EP1186057A1 - Generateurs photovoltaiques a cascade lumineuse et variation de flux electromagnetique - Google Patents

Generateurs photovoltaiques a cascade lumineuse et variation de flux electromagnetique

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EP1186057A1
EP1186057A1 EP00920845A EP00920845A EP1186057A1 EP 1186057 A1 EP1186057 A1 EP 1186057A1 EP 00920845 A EP00920845 A EP 00920845A EP 00920845 A EP00920845 A EP 00920845A EP 1186057 A1 EP1186057 A1 EP 1186057A1
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matrix
photovoltaic
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generator according
photovoltaic generator
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Philippe Gravisse
Gilles Destremau
Marc Schiffmann
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    • Y10S136/00—Batteries: thermoelectric and photoelectric
    • Y10S136/291—Applications

Definitions

  • the present invention relates to the field of photovoltaic conversion.
  • Electric generators comprising photovoltaic cells are known in the prior art. These cells are formed by semiconductor barriers delivering an electrical signal depending on the light intensity illuminating their surface. Various works have been carried out to improve the yield of such cells.
  • a first series of works concerns the improvement of the cells themselves, by the production of monocrystalline cells for example. These improvements result in cells whose manufacturing cost is extremely high.
  • US patent US5813238 also describes a solar collector having long-lasting fluorescent properties comprising a polymer matrix, a dye, and a stabilizer.
  • the polymer matrix is composed of polycarbonate and the dye is chosen from the group consisting essentially of thioxanthone, perylene imide and / or thioindigoide compounds.
  • This patent proposes also to position reflective elements so that the collected sunlight can be directed to a solar cell.
  • US Patent US4367367 describes a collector adapted to concentrate solar energy on a photoelectric cell comprising at least one fluorescent dopant. The cell is fixed to an edge of the collector, which is coated with a reflective coating.
  • the US patent US4395582 also describes a solar converter comprising a substrate doped with photoactive combinations called “light cascades”, to improve the quality of the light spectrum illuminating the photoelectric cells.
  • the object of the invention is to provide an improved photovoltaic generator, having a high efficiency for a small footprint.
  • the invention relates, in its most general sense, to a photovoltaic generator comprising at least one photovoltaic cell and a transparent matrix deposited with at least one optically active material having an absorption wavelength ⁇ a and a length d re-emission wave ⁇ r , the optically active material being chosen so that ⁇ a corresponds to a range of lower sensitivity of the photovoltaic cell than ⁇ r , the matrix comprising a reflective coating, characterized in that the matrix present on the surface input a dichroic filter substantially reflecting wavelengths greater than about 950 nm, and substantially transparent for wavelengths less than 950 nm, and on the surface opposite to the input surface a reflective coating for the lengths wave greater than 400 nm, the photovoltaic cell being included in the transparent matrix.
  • the matrix is formed by a strip of polymethyl methacrylate doped with light cascades.
  • the entry surface of the matrix is coated with an interference layer having a maximum transmission rate for wavelengths between 330 and 900 nm and a maximum reflection rate for wavelengths greater than 950 nm.
  • the surface opposite to the entry surface of the matrix is coated with a diffusing reflecting layer having a maximum reflection rate for wavelengths between 300 and 600 nm, a rate of significant absorption for wavelengths of the order of 600 nm and a significant diffusion rate for wavelengths of approximately 950 nm.
  • the lateral zones of the matrix are coated with a reflecting layer.
  • the generator according to the invention comprises a plurality of photovoltaic cells arranged in planes substantially perpendicular to the input surface.
  • the invention will be better understood on reading the description which follows, referring to the appended drawings where: the single figure represents a perspective view of a second embodiment.
  • the single figure shows a sectional view of a generator according to the invention. It consists of a rectangular block (1) forming a transparent polymethyl methacrylate (PMMA) matrix.
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • These light cascades have the effect of mainly absorbing the wavelengths corresponding to the ranges of low sensitivity of the photovoltaic cells, and of high energy of the solar spectrum, and of shifting the energy towards wavelengths corresponding to ranges of high sensitivity of photovoltaic cells.
  • absorption takes place between 360 and 600 nm
  • re-emission takes place around 600 nm.
  • the input surface (2) of the matrix is coated with a dichroic interference filter reflecting radiation of wavelength greater than 950 nm, and transparent for wavelengths between 330 nm and 900 nm.
  • the opposite surface (3) as well as the lateral faces (4, 5, 6) are coated with a white reflector having an absorption peak around 600 nm and a reemission peak around 950 nm.
  • the matrix (1) also comprises a plurality of photovoltaic cells (7) arranged in planes (8 to 10) perpendicular to the entry surface (2).
  • the cells are encapsulated in the matrix at the time of manufacture.
  • Such a configuration makes it possible to increase the efficiency of the generator by a factor of 11 compared to a generator according to the state of the art, having an identical input surface.
  • the ratio between the input surface SI and the cumulative surface S2 of the photovoltaic cells is of the order of 100.
  • the cells are glued to certain lateral faces of the parallelepiped block.
  • This dopant may be, for example, a rare earth, in particular a rare earth oxysulfide, and more particularly the product sold under the trade name of "LUMILUX Green UCZ" or the product "LUMILUX IR CD 142" from the company RIEDEL from HA ⁇ N.

