DE102010012000A1 - Solar cell array for generating photo-electric and chemical electricity, is arranged on scale with multiple numbers in parallel manner, where light transmitting elements comprises light fittings for transmitting light - Google Patents

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Abstract

Solar cell array is arranged on a scale with multiple numbers in parallel manner, where light transmitting elements (4) comprises light fittings for transmitting light. Element is integrated as a light-conducting unit into the body, which comprises one or multiple light-conducting fiber (5). The composite system has two independent layers, where transparent polymer layer (2) and translucent polymer layer (1) are provided in between the layers. Two photo-active solar cells (3) are provided with substrate layers that illuminate light beams. An independent claim is also included lighting equipment, which comprises support material for fluorescent dyes, which are perylene, stilbenes, coumarins, rhodamines, oxazines, naphthalate, perchlorates, fluorescein, iodide or other naphthalimides, cataloged fluorescent or light-scattering substances e.g. IR-26, IR-125, IR-140, IR-144, IR-151, nile blue, fluorescein, oxadiazoles, azaquinolone, terbium (III,IV) oxide, neodymium (III) oxide, uranine, fluorol, optical products and laser dyes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Solarzellen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, zur Umwandlung von Strahlungsenenergie in elektrische Energie. (1 und 1a)The invention relates to a lighting system for solar cells according to the preamble of claim 1, for the conversion of radiation energy into electrical energy. ( 1 and 1a )

Aufgrund der Verknappung der fosillen Rohstoffe findet Photovoltaik immer breitere Verwendung und gewinnt an Bedeutung bei der Erzeugung von elektrischer Energie. Als Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie, vorzugsweise Sonnenenergie in elektrische Energie mittels von Solarzellen.Due to the shortage of fossil raw materials, photovoltaics is becoming more widely used and gaining importance in the generation of electrical energy. Photovoltaics are the direct conversion of radiant energy, preferably solar energy into electrical energy by means of solar cells.

Das Prinzip der Photozelle beruht darauf, dass bestimmte Materialien bei der Aufnahme von Licht Elektronen freisetzen, welche sich bei einem Spannungsgefälle in gleicher Richtung bewegen und dadurch einen Gleichstrom erzeugen. Der Strom von Lichtteilchen (Photonen) geht auf die Zelle nieder, die mit einer Antireflexschicht überzogen ist, damit möglichst wenige Teilchen zurückgespiegelt werden. Die Mehrzahl der Photonen geben ihre Energie an die Atome der Siliziumscheibe ab, wobei Elektronen freigeschlagen werden. Dadurch entsteht in der Atomhülle jeweils ein Loch, das wiederum von einem freien Elektron ausgefüllt wird. Die obere der beiden Zellenschichten ist z. B. durch Zusatz von Phosphor-Atomen negativ dotiert, wodurch die Silizium-Schicht einen Überschuß an Elektronen erhält. Die untere Schicht ist z. B. durch Bor-Atome positiv dotiert und hat dadurch einen Überschuß an Löchern. Somit baut sich zwischen den Schichten ein Spannungsfeld auf, das die Richtung der Elektronen definiert. Über ein Metallgitter an der Sonnenseite werden die Elektronen dann als elektrischer Strom abgenommen – und kehren zu einer dünnen Metallschicht an der Schattenseite, d. h. zu dem Plus-Pol zurück.The principle of the photocell is based on the fact that certain materials release electrons when they receive light, which move in the same direction when there is a voltage gradient, thereby generating a direct current. The stream of light particles (photons) settles on the cell, which is coated with an antireflection layer so that as few particles as possible are reflected back. The majority of the photons release their energy to the atoms of the silicon wafer, releasing electrons. This creates a hole in the atomic shell, which in turn is filled by a free electron. The upper of the two cell layers is z. B. negatively doped by the addition of phosphorus atoms, whereby the silicon layer receives an excess of electrons. The lower layer is z. B. positively doped by boron atoms and thereby has an excess of holes. Thus, a field of stress builds up between the layers, which defines the direction of the electrons. Through a metal grid on the sunny side, the electrons are then removed as an electric current - and return to a thin metal layer on the dark side, d. H. back to the plus pole.

Eine andere Form der Sonnenenergienutzung ist eine Nachahmung der natürlichen Photosynthese. Beim Prozeß der natürlichen Photosynthese werden in grünen Pflanzen mit Hilfe von Chlorophyll als Katalysator auf sehr effektive Weise Kohlenhydrate gebildet. Dabei wird das Kohlendioxyd aus der Luft mittels Lichtenergie in Zucker und Stärke umgewandelt.Another form of solar energy use is an imitation of natural photosynthesis. In the process of natural photosynthesis, carbohydrates are very effectively formed in green plants using chlorophyll as a catalyst. The carbon dioxide from the air is converted by light energy into sugar and starch.

Künstliche Photosynthese basiert auf dem folgenden Prinzip: ein Farbstoffmolekül (anstatt des Chlorophylls) absorbiert das Licht und erzeugt dadurch Elektronen, die dann in die Leitungsbahn eines großflächigen Halbleiterfilms fließen und sich weiter durch einen externen Stromkreis bewegen. Auf diese Weise wird Licht in 'Grüne' Energie umgewandelt.Artificial photosynthesis is based on the following principle: a dye molecule (instead of the chlorophyll) absorbs the light and thereby generates electrons, which then flow into the conducting path of a large-area semiconductor film and continue to move through an external circuit. In this way, light is transformed into 'green' energy.

Diese Methode der Natur ist die bisher wirksamste Art der Sonnenenergie-Nutzung. Seit längerem wird an mehreren Forschungsinstituten versucht, diesen natürlichen Prozeß nachzuvollziehen, d. h. eine Technische Photosynthese in Gang zu setzen.This method of nature is the most effective way of using solar energy so far. For some time now, several research institutes have been trying to understand this natural process. H. to initiate a technical photosynthesis.

Das ist ein zweistufiger photovoltaischer Prozess im Unterschied zum herkömmlichen Prozess der Photovoltaik.This is a two-stage photovoltaic process in contrast to the conventional process of photovoltaics.

Die Relevanz derartiger Energieumwandlung erklärt sich, wenn man berücksichtigt, daß eine photochemische Energiespeicherung in stationären Elektronenzuständen der Materie um 20–100 Mal wirksamer ist als eine Speicherung in den atomaren Schwingungen.The relevance of such energy conversion can be explained by considering that photochemical energy storage in stationary electron states of matter is 20-100 times more efficient than storage in the atomic vibrations.

Neben der Farbstoff-Solarzelle werden seit einigen Jahren auch organische Materialien in Solarzellen verwendet. Ein Spezialfall dieser organischen Materialien sind Polymere, die gleichzeitig auch am häufigsten unter den organischen Materialien verwendet werden.In addition to the dye solar cell, organic materials have also been used in solar cells for several years. A special case of these organic materials are polymers, which are at the same time most commonly used among the organic materials.

Eine organische Solarzelle ist eine Solarzelle, die aus Werkstoffen der organischen Chemie besteht, d. h. aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen (Kunststoffen). Diese Verbindungen haben elektrisch halbleitende Eigenschaften. Der Wirkungsgrad, mit dem Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt wird, liegt bei ca. 6%. Organische Solarzellen bzw. Plastiksolarzellen, wie sie auch genannt werden, sind aufgrund der Möglichkeiten hinsichtlich günstiger und vielseitiger Herstellungsverfahren ein aktuelles Forschungsthema.An organic solar cell is a solar cell made of organic chemistry materials, i. H. from hydrocarbon compounds (plastics). These compounds have electrically semiconductive properties. The efficiency with which solar energy is converted into electrical energy is about 6%. Organic solar cells or plastic solar cells, as they are also called, are a current research topic because of the possibilities with regard to favorable and versatile production processes.

Das Material für diesen Solarzellentyp basiert auf organischen Kohlenwasserstoffverbindungen mit spezifischer elektronischer Struktur, dem konjugierten pi-Elektronensystem, welches den betreffenden Materialien die wesentlichen Eigenschaften amorpher Halbleiter verleihen.The material for this solar cell type is based on organic hydrocarbon compounds with specific electronic structure, the conjugated pi-electron system, which give the relevant materials the essential properties of amorphous semiconductors.

