後に、該Ｍｎ５＋酸化状態に達する、上記方法を含みうる。Ｍｎ５＋イオンの形成は空気に対して敏感でないので、該合成方法は、空気中、炉の中で実施されうる。
【００５９】
Ｍｎ５＋イオンはまた、水性媒体に対して敏感でない。従って、別の実施態様において、ゾル−ゲル合成方法が、Ｍｎ５＋ドープ発光物質を製造する為に使用されうる。そのような方法は、ナノ粒子の合成に特に好適である。例えば、式Ｂａ３Ｐ１．９８Ｏ８Ｍｎ０．０２を有するＢａ３（ＰＯ４）２１グラム：１ｍｏｌ％のＭｎ５＋ナノ粉末を製造する為のゾル−ゲルＰｅｃｈｉｎｉ合成手順は、下記の工程を含みうる：
０．９８２７ｇのＢａＣＯ３、０．３７８１ｇのＮＨ４Ｈ２ＰＯ４、０．００３８ｇのＭｎＣＯ３、５．５７７６ｇのＣ６Ｈ８Ｏ７＊Ｈ２Ｏ、０．３７１３ｍｌのＣ２Ｈ６Ｏ２（生成物：ＣＡ：ＥＧ＝１：１６：４ｍｏｌ）を化学量論的に秤量すること、
界面活性剤であるクエン酸（ＣＡ：citric  acid）及びエチレングリコール（ＥＧ：ethylene  glycol）を、加熱プレート上で蒸留水中に溶解させること、
界面活性剤溶液中に、ＢａＣＯ３及びＭｎＣＯ３粉末を溶解させ、ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４溶液を、撹拌下で滴下添加すること、
加熱プレート上で混合物を蒸発させて、約３０ｍｌのゾルを形成すること、
該ゾルを、乾燥機内、４０℃で４８時間熟成させて、ゲル構造を形成すること、
空気中、３００℃で２時間、そして引き続き、空気中、７００℃で１０時間、か焼すること、
メノウ乳鉢で該生成物を粉砕して、ナノ粉末を形成すること。
【００６０】
Ｐｅｃｈｉｎｉの方法は、水性有機媒体中でのカチオンの錯体化を用い、且つ低コストの前駆体の使用が分子レベルで均質なイオン分布をもたらす。それは、或る特定の有機α−ヒドロキシカルボン酸が、幾つかのカチオンと安定なキレートを形成することができることに基づく。この混合物に多価アルコールを添加した後、該混合物は加熱され、そしてキレートは、均質な分布のカチオンを有するポリマーに転化される。引き続き、有機部分が３００℃という低い温度で除かれ、それによって、反応性酸化物が形成される。２０〜３００ｎｍの（平均）粒径を有するナノ粒子が形成されうる。
【００６１】
また更なる実施態様において、共沈殿技術が、ナノサイズのＢａ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ５＋粒子の合成の為に使用されうる。そのような共沈殿方法は、下記の工程を含みうる：
Ｍｎ５＋の為の前駆体を、ＫＭｎＯ４溶液を用いて好適な濃度（水１００ｍＬ中７ｇ未満）で調製すること、
好適なｐＨ値の為に、ＫＯＨ塩基溶液（水１００ｍＬ中１２０ｇ未満）を調製すること、
上記ＫＭｎＯ４溶液及び上記ＫＯＨ溶液を等量混合して、Ｋ３ＭｎＯ４（Ｍｎ５＋イオン）を形成すること、
該溶液を濾過して、沈殿物を含まないＫ３ＭｎＯ４溶液を得ること、
望ましいドーピング濃度に基づいて、適切な量のＮａ３ＰＯ４及びＢａＣｌ２を化学量論的に秤量すること、
Ｎａ３（ＰＯ４）を該溶液に撹拌しながら添加すること、
ＢａＣｌ２を該溶液に撹拌しながら添加すること、
該溶液を濾過して、Ｂａ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ５＋ナノ粒子沈殿物を得ること。
【００６２】
共沈殿技術は、高いか焼温度が必要とされないので、ゾル−ゲル法よりも小さい粒子でさえ可能である。１〜３００ｎｍの（平均）粒径を有するナノ粒子が形成されうる。図２Ａは、Ｂａ３（ＰＯ４）２ナノ粒子のＸＲＤパターンを有する結晶性質を示す。
【００６３】
更に別の実施態様において、Ｍｎ５＋でドープされた発光多結晶薄膜は、堆積方法、例えばスパッタリング法、を使用して基材上に形成されうる。該方法は、スパッタリング標的に、Ｍｎ５＋ドーパントを含む無機イオン化合物（例えば、先に記載されている）を提供すること、スパッタリングチャンバ内にガスを導入すること、そしてＭｎ５＋カチオンでドープされている発光無機イオン化合物の（多）結晶膜又は薄膜を成長させる為に、ＲＦ（又はパルスＤＣ）電位をスパッタリング標的に印加し、それによって、該標的から基材上に材料のスパッタリングを引き起こすことを含みうる。薄膜は、５０ｎｍ〜２０００ｎｍの厚さ及び０．１〜１０％のドーピング範囲を有しうる。図２Ｂ（先の６は、本発明の実施態様に従ってスパッタリングされた、Ｍｎ５＋でドープされたＢａ３（ＯＨ）（ＰＯ４）３物質のＸＲＤパターンを有する多結晶性質を示す。
【００６４】
更なる観点において、本発明は、Ｓｍ２＋でドープされた発光性ＳｉＡｌＯＮ物質に関する。図３は、Ｓｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ薄膜層の、正規化された太陽光スペクトル、すなわち励起スペクトル（灰色の領域）及び射出スペクトル（黒色の線及び点線）、を示す。該スペクトルに関する特定のカチオン組成物は、ＥＤＸ測定に基づいて、Ｓｉ約９６原子％、Ａｌ約１．２５原子％、Ｓｍ約２．７５原子％である。約１．５２の屈折率は、アニオンが主に酸素原子であることを示す。この図に示されている通り、太陽光スペクトルのＵＶバンド及び可視バンドの実質的な部分は、吸収され、且つより長い波長の放射、特に可視赤色／近赤外線バンドの波長、特に６５０〜８００ｎｍの波長、の放射に変換される。
【００６５】
ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質の発光特性は、高い太陽光変換効率を有する発光性コーティングを提供する。図３は、日光の最大３１％を吸収する、広帯域吸収ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋コーティングの例を示す。追加的に、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋コーティングは、該太陽放射変換デバイスにおける自己吸収の問題が生じないように、十分大きいストークスシフトを示す。光子のエネルギーはその波長と逆相関するので、より高い光子波長へのシフトは、各光子のエネルギー量を低下する。このエネルギーの低下は、いわゆるストーク効率によって表される。図３のＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質は、６９％の算出されたストークス効率を有する。
【００６６】
