(57)【要約】  太陽放射線を吸収し且つＰＬ放射線を放出するためのフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、ＰＬ材料において太陽放射線を集光するための太陽光集光器、ＰＬ放射線を吸収するように構成されている光起電（ＰＶ）材料、及びＰＬ材料と熱伝導流体（ＨＴＦ）とを収容するためのチャンバを含み、ＨＴＦを、チャンバから、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するためのシステムにパイプで送るように構成されているシステムをさらに含む、エネルギー変換のためのシステム。関連する装置及び方法も記載されている。
2021504978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽放射線を吸収し且つＰＬ放射線を放出するためのフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、
前記ＰＬ材料において太陽放射線を集光するための太陽光集光器、
前記ＰＬ放射線を吸収するように構成されている光起電（ＰＶ）材料、及び
前記ＰＬ材料と熱伝導流体（ＨＴＦ）とを収容するためのチャンバ
を含み、
前記ＨＴＦを、前記チャンバから、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するためのシステムにパイプで送るように構成されているシステム
をさらに含む、エネルギー変換のためのシステム。
【請求項２】
太陽エネルギー取得システムに含まれている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
５０ｓｕｎｓ超の集光で集光型太陽光発電の箇所に設けられている、請求項１又は請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記のシステムが、熱機関を含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記チャンバが、前記ＰＶ材料に向かって前記ＰＬ放射線を反射させる光キャビティを含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記チャンバが、前記ＰＶ材料のバンドギャップに相当する波長で透過可能である壁を含む、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記ＰＬ材料が、前記ＰＶ材料によって吸収されて前記ＰＶ材料が電気を発生させるのに少なくとも十分なエネルギーを含むＰＬ放射線を放出するように構成されている、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記システムが、熱機関を含む、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記ＨＴＦの熱が、水を分解させるために使用される、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ＨＴＦの熱が、シンガスを発生させるために使用される、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
集光された太陽放射線にフォトルミネッセント（ＰＬ）材料を設置することにより、前記ＰＬ材料に太陽放射線を吸収させて、加熱し且つＰＬ放射線を放出すること、
光起電（ＰＶ）材料を前記ＰＬ放射線に設置して電気を生じさせること、
前記加熱されたＰＬ材料の付近に設置することにより熱伝導流体（ＨＴＦ）を加熱すること、及び
前記加熱されたＨＴＦを、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するためのシステムにパイプで送ること
を含む、エネルギー変換のための方法。
【請求項１２】
ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記システムが、電気を変換するためのシステムを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記システムが、化学エネルギーに変換するためのシステムを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
集光された太陽放射線に前記ＰＬ材料を設置することが、太陽エネルギー取得システムに前記ＰＬ材料を設置することを含む、請求項１１〜請求項１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記太陽エネルギー取得システムが、５０ｓｕｎｓ超の集光で集光型太陽光発電の箇所に設けられている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記システムが、タービンを含む、請求項１１〜請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ＰＶ材料が、ＰＶ太陽電池に含まれている、請求項１１〜請求項１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
入射放射線の箇所に設置された、複数のＰＬ発光波長ピークを有するフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、
第１ＰＬ発光波長ピークにおいて前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収するための第１の高バンドギャップＰＶ材料を含む第１光起電（ＰＶ）セル、及び
第２ＰＬ発光波長ピークにおいて前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収するための第２の低バンドギャップＰＶ材料を含む第２ＰＶセル
を含む、電気エネルギーを生じさせるためのシステム。
【請求項１９】
前記ＰＬ材料が、熱絶縁キャビティに設けられている、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ＰＬ材料が、少なくとも、前記ＰＬ材料によって発光される波長において、放射線を捕捉するキャビティに設けられている、請求項１８〜請求項１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記ＰＶ材料が、放射線を捕捉する前記キャビティの壁に沿って配置されている、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ＰＬ材料が、真空チャンバに封入されている、請求項１８〜請求項２１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ＰＬ材料に含まれている波長選択性放射線散乱体をさらに含む、請求項１８〜請求項２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２４】
前記波長選択性放射線散乱体が、
プラズモンナノ粒子、
誘電体ナノ粒子、
ミー散乱粒子、及び
レイリー散乱粒子
からなる群から選択される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記波長選択性放射線散乱体が、前記第１の高バンドギャップＰＶ材料のバンドギャップと整合する波長範囲で放射線を散乱する、請求項２３又は請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記ＰＬ材料から吸収された熱から電気を発生させるためのタービンをさらに含む、請求項１８〜請求項２５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２７】
前記波長選択性放射線散乱体が、前記第１ＰＶセルに向かって光を散乱する箇所に設置されている、請求項２３〜請求項２６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２８】
前記波長選択性放射線散乱体が、前記第２ＰＶセルに向かって光を散乱する箇所に設置されている、請求項２３〜請求項２６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
前記高バンドギャップＰＶ材料の波長と整合するスペクトル範囲で放射線を反射することにより前記第１の高バンドギャップＰＶ材料上に放射線を向けるために、前記第２の低バンドギャップＰＶ材料の前に選択フィルタをさらに含む、請求項１８〜請求項２８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３０】
前記低バンドギャップＰＶ材料及び高バンドギャップＰＶ材料が、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ｃ−Ｓｉ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ｍｃ−Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＳｂ、Ｇｅ、ａ−Ｓｉ、Ｃｕ２Ｓ、ＣＩＧＳ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＰｂＯ、ペロブスカイトからなる群から選択される、請求項１８〜請求項２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記高バンドギャップＰＶ材料が、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、ａ−Ｓｉ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＣｄＳ  ＧａＰ、ＧａＮ、ＰｂＯ、ＣｄＳｅ、ＰｂＩ２  Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＴｅ、ＭＡＰＩ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＧａＡｓＰからなる群から選択される、請求項１８〜請求項２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記低バンドギャップＰＶ材料が、ｃ−Ｓｉ、ｍｃ−Ｓｉ、Ｓｉ、ＧａＳｂ、Ｇｅ、ＣＩＧＳ、ＧａＩｎＳ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓからなる群から選択される、請求項１８〜請求項２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記ＰＬ材料が、Ｎｄ＋３を含み、前記第１の高バンドギャップＰＶ材料が、シリコンを含み、前記第２の低バンドギャップＰＶ材料が、ガリウムヒ素を含む、請求項１８〜請求項２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３４】
前記高バンドギャップＰＶ材料及び前記低バンドギャップＰＶ材料が、前記ＰＬ発光を捕捉するように設計されているキャビティに設けられている、請求項１８〜請求項３３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３５】
前記キャビティの入口に設けられている波長選択性反射フィルタをさらに含み、選択反射率が、前記ＰＬ材料のピーク発光の波長と整合する、請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記キャビティの壁は、複数のＰＶ材料バンドギャップに相当する複数の波長を反射するように設計されている、請求項３４〜請求項３５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３７】
前記ＰＬ材料が、
量子ドット、
ナノ粒子、
金ナノ粒子、
レアアース、
イッテルビウム、
ネオジム、
Ｎｄ＋３、
ユーロピウム、
エルビウム、
直接バンドギャップ半導体、
ＩｎＧａ、及び
ＣｄＴｅ
からなる群から選択されるドーパントを含む、請求項１８〜請求項３６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３８】
第１スペクトル範囲のＰＬ放射線及び第２スペクトル範囲のＰＬ放射線の光路を分離するように構成されているビームスプリッタをさらに含む、請求項１８〜請求項３７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３９】
第１スペクトル範囲のＰＬ放射線を前記第１ＰＶ材料に、且つ、第２スペクトル範囲のＰＬ放射線を前記第２ＰＶ材料に向けるように構成されているビームスプリッタをさらに含む、請求項１８〜請求項３８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４０】
放射線を吸収するための前記ＰＶ材料の表面積が、前記ＰＬ材料からの発光のための表面積よりもＮ倍大きく、前記Ｎが少なくとも１０である、請求項１８〜請求項３８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４１】
前記ＰＶセルが、少なくとも１００ｓｕｎｓの太陽光集光で設計されている、請求項１８〜請求項３９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４２】
太陽からの放射線を吸収して熱を熱伝導流体（ＨＴＦ）に伝導するために１ミクロン〜１．５ミクロンの吸収スペクトルを有する材料をさらに含む、請求項１８〜請求項４１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４３】
１ミクロン〜１．５ミクロンの吸収スペクトルを有する前記材料が、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の層を含む、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記ＰＬ材料が錐体形状に形作られることにより、前記ＰＬ材料から放出される放射線の導波を低減する、請求項１８〜請求項４３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４５】
フォトルミネッセント（ＰＬ）材料を加熱すること、
前記ＰＬ材料を入射放射線に曝露することにより、前記ＰＬ材料に、複数のＰＬ発光波長ピークにおいて放射線を放出させること、及び
少なくとも１つの光起電（ＰＶ）セルを使用して、前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収して電気エネルギーを生じさせること
を含む、電気エネルギーを生じさせるための方法。
【請求項４６】
前記ＰＶセルが、前記ＰＬ発光波長ピークのうちの少なくとも２つを使用して前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収するために少なくとも２つのＰＶ吸収バンドギャップを有する、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記加熱することが、前記入射放射線の吸収によるものである、請求項４５〜請求項４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記ＰＬ材料を加熱することが、１００℃超の温度に加熱することを含む、請求項４５〜請求項４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４９】
前記ＰＬ材料を加熱することが、５００℃超の温度に加熱することを含む、請求項４５〜請求項４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記ＰＬ材料によって吸収される熱から電気を発生させるための熱機関を使用することをさらに含む、請求項４５〜請求項４９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、２０１８年９月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／７３５，９３７号、２０１８年１月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／６２２，９９７号、及び２０１７年１１月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／５８９，０１７号に関係しており、これらからの優先権を主張する。上記出願の全ての内容は、これらの全体があたかも本明細書に完全に記載されているかのごとく、参照により本明細書に全て組み込まれる。
【０００２】
本発明は、そのいくつかの実施形態において、吸収された放射線及び／若しくは熱から電気を作り出すための方法及びデバイス、より詳細には、これに限定されるものではないが、フォトルミネッセント（ＰＬ）材料を使用して１又は複数の光起電材料上で放射線を吸収し且つ放射線を再放出すること、より詳細には、これに限定されるものではないが、ＰＬ材料を使用して、ヘリオスタットによって太陽塔の頂部に集光された太陽放射線の点においても太陽放射線を吸収することに関する。
【０００３】
本明細書を通して言及されている全ての参照文献の開示、並びに、これらの参照文献において言及されている全ての参照文献の開示は、参照により本明細書にここで組み込まれる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明は、そのいくつかの実施形態において、吸収された放射線及び／若しくは熱から電気を作り出すための方法及びデバイス、より詳細には、これに限定されるものではないが、フォトルミネッセント（ＰＬ）材料を使用して１又は複数の光起電材料上で放射線を吸収し且つ放射線を再放出すること、より詳細には、これに限定されるものではないが、ＰＬ材料を使用して、ヘリオスタットによって太陽塔の頂部に集光された太陽放射線の点においても太陽放射線を吸収することに関する。いくつかの実施形態において、前記ＰＬ材料における熱は、熱機関を使用して電気に変換される。いくつかの実施形態において、前記ＰＬ材料における熱は、熱機関を使用して電気に変換され、前記ＰＬ材料からの放射線は、ＰＶセルを使用して電気に変換される。いくつかの実施形態において、前記ＰＬ材料における熱は、熱機関を使用して電気に変換され、前記ＰＬ材料からの放射線は、ＰＶセルを使用して電気に変換され、太陽放射線は、ＰＶセルを使用して電気に変換される。
【０００５】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、太陽放射線を吸収し且つＰＬ放射線を放出するためのフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、前記ＰＬ材料において太陽放射線を集光するための太陽光集光器、前記ＰＬ放射線を吸収するように構成されている光起電（ＰＶ）材料、及び前記ＰＬ材料と熱伝導流体（ＨＴＦ）とを収容するためのチャンバを含み、前記ＨＴＦを、前記チャンバから、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するためのシステムにパイプで送るように構成されているシステムをさらに含む、エネルギー変換のためのシステムが提供される。
【０００６】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記システムは、太陽エネルギー取得システムに含まれている。
【０００７】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記システムは、５０ｓｕｎｓ超の集光で集光型太陽光発電の箇所に設けられている。
【０００８】
本発明のいくつかの実施形態によると、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記のシステムは、熱機関を含む。
【０００９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記チャンバは、前記ＰＶ材料に向かって前記ＰＬ放射線を反射させる光キャビティを含む。
【００１０】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記チャンバは、前記ＰＶ材料のバンドギャップに相当する波長で透過可能である壁を含む。
【００１１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、前記ＰＶ材料によって吸収されて前記ＰＶ材料が電気を発生させるのに少なくとも十分なエネルギーを含むＰＬ放射線を放出するように構成されている。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態によると、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記のシステムは、熱機関を含む。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＨＴＦの熱は、水を分解させるために使用される。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＨＴＦの熱は、シンガスを発生させるために使用される。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、集光された太陽放射線にフォトルミネッセント（ＰＬ）材料を設置することにより、前記ＰＬ材料に太陽放射線を吸収させて、加熱し且つＰＬ放射線を放出すること、光起電（ＰＶ）材料を前記ＰＬ放射線に設置して電気を生じさせること、前記加熱されたＰＬ材料の付近に設置することにより熱伝導流体（ＨＴＦ）を加熱すること、及び前記加熱されたＨＴＦを、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するためのシステムにパイプで送ることを含む、エネルギー変換のための方法が提供される。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態によると、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記のシステムは、電気を変換するためのシステムを含む。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態によると、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記のシステムは、化学エネルギーに変換するためのシステムを含む。
【００１８】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記の集光された太陽放射線に前記ＰＬ材料を設置することは、太陽エネルギー取得システムに前記ＰＬ材料を設置することを含む。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記太陽エネルギー取得システムは、５０ｓｕｎｓ超の集光で集光型太陽光発電の箇所に設けられている。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態によると、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するための前記のシステムは、タービンを含む。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＶ材料は、ＰＶ太陽電池に含まれる。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、入射放射線の箇所に設置された、複数のＰＬ発光波長ピークを有するフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、第１ＰＬ発光波長ピークにおいて前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収するための第１の高バンドギャップＰＶ材料を含む第１の光起電（ＰＶ）セル、及び第２ＰＬ発光波長ピークにおいて前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収するための第２の低バンドギャップＰＶ材料を含む第２ＰＶセルを含む、電気エネルギーを生じさせるためのシステムが提供される。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記入射放射線は、太陽放射線を含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記入射放射線は、集光された太陽放射線を含む。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料の熱を維持するための絶縁体をさらに含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、熱絶縁キャビティに設けられている。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、少なくとも、前記ＰＬ材料によって発光される波長において、放射線を捕捉するキャビティに設けられている。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＶ材料は、放射線を捕捉する前記キャビティの壁に沿って配置されている。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態によると、放射線を捕捉する前記キャビティは、前記ＰＬ材料によって発光される発光波長の端において反射性である。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、真空チャンバに封入されている。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料内に含まれている波長選択性放射線散乱体をさらに含む。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性散乱体は、プラズモンナノ粒子、誘電体ナノ粒子、ミー散乱粒子、及びレイリー散乱粒子からなる群から選択される。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性散乱体は、前記第１の高バンドギャップＰＶ材料のバンドギャップと整合する波長範囲で放射線を散乱する。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、太陽光発電塔の頂部にある。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、集光型太陽光発電の焦点にある。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料上に太陽放射線を集光するための太陽光集光器をさらに含む。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記太陽光集光器は、複数のヘリオスタットを含む。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料から吸収された熱から電気を発生させるためのタービンをさらに含む。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料内に含まれている波長選択性放射線散乱体をさらに含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料の表面に含まれている波長選択性放射線散乱体をさらに含む。