CN111602255A - 多种波长的能量收集 - Google Patents

Abstract

一种能量转换系统，包括：光致发光材料，用于吸收太阳辐射并发射光致发光辐射；一太阳能集中器，用于将太阳辐射聚集在所述光致发光材料上；光伏材料，配置用以吸收所述光致发光辐射；以及一腔室，配置用以容纳所述光致发光材料和传热流体，进一步包括系统，配置用以将所述传热流体从所述腔室输送到用于将传热流体热量转换成能量的一系统。还描述了相关的装置和方法。

Description

多种波长的能量收集

相关申请案

本申请涉及并主张2018年9月25日提交的美国临时专利申请第62/735,937号，2018年1月29日提交的美国临时专利申请第62/622,997号以及2017年11月21日提交的美国临时专利申请第62/589,017号的优先权。上述所有申请的内容均通过引用并入本文，如同其全文在此完整阐述。

背景技术

在一些实施例中，本发明涉及用于从吸收的辐射和/或热量产生电能的方法和装置，更具体地但非排他地涉及使用光致发光(photoluminescent,PL)材料吸收辐射并重新发射辐射至一或多个光伏材料(photovoltaic,PV)的方法和装置，并且更具体地但非排他地涉及使用光致发光材料吸收太阳辐射，即使在定日镜(heliostats)将太阳辐射集中到太阳塔顶部时。

贯穿本说明书提及的所有参考文献的公开内容，以及那些参考文献中提及的所有参考文献的公开内容，均通过引用并入本文。

发明内容

在一些实施例中，本发明涉及用于从吸收的辐射和/或热量产生电能的方法和装置，更具体地但非排他地涉及使用光致发光(photoluminescent,PL)材料吸收辐射并重新发射辐射至一或多个光伏材料的方法和装置，并且更具体地但非排他地涉及使用光致发光材料吸收太阳辐射，即使在定日镜(heliostats)将太阳辐射集中到太阳塔顶部时。在一些实施例中，使用热引擎将光致发光材料中的热量转换为电能。在一些实施例中，使用热引擎将光致发光材料中的热量转换为电，并且使用光伏电池将来自光致发光材料中的辐射转换为电能。在一些实施例中，使用热引擎将光致发光材料中的热量转换成电能，并且使用光伏电池将来自光致发光材料中的辐射转换成电能，并且使用光伏电池将太阳辐射转换成电能。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供了一种能量转换系统，包括：光致发光(PL)材料，用于吸收太阳辐射并发射光致发光辐射；一太阳能集中器，用于将太阳辐射聚集在所述光致发光材料上；光伏(PV)材料，配置用以吸收所述光致发光辐射；以及一腔室，用于容纳所述光致发光材料和传热流体，进一步包括系统，配置用以将所述传热流体从所述腔室输送到用于将传热流体热量转换成能量的一系统。

根据本发明的一些实施例，所述系统包括在一太阳能收集系统中。

根据本发明的一些实施例，所述系统位于集中的太阳能的位置处，所述集中的太阳能的集中度大于50sun。

根据本发明的一些实施例，所述用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括一热引擎。

根据本发明的一些实施例，所述腔室包括一光学腔体，将所述光致发光辐射反射，朝向所述光伏材料。

根据本发明的一些实施例，所述腔室包括多个壁部，所述多个壁部在对应于所述光伏材料的一带隙的多个波长下是透射的。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料被配置用以发射光致发光辐射，所述光致发光辐射包括至少足够的能量以被所述光伏材料吸收并且使所述光伏材料产生电能。

根据本发明的一些实施例，用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括一热引擎。

根据本发明的一些实施例，所述传热流体的热量用于分解水。

根据本发明的一些实施例，将所述传热流体的热量用于生成合成气。

根据本发明的一些实施例，一种能量转换方法，包括：将光致发光材料(PL)放置在集中的太阳辐射中，从而使所述光致发光材料吸收太阳辐射，加热并发射光致发光辐射；将光伏(PV)材料放置于所述光致发光辐射中以产生电能；通过将传热流体放置在所述加热的光致发光材料附近来加热所述传热流体；以及将所述加热的传热流体输送到用于将传热流体热量转换成能量的一系统。

根据本发明的一些实施例，用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括用于转换成电能的一系统。

根据本发明的一些实施例，用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括用于转换成化学能的一系统。

根据本发明的一些实施例，将所述光致发光材料放置在集中的太阳辐射中的步骤包括将所述光致发光材料放置在一太阳能收集系统中。

根据本发明的一些实施例，所述太阳能收集系统位于集中的太阳能的位置处，所述集中的太阳能的集中度大于50sun。

根据本发明的一些实施例，用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括一涡轮机。

根据本发明的一些实施例，所述光伏材料被包括在多个光伏太阳能电池中。

根据本发明的一些实施例，一种产生电能的系统，包括：一光致发光(PL)材料，具有多个光致发光发射波长峰值，放置在入射辐射的一位置；一第一光伏(PV)电池，包括一第一较高带隙的光伏材料，以吸收在一第一光致发光发射波长峰值处由所述光致发光材料发射的辐射；以及

一第二光伏电池，包括一第二较低带隙的光伏材料，以吸收在一第二光致发光发射波长峰值处由所述光致发光材料发射的辐射。

根据本发明的一些实施例，所述入射辐射包括太阳辐射。根据本发明的一些实施例，所述入射辐射包括集中的太阳辐射。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括用于保持所述光致发光材料的热量的绝缘体。根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料位于一绝热腔中。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料位于一腔体中，所述腔体捕获由所述光致发光材料发射的至少多个波长的辐射。

根据本发明的一些实施例，所述光伏材料沿着捕获辐射的所述腔体的多个壁部布置。

根据本发明的一些实施例，捕获辐射的所述腔体至少在由所述光致发光材料发射的多个发射波长的一边缘处是反射性的。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料被封闭在一真空腔室中。

根据本发明的一些实施例，还包括一波长选择辐射散射体，所述波长选择辐射散射体被包括在所述光致发光材料内。

根据本发明的一些实施例，所述波长选择散射体选自：等离子体纳米颗粒；介电纳米颗粒；米氏散射颗粒(Mie scattering particles)；以及瑞利散射颗粒(Rayleighscattering particles)所组成的一群组。

根据本发明的一些实施例，所述波长选择散射体在一波长范围处散射辐射，所述波长范围匹配所述第一较高带隙的光伏材料的一带隙。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料是在一太阳能塔的一顶部。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料是在集中太阳能的一焦点。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括一太阳能集中器，以将太阳辐射聚集到所述光致发光材料上。

根据本发明的一些实施例，太阳能集中器包括多个定日镜。

根据本发明的一些实施例，所述的系统还包括一涡轮机，用于从被所述光致发光材料吸收的热量中产生电能。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括一波长选择辐射散射体，所述波长选择辐射散射体包括在所述光致发光材料内。根据本发明的一些实施例，所述系统还包括一波长选择辐射散射体，所述波长选择辐射散射体包括在光致发光材料的一表面中。

根据本发明的一些实施例，所述波长选择辐射散射体被设计用以散射在一波长的辐射，所述波长匹配所述第一光伏电池和所述第二光伏电池中的至少一者的一带隙。

根据本发明的一些实施例，所述波长选择辐射散射体被设计用以散射在一波长的辐射，所述波长匹配所述第一光伏电池和所述第二光伏电池中的较大一者的一带隙。

根据本发明的一些实施例，所述波长选择辐射散射体被放置在将光散射向所述第一光伏电池的一位置处。

根据本发明的一些实施例，所述波长选择辐射散射体被放置在将光散射向所述第二光伏电池的一位置处。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种用于产生电能的方法，所述方法包括加热一光致发光材料，使所述光致发光材料暴露于入射辐射，从而使所述光致发光材料在至少两个光致发光发射波长峰值发射辐射，并使用至少一光伏电池，所述光伏电池具有至少两个光伏吸收带隙，以吸收由所述光致发光材料发射的辐射，使用至少两个所述光致发光发射波长峰值，并产生电能。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种用于产生电能的方法，所述方法包括以下步骤：加热一光致发光材料，使所述光致发光材料暴露于入射辐射，从而使所述光致发光材料在至少一个光致发光发射波长峰值发射辐射，并使用至少一光伏电池，所述光伏电池具有至少一个光伏吸收带隙，以吸收由所述光致发光材料发射的辐射，使用至少一个所述光致发光发射波长峰值，并产生电能。

根据本发明的一些实施例，所述加热步骤是通过吸收入射辐射。

根据本发明的一些实施例，所述方法还包括使所述光致发光材料绝缘以维持热量。根据本发明的一些实施例，所述方法还包括使所述光致发光材料与所述光伏电池绝缘。

根据本发明的一些实施例，所述入射辐射是太阳辐射。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料是在一太阳能塔的一顶部。

根据本发明的一些实施例，还包括将太阳辐射集中到所述光致发光材料上。

根据本发明的一些实施例，还包括使用多个定日镜将太阳辐射集中到所述光致发光材料上。

根据本发明的一些实施例，所述加热光致发光材料的步骤包括加热到高于50摄氏度的温度。根据本发明的一些实施例，所述加热光致发光材料的步骤包括加热到高于摄氏98度的温度。根据本发明的一些实施例，所述加热光致发光材料的步骤包括加热到高于摄氏100度的温度。根据本发明的一些实施例，所述加热光致发光材料的步骤包括加热到高于摄氏300度的温度。根据本发明的一些实施例，所述加热光致发光材料的步骤包括加热到高于500摄氏度的温度。根据本发明的一些实施例，所述加热光致发光材料的步骤包括加热到100摄氏度至1000摄氏度之间的温度。根据本发明的一些实施例，所述加热光致发光材料的步骤包括加热到在摄氏99度和摄氏1500度之间的范围内的温度。根据本发明的一些实施例，所述加热光致发光材料的步骤包括加热到1000摄氏度的温度。根据本发明的一些实施例，所述加热光致发光材料的步骤包括加热到1500摄氏度的温度。

根据本发明的一些实施例，进一步包括使用一涡轮机，从由所述光致发光材料所吸收的热能产生电能。

根据本发明的一些实施例，进一步包括使用包括在所述光致发光材料内的一波长选择辐射散射体，以将辐射向所述光伏电池散射。

根据本发明的一些实施例，所述方法进一步包括使用包括在所述光致发光材料的一表面中的一波长选择辐射散射体，以将辐射向所述光伏电池散射。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种用于产生电能的装置，所述装置包括一光致发光材料，具有多个光致发光发射波长峰值；至少一光伏电池，具有至少一第一较高带隙的光伏材料和一第二较低带隙的光伏材料，利用所述多个光致发光发射波长峰值的一者，以吸收在由所述光致发光材料发射的辐射，以及吸收所述光致发光材料未发射的辐射，并产生电能。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种用于产生电能的装置，所述装置包括一光致发光材料，具有多个光致发光发射波长峰值；至少一光伏电池，具有至少一第一较高带隙的光伏材料和一第二较低带隙的光伏材料，利用所述多个光致发光发射波长峰值的至少两者，以吸收在由所述光致发光材料发射的辐射，并产生电能。

根据本发明的一些实施例，所述第二较低带隙的光伏材料吸收在一波长的辐射，所述波长匹配所述光致发光材料的一发射带边缘的一波长，并且所述第一较高带隙的光伏材料吸收在一波长的辐射，所述波长比所述光致发光材料的所述发射带边缘的所述波长更短。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括一选择滤光器，在所述第二较低带隙光伏材料前面，以在一光谱范围上反射辐射，所述光谱范围匹配所述较高带隙光伏材料的多个波长，从而将辐射引导至所述第一较高带隙光伏材料上。

根据本发明的一些实施例，还包括位于聚焦辐射的一位置处的所述光致发光材料。

根据本发明的一些实施例，所述至少一光伏电池包括多个光伏电池。

根据本发明的一些实施例，所述多个光伏电池至少包括以一串联配置的一第一光伏电池和一第二光伏电池。

根据本发明的一些实施例，所述至少一光伏电池包括多个光伏电池，所述多个光伏电池中的至少一第一者使用所述光致发光发射波长峰中的至少一第一者来产生电能，所述多个光伏电池中的至少一第二者使用所述光致发光发射波长峰中的至少一第二者来产生电能。

根据本发明的一些实施例，所述较低带隙光伏材料和所述较高带隙光伏材料选自：Si、GaAs、c-Si、InP、InGaP、GaInNAs、mc-Si、CdTe、AlGaAs、GaSb、Ge、a-Si、Cu2S、CIGS、GaP、GaN、PbO、钙钛矿所组成的一群组。

根据本发明的一些实施例，所述较高带隙光伏材料选自：GaAs、GaInP、InP、CdTe、a-Si、AlGaAs、GaInAs、GaInAsP、AlGaInP、InGaAs、InGaP、CdS GaP、GaN、PbO、CdSe、PbI₂Cu₂O、ZnTe、MAPI、ZnO、SiC、GaAsP所组成的一群组。

根据本发明的一些实施例，所述较低带隙材料选自c-Si、mc-Si、Si、GaSb、Ge、CIGS、GaInS、GaInAsP、GaInNAs所组成的一群组。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料包括Nd⁺³，所述第一较高带隙光伏材料包括硅，并且所述第二较低带隙光伏材料包括砷化镓。

根据本发明的一些实施例，还包括位于一隔热腔室中的所述光致发光材料。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料位于一腔体中，所述腔体被设计用以捕获所述光致发光发射。

根据本发明的一些实施例，所述较高带隙光伏材料和所述较低带隙光伏材料位于一腔体中，所述腔体被设计用以捕获所述光致发光发射。

根据本发明的一些实施例，所述腔体的多个壁部在所述光致发光材料光致发光波长的一波长下是反射性的。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括一波长选择反射滤光器，位于腔的一入口处，其中所述选择反射率匹配所述光致发光材料的一发射带的一低能边缘的一波长，从而捕获所述光致发光材料的发射。

根据本发明的一些实施例，所述系统进一步包括一波长选择反射滤光器，位于所述腔体的一入口处，其中所述选择反射率匹配所述光致发光材料的峰值发射的一波长。

根据本发明的一些实施例，所述入口滤光器的高反射率在Eg(PL)-0.1eV和Eg(PL)+0.1eV之间的一光谱范围内，其中Eg(PL)是所述光致发光材料的一发射带的一低能边缘。

根据本发明的一些实施例，所述第一较高带隙的光伏材料和所述第二较低带隙的光伏材料也放置在所述腔体内。

根据本发明的一些实施例，所述腔体的形状包括选自球形、半球形、抛物面形、拋物线形和圆柱形的一形状。

根据本发明的一些实施例，所述空腔包括多个反射壁部。根据本发明的一些实施例，所述多个反射壁部被设计用以反射在所述多个光致发光发射波长峰值处的多个波长，而在其他波长处反射较少。

根据本发明的一些实施例，所述多个反射壁部包括多个薄膜涂层，所述多个薄膜涂层设计用以反射在所述多个光致发光发射波长峰值处的多个波长，而在其他波长处反射较少。根据本发明的一些实施例，所述多个反射壁部设计用以反射多个波长，所述多个波长对应所述第一较高带隙的光伏材料和所述第二较低带隙的光伏材料中的至少一者。根据本发明的一些实施例，所述多个反射壁设计用以反射多个波长，所述多个波长对应多个光伏材料带隙。

根据本发明的一些实施方式，所述光致发光材料包括一掺杂剂，选自由以下所组成的一群组：量子点(quantum dots)、纳米颗粒(nano-particles)、金纳米颗粒(goldnano-particles)、TiN纳米颗粒(TiN nano-particles)、稀土(rare earths)、镱(Ytterbium)、钕(Neodymium)、Nd⁺³、铕(Europium)、铒(Erbium)、直接带隙半导体(directband-gap semiconductors)、InGa、CdTe、过渡金属(transition metals)、铬(Chromium)、铈(Cerium)和铂(Platinum)。

根据本发明的一些实施例，还包括一涡轮机，用于从被所述光致发光材料吸收的热量来产生电能。

根据本发明的一些实施例，还包括一波长选择辐射散射体，所述波长选择辐射散射体包括在所述光致发光材料中。根据本发明的一些实施例，还包括所述系统还包括一波长选择辐射散射体，所述波长选择辐射散射体包括在所述光致发光材料的一表面中。

根据本发明的一些实施例，所述波长选择辐射散射体设计用以在一波长散射辐射，所述波长匹配所述第一光伏电池和所述第二光伏电池中的至少一者的一带隙。

根据本发明的一些实施例，所述波长选择辐射散射体设计用以在一波长散射辐射，所述波长匹配所述第一光伏电池和所述第二光伏电池中的较大一者的一带隙。

根据本发明的一些实施例，所述波长选择辐射散射体被放置在将光散射向所述第一光伏电池的一位置。根据本发明的一些实施例，所述波长选择辐射散射体被放置在将光散射向所述第二光伏电池的一位置。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种用于产生电能的方法，所述方法包括以下步骤:加热所述光致发光材料，使所述光致发光材料暴露于入射辐射，从而使所述光致发光材料在一第一波长峰值发射辐射，使用至少一光伏电池，所述光伏电池具有至少两个光伏材料，所述至少两个光伏材料具有至少两个吸收带隙，来吸收所述入射辐射和由所述光致发光材料发射的辐射，并产生电能。

根据本发明的一些实施例，通过暴露于所述入射辐射来进行所述加热步骤。

根据本发明的一些实施例，还包括使用一涡轮机从所述光致发光材料所吸收的热量来产生电能。

根据本发明的一些实施例，进一步包括使用包含在所述光致发光材料内的一波长选择辐射散射体，以将辐射散射向所述光伏电池。

根据本发明的一些实施例，所述方法进一步包括使用包含在所述光致发光材料的一表面内的一波长选择辐射散射体，以将辐射散射向所述光伏电池。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种用于能量转换的方法，所述方法包括以下步骤：提供一种装置，所述装置包括一光致发光材料，用于吸收太阳辐射并发射光致发光辐射，一第一太阳能电池，具有一第一能隙以吸收所述光致发光辐射的一第一光谱范围，一第二太阳能电池，具有一第二能隙以吸收所述光致发光辐射的一第二光谱范围，一腔体，用于容纳所述光致发光材料、所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池电池并限制所述光致发光辐射，通过所述太阳辐射的热化来加热所述光致发光材料，使用光致发光材料吸收太阳辐射，从所述被吸收的太阳辐射中产生电能。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料包括一掺杂剂，选自由以下所组成的一群组：量子点；纳米颗粒；金纳米颗粒；稀土；镱(Ytterbium)；钕(Neodymium)；铕(Europium)；铒(Erbium)；直接带隙半导体；InGa；以及CdTe。