その上、６５０ｎｍ〜８００ｎｍをカバーするＳｍ２＋射出波長は、約７００ｎｍで共に高効率である１．４ｅＶバンドギャップＧａＡｓの太陽光モジュール又は結晶性シリコンのＰＶモジュールを使用して電力へ変換することを可能にする。
【００６７】
ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質は、非晶質の散乱がないか、又は少なくとも該散乱が少ない薄膜の形態で、該太陽放射変換デバイスにおいて使用されうる。該物質は、ＵＶ及び／スペクトル又は可視スペクトルの少なくとも一部の太陽放射を、より長い波長の放射に変換する為にＳｍ２＋でドープされた元素Ａｌ、Ｓｉ、Ｏ及びＮ（ＳｉＡｌＯＮ）に基づくスパッタリング技術、好ましくは反応性マグネトロンスパッタリング技術、を使用して、堆積させられうる。
【００６８】
同様に、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質は、粒子ベースのコーティングとして、太陽放射変換デバイスにおいて使用されうる。一つの実施態様において、化合物、例えばＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、Ａｌ（ＮＯ３）３及びサマリウム塩、を含むＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質のナノ粒子は、例えばゾル−ゲル法を使用して、合成されうる。任意的に、エタノール及び／又はクエン酸が、ナノ粒子の形成を助ける為に添加されうる。窒化は、窒素充填焼結環境によって促進されることができる。ポリマーコーティング及び／又はラミネーションは、ナノ粒子を好適な（有機）マトリックス材料に包埋することによって実現されうる。ポリマーマトリックス材料の選択及び最適化は、それらの適用及び条件に基づきうる。エポキシ樹脂、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（シロキサン）、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリビニルブチラール、エチレン−ビニルアセテート等は、これらのナノ粒子の為のマトリックス材料として使用されることができる、幾つかの一般的材料である。
【００６９】
ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋ナノ粒子物質を製造する合成方法は、下記の工程を含みうる：
３．８７３６ｇのＳｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、０．１６５０ｇのＡｌ（ＮＯ３）３、０．０３３８ｇのＳｍ２Ｏ３、０．１６３０ｇのＣ６Ｈ８Ｏ７＊Ｈ２Ｏ（Ａｌ：ＣＡ＝１：１ｍｏｌ）を化学量論的に秤量すること、
Ｓｍ２Ｏ３を、希硝酸中に溶解させること、
上述の溶液中に、界面活性剤であるクエン酸（ＣＡ：citric  acid）を溶解させること、
上述の溶液中に、Ａｌ（ＮＯ３）３を溶解させること、
上述の溶液中に、ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）を滴下して溶解させること、
加熱プレート上で混合物を蒸発させて、約３０ｍｌのゾルを形成すること、
該ゾルを乾燥機内、４０℃で２４時間熟成させて、ゲル構造を形成すること、
空気中、７００℃で５時間、か焼して、任意の残留有機含量を除くこと、
還元雰囲気下で、１０００℃で１時間焼結させること、
メノウ乳鉢で生成物を粉砕して、（平均）粒径２０〜２００ｎｍを有するナノ粉末を形成すること。
【００７０】
これらの工程に基づいて、ＳｉＡｌＯ（Ｎ）：Ｓｍ２＋ナノ粒子材料が製造され、ここで、ＳｉＡｌＯ（Ｎ）：Ｓｍ２＋生成物１モル当たり、Ｓｍは、カチオン（Ｓｉ及びＡｌ）の約１ｍｏｌ％であり、Ｓｉ／Ａｌ比は、２４である。
【００７１】
ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質のナノ粒子は、１〜９００ｎｍ、好ましくは１〜５００ｎｍ、より好ましくは１〜５０ｎｍ、の平均粒径を有する。典型的には、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋ナノ粒子は、非晶質物質のナノ粒子である。結晶化度は、焼結温度を上昇させることによって増大されることができ、それによって、局所的なＳｉＯ２相の形成を刺激する。結晶化度の増大は、発光を高めうるが、光散乱をまた増大しうる。
【００７２】
ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋マイクロ粒子物質を製造する為の合成方法は、下記の工程を含みうる：
０．６５２１ｇのα−Ｓｉ３Ｎ４、０．０３９５ｇのＡｌ２Ｏ３、０．２７９９ｇのＳｉＯ２、０．０３３８ｇのＳｍ２Ｏ３を化学量論的に秤量すること、
メノウ乳鉢又はボールミルで粉末混合物を混合し、粉砕すること、
該混合物を、還元雰囲気下で、１５００℃で８時間焼結すること、
メノウ乳鉢又はボールミルで生成物を粉砕して、（平均）粒径１〜５０ミクロンを有する粉末を形成すること。
【００７３】
これらの工程に基づいて、ＳｉＡｌＯ（Ｎ）：Ｓｍ２＋マイクロ粒子材料が製造され、ここで、ＳｉＡｌＯ（Ｎ）：Ｓｍ２＋生成物１モル当たり、Ｓｍは、カチオン（Ｓｉ及びＡｌ）の約１ｍｏｌ％であり、Ｓｉ／Ａｌ比は、２４である。
【００７４】
図４は、ガラス基材上に堆積された、スパッタリングされたＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋薄膜のＸＲＤパターンを有する非晶質性質を示す。この図に示されている通り、ＸＲＤパターンは、非晶質薄膜構造に特徴的である。
【００７５】
図５は、ホウケイ酸ガラス（黒色の線）及び石英上のＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋膜（灰色の線）における、拡散透過と全透過との比を表すヘイズ（％）を示す。Ｐｅｒｋｉｎｇ  Ｅｌｍｅｒ  Ｌａｍｂｄａ  ９５０分光計が、ヘイズを測定する為に使用された。この図に示されている通り、薄膜の非晶質性質に起因して、スペクトルの可視バンド（３９０ｎｍ〜７００ｎｍ）におけるヘイズは、極めて低く、且つヘイズがヒトの目によって検出されることができる２％レベルを超えない。従って、図５のグラフは、非晶質ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋膜が低いヘイズを有することを示す。該物質は、ＳｉＡｌＯＮが、反射防止コーティングの為にグレージング産業で一般に使用されることに起因して、（窓）グレージング用途において容易に使用されることができる。