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性放射線散乱体は、前記第１ＰＶセル及び前記第２ＰＶセルのうちの少なくとも１つのバンドギャップと整合する波長で放射線を散乱するように設計されている。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性放射線散乱体は、前記第１ＰＶセルのバンドギャップ及び前記第２ＰＶセルのバンドギャップのうちのより大きい方のバンドギャップと整合する波長で放射線を散乱するように設計されている。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性放射線散乱体は、前記第１ＰＶセルに向かって光を散乱する箇所に設置されている。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性放射線散乱体は、前記第２ＰＶセルに向かって光を散乱する箇所に設置されている。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、フォトルミネッセント（ＰＬ）材料を加熱すること、前記ＰＬ材料を入射放射線に曝露することにより、前記ＰＬ材料に、少なくとも２つのＰＬ発光波長ピークにおいて放射線を放出させること、及び、少なくとも２つのＰＶ吸収バンドギャップを有する少なくとも１つの光起電（ＰＶ）セルを使用して、前記ＰＬ発光波長ピークのうちの少なくとも２つを使用して前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収して、電気エネルギーを生じさせることを含む、電気エネルギーを生じさせるための方法が提供される。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、フォトルミネッセント（ＰＬ）材料を加熱すること、前記ＰＬ材料を入射放射線に曝露することにより、前記ＰＬ材料に、少なくとも１つのＰＬ発光波長ピークにおいて放射線を放出させること、及び、少なくとも１つのＰＶ吸収バンドギャップを有する少なくとも１つの光起電（ＰＶ）セルを使用して、前記ＰＬ発光波長ピークのうちの少なくとも１つを使用して前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収して、電気エネルギーを生じさせることを含む、電気エネルギーを生じさせるための方法が提供される。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記加熱することは、前記入射放射線の吸収によるものである。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を絶縁して熱を維持することをさらに含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＶセルから前記ＰＬ材料を絶縁することをさらに含む。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記入射放射線は、太陽放射線である。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、太陽光発電塔の頂部にある。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料上に太陽放射線を集光することをさらに含む。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態によると、複数のヘリオスタットを使用して前記ＰＬ材料上に太陽放射線を集光することをさらに含む。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を加熱することは、５０℃超の温度に加熱することを含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を加熱することは、９８℃超の温度に加熱することを含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を加熱することは、１００℃超の温度に加熱することに加熱することを含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を加熱することは、３００℃超の温度に加熱することを含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を加熱することは、５００℃超の温度に加熱することに加熱することを含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を加熱することは、１００℃〜１０００℃の範囲内の温度に加熱することを含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を加熱することは、９９℃〜１５００℃の範囲内の温度に加熱することを含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を加熱することは、１０００℃の温度に加熱することを含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料を加熱することは、１５００℃の温度に加熱することを含む。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料によって吸収された熱から電気を発生させるためのタービンを使用することをさらに含む。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料内に含まれている波長選択性放射線散乱体を使用して、前記ＰＶセルに向かって放射線を散乱することをさらに含む。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料の表面に含まれている波長選択性放射線散乱体を使用して、前記ＰＶセルに向かって放射線を散乱することをさらに含む。
【００５４】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、複数のＰＬ発光波長ピークを有するフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、及び、前記ＰＬ発光波長ピークのうちの１つを使用して前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収し且つ前記ＰＬ材料によって放出されない放射線を吸収して電気エネルギーを生じさせる、少なくとも第１の高バンドギャップＰＶ材料及び第２の低バンドギャップＰＶ材料を有する少なくとも１つの光起電（ＰＶ）セルを含む、電気エネルギーを生じさせるための装置が提供される。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、複数のＰＬ発光波長ピークを有するフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、及び、前記ＰＬ発光波長ピークのうちの少なくとも２つを使用して前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収して電気エネルギーを生じさせる、少なくとも第１の高バンドギャップＰＶ材料及び第２の低バンドギャップＰＶ材料を有する少なくとも１つの光起電（ＰＶ）セルを含む、電気エネルギーを生じさせるための装置が提供される。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記第２の低バンドギャップＰＶ材料は、前記ＰＬ材料の発光バンド端の波長と整合する波長で放射線を吸収し、前記第１の高バンドギャップＰＶ材料は、前記ＰＬ材料の発光バンド端よりも短い波長で放射線を吸収する。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記高バンドギャップＰＶ材料の波長と整合するスペクトル範囲で放射線を反射することにより前記第１の高バンドギャップＰＶ材料上に放射線を向けるために、前記第２の低バンドギャップＰＶ材料の前に選択フィルタをさらに含む。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態によると、集束された放射線の箇所に設けられている前記ＰＬ材料をさらに含む。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記少なくとも１つの光起電（ＰＶ）セルは、複数のＰＶセルを含む。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記複数のＰＶセルは、タンデム構成で少なくとも第１ＰＶセル及び第２ＰＶセルを含む。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記少なくとも１つの光起電（ＰＶ）セルは、複数のＰＶセルを含み、前記複数のＰＶセルのうちの少なくとも第１セルが、前記ＰＬ発光波長ピークのうちの少なくとも第１ピークを使用して電気エネルギーを生じさせ、前記複数のＰＶセルのうちの少なくとも第２セルが、前記ＰＬ発光波長ピークのうちの少なくとも第２ピークを使用して電気エネルギーを生じさせる。
【００６２】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記低バンドギャップ及び高バンドギャップＰＶ材料は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ｃ−Ｓｉ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ｍｃ−Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＳｂ、Ｇｅ、ａ−Ｓｉ、Ｃｕ２Ｓ、ＣＩＧＳ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＰｂＯ、ペロブスカイトからなる群から選択される。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記第１の高バンドギャップＰＶ材料は、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＰ、ＣｄＴｅ、ａ−Ｓｉ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＣｄＳ  ＧａＰ、ＧａＮ、ＰｂＯ、ＣｄＳｅ、ＰｂＩ２  Ｃｕ２Ｏ、ＺｎＴｅ、ＭＡＰＩ、ＺｎＯ、ＳｉＣ、ＧａＡｓＰからなる群から選択される。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記第２の低バンドギャップＰＶ材料は、ｃ−Ｓｉ、ｍｃ−Ｓｉ、Ｓｉ、ＧａＳｂ、Ｇｅ、ＣＩＧＳ、ＧａＩｎＳ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡｓからなる群から選択される。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、Ｎｄ＋３を含み、前記第１の高バンドギャップＰＶ材料は、シリコンを含み、前記第２の低バンドギャップＰＶ材料は、ガリウムヒ素を含む。
【００６６】
本発明のいくつかの実施形態によると、熱絶縁チャンバに設けられている前記ＰＬ材料をさらに含む。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、前記ＰＬ発光を捕捉するように設計されているキャビティに設けられている。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記第１の高バンドギャップＰＶ材料及び前記第２の低バンドギャップＰＶ材料は、前記ＰＬ発光を捕捉するように設計されているキャビティに設けられている。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記キャビティの壁は、前記ＰＬ材料のフォトルミネッセンス波長の波長で反射性である。
【００７０】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記キャビティの入口に設けられている波長選択性反射フィルタをさらに含み、選択反射率が、前記ＰＬ材料の発光バンドの低エネルギー端の波長と整合することにより、前記ＰＬ材料の発光を捕捉する。
【００７１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記キャビティの入口に設けられている波長選択性反射フィルタをさらに含み、選択反射率が、前記ＰＬ材料のピーク発光の波長と整合する。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記の入口フィルタの高反射率は、Ｅｇ（ＰＬ）−０．１ｅＶ〜Ｅｇ（ＰＬ）＋０．１ｅＶのスペクトル範囲にあり、Ｅｇ（ＰＬ）が、前記ＰＬ材料の発光バンドの低エネルギー端である。
【００７３】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記第１の高バンドギャップＰＶ材料及び前記第２の低バンドギャップＰＶ材料も、前記キャビティ内に設置されている。
【００７４】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記キャビティの形状は、球形、半球形、放物体、放物線及び円筒状からなる群から選択される形状を含む。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記キャビティは、反射壁を含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記反射壁は、前記ＰＬ発光波長ピークでの波長を反射し、他の波長では、より少なく反射するように設計されている。
【００７６】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記反射壁は、前記ＰＬ発光波長ピークでの波長を反射し、他の波長では、より少なく反射するように設計されている薄膜コーティングを含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記反射壁は、前記第１の高バンドギャップＰＶ材料及び前記第２の低バンドギャップＰＶ材料のうちの少なくとも１つに相当する波長を反射するように設計されている。本発明のいくつかの実施形態によると、前記反射壁は、複数のＰＶ材料バンドギャップに相当する複数の波長を反射するように設計されている。
【００７７】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、量子ドット、ナノ粒子、金ナノ粒子、ＴｉＮナノ粒子、レアアース、イッテルビウム、ネオジム、Ｎｄ＋３、ユーロピウム、エルビウム、直接バンドギャップ半導体、ＩｎＧａ、ＣｄＴｅ、遷移金属、クロム、セリウム及び白金からなる群から選択されるドーパントを含む。
【００７８】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料から吸収された熱から電気を発生させるためのタービンをさらに含む。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料内に含まれている波長選択性放射線散乱体をさらに含む。本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料の表面に含まれている波長選択性放射線散乱体をさらに含む。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性放射線散乱体は、前記第１ＰＶセル及び前記第２ＰＶセルのうちの少なくとも１つのバンドギャップと整合する波長で放射線を散乱するように設計されている。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性放射線散乱体は、前記第１ＰＶセルのバンドギャップ及び前記第２ＰＶセルのバンドギャップのうちのより大きい方のバンドギャップと整合する波長で放射線を散乱するように設計されている。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性放射線散乱体は、前記第１ＰＶセルに向かって光を散乱する箇所に設置されている。本発明のいくつかの実施形態によると、前記波長選択性放射線散乱体は、前記第２ＰＶセルに向かって光を散乱する箇所に設置されている。
【００８３】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、フォトルミネッセント（ＰＬ）材料を加熱すること、前記ＰＬ材料を入射放射線に曝露することにより、前記ＰＬ材料に、第１波長ピークにおいて放射線を放出させること、並びに、少なくとも２つの吸収バンドギャップを有する少なくとも２つのＰＶ材料を有する少なくとも１つの光起電（ＰＶ）セルを使用して、前記入射放射線、及び前記ＰＬ材料によって放出される放射線を吸収して、電気エネルギーを生じさせることを含む、電気エネルギーを生じさせるための方法が提供される。
【００８４】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記加熱することは、前記入射放射線への曝露によって実施される。
【００８５】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料によって吸収された熱から電気を発生させるためのタービンを使用することをさらに含む。
【００８６】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料内に含まれている波長選択性放射線散乱体を使用して、前記ＰＶセルに向かって放射線を散乱することをさらに含む。
【００８７】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料の表面に含まれている波長選択性放射線散乱体を使用して、前記ＰＶセルに向かって放射線を散乱することをさらに含む。
【００８８】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、太陽放射線を吸収し且つＰＬ放射線を放出するためのフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、第１スペクトル範囲のＰＬ放射線を吸収するために第１バンドギャップを有する第１太陽電池、第２スペクトル範囲のＰＬ放射線を吸収するために第２バンドギャップを有する第２太陽電池、並びに前記ＰＬ材料、前記第１太陽電池及び前記第２太陽電池を収容し且つ前記ＰＬ放射線を閉じ込めるためのキャビティを含むデバイスを付与すること、前記太陽放射線の熱化により前記ＰＬ材料を加熱すること、前記ＰＬ材料を使用して前記太陽放射線を吸収すること、並びに、前記の吸収された太陽放射線から電気を発生させることを含む、エネルギー変換のための方法が提供される。
【００８９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、量子ドット、ナノ粒子、金ナノ粒子、レアアース、イッテルビウム、ネオジム、ユーロピウム、エルビウム、直接バンドギャップ半導体、ＩｎＧａ、及びＣｄＴｅからなる群から選択されるドーパントを含む。
【００９０】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、熱絶縁チャンバ内に設置されている。
【００９１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記第１太陽電池及び前記第２太陽電池は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ｃ−Ｓｉ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ｍｃ−Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＳｂ、Ｇｅ、ａ−Ｓｉ、ペロブスカイト、及びペロブスカイト構造化合物からなる群から選択されるＰＶ材料を含む。
【００９２】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記第１バンドギャップは、前記ＰＬ材料のバンド端発光と整合し、前記第２バンドギャップは、前記ＰＬ材料のバンド端よりも大きい。
【００９３】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記第１太陽電池及び第２太陽電池は、タンデム構成で設置されている。
【００９４】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記デバイスは、前記第２バンドギャップと整合するスペクトル範囲で光を反射することにより、反射した光を前記第２太陽電池上に向けるために、前記第２太陽電池の前に選択フィルタをさらに含む。
【００９５】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記デバイスは、前記キャビティの入口に波長選択性反射性入口フィルタをさらに含み、反射率は、前記ＰＬ材料のバンド端発光と整合する波長にある。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記の入口フィルタの反射率は、Ｅｇ（ＰＬ）−０．１ｅＶ〜Ｅｇ（ＰＬ）＋０．１ｅＶのスペクトル範囲で高く、Ｅｇ（ＰＬ）が、前記ＰＬ材料のバンド端発光エネルギーである。
【００９７】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、Ｎｄ＋３を含み、前記第１太陽電池は、Ｓｉ光起電（ＰＶ）材料を含み、前記第２太陽電池は、ＧａＡｓＰＶ材料を含む。
【００９８】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、太陽放射線を吸収し且つＰＬ放射線を放出するためのフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、第１スペクトル範囲のＰＬ放射線を吸収するために第１バンドギャップを有する第１太陽電池、第２スペクトル範囲のＰＬ放射線を吸収するために第２バンドギャップを有する第２太陽電池、並びに、前記ＰＬ材料、前記第１太陽電池及び前記第２太陽電池を収容し且つ前記ＰＬ材料によって放出される放射線を閉じ込めるための熱絶縁キャビティを含む、エネルギー変換のためのシステムであって、前記ＰＬ材料が、集光された太陽放射線の焦点に設置されている、前記システムが提供される。
【００９９】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記キャビティの壁は、前記ＰＬ材料によって放出される放射線の波長範囲で高度に反射性である高反射率鏡を含む。
【０１００】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記キャビティの形状は、球形、半球形、二次元放物体、放物線、及び円筒状からなる群から選択される形状である。
【０１０１】
本発明のいくつかの実施形態の態様によると、ポンピング放射線を生じさせるためのレーザー、前記ポンピング放射線及び廃熱を吸収して前記ポンピング放射線よりも短い波長でＰＬ放射線を放出するためのフォトルミネッセント（ＰＬ）材料、並びに前記ＰＬ放射線を吸収して電気を発生させるためにバンドギャップを有する光起電（ＰＶ）材料を含む、廃熱を電気に変換するためのシステムが提供される。
【０１０２】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記光起電（ＰＶ）材料は、第１スペクトル範囲のＰＬ放射線を吸収するために第１バンドギャップを有する第１ＰＶ材料、第２スペクトル範囲のＰＬ放射線を吸収するために第２バンドギャップを有する第２ＰＶ材料を含む。
【０１０３】
本発明のいくつかの実施形態によると、第１スペクトル範囲のＰＬ放射線及び第２スペクトル範囲のＰＬ放射線の光路を分離するように構成されているビームスプリッタをさらに含む。
【０１０４】
本発明のいくつかの実施形態によると、第１スペクトル範囲のＰＬ放射線を前記第１ＰＶ材料に、且つ、第２スペクトル範囲のＰＬ放射線を前記第２ＰＶ材料に向けるように構成されているビームスプリッタをさらに含む。
【０１０５】
本発明のいくつかの実施形態によると、放射線を吸収するための前記ＰＶ材料の表面積が、前記ＰＬ材料からの発光のための表面積よりもＮ倍大きく、前記因子Ｎが少なくとも１０である。
【０１０６】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記太陽電池は、少なくとも５０ｓｕｎｓの太陽光集光で設計されている。
【０１０７】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記太陽電池は、少なくとも１００ｓｕｎｓの太陽光集光で設計されている。
【０１０８】
本発明のいくつかの実施形態によると、太陽からの放射線を吸収して熱を熱伝導流体（ＨＴＦ）に伝導するために１ミクロン〜１．５ミクロンの吸収スペクトルを有する材料をさらに含む。
【０１０９】
本発明のいくつかの実施形態によると、１ミクロン〜１．５ミクロンの吸収スペクトルを有する前記材料は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の層を含む。
【０１１０】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、屈折率が１．５より低い。
【０１１１】
本発明のいくつかの実施形態によると、前記ＰＬ材料は、錐体形状に形作られることにより、前記ＰＬ材料から放出される放射線の導波を低減する。
【０１１２】
別途定義されていない限り、本明細書において使用される全ての技術的及び／又は科学的用語は、本発明が関連する分野の当業者によって一般的に理解されているものと同じ意味を有する。本明細書に記載されているものと同様又は等価な方法及び材料が本発明の実施形態の実用又は試験において使用され得るが、例示的方法及び／又は材料は、以下に記載されている。矛盾する場合、定義を含めて、この特許明細書が支配する。加えて、これらの材料、方法、及び例は、単に例証目的であり、必ずしも限定的であることは意図されない。
【０１１３】
本発明のいくつかの実施形態を、添付の図を参照して、ほんの一例として本明細書に記載する。これらの図をここで詳細に具体的に参照しているが、示されている詳細は、例としてのものであり、本発明の実施形態の例証的な考察を目的としていることを強く主張する。この点において、これらの図と共に取り込まれている詳細な説明は、本発明の実施形態がどのように実用され得るかを当業者に明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】図１は、本発明の例の実施形態による、種々の温度でのＮｄ＋３フォトルミネッセンスのパワースペクトル線を示すグラフである。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図４】図４は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明のいくつかの例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明のいくつかの例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明のいくつかの例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図６】図６は、本発明の例の実施形態による、異なる箇所で異なる散乱体を設ける、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図７】図７は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のための、及び、熱伝導流体を使用してさらなるエネルギーを取得するためのシステムの簡略化された図である。