根据本发明的一些实施例，将所述光致发光材料放置在一隔热腔室内。

根据本发明的一些实施例，所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池包括光伏材料，选自于以下的所组成的一群组：Si、GaAs、c-Si、InP、InGaP、GaInNAs、mc-Si、CdTe、AlGaAs、GaSb、Ge、a-Si、钙钛矿(perovskite)和钙钛矿(perovskite)结构化合物。

根据本发明的一些实施例，所述第一带隙匹配所述光致发光材料的一带边缘发射(band-edge emission)，并且所述第二带隙大于所述光致发光材料的所述带边缘。

根据本发明的一些实施例，所述第一太阳能电池和第二太阳能电池以一串联配置放置。

根据本发明的一些实施例，所述装置还包括一选择滤光器，在所述第二太阳能电池前面，以在一光谱范围上反射辐射，所述光谱范围匹配所述第二带隙，从而将被反射的光引导至所述第二太阳能电池上。

根据本发明的一些实施例，所述装置进一步包括一波长选择反射入口滤光器，位于所述腔体的一入口处，其中所述选择反射率位于一波长，所述波长匹配所述光致发光材料的一带边缘发射。

根据本发明的一些实施例，所述入口滤光器的反射率在Eg(PL)-0.1eV和Eg(PL)+0.1eV之间的一光谱范围内是高的，其中Eg(PL)是所述光致发光材料的所述带边缘发射能(band-edge emission energy)。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料包括Nd+3，所述第一太阳能电池包括一Si光伏材料，所述第二太阳能电池包括一GaAs光伏材料。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供了一种能量转换系统，包括一光致发光材料，用于吸收太阳辐射并发射光致发光辐射，一第一太阳能电池，具有一第一能隙以吸收所述光致发光辐射的一第一光谱范围，一第二太阳能电池，具有一第二能隙以吸收所述光致发光辐射的一第二光谱范围，一隔热腔，用于容纳所述光致发光材料、所述第一太阳能电池和所述第二太阳能电池电池并限制所述光致发光材料所发射的辐射，其中所述光致发光材料放置在集中的太阳辐射的一焦点处。

根据本发明的一些实施例，所述腔体的多个壁部包括多个高反射率镜面，所述高反射率镜面在由所述光致发光材料所发射的辐射的一波长范围内是高反射率的。

根据本发明的一些实施例，所述腔体的一形状是一形状，选自以下所组成的一群组：球形、半球形、二维抛物面、拋物线和圆柱。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供一种用于将废热转换为电能的系统，包括一激光器，用于产生泵浦辐射，一光致发光材料，用于吸收泵浦辐射和废热并在一波长发射光致发光辐射，所述波长短于所述泵浦辐射，以及一光伏材料，具有一带隙，以吸收所述光致发光辐射并产生电能。

根据本发明的一些实施例，所述光伏材料包括一第一光伏材料，具有一第一能隙以吸收所述光致发光辐射的一第一光谱范围，一第二光伏材料，具有一第二能隙以吸收所述光致发光辐射的一第二光谱范围。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括一分束器，所述分束器被配置用以分离所述光致发光辐射的一第一光谱范围和所述光致发光辐射的一第二光谱范围的光路。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括一分束器，所述分束器被配置用以将所述光致发光辐射的一第一光谱范围引导至所述第一光伏材料，并且将所述光致发光辐射的一第二光谱范围引导至所述第二光伏材料。

根据本发明的一些实施例，用于吸收辐射的所述光伏材料的一表面积比从所述光伏材料发射的一表面积大一因子N倍，其中所述因子N为至少10。

根据本发明的一些实施例，所述光伏电池被设计用以至少50sun的太阳能的集中度。

根据本发明的一些实施例，所述光伏电池被设计用以至少100sun的太阳能的集中度。

根据本发明的一些实施例，所述系统还包括一材料，具有一吸收光谱在1微米至1.5微米之间，用于吸收来自太阳的辐射，并将热量传递至一传热流体。

根据本发明的一些实施例，具有所述吸收光谱在1微米与1.5微米之间的材料包括一氧化铟锡(ITO)层。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料被成形为一棱镜形状，从而减少从所述光致发光材料发射的辐射的波导。

根据本发明的一些实施例，所述光致发光材料的折射率低于1.5。

根据本发明的一些实施例，将光致发光材料成形为棱镜形状，从而减少了从所述光致发光材料发射的辐射的波导。

除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。尽管与本文描述的那些类似或等同的方法和材料可以用于本发明的实施例的实践或测试中，但是下文是描述示例性的方法和/或材料。在有冲突的情况下，以专利说明书及其定义为准。另外、材料、方法和实施例仅是说明性的，并不意图必然是限制性的。

附图说明

这里仅通过示例的方式，参考附图描述本发明的一些实施例。现在具体地具体参考附图，要强调的是，所显示的细节是作为示例并且出于对本发明的实施例的说明性讨论的目的。就这一点而言，结合附图进行的描述对于本领域技术人员而言显而易见的是可以如何实践本发明的实施例。

在图示中：

图1是一曲线图，显示根据本发明示例实施例的在不同温度下Nd+3光致发光的功率光谱线；

图2A是根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的一系统的一简化图示；

图2B是根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的一系统的一简化图示；

图2C是根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的一系统的一简化图示；

图3A和图3B是根据本发明示例性实施例中，用于光伏收集能量的一系统的简化图示；

图4是根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的一系统的简化图示；

图5A、图5B和图5C是根据本发明的一些示例性实施例中，用于光伏收集能量的系统的简化图示；

图6是根据本发明的示例实施例中，用于光伏收集能量的一系统的一简化图示，所述系统将不同的散射体放置在不同的位置。

图7是根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量并且使用传热流体收集额外的能量的一系统的一简化图示；

图8是根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量并且使用液体冷却收集额外的能量的一系统的简化图示；

图9A和图9B是根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的一系统的简化图示；

图9C是根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的一系统的一简化图示；

图10是根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的一系统的一简化图示；

图11A和图11B是根据本发明示例实施例中，用于收集废热或红外辐射的一系统的简化图示；

图12A是根据本发明示例实施例中，发射辐射的光致发光材料的一简化图示。

图12B是根据本发明示例性实施例中，用于稀释光子通量的光致发光材料和光伏材料的示例性配置的一简化图示；

图12C是根据本发明示例性实施例中，用于稀释光子通量的光致发光材料和光伏材料的示例性配置的一简化图示；

图13A和图13B是在本发明的示例实施例中，使用一铟锡氧化物(ITO)层的特性的简化图示；

图13C是根据本发明示例实施例中，一光致发光吸收器的形状的一简化图示；

图13D是根据本发明的示例性实施中，一光致发光吸收器的形状的简化图示；

图13E是根据本发明的示例性实施中，一楔形光致发光吸收器的简化图示。

图13F是根据本发明的示例性实施中，包含一光致发光吸收器的一楔形腔室的一简化图示；

图13G是一本发明示例实施例中，辐射和热流的一图示。

图13H是一曲线图，显示根据本发明示例实施例中，利用光致发光材料和材料的一系统的光谱能量利用；

图13I是一曲线图，显示根据现有技术的光伏材料的光谱能量利用；

图14A至图14D是在本发明的示例实施例中所使用的材料的特性的简化图示；

图15A至图15D是多个光谱图，显示通过本发明的实施例中所使用的材料而改变的太阳光谱；

图16A、图16B和图16C是多个曲线图，显示根据本发明示例实施例的一些装置的建模效率；

图17A和图17B显示一流程图和一曲线图，显示本发明示例实施例的整体性能估计；

图18A和图18B是根据本发明的一些示例性实施例中，以不同掺杂剂浓度掺杂YAG的发射光谱的多个曲线图。

图19A是用于测量本发明示例实施例的实验结果的实验装置的一简化图示；

图19B是一曲线图，显示根据本发明的示例性实施例的CrNdYb：YAG的温度依赖性吸收的结果。

图20A是用于测量本发明示例实施例的实验结果的实验装置的一简化图示；以及

图20B是四个曲线图，显示根据本发明示例实施例中，通过宽阳光激发和LDLS白光激发而测量的光致发光发射结果。

具体实施方式

在一些实施例中，本发明涉及用于从吸收的辐射和/或热量产生电能的方法和装置，更具体地但非排他地涉及使用光致发光(photoluminescent,PL)材料吸收辐射并重新发射辐射至一或多个光伏材料的方法和装置，并且更具体地但非排他地涉及使用光致发光材料吸收太阳辐射，即使在定日镜(heliostats)将太阳辐射集中到太阳塔顶部时。

总览：

本发明的一方面涉及用于能量转换的系统和方法，包括光致发光材料，用于吸收太阳辐射并再发射，和光伏材料，用于吸收所述再发射的光致发光辐射，以及传热流体，用于将热量从所述被加热的光致发光材料传输到将传热流体的热量转换为能量的一系统。所述方面将一热增强的PL(光伏)+PV(光伏)发电系统与一利用吸收的热量产生更多电能的系统结合在一起。

所述系统可以被包括在一太阳能收集系统中，和/或位于一太阳能收集塔的顶部或集中太阳能的一焦点处。

在一些实施例中，光伏材料可以是现成的太阳能电池。

本发明的一方面涉及热增强的光致发光(thermally enhancedphotoluminescent,TEPL)材料，作为一装置，通过将太阳辐射耦合至低带隙光致发光(PL)吸收器，以高于肖克利-奎塞尔(Shockley–Queisser，SQ)效率极限的效率来收集太阳能，其将所述辐射重新发射到一相邻的光伏电池上。热增强的光致发光材料(TEPL)发射的光子比吸收的光子具有更短的波长和更高的能量，从而可能为捕获提供更多的能量。

在一些实施例中，可通过将较长波长的辐射(其已加热光伏电池)转换为较短波长的辐射(其被光伏电池吸收并作为电能收集)，使用热增强光致发光材料潜在地减少光伏电池上的热负荷。

在一些实施例中，光致发光吸收器吸收太阳辐射，所述太阳辐射在激发电子于热激发之上。并行地，所述光致发光吸收器通过热化被加热。光子和热激发同时产生一蓝移的光致发光发射，所述光致发光发射可选地与光伏电池匹配，可选地与在高电压下工作的一高带隙光伏电池匹配。一低带隙的光致发光吸收器的高光子电流以及一高带隙光伏的高电压导致转换效率超过Shockley-Queisser效率极限。在这样的实施例中，超过肖克利-奎塞尔效率极限的能量显然来自热能，所述热能被转换为光子能量和/或来自光伏电池的电压增强。TEPL的热力学效率极限达到70％，但由于高温下可用材料的光谱反应，使得实现高效率具有挑战性。这个问题的部分原因是能隙(energy gap)材料和带隙(band gap)材料之间的差异。尽管带隙材料具有单个带隙，但是能隙材料(例如，作为一些非限制性实例)稀土或小分子可以具有多个电子跃迁，这些电子跃迁被泵浦并同时以各种波长发射。例如，使用敏化钕(Nd+3)作为一热增强的光致发光材料，可以将1100K时30％的发射耦合至GaAs太阳能电池。残留的发射大部分在1064纳米的波长处。

本发明的一个方面涉及冷却所述光致发光材料。

在一些实施例中，可选地通过冷却和/或加热和/或绝缘来维持光致发光材料的期望温度。

在一些实施例中，可选地通过被动冷却来维持光致发光材料的期望温度。

在一些实施例中，可选地通过主动冷却来维持光致发光材料的期望温度。

在一些实施例中，通过来自光致发光材料的热量辐射来进行冷却。

在一些实施例中，可选地通过调整窗口的透明和/或反射率波长，用于去除辐射引起的热量，来实现冷却至期望温度。

在一些实施例中，冷却是通过使用热量来加热流体和/或气体并随后从光致发光材料中去除热量。

在一些实施例中，使用流体和/或气体在输入辐射的前表面处进一步冷却所述光致发光材料。

在一些实施例中，所述流体可选地是熔融盐或超临界CO₂。

在一些实施例中，冷却是通过使用热量来加热流体和/或气体，并且随后使用流体/气体的热量。

在一些实施例中，流体/气体的热量用于各种目的，例如：发电、供暖房屋、供暖温室、水脱盐。

在一些实施例中，所述光致发光材料的期望温度在通常被称为废热的一范围内，以非事例性的方式在摄氏50至100、150、200度之间，或者在99至1500摄氏温度之间的范围内。

在一些实施例中，所述光致发光材料的期望温度在通常被认为对操作光伏器件无效的范围内，以非事例性的方式在摄氏50度与100度、150度、200度、500、甚至1000度之间。

本发明的一方面涉及使用来自所述光致发光材料的热量的概念。

在一些实施例中，所述热量用于加热气体或流体，并可选地作用在发电机上，例如涡轮机。

本发明的一方面涉及使用一热增强的光致发光(TEPL)装置来使用光伏来收集废热。

在一些实施例中，TEPL装置用于在摄氏50至500度的范围内的温度下收集废热。

在一些实施例中，TEPL装置使用具有窄带隙的光致发光材料来吸收在1微米和2微米波长之间的辐射。

在一些实施例中，所述光致发光材料在多个波长发射蓝移的的光致发光辐射，所述多个波长被所述光伏材料转换成电能。

本发明的一方面涉及多个系统和多个方法，使用在一个以上的波长峰值处发射的一光致发光材料，并通过使用多种光伏材料吸收所发射的光致发光辐射并产生电流，以收集多个光致发光发射峰值的能量。

在一些实施例中，所述光致发光材料在一光谱窗口处发射，例如通过非限制性示例宽于光谱窗口200纳米，并且使用多种光伏材料吸收所发射的光致发光辐射并产生电流。

在一些实施例中，所述光致发光材料在一光谱窗口处发射，通过一些非限制性实例，宽于光谱窗口200纳米、300纳米、400纳米、500纳米、600纳米、700纳米。

在一些实施例中，加热并放置所述光致发光材料以吸收并重新发射辐射，并且所述光致发光材料的发射峰值呈现蓝移(blue-shift)，即与不加热所述光致发光材料相比在较短、高能的波长处发射相对更多的光子。在一些实施例中，所述多个光伏材料的吸收带隙匹配多个光致发光材料发射峰值的至少一些波长。

在一些实施例中，一些光致发光材料发射峰表现出强的蓝移，并且一或多个光致发光材料发射峰表现出弱的蓝移。在一些实施例中，多个光伏材料的吸收带隙匹配多个光致发光材料发射峰值的至少一些波长，即，一些光伏材料吸收带隙匹配一些光致发光材料发射峰值的一些波长，其显示出蓝移，并且一些光伏材料的吸收带隙匹配光致发光材料发射峰值的一些波长，其显示出较弱蓝移。

在一些实施例中，光致发光材料通过与一些热材料接触而被加热。在一些实施例中，光致发光材料通过对流加热。

在一些实施例中，光致发光材料通过吸收辐射而被加热。在一些实施例中，光致发光材料通过吸收辐射而被加热的同时，吸收一些辐射并射重新发射为光致发光辐。因此在一些实施例中，吸收的辐射源既用于加热又用于引起光致发光辐射。因此在一些实施例中，吸收的辐射源既用于提高温度又提高发射的化学势。

在一些实施例中，所述光致发光材料被绝缘以便维持温度和/或升高到室温以上的温度，甚至达到非常高的温度，所有这些都潜在地增加了光致发光辐射发射中包括的能量，其潜在地增加通过吸收所述光伏材料所产生的电流。在一些实施例中，所述光致发光材料位于提供热绝缘的真空腔室内。在一些实施例中，使用绝缘材料将光致发光材料热绝缘以维持温度和/或升高温度。

在一些实施例中，由所述光致发光辐射产生在所述光伏材料上的热负载低于太阳直接照射在相同光伏材料上的热负载。在一些实施例中，减少的热负载简化或消除对冷却系统的需求并提高了光伏效率。

在一些实施例中，使用多个光伏电池在多个带隙吸收所述被发射的光致发光辐射以产生电流。在一些实施例中，可选地具有多个不同的带隙的多个光伏材料被用作为一或多个多层的光伏电池中的多个膜层，以在多个带隙处吸收所被发射的光致发光辐射。

在一些实施例中，所述光致发光材料可选地被一或多个反射组件包围，以将所述光致发光辐射反射朝向所述光伏材料和/或防止所述光致发光辐射逸出系统，从而有可能最大程度地利用所述光致发光辐射来产生电流。在一些实施例中，(一或多个)反射组件被可选地设计成在所述光致发光发射峰值处或附近反射辐射，而在其他波长下可选地是透明的或相对透明的。在一些实施例中，(一或多个)反射层部件可选地由薄膜涂层制成，所述薄膜涂层被设计为在所述光致发光发射峰值处或附近反射辐射。在一些实施例中，可选地放置反射器和/或滤光器以反射来自低带隙太阳能电池的光致发光发射，以在高带隙太阳能电池处吸收。

在一些实施例中，这样的反射组件可选地作为窗口，从而允许辐射被所述光致发光材料吸收，并防止光致发光辐射离开系统而不会被所述光伏材料吸收，而被所述光致发光重新吸收。材料，或通过吸收来加热系统。

在一些实施例中，反射组件可选地充当窗口，从而允许太阳辐射被光致发光材料吸收，并防止光致发光辐射离开系统而不会被光伏材料吸收，而是被所述光致发光材料再吸收，或通过吸收来加热系统。

在一些示例实施例中，所述光致发光材料和两种不同的光伏材料的组合包括Nd⁺³，于室温下在950纳米和1064纳米的波长之间发射。在高温下，Nd⁺³的1064纳米的发射峰不变，而950纳米的发射部分蓝移到820纳米的波长。对于这种双峰值辐射，可以匹配两个太阳能电池。具有Si光伏材料的第一太阳能电池具有用于吸收1064纳米波长峰值的匹配带隙，而具有GaAs光伏材料的第二太阳能电池具有用于吸收820纳米波长峰值的匹配带隙。

在一些实施例中，Si可选地被具有约1eV的带隙的一些其他光伏材料代替。

在一些实施例中，GaAs可选地被带隙为大约1.4eV的一些其他PV材料代替，例如钙钛矿材料或钙钛矿结构化材料。

在一些实施例中，诸如太阳能集中器的辐射集中器可选地用于将诸如太阳辐射的辐射集中在光致发光材料上。

本发明的一方面涉及多种系统和多种方法，使用一光致发光材料，所述光致发光材料在一个以上的波长峰值处发射，并通过使用多种光伏材料在一太阳能塔的顶部吸收发射的光致发光辐射，来收集多个光致发光发射峰值的能量。