【００７６】
様々な合成プロセスが、Ｓｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ物質を形成する為に使用されうる。発光性ＳｉＡｌＯＮ材料は、Ｓｍ２＋でドープされた発光性無機薄膜層として、又はＳｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ粒子（ナノ粒子又はマイクロ粒子のいずれか）として製造されうる。Ｓｍ２＋でドープされた無機発光物質の形成が薄膜光起電デバイス又は太陽変換デバイスの製造方法に容易に統合されることができるように、これらのプロセスは慣用的な半導体処理方法と適合性がある堆積方法を含みうる。
【００７７】
一つの実施態様において、スパッタリング法が、Ｓｍ２＋でドープされた非晶質ＳｉＡｌＯＮ薄膜を製造する為に使用されうる。Ｓｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ薄膜は、様々な基材（例えば、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、低鉄ガラス等）上に、（マグネトロン）スパッタリング系を使用して堆積させられることができ、ここで該基材は、室温又は高められた温度に維持される（すなわち、ガラスについては室温〜６００℃又は石英については室温〜１０００℃。Ｓｍ２＋でドープされた非晶質ＳｉＡｌＯＮ薄膜を製造する為の例示的な合成方法は、以下の工程を含みうる。
超音波クリーナー内で、ホウケイ酸ガラス基材を石けん溶液で清浄し、そして引き続き、アセトン、エタノール及びＤＩ水ですすぐこと、
個々のＡｌ、Ｓｉ、及びＳｍ標的、又はＡｌ−Ｓｉ−Ｓｍ標的の組み合わせ（例えば、Ｓｉ９６原子％、Ａｌ１．２５原子％及びＳｍ２．７５原子％、又は９０原子％／１０原子％のＳｉ／Ｓｍ化合物標的、９０原子％／１０原子％のＳｉ／Ａｌ化合物標的及び純粋なＳｉ標的の組み合わせ）のいずれかを使用して、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋のマグネトロンスパッタ堆積すること、
スパッタリング中、プロセスガス流は、Ａｒ、Ｏ２、Ｎ２及びＨ２の混合物からなり得ること（例えば、１８ｓｃｃｍのＡｒ、０．７５ｓｃｃｍのＯ２、１３．２５ｓｃｃｍのＮ２）、
スパッタ堆積後、該試料は、発光を高める為に、５０〜１０００℃、好ましくは４７５℃、の温度でアニーリングされ得ること、
アニーリング中、該アニーリング系は、Ｈ２を含むガス（９３％Ｎ２／７％Ｈ２）でフラッシュされうること。
【００７８】
従って、Ｓｍ２＋でドープされた非晶質発光性無機薄膜層は、スパッタリング法を使用して基材上に形成されうる。該方法は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓｍを含むスパッタリング標的を、スパッタリングチャンバに提供すること、Ｎ２、Ｈ２、Ｏ２を含みうるガス混合物を、スパッタリングチャンバに導入すること、及びＳｍ２＋でドープされた発光性無機イオン化合物の非晶質薄膜が形成されるように、ＲＦ（又はパルスＤＣ）電位を該スパッタリング標的に印加し、それによって、該標的から基材上に材料のスパッタリングを引き起こすことを含みうる。
【００７９】
一つの実施態様において、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質の屈折率は、１．５〜２．１から選択されうる。該屈折率は、スパッタリング法中の所定のＯ／Ｎ比を選択することによって選択されうる。このようにして、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質の屈折率は、該物質がその上に成長させられた基材（例えばガラス）の屈折率に整合されうる。
【００８０】
追加的に、更なる実施態様において、Ｔｍ２＋でドープされた発光性ＳｉＡｌＯＮ物質は、本明細書の上部で記載されているスパッタリング技術を使用して形成されうる。ＳｉＡｌＯ（Ｎ）：Ｔｍ２＋粉末の合成は、Ｓｍ２Ｏ３の代わりに、０．０３７２ｇの量のＴｍ２Ｏ３が使用されることを除いて、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋粉末の合成と同一である。ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋物質は、太陽光スペクトルのＵＶバンド、可視バンド及び近赤外線バンドの一部の放射を吸収し、これらのバンドの放射を、スペクトルの所定の近赤外線バンドの放射に変換する。特に、Ｔｍ２＋でドープされた発光性ＳｉＡｌＯＮ物質は、図６によって示されている通り、約１１４０ｎｍの鋭い射出ピークを含む１１００〜１２００ｎｍバンドの赤外線射出を示す。Ｔｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ物質は、太陽光スペクトルの放射の広帯域吸収を示し、自己吸収を示さず、且つ優れた光学特性及び機械特性を有する。
【００８１】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の実施態様に従う太陽放射変換デバイスの模式的な断面を示す。特に、図７Ａは、１以上の発光変換層（ＬＣＬ：luminescent  conversion  layer）７０２、並びに第１の表面７０１及び第２の表面７０３を含む少なくとも１つの光起電力（ＰＶ）デバイス７０４を含む、太陽放射変換デバイスを示す。１以上のＬＣＬのうちの少なくとも１つは、図１〜図６を参照しながら記載されている発光物質を含みうる。光起電デバイスの第１の（上部）表面は、その配置に応じて、受光表面でありうる。代替的には、例えば、（部分的に）透明な光起電デバイスの場合、第１の表面及び第２の表面の両方が、受光表面でありうる。発光変換層は、光起電デバイスの第１の表面及び／又は第２の表面上に、又は少なくとも第１の表面及び／又は第２の表面にわたってコーティングされうるか、又は堆積されうる。一つの実施態様において、該発光変換層は、本開示書に記載されているドープされた発光性薄膜層を含みうる。別の実施態様において、該変換層は、粒子、好ましくはマイクロ粒子又はナノ粒子、を含む透明なマトリックス材料のコーティングを含み、ここで、該粒子は、本開示書に記載されているドープ発光物質を含む。
【００８２】