【図８】図８は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のための、及び、液体冷却を使用してさらなるエネルギーを取得するためのシステムの簡略化された図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図１０】図１０は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の例の実施形態による、廃熱又は赤外線を取得するためのシステムの簡略化された図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の例の実施形態による、廃熱又は赤外線を取得するためのシステムの簡略化された図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の例の実施形態による、放射線を放出するＰＬ材料の簡略化された図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、本発明の例の実施形態による、光子束の希薄化のためのＰＬ材料及びＰＶ材料の例の構成の簡略化された図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、本発明の例の実施形態による、光子束の希薄化のためのＰＬ材料及びＰＶ材料の例の構成の簡略化された図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の例の実施形態による、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層の特性の使用の簡略化された図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の例の実施形態による、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層の特性の使用の簡略化された図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の例の実施形態によるＰＬ吸収体の形状の簡略化された図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、本発明の例の実施形態によるＰＬ吸収体の形状の簡略化された図である。
【図１３Ｅ】図１３Ｅは、本発明の例の実施形態による、楔形状のＰＬ吸収体の簡略化された図である。
【図１３Ｆ】図１３Ｆは、本発明の例の実施形態によるＰＬ吸収体を収容する楔形状のキャビティの簡略化された図である。
【図１３Ｇ】図１３Ｇは、本発明の例の実施形態における放射線及び熱のフローの図である。
【図１３Ｈ】図１３Ｈは、ＰＬ材料及び本発明の例の実施形態による材料を利用するシステムのスペクトルエネルギー利用を示すグラフである。
【図１３Ｉ】図１３Ｉは、従来技術によるＰＶ材料のスペクトルエネルギー利用を示すグラフである。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の例の実施形態において使用される材料の特性の簡略化された図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明の例の実施形態において使用される材料の特性の簡略化された図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、本発明の例の実施形態において使用される材料の特性の簡略化された図である。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、本発明の例の実施形態において使用される材料の特性の簡略化された図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、本発明の実施形態において使用される材料を通過することによって変更される太陽スペクトルを示すスペクトルグラフである。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、本発明の実施形態において使用される材料を通過することによって変更される太陽スペクトルを示すスペクトルグラフである。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、本発明の実施形態において使用される材料を通過することによって変更される太陽スペクトルを示すスペクトルグラフである。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは、本発明の実施形態において使用される材料を通過することによって変更される太陽スペクトルを示すスペクトルグラフである。
【図１６Ａ】図１６Ａは、本発明の例の実施形態によるいくつかのデバイスのモデル化された効率を示すグラフである。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、本発明の例の実施形態によるいくつかのデバイスのモデル化された効率を示すグラフである。
【図１６Ｃ】図１６Ｃは、本発明の例の実施形態によるいくつかのデバイスのモデル化された効率を示すグラフである。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本発明の例の実施形態の全体性能の推定を示すフローチャート及びグラフである。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本発明の例の実施形態の全体性能の推定を示すフローチャート及びグラフである。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明のいくつかの例の実施形態による、異なるドーパント濃度でドーピングしたＹＡＧの発光スペクトルのグラフである。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明のいくつかの例の実施形態による、異なるドーパント濃度でドーピングしたＹＡＧの発光スペクトルのグラフである。
【図１９Ａ】図１９Ａは、本発明の例の実施形態の実験結果を測定するために使用される実験セットアップの簡略化された図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、本発明の例の実施形態によるＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧの温度依存性吸収の結果を示すグラフである。
【図２０Ａ】図２０Ａは、本発明の例の実施形態の実験結果を測定するために使用される実験セットアップの簡略化された図である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、本発明の例の実施形態による、幅広い太陽光励起及びＬＤＬＳ白色光による励起によって測定される結果であるＰＬ発光結果による４つのグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【０１１５】
本発明は、そのいくつかの実施形態において、吸収された放射線及び／若しくは熱から電気を作り出すための方法及びデバイス、より詳細には、これに限定されるものではないが、フォトルミネッセント（ＰＬ）材料を使用して１又は複数の光起電材料上で放射線を吸収し且つ放射線を再放出すること、より詳細には、これに限定されるものではないが、ＰＬ材料を使用して、ヘリオスタットによって太陽塔の頂部に集光された太陽放射線の点においても太陽放射線を吸収することに関する。
【０１１６】
概要
本発明の態様は、太陽放射線を吸収してＰＬ放射線を再放出するためのフォトルミネッセント（ＰＬ）材料及び再放出されたＰＬ放射線を吸収するための光起電（ＰＶ）材料、並びに、さらには、ＨＴＦ熱をエネルギーに変換するためのシステムに、加熱されたＰＬ材料から熱を運ぶための熱伝導流体（ＨＴＦ）を含む、エネルギー変換のためのシステム並びに方法に関する。上記態様は、熱的に改良されたＰＬ＋ＰＶ発電システムを、吸収された熱を使用してなおより多くの電気を生じさせるためのシステムと組み合わせる。
【０１１７】
システムは、太陽エネルギー取得システムに含まれていてよく、及び／又は太陽エネルギー取得塔の頂部に若しくは集光型太陽光発電の焦点に設けられていてよい。
【０１１８】
いくつかの実施形態において、ＰＶ材料は、既製の太陽電池であってよい。
【０１１９】
本発明の態様は、太陽放射線を、かかる放射線を隣接する光起電（ＰＶ）セル上に再放出する、低バンドギャップフォトルミネッセンス（ＰＬ）吸収体と結合することにより、ショックレークワイサー（ＳＱ）効率限界を超える効率で太陽エネルギーを取得する手段としての熱的に改良されたフォトルミネッセンス（ＴＥＰＬ）に関する。熱的に改良されたフォトルミネッセント（ＴＥＰＬ）材料は、吸収する光子より短波長及び高エネルギーで光子を放出して、取得のためのさらなるエネルギーを付与する可能性がある。
【０１２０】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料を使用することは、ＰＶセルを加熱したより長波長の放射線を、ＰＶセルによって吸収され電気エネルギーとして取得されるより短波長の放射線に変換することによって、ＰＶセルにおける熱負荷を低減する可能性がある。
【０１２１】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体は、熱励起を超えて電子を励起する太陽放射線を吸収する。並行して、ＰＬ吸収体は、熱化によって加熱される。光子及び熱励起は、ＰＶセル、所望により、高電圧で作動する高バンドギャップＰＶセルに所望により整合されるブルーシフトしたＰＬ発光を同時に結果として生ずる。低バンドギャップＰＬ吸収体の高い光子電流は、高バンドギャップＰＶの高電圧と一緒になって、ショックレークワイサー効率限界を超える変換効率を結果として生ずる。かかる実施形態において、ショックレークワイサー効率限界を超えたエネルギーは、光子エネルギーに変換される熱エネルギーに及び／又はＰＶセルにおける電圧向上に由来するようである。ＴＥＰＬの熱力学効率限界は７０％に達するが、未だに、高効率を達成することは、高温で利用可能な材料のスペクトル応答に起因して困難である。この問題の一部は、エネルギーギャップ材料とバンドギャップ材料との間の差にある。バンドギャップ材料は、単一のバンドギャップを有するが、非限定的な例として、レアアース又は小分子などのエネルギーギャップ材料は、種々の波長でポンピングされて同時に発光するいくつかの電子遷移を有し得る。例えば、ＴＥＰＬ材料として増感ネオジム（Ｎｄ＋３）を使用すると、１１００Ｋにおいて発光の３０％がＧａＡｓ太陽電池に結合され得る。残りの発光の大部分は、１０６４ｎｍの波長におけるものである。
【０１２２】
本発明の態様は、ＰＬ材料を冷却することに関する。
【０１２３】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料の所望の温度は、所望により冷却及び／又は加熱及び／又は絶縁によって維持される。
【０１２４】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料の所望の温度は、受動冷却によって所望により維持される。
【０１２５】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料の所望の温度は、能動冷却によって所望により維持される。
【０１２６】
いくつかの実施形態において、冷却は、ＰＬ材料からの熱の放射によるものである。
【０１２７】
いくつかの実施形態において、所望の温度への冷却は、窓の透明性及び／又は反射波長を調整して放射線による熱を除去することにより所望により達成される。
【０１２８】
いくつかの実施形態において、冷却は、熱を使用して、流体及び／又はガスを加熱し、その後、ＰＬ材料からの熱を除去することによるものである。
【０１２９】
いくつかの実施形態において、流体及び／又はガスは、放射線が入力される前表面においてＰＬ材料をより冷却するために使用される。
【０１３０】
いくつかの実施形態において、流体は、所望により溶融塩又は超臨界ＣＯ２である。
【０１３１】
いくつかの実施形態において、冷却は、熱を使用して、流体及び／又はガスを加熱すること、並びに、流体／ガスの熱を使用することによるものである。
【０１３２】
いくつかの実施形態において、流体／ガスの熱は、発電、家庭の暖房、温室の暖房、塩水脱塩などの種々の目的で使用される。
【０１３３】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料の所望の温度は、典型的には廃熱と称される範囲内であり、これらの例に限定されるものではないが、５０〜１００、１５０、２００℃の範囲内、又は、９９〜１５００℃の範囲内である。
【０１３４】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料の所望の温度は、光起電デバイスを操作するには典型的には不十分であるとされている範囲内、例えば、これらの例に限定されるものではないが、５０〜１００、１５０、２００、５００、及び１，０００℃さえもの範囲内である。
【０１３５】
本発明の態様は、ＰＬ材料からの熱を使用する概念に関する。
【０１３６】
いくつかの実施形態において、熱は、ガス又は流体を加熱し、所望により、タービンなどの発電機に作用するのに使用される。
【０１３７】
本発明の態様は、光起電を使用して廃熱を取得するための熱的に改良されたフォトルミネッセンス（ＴＥＰＬ）デバイスを使用することに関する。
【０１３８】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬデバイスは、５０℃〜５００℃の範囲内の温度で廃熱を取得するのに使用される。
【０１３９】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬデバイスは、狭いバンドギャップを有するＰＬ材料を使用して、１マイクロメートル〜２マイクロメートルの波長の放射線を吸収する。
【０１４０】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、光起電（ＰＶ）材料によって電気エネルギーに変換される波長においてブルーシフトしたＰＬ放射線を放出する。
【０１４１】
本発明の態様は、１を超える波長ピークで発光するフォトルミネッセント（ＰＬ）材料を使用し、複数の光起電（ＰＶ）材料を使用することによって複数のＰＬ発光ピークのエネルギーを取得して、放出されたＰＬ放射線を吸収して電流を生じさせるシステム及び方法に関する。
【０１４２】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、スペクトル幅、例えば、これらの例に限定されるものではないが、２００ｎｍより幅広のスペクトル幅で発光し、複数の光起電（ＰＶ）材料が、放出されたＰＬ放射線を吸収して電流を生じさせるのに使用される。
【０１４３】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、これらの例に限定されるものではないが、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍより幅広のスペクトル幅で発光する。
【０１４４】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、放射線を吸収及び再放出するように加熱及び設置され、ＰＬ材料の発光ピークは、ブルーシフトを示し、すなわち、ＰＬ材料が加熱されていないときよりも短く、より大きいエネルギーの波長で、比較的より多くの光子を放出する。いくつかの実施形態において、複数のＰＶ材料の吸収バンドギャップは、複数のＰＬ材料発光ピークの波長の少なくともいくつかと整合している。
【０１４５】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料発光ピークのいくつかは、強いブルーシフトを示し、ＰＬ材料発光ピークの１又は複数が、弱いブルーシフトを示す。いくつかの実施形態において、複数のＰＶ材料の吸収バンドギャップは、複数のＰＬ材料発光ピークの波長の少なくともいくつかと整合しており、すなわち、いくつかのＰＶ材料吸収バンドギャップが、ブルーシフトを表示するＰＬ材料発光ピークのものと整合しており、いくつかのＰＶ材料吸収バンドギャップが、より弱いブルーシフトを表示するＰＬ材料発光ピークのものと整合している。
【０１４６】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、ある熱材との接触によって加熱される。いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、対流によって加熱される。
【０１４７】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、放射線を吸収することによって加熱される。いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、放射線を、かかる放射線のいくらかが吸収されてＰＬ放射線として再放出されるのと同時に吸収することによって加熱される。いくつかの実施形態において、吸収される放射線の供給源は、そのため、ＰＬ放射線を加熱すること及び引き起こすことの両方のために機能する。いくつかの実施形態において、吸収される放射線の供給源は、そのため、温度を増加させること及び発光の化学ポテンシャルを上昇させることの両方のために機能する。
【０１４８】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、温度を維持するように及び／又は室温を超えて、さらには非常に高温まで温度を高めるように絶縁され、これらは、全てが、ＰＬ放射線の放出に含まれるエネルギーを増大させる可能性があり、ＰＶ材料（複数可）を吸収することによって生じる電流を増大させる可能性がある。いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、真空チャンバ内に設けられて、熱絶縁体を付与する。いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、温度を維持し及び／又は温度を高めるために絶縁材料を使用して熱的に絶縁されている。
【０１４９】
いくつかの実施形態において、ＰＶ材料においてＰＬ放射線によって発生する熱負荷は、同じＰＶ材料における直接の太陽光照明の熱負荷よりも低い。いくつかの実施形態において、低減された熱負荷は、冷却システムの必要性を簡略化又は排除し、ＰＶ効率を改善する。
【０１５０】
いくつかの実施形態において、複数のＰＶセルが、複数のバンドギャップにおいて放出されたＰＬ放射線を吸収して、電流を生じさせるのに使用される。いくつかの実施形態において、所望により異なるバンドギャップを有する複数のＰＶ材料が、複数のバンドギャップにおいて放出されたＰＬ放射線を吸収するために１又は複数の多層ＰＶセルにおける複数の層として使用される。
【０１５１】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、１又は複数の反射要素（複数可）によって所望により包囲されて、ＰＬ放射線をＰＶ材料に向かって反射し、及び／又はＰＬ放射線がシステムを回避することを防止して、その結果、電流を生じさせるためのＰＬ放射線の使用を最小にする可能性がある。いくつかの実施形態において、反射要素（複数可）は、ＰＬ発光ピークにおいて又はその付近で放射線を反射するように所望により設計されているが、他の波長においては、所望により透明であり、又はより透明である。いくつかの実施形態において、反射層要素（複数可）は、ＰＬ発光ピークにおいて又はその付近で放射線を反射するように設計されている薄膜コーティングによって所望により作製される。いくつかの実施形態において、反射体及び／又はフィルタは、高バンドギャップ太陽電池において吸収される、低バンドギャップ太陽電池からのＰＬ発光を反射するように所望により設置されている。
【０１５２】
いくつかの実施形態において、かかる反射要素は、窓として所望により作用して、放射線がＰＬ材料によって吸収されることを可能にし、且つ、ＰＬ放射線が、ＰＶ材料によって吸収されることもＰＬ材料によって再吸収されることもいずれもなくシステムから出て行くこと、又は、吸収されることによってシステムを加熱することを防止する。
【０１５３】
いくつかの実施形態において、反射要素は、窓として所望により作用して、太陽放射線がＰＬ材料によって吸収されることを可能にし、且つ、ＰＬ放射線が、ＰＶ材料によって吸収されることもＰＬ材料によって再吸収されることもいずれもなくシステムから出て行くこと、又は、吸収されることによってシステムを加熱することを防止する。
【０１５４】
いくつかの例の実施形態において、ＰＬ材料と２つの異なるＰＶ材料との組み合わせは、Ｎｄ＋３を含み、これは、室温で、他の波長の中でも、９５０ｎｍ及び１０６４ｎｍにおいて発光する。高温では、上記Ｎｄ＋３の１０６４ｎｍの発光ピークが変化せず、上記９５０ｎｍの発光が８２０ｎｍの波長まで部分的にブルーシフトする。かかる二重ピークの放射線では、２つの太陽電池が整合され得る。ＳｉＰＶ材料を有する第１太陽電池は、１０６４ｎｍ波長ピークを吸収するための整合バンドギャップを有し、ＧａＡｓＰＶ材料を有する第２太陽電池は、８２０ｎｍ波長ピークを吸収するための整合バンドギャップを有する。
【０１５５】
いくつかの実施形態において、Ｓｉは、バンドギャップがおよそ１ｅＶであるいくつかの他のＰＶ材料によって所望により置き換えられている。
【０１５６】
いくつかの実施形態において、ＧａＡｓは、ペロブスカイト材料又はペロブスカイト構造の材料などの、バンドギャップがおよそ１．４ｅＶであるいくつかの他のＰＶ材料によって所望により置き換えられている。
【０１５７】
いくつかの実施形態において、太陽光集光器などの放射線集光器は、ＰＬ材料において太陽放射線などの放射線を集光するために所望により使用される。
【０１５８】
本発明の態様は、１を超える波長ピークで発光するＰＬ材料を使用し、複数の光起電（ＰＶ）材料を使用することによって複数のＰＬ発光ピークのエネルギーを取得して太陽塔の頂部で放出されたＰＬ放射線を吸収するシステム及び方法に関する。
【０１５９】
いくつかの実施形態において、太陽光集光器などの放射線集光器は、ＰＬ材料において太陽放射線などの放射線を集光するために所望により使用される。いくつかの実施形態において、太陽光集光器（複数可）は、ヘリオスタットであり、太陽塔の頂部においてＰＬ材料に太陽の放射線を反射する。
【０１６０】
本発明の態様は、光起電吸収及びエネルギー生成能をＰＬ発光能に適合させるエネルギー取得システムを構築することに関する。
【０１６１】
いくつかの実施形態において、放射線集光器は、太陽光集光器と同様に、ＰＶ材料上にＰＬ材料からの放射線を集光するために所望により使用される。
【０１６２】
いくつかの実施形態において、ＰＶセル又はＰＶ材料の幾何形状は、ＰＶ材料上でＰＬ材料からの放射線を希薄化するように構成されている。
【０１６３】
いくつかの実施形態において、光子束の希薄化は、集光された放射線システムにおける低コストＰＶの使用を可能にするために使用される。
【０１６４】
いくつかの実施形態において、ＰＶ吸収表面は、所望により、ＰＬ発光体からの発光方向に対する角度にあり、ＰＶに衝突する光子束を低減する可能性がある。
【０１６５】
いくつかの実施形態において、拡散体又は散乱体は、光子束を希薄化するために所望により使用される。
【０１６６】
本発明の態様は、近赤外（ＮＩＲ）線を吸収する可能性があるように、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）などの透明な近赤外吸収層を含むエネルギー取得システムを構築することに関する。
【０１６７】
いくつかの実施形態において、前面窓がＮＩＲ吸収のために所望により使用される。
【０１６８】
いくつかの実施形態において、放射線集光要素の背部は、ＩＴＯ層を含む。
【０１６９】
本発明の態様は、一システムにおける集光型太陽光発電（ＣＳＰ）及びＣＰＶ（集光型光起電）の組み合わせであるエネルギー取得システムを構築することに関する。いくつかの実施形態において、システムは、水素を熱化学的に生成するための熱を付与する可能性がある。
【０１７０】
いくつかの実施形態において、ＣＳＰ駆動型水素生成は、水分解（ＷＳ）によって使用される。
【０１７１】
いくつかの実施形態において、ＣＳＰ駆動型レドックス対酸化物システムは、二酸化炭素分解（ＣＤＳ）と呼ばれる、ＣＯ２を分解するために使用される。
【０１７２】
いくつかの実施形態において、組み合わされたＣＯ２／Ｈ２Ｏ分解は、それぞれＣＯ又はシンガス（合成ガス）を生成するために所望により使用される。
【０１７３】
本発明の態様は、導波放射線の損失などの放射線の損失を低減するために低い実効屈折率（ｎは、１におよそ等しい）を含むエネルギー取得システムを構築することに関する。
【０１７４】
本発明の態様は、ＰＬ材料をナノ粒子コーティングでコーティングする又はナノ粒子をＰＬ材料に埋め込むことで、衝突する放射線を散乱し且つＰＶセルの吸収領域に沿って分布させることを含むエネルギー取得システムを構築することに関する。
【０１７５】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体は、熱エネルギーを低減するために所望によりコーティングされている。
【０１７６】
いくつかの例の実施形態において、コーティングは、６５０ｎｍ〜１１００ｎｍの入射太陽放射線を伝導して、太陽放射線がＰＶセルに直接達することを可能にし、且つ、約１１００ｎｍよりも長い波長で反射するように所望により構成されている、スペクトル選択性太陽吸収を有するコーティング材料である。
【０１７７】
いくつかの実施形態において、コーティング材料は、所望により、Ｃｈｅｎ  ｅｔ  ａｌ、タイトルＳＯＬＡＲ  ＴＨＥＲＭＡＬ  ＡＥＲＯＧＥＬ  ＲＥＣＥＩＶＥＲの公開されているＰＣＴ特許出願国際公開第２０１７／１４７４６３号において記載されている材料である。
【０１７８】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の詳細な説明に記載されている並びに／又は図及び／若しくは実施例に示されている要素並びに／又は方法の構成並びに配置の詳細へのその適用において必ずしも限定されないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、又は、種々の方法で実用若しくは実施され得る。
【０１７９】
図１をここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、種々の温度でのＮｄ＋３フォトルミネッセンスのパワースペクトル線を示すグラフである。
【０１８０】
図１のグラフ１００は、波長をナノメートル（ｎｍ）で示すＸ軸１０１及び定量的尺度を任意単位で示すＹ軸１０２を有する。
【０１８１】
図１は、種々の温度でのＮｄ＋３フォトルミネッセンスのパワースペクトル線１０３〜１１１を示し、加熱に際して、９５０ｎｍ波長発光ピーク１０３から８２０ｎｍ発光ピーク１０４へのブルーシフト、及び１０６４ｎｍ発光ピーク１０５からより短波長の発光ピークへのブルーシフトを示す。Ｎｄ＋３の他の輝線（図１に示さず）は、５３０ｎｍ及び５８０ｎｍにおけるものである。
【０１８２】
図１は、温度が上昇するにつれて、８２０ｎｍ以下ではより多くの光子が放出され、バンド８５０ｎｍ〜９５０ｎｍではより少ない光子が放出されることを示す。