Typische Vertreter organischer Halbleiter sind konjugierte Polymere und Moleküle, wobei auch speziell synthetisierte Hybridstrukturen verwendet werden.Typical representatives of organic semiconductors are conjugated polymers and molecules, whereby also specially synthesized hybrid structures are used.

Stand der TechnikState of the art

Als wichtigste Lösungsansätze bei der heutigen Photovoltaik gibt es neben den effizientesten Konzentratormodulen, Halbleiter- und Dünnschicht-, oder Fluoreszenztechnologien, auch Farb-, und organische Verbindungen, die die direkte und difusse Sonnenstrahlung in elektrischen Strom umwandeln.In addition to the most efficient concentrator modules, semiconductor and thin-film or fluorescence technologies, the most important solutions in today's photovoltaics are color and organic compounds, which convert direct and diffuse solar radiation into electricity.

Darunter erreichen die besten photovoltaischen Solarzellen bereits über 40% Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie. Diese sind jedoch teuer und unwirtschaftlich. Die Farbstoff- und Organische Solarzellen sind zwar billig in der Herstellung, ihr Wirkungsgrad ist bei der Umwandlung von Sonnenenergie jedoch unzureichend für einen effizienten Gebrauch.Among them, the best photovoltaic solar cells already achieve over 40% efficiency in the conversion of radiant energy into electrical energy. These are expensive and uneconomical. Although the dye and organic solar cells are cheap to manufacture, their efficiency However, in the conversion of solar energy is insufficient for efficient use.

Der größte Nachteil der allen derzeitigen photovoltaischen Systeme ist ihre Großflächigkeit und Immobilität. Da sich die Sonne dagegen ständig in Bewegung befindet, erreichen die Solarzellen ihre volle Leistung nur für eine sehr kurze Zeit im Jahr. Dieser Umstand mindert den Ertrag an der Energieumwandlung erheblich. Neben des hohen Anschaffungspreises und enormen Unwirtschaftlichkeit, sind die weiteren Nachteile wie folgt: sehr intensiver Energie- und Materialaufwand bei Herstellungsprozessen von Solarzellen, Empfindlichkeit auf Temperaturen, Abschattung, Verschmutzung der Solarmodule, Witterungsschäden und Brandgefahr.The biggest disadvantage of all current photovoltaic systems is their large area and immobility. By contrast, as the sun is constantly moving, the solar cells only reach their full power for a very short time each year. This circumstance significantly reduces the yield of the energy conversion. In addition to the high purchase price and enormous inefficiency, the other disadvantages are as follows: very intensive energy and material costs in manufacturing processes of solar cells, sensitivity to temperatures, shading, contamination of the solar modules, weather damage and fire hazard.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie zu schaffen, die die oben genannten Nachteile beseitigt und in unkomplizierter, kostengünstiger Weise effiziente und mobile Energieerzeugung ermöglicht. Damit eröffnen sich in der Photo-elektrischen und chemischen Stromerzeugung neue Gebiete.The invention is therefore based on the object to provide an improved device for the conversion of light energy into electrical energy, which eliminates the above-mentioned disadvantages and allows an uncomplicated, cost-effective and efficient mobile power generation. This opens up new areas in the field of photoelectric and chemical power generation.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren mit welchem es möglich ist, die Solarzellen so dicht einander auf das Substrat aufzubringen, sodass der Flächenverbrauch für Photovoltaikanwendungen aufs Äußerste reduziert wird. Durch eine Verwendung von nachführbaren Tageslichtkonzentratoren erreichen die Solaranwendungen stets optimale Leistung.In particular, the present invention relates to a novel method by which it is possible to apply the solar cells so closely to each other on the substrate, so that the space consumption for photovoltaic applications is reduced to the utmost. Through the use of trackable daylight concentrators, the solar applications always achieve optimal performance.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of claim 1.

Insbesondere kommt hier eine effiziente Verbindung von drei Technologien in Einsatz:

  • 1. Tageslicht-lenkende Systeme
  • 2. Planare Lichtwellenleiter
  • 3. Photovoltaik und/oder Technische Photosynthese
In particular, an efficient combination of three technologies is used here:
  • 1. Daylight-directing systems
  • 2. Planar optical fibers
  • 3. photovoltaic and / or technical photosynthesis

Die direkte Nutzung von konzentriertem Tageslicht zur Beleuchtung von innenliegenden Räumen ist wegen der vielen Vorteile seit geraumer Zeit Gegenstand von Untersuchungen und Entwicklungen. Das erste Beleuchtungssystem mit Parabolspiegel ist bereits als Gegenstand einer Patenschrift US 0507999 aus dem Jahr 1893 bekannt.The direct use of concentrated daylight for the illumination of internal rooms has been the subject of investigations and developments for quite some time due to its many advantages. The first lighting system with parabolic mirror is already the subject of a patent US 0507999 known from 1893.

Das Licht auch in die Tiefe eines Raumes zu führen, kann es z. B. über Hohllichtleiter, dielektrische Leiter oder reflektierende Metallfolien erfolgen. Der große Vorteil liegt darin, dass sie auch fensterlose und tiefere Räume mit Tageslicht versorgen können.The light can also lead into the depth of a room, it can, for. B. via hollow fiber, dielectric conductors or reflective metal foils done. The big advantage is that they can also provide windowless and deeper rooms with daylight.

Tageslichtkonzentratoren lassen sich im Wesentlichen in zwei Gruppen unterscheiden. Die eine Gruppe, wegen des Fehlens einer Sonnen-Nachführung hier passive Systeme genannt, arbeitet hauptsächlich mit diffusem Sonnenlicht. Das ungebündelte Licht trifft durch eine optisch transparente Kuppel auf ein Hohllichtleitersystem (Rohre oder kubische Leiter) und wird entlang von prismatischen Folien in das Innere von Räumen transportiert.Daylight concentrators can be essentially divided into two groups. One group, called here passive systems because of the lack of sun tracking, works mainly with diffused sunlight. The unbundled light hits an optical waveguide system (tubes or cubic conductors) through an optically transparent dome and is transported along prismatic foils into the interior of rooms.

Eine andere Möglichkeit der Tageslichtnutzung sind dielektrische Leiter, (z. B. Polymer-optische Faser POF), die aus konzentrierender Optik und mechanischer Nachführung bestehen. Durch diese präzise Nachführung kann der direkte Anteil der Sonneneinstrahlung effektiv ausgenutzt werden. Als Lichteinfangelement und Lichtsammelelement sind hier gekrümmte Spiegel wie beispielsweise Parabolspiegel, Fresnellinsen, Zylinderlinsen oder sphärische Sammellinsen, Lichttrichter oder auch Anordnungen von Halbkugeln vorgesehen. Ferner sind auch mit Flüssigkeit gefüllte Kugeln dafür genutzt.Another possibility of using daylight is dielectric conductors (eg polymer optical fiber POF), which consist of concentrating optics and mechanical tracking. This precise tracking allows the direct share of solar radiation to be effectively utilized. Curved mirrors such as parabolic mirrors, Fresnel lenses, cylindrical lenses or spherical converging lenses, light funnels or arrangements of hemispheres are provided here as the light-trapping element and light-collecting element. Furthermore, balls filled with liquid are also used for this purpose.

In besonders vorteilhaften Ausführung betehen diese Elemente aus optisch transparenten Polymerfestkörpern bzw. Polymerformkörpern, die fluoreszierende Additive aufweisen. Diese bewirken, dass eine Umwandlung von UV- in sichtbares Licht erfolgen kann.In a particularly advantageous embodiment, these elements of optically transparent polymer solids or polymer moldings, which have fluorescent additives. These cause a conversion of UV into visible light can take place.

Für die vorliegende Erfindung sind insbesondere, die nachführbaren Systeme des deutschen Sollektor, Himawari aus Japan, Parans aus Schweden und Hybrid Solar Lighting System aus den USA wegen der hohen Leistungsfähigkeit der Lichtkonzentration, die in die Faser eingekoppelt wird, von Interesse. Die genannten Systeme sind so konzipiert, dass die Anordnung der optischen Komponente so gewählt ist, dass am Ort der Konzentration des Lichtes keine zu hohen Temperaturen entstehen, die die lichtführenden Komponenten zerstören würden.For the present invention, in particular, the trackable systems of the German solar collector, Himawari of Japan, Parans of Sweden and Hybrid Solar Lighting System of the USA are of interest because of the high efficiency of light concentration coupled into the fiber. The systems mentioned are designed so that the arrangement of the optical component is chosen so that at the location of the concentration of light no too high temperatures are generated, which would destroy the light-conducting components.