太陽光スペクトルのＵＶバンド及び可視バンドの放射７０８は、発光変換層７０２によって、可視赤色／近赤外線バンド（例えば、Ｓｍ２＋イオンによって透過された放射に関連付けられた６５０〜８００ｎｍのバンド）の放射に、及び／又は近赤外線バンド（例えば、Ｔｍ２＋及び／又はＭｎ５＋イオンによって透過された放射に関連付けられた１１００〜１２５０ｎｍバンド）の放射に変換される。引き続き、該変換された放射は、光起電デバイスによって吸収され、そして電力に変換される。
【００８３】
一つの実施態様において、該光起電デバイスは、可視赤色／近赤外線バンドの放射を電力に転換する為に最適化されている１以上の層を備えうる。例えば、光起電デバイスは、ＩＶ及びＩＩＩ−Ｖ半導体の１以上の層、例えば結晶性（例えば、多結晶、マイクロ結晶又はナノ結晶）又は非晶質シリコンの太陽光モジュール、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）タイプのモジュール、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）タイプのモジュール及び／又はリン化インジウム（ＩｎＰ）の太陽光モジュールを包含するＩＶ及びＩＩＩ−Ｖ半導体の１以上の層、を備えうる。別の実施態様において、該光起電デバイスは、近赤外線バンドの放射を電力に転換する為に最適化されている１以上の層を備えうる。該光起電デバイスは、太陽光スペクトルの、発光物質によって透過された放射７０６、例えば可視赤色バンドの放射及び／又は近赤外線バンドの放射を吸収し、且つ該吸収された放射を電力に変換する。
【００８４】
図７Ｂは、本開示書に記載されている発光物質を含む太陽放射変換デバイスの断面を示す。該デバイスは、多層化薄膜光起電デバイスを含む基材７１２、好ましくは透明基材、を含みうる。該光起電デバイスは、基材の第１の表面上に形成された第１の接触層７１４を備えうる。１以上の太陽放射吸収活性層７１８は、第１の接触層にわたって形成され、第２の層７１６は、活性層にわたって形成される。
【００８５】
一つの実施態様において、該光起電デバイスは、赤外吸収量子ドット（すなわち、粒子内に量子閉じ込め効果が誘導されるようなサイズを有するナノ粒子、すなわち半導体における電子及び正孔機能のボーア半径未満まで粒子のサイズが低減されているナノ粒子）及び本開示書に記載されている発光物質の粒子、例えばマイクロ粒子又はナノ粒子、を含む、少なくとも１つの層を備えうる。一つの実施態様において、赤外吸収量子ドットの少なくとも一部のサイズは、Ｔｍ２＋及び／又はＳｍ２＋でドープされた発光性ナノ粒子によって透過される赤外放射の吸収の為に最適化されうる。例えば、約３〜４ｎｍの粒径を有するＰｂＳ量子ドットは、約９００〜１１１０ｎｍの（近）赤外放射を吸収する。従って、この実施態様において、太陽放射の赤外部分７０６は、赤外吸収量子ドットによって直接吸収され得、一方、太陽放射のＵＶ及び可視部分は、発光粒子によって赤外太陽放射７１０に変換される。このようにして、簡単な赤外光起電デバイスの全変換効率は、赤外太陽放射に変換される可視太陽放射に基づいて高められうる。別の実施態様において、該光起電デバイスは、本開示書に記載されている発光物質の１以上の更なる広帯域吸収性の発光性薄膜層を更に備えうる。これらの薄膜層は、結晶性層（例えば、ナノ結晶、マイクロ結晶又は多結晶）又は非晶質でありうる。このような層は、太陽光スペクトルのＵＶ／可視バンドの放射から、太陽光スペクトルの可視赤色／（近）赤外バンド又は近赤外線バンドの放射への転換を増大する為に、基材と第１の接触層との間に置かれうる。
【００８６】
図８Ａ〜図８Ｃは、本発明の様々な実施態様に従う無機発光物質を備えている太陽放射変換デバイス、特に発光性太陽エネルギー集光器デバイス、の模式的な断面を示す。該太陽放射変換デバイスは、少なくとも１つの導波路構造８０２を備えていうる。該導波路構造は、第１の（上部）表面８０３、第２の（底部）表面８０５及び１以上の端部８０６を含む、透明な有機又は無機材料、例えばガラス、のスラブ又は板状物の形態を有しうる。該導波路構造の端部８０６の少なくとも一部は、少なくとも１つの光起電デバイス８０８に接続されうる。他の実施態様において、該導波路構造は、曲面形態を有しうる。
【００８７】
図８Ａの実施態様において、該導波路構造は、本開示書に記載されている無機発光物質の粒子８１０、好ましくはナノ粒子、が包埋されている、透明な有機又は無機のマトリックス材料を含む。該導波路構造に入る太陽放射８００が、発光粒子におけるドーパント部位の１以上のエネルギーバンドによって吸収される場合、励起されたドーパント部位は、吸収された太陽放射を、本出願の実施態様に記載されている所定のバンド、例えば可視赤色バンド及び／又は近赤外線バンド、の放射８１４に変換する。励起されたドーパントによって射出された放射の少なくとも一部は、該導波路構造を介して、導波路の端部に向かって導かれうる。該端部に連結された光電池８０８は、発光物質中のイオンによって射出される光子を、電力に変換する。
【００８８】
本開示書に記載されている無機発光物質の、ドープされた粒子、マイクロ粒子及び／又はナノ粒子は、光学スペクトルの近赤外線範囲において優れた透過特性を有する透明な有機マトリックス材料又は無機マトリックス材料に包埋されうる。一つの実施態様において、透明な有機マトリックス材料は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）又はポリカーボネートを含みうる。別の実施態様において、透明な無機マトリックス材料は、ガラス材料を含みうる。一つの実施態様において、該マトリックス材料の屈折率は、該導波路構造から出た射出光の散乱に起因する喪失が最小限に抑えられるように、ドープされたマイクロ粒子の屈折率に整合するように、選択されうる。
【００８９】
図８Ｂの実施態様において、該導波路構造は、透明な有機材料又は無機材料から形成され得、ここで、該導波路構造の上部及び／又は底面の少なくとも一部は、本明細書に記載されている無機発光物質を含みうる発光層８１６、例えば薄膜発光層、でカバーされうる。
【００９０】
一つの実施態様において、該薄膜発光層は、本明細書に記載されている無機発光物質の粒子、好ましくはナノ粒子、が包埋されている透明なマトリックス材料から形成されうる。代替的には、該薄膜発光層は、該導波路構造上に形成される無機発光性の（多）結晶又は非晶質の薄膜層でありうる。該薄膜層は、本明細書の上部に記載されている堆積技術、例えば（コ）スパッタリング又は反応性コスパッタリング法、を使用して、該導波路構造にわたって又は該導波路構造の上に形成されうる。光学的に活性な層として該導波路構造に接続される非晶質又は（多）結晶の薄膜層の使用は、ドープ粒子を含むマトリックス層を使用する場合に生じうる散乱が、排除されうるか又は少なくとも実質的に低減されうるという有利点をもたらす。