在一些实施例中，一辐射集中器，诸如太阳能集中器，可选地用于将辐射，诸如太阳辐射，集中在所述光致发光材料上。在某些实施例中，太阳能集中器是定日镜，将太阳辐射反射到太阳能塔顶部的光致发光材料。

本发明的一方面涉及构建能量收集系统，所述能量收集系统使光伏吸收和能量产生的能力适应光致发光发射的能力。

在一些实施例中，类似于太阳能集中器的一辐射集中器可选地用于将来自所述光致发光材料的辐射集中到所述光伏材料上。

在一些实施例中，所述光伏电池或所述光伏材料的几何形状被配置为将来自所述光致发光材料的辐射稀释到所述光伏材料上。

在一些实施例中，使用光子通量的稀释，使得能够在一辐射集中系统中使用低成本光伏。

在一些实施例中，一光伏吸收表面可选地与来自一光致发光发射器的发射方向成一定角度，从而潜在地减小了撞击在光伏上的光子通量。

在一些实施例中，多个漫射器或多个散射器可选地用于稀释光子通量。

本发明的一方面涉及构建一能量收集系统，所述能量收集系统包括一透明的近红外吸收层，例如氧化铟锡(indium tin oxide ITO)，用于潜在地吸收近红外(near infrared，NIR)辐射。

在一些实施例中，一前部窗口可选地用于NIR吸收。

在一些实施例中，所述辐射收集组件的后面包括ITO层。

本发明的一方面涉及构建一能量收集系统，所述能量收集系统在一系统中包括集中太阳能(concentrated solar power，CSP)和集中光伏(concentrated photo-voltaic，CPV)的一组合。在一些实施例中，所述系统潜在地提供热量以热化学产生氢。

在一些实施方案中，一CSP驱动的氢气产生被水分解(water splitting，WS)利用。

在一些实施例中，使用一CSP驱动的氧化还原配对氧化物系统(CSP-drivenredox-pair oxide system)来分解CO₂，称为二氧化碳分解(CDS)。

在一些实施例中，组合的CO₂/H₂O分解分别可选地用于生产CO或合成气(syn gas)。

本发明的一方面涉及构造一种能量收集系统，所述能量收集系统包括一低有效指数(n近似等于1)，用于降低辐射损耗(例如波导引导的辐射损耗)。

本发明的一方面涉及构建一种能量收集系统，所述能量收集系统包括用纳米颗粒涂层涂覆光致发光材料或在光致发光材料中嵌入纳米颗粒，以散射入射辐射并沿着光伏电池的吸收区域分布辐射。

在一些实施例中，任选地涂覆一光致发光吸收剂以减少热能。

在一些实施例中，涂层是具有光谱选择性太阳吸收的一涂层材料，所述材料选择性地配置为转移650纳米至1100纳米之间的入射太阳辐射，以使太阳辐射能够直接到达光伏电池，并在长于约1100纳米的波长下反射。

在一些实施例中，涂层材料可选地是一材料，所述材料如Chen等人的公开的PCT专利申请WO 2017/147463(标题为“SOLAR THERMAL AIRGEL RECEIVER”)所描述。

在详细解释本发明的至少一实施例之前，应当理解，本发明的应用并不一定限于以下描述和/或阐述的部件和/或方法的构造细节和布置。或在附图和/或示例中显示。本发明能够具有其他实施例，或者能够以各种方式被实践或执行。

图1的曲线图100具有X轴101，其显示纳米的波长，以及Y轴102，其显示以任意单位的定性量度。

图1描绘在不同温度下Nd⁺³光致发光的功率谱线103–111，显示加热时从950纳米波长发射峰值103到820纳米发射峰值104的蓝移，以及1064纳米发射峰值105成为较短的波长发射峰值的蓝移。Nd⁺³的其他发射线(图1中未显示)在530纳米和580纳米处。

图1显示，随着温度升高，在820纳米处发射的光子较多，而在850纳米-950纳米波段中发射的光子较少。

用于收获具有很少电子跃迁(electronic transitions)的能隙材料(energy gapmaterials，例如稀土族)的示例配置是多结配置(multi-junction configuration)。对于敏化Nd⁺³的示例，具有带隙匹配850纳米和1100纳米波长的双结太阳能电池(dual junctionsolar cells)是可选的拟合匹配(fitting match)。

在本发明的示例实施例中，我们将热增强光致发光(TEPL)材料与具有两个或更多个不同带隙的一或多个太阳能电池一起放置在腔体内，以便受益于在不同发射带处的热感应电压增强。具体地，将热增强光致发光材料可选地放置在腔体内集中的太阳辐射的中心，所述腔体具有与TEPL光谱匹配的波长的反射壁。热增强光致发光材料被太阳辐射激发而升高其温度和化学势；所述化学势高于热激发的一光致发光激发。在一些实施例中，所述空腔可选地被太阳能电池和反射镜包围，以最小化所述腔体的辐射损失。可选地，所述腔体的壁部具有至少两个太阳能电池，所述太阳能电池具有至少两个不同带隙。例如，GaAs和Si太阳能电池非常适合基于Nd⁺³的TEPL。在此示例中，GaAs收集波长短于850纳米的热上转换光(thermally up-converted light)，而Si电池收集在850纳米和1100纳米之间的多个波长的光的部分，所述光的部分在能量上低于GaAs带隙的部分。

即使在中等温度(例如高于100℃)下，此示例配置也克服了SQ效率限制。这是因为Si太阳能电池可以达到其SQ极限，而GaAs电池上的任何额外电流都会提供额外的能量。

现在参考图2A，其为根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的系统200的简化图示。

图2A是系统200的横截面侧视图。

图2A描绘一抛物面形的基于TEPL的转换器的一简单配置。将热增强光致发光材料(矩形框202)放置在抛物面形的腔体204内。腔体204包括热增强光致发光材料202和太阳能电池206(标记为“PV”206)，可选地具有两个或更多个不同的带隙。

在一些实施例中，一入射窗208可选地由高反射(HR)涂层制成，可选地在热增强光致发光材料202的一低能带边缘处是高反射的。

在一些实施例中，一入射窗208可选地在光致发光材料的带隙以上的波长处制成为低反射率或制成为抗反射(AR)的，以用于在角度207内来自太阳场的光。

在一些实施例中，AR/HR涂层在PV的带边缘处以允许直接激发PV，通过用仍然在PV的带隙之上的低能量太阳辐射。

在一些实施例中，AR涂层被配置为对于角度207内的太阳场角在400纳米和1100纳米之间是抗反射的(或甚至在400纳米和1700纳米之间)，并且HR涂层是在700纳米和1100纳米之间的光致发光发射波长下，在角度207中的场角之外的多个角度处。

对于在腔体内具有Si和GaAs太阳能电池206的基于Nd⁺³的敏化的TEPL 202的一非限制性可选示例配置，入口HR涂层可选地在大约950纳米-1100纳米之间的范围内是高反射性的。在一些实施例中，HR涂层在大约950纳米-2500纳米之间并且甚至在950纳米-5000纳米之间的范围内具有高反射率。这样的涂层潜在地减少了来自辐射的热损失。

现在参考图2B，其为根据本发明的示例性实施例中用于光伏收集能量的系统210的一简化图示。

图2B是系统210的一横截面侧视图。

图2B描绘一半球形腔体214内部的一平面TEPL 212的一简单配置。平面形状的TEPL 212的可选的尖头飞边(trapeze edges)被设计为潜在地将发射从热增强光致发光材料212的内部引导至光伏电池216。

在一些实施例中，在TEPL 212的表面上使用表面粗糙度以增强发射提取并减少所述热增强光致发光发射的波导。

在一些实施例中，波长选择散射体，诸如等离子体纳米粒子，可选地嵌入热增强光致发光材料212中，以在多个波长处散射光，所述多个波长匹配所述高带隙太阳能电池216，而其他波长的其他辐射可选地保持在热增强光致发光材料212中。通过减少与高带隙太阳能电池216匹配的光的自吸收，这种选择散射可来潜在地提高转换效率。

现在参考图2C，其为根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的系统220的一简化图示。

图2C是系统220的一前视图。

图2C显示一典型入射窗228，匹配太阳场中的一典型接收角，在一些实施例中，所述接收角可选地为水平120度和垂直30度。在这样的配置中，两个或更多的光伏电池(图2C中未显示)任选地具有多个不同的带隙，任选地均匀地分布在光伏电池侧，如在图2B中以216表示。

图2A、图2B和图2C中的虚线208、218、228显示在一些实施例中在大约950纳米至1100纳米范围内的高反射率(HR)的入射窗。

在一些实施例中，低掺杂剂浓度的发光分子可选地用于增强量子效率。

在一些实施例中，选择所述热增强光致发光材料并将其成形，以在所述热增强光致发光材料内部提供在几毫米和一米之间的传播长度。

在一些实施例中，所述热增强光致发光材料可以可选地薄至几微米，最厚至几米。

在一些实施例中，所述热增强光致发光材料的尺寸和形状被设计为在TEPL中提供一辐射传播路径，所述辐射传播路径比典型的入射辐射波长的一吸收长度更长。

在一些实施例中，所述热增强光致发光材料的尺寸和形状被设计为在所述热增强光致发光材料中提供一辐射传播路径，所述传播路径比所述光致发光发射或TEPL发射的辐射波长的一吸收长度更短，即自吸收或重新吸收。

现在参考图3A和图3B，其为根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的系统300的简化图示。

图3A是系统300的一横截面侧视图。

图3B是系统300的一前视图。

图3A显示本发明的另一示例实施例，包括一抛物面形腔304，具有辐射入射窗308、热增强光致发光材料302和光伏电池306A、306B。

图3B显示腔体304中的辐射入射窗308的一正视图。

在一些实施例中，所述抛物面形的腔体304是镜面(可选地除了窗口308)，并且所述热增强光致发光材料302被放置在包括抛物面形的腔体304的焦点的一位置。

在一些实施例中，腔体304可选地包含一透明真空腔室305，所述热增强光致发光材料302放置在所述透明真空腔室305中。在一些实施例中，所述真空腔室305涂覆有抗反射(AR)涂层。

在一些实施例中，所述热增强光致发光材料302可选地是基于敏化的Nd⁺³热增强光致发光材料302。

在一些实施例中，一或多个光伏电池可选地包括Si 306A和GaAs306B光伏材料。

在一些实施例中，包括Si 306A光伏材料的光伏电池可选地包括一带通滤光器，在大约850纳米-1100纳米的波长范围内通过。

在一些实施例中，包括GaAs 306B光伏材料的光伏电池可选地包括一后反射器。在一些实施例中，包括GaAs 306B光伏材料的光伏电池可选地包括一前高反射(HR)滤光片-可选地在大约850纳米-1100纳米的波长范围内为高反射性的。

图3A显示所述热增强光致发光材料302的一可选形状，其构造为通过双反射或多反射来增强太阳辐射的吸收。

在一些实施例中，所述热增强光致发光材料302的厚度可选地为太阳辐射的吸收长度的量级，并且可选地小于在所述热增强光致发光发射波长处的再吸收长度，对于Nd⁺³的0.1％-1％重量百分比浓度，其在几毫米到几厘米之间。

在一些实施例中，为了超高量子效率，可选地进一步降低Nd⁺³的浓度，这潜在地使TEPL厚度为几十厘米。

在一些实施例中，所述热增强光致发光材料的形状为长形，以增强所述热增强光致发光材料相对于腔壁处的太阳能电池的一几何视场，从而潜在地提高所述太阳能电池的收集效率。

在一些实施例中，低带隙太阳能电池可选地涂覆有高反射涂层，其波长短于高带隙太阳能电池。对于Si和GaAs太阳能电池的示例实施例，Si太阳能电池可选地涂覆有高反射用于短于850纳米的波长。这限制Si上高能光子的吸收，并允许所述波长传递到GaAs太阳能电池上。

在图3A和图3B的示例实施例的一些实施例中，入射窗304高反射涂层可选地在950纳米和1100纳米之间高度反射，可选地匹配Nd⁺³的低能带边缘发射。

在一些实施例中，将所述热增强光致发光材料放置在一隔热的透明腔室内，以便通过热化来升高其温度，从而导致更强的蓝移发射并提高了总效率。

在一些实施例中，在光致发光材料302和一或多个光伏电池306之间存在绝热间隙，以减小在一或多个光伏电池上的热负荷。

现在参考图4，其是根据本发明的示例实施例中用于光伏收集能量的系统400的简化图示。

图4显示了一圆柱配置，其中太阳辐射401到达圆柱形状的热增强光致发光材料406的一端，并在接收角408内被吸收。

在一些实施例中，圆柱形热增强光致发光材料406被放置在圆柱形管(可选地甚至是真空管)内，以绝热达到高温。

在一些实施例中，两个或更多个太阳能电池402、404(可选地具有不同带隙)围绕圆柱形热增强光致发光材料406的周围放置。

在一些实施例中，所述低带隙太阳能电池在匹配高带隙第二太阳能电池的波长处涂覆有高反射涂层，从而将匹配的发射反射到高带隙太阳能电池上。

这种长形的构造潜在地受益于入射辐射的长吸收长度和/或发射的短传播长度，这使自吸收损失最小。

在一些实施例中，可以将多个长形形状构造以具有类似的益处，例如，一长形的矩形盒形状。

将图4的示例配置与仅使用单一高带隙太阳能电池的热增强光致发光转换系统的示例配置进行比较，我们估计一双带隙腔体的效率超过了单一高带隙太阳能电池热增强光致发光配置。具体地，作为非限制性实例，使用热增强光致发光发射器(例如敏化的Nd⁺³)在500℃至1000℃的中等温度下操作的系统，我们估计转化效率超过35％。

在一些实施例中，通过向所述热增强光致发光块中添加其他吸收材料来进一步敏化所述热增强光致发光材料。这些材料吸收入射辐射并将能量转移到发射器。

在一些实施例中，敏化剂与发射器之间的能量转移可以是近场能量转移，例如森林能量转移(Forester energy transfer)或德克斯特能量转移(Dexter energytransfer)。

在一些实施方案中，敏化剂与发射器之间的能量转移是辐射能量转移。适用于例如Nd⁺³和Yb发射器的常规敏化剂包括稀土、过渡金属、其他光致发光材料的分子以及具有至少部分与发射器吸收峰重迭的发射峰的量子点。

敏化剂的一些非限制性实例是铬(Cr)和铈(Ce)。

稀土敏化剂的一些非限制性示例包括镱(Yb)、铒(Er)、铕(Eu)、镨(Pr)、铽(Tb)、铥(Tm)、钐(Sm)、钆(Gd)、钬(Ho)、镏(Lu)。

量子点包括例如宽带隙半导体纳米晶体，例如GaAs、AlGaAs，GaAsP，AlGaInP，GaP，GaAsP，GaN，InGaN，ZnSe，InGaN，SiC，金刚石，氮化硼，AlN和AlGaN。

在一些实施例中，使用量子点的纳米晶体尺寸作为敏化剂可能使热增强光致发光材料的功效朝着更高的温度延伸。

在一些实施例中，诸如在SiO₂中的热增强光致发光材料的封装潜在地将热增强光致发光材料的功效扩展到更高的温度。

在一些实施例中，具有直接带隙的宽带隙半导体的块状材料可选地用为敏化剂。这是由于宽带隙半导体的高度光致发光效率和高温下的相对耐久性。作为非限制性实例，氮化镓(GaN)，氮化铝(AlN)，GaInN和AlGaInP通常作为高温下的发光二极管，因此适合用于一示例实施例中所述热增强光致发光材料中。

在一些实施例中，多峰值发射来自敏化剂和发射剂两者。例如，使用基于Cr：Yb的热增强光致发光。在这样的实施例中，Cr⁺³吸收光谱的绿红色部分。在高温下，吸收的能量被Cr在700纳米-1100纳米处部分发射，并部分转移到Yb，后者在850纳米-1000纳米之间发射。在室温下，Yb发射在950纳米-1100纳米之间。这样的示例组合具有一双峰值发射，所述双峰值发射可选地由GaAs和GaInAs光伏材料(可选地在GaAs/GaInAs串联电池中)或GaAs和Si材料(可选地在GaAs电池和Si电池中或GaAs/Si串联电池中)收集。

在一些实施例中，将多结串联光伏电池(multi-junction tandem PV cells)放置在腔体中。对于在530纳米，580纳米，850纳米和1064纳米处发射的Nd⁺³示例，多结光伏电池将InGaP、GaAs和GaInNAs或InGaAs结合在一起，而可以在相应的带隙处捕获各个发射，并且具有最大的效率。

在一些串联配置中，所述多个PV结(PV juctions)可选地沿着辐射的光路一个接着一个地配置。这样的串联配置可以作为单独的组件或作为单个多层装置。

在一些实施例中，在Si太阳能电池上方的透明GaAs太阳能电池(在一些实施例中，在它们之间具有间隙)可选地作为一成本有效的双结装置。在这种配置的一些实施例中，可选地使用透明导电电极，诸如ITO(氧化铟锡)电极。

在一些示例实施例中，所述热增强光致发光材料包括多个波长选择散射纳米粒子(selective-wavelength-scattering nano-particles)。通过使用小的等离激元颗粒(small plasmonic particles)，例如银纳米颗粒或银/硅胶(silica)纳米颗粒，可以选择性地实现具有最小吸收损失的共振散射。在一些实施例中，氮化钛(TiN)是多个高温选择波长散射纳米粒子(high-temperature selective-wavelength-scattering nano-particles)的一选择。可选地，封装在二氧化硅中的金或银纳米颗粒作为共振散射体。

现在参考图5A、图5B和图5C，是根据本发明的一些示例性实施例中，用于光伏收集能量的系统的简化图示。

图5A显示一圆柱配置，其中太阳辐射501到达一圆柱形状的热加强光致发光材料506的一端，并在一接收角508之内被吸收。

在一些实施例中，可选地具有不同带隙的两个或更多个光伏电池502 504围绕所述圆柱热加强光致发光材料506的周围放置。

图5A显示一种波导配置，在热加强光致发光材料506的内部和/或表面嵌入其他的共振散射粒子507。这种共振散射使部分辐射在波导中传播，直到辐射被吸收为止。而其他辐射则不会被波导中传播，而是散射到光伏电池502 504中的光伏材料。

在一些实施例中，通过一些非限制性示例的方式，光伏电池502504被设计成使得：

一第一光伏电池502可选地包括GaAs，其具有带隙为1.35eV；和

一第二光伏电池504可选地包括Si，其具有带隙为1.1eV，可选地包括高反射(HR)滤光器，所述高反射滤光器可选地在400纳米至850纳米的波长范围内是高反射的。