Die Lichtausbeute solcher Systeme beträgt bis zur 50% der Sonneneinstrahlung, die in die Räume geführt werden kann. Ein solcher Kollektor mit 600 Fasern, kann beispielsweise eine Leuchtkraft von 50 Stück 100 W Halogenstrahlern ersetzen. Das Licht wird heutzutage über die lichtleitenden Fasern per Totalreflexion von der Lichtquelle bis zum Lichtaustrittspunkte transportiert und mittels von Lichtdiffusoren in die abgeschlossenen Räume, wie beispielsweise Wohn- und Büroräume in Gebäuden, Arbeitsstätten und in Tunneln, abgestrahlt. Der entscheidende Nachteil solcher Lichtkonzentratoren besteht darin, dass diese für eine Raumbeleuchtung relativ teuer sind.The luminous efficacy of such systems is up to 50% of the solar radiation that can be led into the rooms. Such a collector with 600 fibers, for example, can replace a luminosity of 50 pieces of 100 W halogen lamps. Today, the light is transported via the light-conducting fibers by total reflection from the light source to the light exit points and emitted by means of light diffusers in the closed spaces, such as residential and office space in buildings, workplaces and tunnels. The decisive disadvantage of such light concentrators is that they are relatively expensive for room lighting.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der grundliegenden Erkenntniss, dass das mit den Tageslicht-konzentrierenden Systemen konzentrierte Licht, sich auch für Beleuchtung der Solarzellen eignet. Es ist dabei nicht zu übersehen, dass das Licht mittels von POF-Fasern über weite Strecken in tief gelegene dunkle Räume transportiert wird.The present invention is based on the basic knowledge that focused on the daylight-concentrating systems Light, also suitable for lighting the solar cells. It is not to be overlooked that the light is transported by means of POF fibers over long distances in low-lying dark spaces.

Im vorliegenden Fall hat die Erfindung die Aufgabe gelöst, den Raum, der zwischen zwei Solarzellen vorhanden ist, zu schließen und ihn kostengünstig zu beleuchten.In the present case, the invention has solved the problem of closing the space that is present between two solar cells and to illuminate it cost-effectively.

Die Erfindung baut weiterhin auf dem Umstand auf, dass Licht sich auf kleinstem Raum einfangen lässt, indem man die Wände eines Mediums, in das das Licht kontrolliert einfällt, verspiegelt. Durch fortwährende Reflexion wird das Licht gewissermaßen eingesperrt und kann nicht mehr entweichen.The invention further builds on the fact that light can be captured in the smallest space by mirroring the walls of a medium into which the light is controlled. Through continuous reflection, the light is locked in a sense and can no longer escape.

Wird man jedoch das konzentrierte Licht beispielsweise in eine rechteckige POF-Faser einkoppeln, derer Wände längstverlaufende optische Mikrostrukturen zum Lichttransport aufweisen (4, 1.1a) und an derer unteren und oberen planen Flächen Störstellen zur Unterbindung der Bedingungen der Totaleflexion generiert werden, wird dieses Licht dann an gewünschten Stellen gezielt ausgekoppelt. 6 (100)However, if one introduces the concentrated light, for example, into a rectangular POF fiber, the walls of which have long-running optical microstructures for light transport ( 4 . 1.1a ) and at which lower and upper plan surfaces impurities are generated to prevent the conditions of total reflection, this light is then selectively coupled out at desired locations. 6 ( 100 )

Auf dieser Basis stellt die Erfindung ein flächiges Leuchtelement mit Eigenschaften eines offenen, planaren Lichtwellenleiters in Form einer Lichteinkopplungsfolie dar.On this basis, the invention is a flat luminous element with properties of an open, planar optical waveguide in the form of a Lichteinkopplungsfolie.

Die Funktionsweise eines planaren Lichtwellenleiters und Methoden seiner Herstellung sind aus Photonik-Grundlagen und Komponente S. 109, von J. Jahnas , und POF-Handbuch: optische Kurzstrecken-übertragungssysteme, S. 358 ff. von Olaf Ziemann, Jürgen Krauser, Peter E. Zamzow und Werner Daum bekannt. Genaue Angaben hinsichlich der Lichtleitung in planaren Wellenleitern befinden sich in „Charakterisierung von Wellenleiter-Chips”, Laser-Laboratorium Göttingen e. V. vom 21.11.2008, Version 4 .The functioning of a planar optical waveguide and methods of its manufacture are out Photonics Fundamentals and Component p. 109, by J. Jahnas , and POF manual: optical short-distance transmission systems, p. 358 ff. By Olaf Ziemann, Juergen Krauser, Peter E. Zamzow and Werner Daum known. Precise details regarding the light pipe in planar waveguides are in "Characterization of Waveguide Chips", Laser-Laboratorium Göttingen e. V. of 21.11.2008, Version 4 ,

Das erfindungsgemäße Beleuchtunselement übernimmt die Aufgabe eines Substrates für die eine, vorzugsweise zwei Solarzellen (1) und dient gleichzeitig als Lichttransport- und Lichtversorgunselement für die eine (1a), und/oder zwei Solarzellen, die mit ihrer/ihren photoaktiven Schichten auf dieses Substrat aufgebracht ist/sind.The lighting element according to the invention assumes the task of a substrate for the one, preferably two solar cells ( 1 ) and at the same time serves as Lichttransport- and Lichtversorgunselement for the one ( 1a ), and / or two solar cells, which is applied with its / their photoactive layers on this substrate / are.

Das an den Faserenden eingekoppelte konzentrierte Licht, wird mittels von Totalreflexion entlang der Wände transportiert und bis zu den Austrittpunkten geführt, was eine wirkungsvolle Beleuchtung von einer-, vorzugsweise zwei, auf dieses Trägermaterial aufgebrachten Solarzellen ermöglicht.The coupled at the fiber ends concentrated light is transported by total internal reflection along the walls and led to the exit points, which allows effective illumination of one, preferably two, applied to this substrate solar cells.

Die erfindunggemäße Folie besteht aus einem transluzenten, lichtldurchlässigen flächigen Element aus Polymer, vorzugsweise Polymethylmethacrylat (PMMA) und/oder Polydimethylsiloxan, (PDMS) und/oder Polycarbonat, wobei in diese Folie separate zueinander parallel verlaufende lichtleitende Bahnen integriert sind. (10)The film according to the invention consists of a translucent, light-permeable sheet-like element made of polymer, preferably polymethylmethacrylate (PMMA) and / or polydimethylsiloxane (PDMS) and / or polycarbonate, separate light-conducting webs running parallel to one another being integrated into this film. ( 10 )

Alternativ können diese lichtleitenden Bahnen in einem Laserstrukturierungsverfahren mit derartigen reflektierenden Flächen und/oder Reflexionsgitter gebildet und dann mit einer nicht transparenten Substanz gefüllt und/oder in physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) oder in einem anderen Beschichtungsverfahren beschichtet werden. Derartige Strukturen können auch in UV-Interferenzlithographie, in Heißpräge- oder Tiefdruck- oder einem anderen mechanischen Verfahren erzeugt und einschließend beschichtet werden. Durch derartige partielle Strukturierung der Trennwände der lichtleitenden Bahnen wird sowohl für die Homogenität der Leuchtdichte entlang des auf diese Weise gebildeten Lichtleiters, als auch für die Abstrahlcharakteristik des flächigen Leuchtelements gesorgt.Alternatively, these photoconductive webs may be formed in a laser patterning process with such reflective surfaces and / or reflection grids and then filled with a non-transparent substance and / or coated in physical vapor deposition (PVD) or other coating process. Such structures may also be formed and coated in UV interference lithography, hot stamping or gravure printing or other mechanical process. By such partial structuring of the partitions of the photoconductive webs is provided both for the homogeneity of the luminance along the light guide formed in this way, as well as for the radiation characteristic of the planar luminous element.