【００９１】
更なる実施態様において（示されていない）、該導波路構造の上部表面及び底部表面の少なくとも一部の両方に、薄膜発光層が備えられうる。このようにして、該導波路構造の上部及び底部側を通過する日光の少なくとも一部が、可視光及び／又は（近）赤外光に変換され得、該光は、該導波路に捕捉され且つ該導波路構造によって光起電デバイスに向かって導かれる。
【００９２】
図８Ｃは、図８Ｂを参照しながら記載されている実施態様に類似している１以上の発光層を含む、太陽光変換デバイスの一つの実施態様を示す。しかしながら、この実施態様において、１以上の発光層８１６は、該導波路構造８０２に包埋されている。
【００９３】
図８Ｄは、導波路構造８０２、例えば透明な導波路コーティングの形態の導波路構造８０２、を備えている太陽光変換デバイスの更に別の実施態様を図示し、ここで、該導波路構造８０２は、発光物質（示されていない）によって射出された放射８１４の少なくとも一部を、光起電デバイスが配置されている導波路構造の端部に向けて導くように配置される。従って、この場合、該発光物質の放射は、該導波路構造上に当たり、放射の少なくとも一部は、該導波路材料によって屈折され、層内に捕捉される。次に、該捕捉された放射は、全内部反射を介して光起電デバイスに向かって導かれる。
【００９４】
一つの実施態様において、少なくとも１つの光起電デバイス８０８は、近赤外線バンドの放射（発光物質によって生じた）を電力に転換する為に最適化されうる。例えば、一つの実施態様において、該光起電デバイスは、銅インジウムガリウム（ジ）セレニド（ＣＩＧＳ：Copper  Indium  Gallium  (di)Selenide）材料を含みうる。別の実施態様において、光起電デバイスは、銅インジウム（ジ）セレニド（ＣＩＳ：Copper  Indium  (di)Selenide）材料を含みうる。これらの材料は、励起されたドーパント部位によって射出された近赤外放射を、電気エネルギーに変換するのに非常に効率的である。更なる実施態様において、該光起電デバイスは、ＮＩＲ／ＩＲ吸収有機層又はＮＩＲ／ＩＲ色素増感層を備えうる。一つの実施態様において、該光電池は、ＮＩＲ／ＩＲ吸収量子ドットを用いて増感される有機半導体層、例えばＭＥＨ−ＰＶＶ、を備えうる。例えば、量子ドットは、低バンドギャップ（二成分）半導体（例えば、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＩｎＡｓ及び／又はＨｇＴｅ）量子ドットのサイズを制御することによって、９００〜２０００ｎｍの（近）赤外スペクトルにおいて吸収するように調整されうる。例えば、Sargent等の”Solution-based  Infra-Red  Photovoltaic  Devices”,  Nature  Photonics  3,  325-331  (2009)を参照されたい。別の実施態様において、該光電池は、（単）層カーボンナノチューブ層又はグラフェン活性ＮＩＲ／ＩＲ吸収層を備えうる。
【００９５】
別の実施態様において、少なくとも１つの光起電デバイス８０８は、（発光物質によって生じた）可視赤色の放射／近赤外線バンドの放射を電力に転換する為に最適化されうる。例えば、光起電デバイスは、ＩＶ及びＩＩＩ−Ｖ半導体の１以上の層、例えば結晶性（例えば、多結晶、マイクロ結晶又はナノ結晶）又は非晶質シリコンの太陽光モジュール、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）タイプのモジュール、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）タイプのモジュール及び／又はリン化インジウム（ＩｎＰ）の太陽光モジュールを包含するＩＶ及びＩＩＩ−Ｖ半導体の１以上の層、を備えている。
【００９６】
図８Ａ〜図８Ｄに図示されているデバイスは、本発明を具体化する非限定的な例であり、本開示書における実施態様の特色の多くの変更及び／又は組み合わせが、本発明から逸脱することなく可能である。例えば、一つの実施態様において、太陽放射変換デバイスは、該導波路構造の第１の表面及び／又は第２の表面にわたって備えられた１以上の無機発光層、並びに該導波路構造に包埋された１以上の無機発光層を含む該導波路構造を備えうる。更なる実施態様において、１以上のＴｍ２＋、Ｍｎ５＋及び／又はＳｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ薄膜は、該導波路構造にわたって備えられた反射防止層、保護バリア層及び／又は遮熱層の一部でありうる。更なる実施態様において、該光電池の少なくとも一部は、該導波路構造の一部でありうるか、又は該導波路構造と統合されうる。また更なる実施態様において、１以上の光学層は、該導波路構造の第１の表面及び第２の表面にわたって備えられ得、ここで、該光学層の少なくとも一部は、該導波路構造の導波路特性を改善する為に選択された屈折特性及び／又は反射特性を有する。
【００９７】
図９は、本発明の別の実施態様に従う太陽光変換デバイスを示す。特に、図９は、本開示書に記載されている無機発光物質を使用する発電グレージングアセンブリの少なくとも一部を示す。該図は、複数の板状物の発電グレージングアセンブリ９００を示し、該発電グレージングアセンブリ９００は、第１のガラス板状物９０４及び第２のガラス板状物９０６の周辺領域に沿って周辺スペーサー構造９０２を備えている（図９において、ガラス板状物表面の平面は、ｙ−ｚ平面に一致する）。該グレージングアセンブリは、中心窓領域９０３を更に備え得、ここで、該第１のガラス板状物及び／又は該第２のガラス板状物の窓領域の少なくとも一部に、本開示書に記載されている無機発光物質を含むコーティングが備えられている。一つの実施態様において、該第１のガラス板状物及び／又は該第２のガラス板状物は、多層コーティングを含み得、ここで、該多層のうちの１以上の層は、本開示書に記載されている１以上のドープ発光物質を含む。一つの実施態様において、該多層のうちの少なくとも１つは、Ｔｍ２＋及び／又はＳｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ粒子及び／又はＭｎ５＋ドープ粒子を含みうる。別の実施態様において、該多層のうちの少なくとも１つは、Ｔｍ２＋及び／又はＳｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ非晶質薄膜層又はＭｎ５＋ドープ薄膜層でありうる。