在一些实施例中，所述散射共振波长可选地被调整到一波长，所述波长仅匹配高/宽带隙光伏材料。所述高/宽带隙光伏材料具有高转换效率的辐射部分被可选的纳米粒子从所述波导散射到匹配的光伏材料。另一方面，光谱的另一部分，可选地包括太阳能和热增强光致发光辐射的一部分，可选地继续沿着所述波导传播，直到被吸收或重新吸收。在一些实施例中，所述重新发射的光可以具有与宽带隙光伏匹配的光谱部分，并且可以被散射出所述波导。就吸收光子而产生电子而言，这种光子再循环动态将更多的光传递到所述宽带隙太阳能电池，并提高了整体效率。

在一些实施例中，辐射集中部件503可选地将入射的辐射501集中到TE光致发光材料506上。

图5B显示一圆柱构造，其中太阳辐射511到达一圆柱热增强光致发光材料516的端部，在接收角518内被吸收。

在一些实施例中，光伏电池504可选地包括两种光伏材料的堆迭，其具有不同带隙，围绕圆柱热增强光致发光材料506的周围放置。在一些实施例中，光伏电池504可选地包括带隙为1.35eV的GaAs和带隙为1.1eV的Si。

图5B还显示一波导构造，在热增强光致发光材料506的表面内和/或表面上嵌入额外的共振散射颗粒517。这种共振散射允许部分辐射在所述波导中传播，直到辐射被吸收为止，而其他辐射则不会被波导传播，而是散射到光伏电池514中的光伏材料。

图5B显示Si/GaAs或GaInAs/GaAs太阳能电池514和基于敏化的Nd⁺³的热加强光致发光材料516的示例实施例。在图5B的示例中，可选地将散射粒子的共振调整到700纳米至850纳米之间的散射波长。散射的光以最小的传播到达GaAs光伏电池514和在热增强光致发光材料516中具有最小的自吸收性。另一方面，未散射的光沿波导传播，直到被吸收。光谱的较高能量部分和光谱的较低能量部分之间的这种区分可能导致光伏电池提取更多的总能量。

在一些实施例中，一辐射集中部件513可选地将入射的辐射511集中到热增强光致发光材料516上。

图5C显示圆柱构造，其中太阳辐射521到达圆柱热增强光致发光材料526的端部，在接收角528内被吸收。

在一些实施例中，第一光伏电池522可选地沿着热增强光致发光材料526放置，较靠近辐射521的入口，并且第二光伏电池524可选地沿着热增强光致发光材料526放置，较远离辐射521的入口。

图5C还显示一波导构造，在热增强光致发光材料526的表面内和/或表面上嵌入额外的共振散射颗粒523 525。

在一些实施例中，具有不同带隙的不同光伏电池522 524在几何上是分开的，并且可选地，不同的相应多个选择散射粒子523 525嵌入与光伏电池的位置和带隙匹配的位置。

对于Nd⁺³的示例，GaAs光伏电池522可选地放置在热增强光致发光材料的入口边缘附近，而Si光伏电池524可选地放置在一偏远边缘(例如图5C在图6中的底部所示)。在这样的示例配置中，一波长选择散射体523在大约700纳米至850纳米的波长范围内进行散射，可选地嵌入在辐射的入口521附近，并且大约850纳米至1064纳米的波长范围内的多个附加的散射体525可选地放置朝向所述偏远边缘。图5C和图6显示这种配置的示例。在一些实施例中，散射体523、525可选地以一几何配置被放置，其中散射光被引导到达一匹配的太阳能电池522、524。在一些实施例中，所述引导可选地通过将散射光反射到匹配的光伏电池的镜面来进行，或者通过多个散射体523、525的位置之间的一间隔来进行，所述间隔与光伏电池522、524之间的间隔匹配。

在一些实施例中，一辐射集中部件523可选地将入射辐射521集中到热增强光致发光材料526上。

现在参考图6，其为根据本发明的示例实施例中，一系统600的简化图示，用于光伏收集能量，将不同的散射体放置在不同位置。

图6是系统600的横截面侧视图。

图6显示一抛物面形腔体604，具有一辐射入射窗608、热增强光致发光材料602和光伏电池606A、606B。

在一些实施例中，所述抛物面形腔体604可选地除了(except for)窗口608以外是一镜面，并且热加强光致发光材料602被放置在一位置，所述位置包括抛物面形腔604的焦点。

在一些实施例中，腔体604可选地包含一透明的真空腔室605，热加强光致发光材料602被放置在其中。在一些实施例中，真空腔室605涂覆有抗反射(AR)涂层。

图6显示一图示，将不同的散射体607、608放置在系统600中的不同位置以及光伏电池606A、606B的对应位置。

在一些实施例中，第一类型的散射体607可选地包括波长选择散射纳米颗粒，所述波长选择散射纳米颗粒在700纳米-850纳米的波长范围内进行散射。

在一些实施例中，第二类型的散射体608可选地包括波长选择散射纳米颗粒，所述波长选择散射纳米颗粒在850纳米-1100纳米的波长范围内散射。

在一些实施例中，窗口608包括在1000纳米-1100纳米的范围内高反射率的高反射涂层。

在一些实施例中，一或多个光伏电池606A包括硅光伏材料。在一些实施例中，一或多个光伏电池606A可选地包括在850纳米-1100纳米的波长范围内的带通滤光器。

在一些实施例中，一或多个光伏电池606B包括GaAs光伏材料。在一些实施例中，一或多个光伏电池606B可选地包括一宽带后反射器(broad band back reflector)。

在一些实施例中，通过沉积至少一纳米颗粒型散射体607来可选地构造系统600，所述散射体可选地具有例如一散射截面，所述散射截面具有一全宽半峰(full-width halfmaximum)为约1纳米至约700纳米，一中心波长为约390纳米至约1900纳米，位于热加强光致发光材料中或表面上，其具有从约400纳米至约1900纳米处约60％至约100％(例如65％、70％、75％、80％、85％、90％、或95％)的透过率。

在一些实施例中，其他散射机构608可选地用于实现散射。

另外的示例实施例可选地使用诸如米氏散射和瑞利散射(Mie and Rayleighscattering,)的散射机制，其相较长波长光，在更高的散射截面散射短波长光。

在一些实施例中，热增强光致发光材料的一波导构造具有散射纳米颗粒，根据瑞利(Rayleigh)增强散射于短波处，其在匹配高带隙光伏材料的波长处散射更多，而在较长波长处散射较少。在这样的配置中，热增强光致发光波导的长度可选地较长于在较短波长处的散射长度，并且可选地，波导的长度较短于在较长波长处的自吸收长度。这样，光的高能部分散射并到达高带隙太阳能电池。较长波长的辐射受瑞利(Rayleigh)散射的影响较小，并且一直传播到被热增强光致发光材料吸收为止。热增强光致发光材料重新发出所述吸收的辐射，包括高能部分，所述高能部分又被散射到光伏电池。这种光子回收有可能提高整体效率。

热增强光致发光材料的冷却系统：

在一些配置中，基于光伏材料的带隙和热增强光致发光材料的能隙，任选地决定和任选地维持热增强光致发光材料的期望温度范围。低于期望的温度范围，由于在光致发光材料处的热致蓝移的电势降低，可能会降低太阳能电池的效率。高于所需温度时，高能光子可能会在光伏材料上热化，从而升高温度并降低光伏材料的效率。

在一些实施例中，可选地冷却热增强光致发光材料。

辐射冷却：

在一些实施例中，在高发射率红外区域处，所述热增强光致发光材料的热辐射可选地用于冷却所述热增强光致发光材料，在一些实施例中，甚至在维持所述热增强光致发光材料的温度上限。例如，在100sun的集中度下工作的能量转换装置可导致大约100kW/m²。在效率为20％时，应有选择地从装置中抽空约80kW/m2。黑体辐射通量(Black Bodyradiation flux)在3微米至10微米之间的高发射率表示1200K的上限温度，其散热量为80kW/m²。

在一些实施例中，包含热增强光致发光材料的腔体的入射窗可选地具有波长比低带隙光伏材料的带隙长的反射涂层。

在一些实施例中，入射窗处的反射涂层在热增强光致发光材料的能隙的波长处具有反射性。

在一些实施例中，用于亚带隙辐射波长的抗反射涂层可选地放置在腔壁处，潜在地允许红外热辐射逸出并冷却热增强光致发光材料。

在一些实施例中，可选地进行选择所述热增强光致发光材料的能隙和所述光伏材料的带隙，以减少热增强光致发光材料上的热负荷。在给定温度下，被所述热增强光致发光材料吸收的太阳光谱的一部分通过热化作用(thermalization)将其加热(斯托克斯位移Stokes shift)，而太阳光谱的一部分通过光学制冷(optical refrigeration)将其冷却(反斯托克斯位移anti-Stokes shift)。在一些实施例中，可选地计算通过热化作用的加热(斯托克斯位移)和光学制冷(反斯托克斯位移)之间的平衡，以降低和/或最小化热负荷和/或提高能量转换效率。

在一些实施例中，在比低带隙光伏材料的发射率高的波长处，热增强光致发光材料的发射率是高的。

在一些实施例中，热增强光致发光材料的发射率在2微米和12微米之间是高的。

能量收集和主动冷却：

在一些实施例中，可选地使用蒸汽涡轮机系统来冷却温度可以达到1000℃的所述热增强光致发光材料。可选地高温产生的蒸汽使用于驱动涡轮机，并冷却热增强的光致发光材料。在这样的配置中，热的热增强光致发光材料可选地被放置在压力腔室中，可选地浸入水或一些其他冷却液中。

在一些实施例中，在热增强光致发光材料的表面处产生蒸汽，并且压力腔室中的蒸汽压力运行涡轮机。可选地，蒸汽能量可以转化为电能或用于向家庭和工业供应热水。可选地，蒸汽涡轮机是具有冷凝器的闭环兰金循环构造(Rankine-cycle configuration)，所述冷凝器用作为一热交换器，其使用冷却水并供应热水。

在一些实施例中，传热流体(heat transfer flow,HTF)是熔融盐(molten salt)，其将热量从热增强光致发光材料传递到热交换器，并传递给蒸汽以使涡轮机运转。

在一些实施例中，传热流体是超临界CO₂。

在一些实施例中，传热流体是蒸汽。

要强调的是，其他热引擎可以代替一涡轮机，以利用热增强光致发光材料产生的热量来产生能量。

在一些实施例中，将热交换器或热增强光致发光材料处的过多热量用于水脱盐。在这样的实施例中，热交换器可选地从盐水中产生蒸汽，并且可选地收集蒸汽并将其冷凝成水。

现在参考图7，其为根据本发明的示例性实施中，用于光伏收集能量并使用传热流体收集额外能量的系统700的简化图示。

图7是系统700的横截面侧视图。

图7显示瞭如以上参考多个示例实施例所述，用于光伏收集能量的子系统702，其还包括腔室704，其具有液体706或蒸汽706。

用于光伏收集能量的子系统702包括光致发光材料707，其用于吸收辐射，加热并发射辐射，以用于光伏电池709A、709B以产生光伏电能。

液体或蒸汽706在接近光致发光材料707的地方被加热。

在一些实施例中，液体或蒸汽706可选地循环708到涡轮机710(作为液体或蒸汽)，以从加热的液体中收集更多的能量。

在一些实施例中，液体或蒸汽706可被腔室704中的热量蒸发，并作为蒸汽而循环到涡轮机。

在一些实施例中，液体或蒸汽706可以是用于传递热量的气体。

在一些实施例中，液体或蒸汽706可选地由泵712泵送通过涡轮机710和腔室704。

在一些实施例中，可以使用可选的冷凝器或热交换器来冷凝蒸汽。

在一些实施例中，腔室704是透明的。在一些实施例中，腔室704包括如在此描述的光伏系统的实施例所描述的抗反射涂层和/或反射涂层。

在一些实施例中，腔室704壁部包括在350纳米至1100纳米波长范围内的抗反射涂层。在一些实施例中，腔室704壁部包括在350纳米至1700纳米的波长范围内的抗反射涂层。

图7描绘与蒸汽涡轮机710组合的热增强光致发光系统702的示例实施例，所述蒸汽涡轮机710驱动水泵W_泵712和冷却通风W_冷却716并产生电能W_出718。

图7显示一示例实施例，具有在压力腔室704内部的一可选地倾斜的水表面。所述倾斜的水表面表示一示例接收器可以在一配置中向下倾斜，所述配置将太阳辐射集中在太阳能塔上的镜场，其中所述接收器如图9所示，其位于太阳能塔的顶部。水面的方向可以是其他方向，例如，当将此类接收器放置在单一集中器(抛物面)的焦点上而不是在太阳塔。

在一些实施例中，大量的热增强光致发光材料707可选地是多孔材料，潜在地使得蒸汽气泡能够逸出至热增强光致发光材料707的表面。

在一些实施例中，热增强光致发光材料707具有柱或杆的结构，并且气泡形成在柱或杆的表面上并到达水的表面。

现在参考图8，其为根据本发明的示例性实施中，用于光伏收集能量并使用液体冷却收集额外能量的系统800的简化图示。

图8是系统800的横截面侧视图。

图8显示类似于图7的系统700的系统800，其具有用于吸收辐射的光致发光材料807，所述光致发光材料807被构造为多柱体或多杆体。这种结构在将热量从光致发光材料907传递到液体806方面具有潜在的效率。

图8描绘具有杆状的热增强光致发光材料807的示例实施例，所述杆状热增强光致发光材料807潜在地允许气泡809到达上表面，并且潜在地通过在所述多个杆体中的太阳辐射的波导来减少光散射。

在一些实施例中，图7和图8的蒸汽涡轮机可选地由具有高蒸发温度的液体操作。可选地，高蒸发温度接近或等于为所述光伏电池发射辐射所需的热增强光致发光工作温度。

在一些实施例中，所述热增强光致发光材料807加热诸如氩气的气体，其通过热交换器蒸发液体。包括气体的初始加热的示例实施例潜在地降低了压力腔室中的压力，从而潜在地简化了一能量转换系统。

现在参考图9A和图9B，其为根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的系统的简化图示。

图9A和图9B显示系统901，用于在塔908顶部进行光伏能量收集，并带有用于将太阳光905引导到系统901上的反射镜910。

系统901可选地包括腔室904和用于收集能量的系统902。

在一些实施例中，通过一些非限制性示例，系统902可以是用于光伏收集能量并使用液体冷却以收集额外能量的系统，如图7和图8所示。

在一些实施例中，通过一些非限制性示例，系统902可以是用于光伏收集能量的系统，如图2A至图2C、图3A至图3B，图4、图5A至图5C和图6所示。

图9A和图9B显示瞭如何将能量转换系统选择性地放置在定日镜场的焦点处。

在一些实施例中，热增强光致发光专制可选地被集成到诸如一或多个拋物线槽的一维(1D)辐射集中系统中。

现在参考图9C，其为根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的系统的简化图示。

图9C显示用于在塔932的顶部上以光伏收集能量的系统930，其具有用于将阳光引导到系统930上的镜面935。

系统930可选地包括用于吸收阳光的光致发光材料937，具有用于吸收来自光致发光材料937的热量的传热流体(HTF)的管道938，以及用于吸收由光致发光材料937和/或太阳辐射发射的辐射的光伏电池939。。

在一些实施例中，诸如在图9C的非限制性示例中所示，管道938可选地嵌入在光致发光材料937中，或者穿过光致发光材料937中的多个腔体。

图9C示意性地显示管道938用于向涡轮机940提供加热的传热流体。

图9C示意性地显示阳光908被光致发光材料937吸收，并用于发射发光辐射942，用于荧光电池939，以产生电力，以及通过多个管道938向涡轮机940提供加热的传热流体。

在一些实施例中，光致发光材料937可选地在前表面937A和937B处和/或在后表面处被氧化铟锡(ITO)层涂覆。ITO在1微米至2微米之间的波长处具有很强的吸收能力，从而增强了近红外太阳光谱的吸收并将其转换为热量。ITO在较长波长下的高反射率可降低红外光损失，并可以选择保持较高的温度以提高热引擎(涡轮机)的效率。

现在参考图10，其为根据本发明的示例性实施例中，用于光伏收集能量的系统的简化图示。

图10显示槽1002，所述槽用于将太阳光1004聚集到由光伏材料1008包围的光致发光材料1006上，并且可选地包括窗口1010。

图10显示一维拋物线槽1002，其将光聚焦在细长形状的热增强光致发光吸收器1006上。

在一些实施例中，热增强光致发光吸收器1006的头部潜在地受益于高折射率，并且可选地执行二次聚集，所述二次聚集在热增强光致发光材料中引导光。这样的配置在热增强光致发光中支持更长的光路，并潜在地增加了被发射的光子到达光伏材料并且不向拋物线面镜返回的机会。在各种实施例中，将热增强光致发光的头部制成各种形状。

在一些实施例中，热增强光致发光的头部被成形用以允许入射的辐射1012被全内反射波引导。

在一些实施例中，热增强光致发光的头部可选地成形为诸如梯形1014、三角形1015、正方形1016和半球形的形状。

在一些实施例中，可选地通过粗糙表面或锐边表面1020实现多散射和/或漫射表面。

在一些实施例中，多反射作用使得光不会反射回到槽1002中的镜面。

在一些实施例中，拋物线槽的一维(1D)聚集可选地被球形槽代替；可能简化构造和/或降低成本。与拋物线形比，在球形中，焦点可能会散布在更大的表面上。这可能会降低整个热增强光致发光材料的温度梯度。

在一些实施例中，可选地使用二维(2D)碟形来集中辐射。在图10中添加圆形对称性，其描述了二维拋物线或球形盘。光聚集在可选的细长形状的热增强光致发光材料上，其中热增强光致发光的头部可选地具有圆锥形、截头的圆锥形或半球形圆顶的形状。

在一些实施例中，光可选地在热增强光致发光材料中被波导。

在一些实施例中，光伏材料围绕或部分地围绕热增强光致发光细长形状。

在一些实施例中，光伏材料1008可选地包括串联电池，例如串联Si/GaAs电池或串联GaInAs/GaAs电池。

在一些实施例中，热增强光致发光材料的头部上的一粗糙表面将光漫射，并潜在地减少反射损耗。

低带隙热增强光致发光，用于工业废热回收：

工业部门消耗了其全部传入能量的三分之一，而剩余的能量则作为浪费的热量被排放掉了。

本发明的一方面涉及使用一热增强的光致发光(thermally enhancedphotoluminescence,TEPL)装置来使用光伏来收集工业废热。

本文提供一低带隙热增强光致发光装置的实验展示的描述，其利用低带隙光伏电池来收集工业浪费的热量。

实验测量了热增强光致发光材料辐射发射，在包括废热温度范围内的升高温度下。结果表明，在高于50度C的升高温度下，发射的光致发光辐射能量发生一热蓝移(thermal blue shift)。蓝移可能是由于在较低温度和较长波长下的玻尔兹曼分布有效地增强了蓝移发射，其通过热声子(hot phonons)与亚带隙光子(sub band gap photons)的耦合。