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Abstract

La présente invention concerne un générateur photovoltaïque comportant au moins une cellule photovoltaïque et une matrice transparente déposée avec au moins un matériau optiquement actif présentant une longueur d'onde d'absorption μa et une longueur d'onde de réémission μr, le matériau optiquement actif étant choisi de sorte que μa corresponde à une plage de moindre sensibilité de la cellule photovoltaïque que μr, la matrice comportant un revêtement réfléchissant. La matrice présente sur la surface d'entrée un filtre dichroïque sensiblement réfléchissant les longueurs d'onde supérieures à 950 nm environ, et sensiblement transparent pour les longueurs d'onde inférieures à 950 nm, et sur la surface opposée à la surface d'entrée un revêtement réflecteur pour les longueurs d'onde supérieures à 400 nm, la cellule photovoltaïque étant incluse dans la matrice transparente.

Description

GENERATEURS PHOTOVOLTAIQUES A CASCADE LUMINEUSE ET VARIATION DE FLUX ELECTROMAGNETIQUE.
La présente invention concerne le domaine de la conversion photovoltaïque.
On connaît dans l'état de la technique des générateurs d'électricité comportant des cellules photovoltaïques . Ces cellules sont constitués par des barrières semi-conductrices délivrant un signal électrique fonction de l'intensité lumineuse éclairant leur surface. Divers travaux ont été menés pour améliorer le rendement de telles cellules.
Une première série de travaux concerne l'amélioration des cellules elles-mêmes, par la réalisation de cellules mono-cristallines par exemple. Ces améliorations aboutissent à des cellules dont le coût de fabrication est extrêmement élevé.
Une autre série de travaux a porté sur l'amélioration des conditions d' éclairement des cellules, notamment par des techniques de conversion du spectre solaire afin d'adapter de façon optimale le rayonnement lumineux agissant sur les cellules, à la courbe de sensibilité de ces cellules. Le brevet américain US4, 110,123 décrit par exemple un dispositif de conversion photovoltaïque comportant un support dopé avec des matériaux fluorescents.
Le brevet américain US5813238 décrit également un capteur solaire présentant les propriétés fluorescentes durables comportant une matrice polymère, un colorant, et un stabilisateur. La matrice polymère est composée de polycarbonate et le colorant est choisi parmi le groupe consistant essentiellement en thioxanthone, imide de perylene et/ou composés de thioindigoide. Ce brevet propose également de positionner des éléments réfléchissants de sorte que la lumière du soleil rassemblée puisse être dirigée vers une pile solaire.
Le brevet américain US4367367 décrit un collecteur adapté pour concentrer l'énergie solaire sur une cellule photoélectrique cellule comportant au moins un dopant fluorescent. La cellule est fixée sur un bord du collecteur, qui est revêtu par une enduction réfléchissante. Le brevet américain US4395582 décrit également un convertisseur solaire comportant un substrat dopé avec des combinaisons photoactives dénommées « cascades lumineuses », pour améliorer la qualité du spectre lumineux éclairant les cellules photoélectriques. Le but de l'invention est de proposer un générateur photovoltaïque amélioré, présentant un rendement élevé pour un encombrement faible .
A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un générateur photovoltaïque comportant au moins une cellule photovoltaïque et une matrice transparente déposée avec au moins un matériau optiquement actif présentant une longueur d'onde d'absorption λa et une longueur d'onde de réémission λr, le matériau optiquement actif étant choisi de sorte que λa corresponde à une plage de moindre sensibilité de la cellule photovoltaïque que λr, la matrice comportant un revêtement réfléchissant, caractérisé en ce que la matrice présente sur la surface d'entrée un filtre dichroïque sensiblement réfléchissant les longueurs d'onde supérieures à 950 nm environ, et sensiblement transparent pour les longueurs d'onde inférieures à 950 nm, et sur la surface opposée à la surface d'entrée un revêtement réflecteur pour les longueurs d'onde supérieures à 400 nm, la cellule photovoltaïque étant incluse dans la matrice transparente . Avantageusement, la matrice est formée par une lame de polyméthacrylate de éthyl dopé avec des cascades lumineuses .
De préférence, la surface d'entrée de la matrice est revêtue d'une couche interférentielle présentant un taux de transmission maximum pour des longueurs d'onde comprises entre 330 et 900 nm et un taux de réflexion maximum pour des longueurs d'onde supérieures à 950 nm. Selon un mode de réalisation préféré, la surface opposée à la surface d'entrée de la matrice est revêtue d'une couche reflectrice diffusante présentant un taux de réflexion maximum pour des longueurs d'onde comprises entre 300 et 600 nm, un taux d'absorption important pour des longueurs d'onde de l'ordre de 600 nm et un taux de diffusion important pour des longueurs d'onde d'environ 950 nm.
Selon un mode de réalisation particulier, les zones latérales de la matrice sont revêtues d'une couche reflectrice.