【００９８】
該周辺スペーサー構造は、２つのガラス板状物を互いに所定の距離に固定する為に、窓板状物の全ての側面の周辺領域に沿って形成された細長い周辺スペーサー構造を形成しうる。該周辺スペーサー構造は、複数の板状物のグレージングアセンブリ周辺領域に沿って、複数のＰＶモジュールを傾斜様式で置く為の取り付け部材を備えうる（該傾斜は、０〜９０度から選択されることができる）。該ＰＶモジュールは、該ＰＶモジュールの受光領域が、外側ガラス板状物に向かって傾斜されるように取り付けられる。
【００９９】
様々な材料が、該周辺スペーサー構造を形成する為に使用されうる。例えば、一つの実施態様において、該スペーサー構造は、中空金属スペーサー構造でありうる。好適な材料は例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、又は亜鉛メッキ鋼を包含する。金属スペーサーは、高い熱伝導率を有し得、それは、複数の板状物、ガス充填、及び絶縁フレームの省エネ利益を低減しうる。別の実施態様において、非金属スペーサー構造が使用されうる。そこのような非金属スペーサー構造は、改善された熱性能を提供しうる。そのような非金属スペーサー構造の為の好適な材料は、複合材料（composite）、構造的フォーム（例えば、ＥＰＤＭ又はシリコーンフォーム）又は熱可塑性プラスチック材料を包含する。更なる実施態様において、該スペーサー構造は、金属材料及び非金属材料の両方を含みうる。
【０１００】
該周辺スペーサー構造は、少なくとも２つのガラス板状物、すなわち、第１の（内側）ガラス板状物９０４及び（第２の）外側ガラス板状物１０６、の間に、空間を提供するように配置されうる。該スペーサー構造は、好適な結合剤を使用して、複数の結合表面、すなわち内側ガラス平面を結合する為の第１の結合表面９０５１及び外側ガラス板状物を結合する為の第２の結合表面９０５２、を備えうる。該周辺スペーサー構造は、ガラス板状物を、（典型的には矩形の）ガラス板状物の外周領域、例えば端部、に結合しうる。一つの実施態様において、該周辺スペーサー構造は、内側板状物空間、すなわちガラス板状物の間の空間をシールする為、好ましくは密封シールする為、のシール構造の一部を形成しうるか、又はその一部でありうる。幾つかの実施態様において、ガラス板状物の間の空間は、断熱性及び／又は遮音性を増大する為に、或る特定のガス、例えばアルゴン又はクリプトン、で充填されうる。
【０１０１】
該スペーサー構造９０２は、図９に示されている通り、所定の断面プロファイルを有する（押し出された）管として構造化され得、本体部分９１２、例えば中空本体部分、及び１以上の光起電力（ＰＶ：photovoltaic）モジュール９０８１〜５を取り外し可能に取り付ける為の取り付け部分９１０を備えている。図９に示されている通り、該周辺スペーサー構造の取り付け部分は、該ＰＶモジュールの受光表面が、外側ガラス板状物に向かって傾斜するように、２つのガラス板状物の間の空間内側に、ある角度でＰＶモジュールを置くように適応される、１以上の取り付け部材を備えうる。傾斜角は、太陽光の受光を最適化し、日陰効果を回避する為に、該ＰＶモジュールの受光表面が外側ガラス板状物に向かって傾斜するような値を有するように、選択されうる。一つの実施態様において、該傾斜角は、該グレージングアセンブリが使用される建物の地理的位置、例えば緯度、に基づいて選択されうる。更なる実施態様において、該グレージングアセンブリの片側におけるスペーサー構造の傾斜角は、該グレージングアセンブリの別の側のグレージングアセンブリの傾斜角（angel）とは異なりうる。このようにして、該グレージングアセンブリが、異なる向きでの使用、例えば建物の北側又は南側での使用、の為に最適化されうる。該ＰＶモジュールは、該スペーサー構造上に取り付けられる。このようにして、該スペーサー構造及びＰＶモジュールは、個々に、すなわちスペーサー構造がガラス板状物に結合させられる前に、製造されうる。
【０１０２】
図１０は、本発明の実施態様に従う太陽光変換デバイスの為の周辺スペーサー構造の断面図（ｚ−ｘ平面）を示す。特に、図１０は、発電グレージングアセンブリの周辺スペーサー構造１００２を備えており、その構造は、矩形ベース部分１０１２、例えば中空矩形ベース部分、及びガラス板状物の平面１０１９に対して傾斜角１０１７でＰＶモジュール１０１６を取り付ける為の取り付け部分１０１４を含む。該ＰＶモジュールは、プリント回路基材（ＰＣＢ：printed  circuit  board）１０２０上に取り付けられた（一連の）光起電デバイス１０１８を備えうる。更に、光起電デバイス、例えばバイパスダイオード及び他の放電保護電子デバイスと関連付けられた電子部品１０２２、が、ＰＣＢ上に取り付けられうる。該取り付け部分は、該ＰＶモジュールを該周辺スペーサー構造に機械的に固定する為の、第１の（内側）固定部材１０２４及び第２の（外側）固定部材１０２６を備えうる。それら両方の固定部材は共に、ｙ−ｚ平面に伸びうる。一つの実施態様において、該固定部材は、該モジュールをある位置にクランプする為のクランプ部材として配置されうる。別の実施態様において、該固定部材は、該ＰＣＢの端部と係合するスライド部材を備えうる。該固定部材の寸法は、該ＰＣＢ及び／又はＰＶデバイスにおいて機械的応力を引き起こすことなしに、該ＰＣＢの或る特定の熱膨張が許容されるように選択されうる。
【０１０３】
図１０に示されている通り、該周辺スペーサー構造は、第１の（内側）固定部材を備えており、該第１の（内側）固定部材は、ｙ−ｚ平面に平坦構造を有し且つ内側ガラス板状物が結合されることができる後面を備えている。該スペーサー構造は更に、第２の（外側）固定部材を備えており、該第２の（外側）固定部材は、ｙ−ｚ平面に平坦構造を有し且つ外側ガラス板状物が結合されることができる前面を備えている。これらの固定部材は、該ＰＶデバイスが外側ガラス板状物に面するような傾斜位置にモジュールを固定するように配置される。その目的を達成する為に、該内側固定部材は、該外側固定部材よりもｙ方向に更に延在し、それによって、該ＰＶ電池モジュールを傾斜位置に提供しうる。該傾斜角は、１０〜８０度、好ましくは２０〜７０度、より好ましくは３０〜６０度、から選択されうる。幾つかの実施態様において、該傾斜角は、４０〜５０度、好ましくは約４５度、から選択されうる。
【０１０４】