【０１８３】
レアアースなどの、電子遷移が少ないエネルギーギャップ材料を取得するための例の構成は、多接合構成によるものである。増感Ｎｄ＋３の例では、８５０ｎｍ及び１１００ｎｍの波長を整合させるバンドギャップを有する二重接合型太陽電池は、任意の適合する整合である。
【０１８４】
本発明の例の実施形態において−本発明者らは、異なる発光バンドにおける熱誘導電圧向上からの利益を得るために、ＴＥＰＬ材料を、２以上の異なるバンドギャップを有する１又は複数の太陽電池と一緒にキャビティ内に設置している。具体的には、ＴＥＰＬ材料は、ＴＥＰＬスペクトルと整合する波長において反射壁を有するキャビティ内で集光される太陽放射線の中心に所望により設置されている。ＴＥＰＬ材料は、太陽放射線によって励起されてその温度及び化学ポテンシャルを高め；これは、熱励起を超えるフォトルミネッセンス励起である。いくつかの実施形態において、キャビティは、キャビティからの放射線の損失を最小にするために太陽電池及び反射鏡によって所望により包囲されている。所望により、キャビティの壁は、少なくとも２つの異なるバンドギャップを有する少なくとも２つの太陽電池を有する。例えば、ＧａＡｓ及びＳｉ太陽電池は、Ｎｄ＋３系ＴＥＰＬへの良好な整合である。この例において、ＧａＡｓは、８５０ｎｍよりも短い波長において、熱的に上方変換された光を集光するが、のＳｉセルでは、８５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長において、ＧａＡｓバンドギャップよりもエネルギー的に低い光の部分を集光する。
【０１８５】
この例の構成は、１００℃超などの中温においてもＳＱ効率限界を克服する。これは、Ｓｉ太陽電池がそのＳＱ限界に達し得る一方で、ＧａＡｓセルにおいては任意のさらなる電流が追加のエネルギーを与えるからである。
【０１８６】
図２Ａをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステム２００の簡略化された図である。
【０１８７】
図２Ａは、システム２００の断面側面図である。
【０１８８】
図２Ａは、放物体形状のＴＥＰＬ系変換器の簡単な構成を示す。ＴＥＰＬ材料（角箱２０２）は、放物体形状のキャビティ２０４内に設置されている。キャビティ２０４は、２以上の異なるバンドギャップ（「ＰＶ」２０６と表記されている）を所望により有する、ＴＥＰＬ材料２０２及び太陽電池２０６を含む。
【０１８９】
いくつかの実施形態において、入口窓２０８は、ＴＥＰＬ材料２０２の低エネルギーバンド端において所望により高反射性である高反射性（ＨＲ）コーティングから所望により作製されている。
【０１９０】
いくつかの実施形態において、入口窓２０８は、角度２０７内で太陽フィールドから入る光について、所望により、低反射率のものから作製され、又は、ＰＬ材料のバンドギャップを超える波長で反射防止とされる。
【０１９１】
いくつかの実施形態において、ＡＲ／ＨＲコーティングは、ＰＶのバンド端におけるものであって、ＰＶのバンドギャップを依然として超える低エネルギーの太陽放射線によるＰＶの直接励起を可能にする。
【０１９２】
いくつかの実施形態において、ＡＲコーティングは、角度２０７（又は４００ｎｍ〜１７００ｎｍさえも）内で太陽フィールド角度について４００ｎｍ〜１１００ｎｍで、ＨＲコーティングは、角度２０７内でフィールド角度以外の角度において７００ｎｍ〜１１００ｎｍのＰＬ発光波長で、反射防止性であるように構成されている。
【０１９３】
キャビティ内にＳｉ及びＧａＡｓ太陽電池２０６を含む増感Ｎｄ＋３系ＴＥＰＬ２０２の非限定的な任意の例の構成では、入口ＨＲコーティングは、およそ９５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で所望により高反射性である。いくつかの実施形態において、ＨＲコーティングは、およそ９５０ｎｍ〜２５００ｎｍ及び９５０ｎｍ〜５０００ｎｍの範囲でさえも高反射率を有する。かかるコーティングは、放射線からの熱的損失を低減する可能性がある。
【０１９４】
図２Ｂをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステム２１０の簡略化された図である。
【０１９５】
図２Ｂは、システム２１０の断面側面図である。
【０１９６】
図２Ｂは、半球形キャビティ２１４内の平面ＴＥＰＬ２１２の簡単な構成を示す。平面形状のＴＥＰＬ２１２の任意の尖った台形端は、ＴＥＰＬ材料２１２内からＰＶセル（複数可）２１６への発光を案内する可能性があるように設計されている。
【０１９７】
いくつかの実施形態において、表面粗さは、発光抽出を向上させてＴＥＰＬ発光の導波を低減するためにＴＥＰＬ２１２の表面において使用される。
【０１９８】
いくつかの実施形態において、プラズモンナノ粒子などの波長選択性散乱体は、ＴＥＰＬ材料２１２に所望により埋め込まれて、高バンドギャップ太陽電池２１６と整合する波長で光を散乱するが、他の波長の他の放射線は、ＴＥＰＬ材料２１２において所望により保たれる。かかる選択的散乱は、高バンドギャップ太陽電池２１６と整合する光の自己吸収を低減することによって変換効率を改善する可能性がある。
【０１９９】
図２Ｃをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステム２２０の簡略化された図である。
【０２００】
図２Ｃは、システム２２０の前面図である。
【０２０１】
図２Ｃは、いくつかの実施形態において所望により水平に１２０度且つ垂直に３０度である、太陽フィールドにおける典型的な許容角度に整合された典型的な入口窓２２８を示す。かかる構成においては、所望により異なるバンドギャップを有する２以上のＰＶセル（図２Ｃには示さず）が、図２Ｂにおいて２１６で参照されて、ＰＶセル側で均一に所望により分布されている。
【０２０２】
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃにおける点線２０８、２１８、２２８は、いくつかの実施形態においておよそ９５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲である、いくつかの実施形態において高反射性（ＨＲ）である入口窓を示す。
【０２０３】
いくつかの実施形態において、量子効率を向上させるために、低ドーパント濃度の発光分子が所望により使用される。
【０２０４】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料は、ＴＥＰＬ材料内で数ミリメートル〜１メートルの伝搬長を付与するように選択され形作られる。
【０２０５】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料は、所望により、数ミクロンの薄さ、最大で数メートルの厚さであってよい。
【０２０６】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料のサイズ及び形状は、ＴＥＰＬにおける放射線伝搬経路が典型的な入射放射線波長の吸収長さよりも長くなるように設計されている。
【０２０７】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料のサイズ及び形状は、ＴＥＰＬ材料における放射線伝搬経路がＰＬ放出又はＴＥＰＬ放出放射線の波長、すなわち、自己吸収又は再吸収の吸収長さよりも短くなるように設計されている。
【０２０８】
図３Ａ及び３Ｂをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステム３００の簡略化された図である。
【０２０９】
図３Ａは、システム３００の断面側面図である。
【０２１０】
図３Ｂは、システム３００の前面図である。
【０２１１】
図３Ａは、放射線入口窓３０８、ＴＥＰＬ材料３０２及びＰＶセル（複数可）３０６Ａ、３０６Ｂを含む、放物体形状のキャビティ３０４を含む、本発明の別の例の実施形態を示す。
【０２１２】
図３Ｂは、キャビティ３０４における放射線入口窓３０８の前面図を示す。
【０２１３】
いくつかの実施形態において、放物体形状のキャビティ３０４は、所望により窓３０８を除いて、鏡であり、ＴＥＰＬ材料３０２は、放物体形状のキャビティ３０４の焦点を含む箇所に設置されている。
【０２１４】
いくつかの実施形態において、キャビティ３０４は、ＴＥＰＬ材料３０２が設置されている透明な真空チャンバ３０５を所望により収容する。いくつかの実施形態において、真空チャンバ３０５は、反射防止（ＡＲ）コーティングによってコーティングされている。
【０２１５】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料３０２は、所望により、増感Ｎｄ＋３ＴＥＰＬ材料３０２をベースとする。
【０２１６】
いくつかの実施形態において、ＰＶセル（複数可）は、Ｓｉ３０６Ａ、及びＧａＡｓ３０６ＢのＰＶ材料を所望により含んでいる。
【０２１７】
いくつかの実施形態において、Ｓｉ３０６Ａ光起電（ＰＶ）材料を含むＰＶセル（複数可）は、およそ８５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲で通過するバンドパスフィルタを所望により含む。
【０２１８】
いくつかの実施形態において、ＧａＡｓ３０６ＢのＰＶ材料を含むＰＶセル（複数可）は、後方反射体を所望により含む。いくつかの実施形態において、ＧａＡｓ３０６ＢのＰＶ材料を含むＰＶセル（複数可）は、前面の高反射性（ＨＲ）フィルタ−およそ８５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲で所望により高度に反射する−を所望により含む。
【０２１９】
図３Ａは、二重又は複数の反射によって太陽放射線の吸収を向上させるように構造化された任意の形状のＴＥＰＬ材料３０２を示す。
【０２２０】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料３０２の厚さは、所望により、太陽放射線の吸収長さのオーダーであり、所望により、ＴＥＰＬ発光波長における再吸収長さ未満であり、０．１重量％〜１重量％のＮｄ＋３濃度では数ミリメートル〜数センチメートルである。
【０２２１】
いくつかの実施形態において、超高量子効率では、Ｎｄ＋３濃度が所望によりさらに低減され、数センチメートルのＴＥＰＬ厚さを可能にする可能性がある。
【０２２２】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料の形状は、キャビティの壁での太陽電池に関するＴＥＰＬ材料の幾何学的観察の向上のために細長であり、これにより、太陽電池の集光効率を向上させる可能性がある。
【０２２３】
いくつかの実施形態において、低バンドギャップ太陽電池は、高バンドギャップ太陽電池よりも短い波長用のＨＲコーティングによって所望によりコーティングされている。Ｓｉ及びＧａＡｓ太陽電池の例の実施形態では、Ｓｉ太陽電池が８５０ｎｍよりも短い波長用のＨＲで所望によりコーティングされている。これにより、Ｓｉにおけるエネルギー光子の吸収を制限し、当該波長がＧａＡｓ太陽電池上を通過することを可能にする。
【０２２４】
図３Ａ及び３Ｂの例の実施形態のいくつかの実施形態において、入口窓３０４のＨＲコーティングが、９５０ｎｍ〜１１００ｎｍで所望により高度に反射し、Ｎｄ＋３の低エネルギーバンド端発光と所望により整合する。
【０２２５】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料は、その温度を熱化により増大させるために、熱絶縁性の透明なチャンバ内に設置されて、これにより、ブルーシフト発光の強化及び合計効率の増加につながる。
【０２２６】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料３０２及びＰＶセル（複数可）３０６間に、当該ＰＶセル（複数可）における熱負荷を低減させるために熱絶縁ギャップが存在する。
【０２２７】
図４をここで参照し、かかる図は、本発明の別の例による、エネルギーの光起電取得のためのシステム４００の簡略化された図である。
【０２２８】
図４は、太陽放射線４０１が円筒形状のＴＥＰＬ材料４０６の端部に達して、許容角度４０８内で吸収される、円筒状構成を示す。
【０２２９】
いくつかの実施形態において、円筒状ＴＥＰＬ材料４０６は、熱絶縁体によって高温に達するために、円筒状管内に、所望により真空管内にさえ設置される。
【０２３０】
いくつかの実施形態において、異なるバンドギャップを所望により有する２つ以上の太陽電池４０２及び４０４が、円筒状ＴＥＰＬ材料４０６の周辺付近に設置されている。
【０２３１】
いくつかの実施形態において、低バンドギャップ太陽電池は、高バンドギャップの第２太陽電池と整合する波長でＨＲコーティングによってコーティングされ、これにより、高バンドギャップ太陽電池上に、整合された発光を反射する。
【０２３２】
かかる細長構成は、自己吸収損失を最小にする、入射放射線の長い吸収長さ及び／又は発光の短い伝搬長からの利益を享受する可能性がある。
【０２３３】
いくつかの実施形態において、細長い形状、例えば、細長い角箱形状は、同様の利益を有するように構造化され得る。
【０２３４】
図４の例の構成を、単一の高バンドギャップ太陽電池のみが使用されているＴＥＰＬ変換システムの例の構成と比較することにより、本発明者らは、二重バンドギャップキャビティが、効率において、上記の単一の高バンドギャップ太陽電池のＴＥＰＬ構成を超えると推定している。具体的には、これに限定されるものではないが、５００Ｃ〜１０００Ｃの中程度の温度で作動する増感Ｎｄ＋３などのＴＥＰＬ発光体を使用するシステムの例により、本発明者らは、変換効率が３５％を超えると推定している。
【０２３５】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料は、ＴＥＰＬバルク中にさらなる吸収材料を添加することによってさらに増感される。かかる材料は、入射放射線を吸収して、発光体にエネルギーを移動させる。
【０２３６】
いくつかの実施形態において、増感剤及び発光体間のエネルギー移動は、Ｆｏｒｅｓｔｅｒエネルギー移動又はＤｅｘｔｅｒエネルギー移動などの近接場エネルギー移動であり得る。
【０２３７】
いくつかの実施形態において、増感剤及び発光体間のエネルギー移動は、放射エネルギー移動である。例えばＮｄ＋３及びＹｂ発光体に好適である従来の増感剤には、レアアース、遷移金属、及び、発光体の吸収ピークと少なくとも部分的に重複する発光ピークを有する他のＰＬ材料及び量子ドットの分子が含まれる。
【０２３８】
これらに限定されるものではないが、増感剤のいくつかの例は、クロム（Ｃｒ）及びセリウム（Ｃｅ）である。
【０２３９】
これらに限定されるものではないが、レアアース増感剤のいくつかの例には、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、プラセオジム（Ｐｒ）、テルビウム（Ｔｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ルテチウム（Ｌｕ）が含まれる。
【０２４０】
量子ドットには、例えば、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンド、窒化ホウ素、ＡｌＮ、及びＡｌＧａＮなどの広バンドギャップ半導体ナノ結晶が含まれる。
【０２４１】
いくつかの実施形態において、ナノ結晶サイズの量子ドットの増感剤としての使用は、ＴＥＰＬ材料の有効性を、より高い温度に向かって広げる可能性がある。
【０２４２】
いくつかの実施形態において、ＳｉＯ２などのＴＥＰＬ材料のカプセル化は、ＴＥＰＬ材料の有効性を、より高い温度に向かって広げる可能性がある。
【０２４３】
いくつかの実施形態において、直接バンドギャップを有する広バンドギャップ半導体のバルク材料が、増感剤として所望により使用される。これは、該広バンドギャップ半導体の高いＰＬ効率及び高温での相対的な耐久性に起因する。これらの例に限定されるものではないが、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＩｎＮ、及びＡｌＧａＩｎＰは、高温において発光ダイオードとして従来使用されているため、例の実施形態ではＴＥＰＬ材料において使用されるのに好適である。
【０２４４】
いくつかの実施形態において、マルチピーク発光は、増感剤及び発光体の両方からである。例えば、Ｃｒ：Ｙｂ系ＴＥＰＬを使用する。かかる実施形態において、Ｃｒ＋３は、スペクトルの緑−赤部分を吸収する。高温では、吸収されたエネルギーがＣｒによって７００ｎｍ〜１１００ｎｍにおいて部分的に放出され、８５０ｎｍ〜１０００ｎｍで発光するＹｂに部分的に移動する。室温では、Ｙｂが９５０ｎｍ〜１１００ｎｍで発光する。かかる例の組み合わせは、所望によりＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓタンデムセルにおいてＧａＡｓ及びＧａＩｎＡｓ  ＰＶ材料によって、又は、所望によりＧａＡｓセル及びＳｉセル若しくはＧａＡｓ／ＳｉタンデムセルにおいてＧａＡｓ及びＳｉ材料によって所望により取得される二重ピーク発光を有する。
【０２４５】
いくつかの実施形態において、多接合タンデムＰＶセルがキャビティに設置されている。５３０ｎｍ、５８０ｎｍ、８５０ｎｍ、及び１０６４ｎｍでの発光を有するＮｄ＋３例では、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、及びＧａＩｎＮＡｓ、又はＩｎＧａＡｓを組み合わせた多接合ＰＶセルは、最大効率を有する可能性がある、相当するバンドギャップでの各発光を取得する。
【０２４６】
いくつかのタンデム構成では、ＰＶ接合部が、放射線の光路に沿って、一方が他方の後方になるように所望により配置される。かかるタンデム構成は、別個の構成要素、又は単一の多層デバイスとなり得る。
【０２４７】
いくつかの実施形態において、Ｓｉ太陽電池上の透明なＧａＡｓ太陽電池は、いくつかの実施形態においてはこれらの間にギャップを有して、コスト効果的な二重接合デバイスとして所望により使用される。かかる構成のいくつかの実施形態において、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）電極などの透明な導電性電極が所望により使用される。
【０２４８】
いくつかの例の実施形態において、ＴＥＰＬ材料は、波長選択性散乱ナノ粒子を含む。最小の吸収損失による共鳴散乱は、銀ナノ粒子又は銀／シリカナノ粒子などの小さなプラズモン粒子を使用することによって所望により達成される。いくつかの実施形態において、窒化チタン（ＴｉＮ）は、高温選択性波長散乱ナノ粒子用の選択肢である。所望により、金又は銀ナノ粒子は、所望によりシリカにカプセル化されて、共鳴散乱体として使用される。
【０２４９】
図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃをここで参照し、かかる図は、本発明のいくつかの例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【０２５０】
図５Ａは、太陽放射線５０１が円筒形状ＴＥＰＬ材料５０６の端部に達して、許容角度５０８内で吸収される、円筒状構成を示す。
【０２５１】
いくつかの実施形態において、異なるバンドギャップを所望により有する２つ以上の光起電（ＰＶ）セル５０２及び５０４が、円筒状ＴＥＰＬ材料５０６の周辺付近に設置されている。
【０２５２】
図５Ａは、ＴＥＰＬ材料５０６の表面内及び／又は上に埋め込まれたさらなる共鳴散乱粒子５０７を有する導波路構成を示す。かかる共鳴散乱は、放射線の一部が、該放射線が吸収されるまで導波路において進むことを可能にするが、他の放射線は導波されず、ＰＶセル５０２及び５０４におけるＰＶ材料（複数可）の外に散乱する。
【０２５３】
いくつかの実施形態において、ＰＶセル５０２及び５０４は、これらの例に限定されるものではないが：
第１ＰＶセル５０２が１．３５ｅＶのバンドギャップを有するＧａＡｓを所望により含み；
第２ＰＶセル５０４が、４００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲内で所望により高反射性である高反射（ＨＲ）フィルタを所望により有する、１．１ｅＶのバンドギャップを有するＳｉを所望により含む
ように設計されている。
【０２５４】
いくつかの実施形態において、散乱共鳴波長は、高／広バンドギャップＰＶ材料のみと整合する波長に所望によりチューニングされる。高／広バンドギャップＰＶ材料が放射線部分のために高変換効率を有して、該放射線部分が、整合するＰＶ材料に導波路から任意のナノ粒子によって散乱される。他方で、スペクトルの別の部分は、太陽光の一部及びＴＥＰＬ放射線を所望により含み、これが吸収又は再吸収されるまで導波路に沿って所望により進み続ける。いくつかの実施形態において、再放出された光は、広バンドギャップＰＶと整合するスペクトル部分を有し得、導波路の外に散乱され得る。かかる光子リサイクル性の動的チャネルは、生じた電子に吸収される光子に関して、広バンドギャップ太陽電池に対してさらに光を発して全体効率を改善する。
【０２５５】
いくつかの実施形態において、放射線集光構成要素５０３は、入射放射線５０１をＴＥＰＬ材料５０６上に所望により集光する。
【０２５６】
図５Ｂは、太陽放射線５１１が円筒形状ＴＥＰＬ材料５１６の端部に達して、許容角度５１８内で吸収される、円筒状構成を示す。
【０２５７】
いくつかの実施形態において、異なるバンドギャップを有する２つのＰＶ材料のスタックを所望により含むＰＶセル５０４が、円筒状ＴＥＰＬ材料５０６の周辺付近に設置されている。いくつかの実施形態において、ＰＶセル５０４は、１．３５ｅＶのバンドギャップを有するＧａＡｓ及び１．１ｅＶのバンドギャップを有するＳｉを所望により含む。
【０２５８】
図５Ｂは、ＴＥＰＬ材料５０６の表面内及び／又は上に埋め込まれたさらなる共鳴散乱粒子５１７を有する導波路構成も示す。かかる共鳴散乱は、放射線の一部が、該放射線が吸収されるまで導波路において進むことを可能にするが、他の放射線は導波されず、ＰＶセル５１４におけるＰＶ材料（複数可）の外に散乱する。
【０２５９】
図５Ｂは、Ｓｉ／ＧａＡｓ又はＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓ太陽電池（複数可）５１４及び増感Ｎｄ＋３ベースＴＥＰＬ材料５１６の例の実施形態を示す。図５Ｂの例において、散乱粒子の共鳴は、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長を散乱するように所望によりチューニングされる。散乱された光は、ＴＥＰＬ材料５１６において最小の伝搬及び最小の自己吸収でＧａＡｓＰＶセル５１４に達する。他方で、非散乱光は、吸収されるまで導波路に沿って伝搬する。スペクトルの高エネルギー部分及びスペクトルの低エネルギー部分間のかかる区別により、ＰＶセルによるより多くの合計エネルギー抽出を生じさせる可能性がある。
【０２６０】
いくつかの実施形態において、放射線集光構成要素５１３は、入射放射線５１１をＴＥＰＬ材料５１６上に所望により集光する。
【０２６１】
図５Ｃは、太陽放射線５２１が円筒形状ＴＥＰＬ材料５２６の端部に達して、許容角度５２８内で吸収される、円筒状構成を示す。
【０２６２】
いくつかの実施形態において、第１ＰＶセル（複数可）５２２は、放射線５２１の入口により近いＴＥＰＬ材料５２６に沿って所望により設置されており、第２ＰＶセル（複数可）５２４は、放射線５２１の入口からより遠いＴＥＰＬ材料５２６に沿って所望により設置されている。
【０２６３】
図５Ｃは、ＴＥＰＬ材料５２６の表面内及び／又は上に所望により埋め込まれたさらなる共鳴散乱粒子５２３及び５２５を有する導波路構成も示す。
【０２６４】
いくつかの実施形態において、異なるバンドギャップを有する異なるＰＶセル５２２及び５２４は、幾何学的に分離されており、所望により、異なる対応する選択性散乱粒子５２３及び５２５が、ＰＶセルの箇所及びバンドギャップと整合する箇所において埋め込まれている。
【０２６５】
Ｎｄ＋３例では、ＧａＡｓＰＶセル５２２は、ＴＥＰＬ材料の入口縁部に隣接して所望により設置されており、Ｓｉ  ＰＶセル５２４は、遠隔縁部に所望により設置されている（図５Ｃの底部及び図６において示されているものなど）。かかる例の構成において、およそ７００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で散乱する波長選択性散乱体５２３は、放射線５２１用の入口に隣接して所望により埋め込まれており、およそ８５０ｎｍ〜１０６４ｎｍの波長範囲でのさらなる散乱体５２５は、遠隔縁部に向かって所望により設置されている。図５Ｃ及び６は、かかる構成の例を示す。いくつかの実施形態において、散乱体５２３、５２５は、散乱光が整合する太陽電池５２２及び５２４に達するように案内される幾何学的構成で所望により設置されている。いくつかの実施形態において、当該案内は、所望により、散乱光を整合するＰＶセルに反射する鏡による、又は、ＰＶセル５２２及び５２４間の分離と整合する、散乱体５２３、５２５の箇所間の分離によるものである。
【０２６６】
いくつかの実施形態において、放射線集光構成要素５２３は、入射放射線５２１をＴＥＰＬ材料５２６上に所望により集光する。
【０２６７】
図６をここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、異なる箇所に異なる散乱体を設けている、エネルギーの光起電取得のためのシステム６００の簡略化された図である。
【０２６８】
図６は、システム６００の断面側面図である。
【０２６９】
図６は、放射線入口窓６０８、ＴＥＰＬ材料６０２並びにＰＶセル（複数可）６０６Ａ及び６０６Ｂを備えた放物体形状のキャビティ６０４を示す。
【０２７０】
いくつかの実施形態において、放物体形状のキャビティ６０４は、所望により窓６０８を除いた鏡であり、ＴＥＰＬ材料６０２は、放物体形状のキャビティ６０４の焦点を含めた箇所に設置されている。
【０２７１】
いくつかの実施形態において、キャビティ６０４は、ＴＥＰＬ材料６０２が内部に設置されている透明な真空チャンバ６０５を所望により含む。いくつかの実施形態において、真空チャンバ６０５は、反射防止（ＡＲ）コーティングによってコーティングされている。
【０２７２】
図６は、システム６００における異なる箇所並びにＰＶセル６０６Ａ及び６０６Ｂの対応する箇所に異なる散乱体６０７及び６０８を設けることの図示である。
【０２７３】
いくつかの実施形態において、第１タイプの散乱体６０７は、７００ｎｍ〜８５０ｎｍの波長範囲で散乱する波長選択性散乱ナノ粒子を所望により含む。
【０２７４】
いくつかの実施形態において、第２タイプの散乱体６０８は、８５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲で散乱する波長選択性散乱ナノ粒子を所望により含む。
【０２７５】
いくつかの実施形態において、窓６０８は、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲で高反射性のＨＲコーティングを含む。
【０２７６】
いくつかの実施形態において、ＰＶセル（複数可）６０６Ａは、Ｓｉ  ＰＶ材料を含む。いくつかの実施形態において、ＰＶセル（複数可）６０６Ａは、８５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲の帯域フィルタを所望により含む。
【０２７７】
いくつかの実施形態において、ＰＶセル（複数可）６０６Ｂは、ＧａＡｓＰＶ材料を含む。いくつかの実施形態において、ＰＶセル（複数可）６０６Ｂは、広帯域後方反射体を所望により含む。
【０２７８】