从此观察结果可以推断，亚带隙光子有可能从热源中提取高达0.1eV的能量。此外，所述装置可通过将装置与一光子源和热量耦合而实现收集工业废热，并且所述装置从光伏带隙以下的工业废热中收集20％的能量。这种装置可以延伸以收集1微米至2微米之间的太阳辐射，这被认为是被浪费的辐射，其能量小于光伏太阳能电池中常用的光伏材料的带隙。理论结果表明，理想的系统对Ge太阳能电池的效率可达到28％。低带隙热增强光致发光装置可在较低温度至900K的范围内工作，这种装置具有与热电发电竞争的潜力。

现在参考图11A和图11B，其为根据本发明示例实施例中，用于收集废热或红外辐射的系统的简化图示。

图11A显示一系统，所述系统展示从激光器收集光伏电能，所述激光器提供的辐射波长的能量强度低于使光伏材料发射电子的波长。

图11A显示一激光器1102，其将光束1104发射进入热增强光致发光材料1106中。热增强光致发光材料被某种热源1108加热。热增强光致发光材料1106发出辐射，所述辐射被光伏材料1110吸收，产生电能1112。

在一些实施例中，激光器1102发射光束1104，其波长的能量不足以使光伏材料1110产生电能，并且由于热增强的特性，所述热增强光致发光材料1106发出能量足够被吸收的辐射，由光伏材料1110产生电能1112。

图11B显示一系统，所述系统展示从太阳光中收集光伏电能的过程，包括波长能量小于使光伏材料发射电子的波长。

图11B显示太阳1120作为光源。所述光由太阳光的光谱的一曲线图1122所显示。所述曲线图还显示两个条带，第一条带1124在较短的，较高能量的波长处，第二条1126在较长的，较少能量的波长处。两个条带1124、1126代表两种光伏材料1134、1136的吸收带的边缘。两种光伏材料1134、1136的各者发射电子，并以多个波长产生电，所述波长比与所述材料相关的吸收带的边缘还短。

图11B显示使用分束器1130将入射光分成较短波长的高能量光1128和较长波长的低能量光1129。

在一些实施例中，分束器1130以大约1100纳米的波长分离入射光。

在一些实施例中，高能光1128包括阳光的能量的大约73％，而低能光1129包括阳光的能量的大约27％。

在一些实施例中，较短波长的高能光1128可选地被第一光伏材料1134直接吸收并发射电子，从而产生电。

在一些实施例中，较短波长的高能光1128被第一光致发光材料1131吸收，所述第一光致发光材料1131发射光致发光辐射，所述光致发光材料被一第一光伏材料1134吸收，所述第一光伏材料1134发射电子，从而产生电。

在一些实施例中，第一光致发光材料1131包括Cr-Nd。

在一些实施例中，第一光伏材料1134包括GaAs。

在一些实施例中，较长波长的低能量光1129被一第二光致发光材料1133吸收，所述第二光致发光材料1133发射光致发光辐射，所述光致发光辐射被一第二光伏材料1136吸收。

在一些实施例中，第二光致发光材料1132包括Er-Tm。

在一些实施例中，第二光伏材料1136包括InGaAs。

图11B描绘一种热增强光致发光能量装置，其中除了(in addition)短于1100纳米的太阳波长之外，被认为是比红外(IR)辐射更长的波长被低带隙热增强光致发光吸收器吸收并被低带隙光伏材料收集。

在1微米至2微米的波长范围内吸收的光致发光材料的非限制性示例包括铒(Erbium,Er)、铥(Tulium,Tm)。

现在参考图12A，其为根据本发明示例实施例的发射辐射的光致发光材料的简化图示。

图12A显示当ErTm 1204光致发光材料被1720纳米激光器1206激发并被热板1208加热时ErTm 1204光致发光材料发射的曲线图1202。

由ErTm 1204光致发光材料发出的辐射可选地由一整合球体(integrationsphere)1210收集并发送到光谱仪1212以产生曲线图1202。在由ErTm 1204光致发光材料重新发射之后，来自1720纳米激光器1206的辐射，在大约比1550纳米的更短的、更高能量的波长处，在再发射的辐射中产生峰1214。

从曲线图1202中可以看出，加热的光致发光材料将1720纳米的发射转换为Ge或InGaAs太阳能电池可获得的1550纳米的发射。这是收集被浪费的热量的示例。

当今太阳能面临的挑战不一定是发电价格，所述价格已经低于光伏的化石燃料价格(<0.04$/kWh)，而是能够以具有竞争力的价格存储公用事业规模(utility-scale)的电力。迄今为止，有效且可靠地存储这种能量的常规方法是将热能存储(Thermal EnergyStorageTES)与集中式太阳能(Concentrated Solar Power，CSP)相结合。尽管过去有所下降，但对CSP的需求却在增加，这需要可替代的可调度的能源发电。但是所述技术的生产和存储总价仍远高于光伏发电(0.06$/kWh-0.12$/kWh)。

从热力学上讲，光伏(PV)和CSP使用两种不同的能量传输机制。PV使用在光子吸收的量子过程中生成的电子空穴对(electron hole pairs)中捕获的自由能，而CSP在热化过程中利用声子的生成，从而失去了自由能。即使可以认为这些过程是独立的，但在热化过程中不损失自由能的情况下，通常不会自发地发生电子空穴对。如果使PV的效率可以承受高温(例如600℃)，则可以将太阳辐射集中在PV上，从而收集可用的自由能，同时通过CSP并行地收集高质量的热能，这将是有益的。传统的光伏系统无法做到这一点，因为它们的效率会随着温度急剧下降。但是，光子可以完成仅由电子不能完成的工作。

一些实施例的一方面涉及将太阳辐射聚焦到光致发光(PL)材料吸收器上，在600度C的温度下实验证明其量子效率为90％。在一些实施例中，光致发光材料可选地具有与Si和GaAs光伏的带边缘吸收相匹配的窄线形状，其以最小的加热提供40％效率的CPV(集中的光伏)。加上600度C时35％的涡轮机效率，某些实施例将CSP效率提高了50％，电价下降到0.04$/kWh以下，依硅价为按需用电打开了大门。

当今太阳能的挑战之一，不一定是与化石燃料价格竞争的光伏发电成本，而是公用事业规模的储能成本。存在一些低成本的热能存储(thermal energy storage，TES)，并且通常依赖于昂贵的集中太阳能(concentrated solar power，CSP)。能够以TES统一光伏转换的技术可能会迎来一个高效的基本负荷可再生发电站的时代。

一些实施例的一方面在本文中被称为发光太阳能(luminescence solar power，LSP)，其中光致发光材料(PL)吸收器可选地在空间上分离热能和自由能，从而允许光伏与TES统一。

作为非限制性实例，用于进行统一的实例材料是稀土材料，其任选地掺杂在YAG晶体中。此类材料在600度C的温度下通过实验证明了量身定制的发光，其外部量子效率(external quantum efficiency，EQE)高达90％。在这样的温度下，实际的LSP效率可能会达到32％，超过常规的并行PV/CSP效率，并导致将太阳能存储平准化的电成本(levelizedcost of electricity，LCOE)降低到

以下。

集中式太阳能(CSP)在本文中是指一种技术，其中吸热器由聚光的太阳光加热，从而实现热能存储(TES)，所述技术有望在2020年的高峰时段达到高达22％的实用转换效率。就平准化的电成本(LCOE)而言，目前的发电成本很高，大约为

时，而硅基光伏(PV)可能为

时。但是，公用事业级TES由于其

的低成本而使所述技术得以延续。预计到2030年太阳能价格的存储量将减少一半，估计美国一半的能源生产将来自太阳能。光伏具有基于电池的存储而在公用事业规模上离目标还很远，因此将CSP作为将这一愿景变为现实的主要候选者。

一些实施例的一方面在不牺牲TES能力的情况下提高总体工厂效率。热力学概念的潜力可以通过以下示例进行说明。以能在聚光的阳光下和高达600度C的高温下有效运行的光伏太阳能电池为例。光伏太阳能电池能够像常规方式那样收集光伏中的电能，但是通过非限制性示例，可以通过使用蒸汽发电机(例如具有效率超过40％的蒸汽发电机)可以存储并收集平行的由热引起的热量。如果尝试使用常规的光伏，这将具有挑战性，因为它们的效率会随着温度的升高而下降。但是，利用光致发光(PL)可以实现传统电子技术无法完成的工作。

光致发光(PL)过程涉及高能光子的吸收，然后是低能红移光子的热化和发射。发射效率即外部量子效率(EQE)不一定取决于材料温度。当调整发射使其适合光伏电池的带边缘时，光致发光吸收器会保留光子的多余热量，而光伏会产生自由能，而产生的热量浪费最少。此方面，即发光太阳能(LSP)，使得热量与自由能在空间上分离。其他混合的集中式光伏/热能(CPV/T)(例如光伏热量提取和光谱分离)无法达到预期，这是由于牺牲了热量利用以提高光伏效率，反之亦然，而在LSP中，每个太阳光子都可能对TES和PV转换做出贡献。

稀释光子通量(Dilution of photonic flux)：

稀释光子通量有可能实现在集中式太阳能(CSP)系统中使用低成本的光伏电池和/或材料：使用专为低集中度设计的现成太阳能电池可能具有成本效益。例如，硅太阳能电池被制造用于集中度为100sun、50sun或甚至10sun。同样，多结太阳能电池可以被设计成用于10、50、100、300、500、1000sun或更多的sun。

在一些实施例中，例如当从光伏吸收器发射的集中光超过光伏电池的规格时，可以应用一稀释几何形状。在这样的概念中，光伏轨迹相对于光致发光吸收器的发射成一定角度。所述角度减小光伏相对于吸收器的几何因子，从而减小了撞击在光伏上的光子通量。

现在参考图12B，其是根据本发明示例性实施例中，用于稀释光子通量的光致发光材料和光伏材料的示例性配置的简化图示。

图12B显示面向光伏材料1232的光致发光材料1231，其中光伏材料1232的面向光致发光材料的表面与光致发光材料1231的平面成角度1233。

图12B显示三角形的可选几何形状。

在光伏处稀释光子通量的另一种方法是使用扩散器或散射器。

现在参考图12C，其为根据本发明示例性实施例中，用于稀释光子通量的光致发光材料和光伏材料的示例性配置的简化图示。

图12C显示面向体积1239的光致发光材料1237，其中光伏材料1238面向体积1239。

图12C显示一非限制性示例，其中除了面对光致发光材料1237的壁之外，体积1239的所有壁都是光伏材料1238或光伏电池1238。

在一些实施例中，体积1239包含光学散射材料，其通过将辐射散射到体积1239的壁而潜在地减小了光伏材料处的光子通量。

图12C显示一示例，其中将光伏材料成形为包含光散射材料的盒子，所述盒子的一侧朝向光致发光材料1237，以向来自光致发光材料1237的辐射敞开。

在一些实施例中，光子通量稀释因子近似为光伏材料1238的面积除以光致发光材料1237吸收器的面积。

对于可以弯曲的薄光伏，其他可选的几何形状可能包括金字塔形状甚至圆柱形的形状。

在一些实施例中，光伏材料的面积比从光致发光吸收器发射的面积大5、10、50、100倍，从而允许低集中度光伏耦合到被高集中度太阳辐射照射的光致发光吸收器。

在一些实施例中，如本文所述使用光子通量稀释的能量收集系统潜在地使太阳能收集系统能够在10、50、70、100、200、500sun的太阳能集中度下工作。

增强近红外太阳辐射的吸收：

在一些实施例中，一光致发光吸收器被设计为具有高光致发光效率(量子效率)。为此，可选地将光致发光吸收器设计为在太阳光谱的近红外部分为透明，其中约30％的太阳能存在于其中。

为了潜在地从太阳提取更多的热能，并潜在地将近红外光谱转换成热量，可以选择在光致发光吸收器上添加一额外的涂层，或者可以选择在光致发光吸收器内部添加掺杂剂以吸收近红外光谱。这些额外的材料可选地在光致发光吸收剂的吸收和发射光谱处是透明的。

作为一些非限制性实例，光致发光吸收器由石英，或SPINEL(MgAl₂O₄，镁铝氧化镁)，或ALON(Aluminum Oxynitride，氧氮化铝)或钇铝石榴石(Yttrium Aluminum Garnet，YAG)或蓝宝石制成。

在一些实施例中，这些材料可选地掺杂有光致发光发射器，其在高温下可选地耐久，例如Cr，Ce，Yb，Nd，锰，Li₂MnO₃。这样的组合物在可见光谱上具有强吸收，直至Nd的发射，约1微米波长。所述材料可选地在1微米至5微米之间是透明的，而光谱的近红外部分未被吸收。

在一些实施例中，将ITO涂层添加到光致发光吸收器上，以吸收近红外太阳光谱，并将其转换为热量。

现在参考图13A和图13B，其为在本发明的示例实施例中使用铟锡氧化物(ITO)层的特性的简化图示。

图13A显示光致发光1302吸收器的一示意图，相对于入射阳光1306的方向，在前和/或后表面上配置有ITO涂层1304。

在一些实施例中，光致发光1302吸收器吸收太阳光1306，加热1308，并且大部分热量被ITO涂层1304反射。光致发光1302吸收器吸收太阳光1306，加热，并发出发光辐射1310，可选地朝向光伏电池(未显示)。

图13A描绘光致发光吸收器1302的横截面，具有ITO涂层1304和可选的高温流体(传热流体)1312，以将热量携带至可选的热引擎以产生能量。ITO涂层1304潜在地阻挡红外发射，从而潜在地减少相邻光伏的加热。

图13B显示具有四条线的曲线图1320，显示与本发明的示例性实施例有关的光谱特性。

曲线图1320具有X轴1321，显示以微米为单位的波长，和Y轴1322，显示四条线的相对值。

曲线图1320还沿着曲线图1320的顶部具有附加标记1331、13321333，其显示多个波长范围：可见光-NIR范围1331；IR范围1332；和更长波长的IR范围1333。

曲线图13B显示了以下几多条线：

第一线1325显示入射太阳辐射的相对强度；

第二线1326显示光致发光吸收器例如图13A的光致发光吸收器1302的相对吸收；

第三线1327显示ITO反射的相对值；和

第四线1328显示在525摄氏度的温度下的相对黑体辐射。

第一线1325和第二线1326显示光致发光材料吸收与太阳光谱相对应的一带宽中的辐射。

第三条线1327和第四条线1328显示，ITO反射一带宽中的辐射，所述带宽与从热材料预期的发射相对应。565摄氏度的示例温度表示相对较热的温度，诸如可以在本发明的示例实施例中找到的那样，并且例如通常不在光伏电池中找到。

图13B显示ITO光学特性，在光致发光吸收器吸收和发射Visible-NIR范围1331处是透明的。ITO具有1微米至2微米之间的强吸收性，可增强近红外光谱的吸收并将辐射转换为热量。ITO在较长波长下的高反射率可减少IR损失并保持温度较高，这有可能提高热引擎(涡轮机)的效率。

在一些实施例中，还可以通过放置额外的窗口来实现ITO涂层的功能，所述窗口可选地掺杂或涂覆有近红外光谱的吸收材料。

在一些实施例中，传热流体将热量从这样的窗口传递到一可选的热引擎。

在一些实施例中，具有光谱选择性太阳能吸收器的涂料可选地被配置为转移入射的太阳辐射并反射长于约2微米的热辐射波长。

在一些实施例中，可选地将吸收光谱在1微米至1.5微米之间的材料添加到根据本发明示例实施例的能量收集装置中，吸收来自太阳的辐射光谱，并将热量传递给传热流体。

在一些实施例中，ITO层可选地用于吸收太阳光谱并将热量传递至传热流体。

低有效指数：

在一些实施例中，来自光致发光吸收器的光致发光被配置为到达光伏。为了增强辐射耦合，可选地降低撞击在光致发光吸收器上的辐射的波导。

对于折射率为1.5的平板状体波导(例如平板状光致发光吸收器)，从主体表面耦合到空气的辐射大约为12.5％，其余的大约为光的75％，通过全内反射将其保留在主体内，并且向光伏辐射另外的12.5％。

对于1.8的平面体折射率，大约84％的发射光保留在波导形状的平面体中。

在一些实施例中，使用多孔层结构，其中平面块的大部分体积由空气组成，使得其折射率的有效体积平均接近在空气的折射率n＝1。

在一些实施例中，从本体到空气的有效折射率的逐渐减小，潜在地减少了光向光致发光吸收器的后反射。

对于大的吸收器主体厚度，可以将吸收器的后面切割和/或抛光成棱柱形。分析这种结构表明，大多数光都不会被反射。

现在参考图13C，其为根据本发明示例实施例的光致发光吸收器的形状的简化图示。

图13C显示光致发光吸收器1340，其具有用于面对入射辐射的平坦前表面1341和用于面对光伏电池1343的特殊构造的后表面1342。

图13C中所示的后表面1342被成形为多个棱柱，其底面朝向光致发光材料的一主体，并且其点朝向光伏电池。

图13C显示光致发光吸收器的棱镜结构。

在一些实施例中，后表面1342的棱镜形状用于增强朝向光伏电池的定向发射。

在一些实施例中，使用未抛光的棱镜。在这种情况下，从棱镜外表面反射回来的光的一部分对应于基座的一视角因子(a view factor)，可以将其设计为小于0.2甚至小于0.1。

在一些实施例中，在外表面长度和基部之间的形状比为5的棱镜，基部的视角因子是1：5或20％。当外表面未打磨时，只有20％的光线返回主体。通过使用有效的低折射率和棱柱形状，对于1.5的折射率，辐射的耦合效率达到87.5％，而对于1.8的折射率，辐射的耦合效率达到92％。