Die unteren und oberen planen Flächen der erfindunggemäßen Lichteinkopplungsfolie weisen generierte mikrostrukturierte Störstellen auf, welche für das Lichtmanagement und eine Lichtauskopplung auf die nahezu transparenten Solarzellen sorgen (3). Diese Solarzellen sind dann anschließend von zwei weiteren lichtreflektierenden Schichten zugedeckt, die gleichzeitig als Trenn- und/oder Kühlkörper (4) vorgesehen sind. Dies kann beispielweise eine MIRO-SILVER®-Folie sein, die bis zur 98% des Lichtes reflektiert.The lower and upper planar surfaces of the light-introducing film according to the invention have generated microstructured impurities which ensure the light management and a light extraction on the almost transparent solar cells ( 3 ). These solar cells are then subsequently covered by two further light-reflecting layers which simultaneously act as separating and / or cooling bodies ( 4 ) are provided. This can be, for example, a MIRO-SILVER ® film, which reflects up to 98% of the light.

Diese Folie kann mit einer Schicht aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Biosilikaten und anderen Thermoplasten verbunden und als Kühlkörper verwendet werden.This film can be bonded to a layer of alumina, aluminum nitride, biosilicates and other thermoplastics and used as a heat sink.

Auch nicht transparente Solarzellen, welche über eine reflektierende Schicht auf der Rückseite verfügen, sind für eine erfindungsgemäße Beschichtung geeignet. Denn der in die Faser eingekoppelte Lichtstrom bleibt wie in den Lichtwellenleitern erhalten und wird mittels der seitlich gebildeten lichtleitenden Prismen ungehindert weitergeführt.Non-transparent solar cells, which have a reflective layer on the back, are suitable for a coating according to the invention. Because the light flux coupled into the fiber is retained as in the optical waveguides and is continued unhindered by means of the laterally formed light-conducting prisms.

Die Komponente für eine derartige Lichteinkopplungsfolie können in den bereits bewährten Herstellungsprozessen bei der Verarbeitung von planaren Wellenleitern angefertigt werden. Heißprägeverfahren, Mikroformguss und Photolithographieverfahren sind hier vom Vorteil.The component for such a light launching film can be made in the already proven manufacturing processes in the processing of planar waveguides. Hot embossing, micro-molding and photolithography processes are of advantage here.

Wegen der kostengünstigen Replikation von optischen Mikrostrukturen für eine Massenproduktion, erweist sich die Herstellung der erfindungsgemäßen Lichteikopplungsfolie im Heißprägeverfahren als besonders geeignet. Die Qualität der Wellenleiter bleibt dabei erstaunlich hoch.Because of the cost-effective replication of optical microstructures for mass production, the production of the Hot-stamping film according to the invention in a hot stamping process is particularly suitable. The quality of the waveguides remains surprisingly high.

Auf weitere Einzelheiten des Herstellungsprozesses nimmt die Erfindung Bezug auf die Beschreibung von: Henning Schröder, Frank Ebling, Engelbert Strake, Andreas Himmler, „Heißgeprägte Polymerwellenleiter für elektrisch-optische Schaltungsträger (EOCB) – Technologie und Charakterisierung”, aus dem Jahr 2002 .For further details of the manufacturing process, the invention makes reference to the description of: Henning Schröder, Frank Ebling, Engelbert Strake, Andreas Himmler, "Hot Embossed Polymeric Waveguides for Electro Optical Circuit Boards (EOCB) - Technology and Characterization", from the year 2002 ,

Die vorliegende Erfindung stellt, insbesondere für diesen Zweck bestimmte einzelne Faser (1.1) mit quadratischer Form zur Verfügung (2, 3, 4), welche als Ausgangsmaterial für ein derartiges Substrat ihre Verwendung finden kann.The present invention provides, in particular for this purpose, certain individual fibers ( 1.1 ) with a square shape ( 2 . 3 . 4 ), which can be used as a starting material for such a substrate.

Optische Spezialfaser mit quadratischer Kernform sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus US 6271510 B1 . Faser mit ähnlichen Eigenschaften werden auch von der Firma Leoni AG aus Nürnberg hergestellt.Special square fiber optical fibers are known in the art, for example US 6271510 B1 , Fiber with similar properties are also produced by the company Leoni AG from Nuremberg.

Neben quadratischer Form sind auch weitere Ausführungsmöglichkeiten der Faser möglich.In addition to square shape, other possible embodiments of the fiber are possible.

Auch teilweise hohle Faser sind möglich (2.1)Also partially hollow fiber are possible ( 2.1 )

Beispielsweise sind die Formen eines Tapezes, Dreiecks, Raute und Halbkreises wegen des günstigen Abstrahlwinkels und Lichtstreuung denkbar. (10A, 10b, 10c, 10d) Beispielweise wird eine dreieckformige Faser wie ein Reflektor das eingekoppelte Licht in Richtung der Solarzelle abstrahlen.For example, the shapes of a wallpaper, triangle, diamond and semicircle are conceivable because of the favorable radiation angle and light scattering. ( 10A . 10b . 10c . 10d For example, a triangular-shaped fiber such as a reflector will radiate the injected light toward the solar cell.

Die einzelnen Faser sind beispielsweise genauso wie oben dargelegt, mit retro-reflektierenden Mikroprismen (1.1a) und Störstellen zur Unterbindung der Bedingungen der Totalreflrexion ausgestattet. (1.1b, 1.1c) Das eingekoppelte konzentrierte Licht wird entlang der Wände transportiert und dabei in den Raum zwischen der Solarzellen gezielt ausgekoppelt.The individual fibers are, for example, the same as explained above, with retro-reflective microprisms ( 1.1a ) and impurities to suppress the conditions of total re flrexion. ( 1.1b . 1.1c ) The coupled concentrated light is transported along the walls and thereby selectively decoupled into the space between the solar cells.

Neben der abgebildeten Formen, sind auch andere, vorzugsweise aperiodische Strukturen möglich. Der Winkel zwischen den Prismen beträgt 90 Grad. Diese von außen der Faser für das Licht nicht transparente Strukturen übernehmen den Lichttransport mittels der Totalreflexion innerhalb des Mediums. Alternativ können Streifen aus einen Material mit niedrigerer Brechzahl, zwischen den einzelnen unbehandelten Fasern gelegt werden und somit eine Totalreflexion des Lichtes zu ermöglichen.In addition to the illustrated forms, other, preferably aperiodic structures are possible. The angle between the prisms is 90 degrees. These structures, which are not transparent to the outside of the fiber for the light, take over the light transport by means of the total reflection within the medium. Alternatively, strips of a lower refractive index material may be placed between the individual untreated fibers to allow total reflection of the light.

Anschließend werden diese einzelnen Faser in einem Adhäsionsverfahren zusammengefügt und zwischen zwei lichtdurchlässigen oder transluzenten Deckschichten eingebettet. In dieser Gestalt wird erfindunggemäß eine Lichteinkopplungsfolie in Form eines Verbundsystems bereitgestellt, dass aus mindestens zwei Deckschichten besteht, zwischen denen ein oder mehrere erfindungsgemäße lichtleitende Fasern im Gewebe angeordnet sind.Subsequently, these individual fibers are joined together in an adhesion process and embedded between two translucent or translucent cover layers. According to the invention, in this form, a light-introducing foil is provided in the form of a composite system which consists of at least two cover layers, between which one or more light-conducting fibers according to the invention are arranged in the tissue.

Die beiden Deckschichten sind dabei unabhängig voneinander aus einem lichtdurchlässigen oder transluzenten Polymer gebildet.The two outer layers are formed independently of one another from a translucent or translucent polymer.

Die Deckschichten liegen dabei vorzugsweise in Form von flexiblen Folien vor, was das Einlaminieren des lichtleitenden Körpers zwischen den Deckschichten ermöglicht, so dass das flächige Leuchtelement als eine flexible Einheit darstellt.The cover layers are preferably present in the form of flexible films, which allows the lamination of the light-conducting body between the cover layers, so that the flat luminous element is a flexible unit.

Besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems ist es, dass durch die Anordnung in Form eines Verbundsystems die lichtleitenden Faser wirkungsvoll vor mechanischen Belastungen geschützt werden, da die Faser in die Deckschichten eingebettet sind. Ein weiterer Vorteil beruht darauf, dass durch regelmäßige parallere Anordnung der Faser eine zusätzliche Stabilisierung erreicht und eine einfache Herstellung möglich wird.A particular advantage of the illumination system according to the invention is that the arrangement in the form of a composite system effectively protects the photoconductive fiber against mechanical stresses, since the fibers are embedded in the cover layers. Another advantage is based on the fact that by regular parallel arrangement of the fiber reaches an additional stabilization and a simple production is possible.

Neben dem Laminieren der Faser mit den Deckschichten kann zusätzlich auch ein Adhäsionsmittel zwischen dem Gebilde und den Deckschichten zumindest bereichsweise aufgetragen sein. Dieses ist dabei vorzugsweise ausgewählt aus Acrylbasis(Meth)acylat-Basis) oder Zwei-Komponenten-Polyurethan-Klebstoffen. Als Adhäsionsmittel sind derartige bevorzugt, die Brechungsindizes im Bereich des Polymethylmethacrylat PMMA aufweisen.In addition to the lamination of the fiber with the cover layers, an adhesion agent between the structure and the cover layers may additionally be applied at least in certain areas. This is preferably selected from acrylic-based (meth) acrylate-based) or two-component polyurethane adhesives. Adhesion agents which are preferred are those which have refractive indices in the region of the polymethyl methacrylate PMMA.

Das Laminieren der Deckschichten kann unter Vakuum erfolgen. Nach einer Ausgestaltung sind die Deckfolien im Randbereich (ggf. auschließlich) verklebt oder verschweißt und das Schichtgebilde wird über Vakuum zumindest in Teilflächenbereichen zusammengehalten.The lamination of the cover layers can be carried out under vacuum. According to one embodiment, the cover films are adhesively bonded or welded in the edge area (possibly exclusively) and the layer structure is held together by vacuum at least in partial surface areas.

In einer bevorzugten Variante bestehen die erfindungsgemäßen Faser aus folgenden Materialien: PMMA/BDK, EGDMA/TFPMA/PMMA, PFPMA/TeCA, Teilfluorierte Acrylate, Polyisocyanourat, Polydimethylsiloxan (PDMS), Polyiamid, Polysteren, Polycarbonat, BCB Polycylobuten, Photobleachable Polymer (Akzo), Kompsite (Ormocer), Cycloolefincopolymer der Firma Ticona (Topas®).In a preferred variant, the fibers according to the invention consist of the following materials: PMMA / BDK, EGDMA / TFPMA / PMMA, PFPMA / TeCA, partially fluorinated acrylates, polyisocyanourate, polydimethylsiloxane (PDMS), polyamide, polyesters, polycarbonate, BCB polycyclobutene, photobleachable polymer (Akzo) , Kompsite (Ormocer), cyclic olefin copolymer from Ticona (Topas ®).

In Bezug auf die Deckschichten ist insbesondere der Einsatz beliebiger transluzenter oder lichtdurchlässiger Polymere möglich, bevorzugt sind Florpolymere, bzw. perfluorierte Polymere. Dazu zählen beispielsweise Tetrafluorethylen-Polymer, Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer, Copolymere aus Tetrafluorethylen und perfluorierten Comonomeren, Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Polyvinylenidenfluorid-Copolymer. Darüber hinaus Polyiamid- und/oder Ethylenvinylacetat (EVA). Als Verkaufsprodukt seien Hostaflon®, Dyneon®, Makrofol® genannt.In particular, the use of any translucent or translucent polymers is possible with respect to the cover layers. Florpolymers or perfluorinated polymers are preferred. These include, for example, tetrafluoroethylene polymer, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, Copolymers of tetrafluoroethylene and perfluorinated comonomers, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-polyvinylidene fluoride copolymer. In addition, polyamide and / or ethylene vinyl acetate (EVA). As a sales product Hostaflon ® , Dyneon ® , Makrofol ® may be mentioned .

In einer besonders bevorzugten Variante besteht sowohl die Folie als auch die einzelnen Faser aus einem optisch transparenten Polymerformkörper, der unterschiedlich fluoreszierende Farbstoffe, z. B. 0,1% Perylene, Stilbene, Coumarine, Rhodamine Oxazine, Naphthalate, Perchlorate, Carbocyane, Fluoresceine, Jodide und Naphthalimide oder weitere katalogisierte fluoreszierende oder lichtstreuende Stoffe wie z. B. IR-26, IR-125, IR-140, IR-144, 151 Nile-Blau, Fluoresceine, Oxadiazole, Azaquinolone Terbium(III, IV)-oxid und Neodym(III)-oxid Sulfaflavine, Uranine, Fluorole, z. B. Kokak, Optical Products, Laser Dyes; U. Brackmann, Lambdachrome Laser Dyes, Lambda Physik GmbH, Göttingen einzeln oder als Gemische enthält und somit zu einer effektiven Absorption, Konzentration und Weiterleitung der Sonnenstrahlung führt.In a particularly preferred variant, both the film and the individual fiber consists of an optically transparent polymer molded body, the differently fluorescent dyes, for. B. 0.1% perylenes, stilbenes, Coumarine, Rhodamine oxazines, naphthalates, perchlorates, Carbocyane, fluoresceins, iodides and naphthalimides or other cataloged fluorescent or light-scattering substances such. IR-26, IR-125, IR-140, IR-144, 151 Nile Blue, fluoresceins, oxadiazoles, azaquinolone terbium (III, IV) oxide, and neodymium (III) oxide sulfaflavins, uranines, fluorols, e.g. , Kokak, Optical Products, Laser Dyes; U. Brackmann, Lambdachrome Laser Dyes, Lambda Physics GmbH, Göttingen contains individually or as mixtures and thus leads to an effective absorption, concentration and transmission of solar radiation.

Der Beleuchtungseffekt wird durch optische Einkopplung von Licht aus einer Lichtquelle an mindestens einem Ende des Beleuchtungskörpers ermöglicht. In einer bevorzugten Variante wird das Licht von beiden Seiten der Faserenden eingekoppelt, wobei dadurch die Leistungsfähigkeit der Solarzellen gesteigert wird. Die weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass die lichtleitenden Faser der nicht für die Lichteinkopplung verwendeten Enden der Faser so beschaffen sind, dass eine Totalreflexion an diesem zweiten Ende ermöglicht wird. Dies kann beispielsweise durch eine Anbrignung von Umlenkprismen oder Spiegeln an diesen Enden erfolgen.The lighting effect is made possible by optical coupling of light from a light source to at least one end of the lighting fixture. In a preferred variant, the light is coupled from both sides of the fiber ends, thereby increasing the efficiency of the solar cells. The further preferred variant provides that the light-conducting fibers of the ends of the fiber not used for the light coupling are such that a total reflection at this second end is made possible. This can be done, for example, by attaching deflecting prisms or mirrors at these ends.

Der Prinzip des erfindungsgemäßen Beleuchtungskörpers für Solarzellen beruht darauf, dass mittels einer dafür vorgesehenen Strahlungsquelle mit geeigneten optischen Eigenschaften, vorzugsweise Tageslichtkonzentratoren, (5) Streulichtkollektoren, Lichtschachtes, Lichtröhre, und/oder hochleistungs UV-LED, LED, OLED, Fieberglasprojektoren oder sonstigen Lichtquelle, wird das Licht (100) in dazugehörige flexible Lichtleiterbahnenenden (6) eingekoppelt, um in den sich auf dem Substrat befindlichen photovoltaischen und/oder photochemischen Elementen den Photoeffekt/Technische Photosynthese hervorzurufen. Die somit erzeugte elektrische Energie wird mittels entsprechenden elektrischen Leiters an den Stromabnehmer oder einen Stromspeicher (Akkumulatoren) weitergeleitet.The principle of the illumination body for solar cells according to the invention is based on the fact that by means of a radiation source provided with suitable optical properties, preferably daylight concentrators, ( 5 ) Scattered light collectors, light shaft, light tube, and / or high-power UV LED, LED, OLED, fiberglass projectors or other light source, the light ( 100 ) in associated flexible optical fiber ends ( 6 ) are coupled in order to cause the photoelectric effect / technical photosynthesis in the photovoltaic and / or photochemical elements located on the substrate. The electrical energy thus generated is forwarded by means of appropriate electrical conductor to the current collector or a power storage (accumulators).