従って、図９及び図１０に図示されている該周辺スペーサー構造は、窓の周辺領域の２つの（又はそれよりも多い）ガラス板状物の間に、該ＰＶモジュールの受光表面を傾斜位置に固定する為の効率的な構造を提供する。該ＰＶモジュールの受光表面は、従来技術の解決法と比較してより多くの光を受光するように、外側ガラス板状物に向かって傾斜される。該傾斜は、該グレージングアセンブリが使用されることになる用途及び／又は地理的位置に基づいて、選択されることができる。該周辺スペーサー構造は、窓平面が該周辺スペーサー構造に結合される前に、該ＰＶモジュールが取り付けられることを可能にする。
【０１０５】
図９及び図１０のグレージングアセンブリは、２つの板状物のグレージングアセンブリに言及して記載されているが、当業者は、本発明が複数の板状物、例えば３つ又は４つの板状物、のグレージングアセンブリにおいても使用されうることを理解すると予測される。その場合、該周辺スペーサー構造は、互いに隔てられた距離に複数の板状物を置く為の手段を備えており、ここで、２つの窓板状物によって形成された空間のそれぞれの周辺部分において、１以上の傾斜ＰＶモジュールが配列されうる。
【０１０６】
図１１は、本発明の実施態様に従う発電導波路ベースのグレージングアセンブリの断面図を示す。図１１に示されている通り、該複数の板状物のグレージングアセンブリは、図１０を参照して記載されている、傾斜ＰＶモジュール１１０４を備えているスペーサー構造、例えばスペーサー構造１１０２、を備えうる。該ガラス構造は更に、第１の（内側）ガラス板状物１１０６及び第２の（外側）ガラス板状物１１０８を備え得、ここで、該ガラス板状物の（端部での）外周領域は、該ガラス板状物の平行表面が所定の距離ｄで固定されるように、該スペーサー構造の結合表面１１０９１、２に結合される。建物内に取り付けられる場合、該第２の（外側）ガラス板状物は、外側環境に曝露されるガラス板状物である。
【０１０７】
該結合は、２つのガラス板状物の間の空間をシールする為の第１のシールを提供しうる。従って、距離ｄは、グレージング構造の熱特性が最適化されるように、例えばガラス板状物の間の空間の対流が排除されるか又は少なくとも最小限に抑えられるように選択されうる。該スペーサー距離ｄは、３〜３０ｍｍ、好ましくは５及び２５ｍｍ、より好ましくは１０〜２０ｍｍ、から選択されうる。該ガラス板状物の端部でのシール１１１０は、２つのガラス板状物の間の空間をシールする為の第２のシールを提供しうる。更に、サッシ１１１２は、隔てられたガラス板状物を含むグレージングアセンブリを、所定の位置に維持しうる。
【０１０８】
この実施態様において、１以上の光学層１１１４〜１１１８は、第１のガラス板状物及び／又は第２のガラス板状物の表面の実質的な部分にわたって備えられうる。一つの実施態様において、１以上の光学層の少なくとも一部は、第１のガラス板状物及び／又は第２のガラス板状物の内表面（すなわち、ガラス板状物の間の空間内に配置されている表面）にわたって備えられうる。別の実施態様において、１以上の光学層の少なくとも一部は、第１のガラス板状物及び／又は第２のガラス板状物の外表面（示されていない）にわたって備えられうる。
【０１０９】
該第１のガラス板状物及び／又は該第２のガラス板状物にわたって備えられた光学層のうちの少なくとも１つは、無機発光物質を備えうる。一つの実施態様において、該無機発光物質は、発光太陽光集光器において使用するのに好適な発光物質を含みうる。一つの実施態様において、該発光物質は、従来技術から知られている発光物質を含みうる。別の実施態様において、該無機発光物質は、本開示書に記載されている発光物質を含みうる。一つの実施態様において、（例えば、マイクロ粒子、ナノ粒子又は（非晶質）薄膜層の形態で）Ｔｍ２＋及び／又はＳｍ２＋でドープされたＳｉＡｌＯＮ物質又はＭｎ５＋ドープ薄膜層が使用されうる。
【０１１０】
該発光物質によって生成された放射の全内部反射は、２つの窓板状物の間に放射を捕捉しうる。このようにして、該２つの窓板状物が、該グレージングアセンブリの周辺領域に向かって導かれ且つ周辺領域のＰＶモデル（models）によって吸収されるところの発光放射の一部の為の導波路構造を形成する。
【０１１１】
一つの実施態様において、該発光放射の捕捉は、光学層の少なくとも一部を、該発光物質によって生成された放射を反射するように配置することによって、改善されうる。例えば、該反射層は、可視赤色／近赤外線バンド（例えば、Ｓｍ２＋イオンによって透過された放射に関連付けられた６５０〜８００ｎｍバンド）の放射及び／又は近赤外線バンド（例えば、Ｔｍ２＋及び／又はＭｎ５＋イオンによって透過された放射に関連付けられた１１５０〜１２５０ｎｍバンド）の放射を反射するように最適化されうる。例えば、第１のガラス板状物１１０６の内表面１１２０をカバーする第１の光学層１１１４は、第１の可視赤色バンド及び／又は近赤外線バンド反射層を含み得、及び、第２のガラス板状物１１０８の内表面１１２２をカバーする第２の光学層１１１６は、第２の第１の可視赤色バンド及び／又は近赤外線バンド反射層を含みうる。そのような反射層は、誘電性ミラー、例えば発光放射を反射し、一方では他の波長の放射に対しては透明である、所定の厚さの交互に存在する誘電性の層の多層を含む誘電性ミラー、例えば二色性フィルタ、として実装されうる。該薄膜反射層は、ガラス板状物の窓部分にわたって配列されうる。
【０１１２】
一つの実施態様において、無機発光物質を含む光学層は、窓板状物の内側で、複数の反射層のうちの少なくとも１つにわたって備えられうる。このようにして、該無機発光層は、反射層の間に置かれる。従って、該外側ガラス板状物が日光に曝露される場合、太陽光スペクトルの放射は、外側ガラス板状物を通過しうる。太陽放射１１２４の一部は、発光層によって吸収され、且つ可視赤色バンド及び／又は近赤外線バンドの放射に変換される。該無機発光層中の励起されたドーパント１１２６は、近赤外放射１１２８を透過し得、それは、近赤外線層によって反射されることになる。このようにして、該赤外放射は、赤外放射が窓構造の周辺部分に向かって導かれ、そこで放射が１以上のＰＶモジュール１１０４によって吸収されるように、赤外放射の為の導波路構造１１３０として作用する２つの赤外反射層の間に捕らえられる。
【０１１３】
従って、図１１の実施態様において、窓板状物の間の空間は、導波路構造を形成し、ここで、発光層中の励起されたドーパント部位によって射出された放射は、グレージングアセンブリの周辺部分に向かって導かれ且つ放射を電力に転換するＰＶモジュールによって吸収される。
【０１１４】