在一些实施例中，光致发光吸收器具有有效的低折射率，以便减少光致发光发射的波导。

在一些实施例中，使用抗反射涂层来显著减少内部反射。

在一些实施例中，用于减少内部反射的抗反射涂层产生一有效的低折射率，甚至产生低至1的有效折射率。

现在参考图13D，其为根据本发明的示例性实施例的光致发光吸收器的形状的简化图示。

图13D显示光致发光吸收器1350，其具有用于面对入射辐射的平坦前表面1351和用于面对光伏电池1353的平坦后表面1352。

在一些实施例中，光致发光吸收器1350可选地包括在前表面1351处的抗反射/高反射涂层1354和/或在后表面1352处的抗反射/高反射涂层1355，其潜在地增强到达光伏电池1353的光致发光发射的一部分。

在一些实施例中，前抗反射涂层1354被设计用于透射400纳米至1100纳米之间的波长的光，以小于场角的角度到达。在一些实施例中，前放反射涂层1354被设计为在其他角度下，在650纳米和1100纳米之间的波长下，对于光致发光吸收器1350的发射具有高反射性。

在一些实施例中，抗反射涂层可选地被设计用于400纳米至1500纳米之间，或甚至是1700纳米的波长，以使红外辐射在光致发光吸收器1350处被转换成热量。

在一些实施例中，后表面1352具有抗反射涂层1355，所述涂层在光伏1353的带隙以上的光子能量的整个光光谱中是抗反射的，并且在尽可能宽的角度，以便允许最大的光子通量到达光伏1353并发电。

现在参考图13E，其为根据本发明示例实施例中，楔形光致发光吸收器的简化图示。

图13E旨在展示光致发光吸收器1369的配置，所述配置可减少光致发光吸收器1369内的内部反射，从而使光致发光吸收器1369发出的辐射能够离开光致发光吸收器的主体射向光伏电池1371。

图13E显示太阳辐射1361进入一可选的腔室1362，其可选地包含传热流体，光致发光吸收器1369放置在所述腔室中。光致发光吸收器1369的前表面1364成形为具有顶角α_wedge1372的楔形。从光致发光吸收器1369的后表面1367发出的光1365继续朝向光伏电池1371前进。

在一些实施例中，光致发光吸收器1369可选地放置在腔室1362中。在一些实施例中，腔室1362可选地包含传热流体。在一些实施例中，腔室1362可选地包括传热流体入口1363和出口1363，以可选地使传热流体流过腔室1362。

在一些实施例中，光致发光吸收器1369的后面1367可选地涂覆有抗反射(AR)涂层1370，所述抗反射(AR)涂层在光致发光吸收器1369的发射波长处是抗反射的。在一些实施例中，后表面1367抗反射涂层被设计用于在650纳米与对应于光伏材料的带隙的波长之间的波长，在入射角θ＞θ_AR处，其中θ_AR是在光致发光材料内部测得的一角度1366，从光致发光吸收器1369发射的光以所述角度离开，并且没有内部反射。

在一些实施例中，光致发光吸收器1369的前表面1364可选地涂覆有高反射(HR)涂层1368，其在光致发光吸收器1369的发射波长处是高反射的。在一些实施例中，前表面1364高反射涂层被设计用于在750纳米与对应于光伏材料的带隙的波长之间的波长，在入射角θ＞θ_field。

在一些实施例中，光致发光吸收器1369的前表面1364可选地涂覆有抗反射涂层1368，所述抗反射涂层1368的波长不允许光致发光吸收器1369的发射波长通过并且不允许通过太阳能。在一些实施例中，正面1364抗反射涂层被设计用于在400纳米与1100纳米之间的波长入射角为400纳米至1100纳米之间的波长，在入射角θ＜θ_field。

图13E显示一圆锥形或棱柱形或楔形的光致发光吸收器1369，其可选地具有α_wedge1372的一顶角和一前表面1364的抗反射涂层1368，其被设计用以使来自太阳场(solarfield)的辐射的反射损失最小并且使光致发光发射的反射最大化。

在图13E的示例实施例中，可选地，单结Si太阳能电池用于收集光致发光吸收器1369的发射。为此，光致发光吸收器可以吸收400纳米至750纳米之间的辐射，从而留下波长在750纳米至1100纳米之间的较长波长的太阳光子，直接到达Si光伏1371。

在一些实施例中，例如如上所述，优选地，可选的正面1364抗反射涂层1368被设计用于太阳能场角θ＜θ_field下的400纳米-1100纳米波长。对于较大的角度，对于在750纳米和1100纳米之间的光致发光发射，涂层优选为高反射。

在一些实施例中，后表面1367放反射涂层1370可选地在650纳米-1100纳米之间并且处于广角θ_AR.。杂散光致发光发射和直接太阳发射的角度大于θ_AR，被反射回光致发光吸收器1369的前面1364，并以额外的角度(180-α_wedge)反射。结果，杂散光在与后表面1367的第二相遇处的角度是与抗反射涂层匹配的角度，并且杂散光离开光致发光吸收器1369并到达光伏。

要注意的是，当(180-α_wedge)等于θ_AR时，则最终辐射甚至在2xθ_AR的角度将离开。

在一些实施例中，头部角度α_wedge的这种函数可选地被遍历几何形状(ergodicgeometry)或扩散表面代替，其扰乱(scramble)在光致发光吸收器1369介质中传播的杂散光的入射角，最终导致杂散光到达光伏。

现在参考图13F，其是根据本发明示例性实施例中，包含光致发光吸收器的楔形腔的简化图示。

图13F旨在显示光致发光吸收器1379的另一种配置，其减少了腔室1376内的内部反射，腔室1376使光致发光吸收器1379发射的辐射能够朝向光伏电池1383离开腔室1376。

图13F显示进入腔室1376中的太阳辐射1375，在腔室1376中放置了光致发光吸收器1379。腔室1376的前表面1378被成形为具有顶角α_wedge1384的楔形。从腔室1376的后表面1380发射的光1382继续朝向光伏电池1383。

在一些实施例中，光致发光吸收器1379可选地放置在腔室1376中。在一些实施例中，腔室1376可选地包含传热流体(HTF)。在一些实施例中，腔室1376可选地包括一或多个传热流体入口1377和一或多个出口1377，用于可选地使传热流体流过腔室1376。

在一些实施例中，光致发光吸收器1379可选地具有与传热流体的折射率匹配的折射率。

在一些实施例中，腔室1376的后面1380可选地涂覆有抗反射(AR)涂层1386，所述抗反射涂层在光致发光吸收器1369的发射波长处是抗反射的。在一些实施例中，后表面抗反射涂层1386被设计用于在750纳米与对应于光伏材料的带隙的波长之间的波长，在入射角θ＞θ_AR，其中θ_AR是一顶角，从腔室1376发射的光出射以所述角度离开，并且没有被内部反射。

在一些实施例中，腔室1376的前表面1378可选地涂覆有高反射(HR)涂层1385，其在光致发光吸收器1369的发射波长处是高反射的。在一些实施例中，前表面高反射涂层1385被设计用于在750纳米和对应于光伏材料的带隙的波长之间的波长，在入射角θ＞θ_field。

在一些实施例中，腔室1376的前表面1378可选地涂有抗反射涂层1385，所述抗反射涂层1385的波长不允许光致发光吸收器1369的发射波长通过并且不允许太阳能通过。在一些实施例中，前表面抗反射涂层1385被设计用于入射角为400纳米至1100纳米之间的波长，在入射角θ＜θ_field。

在一些实施例中，可以将各种抗反射涂层放置在腔室1376上，可选地使用一折射率匹配的流体作为一传热流体(HTF)。

在一些实施例中，可以将正表面和/或后表面电介质涂层放置在额外的前表面和/或后表面外部窗口上。这样的配置可以潜在地简化涂层的制造，并且可以潜在地降低到达涂层的热量，从而潜在地使得能够使用可承受较低温度的涂层。

高温制氢：

近年来，证明了在高温下氢气的生产效率更高，并且提供了CSP作为产生这些高温的手段。参见例如A.Houaijiaa，S.Breuera，D.Thomeya，C.Brosiga，J-P.

M.Roeba和C.Sattlera的文章，标题为“通过高温电解产生的太阳能：用于过热蒸汽生产的管式接收器的概念流程图和实验分析”，发表于1960年，Energy Procedia 49，(2014年)。

将CSP和CPV结合到TEPL装置中的概念可能会同时提供热量和电能以产生氢气。估计可以达到38％的氢热效率(Hydrogen to heat)。

前传热流体：

辐射吸收的比尔-朗伯定律意味着，一光致发光吸收器在到达太阳辐射的前表面比在光致发光吸收器面向光伏的后面加热得更多。

在一些实施例中，传热流体在光致发光吸收器的较热的前表面上流动是有益的。将传热流体配置为在光致发光吸收器的较热前表面流动的潜在好处是可以平衡光致发光吸收器上的温度差。

在一些实施例中，传热流体被构造用以在光致发光吸收器内流动但具有不对称的流量分布，以平衡不对称的热负荷并潜在地保持均匀的温度。

光致发光吸收器作为悬浮在传热流体中的纳米颗粒：

使用一大型光致发光吸收器以及传热流体(其将热量传递到涡轮机等引擎)需要复杂的工程设计。通常传热流体设计为在均匀温度下工作，这对于实现最佳效率至关重要。

在一些实施例中，可选地通过使用由悬浮在传热流体中的纳米颗粒或微粒制成的光致发光材料来实现均匀的传热流体温度。颗粒的小尺寸可能使颗粒和传热流体达到均匀的温度。

在一些实施例中，此类颗粒任选地由与一大型光致发光吸收器相同的一大型材料所制成。通过一些非限制性实例，制成纳米或微米颗粒的光致发光材料任选地是稀土掺杂的SiO₂玻璃、YAG或一些其他基质。颗粒的尺寸任选地由光致发光颗粒材料的热导率和对均匀温度的期望来决定，这可能导致尺寸可以大到几厘米并且小到亚纳米。

此类材料的非限制性示例是Cr共掺杂的Nd：Yb：YAG，其由Kana Fujioka,TakuSaiki,Shinji Motokoshi,Yasushi Fujimoto,Hisanori Fujita,Masahiro Nakatsuka所著的文章，标题为“通过溶胶-凝胶法生产的高度Cr共掺杂的Nd：YAG粉末的发光特性(Luminescence properties of highly Cr co-doped Nd:YAG powder produced by sol–gel method)”中进行描述，发表在《发光杂志》(Journal of Luminescence)，30(2010)455–459。这种粉末任选地悬浮在传热流体中。

在一些实施例中，用于传热流体的透明腔室可以具有一棱镜结构和/或具有低折射率的涂层和/或抗反射涂层，以有效地将光致发光辐射发射与光伏材料耦合并减少发射回到太阳场。

合成气(Syngas)：

在一些实施例中，任选地以类似于水分解的方式产生合成气(合成气)。

将CSP和CPV组合在同一装置或系统中的热增强光致发光装置或系统有可能为电解提供热量和电能。在一些实施例中，热增强光致发光装置或系统供应热量用以热化学地产生氢。在通过水分解(WS)用以CSP驱动制氢的各种热化学循环测试中，基于氧化还原对(redox-pair oxide)氧化物系统的热化学循环可直接适用于二氧化碳分解(CDS)和/或组合的CO₂/H₂O分解，用于分别生产一氧化碳或合成气。请参见Christos Agrafiotis、MartinRoeb和Christian Sattlern所著的文章中的描述，标题为“通过基于氧化还原对的水/二氧化碳分解热化学循环生产太阳能热合成气的综述(A review on solar thermal syngasproduction via redox pair-based water/carbon dioxide splitting thermochemicalcycles)”，所述论文发表在《可再生能源与可持续能源评论》(Renewable and SustainableEnergy Reviews42)(2015)254–285.。

为了证明有效的LSP的可能性，选择了在与TES相关的温度下具有有效的太阳吸收和光致发光发射的材料。在下文中，我们通过实验证明了上述内容并概述了材料的光学性能。

示例装置：

现在参考图13G，其为本发明的示例实施例中辐射和热流的图示。

图13G显示出瞭如上所述的装置。可选地被集中的阳光被显示为一太阳符号1402以及一曲线图1404，其显示一近似的太阳光谱，被光致发光吸收器1406吸收1408，所述光致发光吸收器1406通过太阳激发的热而被加热。传热流体(HTF)1410流过光致发光吸收器1406，将热量引向热引擎动力块(图13G至图131中未显示)。

光致发光吸收器发出的辐射1413、1415由多结1414、1416光伏电池1418收集。

太阳光可选地还穿过光致发光吸收器1406穿透1412，并且穿透辐射1412也由多结1414、1416光伏电池1418收集。

现在参考图13H，其为一曲线图，显示利用光致发光材料和根据本发明示例实施例的材料的一系统的光谱能量利用。

图13H显示一曲线图1425，其具有以纳米为单位的波长的X轴和以任意单位显示光谱强度的Y轴。

曲线图1425显示第一线1427，对应于图13G的曲线图1404中所示的太阳光谱；以及第二线1427显示光致发光材料的发射光谱，其具有两个峰值，所述值峰的各者可选地在等于或近似等于多结光伏电池的带隙的波长处。

曲线图1425还显示几个阴影区域：

第一阴影区域1431，其对应于可能被较高带隙的光伏材料吸收的光谱的一部分(图13G中的标记1414)；

第二阴影区域1432，其对应于可能被较低带隙的光伏材料吸收的光谱的一部分(图13G中的标记1416)；和

第三阴影区域1433，其对应于未被光伏电池1418使用的光谱的一部分，而是用于加热传热流体1410。

为了最小化双结光伏电池1418的加热，最佳的光致发光吸收器1406材料可选地具有两个发射峰值，可选地集中在与两个光伏结中各结的带边缘匹配的波长处，如图13H所示。

现在参考图13I，所述图是显示根据现有技术的光伏材料的光谱能量利用的曲图。

图13I显示一曲线1435，其具有以纳米为单位的波长的X轴和以任意单位显示光谱强度的Y轴。

曲线图1435显示第一线1436，对应于图13G的曲线图1404中所示的太阳光谱。

图形1435还显示几个阴影区域：

一第一阴影区域1437，其对应于可能被较高带隙的光伏材料吸收的光谱的一部分；

一第二阴影区域1438，其对应于可能被较低带隙的光伏材料吸收的光谱的一部分；和

第三阴影区域1439，其对应于未被光伏电池1418使用的光谱的一部分，而是用于现有技术的多结光伏电池的光伏材料。

在一些实施例中，为了最小化双结光伏电池1418的加热，光致发光吸收器1406材料优选地具有两个发射峰值，优选地集中在与两个光伏结中各结的带边缘匹配的波长处，如图13H所示。

在一些实施例中，由高能光子和太阳红外光的热化引起的大部分热负荷落在光致发光吸收器材料1406上，仅在光伏1418处留下残余热量，其对应于曲线图1425的第三区域1433。如图13I的附图标记1439所示，将第三区域1433与根据现有技术中直接照射在光伏电池下的一热负荷(其如图13I的标号1439所示)做比较，这突显本发明的实施例中，用于冷却光伏电池的努力可能大大减少。非理想的光伏、角度不匹配、辐射、玻尔兹曼和卡诺损失(在图13H和图13I中都标记为白色区域)也部分地导致了热量。

图13G、图13H和图13I显示发光太阳能(LSP)的示例实施例。图13G显示聚中的阳光1402，其照射一光致发光吸收器1406的。光致发光发射耦合至光伏电池1418，可选地具有不同的带隙1414、1416，同时提取残余热量以进一步使用。图13H显示光致发光发射器的一发射强度光谱，其针对光伏电池带隙而定制，并与太阳光谱进行了比较(虚线1427)。填充区域1431、1432、1433反映了高带隙(1431)和低带隙(1432)光伏电池所利用的能量，以及这些电池(1433)中用于加热或因热化而损失的能量。曲线图1425中的白色间隙对应于角度失配(mismatch)、辐射、玻尔兹曼和卡诺损失；如图13I所示，后者的绝大部分也导致非理想太阳能电池中的热量。

现在参考图14A至图14D，其为在本发明的示例实施例中使用的材料的特性的简化图示。

图14A显示钇铝石榴石(Yttrium aluminum garnet，YAG)的不同掺杂剂离子的晶格结构和位置替换。

图14B显示在室温和高达750度C的CrNdYb：YAG的宽白光激发下，室温吸收(黑色虚线1450)和温度相关的发射光谱1451。

图14C显示在室温和高达750度C的CrCeNd：YAG的宽白光激发下，室温吸收(黑色虚线1453)和温度相关的发射光谱1454。

图14D显示CrNdYb：YAG(三角形1456)和CrCeNd：YAG(圆圈1457)的EQE与吸收剂温度的关系。

在一些实施例中，以1.1eV(例如典型的Si或可能的InGaAsP电池)和1.42eV(例如GaAs的电池)的光伏带隙能量作为目标，截止波长分别为1100纳米和870纳米。用于这样的一对带隙能量的光致发光(PL)吸收器-发射器可选地具有广泛的太阳光谱吸收，以及两条比光伏截止波长短的主要发射线。对于1.1eV光伏，稀土(rear-earth，RE)钕(Nd³⁺)和镱(Yb^{3 +})元素非常适合，其具有发射线约为1微米。当掺杂在透明的矩阵，例如钇铝石榴石(YAG)中时，这些材料还具有很高的外部量子效率(external quantum efficiency，EQE)(见图14A)。高温可能会导致高EQE，这可能是由于来自基质声子的电子跃迁与的隔离(isolationof the electronic transitions from the matrix phonons)所致。

作为非限制性实例，用于Nd³⁺的广泛吸收和敏化的材料可以类似于用于闪光泵激光器(flash-pump laser)的材料，例如铈(Ce³⁺)和铬(Cr³⁺)。方便地，在YAG晶体中引入Cr³⁺，取代八面体位置的铝，会在约700纳米处引入一条强的发射线，其大致与1.42eV光伏电池的能带匹配。

当用Cr³⁺和Ce³⁺敏化Nd³⁺和Yb³⁺时，会获得量子切割(quantum cutting)的好处，从而可能地吸收一种高能光子，从而发射出两种光子。此外，通过高温增强的光致发光，在900纳米至1100纳米附近的Nd³⁺发射线在高温下发生蓝移，从而可进入1.42eV光伏结(PVjunction)，从而有益于高电压。