いくつかの実施形態において、システム６００は、例えば、約４００ｎｍ〜約１９００ｎｍで透過率が約６０％〜約１００％（例えば、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、又は９５％）であるＴＥＰＬ材料の表面内又は上において半値全幅が約１ｎｍ〜約７００ｎｍであり且つ中心波長が約３９０ｎｍ〜約１９００ｎｍである散乱断面を所望により有する少なくとも１つのナノ粒子型散乱体６０７を堆積させることによって所望により構築される。
【０２７９】
いくつかの実施形態において、他の散乱機構６０８は、散乱を達成するために所望により使用される。
【０２８０】
さらなる例の実施形態は、高散乱の断面で長波長光よりも短波長光を散乱する、ミュー及びレイリー散乱などの散乱機構を所望により使用する。
【０２８１】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料の導波路構成は、高バンドギャップＰＶ材料と整合する波長ではより散乱し、より長波長ではより散乱しない、短波長でのレイリー増強散乱による散乱ナノ粒子を有する。かかる構成では、ＴＥＰＬ導波路の長さは、より短波長において散乱長さよりも所望により長く、所望により、導波路長さが、より長波長における自己吸収長さよりも短い。このように、光のエネルギー部分は、散乱して、高バンドギャップ太陽電池に達する。より長波長での放射線は、レイリー散乱によってあまり影響されず、ＴＥＰＬ材料において吸収されるまで伝搬する。ＴＥＰＬ材料は、ＰＶセルに対してもまた散乱される、エネルギー部分を含む吸収された放射線を再発光する。かかる光子リサイクルは、全体効率を改善する可能性がある。
【０２８２】
（ＴＥＰＬ材料用冷却システム。）
ＰＶ材料（複数可）のバンドギャップ及びＴＥＰＬ材料のエネルギーギャップに基づくいくつかの構成において、ＴＥＰＬ材料の所望の温度範囲は、所望により求められて所望により維持される。所望の温度範囲未満では、太陽電池における効率は、ＰＬ材料における熱誘導ブルーシフトの潜在的低減に起因して低減される可能性があり得る。所望の温度を超えると、エネルギー光子は、ＰＶ材料において潜在的に熱化して、温度を上昇させ且つＰＶ材料の効率を低減する。
【０２８３】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料は、所望により冷却される。
【０２８４】
（放射線冷却）
いくつかの実施形態において、高放射率ＩＲ領域におけるＴＥＰＬ材料の熱放射は、ＴＥＰＬ材料を冷却するために、いくつかの実施形態においては、ＴＥＰＬ材料の温度の上限を維持するためにさえも所望により使用される。例えば、１００ｓｕｎｓの集光において作動するエネルギー変換デバイスは、およそ１００ｋＷ／ｍ２を引き起こす。２０％効率では、デバイスからおよそ８０ｋＷ／ｍ２が所望により評価されるはずである。黒体放射束による３μｍ〜１０μｍの高放射率は、熱放射が８０ｋＷ／ｍ２である、１２００Ｋの上限温度を示唆する。
【０２８５】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料を収容するキャビティに対する入口窓は、低バンドギャップＰＶ材料のバンドギャップよりも長い波長において反射コーティングを所望により有する。
【０２８６】
いくつかの実施形態において、入口窓における反射コーティングは、ＴＥＰＬ材料のエネルギーギャップの波長において反射性である。
【０２８７】
いくつかの実施形態において、サブバンドギャップ放射波長の反射防止コーティングが、キャビティの壁に所望により設置されて、ＩＲ熱放射を回避させてＴＥＰＬ材料を冷却させる可能性がある。
【０２８８】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料のエネルギーギャップ及びＰＶ材料（複数可）バンドギャップの選択は、ＴＥＰＬ材料における熱負荷を低減するように所望により実施される。所与の温度において、ＴＥＰＬ材料によって吸収される太陽スペクトルの一部が、熱化（ストークスシフト）を通して該材料を加熱し、該太陽スペクトルの一部が、光学冷却（反ストークスシフト）を通して該材料を冷却する。いくつかの実施形態において、熱化（ストークスシフト）による加熱及び光学冷却（反ストークスシフト）間の平衡は、熱負荷を低下及び／若しくは最小化するように、並びに／又はエネルギー変換効率を改善するように所望により算出される。
【０２８９】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料の放射率は、低バンドギャップＰＶ材料のものよりも、より長い波長において高い。
【０２９０】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料の放射率は、２μｍ〜１２μｍの間で高い。
【０２９１】
（エネルギー取得及び能動冷却）
いくつかの実施形態において、蒸気タービンシステムは、温度が１０００Ｃに達し得るＴＥＰＬ材料を冷却するために所望により使用される。高温を使用して発生した蒸気は、タービンを駆動させ且つＴＥＰＬ材料を冷却するためにも所望により使用される。かかる構成においては、熱ＴＥＰＬ材料が、圧力チャンバに所望により設置されており、水又はいくつかの他の冷却液体中に所望により浸漬される。
【０２９２】
いくつかの実施形態において、蒸気は、ＴＥＰＬ材料の表面で発生し、圧力チャンバにおける蒸気圧がタービンを稼働させる。所望により、蒸気エネルギーは、電気に変換され得、又は、住居及び工業への熱水の供給に使用され得る。所望により、蒸気タービンは、冷却水を使用して熱水を供給する熱交換器として機能する凝縮器を有する閉ループランキンサイクル構成である。
【０２９３】
いくつかの実施形態において、熱伝導流体（ＨＴＦ）は、熱をＴＥＰＬ材料から熱交換器に且つ蒸気上に運んでタービンを稼働させる溶融塩である。
【０２９４】
いくつかの実施形態において、ＨＴＦは、超臨界ＣＯ２である。
【０２９５】
いくつかの実施形態において、ＨＴＦは、蒸気である。
【０２９６】
ＴＥＰＬ材料において発生した熱からエネルギーを発生させるタービンを他の熱機関に置き換えることができることが重視される。
【０２９７】
いくつかの実施形態において、熱交換器又はＴＥＰＬ材料における過剰な熱は、塩水脱塩に使用される。かかる実施形態において、熱交換器は、所望により、塩水から蒸気を発生させ、該蒸気は、所望により冷却されて水に凝縮される。
【０２９８】
図７をここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得、及びさらなるエネルギーの取得のための熱伝導流体の使用のためのシステム７００の簡略化された図である。
【０２９９】
図７は、システム７００の断面側面図である。
【０３００】
図７は、液体７０６又は蒸気７０６を含むチャンバ７０４も含む、いくつかの例の実施形態を参照して上記に記載されている、エネルギーの光起電取得のためのサブシステム７０２を示す。
【０３０１】
エネルギーの光起電取得のためのサブシステム７０２は、放射線を吸収し、加熱し、ＰＶセル７０９Ａ及び７０９Ｂに放射線を放出してＰＶ電気を発生させるためのＰＬ材料７０７を含む。
【０３０２】
液体又は蒸気７０６は、ＰＬ材料７０７に近接することにより加熱される。
【０３０３】
いくつかの実施形態において、液体又は蒸気７０６は、液体又は蒸気として、加熱液体からなおより多くのエネルギーを取得するためにタービン７１０に所望により循環される７０８。
【０３０４】
いくつかの実施形態において、液体又は蒸気７０６は、チャンバ７０４において熱によって蒸発され、蒸気としてタービンに循環され得る。
【０３０５】
いくつかの実施形態において、液体又は蒸気７０６は、熱を伝導するために使用されるガスであってよい。
【０３０６】
いくつかの実施形態において、液体又は蒸気７０６は、ポンプ７１２によってタービン７１０及びチャンバ７０４を通して所望によりポンピングされる。
【０３０７】
いくつかの実施形態において、蒸気を凝縮するために任意の凝縮器又は熱交換器が使用されてよい。
【０３０８】
いくつかの実施形態において、チャンバ７０４は透明である。いくつかの実施形態において、チャンバ７０４は、本明細書に記載されているＰＶシステムの実施形態を参照して記載されているＡＲコーティング及び／又は反射コーティングを含む。
【０３０９】
いくつかの実施形態において、チャンバ７０４の壁は、３５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長範囲内のＡＲコーティングを含む。いくつかの実施形態において、チャンバ７０４の壁は、３５０ｎｍ〜１７００ｎｍの波長範囲内のＡＲコーティングを含む。
【０３１０】
図７は、送水ポンプＷポンプ７１２及び冷却換気装置Ｗ冷却７１６を駆動し且つ電気エネルギーＷ出力７１８を生じさせる蒸気タービン７１０と組み合わされたＴＥＰＬシステム７０２の例の実施形態を示す。
【０３１１】
図７は、圧力チャンバ７０４内に所望により傾斜した水面を有する例の実施形態を示す。傾斜した水面は、太陽塔において太陽放射線を集光する鏡フィールドの構成において下方に傾斜し得る、例のレシーバを示唆し、該レシーバは、図９において以下に示すように太陽塔の頂部におけるものである。水面の配向は、例えば、かかるレシーバが、太陽塔ではなく、単一のコレクタ（放物線皿）に焦点をあてて設置されているとき、他の方向にあってよい。
【０３１２】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料７０７のバルクは、所望により多孔質材料であり、蒸気泡がＴＥＰＬ材料７０７の表面に回避することを可能にする可能性がある。
【０３１３】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料７０７は、ピラー又はロッドの構造を有し、気泡が、ピラー又はロッドの表面に形成されて、水の表面に達する。
【０３１４】
図８をここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のための、及び、液体冷却を使用してさらなるエネルギーを取得するためのシステム８００の簡略化された図である。
【０３１５】
図８は、システム８００の断面側面図である。
【０３１６】
図８は、ピラー又はロッドとして構成されている、放射線を吸収するためのＰＬ材料８０７を有する、図７のシステム７００と同様のシステム８００を示す。かかる構造は、ＰＬ材料９０７から液体８０６に熱を伝導するのに効率的である可能性がある。
【０３１７】
図８は、ロッド形状のＴＥＰＬ材料８０７を有する例の実施形態を示し、気泡８０９が上面に達することを潜在的に可能にし、ロッドにおける太陽放射線の導波による光散乱を低減させる可能性がある。
【０３１８】
いくつかの実施形態において、図７及び８の蒸気タービンは、高い蒸発温度を有する液体によって所望により操作される。所望により、この高い蒸発温度は、ＰＶセルに放射線を放出するのに望ましいＴＥＰＬ操作温度に近い又はこれと同じである。
【０３１９】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料８０７は、熱交換器を通して液体を蒸発させる、アルゴンなどのガスを加熱する。ガスの初期加熱を含む例の実施形態は、圧力チャンバにおける圧力を低減する可能性があり、これにより、エネルギー変換システムを簡略化する可能性がある。
【０３２０】
図９Ａ及び９Ｂをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【０３２１】
図９Ａ及び９Ｂは、システム９０１上に太陽光９０５を向かわせる鏡９１０を有する、塔９０８の頂部にあるエネルギーの光起電取得のためのシステム９０１を示す。
【０３２２】
システム９０１は、チャンバ９０４、及びエネルギーを取得するためのシステム９０２を所望により含む。
【０３２３】
いくつかの実施形態において、システム９０２は、これらの例に限定されるものではないが、図７及び８に示されている、エネルギーの光起電取得のための、及び、液体冷却を使用してさらなるエネルギーを取得するためのシステムであってよい。
【０３２４】
いくつかの実施形態において、システム９０２は、これらの例に限定されるものではないが、図２Ａ〜Ｃ、３Ａ〜Ｂ、４、５Ａ〜Ｃ及び６に示されている、エネルギーの光起電取得のためのシステムであってよい。
【０３２５】
図９Ａ及び９Ｂは、どのように、エネルギー変換システムが、ヘリオスタットフィールドに焦点をあてて所望により設置されているかを示す。
【０３２６】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬデバイスは、１又は複数の放物線トラフ（複数可）などの一次元（１Ｄ）放射線集光システムに所望により一体化されている。
【０３２７】
図９Ｃをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【０３２８】
図９Ｃは、システム９３０上に太陽光を向かわせる鏡９３５を有する、塔９３２の頂部にあるエネルギーの光起電取得のためのシステム９３０を示す。
【０３２９】
システム９３０は、太陽光を吸収するためのＰＬ材料９３７、ＰＬ材料９３７からの熱を吸収するための熱伝導流体（ＨＴＦ）を有するパイプ９３８、並びに、ＰＬ材料９３７及び／又は太陽放射線によって放出される放射線を吸収するためのＰＶセル９３９を所望により含む。
【０３３０】
いくつかの実施形態において、これらの例に限定されるものではないが、図９Ｃに示すように、パイプ９３８は、所望により、ＰＬ材料９３７に埋め込まれており、又はＰＬ材料９３７におけるキャビティを通過している。
【０３３１】
図９Ｃは、パイプ９３８が、加熱されたＨＴＦをタービン９４０に付与するのに使用されることを模式的に示す。
【０３３２】
図９Ｃは、太陽光９０８が、ＰＬ材料９３７によって吸収されて、発光放射線９４２をＰＶセル９３９に放出して電気を生じさせ且つ加熱されたＨＴＦをタービン９４０にパイプ９３８を通して付与するために使用されることを模式的に示す。
【０３３３】
いくつかの実施形態において、ＰＬ材料９３７は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の層によって前面９３７Ａ及び９３７Ｂ並びに／又は裏面で所望によりコーティングされている。ＩＴＯは、近赤外太陽スペクトルの吸収を向上してこれを熱に変換する、１ミクロン〜２ミクロンの波長での強い吸収を有する。より長波長でのＩＴＯの高い反射率は、ＩＲ損失を低減し、所望により、温度を熱機関（タービン）効率のために高く保つ。
【０３３４】
図１０をここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、エネルギーの光起電取得のためのシステムの簡略化された図である。
【０３３５】
図１０は、ＰＶ材料１００８によって包囲されているＰＬ材料１００６上に太陽光１００４を集光し、窓１０１０を所望により含むトラフ１００２を示す。
【０３３６】
図１０は、細長い形状のＴＥＰＬ吸収体１００６に光の焦点を合わせる１Ｄ放物線トラフ１００２を示す。
【０３３７】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ吸収体１００６のヘッドは、高い屈折率を有することからの利益を享受する可能性があり、ＴＥＰＬ材料に光を案内する二次集光を所望により実施する。かかる構成は、ＴＥＰＬにおいてより長い光路をサポートし、放出された光子がＰＶ材料に達して放物線鏡に向かって戻らざるを得ない機会を増加させる可能性がある。種々の実施形態において、ＴＥＰＬのヘッドは、種々の形状で作製される。
【０３３８】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬのヘッドは、入射放射線１０１２が全内部反射によって導波されることを可能にするように形作られる。
【０３３９】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬのヘッドは、台形１０１４、三角形１０１５、方形１０１６及び半球形などの形状に所望により形作られる。
【０３４０】
いくつかの実施形態において、多散乱及び／又は拡散表面は、粗面又は縁の鋭い表面１０２０によって所望により達成される。
【０３４１】
いくつかの実施形態において、多重反射は、光がトラフ１００２における鏡に後方反射しないように作用する。
【０３４２】
いくつかの実施形態において、放物線トラフの１Ｄ集光は、球形状のトラフによって所望により置き換えられており；構成を簡略化し且つ／又はコストを低減する可能性がある。球形状では、焦点が、放物線形状と比較してより大きい表面にわたって広げられる可能性がある。このことは、ＴＥＰＬ材料を横断する温度勾配を低減する可能性がある。
【０３４３】
いくつかの実施形態において、二次元（２Ｄ）の皿が、放射線を集光するために所望により使用される。図１０に円対称性を加えることにより、２Ｄ放物線又は球形皿が記載される。光が所望により細長い形状のＴＥＰＬ材料に集光され、ここで、ＴＥＰＬヘッドは、円錐、切頭円錐又は半球形ドームの形状を所望により有する。
【０３４４】
いくつかの実施形態において、光は、ＴＥＰＬ材料において所望により導波される。
【０３４５】
いくつかの実施形態において、ＰＶ材料は、のＴＥＰＬの細長い形状を包囲又は部分的に包囲している。
【０３４６】
いくつかの実施形態において、ＰＶ材料１００８は、例えば、タンデムＳｉ／ＧａＡｓセル又はタンデムＧａＩｎＡｓ／ＧａＡｓセルなどのタンデムセルを所望により含む。
【０３４７】
いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬ材料のヘッドにおける粗面は、光を散乱させ、反射損失を低減する可能性がある。
【０３４８】
（工業廃熱回収のための低バンドギャップ熱的改良フォトルミネッセンス）
工業部門は、合計の入射エネルギーの３分の１を消費し、残りのエネルギーが廃棄熱として排出される。
【０３４９】
本発明の態様は、光起電を使用して工業廃熱を取得するための熱的に改良されたフォトルミネッセンス（ＴＥＰＬ）デバイスを使用することに関する。
【０３５０】
低バンドギャップ光起電を使用して工業廃棄熱を取得するための低バンドギャップ熱的改良フォトルミネッセンスデバイスの実験的実証の記載を本明細書において提供する。
【０３５１】
これらの実験では、廃熱の温度の範囲内に含まれる範囲内で温度を増加させてＴＥＰＬ材料の放射線放出を測定する。これらの結果は、５０℃を超えて温度を増加させると放出されたＰＬ放射線エネルギーが熱的にブルーシフトすることを実証している。このブルーシフトは、かかるブルーシフトされた発光を、熱光子とサブバンドギャップ光子との結合を通して効率的に向上させる、より低い温度及びより長い波長でのボルツマン分布に起因し得る。
【０３５２】
この観察から、サブバンドギャップ光子が熱源から最大０．１ｅＶまで抽出する可能性があると推測される。さらに、このデバイスは、該デバイスを光子源及び熱と結合することによって工業廃熱を取得する際に実装され得、該デバイスは、光起電バンドギャップ未満で工業廃熱からのエネルギーの２０％を取得する。かかるデバイスは、廃棄放射線と見なされていてエネルギーがＰＶ太陽電池において一般的に使用されるＰＶ材料のバンドギャップ未満である、１μｍ〜２μｍの太陽放射線を取得するために拡大されてよい。理論的結果は、理想のシステムがＧｅ太陽電池について最大２８％の効率に達し得ることを示す。低バンドギャップＴＥＰＬデバイスは、より低い温度から９００Ｋまでの範囲で作動し得、かかるデバイスは、熱電子発電と競合する可能性がある。
【０３５３】
図１１Ａ及び１１Ｂをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、廃熱又は赤外線を取得するためのシステムの簡略化された図である。
【０３５４】
図１１Ａは、ＰＶ材料に電子を放出させるよりも低いエネルギーの波長で放射線を与えるレーザーからＰＶ電気エネルギーを取得することを実証するシステムを示す。
【０３５５】
図１１Ａは、光線１１０４をＴＥＰＬ材料１１０６中に放出するレーザー１１０２を示す。ＴＥＰＬ材料は、いくつかの熱源１１０８によって加熱される。ＴＥＰＬ材料１１０６は、電気１１１２を生じさせる、ＰＶ材料１１１０によって吸収される放射線を放出する。
【０３５６】
いくつかの実施形態において、レーザー１１０２は、ＰＶ材料１１１０が電気を生じさせるのにエネルギー的に十分ではない波長で光線１１０４を放出し、熱的改良によって、ＴＥＰＬ材料１１０６が、ＰＶ材料１１１０が電気１１１２を生じさせることによって吸収されるのにエネルギー的に十分な放射線エネルギーを放出する。
【０３５７】
図１１Ｂは、ＰＶ材料が電子を放出させるよりもエネルギー的に低い波長におけるものを含めた、太陽光からのＰＶ電気エネルギーの取得を実証するシステムを示す。
【０３５８】
図１１Ｂは、光源としての太陽１１２０を示す。光は、太陽光のスペクトルを示すグラフ１１２２によって示される。該グラフは、より短い、より高エネルギーの波長における第１の棒１１２４、及び、より長い、より低エネルギーの波長における第２の棒１１２６の２つの棒も示す。２つの棒１１２４及び１１２６は、２つのＰＶ材料１１３４及び１１３６の吸収帯の端を表す。２つのＰＶ材料１１３４及び１１３６の各々は、かかる材料に関連する吸収帯の端よりも短い波長で電子を放出して電気を生じさせる。
【０３５９】
図１１Ｂは、入射光を短波長高エネルギー光１１２８及び長波長低エネルギー光１１２９に分割するビームスプリッタ１１３０の使用を実証する。
【０３６０】
いくつかの実施形態において、ビームスプリッタ１１３０は、およそ１１００ｎｍの波長で入射光を分割する。
【０３６１】
いくつかの実施形態において、高エネルギー光１１２８は、太陽光のエネルギーのおよそ７３％を含み、低エネルギー光１１２９は、太陽光のエネルギーのおよそ２７％を含む。
【０３６２】
いくつかの実施形態において、短波長高エネルギー光１１２８は、第１ＰＶ材料１１３４によって所望により直接吸収されて、電子を放出して電気を生じさせる。
【０３６３】
いくつかの実施形態において、短波長高エネルギー光１１２８は、電子を放出して電気を生じさせる第１ＰＶ材料１１３４によって吸収されるＰＬ放射線を放出する第１ＰＬ材料１１３１によって吸収される。
【０３６４】
いくつかの実施形態において、第１ＰＬ材料１１３１は、Ｃｒ−Ｎｄを含む。
【０３６５】
いくつかの実施形態において、第１ＰＶ材料１１３４は、ＧａＡｓを含む。
【０３６６】
いくつかの実施形態において、長波長低エネルギー光１１２９は、第２ＰＶ材料１１３６によって吸収されるＰＬ放射線を放出する第２ＰＬ材料１１３３によって吸収される。
【０３６７】
いくつかの実施形態において、第２ＰＬ材料１１３２は、Ｅｒ−Ｔｍを含む。
【０３６８】
いくつかの実施形態において、第２ＰＶ材料１１３６は、ＩｎＧａＡｓを含む。
【０３６９】
図１１Ｂは、１１００ｎｍよりも短い太陽光波長に加えて、赤外（ＩＲ）線とみなされるより長い波長が低バンドギャップＴＥＰＬ吸収体によって吸収されて低バンドギャップＰＶ材料によって取得される、ＴＥＰＬエネルギーデバイスを示す。
【０３７０】
これらに限定されるものではないが、１μｍ〜２μｍの波長範囲で吸収するＰＬ材料の例には、エルビウム、ツリウムが含まれる。
【０３７１】
図１２Ａをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、放射線を放出するＰＬ材料の簡略化された図である。
【０３７２】
図１２Ａは、ＥｒＴｍ１２０４ＰＬ材料が１７２０ｎｍレーザー１２０６によって励起されてホットプレート１２０８によって加熱されたときのＥｒＴｍ１２０４ＰＬ材料の発光のグラフ１２０２を示す。
【０３７３】
ＥｒＴｍ１２０４ＰＬ材料によって発光される放射線は、積分球１２１０によって所望により集光されて分光計１２１２に送られ、グラフ１２０２を生じる。１７２０ｎｍレーザー１２０６からの放射線は、ＥｒＴｍ１２０４ＰＬ材料による再発光の後、再発光された放射線におけるピーク１２１４を、およそ１５５０ｎｍの、より短い、より高エネルギーの波長で生じさせる。
【０３７４】
グラフ１２０２において分かるように、上記の加熱されたＰＬ材料は、１７２０ｎｍ発光を、Ｇｅ又はＩｎＧａＡｓ太陽電池に到達可能な１５５０ｎｍ発光に変換する。これは、廃棄熱の取得の例の実証である。
【０３７５】
現在の太陽エネルギーにおける１つの課題は、必ずしも、既に光起電（ＰＶ）の化石燃料価格（＜０．０４ドル／ｋＷｈ）下にある発電価格ではなく、むしろ、価格競争において実用規模の電気を貯蔵する能力である。これまでの、かかるエネルギーを効率的且つ確実に貯蔵するための従来の方法は、集光型太陽光発電（ＣＳＰ）と組み合わせた熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）である。ＣＳＰの需要は、その過去の減退にもかかわらず増加しており、代替の派遣可能なエネルギー生成を必要としている。しかし、この技術に関するこの組み合わされた生産及び貯蔵の価格は、ＰＶよりも依然としてはるかに高い（０．０６ドル／ｋＷｈ〜０．１２ドル／ｋＷｈ）。
【０３７６】
熱力学的に、ＰＶ及びＣＳＰは、２つの異なるエネルギー輸送機構を使用する。ＰＶは、光子吸収の量子プロセスによって発生する電子正孔対において捕捉される自由エネルギーを使用するが、ＣＳＰは、自由エネルギーが損失される、熱化のプロセスにおけるフォノンの発生を使用する。これらのプロセスは独立であるとみなされ得ても、電子正孔対の発生は、典型的には、熱化プロセスにおいて自由エネルギーが損失することなしには自発的に起こらない。ＰＶ効率が高温（例えば６００Ｃ）を許容するようにされると、ＰＶ上に太陽放射線を集光して、平行してＣＳＰを通して多量の熱エネルギーを取得しながらも利用可能な自由エネルギーを取得するという恩恵を受け得る。このことは、これらの効率が温度と共に急に減少するため、従来のＰＶシステムによってはなされ得ない。しかし、電子だけではなされないことが、光子と共になされ得る。
【０３７７】
いくつかの実施形態の態様は、太陽放射線をフォトルミネッセント（ＰＬ）吸収体上に集めて、６００℃で操作しながら９０％の量子効率を実験的に実証することに関する。いくつかの実施形態において、ＰＬ材料は、最小の加熱によって４０％の効率でＣＰＶ（集光型光起電）を付与する、Ｓｉ及びＧａＡｓＰＶｓのバンド端吸収と整合する狭い線形状を所望により有する。６００℃における３５％のタービン効率と一緒になって、いくつかの実施形態は、０．０４ドル／ｋＷｈよりも低い電気価格でＣＳＰの効率の５０％の向上を付与し、シリコン価格でオンデマンド電気のための扉を開放する。
【０３７８】
現在の太陽エネルギーにおける１つの課題は、必ずしも、化石燃料価格と既に競合している光起電（ＰＶ）発電のコストではなく、実用規模のエネルギー貯蔵コストである。いくつかの低コスト熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）が存在するが、典型的には、高価な集光型太陽光発電（ＣＳＰ）に依存している。ＰＶ変換をＴＥＳと一体化することが可能である技術は、効率的な再生可能なベースロード発電所の時代において先駆けとなり得る。
【０３７９】
いくつかの実施形態の態様は、ルミネッセンス太陽光発電（ＬＳＰ）と本明細書において命名されており、フォトルミネッセント（ＰＬ）吸収体が熱及び自由エネルギーを所望により空間的に分離して、ＰＶ変換とＴＥＳの一体化を可能にする。
【０３８０】
一体化のための例の材料は、これらの例に限定されるものではないが、ＹＡＧ結晶において所望によりドーピングされたレアアース材料である。かかる材料は、６００℃の温度において最大で９０％のＥＱＥ（外部量子効率）を有する適合されたルミネッセンスを実験的に実証している。かかる温度では、実用的なＬＳＰ効率は、３２％に達し得、従来の対照のＰＶ／ＣＳＰ効率を超え、且つ太陽エネルギー貯蔵の均等化発電原価（ＬＣＯＥ）の３セント／ｋＷｈ未満までの潜在的低減をもたらす。