Eine direkte Verbindung der lichtleitenden Fasern des Tageslichtkonzentrators (5) und/oder sonstiger Lichtquelle mit der Lichteinkopplungsfolie findet mittels einer erfindungsgemäßen optischen Steckverbinderleiste (7) statt, die aus mehreren zusammengefügten, zu einer Einheit gebildeten Ferullen (7a) besteht. Diese hochpräzisen Führungsrörchen bestehen aus verchromten Metall, Hartmetall, Keramik oder Kunststoff. In die Ferullen sind dann die einzelnen Faser mit der zur Faserachse rechtwinkligen Endflächen dicht nebeneinander eingebettet und bilden somit ein Gefüge. (7, Hinweis 5)A direct connection of the light-conducting fibers of the daylight concentrator ( 5 ) and / or other light source with the Lichteinkopplungsfolie found by means of an optical connector strip according to the invention ( 7 ), consisting of several assembled, one-piece ( 7a ) consists. These high-precision guide tubes are made of chrome-plated metal, carbide, ceramic or plastic. In the Ferullen then the individual fibers are embedded with the perpendicular to the fiber axis end faces close together and thus form a microstructure. ( 7 , Note 5 )

In einer besonders vorteilhaften Variante wird in die erfindungsgemäße Mehrfachsteckleiste Kleber in den Steckkörper eingebracht und dann die einzelnen Faserkerne durch die Kanäle der Ferullen geführt; anschließend wird gewartet bis der Kleber erhärtet ist. Danach werden die Fasern mittels einer Klinge angeritzt, folgend gebrochen und die Stirnfläche des Steckers plan geschliffen und poliert. Die Befestigung wird durch anaerobe Kleber oder Heissklebeverfahren durchgeführt.In a particularly advantageous variant, adhesive is introduced into the multi-connector strip according to the invention in the plug body and then guided the individual fiber cores through the channels of the Ferullen; then wait until the adhesive has hardened. Thereafter, the fibers are scratched by means of a blade, the following broken and the end face of the plug ground flat and polished. The attachment is carried out by anaerobic adhesive or hot glue method.

Die gesteckte Verbindung stellt dann eine direkte Berührung mit der sich in der in der Fassung (8) der Lichteinkopplungsfolie befindlichen Planflächen sicher. (5a) Eine andere Ausführungsform der Steckverbinderleiste sieht vor, dass lediglich die einzelnen Ferullen in die Fassung der Lichteikopplungsfolie gesteckt werden. An den für die Lichtauskopplung vorgesehenen Faserenden oder in der Fassung der Mehrfachsteckleiste können alternativ lichtstreuende optische Mikrolinsen mit Reflektorflächen angebracht, welche den Leuchteffekt zusätzlich verstärken werden (8a)The inserted connection then makes a direct contact with the one in the version ( 8th ) of the Lichteinkopplungsfolie plane surfaces safely. ( 5a Another embodiment of the connector strip provides that only the individual ferrules are inserted into the socket of the light-coupling foil. Optionally, light-scattering optical microlenses with reflector surfaces can be attached to the fiber ends provided for the light extraction or in the socket of the multiple connector strip, which will additionally reinforce the luminous effect ( 8a )

Besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Leuchtelementes ist es, dass auf diese Weise bandartige Beleuchtungselemente herstellbar sind. Aufgrund der Tatsache, dass die lichtleitenden Faser in Form von Endlosfasern erzeugt werden können, können Leuchtelemente beliebiger Länge hergestellt werden. Die Anpassung an die gewünschte Länge erfolgt dann einfach durch eine Trennung dieser Endlosfaser in Teilstücke. Beispielsweise können so Leuchtelemente mit einer Länge von 1 cm bis 1000 m hergestellt werden. Auch bezüglich der Breite gibt es grundsatzlich keine Limitierungen, so dass Leuchtelemente beispielsweise mit einer Breite von 1 bis 200 cm möglich sind.A particular advantage of the luminous element according to the invention is that ribbon-like lighting elements can be produced in this way. Due to the fact that the light-conducting fiber can be produced in the form of continuous fibers, light elements of any length can be produced. The adaptation to the desired length is then carried out simply by separating this continuous fiber into sections. For example, lighting elements with a length of 1 cm to 1000 m can be produced in this way. Also with regard to the width, there are basically no limitations, so that lighting elements are possible, for example, with a width of 1 to 200 cm.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die Tatsache, dass die Dicke der einzelnen lichtleitenden Faser und somit des gesamten Beleuchtungskörpers aufgrund der geringen Dicke der Solarzellen, im Bereich von 10 μm bis 5 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 50 μm bis 2 mm liegen kann. Die erfindungsgemäße Lichteinkopplungsfolie stellt zusammen mit den Solarzellen einen festen Verbund dar, der mindestens drei Schichten beinhaltet und dabei sowohl Eigenschaften einer Folie, als auch durch die lichtreflektierenden Deckschichten Merkmale eines planaren Wellenleiters beibehält.Particularly advantageous is the fact that the thickness of the individual light-conducting fiber and thus of the entire lighting body due to the small thickness of the solar cell, in the range of 10 .mu.m to 5 mm, more preferably in the range of 50 .mu.m to 2 mm. The Lichteinkopplungsfolie invention together with the solar cell is a solid composite, which includes at least three layers and thereby both properties of a film, as well as by the light-reflecting cover layers retains features of a planar waveguide.

In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Solarzellen aus Farbstoff- und/oder einer organischen bzw. polymeren Verbindung, die sich derzeit sehr kostengünstig herstellen lassen. Insbesondere sind hier die Polymer-Fulleren-Solarzellen, Dye-sensitized Solar Cells (DSC) und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) zu nennen.In a preferred embodiment, the solar cells consist of dye and / or an organic or polymeric compound, which can currently be produced very inexpensively. Particularly noteworthy here are the polymer fullerene solar cells, dye-sensitized solar cells (DSC) and copper indium gallium diselenide (CIGS).

Zu den Vorteilen der organischen Photovoltaik zählen eine größere Farbvielfalt, bessere Leistung bei wenig oder indirektem Licht, günstige Rohstoffe und geringes Gewicht bei gleichzeitig relativ einfacher Fertigung mit Druck- und Beschichtungssystemen, die sich in größeren Mengen produzieren lassen. Außerdem ist die OPV leicht skalierbar und erfordert einen relativ geringen Kapitaleinsatz.Among the advantages of organic photovoltaic include a greater variety of colors, better performance in low or indirect light, cheap raw materials and low weight with relatively simple production with printing and coating systems that can be produced in larger quantities. In addition, the OPV is easily scalable and requires a relatively low capital investment.

Organische Solarzellen sind noch nicht in der Lage Sonnenlicht ähnlich effizient in Strom umzuwandeln wie ihre Silizium-Konkurrenten. Während Letztere einen Wirkungsgrad von etwa 30 Prozent schaffen, kommen organische Zellen auf knapp sechs Prozent. Ihre Stärken liegen allerdings woanders: Weil sie auch teilweise transparent sind, können sie Licht durchlassen und gleichzeitig Strom produzieren.Organic solar cells are not yet able to convert sunlight into electricity as efficiently as their silicon counterparts. While the latter achieve an efficiency of about 30 percent, organic cells come to almost six percent. However, their strengths lie elsewhere: because they are also partially transparent, they can let light through and at the same time produce electricity.