现在公开了使用陶瓷和单晶模型的各种这些掺杂剂浓度。研究了它们的光谱吸收和发射效率随温度变化，结果在下面进一步显示。突出的比较参数是光致发光材料的EQE。在测试的各种材料中，两种材料脱颖而出。两种突出的材料都是由SIOM制造的(10x10x3毫米)YAG单晶，第一晶体掺杂Cr³⁺：0.5wt％，Nd³⁺：1wt％和Yb³⁺：1wt％(即CrNdYb：YAG)，第二晶体掺杂Cr³⁺：0.5wt％，Ce³⁺：0.5wt％和Nd³⁺：1wt％(即CrCeNd：YAG)。两种材料都具有高达650纳米的宽吸收范围，并且在近红外中有几条窄的吸收线(分别见图14B和图14C)。因此，对于1厘米的长度，CrNdYb：YAG中38％以及CrCeNd：YAG中46％，在短于1100纳米的波长下，从总太阳光谱中吸收。根据YAG的机械特性，由其在高功率激光盘中的使用证明了其热稳定性和排热效率。

结果：

CrNdYb：YAG和CrCeNd：YAG的室温EQE分别在430至650纳米范围内的白光源模拟太阳激发和实际太阳激发下测得(分别参见补充信息部分)，分别为84％和79％。

还测量在升高的温度下恒定激发下吸收光谱和发射光谱的变化，以决定每个样品的EQE，作为光致发光吸收器温度的函数(请参见图14D)(请参见补充信息部分)。CrNdYb：YAG的EQE不仅会随温度保持较高的值，而且还会提高到90％。可以通过声子辅助(phonon-assisted)的交叉弛豫(cross-relaxation)来解释所述观察结果，由于存在Cr³⁺离子，Nd³⁺和Yb³⁺荧光寿命增加。在一些实施例中，EQE可能上升到100％以上，这可能是由于增强的量子切割过程。

在一些实施例中，达到一定温度后，EQE降低。例如CrNdYb：YAG的还原温度为600度C，CrCeNd：YAG的还原温度为500度C。

值得注意的是，两个样品中的700纳米峰值都随着温度的升高而急剧下降，这可能是由于能量转移至受体离子的增加以及Cr³⁺发射效率的降低所致。

在某些实施例中，CrNdYb：YAG在750至1050纳米带和CrCeNd：YAG在750至900纳米带的发射增加可能抵消所述降低，如热增强光致发光所证明。

现在参考图15A至图15D，其为多个光谱曲线图，显示通过穿过本发明的实施例中使用的材料而改变的太阳光谱。

图15A显示一整合球体中的测量的太阳光谱(虚线1502)，与离开1厘米长的CrNdYb：YAG样品(线1503)和CrCeNd：YAG样品(线1504)的阳光测量的光谱相比。

图15B显示当被从NREL采集的AM1.5直射和太阳周围的阳光(circumsolarsunlight)激发并使用与图15A中的条件匹配的参数时，CrNdYb：YAG和CrCeNd：YAG(分别为线1507和1508)样品的模拟变化光谱。

图15C显示在完全吸收条件和不同材料温度(室温下的线1511，高达摄氏700度下的线1512)下，CrNdYb：YAG的预期变化光谱，与直接照射500sun(黑色虚线1513)相比。

图15D显示在完全吸收条件和不同材料温度(室温下的线1517，高达摄氏700度下的线1518)下，CrCeNd：YAG的预期变化光谱，与直接照射500个sun(黑色虚线1518)相比。

放置在LSP装置中的光伏电池可选地通过光致发光吸收器的发射和透射所述材料的一阳光部分进行照射。在上述示例实施例中，晶体对于波长大于650纳米的光子几乎是透明的，其与光伏的带边缘匹配。为了显示通过透射所述光致发光材料而改变的光谱，图15A显示在室温下，通过光致发光吸收器传播1厘米的距离后，在实际的阳光激发下测得的光谱(请参见补充信息部分)。光致发光材料在700纳米和1050纳米处有两个明显的峰值，这是很明显的，这是在没有晶体的情况下，在这些波长下，是参考太阳光谱强度的四倍以上(虚线1502)。通过绘制一标准NREL太阳光谱得到相似的光谱(请参见图15B)，所述标准NREL太阳光谱是通过对1厘米长的样品测量计算得到的吸收和重发射(图14A和图14B)而进行转换而得到的。图15A和图15B之间的相似性潜在地使从高温下的EQE测量值中推断出频谱成为可能。

使用上述技术，开发了LSP装置的操作条件。计算在不同吸收器温度下，通过4厘米长的CrNdYb：YAG样品(图15C)和3厘米长的CrCeNd：YAG样品(图15D)在500sun激发下的透射和发射光谱(请参见补充信息部分)。使用计算出的光谱和详细的平衡计算，可以选择计算理想的双结光伏电池的输出效率(图16A和图16B)，以及由于热化作用和串联电阻而导致在电池上散发的总热量(图16C)(请参阅补充信息部分)。

现在参考图16A、图16B和图16C，其显示根据本发明示例实施例的一些装置的建模效率的曲线图。

图16A显示了通过4厘米长的CrNdYb：YAG样品在500sun激发下的模型化装置效率：一双结光伏电池的预期输出效率包含一理想的1.1eV光伏电池(实线1602和虚线1604)和一1.42eV光伏电池(实线1605)或一1.3eV光伏电池(实线1606)，以及总效率(实线1608和虚线1609)，其皆为不同光致发光吸收器温度的函数。

图16B显示了通过3厘米长的CrNdYb：YAG样品在500sun激发下的模型化装置效率：一1.1eV光伏电池(线1611)和一1.42的eV光伏电池(线1612)，以及两者的总效率(线1613)，其皆为光致发光吸收器温度的函数。

图16C显示一预期总热负荷，落在具有1.1eV和1.42eV带隙(包括热化作用和串联电阻损耗)的双结光伏电池上，其为光致发光吸收器温度的一函数，用于：直接照明(虚线1615)、CrNdYb：YAG(实线1616)、CrCeNd：YAG(实线1617)和CrNdYb：YAG，照射1.1eV和1.3eV带隙的双结电池(虚线1618)。

在图16A中，针对通过CrNdYb：YAG发射激发带隙为1.1eV和1.42eV的双结型光伏电池，显示随着吸收器温度升高到500度C(线1608)，总光伏效率如何从35％变为38％，遵循此样本的EQE趋势。覆盖一双结光伏电池的类似曲线图，其中温度变量是光伏温度(虚线1609)。在直接照射下，太阳能电池在室温下的效率为45％，这受益于高光子电流(吸收器EQE损失很小或是没有)和高带隙光伏的最大利用。但是效率在高温下会下降，在250度C时达到LSP光伏效率。

当考虑仅具有两个端子的多结光伏电池的装置设计，可选地考虑不同光伏结的电流匹配。可选地使用光伏带隙选择来优化这一方面，并且对于CrNdYb：YAG，选择1.1eV和1.3eV的带隙对，会导致相似的电流流过电池，但以效率下降约1％作为代价(图16A中的虚线1609)。CrCeNd：YAG的特征在于较低的转换效率(32％)和随温度的单调降低(图16B)，但电流与自然能隙对1.1eV和1.42eV便捷地匹配。再次，将这些与直接照射的双结电池的理论效率进行比较，我们看到效率随温度降低，在350度C时超过LSP光伏效率。

图16C中的热负荷仅说明高能光子热化至光伏带隙，以及电池中产生的其他串联电阻热。通过计算开路(open circuit)电压和工作电压(在I-V曲线的最大功率点)之间的能量差来找到后者。如果直接照射室温双结光伏电池(具有1.1eV和1.42eV的带隙)，则在全部撞击的太阳功率(total impinging sun power)中，有28％会产生热量。如果未冷却，则电池效率降低，随后需要额外加热，在400度C时加热可达40％。在LSP中，对于通过CrNdYb：YAG或CrCeNd：YAG而改变的太阳光，在光伏处分别只有12％或9％的太阳光转化为热量，分别为几乎不受吸收器温度影响的数值。

与直接照射光伏电池相比，使用光致发光吸收器，计算出的散热量表明2.2至2.8的改良系数。在一些实施例中，可选地通过考虑并屏蔽红外辐射来进一步增进所述改良因子。吸收器材料中，一量身定制的光谱滤光器确保红外辐射、样品发射的红外辐射和/或从太阳透射的IT辐射的保留，将增加吸收器上的热负荷，同时可能不会影响光伏电池。在这样的实施例中，可选地使用简单的过滤，例如使用ITO层。

在本文所述的实施例的设计中利用的额外的光子处理问题包括以下一或多项：将朝向太阳的光致发光发射最小化；以及使光子与光伏电池的耦合最大化；并针对入射光谱将光伏电池的抗反射涂层优化。

此处研究的光致发光材料的装置效率和散发热量减少的结果非常令人鼓舞。

陶瓷YAG模型的示例实施例提供关于掺杂剂浓度甚至梯度掺杂的通用性。测得陶瓷YAG的EQE相对较低，为56％(请参阅补充信息部分)，但是这不是所述材料类型所固有的，有可能会提高。

由于涉及许多物理过程(例如光致发光、能量转移、量子切割和淬灭(quenching))，因此改变基质、掺杂剂及其浓度以及制造技术可能会改变结果。

从更宽泛的角度看，与常规的光伏领域相比较，我们计算出LSP的实际效率，与当前CSP系统的实际效率相比，并着重强调LCOE(平均电费)的相对提高。CSP电厂的绩效通常由三个关键因素决定。(1)收集器效率(η_C,Rec)，表示相对于撞击整个收集器场的太阳能，接收器头部吸收的总功率。(2)接收器效率(η_Rec)，其为从吸收的热量传递至蒸汽的热量比。(3)总循环效率(η_G)，代表涡轮机发电机(通常为兰金(Rankine)循环蒸汽涡轮机)的运行效率。涡轮机的高效率在很大程度上取决于传热流体(HTF)的温度，目前达到约560度C(对于塔式CSP装置)，目标超过650度C。以普通塔式CSP装置为例，我们预期的总效率约为22％，这是值η_C＝0.65，η_Rec＝0.82和η_G＝0.416的乘积。

LSP电厂在此计算中引入了其他因素：(4)光致发光吸收器的EQE。(5)光致发光平均光子能量与吸收的平均光子能量之比<hω_PL>/<hω_absorbed>。(6)光致发光发射器与光伏电池的耦合效率η_C,PL。将这三个值相乘可得到一光致发光效率系数η_PL＝EQE·η_C，PL·<hω_PL>/<hω_absorbed>。(7)光致发光发射于波长中可达到的材料吸收率a_PL。(8)产生热量的额外红外吸收率a_IR。(9)直接透射的太阳光与光伏电池的耦合效率η_C,direct。(10)入射光谱的光伏转换效率η_PV。请注意，直接达到光伏的透射率是t_direct＝1-a_PL-a_IR。

现在参考图17A和图17B，其显示本发明的示例性实施例的整体性能估计的流程图和曲线图。

图17A显示每个能量转换阶段的功率流和性能系数因子的流程图。

图17B显示预期的热功率效率(第一区域1721)和光伏功率效率(第二区域1722)，其对于一电厂具有可变的PL EQE值且性能系数为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和<hω_PL>/<hω_absorbed>为0.65。将其与常规的最新塔式CSP效率进行比较(虚线1723)。

在示例实施例中，装置的总能量输出如图17A所示。入射辐射1702分为透射部分1703(在光伏处直接转换)和吸收部分1704。吸收部分被分成耦合到光伏的光致发光部分1705和引导至热循环的热部分1706。这是通过以下方式制定的：

E_Sun·η_C·{[t_direct·η_C，direct+a_PL·η_PL]·η_PV+[a_IR+a_PL·(1-η_PL)]·η_Rec·η_G}

上面的公式用于显示EQE对器件性能的影响，并使用每个性能系数的典型值。根据“结果”部分中使用的模型，可以选择将<hω_PL>/(hω_absorbed>的值取为0.65，将a_PL取为0.6，将a_IR取为0.17(在1100纳米以上进行完全吸收)，从而得出阳光透射率t_direct为0.23。

根据光线追踪计算，计算出的光伏耦合效率η_C,PL为0.8，并且根据η_C，direct为0.98进行耦合透射光。使用最先进的光伏电池的已知光谱反应曲线，在光致发光发射的波长范围内，并计算出热损失和辐射损失，我们得出的实用光伏效率η_PV约为0.65。当EQE＝0时，所得的总转换效率约为入射太阳功率的26.6％，其中约17.1％是通过热(可储存的)能量所转换的。与先前所述的22％(如图17B虚线1723所示)相比，CSP效率的这种相对降低描述了可到达涡轮机的功率，而其内部效率不变。对于更高的EQE，光伏效率部分也将增加，而热量部分将减少。对于90％的EQE，光伏达到大约21.4％的效率，而热功率降低到大约10.8％，从而产生总计大约32.2％的太阳能转换效率。

在一些实施例中，用于动态控制朝向光伏电池的透射功率的选项潜在地实现了灵活性，这有时是负载归踪电厂(load-following plants)所期望的，特别是在处理间歇性太阳能和波动的需求曲线时。在充足的日照期间，通过充分利用LSP装置来满足其高电力需求。当需求低时，引入一完全吸收的元件(例如通过拉下黑色挡板)可以将更多的功率引导至热循环进行存储。

在一些实施例中，在被认为对于CSP较差的天气下(例如通过一些非限制性示例，部分云和雾度)，LSP提供了有限的阳光转换的选择，其中即使天气太冷无法通过传热流体收集热量，光致发光吸收器可以朝着光伏电池透射。这种操作模式的性能可能不如常规的光伏场好，但是与CSP相比，这种可能性极大地增加了LSP的能力因子。

与CSP的22％相比，LSP的整体效率提高了1.5倍，这表明LCOE(平准化的电成本)也出现了类似的下降。如果将CSP的LCOE值设为

将公用事业规模的光伏场的LCOE值设为

则能力相似的并排PV-CSP电厂的整体LCOE值为

一家类似的LSP工厂，其具有与CSP工厂相似的存储能力，与PV-CSP联合电厂相似的土地使用，并且光致发光吸收器和光伏电池的额外投资成本为10％，其LCOE约为

(请参阅补充信息部分)。对于PV LCOE高于

的情况，LCOE的相对降低会有所改善。例如在PV LCOE为

时，LSP大约可提高50％。

在其各种实施例中，LSP概念是可行的并且潜在地具有成本效益的太阳能转换技术，使得潜在的成本降低到低于

在一些LSP实施例中，相较于CPV/T技术，在如同常规的CSP工厂中那样利用热量的同时，减少了光伏电池上的热负荷。

本文提到了在高EQE和相关温度下具有适合CSP所定制的吸收和光致发光的示例材料。

补充资料：

材料特征：

下表1列出了所检查的各种样品的室温EQE，包括掺杂剂浓度和制造商名称。标记为实验室生产的陶瓷样品，通过掺杂YAG粉末的火花等离子体烧结制备，所述掺杂YAG粉末是共沉淀法合成的。所选样品的发射光谱如图18A和图18B所示。

表1：YAG单晶和陶瓷、掺杂剂浓度、制造商和测得的EQE的清单。表1的第2行和第4行突显一些非限制性示例样本，以进行更深入的检查而选择。

(*)上海光学精密机械研究所

现在参考图18A和图18B，其为根据本发明的一些示例实施例中，在不同掺杂剂浓度下掺杂的YAG的发射光谱的曲线图。

图18A显示掺杂有Cr³⁺、Ce³⁺、Nd³⁺和Yb³⁺的不同组合的YAG单晶的归一化发射光谱。

图18B显示掺杂有各种浓度的Cr³⁺和Nd³⁺的YAG陶瓷的归一化发射光谱。

现在参考图19A，其为用于测量本发明示例实施例的实验结果的实验装置的简化图示。

图19A显示旨在加热样品1910的温度受控的微炉(micro-furnace)1902。通过LDLS宽泛白光源1904的激发，针对短通650纳米波长(short-pass 650纳米wavelengths)进行滤波1906，并且聚焦在样品1910的正面上。用分光光度计将其放置在样品1910的后面以进行吸收测量，并在前面进行光致发光测量。另外，对于光致发光发射，通过同步获取和机械快门1914来执行实时背景测量。

在3毫米厚的样品1910上，使用分光计(Agilent Cary 5000)在300纳米至1300纳米的波长范围内测量CrCeNd：YAG和CrNdYb：YAG的吸收光谱(例如，如图14B和图14C所示)，并进行散射衰减的校正。或者，通过将测量的样品1910放置在温度受控的微炉(MHI)1902中，同时使用激光器驱动光源(其由650纳米短通滤光器1906滤波)(Energetiq EQ1500)在400-650纳米的宽白光1904中激发，来测量高温吸收LDLS)。所述激发类似于用于发射效率测量的激发，如下所述。如果未放置任何样品，则将光束准直通过炉子。当将样品放置在内部时，透射光谱通过位于熔炉另一侧的收集系统进行测量(光纤通向带有Si摄像机1912(Andor iXon)的单色仪1908(Andor Shamrock 303i))。通过一QTH校准灯(Newport)对光谱进行光谱校准，并根据先前测量的室温吸收进行校正，从而产生高温相对吸收。CrNdYb：YAG的温度依赖性吸收的结果如图19B所示。

现在参考图19B，其为一曲线图，显示根据本发明的示例性实施例中CrNdYb：YAG的温度依赖性吸收的结果。

图19B显示在不同温度(从室温到600度C)下CrNdYb：YAG的相对吸收光谱。

室温下的EQE(图14D)的测量是按照Mello等人在一文献中所描述的建议所进行，所述文献的名称为“决定外部光致发光量子效率的改进的实验方法”(An improvedexperimental determination of external photoluminescence quantum efficiency)，de Mello,J.C.,Wittmann,H.F.&Friend,R.H.所著，于Adv.Mater.9,230–232(1997)。将每个样品放在整合球体(integration sphpere，LabSphere 4)中，并用400–650纳米范围内的LDLS白光激发。使用Si和GaAs(Andor iXon iDus)摄像机将测得的670纳米至1300纳米范围内的发射光收集到单色仪(Andor Shamrock i303)中。整个设置均通过标准校准灯(Newport)进行校准。对每个样品重复进行在线激发(in-line excitation)、离线激发(in-line excitation)和参考测量的测量程序12次，每个样品的标准偏差小于4％。

使用相同的激发源(400–650纳米LDLS)测量高温下的发射，同时将样品置于微炉内(图19A)。然后通过相同的分光光度计系统(装有iXon和iDus摄像机的Andor Shamrocki303)收集发射。在室温下，将发射与先前测得的EQE进行比较，并相应地进行校准。为了纠正炉子背景热辐射的不稳定性，对激发源的调整以采集速率的一半频率进行：2.5Hz机械快门调整和5Hz采集-这比荧光灯的寿命慢得多。所述程序提供背景和信号的顺序测量。可以根据温度依赖性吸收(对于激发波长范围)对生成的测得的发射进行可选地校正，以提供发射与吸收的精确比率，最终提供温度依赖性EQE(图14D)。请注意，背景校正减去了光致发光材料本身产生的任何热辐射，并且在非常高的温度下，与实际辐射(PL+热)的这个偏差变得很大。在一些实施例中，EQE急剧降低超过600度C，然后进行互补的热辐射。