【０３８１】
集光型太陽光発電（ＣＳＰ）は、本明細書において、熱吸収体が、集光された太陽光によって加熱されることにより、熱エネルギー貯蔵（ＴＥＳ）を可能にする技術を表しており、かかる技術は、実用的な変換効率が２０２０年までにピーク時で最大２２％に達することが期待される。ＣＳＰ発電は、Ｓｉ系光起電（ＰＶ）では可能な２セント／ｋＷｈと比較して、今日では、おおよそ６セント／ｋＷｈである均等化発電原価（ＬＣＯＥ）の観点から高価である。しかし、実用規模のＴＥＳは、その１セント／ｋＷｈという低コストに起因して、この技術を生かし続けてきた。２０３０年までに半分に低減される太陽エネルギー価格の貯蔵の計画では、米国でのエネルギー生成の半分が太陽光に由来することになると見積もっている。実用規模での電池ベースの貯蔵によるＰＶは、この目標からは遠く、このビジョンを現実にするために最有力候補としてＣＳＰを置いている。
【０３８２】
いくつかの実施形態の態様は、ＴＥＳ容量を犠牲にすることなくプラント効率全体を引き上げる。熱力学概念の可能性は、以下の例によって説明され得る。集光された太陽光の下、最大６００℃の高温で効率的に作動し得るＰＶ太陽電池を採用する。該ＰＶ太陽電池は、従来なされているようにＰＶにおける電気エネルギーの取得を可能にするが、平行する熱化により誘発される熱が、これらの例に限定されるものではないが、蒸気発電機、例えば効率が４０％を超える蒸気発電機を使用することによって貯蔵され、後に取得され得る。このことは、従来のＰＶを使用することによって達成されるときには、これらの効率が、温度が上昇するにつれて降下するため、課題となる。しかし、従来の電子技術によってなされ得ないことが、フォトルミネッセンス（ＰＬ）によって可能である。
【０３８３】
ＰＬプロセスは、エネルギー光子の吸収、続いての、低エネルギーのレッドシフトした光子の熱化及び発光を含む。発光効率−すなわち、外部量子効率（ＥＱＥ）−は、必ずしも、材料温度に依らない。発光がＰＶセルのバンド端に適合するようにチューニングされると、ＰＬ吸収体は光子の余分な熱を保持する一方で、ＰＶは、最小の廃棄熱で自由エネルギーを発生させる。この態様、すなわち、ルミネッセント太陽光発電（ＬＳＰ）は、自由エネルギーからの熱の空間的隔離を可能にする。ＰＶ熱抽出及びスペクトル分解などの他のハイブリッドの集光型光起電／熱（ＣＰＶ／Ｔ）では、ＰＶ効率のために熱利用を又はその逆で犠牲にすることにより到達できず、ＬＳＰによると、それぞれ太陽光−光子がＴＥＳ及びＰＶ変換の両方に寄与する可能性がある。
【０３８４】
（光子束の希薄化）
光子束の希薄化は、集光型太陽光発電（ＣＳＰ）システムにおいて低コストのＰＶセル及び／又は材料を使用することを可能にする可能性があり：低集光に設計されている既製の太陽電池を使用することがコスト効果的であり得る。例えば、Ｓｉ太陽電池は、１００ｓｕｎｓ、５０ｓｕｎｓ又はさらには１０ｓｕｎｓの集光用に作製されている。多接合型太陽電池は、１０、５０、１００、３００、５００、１０００ｓｕｎｓ以上に設計されてもよい。
【０３８５】
いくつかの実施形態において、例えば、ＰＬ吸収体から発光された集光された光が、ＰＶセルの仕様を超えているとき、希薄化幾何形状が適用され得る。かかる概念では、ＰＶの軌道は、ＰＬ吸収体からの発光に対する角度で作られる。この角度は、吸収体に関してのＰＶの幾何学的因子を低減することにより、当該ＰＶに衝突する光子束を低減する。
【０３８６】
図１２Ｂをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、光子束の希薄化のためのＰＬ材料及びＰＶ材料の例の構成の簡略化された図である。
【０３８７】
図１２Ｂは、ＰＶ材料１２３２に対向するＰＬ材料１２３１であって、ＰＶ材料１２３２の表面が、ＰＬ材料１２３１の面に角度１２３３で構成されているＰＬ材料に対向する、材料を示す。
【０３８８】
図１２Ｂは、三角形の任意の幾何形状を示す。
【０３８９】
ＰＶにおいて光子束を希薄化する別の方法は、拡散体又は散乱体を使用することによるものである。
【０３９０】
図１２Ｃをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、光子束の希薄化のためのＰＬ材料及びＰＶ材料の例の構成の簡略化された図である。
【０３９１】
図１２Ｃは、ＰＶ材料１２３８がボリューム１２３９内に対向している、ボリューム１２３９に対向するＰＬ材料１２３７を示す。
【０３９２】
図１２Ｃは、ＰＬ材料１２３７に対向する壁を除く、ボリューム１２３９の壁の全てが、ＰＶ材料１２３８又はＰＶセル１２３８である非限定的な例を示す。
【０３９３】
いくつかの実施形態において、ボリューム１２３９は、ボリューム１２３９の壁に放射線を散乱することによってＰＶ材料において光子束を低減する可能性がある光学材料を含む。
【０３９４】
図１２Ｃは、ＰＶ材料が、一側面が、ＰＬ材料１２３７からの放射線に対して開放して、ＰＬ材料１２３７に対向する、光学材料を含むボックスとして形成されている例を示す。
【０３９５】
いくつかの実施形態において、光子束希薄化因子は、ＰＬ材料１２３７の吸収体面積によって除算されるおよそのＰＶ材料１２３８の面積である。
【０３９６】
他の任意の幾何形状には、湾曲されていてよい薄型ＰＶのために、錐体形状又は円筒形状さえも含まれていてよい。
【０３９７】
いくつかの実施形態において、ＰＶ材料の面積がＰＬ吸収体からの発光の面積よりも５、１０、５０、１００大きいことにより、低集光ＰＶを、高集光太陽放射線によって照らされるＰＬ吸収体と結合させることを可能にする。
【０３９８】
いくつかの実施形態において、本明細書に記載されているように光子束希薄化を使用するエネルギー取得システムは、太陽エネルギー取得システムが１０、５０、７０、１００、２００、５００ｓｕｎｓの太陽光集光で動作することを可能にする可能性がある。
【０３９９】
（近赤外太陽放射線の吸収の向上）
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体は、高いＰＬ効率（量子効率）を有するように設計されている。このために、ＰＬ吸収体は、太陽エネルギーのおよそ３０％が属する、太陽スペクトルの近赤外部分において透明であるように所望により設計されている。
【０４００】
太陽からより多くの熱エネルギーを潜在的に抽出して、近赤外スペクトルを熱に潜在的に変換するために、ＰＬ吸収体上にさらなるコーティングが所望により付加され、又は、近赤外スペクトルを吸収するＰＬ吸収体内にドーパントが所望により添加される。これらのさらなる材料は、ＰＬ吸収体の吸収及び発光スペクトルにおいて所望により透明である。
【０４０１】
これらの例に限定されるものではないが、ＰＬ吸収体は、石英、又はスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、又はＡＬＯＮ（アルミニウム酸窒化物）、又はＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）、又はサファイアからできている。
【０４０２】
いくつかの実施形態において、これらの材料は、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｙｂ、Ｎｄ、マンガン、Ｌｉ２ＭｎＯ３などの、高温において所望により耐久性であるＰＬ発光体が所望によりドーピングされている。かかる組成物は、約１ミクロンの波長において、最大でＮｄの発光まで可視スペクトルにおいて強い吸収性を有し得る。この材料は、１ミクロン〜５ミクロンで所望により透明であり、スペクトルの近赤外部分については吸収しない。
【０４０３】
いくつかの実施形態において、ＩＴＯコーティングがＰＬ吸収体上に付加されて、近赤外太陽スペクトル光を吸収し、これを熱に変換する。
【０４０４】
図１３Ａ及び１３Ｂをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層の特性の使用の簡略化された図である。
【０４０５】
図１３Ａは、衝突太陽光１３０６の方向に対して、表及び／又は裏面にＩＴＯコーティング１３０４を有して構成されているＰＬ１３０２吸収体の概略図を示す。
【０４０６】
いくつかの実施形態において、ＰＬ１３０２吸収体は、太陽光１３０６を吸収し、加熱し１３０８、熱は、ＩＴＯコーティング１３０４によって大部分が反射される。ＰＬ１３０２吸収体は、太陽光１３０６を吸収し、加熱し、所望によりＰＶセル（図示せず）に向かって、発光放射線１３１０を発光する。
【０４０７】
図１３Ａは、ＰＬ吸収体１３０２の断面を示す。ＩＴＯコーティング１３０４及び任意の高温流体（ＨＴＦ）１３１２により、エネルギー生成のための任意の熱機関に熱を運ぶ。ＩＴＯコーティング１３０４は、ＩＲ発光を遮断する可能性があり、隣接するＰＶの加熱を低減する可能性がある。
【０４０８】
図１３Ｂは、本発明の例の実施形態に関連するスペクトル特性を示す４本の線を有するグラフ１３２０を示す。
【０４０９】
グラフ１３２０は、波長をミクロンで示すＸ軸１３２１及び相対値を４本の線で示すＹ軸１３２２を有する。
【０４１０】
グラフ１３２０は、グラフ１３２０の頂部に沿ってさらなるマーク１３３１、１３３２及び１３３３も有し、波長範囲：可視−近赤外範囲１３３１；赤外範囲１３３２；及び長波長赤外範囲１３３３を示している。
【０４１１】
グラフ１３Ｂは、以下の線を示す：
衝突太陽放射線の相対強度を示す第１線１３２５；
図１３ＡのＰＬ吸収体１３０２などのＰＬ吸収体の相対吸収を示す第２線１３２６；
ＩＴＯ反射の相対値を示す第３線１３２７；及び
５２５℃の温度における相対黒体放射を示す第４線１３２８。
【０４１２】
第１線１３２５及び第２線１３２６は、ＰＬ材料が太陽スペクトルに対応する帯域幅で放射線を吸収することを示す。
【０４１３】
第３線１３２７及び第４線１３２８は、ＩＴＯが、熱材から予測される発光に相当する帯域幅で放射線を反射することを示す。例の５６５℃の温度は、本発明の例の実施形態において見られ得るものなどの、相対的に高温を表し、典型的には、例えばＰＶセルにおいては見られない。
【０４１４】
図１３Ｂは、ＰＬ吸収体が吸収及び発光する可視−近赤外範囲１３３１において透明である、ＩＴＯの光学特性を示す。このＩＴＯは、近赤外スペクトルの吸収を向上させる１ミクロン〜２ミクロンで強い吸収性を有し、放射線を熱に変換する。より長波長でのこのＩＴＯの高い反射率は、赤外損失を低減し、潜在的に熱機関（タービン）効率のために、温度を高く保つ。
【０４１５】
いくつかの実施形態において、ＩＴＯコーティングの機能性は、近赤外スペクトルにおける吸収材料によって所望によりドーピング又はコーティングされている、さらなる窓を設置することによって達成することもできる。
【０４１６】
いくつかの実施形態において、ＨＴＦは、かかる窓から任意の熱機関に熱を送達する。
【０４１７】
いくつかの実施形態において、スペクトル選択性太陽吸収体を有するコーティング材料は、所望により、入射太陽放射線を伝導して約２ミクロンよりも長い波長で熱放射線を反射するように構成されている。
【０４１８】
いくつかの実施形態において、吸収スペクトルが１ミクロン〜１．５ミクロンを吸収する材料が、本発明の例の実施形態によるエネルギー取得装置に所望により添加されて、太陽からの放射線スペクトル光を吸収し、熱をＨＴＦに伝導する。
【０４１９】
いくつかの実施形態において、ＩＴＯ層は、太陽スペクトル光を吸収して熱をＨＴＦに伝導するために所望により使用される。
【０４２０】
（低実効屈折率。）
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体からのフォトルミネッセンスは、ＰＶに達するように構成されている。放射結合を向上させるために、ＰＬ吸収体に衝突する放射線の導波が所望により低減される。
【０４２１】
屈折率が１．５である、スラブ形状ＰＬ吸収体などの平面バルクの導波路では、該バルクの面から空気への放射結合は約１２．５％であるが、残りの、光のおよそ７５％が全内部反射によってバルク内に保たれ、他の１２．５％がＰＶに向かって放射される。
【０４２２】
屈折率が１．８の平面バルクでは、放出された光の約８４％が導波路形状の平面バルクに残る。
【０４２３】
いくつかの実施形態において、多孔質層構造が使用され、平面バルクの体積の大部分が空気から構成されていて、ｎ＝１の、空気の屈折率値付近の屈折率の有効体積平均を誘導する。
【０４２４】
いくつかの実施形態において、バルクから空気への有効屈折率の徐々の低減により、ＰＬ吸収体中への後方反射が低減される可能性がある。
【０４２５】
吸収体バルク厚さが大きいと、錐体形状において該吸収体の裏面を切断及び／又は研磨することが可能である。かかる構造を分析することで、光の大部分が反射されないことが示される。
【０４２６】
図１３Ｃをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態によるＰＬ吸収体の形状の簡略化された図である。
【０４２７】
図１３Ｃは、入射放射線に対向するための平坦な前面１３４１及びＰＶセル１３４３に対向するための特別に構成されている背面１３４２を有するＰＬ吸収体１３４０を示す。
【０４２８】
図１３Ｃに示されている背面１３４２は、ＰＬ材料のバルクに向かって底辺及びＰＶセルに向かって頂点を有している複数の錐体として形作られている。
【０４２９】
図１３Ｃは、ＰＬ吸収体の錐体構造を示す。
【０４３０】
いくつかの実施形態において、背面１３４２の錐体形状は、ＰＶセルに指向する発光を高めるために使用される。
【０４３１】
いくつかの実施形態において、研磨されていない錐体が使用される。かかる場合において、錐体の外面から後方反射する光の一部が、０．２未満、さらには０．１未満であるように企図され得る、底面の形態係数に対応している。
【０４３２】
いくつかの実施形態において、外面長さ及び底面間の形態比が５である錐体では、底面の形態係数が１：５、又は２０％である。外面が研磨されていないときは、光の２０％のみがバルクに戻る。有効な低い指標及び錐体形状を使用することにより、放射線の結合効率は、１．５の屈折率で８７．５％、１．８の屈折率で９２％に達する。
【０４３３】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体は、ＰＬ発光の導波を低減するために有効な低い屈折率を有する。
【０４３４】
いくつかの実施形態において、ＡＲコーティングは、内部反射を有意に低減するのに使用される。
【０４３５】
いくつかの実施形態において、内部反射を低減するのに使用されるＡＲコーティングは、有効な低い屈折率、１の実効屈折率でさえも生ずると言われている。
【０４３６】
図１３Ｄをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態によるＰＬ吸収体の形状の簡略化された図である。
【０４３７】
図１３Ｄは、入射放射線に対向するための平坦な前面１３５１及びＰＶセル１３５３に対向するための平坦な背面１３５２を有するＰＬ吸収体１３５０を示す。
【０４３８】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体１３５０は、ＰＶセル１３５３に達するＰＬ発光の一部を向上させる可能性がある、前面１３５１におけるＡＲ／ＨＲコーティング１３５４及び／又は背面１３５２におけるＡＲ／ＨＲコーティング１３５５を所望により含む。
【０４３９】
いくつかの実施形態において、前面ＡＲコーティング１３５４は、フィールド角度よりも小さい角度で到達する、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長の光を透過するように設計されている。いくつかの実施形態において、前面ＡＲコーティング１３５４は、他の角度における６５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長でのＰＬ吸収体１３５０発光に高反射性であるように設計されている。
【０４４０】
いくつかの実施形態において、ＡＲコーティングは、ＰＬ吸収体１３５０において赤外放射線を取り込んで熱に変換するために、４００ｎｍ〜１５００ｎｍ、又は１７００ｎｍに達する波長用に所望により設計されている。
【０４４１】
いくつかの実施形態において、背面１３５２は、最大の光子束がＰＶ１３５３に達して発電することを可能にするために、ＰＶ１３５３のバンドギャップを超える光子エネルギーを有する光のスペクトル全体で、且つ、できるだけ広い角度で反射防止性であるＡＲコーティング１３５５を有する。
【０４４２】
図１３Ｅをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、楔形状のＰＬ吸収体の簡略化された図である。
【０４４３】
図１３Ｅは、ＰＬ吸収体１３６９内の内部反射を低減して、ＰＬ吸収体１３６９によって放出された放射線がＰＬ吸収体のバルクを出てＰＶセル１３７１に向かうことを可能にする、ＰＬ吸収体１３６９の構成を実証することが意図される。
【０４４４】
図１３Ｅは、ＰＬ吸収体１３６９が設置されている、ＨＴＦを所望により含む任意のチャンバ１３６２に入る太陽放射線１３６１を示す。ＰＬ吸収体１３６９の前面１３６４は、ヘッド角度αｗｅｄｇｅ１３７２を有するとして形作られている。ＰＬ吸収体１３６９の背面１３６７から放出された光１３６５は、ＰＶセル１３７１に向かって続く。
【０４４５】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体１３６９は、チャンバ１３６２に所望により設置されている。いくつかの実施形態において、チャンバ１３６２は、熱伝導流体（ＨＴＦ）を所望により含む。いくつかの実施形態において、チャンバ１３６２は、所望により、ＨＴＦがチャンバ１３６２を流通することを可能にするために、ＨＴＦ入口（複数可）１３６３及び出口（複数可）１３６３を所望により含む。
【０４４６】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体１３６９の背面１３６７は、ＰＬ吸収体１３６９の発光の波長において反射防止性である反射防止（ＡＲ）コーティング１３７０によって所望によりコーティングされている。いくつかの実施形態において、背面１３６７のＡＲコーティングは、θＡＲが、ＰＬ吸収体１３６９から放出された光が出て内部反射されない、ＰＬ材料内で測定される角度１３６６であるθ＞θＡＲの入射角度で、６５０ｎｍからＰＶ材料のバンドギャップに対応する波長の間の波長に設計されている。
【０４４７】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体１３６９の前面１３６４は、ＰＬ吸収体１３６９の発光の波長において高反射性である高反射性（ＨＲ）コーティング１３６８によって所望によりコーティングされている。いくつかの実施形態において、前面１３６４のＨＲコーティングは、θ＞θｆｉｅｌｄの入射角度で、７５０ｎｍからＰＶ材料のバンドギャップに対応する波長の間の波長に設計されている。
【０４４８】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体１３６９の前面１３６４は、ＰＬ吸収体１３６９の発光の波長を通過させないが太陽エネルギーを通過させる波長におけるＡＲコーティング１３６８によって所望によりコーティングされている。いくつかの実施形態において、前面１３６４のＡＲコーティングは、θ＞θｆｉｅｌｄの入射角度で、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの間の波長に設計されている。
【０４４９】
図１３Ｅは、太陽フィールドから入射する放射線の反射損失を最小にしてＰＬ発光の反射を最大にするように設計されているαｗｅｄｇｅ１３７２のヘッド角度及び前面１３６４ＡＲコーティング１３６８を所望により有する円錐又は錐体又は楔形状のＰＬ吸収体１３６９を示す。
【０４５０】
図１３Ｅの例の実施形態において、所望により、ＰＬ吸収体１３６９の発光を取得するために単一の接合型Ｓｉ太陽電池が使用される。このために、ＰＬ吸収体が４００ｎｍ〜７５０ｎｍの放射線を吸収して、７５０ｎｍ〜１１００ｎｍの波長を有するより長波長の太陽光光子を残して、Ｓｉ  ＰＶ１３７１に直接到達させることができる。
【０４５１】
いくつかの実施形態において、例えば上記に記載されているように、任意の前面１３６４ＡＲコーティング１３６８は、太陽フィールド角度θ＜θｆｉｅｌｄにおいて４００ｎｍ〜１１００ｎｍの波長に好ましくは設計されている。より大きな角度では、コーティングは、７５０ｎｍ〜１１００ｎｍのＰＬ発光用のＨＲである。
【０４５２】
いくつかの実施形態において、背面１３６７のＡＲコーティング１３７０は、所望により、６５０ｎｍ〜１１００ｎｍの間、且つより広い角度θＡＲにおけるものである。θＡＲより大きい角度におけるものである迷走するＰＬ発光及び直接の太陽光発光は、ＰＬ吸収体１３６９の前面１３６４に後方反射され、さらなる角度（１８０−αｗｅｄｇｅ）で反射される。結果として、背面１３６７との二度目の遭遇における迷光の角度は、ＡＲコーティングと整合する角度におけるものであり、かかる迷光はＰＬ吸収体１３６９を出てＰＶに達する。
【０４５３】
（１８０−αｗｅｄｇｅ）がθＡＲに等しいときには、２×θＡＲの角度における放射線さえもが最終的に出ることに注意されたい。
【０４５４】
いくつかの実施形態において、かかるヘッド角度αｗｅｄｇｅの機能は、ＰＬ吸収体１３６９媒体に伝搬する迷光の入射角度を錯乱させる測度可遷的な幾何形状又は拡散表面に所望により置き換えられ、ＰＶに達する迷光を最終的に結果として生じさせる。
【０４５５】
図１３Ｆをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態によるＰＬ吸収体を収容する楔形状のキャビティの簡略化された図である。
【０４５６】
図１３Ｆは、チャンバ１３７６内の内部反射を低減するＰＬ吸収体１３７９の別の構成を実証することが意図され、チャンバ１３７６は、ＰＬ吸収体１３７９によって放出された放射線がチャンバ１３７６を出てＰＶセル１３８３に向かうことを可能にする。
【０４５７】
図１３Ｆは、ＰＬ吸収体１３７９が設置されているチャンバ１３７６に入る太陽放射線１３７５を示す。チャンバ１３７６の前面１３７８は、ヘッド角度αｗｅｄｇｅ１３８４を有するとして形作られている。チャンバ１３７６の背面１３８０から放出された光１３８２は、ＰＶセル１３８３に向かって続く。
【０４５８】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体１３７９は、チャンバ１３７６に所望により設置されている。いくつかの実施形態において、チャンバ１３７６は、熱伝導流体（ＨＴＦ）を所望により含む。いくつかの実施形態において、チャンバ１３７６は、所望により、ＨＴＦがチャンバ１３７６を流通することを可能にするために、ＨＴＦ入口（複数可）１３７７及び出口（複数可）１３７７を所望により含む。
【０４５９】
いくつかの実施形態において、ＰＬ吸収体１３７９は、ＨＴＦの屈折率と整合する屈折率を所望により有する。
【０４６０】
いくつかの実施形態において、チャンバ１３７６の背面１３８０は、ＰＬ吸収体１３６９の発光の波長において反射防止性である反射防止（ＡＲ）コーティング１３８６によって所望によりコーティングされている。いくつかの実施形態において、背面ＡＲコーティング１３８６は、θＡＲが、チャンバ１３７６から放出された光が出て内部反射されないヘッド角度１３８１であるθ＞θＡＲの入射角度で、７５０ｎｍからＰＶ材料のバンドギャップに対応する波長の間の波長に設計されている。
【０４６１】
いくつかの実施形態において、チャンバ１３７６の前面１３７８は、ＰＬ吸収体１３６９の発光の波長において高反射性である高反射性（ＨＲ）コーティング１３８５によって所望によりコーティングされている。いくつかの実施形態において、前面ＨＲコーティング１３８５は、θ＞θｆｉｅｌｄの入射角度で、７５０ｎｍからＰＶ材料のバンドギャップに対応する波長の間の波長に設計されている。
【０４６２】
いくつかの実施形態において、チャンバ１３７６の前面１３７８は、ＰＬ吸収体１３６９の発光の波長を通過させないが太陽エネルギーを通過させる波長におけるＡＲコーティング１３８５によって所望によりコーティングされている。いくつかの実施形態において、前面ＡＲコーティング１３８５は、θ＞θｆｉｅｌｄの入射角度で、４００ｎｍ〜１１００ｎｍの間の波長に設計されている。
【０４６３】
いくつかの実施形態において、種々のＡＲコーティングは、熱伝導流体（ＨＴＦ）としての流体と整合する指標を所望により使用して、チャンバ１３７６に設けられていてよい。
【０４６４】
いくつかの実施形態において、前面及び／又は背面の誘電体コーティングは、さらなる前面及び／又は背面の外部窓に設けられていてよい。かかる構成は、コーティングの製作を簡略化し得る可能性があり、コーティングに達する熱を減少させ得る可能性があり、コーティングの使用がより低い温度に耐え得ることを可能にする可能性がある。
【０４６５】
（高温での水素生成）
近年、水素生成は高温においてより効率的であり得、ＣＳＰがこれらの高温を発生させる手段として付与されたことが実証された。例えば、Ｅｎｅｒｇｙ  Ｐｒｏｃｅｄｉａ  ４９、１９６０、（２０１４）によって公開された、タイトル「Ｓｏｌａｒ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｂｙ  ｈｉｇｈ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ：  Ｆｌｏｗｓｈｅｅｔｉｎｇ  ａｎｄ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ａ  ｔｕｂｅ−ｔｙｐｅ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｃｏｎｃｅｐｔ  ｆｏｒ  ｓｕｐｅｒｈｅａｔｅｄ  ｓｔｅａｍ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」の、  Ａ．Ｈｏｕａｉｊｉａａ、Ｓ．Ｂｒｅｕｅｒａ、Ｄ．Ｔｈｏｍｅｙａ、Ｃ．Ｂｒｏｓｉｇａ、Ｊ．−Ｐ．Ｓaｃｋａ、Ｍ．Ｒｏｅｂａ及びＣ．Ｓａｔｔｌｅｒａによる論文を参照されたい。
【０４６６】
ＴＥＰＬデバイスにおいてＣＳＰ及びＣＰＶを組み合わせる概念は、水素発生のための熱及び電気の両方の供給を可能にする可能性がある。３８％の水素対熱効率が達成され得ると推定される。
【０４６７】
（前面の熱伝導流体）
放射線吸収のランベルトベールの法則は、ＰＬ吸収体がＰＶに対向する場合に、ＰＬ吸収体が、背面よりも太陽放射線が到達する前面においてより加熱されることを示唆している。
【０４６８】
いくつかの実施形態において、ＨＴＦにとっては、ＰＬ吸収体のより熱い前面上を流れることが有益である。ＰＬ吸収体のより熱い前面上を流れるようにＨＴＦを構成することの可能な利益は、ＰＬ吸収体を横断しての温度差を平衡化することであり得る。
【０４６９】
いくつかの実施形態において、ＨＴＦは、ＰＬ吸収体内を流れるが該流れの分布が非対称であり、非対称の熱負荷を平衡化して均一な温度を維持する可能性があるように構成されている。
【０４７０】
（ＨＴＦに懸濁されるナノ粒子としてのＰＬ−吸収体：）
バルクＰＬ吸収体の使用、及び、タービンなどのエンジンに熱を伝導するＨＴＦを使用することは、複雑な操作を必要とする。典型的には、ＨＴＦは、達成する最適な効率に不可欠である、均一な温度で作動するように設計されている。
【０４７１】
いくつかの例の実施形態において、均一なＨＴＦ温度は、ＨＴＦに懸濁されているナノ粒子又は微粒子からなるＰＬ材料を使用することによって所望により達成される。粒子の小さなサイズは、粒子及びＨＴＦについて均一な温度を達成することを可能にする可能性がある。
【０４７２】