Alle sonstigen Dünnschicht-Solarzellen sind auch bevorzugt. Die Solarzellen sind dann mit dem Substrat so abzustimmen, dass diese lediglich ein Teil des konzentrierten Lichtes absorbieren. Die Dicke des Substrates, die die Lichtstärke bestimmt, ist entsprechend proportional zur Eigenschaften und Beschaffenheit und Aufnahmefähigkeiten des Lichtes der verwendeten Photozellen, deren Dickschichten im Nanobereich liegen. Es ist nur noch eine Frage der Zeit, bis es völlig transparente Solarzellen entwickelt und im Zusammenspiel mit der vorliegenden Erfindung eine neue Stromversorgungsquelle darstellen werden.All other thin-film solar cells are also preferred. The solar cells are then matched with the substrate so that they absorb only a portion of the concentrated light. The thickness of the substrate, which determines the light intensity, is correspondingly proportional to the properties and composition and absorption capacity of the light of the photocells used, whose thick layers are in the nano range. It is only a matter of time until fully transparent solar cells are developed and will be a new source of power in conjunction with the present invention.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lichteikopplungsfolie besteht darin, dass sich damit bereits gut erforschte Solarzellentechnologien anwenden lassen.A further advantage of the light-coupling foil according to the invention is that already well-researched solar cell technologies can be used with it.

Das Substrat läßt sich dann leicht mit Solarzellen im Rolle-zu-Rolle-Verfahren und/oder mit Tintendruckstrahlern (Inkjet-printing) bedrucken, bedampfen, besprühen oder sonst im Siebdruckverfahren oder in einem anderen Verfahren kostengünstig beschichten.The substrate can then be easily printed with solar cells in the roll-to-roll process and / or with inkjet printers (inkjet printing), steaming, spraying or otherwise cost-effective coating by screen printing or other method.

Bei derartigen erfindungsgemäßen Lichtverteilung und Ausnutzung des Sonnenlichts mittels der bereits hochentwickelten Technologien der Tageslichtkonzentration können mehrere m2 der Solarzellen mit lediglich einem Tageslichtkonzentrator oder sonstiger Lichtquelle auf kleinstem Raum permanent und kosteneffizient beleuchtet werden. Der besondere Vorteil derartiger Solarzellen-Anordnung ist, dass sich der benötigte Platzbedarf für die Photovoltaikanwendungen erheblich verringert. Damit wird die von der Sonne ausgehende elektromagntetische Strahlung platzsparend und kostengünstig ausgenutzt.In such light distribution according to the invention and utilization of sunlight by means of the already highly developed daylight concentration technologies, several m 2 of the solar cells can be permanently and cost-effectively illuminated with only one daylight concentrator or other light source in a very small space. The particular advantage of such a solar cell arrangement is that the space required for the photovoltaic applications is significantly reduced. Thus, the emanating from the sun electromagnetic radiation is used space-saving and cost-effective.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Solarmodulen, braucht man dafür lediglich 1–2% an ursprünglicher Beleuchtungsfläche.In contrast to the conventional solar modules, you only need 1-2% of the original lighting surface.

Anführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigt.Anführungsbeispiele of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail below. In the drawing shows.

1 Erfindunggemäße Lichteikopplungsfolie 1, mit integrierten Lichtleiterbahnen 2, nahezu transparenten Solarzellen 3, lichtreflektierenden Deckschichten/Kühlkörper 4, Polymer-optischen Fasern 5, fluorierten Ummantelung 6, Mehrfachstecker 7, Mehrfachfassung 8. 1 Inventive light-coupling foil 1 , with integrated fiber optic tracks 2 , almost transparent solar cells 3 , light-reflecting cover layers / heat sink 4 , Polymer optical fibers 5 , fluorinated sheath 6 , Multiple plugs 7 , Multiple version 8th ,

1a Dieselbe Lichteikopplungsfolie jedoch nur mit einer Solarzelle. 1a However, the same photoconductive film only with a solar cell.

2 Mit quadratischer Form erfindungsgemäße Faser 1.1, mit seitlich gebildeten lichtleitenden Mikroprismen 1.1a. 2 With square shape of the invention fiber 1.1 , with laterally formed photoconductive microprisms 1.1a ,

2a Erfindungsgemäße Faser (Teilweise hohl) 2a Fiber of the Invention (Partially Hollow)

3 Ausführungsbeispiel mit drei erfindungsgemäßen Fasern, mit zur Lichtauskopplung bestimmten Mikrostrukturen. 1.1b. 3 Embodiment with three fibers according to the invention, with specific for light extraction microstructures. 1.1b ,

4 Ausführungsbeispiel der erfindunggemäßen Faser mit mikrostrukturierten, zur Lichtauskopplung bestimmten, Pyramidenstumpfen. 1.1c. 4 Embodiment of the inventive fiber with microstructured, intended for light extraction, pyramid blunting. 1.1c ,

5 Beispiel einer Lichtversorgungsquelle-Tageslichtkonzentrator. 5 Example of a light source daylight concentrator.

6 Ausführungsbeispiel der Lichteinkopplung 100. 6 Embodiment of the light coupling 100 ,

7 Erfindungsgemäße Mehrfachsteckleiste mit POF-Faser 5, 6, Gehäuse 7, Mehrfachferullen 7a. 7 Inventive Mehrfachsteckleiste with POF fiber 5 . 6 , Casing 7 , Multiple penalties 7a ,

8 Mehrfachstecker und Mehrfachfassung vor dem Einstecken. Planstelle der Lichteinkopplungsfolie 5a, in der Fassung 8. 8th Multiple plug and multiple socket before plugging. Position of the light input film 5a , in the version 8th ,

8a Erfindungsgemäße Mehrfachsteckleiste mit der in die Fassung integrierten optischen Mikrolinsen und Reflektorflächen. 8a Inventive Mehrfachsteckleiste with the integrated into the socket optical microlenses and reflector surfaces.

9 Ansicht der beiden verbundenen Teile 9 View of the two connected parts

10 Beispiel einer einfachsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Folie. Transluzentes Polymer 1, integrierte lichtleitende Bahnen 2. 10 Example of a simplest embodiment of the film according to the invention. Translucent polymer 1 , integrated photoconductive webs 2 ,

10a, 10b, 10c, 10d Die weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen lichtleitenden POF-Faser. 10a . 10b . 10c . 10d The further embodiments of the inventive light-conducting POF fiber.

11 Ausführugsbeispiel eines fertigen Einzelelementes. 11 Ausführugsbeispiel of a finished single element.

12 Ausführugsbeispiel der drei aufgestapelten Einzelelemente. 12 Ausführugsbeispiel of the three stacked individual elements.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 0507999 [0020] US 0507999 [0020]
  • US 6271510 B1 [0044] US Pat. No. 6,271,510 B1 [0044]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Photonik-Grundlagen und Komponente S. 109, von J. Jahnas [0032] Photonics Fundamentals and Component p. 109, by J. Jahnas [0032]
  • POF-Handbuch: optische Kurzstrecken-übertragungssysteme, S. 358 ff. von Olaf Ziemann, Jürgen Krauser, Peter E. Zamzow und Werner Daum [0032] POF manual: optical short-distance transmission systems, p. 358 et seq. By Olaf Ziemann, Jürgen Krauser, Peter E. Zamzow and Werner Daum [0032]
  • „Charakterisierung von Wellenleiter-Chips”, Laser-Laboratorium Göttingen e. V. vom 21.11.2008, Version 4 [0032] "Characterization of Waveguide Chips", Laser-Laboratorium Göttingen e. V. of 21.11.2008, Version 4 [0032]
  • Henning Schröder, Frank Ebling, Engelbert Strake, Andreas Himmler, „Heißgeprägte Polymerwellenleiter für elektrisch-optische Schaltungsträger (EOCB) – Technologie und Charakterisierung”, aus dem Jahr 2002 [0042] Henning Schröder, Frank Ebling, Engelbert Strake, Andreas Himmler, "Hot embossed polymer waveguides for electrical-optical circuit carriers (EOCB) - technology and characterization", from the year 2002 [0042]

Claims (16)