阳光激发：

现在参考图20A，其为用于测量本发明示例实施例的实验结果的实验装置的简化图示。

图20A显示一实验装置，用于测量从样品发出的光致发光光谱，同时被宽广的太阳辐射激发。双轴斩波器2002(实验室生产)以20k RPM旋转。在每个周期中，阻止激发被分光光度计2004所记录，而长寿命的光致发光发射穿过收集光纤2006。

现在另外参考图20B，根据本发明的示例性实施例中，其显示四个曲线图，具有由宽日光激发和LDLS白光激发而测量的光致发光发射结果。

图20B显示CrNdYb：YAG(标为1和2的曲线)和CrCeNd：YAG(标为3和4的曲线)在300K(曲线1和曲线3)和500K(曲线2和曲线4)下的光致发光发射结果，分别通过整个光谱(线2011)的宽广的日光激发以及高达650纳米的LDLS白光源(橙色线2012)的激发所测量。

为了将LDLS部分白光激发(400–650纳米)与全日光光谱的激发进行比较，建立了一实验装置来测量被日光激发时的宽带光致发光发射。实验室内的太阳能收集器系统将阳光耦合到光纤，并将其聚焦到光致发光吸收器上(图20A)。为了解决激发和发射波长之间重迭的问题，在样品2005之前和之后放置了两个同步且异相的斩波轮2003A2003B。当收集器侧轮2003A打开时，这可以测量光致发光的发射光谱，而阳光被所述激发侧轮2003B阻挡，反之亦然。光致发光的收集是由单色仪和GaAs摄像机2007完成的。

在一些实施例中，可选地不需要计算与斩波轮的同步采集速率。稀土(RE)发射器的寿命约为毫秒，斩波频率选择为kHz量级。可选地，使用CO₂激光器加热样品，并通过光谱测量温度，所述光谱拟合光致发光发射光谱，其是在炉中测量。将所得的阳光激发的光致发光与在400至650纳米激发下的光致发光发射进行比较，以产生总体上相似的形状(参见图20B中的图表)，从而得出一结论，所述结论是对于有关光致发光发射的这些材料而言，LDLS激发是一合适的太阳模拟器。

测量了光谱变化，是由透射的阳光和光致发光发射通过这项工作中检查的两个样品(图15A至图15D)所引起的。这是通过阳光光束(也使用实验室内的太阳能收集器系统)完成的，所述光束穿过放置在整合球体(LabSphere)内的样品并测量所得的发射光谱。

示例模型：

现在描述两个输出因子：装置的功率转换效率η和光伏电池上的总散热量。一种算法，使用MATLAB代码，根据以下一或多个因素来计算这些值：

光伏电池类型；

光伏电池尺寸；

光伏电池的光谱反应；

太阳光谱

太阳集中度比；

吸收器尺寸；

吸收器吸收

吸收器发射光谱；

吸收器EQE；和

其他空腔特性，例如各种表面的尺寸和光谱反射率。

AM1.5的直接太阳光谱取自NREL，并乘以集中比。先前测量的每个样品(CrCeNd：YAG和CrNdYb：YAG)的吸收和发射数据用于估计每种材料对阳光激发的反应。使用朗伯定律，温度依赖性吸收光谱(图19B)用于找到总吸收的太阳光子。选择吸收器的尺寸以允许充分的日光吸收(CrNdYb：YAG的长度为4厘米，CrCeNd：YAG的长度为3厘米)。根据炉子测得的光谱(图14B和图14C)，温度依赖性的发射通过吸收的太阳光子的数量进行归一化，以产生所述总和光致发光发射。最终，所述计算会估算每个光伏电池暴露于吸收剂光致发光发射时的反应，以及样品中未吸收的透射日光(图15C和15D)。

对于模型，可以选择一理想的双结光伏电池，所述双结光伏电池具有一阶跃函数光谱反应，分别达到每个结的带边缘。模型中的每个结均构造为仅接收相关波长范围内的光子，即，对于高带隙结，高达带边缘的所有光子，对于低带隙结，在带边缘之间的光子。通过详细的平衡来计算每个的效率，分别计算每个结的工作电压和电流(四端子配置)。

注意，在理想的电池详细平衡计算中，光子的吸收之后进行辐射复合或者是电子空穴提取。

通过每个光子热化过程(光子能量与结带边缘之间的差)以及工作电压(在电流-电压曲线的最大功率点)和结的开路电压之间的能量差，计算出光伏电池中的散热量。后者归因于结的串联电阻或卡诺(Carnot)。这些是加热的唯一因素，作为理想电池的一示例选择。对于非理想电池，如以下LCOE计算中所考虑的，其他一个或多个因素可能对加热有贡献，例如：带隙吸收以下的寄生效应，玻尔兹曼损耗和发射损耗。

平准化的电成本(Levelized cost of electricity，LCOE)估算：

现在比较了两个公用事业规模的太阳能电厂：第一个太阳能电厂是光伏场和CSP联合电厂，这被视为基准标准解决方案，第二个太阳能发电厂是LSP电厂。为了比较，两个太阳能发电厂计划提供相同的总光伏和热(可储存)生产能力。

对于EQE为90％的光致发光吸收器，LSP中可存储功率大约是常规CSP工厂的一半(第一区域1721的EQE值为90％，图17B虚线1723的值为22％)。因此，LSP电厂具有一太阳能场面积，其为CSP电厂的面积的两倍，将为热(可存储)容量提供相同的可获得的功率。根据图17B，同一LSP电厂将产生3倍的电能(对于90％的EQE，第二区域1722和第一区域1721之间的比率)。为了比较相同的输出方案，因此，在这种情况下，我们选择在CSP电厂旁边放置光伏场，以占据CSP能力的3倍。对于CSP在光伏电厂中提供的此类能力，两者的LCOE均将是根据其能力归一化的各个LCOE的平均值。对于分别为

和

的值，联合CSP-PV电厂的预期LCOE为

在塔式CSP装置中，镜场约占其LCOE的25％，即

在计算LSP电厂的LCOE时，我们还估计由于在接收器头部中引入光致发光吸收器和光伏电池，而导致成本增加了10％。这种估计是合理的，这是由于通常在500至1000sun之间的太阳集中度，从而降低了焦点处组件的总成本。考虑到这些因素，LSP电厂的平均LCOE为

对于适用于北美和欧洲的光伏的LCOE为

对于CSP-PV方案，类似的计算将得出

而相比于SPL的平均LCOE为

这比LCOE减少了50％以上。

可以预期，在本申请到期的专利有效期内，将开发出许多相关的光致发光材料，并且术语“光致发光材料”的范围应优先包含所有此类新技术。

可以预期，在本申请到期的专利有效期内，将会开发出许多相关的光伏材料，并且术语“光伏材料”的范围旨在优先包含所有此类新技术。

可以预期的是，在此申请到期的专利有效期内，将开发出许多相关的光伏电池，并且术语“光伏电池”的范围旨在优先包含所有此类新技术。

术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”、“包含(including)”、“具有(having)”及其词形变化是指“包括但不限于”。

术语“由...组成(consisting of)”意指“包括开且限于”。

术语“本质上由......组成(consisting essentially of)”指的是组成或方法可包括额外的成分和/或步骤，但仅当额外的成分和/或步骤不实质上改变所要求保护的组成或方法的基本和新颖特性。

本文所使用的单数形式“一”、“一个”及“至少一”包括复数引用，除非上下文另有明确规定。例如，术语“一化合物”或“至少一种化合物”可以包括多个化合物，包括其混合物。

本文中所用的词汇“示例性(exemplary)”表示“用作为一示例(exemple)，实例(instance)或例证(illustration)”。任何被描述为“示例性”实施例未必被解释为优选或优于其它实施例和/或排除与来自其它实施例的特征结合。

本文中所用的词汇“可选择地(optionally)”表示“在一些实施例中提供，而在其它实施例中不提供”。任何本发明的特定实施例可以包括多个“可选择的”特征，除非此类特征相冲突。

在整个本申请中，本发明的各种实施例可以以一个范围的形式存在。应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制。因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及所述范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。

每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。术语，第一指示数字及第二指示数字"之间的范围”及第一指示数字"到”第二指示数字"的范围"在本文中可互换，开指包括第一及第二指示数字，及其间的所有分数及整数。

如本文所用，术语“约”和“大约”是指约20％。

除非另有说明，否则如本领域技术人员所理解的，本文中使用的数字和基于其的任何数字范围均为合理测量和舍入误差的精度范围内的近似值。

可以理解，本发明中的特定特征，为清楚起见，在分开的实施例的内文中描述，也可以在单一实施例的组合中提供。相反地，本发明中，为简洁起见，在单一实施例的内文中所描述的各种特征，也可以分开地、或者以任何合适的子组合、或者在适用于本发明的任何其他描述的实施例中提供。在各种实施例的内文中所描述的特定特征，开不被认为是那些实施方案的必要特征，除非所述实施例没有那些元素就不起作用。

虽然本发明结合其具体实施例而被描述，显而易见的是，许多替代、修改及变化对于那些本领域的技术人员将是显而易见的。因此，其意在包括落入所附权利要求书的范围内的所有替代、修改及变化。

本申请中标题部分在本文中用于使本说明书容易理解，而不应被解释为必要的限制。

在本说明书中提及的所有出版物、专利及专利申请以其整体在此通过引用开入本说明书中。其程度如同各单独的出版物、专利或专利申请被具体及单独地指明而通过引用开入本文中。此外，所引用的或指出的任何参考文献不应被解释为承认这些参考文献可作为本发明的现有技术。

Claims (50)

1.一种能量转换系统，其特征在于：所述能量转换系统包括：

光致发光材料，用于吸收太阳辐射并发射光致发光辐射；

一太阳能集中器，用于将太阳辐射聚集在所述光致发光材料上；

光伏材料，配置用以吸收所述光致发光辐射；以及

一腔室，配置用以容纳所述光致发光材料和传热流体，

进一步包括系统，配置用以将所述传热流体从所述腔室输送到用于将传热流体热量转换成能量的一系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统包括在一太阳能收集系统中。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其特征在于：所述系统位于集中的太阳能的位置处，所述集中的太阳能的一集中度大于50sun。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于：所述用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括一热引擎。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于：所述腔室包括一光学腔体，将所述光致发光辐射反射，朝向所述光伏材料。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于：所述腔室包括多个壁部，所述多个壁部在对应于所述光伏材料的一带隙的多个波长下是透射的。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于：所述光致发光材料被配置用以发射光致发光辐射，所述光致发光辐射包括至少足够的能量以被所述光伏材料吸收并且使所述光伏材料产生电能。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于：用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括一热引擎。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于：所述传热流体的热量用于分解水。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于：将所述传热流体的热量用于生成合成气。

11.一种能量转换方法，其特征在于：所述方法包括：

将光致发光材料放置在集中的太阳辐射中，从而使所述光致发光材料吸收太阳辐射，加热并发射光致发光辐射；

将光伏材料放置于所述光致发光辐射中以产生电能；

通过将传热流体放置在所述加热的光致发光材料附近来加热所述传热流体；以及

将所述加热的传热流体输送到用于将传热流体热量转换成能量的一系统。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括用于转换成电能的一系统。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括用于转换成化学能的一系统。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于：将所述光致发光材料放置在集中的太阳辐射中的步骤包括将所述光致发光材料放置在一太阳能收集系统中。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述太阳能收集系统位于集中的太阳能的位置处，所述集中的太阳能的集中度大于50sun。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于：用于将传热流体热量转换成能量的所述系统包括一涡轮机。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其特征在于：所述光伏材料被包括在多个光伏太阳能电池中。

18.一种产生电能的系统，其特征在于：所述系统包括：

一光致发光材料，具有多个光致发光发射波长峰值，放置在入射辐射的一位置；

一第一光伏电池，包括一第一较高带隙的光伏材料，以吸收在一第一光致发光发射波长峰值处由所述光致发光材料发射的辐射；以及

一第二光伏电池，包括一第二较低带隙的光伏材料，以吸收在一第二光致发光发射波长峰值处由所述光致发光材料发射的辐射。

19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于：所述光致发光材料位于一绝热腔中。

20.根据权利要求18至19中任一项所述的系统，其特征在于：所述光致发光材料位于一腔体中，所述腔体捕获由所述光致发光材料发射的至少多个波长的辐射。

21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于：所述光致发光材料沿着捕获辐射的所述腔体的多个壁部布置。

22.根据权利要求18至21中任一项所述的系统，其特征在于：所述光致发光材料被封闭在一真空腔室中。

23.根据权利要求18至22中的任一项所述的系统，其特征在于：所述系统还包括一波长选择辐射散射体，所述波长选择辐射散射体被包括在所述光致发光材料内。

24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于：所述波长选择散射体选自：

等离子体纳米颗粒；

介电纳米颗粒；

米氏散射颗粒；以及

瑞利散射颗粒所组成的一群组。

25.根据权利要求23和24中任一项所述的系统，其特征在于：所述波长选择散射体在一波长范围处散射辐射，所述波长范围匹配所述第一较高带隙的光伏材料的一带隙。

26.根据权利要求18至25中任一项所述的系统，其特征在于：所述的系统还包括一涡轮机，用于从被所述光致发光材料吸收的热量中产生电能。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的系统，其特征在于：所述波长选择辐射散射体被放置在将光散射向所述第一光伏电池的一位置处。

28.根据权利要求23至26中任一项所述的系统，其特征在于：所述波长选择辐射散射体被放置在将光散射向所述第二光伏电池的一位置处。

29.根据权利要求18至28中任一项所述的系统，其特征在于：所述系统还包括一选择滤光器，在所述第二较低带隙光伏材料前面，以在一光谱范围上反射辐射，所述光谱范围匹配所述较高带隙光伏材料的多个波长，从而将辐射引导至所述第一较高带隙光伏材料上。

30.根据权利要求18至29中任一项所述的系统，其特征在于：所述较低带隙光伏材料和所述较高带隙光伏材料选自：Si、GaAs、c-Si、InP、InGaP、GaInNAs、mc-Si、CdTe、AlGaAs、GaSb、Ge、a-Si、Cu2S、CIGS、GaP、GaN、PbO、钙钛矿所组成的一群组。

31.根据权利要求18至29中任一项所述的系统，其特征在于：所述较高带隙光伏材料选自：GaAs、GaInP、InP、CdTe、a-Si、AlGaAs、GaInAs、GaInAsP、AlGaInP、InGaAs、InGaP、CdSGaP、GaN、PbO、CdSe、PbI₂Cu₂O、ZnTe、MAPI、ZnO、SiC、GaAsP所组成的一群组。

32.根据权利要求18至29中任一项所述的系统，其特征在于：所述较低带隙材料选自c-Si、mc-Si、Si、GaSb、Ge、CIGS、GaInS、GaInAsP、GaInNAs所组成的一群组。

33.根据权利要求18至29中任一项所述的系统，其特征在于：所述光致发光材料包括Nd⁺³，所述第一较高带隙光伏材料包括硅，并且所述第二较低带隙光伏材料包括砷化镓。

34.根据权利要求18至33中任一项所述的系统，其特征在于：所述较高带隙光伏材料和所述较低带隙光伏材料位于一腔体中，所述腔体被设计用以捕获所述光致发光发射。

35.根据权利要求34所述的系统，其特征在于：所述系统进一步包括一波长选择反射滤光器，位于所述腔体的一入口处，其中所述选择反射率匹配所述光致发光材料的峰值发射的一波长。

36.根据权利要求34至35中的任一项所述的系统，其特征在于：所述腔体的多个壁部被设计为反射多个波长，所述多个波长与多个光伏材料带隙相对应。

37.根据权利要求18至36中任一项所述的系统，其特征在于：所述光致发光材料包括一掺杂剂，选自由以下所组成的一群组：

量子点；

纳米颗粒；

金纳米颗粒；

稀土；

镱；

钕；

钕⁺³；

铕；

铒；

直接带隙半导体；

铟镓；以及

碲化镉。

38.根据权利要求18至37中任一项所述的系统，其特征在于：所述系统还包括一分束器，所述分束器被配置用以分离所述光致发光辐射的一第一光谱范围和所述光致发光辐射的一第二光谱范围的光路。

39.根据权利要求18至38中任一项所述的系统，其特征在于：所述系统还包括一分束器，所述分束器被配置用以将所述光致发光辐射的一第一光谱范围引导至所述第一光伏材料，并且将所述光致发光辐射的一第二光谱范围引导至所述第二光伏材料。

40.根据权利要求18至38中任一项所述的系统，其特征在于：用于吸收辐射的所述光伏材料的一表面积比从所述光伏材料发射的一表面积大一因子N倍，其中所述因子N为至少10。

41.根据权利要求18至39中任一项所述的系统，其特征在于：所述光伏电池被设计用以至少100sun的太阳能的集中度。

42.根据权利要求18至41中任一项所述的系统，其特征在于：所述系统还包括一材料，具有一吸收光谱在1微米至1.5微米之间，用于吸收来自太阳的辐射，并将热量传递至一传热流体。

43.根据权利要求42所述的系统，其特征在于：具有所述吸收光谱在1微米与1.5微米之间的材料包括一氧化铟锡层。

44.根据权利要求18至43中任一项所述的系统，其特征在于：所述光致发光材料被成形为一棱镜形状，从而减少从所述光致发光材料发射的辐射的波导。

45.一种产生电能的方法，其特征在于：包括：

加热一光致发光材料；

使所述光致发光材料暴露于入射辐射，从而使所述光致发光材料在多个光致发光发射波长峰值处发射辐射；以及

使用至少一光伏电池吸收所述光致发光材料发出的辐射并产生电能。

46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于：所述光伏电池具有至少两个光伏吸收带隙，以使用至少两个光致发光发射波长峰值，来吸收由所述光致发光材料发射的辐射。

47.根据权利要求45至46中任一项所述的方法，其特征在于：所述加热步骤是通过吸收入射辐射来进行。

48.根据权利要求45至47中任一项所述的方法，其特征在于：所述加热所述光致发光材料的步骤包括加热到高于100摄氏度的温度。

49.根据权利要求45至47中任一项所述的方法，其特征在于：所述加热所述光致发光材料的步骤包括加热到高于500摄氏度的温度。

50.根据权利要求45至49中任一项所述的方法，其特征在于：所述方法还包括使用一热引擎从被所述光致发光材料吸收的热量中产生电能。

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