いくつかの実施形態において、かかる粒子は、バルクＰＬ吸収体と同じバルク材料から所望により作製される。これらの例に限定されるものではないが、ナノ粒子又は微粒子となるＰＬ材料は、所望により、レアアースドープＳｉＯ２ガラス、ＹＡＧ又はいくつかの他のマトリックスである。粒子のサイズは、数センチメートルの大きなサイズでもサブマイクロメートルの小さなサイズでもあり得るサイズにつながる可能性がある、ＰＬ粒子材料の熱伝導性及び均一な温度への要望によって所望により決定される。
【０４７３】
かかる材料の非限定的な例は、Ｃｒ共ドープＮｄ：Ｙｂ：ＹＡＧであり、これは、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，３０（２０１０）４５５−４５９において公開されている、Ｋａｎａ  Ｆｕｊｉｏｋａ、Ｔａｋｕ  Ｓａｉｋｉ、Ｓｈｉｎｊｉ  Ｍｏｔｏｋｏｓｈｉ、Ｙａｓｕｓｈｉ  Ｆｕｊｉｍｏｔｏ、Ｈｉｓａｎｏｒｉ  Ｆｕｊｉｔａ、Ｍａｓａｈｉｒｏ  Ｎａｋａｔｓｕｋａによる、タイトル「Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  Ｃｒ  ｃｏ−ｄｏｐｅｄ  Ｎｄ：ＹＡＧ  ｐｏｗｄｅｒ  ｐｒｏｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｓｏｌ−ｇｅｌ  ｍｅｔｈｏｄ」の論文において記載されている。かかる粉末は、ＨＴＦに所望により懸濁されている。
【０４７４】
いくつかの実施形態において、ＨＴＦのための透明なチャンバは、錐体構造及び／又は低屈折率を有するコーティング及び／又はＰＬ放射線放出をＰＶ材料に効率的に結合して、太陽フィールドに戻る発光を低減するためのＡＲコーティングを有していてよい。
【０４７５】
（シンガス）
いくつかの実施形態において、合成ガス（シンガス）は、水分解と同様の方法で所望により生成される。
【０４７６】
同じデバイス又はシステムにおいてＣＳＰ及びＣＰＶを組み合わせるＴＥＰＬデバイス又はシステムは、電気分解のための熱及び電気の両方の供給を可能にする可能性がある。いくつかの実施形態において、ＴＥＰＬデバイス又はシステムは、水素を熱化学的に生成するための熱を供給する。水分解（ＷＳ）を介してのＣＳＰ駆動型水素生成について試験される種々の熱化学サイクルの中でも、レドックス対酸化物システムをベースとする熱化学サイクルは、二酸化炭素分解（ＣＤＳ）及び／又はそれぞれＣＯ若しくはシンガスを生成するための組み合わされたＣＯ２／Ｈ２Ｏ分解に直接適応可能である。Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  ４２（２０１５）２５４−２８５において発行されている、タイトル「Ａ  ｒｅｖｉｅｗ  ｏｎ  ｓｏｌａｒ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｓｙｎｇａｓ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｖｉａ  ｒｅｄｏｘ  ｐａｉｒ−ｂａｓｅｄ  ｗａｔｅｒ／ｃａｒｂｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ  ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ  ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｃｙｃｌｅｓ」の、Ｃｈｒｉｓｔｏｓ  Ａｇｒａｆｉｏｔｉｓ、Ｍａｒｔｉｎ  Ｒｏｅｂ、及びＣｈｒｉｓｔｉａｎ  Ｓａｔｔｌｅｒによる論文における記載を参照されたい。
【０４７７】
効率的なＬＳＰの可能性を実証するために、ＴＥＳに関連する温度において効率的な太陽光吸収及びＰＬ発光を伴う材料が選択される。以下において、本発明者らは、上記を実験的に実証し、当該材料の光学特性をまとめる。
【０４７８】
（例のデバイス）
図１３Ｇをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態における放射線及び熱のフローの図である。
【０４７９】
図１３Ｇは、上記で概説されているデバイスを示す。太陽光は、所望により集光されて、太陽記号１４０２として、且つ、太陽光の近似スペクトルを示すグラフ１４０４として示され、太陽光の励起の熱化によって加熱されるＰＬ吸収体１４０６によって吸収される１４０８。熱伝導流体（ＨＴＦ）１４１０は、ＰＬ吸収体１４０６を流通して、熱を熱機関出力ブロック（図１３Ｇ〜Ｉに示されていない）に向ける。
【０４８０】
ＰＬ吸収体によって放出される放射線１４１３及び１４１５は、多接合１４１４及び１４１６のＰＶセル１４１８によって取得される。
【０４８１】
太陽光は、所望により、ＰＬ吸収体１４０６も通って透過し１４１２、透過する放射線１４１２は、多接合１４１４及び１４１６のＰＶセル１４１８によっても取得される。
【０４８２】
図１３Ｈをここで参照し、かかる図は、ＰＬ材料及び本発明の例の実施形態による材料を利用するシステムのスペクトルエネルギー利用を示すグラフである。
【０４８３】
図１３Ｈは、ナノメートルでの波長のＸ軸及びスペクトル強度を示す任意単位でのＹ軸を有するグラフ１４２５を示す。
【０４８４】
グラフ１４２５は、図１３Ｇのグラフ１４０４に示されている太陽スペクトルに対応する第１線１４２７；及び、２つのピーク、所望により、多接合ＰＶセルのバンドギャップに等しい又は略等しい波長において各ピークを有するＰＬ材料の発光スペクトルを示す第２線１４２７を示す。
【０４８５】
グラフ１４２５は、いくつかの斜線領域も示す：
高バンドギャップＰＶ材料（図１３Ｇにおいて参照記号１４１４）によって吸収される可能性があるスペクトルの部分に対応する第１斜線領域１４３１；
低バンドギャップＰＶ材料（図１３Ｇにおいて参照記号１４１６）によって吸収される可能性があるスペクトルの部分に対応する第２斜線領域１４３２；及び
ＰＶセル１４１８によって使用されないがＨＴＦ１４１０を加熱するのに使用されるスペクトルの部分に対応する第３斜線領域１４３３。
【０４８６】
デュアル接合ＰＶセル１４１８の最小の加熱のために、最適なＰＬ吸収体１４０６材料は、図１３Ｈに示すように、所望により、２つのＰＶ接合部のそれぞれ１つのバンド端と整合する波長に中心がある、２つの発光ピークを所望により有する。
【０４８７】
図１３Ｉをここで参照し、かかる図は、従来技術によるＰＶ材料のスペクトルエネルギー利用を示すグラフである。
【０４８８】
図１３Ｉは、ナノメートルでの波長のＸ軸及びスペクトル強度を示す任意単位でのＹ軸を有するグラフ１４３５を示す。
【０４８９】
グラフ１４３５は、図１３Ｇのグラフ１４０４に示されている太陽スペクトルに対応する第１線１４３６を示す。
【０４９０】
グラフ１４３５は、いくつかの斜線領域も示す：
高バンドギャップＰＶ材料によって吸収される可能性があるスペクトルの部分に対応する第１斜線領域１４３７；
低バンドギャップＰＶ材料によって吸収される可能性があるスペクトルの部分に対応する第２斜線領域１４３８；及び
ＰＶセル１４１８によって使用されない、従来技術の多接合ＰＶセルのＰＶ材料を加熱するスペクトルの部分に対応する第３斜線領域１４３９。
【０４９１】
いくつかの実施形態において、デュアル接合ＰＶセル１４１８の最小の加熱のために、ＰＬ吸収体１４０６材料は、図１３Ｈに示すように、２つの発光ピーク、好ましくは、２つのＰＶ接合部のそれぞれ１つのバンド端と整合する波長に中心がある、各発光ピークを好ましくは有する。
【０４９２】
いくつかの実施形態において、エネルギー光子及び太陽赤外光の熱化によって誘発される熱負荷の大部分がＰＬ吸収体材料１４０６上にかかり、ＰＶ１４１８において、グラフ１４２５の第３領域１４３３に対応する、ちょうど残りの加熱を残す。第３領域１４３３を従来技術によるＰＶセルの直接照明下での熱負荷と比較すると、図１３Ｉの参照記号１４３９によって示されているように、ＰＶセルを冷却する際に費やされる努力が本発明の実施形態において大幅に低減される可能性があることが強調されている。非理想的なＰＶ、角度不整合、放射性の、ボルツマン及びカルノー損失（全てが、図１３Ｈ及び１３Ｉにおいて白色領域として表示されている）も熱に部分的に寄与している。
【０４９３】
図１３Ｇ、１３Ｈ及び１３Ｉは、ルミネッセント太陽光発電（ＬＳＰ）の例の実施形態を示す。図１３Ｇは、ＰＬ吸収体１４０６を照らす集光された太陽光１４０２を示す。ＰＬ発光は、所望により、異なるバンドギャップ１４１４及び１４１６によって、ＰＶセル１４１８に結合されるが、残りの熱がさらなる使用のために抽出される。図１３Ｈは、ＰＶセルバンドギャップに適合され、太陽スペクトル（点線１４２７）と比較される、ＰＬ発光体の発光強度スペクトルを示す。充填された領域１４３１、１４３２及び１４３３は、高バンドギャップ（１４３１）及び低バンドギャップ（１４３２）ＰＶセルによって利用されるエネルギー、並びに加熱に使用されてこれらのセル（１４３３）における熱化によって損失されるエネルギーを反射する。グラフ１４２５における白色ギャップは、角度不整合、放射性の、ボルツマン及びカルノー損失に対応し；後者の大部分が、図１３Ｉに示すように、非理想的な太陽電池における熱にも寄与する。
【０４９４】
図１４Ａ〜１４Ｄをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態において使用される材料の特性の簡略化された図である。
【０４９５】
図１４Ａは、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）の異なるドーパントイオンの格子構造及び位置的置き換えを示す。
【０４９６】
図１４Ｂは、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧについての幅広い白色光励起下での室温及び最大７５０℃までの室温吸収（黒点線１４５０）及び温度依存性発光スペクトル１４５１を示す。
【０４９７】
図１４Ｃは、ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧについての幅広い白色光励起下での室温及び最大７５０℃までの室温吸収（黒点線１４５３）及び温度依存性発光スペクトル１４５４を示す。
【０４９８】
図１４Ｄは、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ（三角形１４５６）及びＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧ（円１４５７）についての吸収体温度の関数としてのＥＱＥを示す。
【０４９９】
いくつかの実施形態において、それぞれ１１００ｎｍ及び８７０ｎｍの遮断波長による、１．１ｅＶ（例えば、典型的なＳｉ又は場合によりＩｎＧａＡｓＰセル）及び１．４２ｅＶ（例えばＧａＡｓセル）のＰＶバンドギャップエネルギーが標的とされる。かかるバンドギャップエネルギー対のための、フォトルミネッセント（ＰＬ）吸収体−エミッタは、ＰＶの遮断波長よりも僅かに短い２つの主要な輝線と共に、幅広い太陽スペクトル吸収を所望により有する。１．１ｅＶのＰＶでは、１μｍ付近の輝線を有する、レアアース（ＲＥ）元素、ネオジム（Ｎｄ３＋）及びイッテルビウム（Ｙｂ３＋）が、優れた適合である。これらの材料も、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）などの透明なマトリックスにドーピングされたときに高い外部量子効率（ＥＱＥ）を有する（図１４Ａを参照されたい）。高いＥＱＥは、マトリックスフォノンからの電子遷移の単離に場合により起因して、高温で保持される。
【０５００】
Ｎｄ３＋の幅広い吸収及び増感に使用される材料は、これらの例に限定されるものではないが、セリウム（Ｃｅ３＋）及びクロム（Ｃｒ３＋）などのフラッシュ励起レーザーに使用される材料と同様であり得る。従来的に、Ｃｒ３＋をＹＡＧ結晶に導入して、八面体位置においてアルミニウムを置き換えることにより、１．４２ｅＶのＰＶセルのバンド端とおよそ整合する、７００ｎｍ付近の強い輝線を導入する。
【０５０１】
Ｎｄ３＋及びＹｂ３＋をＣｒ３＋及びＣｅ３＋によって増感するとき、量子切断の利益が得られ、１の高エネルギー光子の吸収により２の光子の発光を可能にする可能性がある。さらに、９００ｎｍ〜１１００ｎｍ付近のＮｄ３＋輝線は、熱的に改良されたＰＬによって高温でブルーシフトされ、これにより、１．４２ｅＶのＰＶ接合に到達可能になり、高電圧の利益を享受する。
【０５０２】
セラミック及び単結晶の両方のモデルを使用する、種々のこれらのドーパント濃度をここで開示する。温度の関数としてのこれらのスペクトル吸収及び発光効率を研究し、結果をさらに以下に示す。代表的な比較パラメータは、ＰＬ材料のＥＱＥである。試験した種々の材料の中でも、２の材料が顕著であった。両方の顕著な材料は、ＳＩＯＭ製の（１０×１０×３ｍｍ）ＹＡＧ単結晶であり、第１結晶にはＣｒ３＋：０．５重量％、Ｎｄ３＋：１重量％及びＹｂ３＋：１重量％がドーピングされ（すなわち、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ）、第２結晶には、Ｃｒ３＋：０．５重量％、Ｃｅ３＋：０．５重量％及びＮｄ３＋：１重量％がドーピングされていた（すなわち、ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧ）。両方の材料が、最大で６５０ｎｍに及ぶ幅広い吸収範囲、及び近赤外にいくつかの狭い吸収線を有する（図１４Ｂ及び１４Ｃをそれぞれ参照されたい）。したがって、１ｃｍの長さでは、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧにおいて３８％、ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧにおいて４６％が、１１００ｎｍよりも短い波長で全太陽スペクトル光から吸収される。ＹＡＧの機械的特性により、その熱的安定性及び熱排出効率が、高出力レーザーディスク（登録商標）におけるその使用によって証明される。
【０５０３】
（結果）
８４％及び７９％の室温ＥＱＥを、４３０〜６５０ｎｍの範囲内の白色光源によるシミュレートされた太陽光励起下、及び実際の太陽光励起により、それぞれ、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ及びＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧについて測定した（補足情報セクションを参照されたい）。
【０５０４】
高温での一定の励起下での吸収及び発光スペクトルの変化も測定し、ＰＬ吸収体温度の関数として、各試料についてＥＱＥを求めた（図１４Ｄを参照されたい）（補足情報セクションを参照されたい）。ＥＱＥは、その高い値を温度によって保持するだけでなく、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧにおいて９０％まで上昇する。この観察は、恐らく、Ｃｒ３＋イオンの存在によりＮｄ３＋及びＹｂ３＋の蛍光寿命を増加させる、フォノン支援交差緩和によって説明され得る。いくつかの実施形態において、ＥＱＥは、恐らくはその量子切断プロセスの向上により、１００％を超えて上昇し得る。
【０５０５】
いくつかの実施形態において、ある特定の温度に達すると、ＥＱＥの低減が生じる。例えば、該低減は、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧでは６００℃において、ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧでは５００℃において起こる。
【０５０６】
両試料における７００ｎｍピークは、温度が上昇するにつれて急に降下するように見えることに注意されたい。これは、アクセプタイオンへのエネルギー移動の増加及びＣｒ３＋発光効率の低減の両方によって恐らくは説明される。
【０５０７】
いくつかの実施形態において、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧでは７５０〜１０５０ｎｍ、ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧでは７５０〜９００ｎｍのバンドにおける発光の増加が、熱的に改良されたＰＬによって実証されるように、上記の低減に対抗する可能性がある。
【０５０８】
図１５Ａ〜１５Ｄをここで参照し、かかる図は、本発明の実施形態において使用される材料を通過することによって変更される太陽スペクトルを示すスペクトルグラフである。
【０５０９】
図１５Ａは、１ｃｍ長のＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ試料（線１５０３）及びＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧ試料（線１５０４）を出る太陽光の測定スペクトルと比較した、積分球において測定された太陽スペクトル（点線１５０２）を示す。
【０５１０】
図１５Ｂは、ＮＲＥＬから採取されるＡＭ１．５の直接且つ太陽周辺の太陽光によって励起され、図１５Ａにおける条件と整合するパラメータを使用したときの、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ及びＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧ（それぞれ線１５０７及び１５０８）試料のシミュレートされた変更されたスペクトルを示す。
【０５１１】
図１５Ｃは、５００ｓｕｎｓの直接照明（黒点線１５１３）と比較して、全吸収条件及び異なる材料温度（室温において線１５１１、７００℃において線１５１２まで）下でのＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧの予期される変更されたスペクトルを示す。
【０５１２】
図１５Ｄは、５００ｓｕｎｓの直接照明（黒点線１５１８）と比較して、全吸収条件及び異なる材料温度（室温において線１５１７、７００℃において線１５１８まで）下でのＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧの予期される変更されたスペクトルを示す。
【０５１３】
ＬＳＰデバイスに設置されているＰＶセルは、ＰＬ吸収体及び材料よって透過される太陽光部分の両方の発光によって所望により照らされる。上記に記載されている例の実施形態において、結晶は、ＰＶのバンド端に整合された、６５０ｎｍより長波長において光子に対して大部分が透明である。ＰＬ材料を通る透過によって変更されたスペクトルを示して、図１５Ａは、室温におけるＰＬ吸収体を通した１ｃｍの伝搬距離の後で実際の太陽光励起下に測定したスペクトルを示す（補足情報セクションを参照されたい）。７００ｎｍ及び１０５０ｎｍにおけるＰＬ材料の２の明確なピークは、結晶によらずに測定されている（点線１５０２）、これらの波長における参照の太陽スペクトルの強度よりも４倍高いものよりも明白である。同様のスペクトル（図１５Ｂを参照されたい）は、１ｃｍ長試料について測定された吸収及び算出された再発光（図１４Ａ及び１４Ｂ）によって変換された標準のＮＲＥＬ太陽スペクトルをプロットすることによって得られる。図１５Ａ及び１５Ｂ間の類似性は、高温でのＥＱＥ測定値からスペクトルを外挿することを可能にする可能性がある。
【０５１４】
上記の技術を使用して、ＬＳＰデバイスの操作条件を開発する。異なる吸収体温度における、４ｃｍ長のＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ試料（図１５Ｃ）及び３ｃｍ長のＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧ試料（図１５Ｄ）を通しての５００ｓｕｎｓの励起下での透過及び発光スペクトルを算出する（補足情報セクションを参照されたい）。算出されたスペクトル及び詳細な平衡計算を使用して、理想的なデュアル接合ＰＶセルの出力効率（図１６Ａ及び１６Ｂ）、並びに熱化の結果としてのセルにかかる合計放熱及び直列抵抗（図１６Ｃ）（補足情報セクションを参照されたい）を所望により算出する。
【０５１５】
図１６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態によるいくつかのデバイスのモデル化された効率を示すグラフである。
【０５１６】
図１６Ａは、４ｃｍ長のＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ試料を通しての５００ｓｕｎｓの励起下でのモデル化されたデバイス効率：理想的な１．１ｅＶ  ＰＶセル（実線１６０２及び点線１６０４）並びに１．４２ｅＶ  ＰＶセル（実線１６０５）又は１．３ｅＶ  ＰＶセル（点線１６０６）を含むデュアル接合ＰＶセルの予期される出力効率；を、全体効率（実線１６０８及び点線１６０９）と一緒に、全て、異なるＰＬ吸収体温度の関数として示す。
【０５１７】
図１６Ｂは、３ｃｍ長のＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ試料を通しての５００ｓｕｎｓの励起下でのモデル化されたデバイス効率：１．１ｅＶ  ＰＶセル（線１６１１）、１．４２ｅＶ  ＰＶセル（線１６１２）及び両方の合計（線１６１３）の出力効率；を、ＰＬ吸収体温度の関数として示す。
【０５１８】
図１６Ｃは、直接照明（点線１６１５）、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ（実線１６１６）、ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧ（実線１６１７）並びに１．１ｅＶ及び１．３ｅＶのバンドギャップデュアル接合セルを照らすＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ（点線１６１８）についての、ＰＬ吸収体温度の関数としての１．１ｅＶ及び１．４２ｅＶのバンドギャップを有するデュアル接合ＰＶセルにかかる予期される熱負荷全体（熱化及び直列抵抗損失を含む）を示す。
【０５１９】
図１６Ａにおいて、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ発光による、１．１ｅＶ及び１．４２ｅＶのバンドギャップを有するデュアル接合ＰＶセルの励起について、ＰＶ効率全体が、この試料についてのＥＱＥ傾向に従って、吸収体温度が５００℃に上昇するにつれてどのように３５％から３８％に変動するかを示している（線１６０８）。温度可変値がＰＶ温度である、デュアル接合ＰＶセルについての同様のチャートを重ね合わせる（点線１６０９）。直接照明下では、太陽電池は、高い光子電流（吸収体のＥＱＥ損失がほとんどない又はない）及び高バンドギャップＰＶの最大利用からの利益を享受して、室温において４５％効率的である。この効率は、しかし、高温で降下し、２５０℃ではＬＳＰのＰＶ効率に達する。
【０５２０】
端子を２つのみ有する多接合ＰＶセルのデバイス設計を考慮して、異なるＰＶ接合部の電流整合が所望により考慮される。ＰＶバンドギャップの選択は、この態様を最適化するために所望により使用され、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧでは、１．１ｅＶ及び１．３ｅＶのバンドギャップ対を選ぶことで、およそ１％の効率降下のコストでセルを通して同様の電流での稼働につながる（図１６Ａにおいて点線１６０９）。ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧは、３２％のより低い変換効率及び温度による単調な低減を特徴とする（図１６Ｂ）が、１．１ｅＶ及び１．４２ｅＶの自然のバンドギャップ対により便利に電流整合している。また、これらを直接照らされるデュアル接合セルの理論効率を比較すると、３５０℃におけるＬＳＰのＰＶ効率とクロスして、温度による効率低減と見られる。
【０５２１】
図１６Ｃにおける熱負荷は、セルにおいて発生するさらなる直列抵抗熱と一緒になって、ＰＶバンドギャップに対してエネルギー光子の熱化のみを占めている。後者は、開回路電圧及び操作電圧（Ｉ−Ｖ曲線の最大出力点における）間のエネルギー差を算出することによって見出される。合計の衝突太陽電力の中でも、この電力の２８％が、室温のデュアル接合ＰＶセル（１．１ｅＶ及び１．４２ｅＶバンドギャップを有する）を直接照らすとき、熱に寄与する。冷却されないときには、セル効率の低減の後に、４００℃において最大で４０％まで、さらなる加熱が続く。ＬＳＰにおいて、ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ又はＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧを通して変更された太陽光では、該太陽光の１２％又は９％のみがＰＶにおいて熱に変換され、それぞれ、吸収体温度によって影響されにくい値である。
【０５２２】
算出された放熱は、ＰＶセルを直接照らすのと比較して、ＰＬ吸収体を使用して、２．２〜２．８の改善倍率を示す。いくつかの実施形態において、上記の改善倍率は、ＩＲ放射線を構成し且つこれから遮蔽することによって所望によりさらに改善される。適合されたスペクトルフィルタが、ＩＲ放射線の保持を確保して、試料から放出されるＩＲ放射線及び／又は太陽から伝達されるＩＴ放射線が、吸収体材料において、ＰＶセルに影響しない可能性があり、吸収体への熱負荷を増加させる。かかる実施形態において、ＩＴＯの層の使用など、簡単なフィルタリングが所望により使用される。
【０５２３】
本明細書に記載されている実施形態の設計において使用されるさらなる光子管理の問題には：太陽に向かって戻るように向けられるＰＬ発光の最小化；ＰＶセルに結合される光子の最大化；及び入射スペクトルについてのＰＶセルの反射防止コーティングの最適化；のうち１又は複数が含まれる。
【０５２４】
ここで検討されるＰＬ材料のデバイス効率及び放熱低減の結果は、非常に有望である。
【０５２５】
セラミックＹＡＧモデルの例の実施形態は、ドーパント濃度及びさらには傾斜ドーピングに関して多様性を与える。セラミックＹＡＧについて、比較的低い５６％のＥＱＥを測定した（補足情報セクションを参照されたい）、しかし、これは、この材料のタイプに特有のものではなく、上昇され得る可能性がある。
【０５２６】
多くの物理的プロセスが関与しているため（例えば、ＰＬ、エネルギー移動、量子切断及び消光）、基板、ドーパント及びこれらの濃度の変化、並びに製造技術は、結果を変更する可能性がある。
【０５２７】
より広い視野のＬＳＰを採用して、本発明者らは、従来のＰＶフィールドと並んで、現状の技術のＣＳＰシステムのものと比較した実用的な効率を算出し、ＬＣＯＥ（均等化発電原価）の相対的な改善にハイライトを当てる。ＣＳＰプラント性能は、３つの重要な因子によって典型的には規定される。ｉ．コレクタフィールド全体に作用する太陽光発電と比較してレシーバヘッドに吸収される合計電力を表す、コレクタの効率（ηＣ，Ｒｅｃ）。ｉｉ．吸収された熱からの蒸気に伝導される熱の比であるレシーバ効率（ηＲｅｃ）。ｉｉｉ．タービン発電機（典型的にはランキンサイクル蒸気タービン）の操作効率を表す総サイクル効率（ηＧ）。高いタービン効率は、現在は約５６０℃に達しており（塔ＣＳＰプラントについて）、６５０℃を超えることを目標としている、ＨＴＦ（熱伝導流体）の温度に強く依存する。一般的な塔ＣＳＰプラントを例に取り、本発明者らは、値ηＣ＝０．６５、ηＲｅｃ＝０．８２、及びηＧ＝０．４１６の積として、およそ２２％の予期される全体効率に言及する。
【０５２８】
ＬＳＰプラントでは、他の因子をこの計算に導入する：ｉｖ．ＰＬ吸収体のＥＱＥ。ｖ．吸収された平均光子エネルギーに対するＰＬ平均光子エネルギーの比＜ｈωＰＬ＞／＜ｈωａｂｓｏｒｂｅｄ＞。ｖｉ．ＰＶセルに対するＰＬ発光の結合効率、ηＣ，ＰＬ。これらの３つの値を乗算することにより、単一のＰＬ効率係数、ηＰＬ＝ＥＱＥ・ηＣ，ＰＬ・＜ｈωＰＬ＞／＜ｈωａｂｓｏｒｂｅｄ＞を付与する。ｖｉｉ．ＰＬ発光に到達可能な波長における材料吸収率、ａＰＬ。ｖｉｉｉ．熱に寄与するさらなる赤外吸収率、ａＩＲ。ｉｘ．ＰＶセルに直接伝達される太陽光の結合効率、ηＣ，ｄｉｒｅｃｔ。ｘ．衝突スペクトルのＰＶ変換効率、ηＰＶ。ＰＶに直接達する透過率は、ｔｄｉｒｅｃｔ＝１−ａＰＬ−ａＩＲであることに注意されたい。