一つの実施態様において、該外側ガラス板状物の表面は、中心（窓）部分及び中心部分の周りに配列した周辺部分１１１８を備えうる。該中心（窓）部分は、可視光に対して透明であるが（近）赤外光に対しては反射性になるように、反射性赤外コーティングを備えうる。対照的に、該周辺部分は、反射性赤外コーティングによってカバーされない。従って、該ガラス板状物の外周部分は、該ＰＶモジュールが全太陽光スペクトルに曝露されるように、可視光及び（近）赤外光の両方に対して透明な窓を提供する。
【０１１５】
グレージング構造の為の様々な導波路配列が、本発明から逸脱することなしに可能である。例えば、図１２は、図１１を参照しながら記載されているものと同様の方法で、該ガラス板状物によって形成された導波路構造を含む発電導波路ベースのグレージングアセンブリの断面図の例を示す。しかしながら、この例において、該発光放射がまた、ガラス板状物内に捕捉され、且つ該ガラス板状物の外周又は端部でＰＶデバイスに導かれうる。
【０１１６】
図１１のアセンブリと同様に、該アセンブリは、スペーサー構造を備えており、該スペーサー構造は、傾斜ＰＶモジュール１２０４、第１の（内側）ガラス板状物１２０６及び第２の（外側）ガラス板状物１２０８を備えており、ここで、該ガラス板状物の外周領域（端部での）は、ガラス板状物の平行表面が所定の距離ｄで固定されるように、該スペーサー構造の結合表面に結合される。該結合は、２つのガラス板状物の間の空間をシールする為の第１のシールを提供しうる。１以上の発光層１２１８は、第１のガラス板状物及び／又は第２のガラス板状物の内表面にわたって備えられうる。
【０１１７】
一つの実施態様において、第１の反射層１２１０は、該第１の（内側）ガラス板状物１２０６の内表面１２１２にわたって備えられうる。別の実施態様において、第２の反射リフレクタ１２１４は、該第２の（外側）ガラス板状物１２０８の内表面１２１６にわたって備えられ得、ここで、該反射層は、発光物質によって生成された放射を反射するように配置される。例えば、反射層は、可視赤色／近赤外線バンド（例えば、Ｓｍ２＋イオンによって透過された放射に関連付けられた６５０〜８００ｎｍバンド）の放射及び／又は近赤外線バンド（例えば、Ｔｍ２＋及び／又はＭｎ５＋イオンによって透過された放射に関連付けられた１１５０〜１２５０ｎｍバンド）の放射を反射するように最適化されうる。
【０１１８】
ＳｉＡｌＯＮ層はまた、誘電性バリアとして使用される故に、発光層がまた、該第１のガラス板状物及び／又は該第２のガラス板状物の外表面（の一部）にわたって備えられうる。例えば、ＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋又はＳｉＡｌＯＮ：Ｔｍ２＋層は、該第１のガラス板状物及び／又は該第２のガラス板状物の外表面の少なくとも一部にわたって誘電性バリアの一部として備えられうる。更に、Ｍｎ５＋でドープされた層は、該第１のガラス板状物及び／又は該第２のガラス板状物の外表面の少なくとも一部にわたって備えられ得、ここで、Ｍｎ５＋でドープされた層は、１以上の非ドープＳｉＡｌＯＮ層及び／又は１以上のＳｉＡｌＯＮ：Ｓｍ２＋若しくはＳｉＡｌＯＮ：Ｔｍ２＋層によって保護される。
【０１１９】
従って、該外側ガラス板状物が日光に曝露される場合、太陽光スペクトルの放射１１２２は、該外側ガラス板状物を通過し得、且つ無機発光物質を含む光学層１２１８にぶつかりうる。太陽光スペクトルの放射の一部は、吸収され、そして可視赤色光及び／又は近赤外線の特定のバンドに変換されうる。従って、該無機発光層の励起されたドーパント１２２４は、放射１２２６を第１の反射層に向かって透過し、放射１２２８を第２の反射層に向かって透過しうる。このようにして、該発光放射は、該発光放射の為の導波路構造１２３０として作用する２つの反射層の間に捕らえられる。この実施態様において、該導波路構造は、該第１の（内側）ガラス板状物によって形成された第１の導波路、並びに該第１のガラス板状物と該第２のガラス板状物との間の空間によって形成された第２の導波路を備えうる。このようにして、該発光放射は、窓構造の周辺部分に向かって反射され、そこで該放射は、該第１の導波路部分に関連付けられた第１の光電池１２３２及び該第２の導波路部分に関連付けられた第２の光電池１２０４によって吸収される。他の実施態様において、両方の窓板状物の内表面には、該発光層が備えられうる。更なる実施態様において、第２の（外側）窓板状物は、該導波路としても作用しうる。更なる実施態様において、二重グレージングアセンブリの代わりに、グレージング構造の周辺におけるスペーサー構造によって分離された３つ以上のガラス板状物を備えている複数グレージングのアセンブリが使用され得、ここで、該窓板状物には、該発光物質が備えられ得、ここで、該窓板状物の間の空間は、発光放射を、該グレージングアセンブリの周辺に配列したＰＶデバイスに向けて導く為の複数の導波路構造を形成しうる。
【０１２０】
本明細書において使用される語法は、単に特定の実施態様を記載することを目的とし、本発明を制限することを企図されない。本明細書で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「該（ｔｈｅ）」は、文脈が別段明らかに示さない限り、複数の形態も同様に包含することを企図される。更に、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、本明細書で使用される場合、記述されている特徴、整数、工程、操作、要素、及び／又は成分の存在を特定するが、他の１以上の特徴、整数、工程、操作、要素、成分、及び／又はその群の存在又は追加を排除しないことが理解されるであろう。
【０１２１】
全ての手段又は工程の対応する構造、材料、動作、及び等価物に加えて、以下の特許請求の範囲における機能的要素は、具体的に特許請求されている他の特許請求の範囲の要素と組み合わせて該機能を果たす為の、任意の構造、材料、又は動作を包含することを企図される。本発明の説明は、例示目的で提示されており、ただしその説明は、網羅的であることも、本発明を開示されている形態に制限することも企図されない。本発明の添付の特許請求の範囲及び精神から逸脱することなく、多くの改変及び変更が当業者に明らかであろう。本発明の原理及び実用的な適用を最も良く説明する為、及び考慮される特定の使用に適しているものとして様々な改変を伴う様々な実施態様について、当業者が本発明を理解できるようにする為に、実施態様が選択され、記載されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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