Selon un mode de réalisation préféré, le générateur selon l'invention comporte une pluralité de cellules photovoltaïques disposées selon des plans sensiblement perpendiculaires à la surface d'entrée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés où : la figure unique représente une vue en perspective d'un deuxième exemple de réalisation. La figure unique représente une vue en coupe d'un générateur selon l'invention. Il est constitué par un bloc parallélépipédique (1) formant une matrice en polyméthacrylate de méthyl (PMMA) transparent. Cette matrice (1) est dopée avec des cascades lumineuses, terme désignant des compositions associant plusieurs matériaux optiquement actifs et présentant un décalage important entre la longueur d'onde d'absorption et la longueur d'onde de réémission. Ces cascades lumineuses ont pour effet d'absorber principalement les longueurs d'onde correspondant aux plages de faible sensibilité des cellules photovoltaïques, et de forte énergie du spectre solaire, et de déplacer l'énergie vers des longueurs d'onde correspondant à des plages de forte sensibilité des cellules photovoltaïques.
À titre d'exemple, l'absorption s'effectue entre 360 et 600 nm, et la réémission s'effectue vers 600 nm.
La surface d'entrée (2) de la matrice est revêtue d'un filtre interférentiel dichroïque réfléchissant les rayonnements de longueur d'onde supérieure à 950 nm, et transparent pour les longueurs d'onde comprises entre 330 nm et 900 nm.
La surface opposée (3) ainsi que les faces latérales (4, 5, 6) sont revêtues d'un réflecteur blanc présentant un pic d'absorption vers 600 nm et un pic de réémission vers 950 nm.
La matrice (1) comprend par ailleurs une pluralité de cellules photovoltaïques (7) disposés dans des plans (8 à 10) perpendiculaires à la surface d'entrée (2).
Les cellules sont encapsulées dans la matrice au moment de la fabrication. Une telle configuration permet d'augmenter l'efficacité du générateur d'un facteur de 11 par rapport à un générateur selon l'état de la technique, présentant une surface d'entrée identique.
Le rapport entre la surface d'entrée SI et la surface cumulée S2 des cellules photovoltaïques est de l'ordre de 100. Selon une variante, les cellules sont collées sur certaines faces latérales du bloc parallélépipédique.
Il peut également être avantageux d'incorporer dans le revêtement de la face opposée à la surface d'illumination un dopant anti-stoke permettant de pomper la lumière dans la bande spectrale 1,4 à 1,6 micromètres et de réémettre dans le visible, par exemple entre 550 et 660 nanomètres . Ce dopant pourra être à titre d'exemple une terre rare, notamment un oxysulfide de terre rare, et plus particulièrement le produit commercialisé sous le nom commercial de "LUMILUX Green UCZ" ou le produit "LUMILUX IR CD 142" de la société RIEDEL de HAËN.
L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple non limitatif.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Générateur photovoltaïque comportant au moins une cellule photovoltaïque et une matrice transparente déposée avec au moins un matériau optiquement actif présentant une longueur d'onde d'absorption λa et une longueur d'onde de réémission λr, le matériau optiquement actif étant choisi de sorte que λa corresponde à une plage de moindre sensibilité de la cellule photovoltaïque que λr, la matrice comportant un revêtement réfléchissant, caractérisé en ce que la matrice présente .sur la surface d'entrée un filtre dichroïque sensiblement réfléchissant les longueurs d'onde supérieures à 950 nm environ, et sensiblement transparent pour les longueurs d'onde inférieures à 950 nm, et sur la surface opposée à . la surface d'entrée un revêtement réflecteur pour les longueurs d'onde supérieures à 400 nm, la cellule photovoltaïque étant incluse dans la matrice transparente.
2 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que la matrice est formée par une lame de polyméthacrylate de méthyl dopé avec des cascades lumineuses .
3 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la surface d'entrée de la matrice est revêtue d'une couche interférentielle présente un taux de transmission maximum pour des longueurs d'onde comprises entre 330 et 900 nm et un taux de réflexion maximum pour des longueurs d'onde supérieures à 950 nm.
4 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que la surface opposée à la surface d'entrée de la matrice est revêtue d'une couche reflectrice diffusante présentant un taux de réflexion maximum pour des longueurs d'onde comprises entre
300 et 600 nm, un taux d'absorption important pour des longueurs d'onde de l'ordre de 600 nm et une réémission diffuse importante pour des longueurs d'onde d'environ 950 nm.
5 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que les zones latérales de la matrice sont revêtues d'une couche reflectrice.
6 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de cellules photovoltaïques disposées selon des plans sensiblement perpendiculaires à la surface d'entrée.
7 - Générateur photovoltaïque selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rapport entre la surface d'entrée SI et la surface cumulée S2 des cellules photovoltaïques est de l'ordre de 100.
8 - Générateur photovoltaïque selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que la face opposée à la surface d'illumination soit revêtue par un dopant anti-stoke permettant de pomper la lumière dans la bande spectrale 1,4 à 1,6 micromètres et de réémettre dans le visible, par exemple entre 550 et 660 nano ètres .
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