【０５２９】
図１７Ａ及び１７Ｂをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態の全体性能の推定を示すフローチャート及びグラフである。
【０５３０】
図１７Ａは、各エネルギー変換段階についての電力潮流及び性能効率因子のフローチャートを示す。
【０５３１】
図１７Ｂは、可変のＰＬ  ＥＱＥ値、並びに：ηＣ，Ｒｅｃ＝０．６５、ηＲｅｃ＝０．８２、ηＧ＝０．４１６、ηＰＶ＝０．６５、ａＰＬ＝０．６、ａＩＲ＝０．１７、ηＣ，ＰＬ＝０．８、ηＣ，ｄｉｒｅｃｔ＝０．９８及び０．６５の＜ｈωＰＬ＞／＜ｈωａｂｓｏｒｂｅｄ＞の性能係数を有するプラントについての予期される熱出力効率（第１の領域１７２１）及びＰＶ電力効率（第２の領域１７２２）を示す。これを従来の最新式の塔ＣＳＰ効率（点線１７２３）と比較する。
【０５３２】
例の実施形態におけるデバイスの合計エネルギー出力を図１７Ａに示す。入射放射線１７０２を、ＰＶにおいて直接変換される、透過された部分１７０３、及び吸収された部分１７０４に分割する。当該吸収された部分を、ＰＶに結合されるＰＬ部分１７０５、及び熱サイクルに向けられる熱部分１７０６に分割する。これは：
ＥＬＳＰ＝ＰＶ電力比＋熱電力比＝ＥＳｕｎ・ηＣ・｛［ｔｄｉｒｅｃｔ・ηＣ，ｄｉｒｅｃｔ＋ａＰＬ・ηＰＬ］・ηＰＶ＋［ａＩＲ＋ａＰＬ・（１−ηＰＬ）］・ηＲｅｃ・ηＧ｝
によって定式化される
【０５３３】
上記定式は、各性能係数に典型的な値を使用して、デバイス性能に対するＥＱＥの効果を示すのに使用される。＜ｈωＰＬ＞／＜ｈωａｂｓｏｒｂｅｄ＞を、結果セクションにおいて使用されているモデルに従って、所望により０．６５とし、ａＰＬを０．６とし、ａＩＲを０．１７として（１１００ｎｍを超える全ての吸収を採用する）、０．２３の太陽光透過率、ｔｄｉｒｅｃｔを結果として生じる。
【０５３４】
算出されたＰＬ結合効率ηＣ，ＰＬは、レイトレーシング計算に基づいて０．８であり、透過した太陽光は、０．９８のηＣ，ｄｉｒｅｃｔによって結合される。ＰＬ発光の波長範囲における最新式のＰＶセルの既知のスペクトル応答曲線、並びに算出される熱及び放射損失を使用して、本発明者らは、約０．６５の実用的なＰＶ効率ηＰＶに達する。得られる全体の変換効率は、ＥＱＥ＝０であるとき、入射太陽電力のおよそ２６．６％であり、そのうち、およそ１７．１％が、熱（貯蔵可能）エネルギーによって変換される。既述の２２％（図１７Ｂの点線１７２３に示される）と比較した、ＣＳＰ効率のこの相対的な低減は、タービンに進む到達可能な電力を示しているが、その内部効率は変化しない。より高いＥＱＥでは、ＰＶ効率部分が同じく増加するが、熱部分が低減される。９０％のＥＱＥでは、ＰＶがおよそ２１．４％の効率に達するが、熱出力は、およそ１０．８％に低減され、全体の太陽光変換効率がおよそ３２．２％となる。
【０５３５】
いくつかの実施形態において、ＰＶセルに向かう送信電力の動的制御の選択肢は、特に、断続的な太陽光発電及び変動需要曲線を取り扱うときに、負荷追従発電所に望ましい場合がある柔軟性を可能にする可能性がある。豊富な日照期間では、高い電気需要が、ＬＳＰプラントをその最大の可能性で操作することによって応答される。需要が低いときには、完全に吸収する要素を導入することにより（例えば、黒色バッフルを引き下ろすことによって）、より多くの電力が貯蔵のための熱サイクルに向けられることを可能にする。
【０５３６】
いくつかの実施形態において、ＬＳＰは、ＣＳＰには不十分とされる天候（これらの例に限定されるものではないが、部分的な曇及び霞など）下での制限される太陽光変換の選択肢を与え、ＰＬ吸収体が、寒すぎてＨＴＦによって熱を取得できないときであっても、ＰＶセルに送信することができる。かかる操作モードは、従来のＰＶフィールドと同様には実施できない場合があるが、かかる可能性は、ＣＳＰと比較してＬＳＰの設備利用率を大きく増加させる。
【０５３７】
２２％のＣＳＰと比較して、全体効率でのＬＳＰの１．５倍改善は、ＬＣＯＥ（均等化発電原価）の同様の降下を示唆する。ＣＳＰについての６セント／ｋＷｈの値のＬＣＯＥ及び実用規模のＰＶフィールドについての２セント／ｋＷｈを使用すると、それぞれについて同様の生産力を有する対照のＰＶ−ＣＳＰプラントは、全体のＬＣＯＥが４セント／ｋＷｈである。ＣＳＰプラントと同様の貯蔵容量、接合ＰＶ−ＣＳＰプラントと同様の用地利用、並びにＰＬ吸収体及びＰＶセルにおける１０％のさらなる投資コストを有する匹敵するＬＳＰプラントは、ＬＣＯＥが、およそ２．７セント／ｋＷｈである（補足情報セクションを参照されたい）。ＰＶのＬＣＯＥが２セント／ｋＷｈよりも高い場合には、ＬＣＯＥの相対的低減が改善される。例えば、ＰＶのＬＣＯＥが４セント／ｋＷｈでは、ＬＳＰは、およそ５０％の改善を与える。
【０５３８】
ＬＳＰの概念は、その種々の実施形態において、３セント／ｋＷｈ未満への潜在的なコスト低減を可能にする、実行可能であり且つコスト効果的である可能性がある太陽光変換技術である。
【０５３９】
いくつかのＬＳＰ実施形態において、ＣＰＶ／Ｔ技術とは対照的に、従来のＣＳＰプラントにおけるような熱を使用しながらも、ＰＶセルへの熱負荷が低減される。
【０５４０】
ＣＳＰについて高ＥＱＥ及び関連温度で適合された吸収及びＰＬを有する例の材料を本明細書において述べる。
【０５４１】
（補足情報）
（材料の特性決定）
試験した種々の試料の室温ＥＱＥを、ドーパント濃度及び製造者名を含めて、以下の表１に提示する。実験室で作製したと標識されているセラミック試料を、共沈によって合成されたドープトＹＡＧ粉末の放電プラズマ焼結によって製作した。選択された試料についての発光スペクトルを図１８Ａ及び１８Ｂに提示する。
【０５４２】
【表１】
2021504978.tif 000003
表１：ＹＡＧ単結晶及びセラミック、ドーパント濃度、製造者及び測定されたＥＱＥのリスト。より深い実験のために選択したいくつかの非限定的な例としての試料については、表１の行２及び４にハイライトを付けている。
（＊）Ｓｈａｎｇｈａｉ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｆｉｎｅ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ
【０５４３】
図１８Ａ及び１８Ｂをここで参照し、かかる図は、本発明のいくつかの例の実施形態による、異なるドーパント濃度でドーピングしたＹＡＧの発光スペクトルのグラフである。
【０５４４】
図１８Ａは、Ｃｒ３＋、Ｃｅ３＋、Ｎｄ３＋及びＹｂ３＋異なる組み合わせでドーピングしたＹＡＧ単結晶の正規化発光スペクトルを示す。
【０５４５】
図１８Ｂは、種々の濃度のＣｒ３＋及びＮｄ３＋でドーピングしたＹＡＧセラミックの正規化発光スペクトルを示す。
【０５４６】
図１９Ａをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態の実験結果を測定するために使用される実験セットアップの簡略化された図である。
【０５４７】
図１９Ａは、試料１９１０を加熱することが意図される温度制御型マイクロ炉１９０２を示す。ＬＤＬＳ広域白色光源１９０４による励起により、ショートパスの６５０ｎｍ波長についてフィルタリングし１９０６、試料１９１０の前側小表面上に焦点を合わせた。分光光度計による集光を、吸収測定の試料１９１０の後方及びＰＬ測定の前方に設ける。さらに、ＰＬ発光について、リアルタイムバックグラウンド測定を、獲得及び機械シャッタ１９１４を同期化することによって実施する。
【０５４８】
ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧ及びＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧの吸収スペクトル（例えば図１４Ｂ及び１４Ｃに示す）を３ｍｍ厚試料１９１０において３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲内で分光計（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｃａｒｙ  ５０００）を使用して測定し、散乱減衰について補正した。６５０ｎｍショートパスフィルタ１９０６によってフィルタリングされたレーザー駆動光源（Ｅｎｅｒｇｅｔｉｑ  ＥＱ１５００  ＬＤＬＳ）を使用して、４００〜６５０ｎｍの幅広い白色光１９０４によって励起しながら、温度制御型マイクロ炉（ＭＨＩ）１９０２内に測定した試料１９１０を設置することにより、高温吸収を代替として測定した。該励起は、以下に説明されているように、発光効率測定に使用される励起と同様である。光線を平行にして、炉内に試料が設置されていないときに該炉を通過させた。試料を内側に位置付けたら、送信スペクトルを炉の他の側における集光システム−Ｓｉカメラ１９１２（Ａｎｄｏｒ  ｉＸｏｎ）を備えた単色光分光器１９０８（Ａｎｄｏｒ  Ｓｈａｍｒｏｃｋ  ３０３ｉ）につながるファイバ−によって測定した。該スペクトルをＱＴＨキャリブレーションランプ（Ｎｅｗｐｏｒｔ）によってスペクトル的に較正し、上記で測定されている室温での吸収に従って補正し、高温での相対的吸収を生じさせた。ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧの温度依存性吸収を図１９Ｂに提示する。
【０５４９】
図１９Ｂをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態によるＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧの温度依存性吸収の結果を示すグラフである。
【０５５０】
図１９Ｂは、異なる温度（室温から最大６００℃）でのＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧの相対的な吸収スペクトルを示す。
【０５５１】
室温ＥＱＥの測定（図１４Ｄ）を、ｄｅ  Ｍｅｌｌｏ，  Ｊ．  Ｃ．，  Ｗｉｔｔｍａｎｎ，  Ｈ．  Ｆ．  ＆  Ｆｒｉｅｎｄ，  Ｒ．  Ｈ．  ｉｎ  Ａｄｖ．  Ｍａｔｅｒ．  ９，  ２３０−２３２（１９９７）による、名称「Ａｎ  ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  ｑｕａｎｔｕｍ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」の論文においてＭｅｌｌｏ  ｅｔ  ａｌによって記載されているプロトコルに従って行った。各試料を積分球（ＬａｂＳｐｈｅｒｅ４”）に設置し、４００〜６５０ｎｍの範囲内のＬＤＬＳ白色光によって励起した。６７０ｎｍ〜１３００ｎｍの範囲内で測定した発光を、Ｓｉ及びＧａＡｓの両方（Ａｎｄｏｒ  ｉＸｏｎ  ｉＤｕｓ）のカメラを備える単色光分光器（Ａｎｄｏｒ  Ｓｈａｍｒｏｃｋ  ｉ３０３）に集光した。セットアップ全体を、標準キャリブレーションランプ（Ｎｅｗｐｏｒｔ）に対して較正する。インライン励起、アウトオブライン励起及び参照測定の測定手順を、各試料について４％未満の標準偏差で、試料当たり１２回繰り返した。
【０５５２】
高温での発光を同じ励起源（４００〜６５０ｎｍのＬＤＬＳ）を使用して測定した一方で、試料をマイクロ炉内に設置した（図１９Ａ）。次いで該発光を同じ分光光度計システム（ｉＸｏｎ及びｉＤｕｓカメラを備えたＡｎｄｏｒ  Ｓｈａｍｒｏｃｋ  ｉ３０３）によって集光した。室温で、上記で測定したＥＱＥと比較し、適切に較正した。炉のバックグラウンドの熱放射線の不安定性について補正するために、励起源の調節を獲得速度の周波数の半分で実施した：２．５Ｈｚの機械シャッタ調節、及び５Ｈｚの獲得−蛍光寿命よりもはるかに遅い。手順により、バックグラウンド及び信号の逐次的測定を与えた。得られた測定された発光を温度依存性吸収によって所望により補正し（励起波長範囲について）、正確な発光対吸収比を与え、温度依存性ＥＱＥを最終的に与えた（図１４Ｄ）。かかるバックグラウンド補正は、ＰＬ材料自体から生じる任意の熱発光を差し引いており、非常に高温では、実際の発光からのこの偏差（ＰＬ＋熱）が相当なものになることに注意されたい。いくつかの実施形態において、６００℃超でのＥＱＥのかかる劇的な低減の後には、補完の熱放出が続く。
【０５５３】
（太陽光励起）
図２０Ａをここで参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態の実験結果を測定するために使用される実験セットアップの簡略化された図である。
【０５５４】
図２０Ａは、幅広い太陽放射線によって励起されるが、試料から発光されるＰＬスペクトルを測定するための実験セットアップを示す。二軸チョッパ２００２（実験室において作製）が２０ｋＲＰＭで回転した。各サイクルの間、かかる励起は、分光光度計２００４において検知されることが妨害されるが、長寿命のＰＬ発光は通過して集光ファイバ２００６に進んだ。
【０５５５】
図２０Ｂをここで加えて参照し、かかる図は、本発明の例の実施形態による、幅広い太陽光励起及びＬＤＬＳ白色光による励起によって測定される結果であるＰＬ発光結果による４つのグラフを示す。
【０５５６】
図２０Ｂは、スペクトル全体（線２０１１）及び最大６５０ｎｍまでのＬＤＬＳ白色光源（橙色線２０１２）の幅広い太陽光励起による励起によってそれぞれ測定される、３００Ｋ（グラフ１及び３）並びに５００Ｋ（グラフ２及び４）におけるＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧ（１及び２がマークされたグラフ）並びにＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧ（３及び４がマークされたグラフ）のＰＬ発光結果を示す。
【０５５７】
ＬＤＬＳの部分白色光励起（４００〜６５０ｎｍ）を全太陽スペクトルによる励起と比較するために、実験セットアップを構築して、太陽光によって励起されたときに広帯域ＰＬ発光を測定した。実験室ソーラーコレクタシステムにより、太陽光を光ファイバに結合させ、これを、ＰＬ吸収体において焦点を合わせた（図２０Ａ）。励起及び発光波長間の重なり合いの問題を解決するために、２つの同期化された異相チョッパホイール２００３Ａ及び２００３Ｂを試料２００５の前後に設置した。これにより、太陽光が励起側ホイール２００３Ｂによって遮断されたとき−及びその逆であるとき、集光体側ホール２００３Ａが開放するときにＰＬの発光スペクトルを測定することが可能になる。ＰＬの集光を単色光分光器及びＧａＡｓカメラ２００７によって行った。
【０５５８】
いくつかの実施形態において、チョッパホイールによって同期化獲得の速度を算出することは、所望により必要とはされない。レアアース（ＲＥ）エミッタの寿命は、ミリ秒のオーダーであり；チョッピング周波数をｋＨｚのオーダーであるよう選択する。ＣＯ２レーザーを所望により使用して試料を加熱し、温度を炉において測定されるＰＬ発光スペクトルへのスペクトルフィッティングによって測定した。得られた太陽光−励起されたＰＬを４００〜６５０ｎｍの励起下でのＰＬ発光と比較して、同様の全体の形状を得（図２０Ｂにおけるグラフを参照されたい）、ＬＤＬＳ励起がＰＬ発光に関してこれらの材料に適した太陽シミュレータであるという結論に至った。
【０５５９】
この作業において試験した２つの試料を通して透過した太陽光及びＰＬ発光によって引き起こされる、変更されたスペクトルを測定した（図１５Ａ〜Ｄ）。これは、積分球（ＬａｂＳｐｈｅｒｅ）内に設置された試料を通して透過した太陽光線（実験室ソーラーコレクタシステムも使用する）によってなされ、得られた発光スペクトルを測定した。
【０５６０】
（例のモデル）
２つの出力因子をここで記載する：デバイスの電力変換効率、η、及びＰＶセルにおける合計放熱。ＭＡＴＬＡＢ（登録商標）コードを使用するアルゴリズムにより、これらの値を以下の因子のうちの１又は複数の関数として算出した：
ＰＶセルタイプ；
ＰＶセルサイズ；
ＰＶセルスペクトル応答；
太陽スペクトル；
太陽光集光比；
吸収体寸法；
吸収体吸収；
吸収体発光スペクトル；
吸収体ＥＱＥ；並びに
種々の表面の寸法及びスペクトル反射率などのさらなるキャビティ特性。
【０５６１】
ＡＭ１．５の直接の太陽スペクトルをＮＲＥＬから採取し、集光比で乗算した。各試料、ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧ及びＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧについて上記で測定した吸収及び発光を使用して、太陽光励起に対する各材料の応答を推定した。温度依存性吸収スペクトル（図１９Ｂ）を使用し、ランベルトの法則を使用して、吸収された合計の太陽光光子を見出した。吸収体の寸法を選択することにより、実質的な太陽光吸収を可能にした（ＣｒＮｄＹｂ：ＹＡＧでは４ｃｍ長、ＣｒＣｅＮｄ：ＹＡＧでは３ｃｍ）。炉で測定したスペクトル（図１４Ｂ及び１４Ｃ）による、温度依存性発光を、吸収された太陽光光子の数によって正規化して、合計のＰＬ発光を得た。最終的に、この計算は、各ＰＶセルを、試料における吸収されていない透過した太陽光と一緒に吸収体ＰＬ発光に曝露した場合の応答を推定する（図１５Ｃ及び１５Ｄ）。
【０５６２】
別個に各接合についてバンド端に対する段階関数のスペクトル応答を有する、理想的なデュアル接合ＰＶセルを、当該モデルについて所望により選択した。当該モデルにおける各接合を構成して、関連する波長範囲内の光子のみ、すなわち、高バンドギャップ接合についてのバンド端までの全ての光子、及び低バンドギャップ接合についてのバンド端間の光子を受容した。それぞれの効率の計算を詳細平均によって実施し、各接合の作動電圧及び電流（四端子構成）を個々に算出した。
【０５６３】
理想的なセルの詳細な平衡計算において、光子の吸収の後に、放射再結合又は電子正孔抽出のいずれかが続くことに注意されたい。
【０５６４】
ＰＶセルにおける放熱を、接合の（電流−電圧曲線の最大出力点における）操作電圧及び開回路電圧間のエネルギー差と共に、各光子の熱化プロセス（光子エネルギー及び接合バンド端間の差）によって算出した。後者は、接合の直列抵抗又はカルノーに起因する。これらは、理想的なセルの場合には例となる選択として、加熱するのに取り込まれる唯一の寄与体である。非理想的なセルでは、以下のＬＣＯＥの算出において考慮されるように、さらなる１又は複数の因子、例えば：寄生のより低いバンドギャップ吸収、ボルツマン損失及び発光損失が、加熱に寄与し得る。
【０５６５】
（均等化発電原価（ＬＣＯＥ）の推定。）
【０５６６】
２つの実用規模の太陽熱プラントをここで比較する：第１太陽熱プラントは、接合のＰＶフィールド及びＣＳＰプラントであり、これは基準の標準的解決策とみなされ、第２太陽熱プラントはＬＳＰプラントである。２つの太陽熱プラントを比較することにより、同様のＰＶ全体及び熱的（貯蔵可能）生産力を供給することが計画される。
【０５６７】
９０％のＥＱＥを有するＰＬ吸収体では、ＬＳＰにおいて貯蔵可能な電力は、従来のＣＳＰプラントのおよそ半分である（図１７Ｂの、９０％ＥＱＥにおける第１の領域１７２１と点線１７２３の２２％の値との比）。したがって、ＣＳＰプラントの面積よりも二倍の太陽フィールド面積を有するＬＳＰプラントが、熱（貯蔵可能）容量について同じ到達可能な電力を与えるであろう。図１７Ｂによると、同じＬＳＰプラントが、３倍の電気を与えるであろう（９０％のＥＱＥでの第２の領域１７２２及び第１の領域１７２１の線間の比）。同じ出力シナリオを比較するために、本発明者らは、したがって、この場合に、ＣＳＰ容量の３倍を占めるように、ＣＳＰプラントのそばに設置されたＰＶフィールドを選択する。ＰＶプラントに沿って該ＣＳＰによって与えられるかかる容量では、両方のＬＣＯＥは、これらの容量によって正規化されたＬＣＯＥのそれぞれの平均値であった。それぞれ６セント／ｋＷｈ及び２セント／ｋＷｈの値の場合には、接合ＣＳＰ−ＰＶプラントの予期されるＬＣＯＥが（１×６セント／ｋＷｈ＋３×２セント／ｋＷｈ）／４＝３セント／ｋＷｈである。
【０５６８】
塔ＣＳＰプラントでは、鏡フィールドが、１．５セント／ｋＷｈであるそのＬＣＯＥのおよそ２５％を具現化する。ＬＳＰプラントのＬＣＯＥを算出するときに、レシーバヘッドにおけるＰＬ吸収体及びＰＶセルの導入によって導かれる１０％のコスト増加も推定する。かかる推定は、焦点における要素の全体のコストを低減する、従来では５００〜１０００ｓｕｎｓの間の太陽光集光によって証明される。これらの因子を考慮すると、ＬＳＰプラントについての平均ＬＣＯＥは、（１×６．６セント／ｋＷｈ＋１×１．５セント／ｋＷｈ）／４＝２セント／ｋＷｈを結果として生じる。北米及び欧州には好適である、ＰＶのＬＣＯＥが４セント／ｋＷｈでは、同様の計算により、２セント／ｋＷｈのＳＰＬ平均ＬＣＯＥと比較して、ＣＳＰ−ＰＶシナリオでは４．５セント／ｋＷｈを結果として生じるであろう。これは、５０％のＬＣＯＥ低減を超えている。
【０５６９】
この出願から成熟する特許の存続期間の期間中には、多くの関連するフォトルミネッセント（ＰＬ）材料が開発されることが予想され、用語「ＰＬ材料」の範囲は、全てのかかる技術を先駆的に包含することが意図される。
【０５７０】
この出願から成熟する特許の存続期間の期間中には、多くの関連する光起電（ＰＶ）材料が開発されることが予想され、用語「ＰＶ材料」の範囲は、全てのかかる技術を先駆的に包含することが意図される。
【０５７１】
この出願から成熟する特許の存続期間の期間中には、多くの関連する光起電（ＰＶ）セルが開発されることが予想され、用語「ＰＶセル」の範囲は、全てのかかる技術を先駆的に包含することが意図される。
【０５７２】
用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」及びこれらの同根語は、「含むが限定されない」を意味する。
【０５７３】
用語「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は、「含み、それらに限定される」を意味することが意図される。
【０５７４】
用語「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、組成物、方法又は構造が、さらなる成分、工程及び／又は部分を含んでいてよいが、かかるさらなる成分、工程及び／又は部分が、特許請求の範囲の組成物、方法又は構造の基本的且つ新規の特徴を実質的に変更しないときのみであることを意味する。
【０５７５】
本明細書において使用されるとき、単数形態「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈が別個明確に指示しない限り、複数の参照物を包含する。例えば、用語「１つのユニット」又は「少なくとも１つのユニット」は、複数のユニットを、これらの組み合わせを含めて包含し得る。
【０５７６】
語「例」及び「例示的な」は、「例（ｅｘａｍｐｌｅ）、例（ｉｎｓｔａｎｃｅ）又は例示として機能する」ことを意味するように本明細書において使用される。「例」又は「例示的な」として記載されているいずれの実施形態も、必ずしも、他の実施形態よりも好ましい若しくは有利であると解釈されるべきではなく、且つ／又は他の実施形態からの特徴の組み込みを排除するものではない。
【０５７７】
語「所望により」は、「いくつかの実施形態において提供され、他の実施形態において提供されない」ことを意味するように本明細書において使用される。本発明のいずれの特定の実施形態においても、複数の「任意の」特徴が、かかる特徴が矛盾していない限り包含され得る。
【０５７８】
この出願を通して、この出願の種々の実施形態は、範囲形式で提示され得る。範囲形式での記載は単に便宜上且つ簡素化のためであることが理解されるべきであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない限定と解釈されるべきではない。したがって、範囲の記載は、具体的に開示されている全ての可能なサブ範囲並びに当該範囲内の個々の数値を有するとみなされるべきである。例えば、１〜６などの範囲の記載は、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６などの具体的に開示されているサブ範囲、並びに当該範囲内の個々の数値、例えば、１、２、３、４、５、及び６を有するとみなされるべきである。このことは、範囲の幅にかかわらず適用される。
【０５７９】
数値範囲が本明細書に示されているときはいつでも、当該示されている範囲内のいずれの列挙されている数字（分数又は整数）も含むことが意図される。第１の示されている数〜第２の示されている数「の範囲である／の間の範囲」という句、及び第１の示されている数「〜」第２の示されている数「に及ぶ／までの範囲」という句は、本明細書において互換可能に使用され、第１及び第２の示されている数、並びにこれらの数の間にある全ての分数及び整数を包含することが意図される。
【０５８０】
本明細書において使用されるとき、用語「約」及び「およそ」は、±２０％を称する。
【０５８１】
別途示さない限り、本明細書において使用される数、及びこれを基準にしたいずれの数範囲も、当業者によって理解される合理的な測定誤差及び丸め誤差の精度内の近似値である。
【０５８２】
明確さのために別個の実施形態の文脈において記載されている本発明のある特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供されてもよいことが理解される。逆に、簡潔さのために単一の実施形態の文脈において記載されている本発明の種々の特徴は、別個に、又は、任意の好適なサブ組み合わせにおいて、又は、本発明の任意の他の記載されている実施形態において好適であるとして提供されてもよい。種々の実施形態の文脈において記載されているある特定の特徴は、これらの実施形態がそれらの要素を有さず動作不能である場合を除いて、これらの実施形態の本質的な特徴とみなされるべきではない。
【０５８３】
本発明をその具体的な実施形態と併せて記載しているが、多くの改変、変更、及び変形が当業者に明らかであることが明白である。したがって、添付の特許請求の範囲の精神及び広い範囲内にある全てのかかる改変、変更、及び変形を包含することが意図される。
【０５８４】
セクションの見出しが使用されている程度まで、それらが必ずしも限定的であると解釈されるべきではない。
【０５８５】
この明細書において言及されている全ての公開公報、特許及び特許出願は、それぞれ個々の公開公報、特許及び特許出願があたかも参照により本明細書に具体的且つ個別に組み込まれているのと同程度に、全体が参照により本明細書にここで組み込まれる。加えて、この出願におけるいずれの参照文献の引用又は確認も、かかる参照文献が本発明の従来技術として利用可能であるという承認として解釈されるべきではない。セクションの見出しが使用されている程度まで、それらが必ずしも限定的であると解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１３Ｆ】
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【図１３Ｇ】
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【図１３Ｈ】
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【図１３Ｉ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
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