Solarzellen-Anordnung auf einem flächigen, eine Vielzahl länglicher, parallel zueinander angeordneter, lichtleitender Einzelelemente enthaltenden Beleuchtungskörper für die Übertragung von Licht, wobei jedes Einzelelement als lichtleitende Trennwand in den Körper integriert ist, oder mindestens eine lichtleitende Faser enthält. Das Verbundsystem weist mindestens zwei, voneinander unabhängig bestehene Deckschichten, sowie mindestens einen lichtdurchlässigen, transluzenten Polymer aus, zwischen denen Gewebe aus lichtleitenden Fasern angeordnet ist, wobei zumindest eine, vorzugsweise zwei Solarzellen, mit ihrer/ihren photoaktiven, dem Substrat zugewandten Schicht(en) aufgebracht ist/sind, und mittels der von diesem Trägermaterial ausgekoppelten Lichtstrahlen beleuchtet wird/werden.Solar cell arrangement on a flat, a plurality of elongate, parallel to each other, individual light-conducting elements containing lighting elements for the transmission of light, each individual element is integrated as a light-conducting partition in the body, or at least one light-conducting fiber. The composite system has at least two cover layers that are independent of one another, and at least one translucent, translucent polymer, between which tissue of light-conducting fibers is arranged, wherein at least one, preferably two solar cells, with its photoactive, the substrate-facing layer (s) is applied / are, and is illuminated by means of the decoupled from this carrier light beams. Solarzellen-Anordnung auf flächigen Beleuchtungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Dünnschicht-Solarzellentechnologien, insbesondere (OPV) Polymer-Fulluren-, Farbstoff-, (Dye-sensitized Solar Cells (DSC) und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) bei dieser Aufstellung eine Verwendung finden können.Solar array on flat lighting fixture according to claim 1, characterized in that all thin-film solar cell technologies, in particular (OPV) polymer fullerene, dye, (Dye-sensitized solar cells (DSC) and copper indium gallium diselenide (CIGS ) can be used in this list. Solarzellen-Anordnung auf flächigen Beleuchtungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente aufeinander gestapelt sind und eine sandwichartige Struktur darstellen. (12)Solar cell array on flat lighting fixture according to claim 1, characterized in that the elements are stacked on each other and constitute a sandwich-like structure. ( 12 ) Solarzellen-Anordnung auf flächigen Beleuchtungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente in einem Band, als eine Rolle vorliegen.Solar cell arrangement on flat lighting fixture according to claim 1, characterized in that the elements are present in a band, as a roll. Beleuchtungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial unter Zugabe von fluoreszierenden Farbstoffen: 0,1% Perylene, Stilbene, Coumarine, Rhodamine, Oxazine, Naphthalate, Perchlorate, Carbocyane, Fluoresceine, Jodide und Naphthalimide oder weiteren katalogisierten fluoreszierenden oder lichtstreuenden Stoffen wie beispielsweise IR-26, IR-125, IR-140, IR-144, 151 Nile-Blau, Fluoresceine, Oxadiazole, Azaquinolone, Terbium(III, IV)-oxid und Neodym(III)-oxid Sulfaflavine, Uranine, Fluorole, z. B. Kokak, Optical Products, Laser Dyes hergestellt wird.Lighting body according to claim 1, characterized in that the carrier material with the addition of fluorescent dyes: 0.1% perylenes, stilbenes, coumarins, rhodamines, oxazines, naphthalates, perchlorates, carbocyanines, fluoresceins, iodides and naphthalimides or other cataloged fluorescent or light scattering substances such as IR-26, IR-125, IR-140, IR-144, 151 Nile blue, fluoresceins, oxadiazoles, azaquinolones, terbium (III, IV) oxide and neodymium (III) oxide. Sulfaflavines, uranines, fluorols, e.g. Kokak, Optical Products, Laser Dyes. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäßen lichtleitenden Faser eine Bauform und Querschnitt eines: Rechteckes, Quadrates, Dreiecks, Trapezes, Raute und Halbkreises aufweisen.Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that the light-conducting fiber according to the invention have a design and cross-section of a: rectangle, square, triangle, trapezoid, rhombus and semicircle. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäßen lichtleitenden Faser an den unteren und oberen Flächen, mikrostrukturierte Störstellen und/oder Oberflächendeffekte zur Unterbindung der Bedingungen der Totaleflexion aufweisen, die für das Licht als Austrittstellen vorgesen sind.Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that the light-conducting fiber according to the invention on the lower and upper surfaces, microstructured impurities and / or Oberflächendeffekte to prevent the conditions of total reflection, which are vorgesen for the light as exit points. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäßen lichtleitenden Faser aus Glas, organischen Glas, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polydimethylsiloxan (PDMS), Polystyrol, PMMA/BDK, EGDMA/TFPMA/PMMA, PFPMA/TeCA, Teilfluorierte Acrylate, Polyisocyanourat, Polyiamid, Polysteren, Polycarbonat, BCB Polycylobuten, Photobleachable Polymer (Akzo), Kompsite (Ormocer), Cycloolefincopolymer der Firma Ticona (Topas®) bestehen.Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that the light-conducting fiber according to the invention consists of glass, organic glass, polymethylmethacrylate (PMMA), polydimethylsiloxane (PDMS), polystyrene, PMMA / BDK, EGDMA / TFPMA / PMMA, PFPMA / TeCA, partially fluorinated acrylates, Polyisocyanurate, polyamide, polyesters, polycarbonate, BCB Polycylobuten, Photobleachable polymer (Akzo), Kompsite (Ormocer), cycloolefin of the company Ticona (Topas ® ) consist. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäßen lichtleitenden Faser unter Zugabe von fluoreszierenden Farbstoffen: 0,1% Perylene, Stilbene, Coumarine, Rhodamine, Oxazine, Naphthalate, Perchlorate, Carbocyane, Fluoresceine, Jodide und Naphthalimide oder weiteren katalogisierten fluoreszierenden Stoffen wie z. B. IR-26, IR-125, IR-140, IR-144, 151 Nile-Blau, Fluoresceine, Oxadiazole, Azaquinolone, Terbium(III, IV)-oxid und Neodym(III)-oxid Sulfaflavine, Uranine, Fluorole, z. B. Kokak, Optical Products, Laser Dyes, hergestellt werden.Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that the light-conducting fiber according to the invention with the addition of fluorescent dyes: 0.1% perylenes, stilbenes, coumarins, rhodamines, oxazines, naphthalates, perchlorates, carbocyanines, fluoresceins, iodides and naphthalimides or other cataloged fluorescent substances such. IR-26, IR-125, IR-140, IR-144, 151 Nile Blue, fluoresceins, oxadiazoles, azaquinolones, terbium (III, IV) oxide and neodymium (III) oxide sulfaflavins, uranines, fluorols, z. Kokak, Optical Products, Laser Dyes. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäßen lichtleitenden Faser eine Querschnitt von 9 μm bis 5 mm, insbesondere 15 μm bis 2 mm aufweisen.Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that the light-conducting fiber according to the invention have a cross section of 9 microns to 5 mm, in particular 15 microns to 2 mm. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Lichteikopplungsfolie eine Dicke von 20 μm bis 5 mm, insbesondere 30 μm bis 3 mm aufweist.Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that the light-coupling foil according to the invention has a thickness of 20 microns to 5 mm, in particular 30 microns to 3 mm. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Lichteinkopplungsfolie eine Breite von 1 mm bis 250 cm, insbesondere von 1 cm bis 100 cm aufweist.Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that the Lichteinkopplungsfolie invention has a width of 1 mm to 250 cm, in particular from 1 cm to 100 cm. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Lichteinkopplungsfolie eine Länge von 5 cm bis 1000 m aufweist.Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that the Lichteinkopplungsfolie invention has a length of 5 cm to 1000 m. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fertigen Elemente einlaminiert und anschliessend hermetisch verkapselt werden. Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that the finished elements are laminated and then hermetically encapsulated. Beleuchtungskörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine, vorzugsweise zwei Stirnseiten der Folie an einem optischen Verbinder zusammengeführt und an eine Lichtquelle ankoppelbar ist/sind.Lighting fixture according to one of the preceding claims, characterized in that at least one, preferably two end faces of the film are brought together on an optical connector and can be coupled to a light source / are. Beleuchtungskörper nach einem der vorgehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die angekoppelte Lichtquelle vorzugsweise aus Tageslichtkonzentratoren (5), Streulichtkollektoren, Hohllichtleitern (Lichtschachten, Lichtröhren), und/oder hochleistungs UV-LED, LED, OLED, Fieberglasprojektoren oder sonstigen künstlich erzeugten Strahlungsquelle stammt.Lighting body according to one of the preceding claims, characterized in that the coupled light source preferably from daylight concentrators ( 5 ), Scattered light collectors, hollow fiber optics (light wells, light tubes), and / or high-power UV LED, LED, OLED, fiberglass projectors or other artificially generated radiation source comes.
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