DE2620115A1 - Solar cell converting light into electric power - has light concentrator with fluorescent centres in transparent layer with specified refractive index - Google Patents

Solar cell converting light into electric power - has light concentrator with fluorescent centres in transparent layer with specified refractive index

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Abstract

The solar light radiation energy is converted into electric power by a device, in which the solar radiation (2) is collected in a transparent layer. The latter refractive index is higher than that of the surrounding medium. The layer, intended for concentration of the solar radiation, has fluorescence centres. The concentrated light is applied to a known solar cell (7). Pref. the surface of the concentrator layer (1) is 10-2000 times greater than that of the solar cell. The solar cell may be of semiconductor type and may be tuned to the wavelength, emitted by the fluorescence centres, in relation to the depth of its pn-junction, doping profile, its anti-reflection layer and width of the blocked band.

Description

Vorriobtung zur Umwandlung von Liohtenergie in elektrisobePriority for converting Liohtenergie in elektrisobe

Energie Die Erfindung bezieht sioh auf Vorrichtungen zur Umwandlung von Liobtenergle in elektrisobe Energie und ist in den Patentansprüchen besohrieben. Mit der erfindungsgemäßen Vorriobtung kann Sonnenenergie wesentlioh effektiver und billiger in elektrisobe Energie umgewandelt werden. Energy The invention relates to devices for conversion von Liobtenergle in electrical energy and is described in the claims. With the priority according to the invention, solar energy can be significantly more effective and can be converted cheaper into electrical energy.

Stand der Technik Die Energieerzeugung mit Solarzellen hat bisher das erhoffte Potential noch nicht erreicht, da physikalische und technische Probleme dieses verhinderten. Diese sind: 1. Qualitativ gute Solarzellen sind in der Herstellung bei weitem zu teuer, um große Flächen damit bedecken zu können.State of the art The generation of energy with solar cells has so far the hoped-for potential has not yet been achieved due to physical and technical problems prevented this. These are: 1. High-quality solar cells are being manufactured far too expensive to cover large areas with it.

2. Der Wirkungsgrad der Solarzellen ist gering. Sehr gute Siliziumsolarzellen haben heute einen Wirkungsgrad von 12 Olo, GaAs-Solarzellen erreichen bis zu 18 So, sind aber viel zu teuer.2. The efficiency of the solar cells is low. Very good silicon solar cells today have an efficiency of 12 Olo, GaAs solar cells reach up to 18 So, but they are way too expensive.

Eine Zusammenfassung über den Stand der Technik und insbesondere eine Übersicht über bisherige Konzentratorkonzepte und Wirtschaftlichkeit der Konzentration ist enthalten in: Proceedings of the Symposium on Films for Solar Energy veröffentlicht in: Journal of Vacuum Science and Technology 12, Sep/Oct. 1975.A summary of the state of the art and in particular a Overview of previous concentrator concepts and efficiency of concentration is contained in: Proceedings of the Symposium on Films for Solar Energy published in: Journal of Vacuum Science and Technology 12, Sep / Oct. 1975.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Lichtkonzentration zur Anwendung bei Anzeige systemen.Brief Description of the Drawings Fig. 1 Cross section through a device for light concentration for use in display systems.

Fig. 2 Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Lichtkonzentration für die Anwendung bei Solarzellen.Fig. 2 cross section through a device for concentrating light for the application in solar cells.

Fig. 3 Lichtkonzentrator für Solarzellen mit Lichtauskoppelung an nichtverspiegelten Stirnflächen.Fig. 3 light concentrator for solar cells with light decoupling on non-mirrored end faces.

Fig. 4 Mehrschichtanordnung von Lichtkonzentratoren mit hintereinander geschalteten Konzentratoren und Solarzellen.4 multi-layer arrangement of light concentrators with one behind the other switched concentrators and solar cells.

Fig. 5 Lichtkonzentratoranordnung mit Licht auskoppelung an nichtverspiegelten Stirnflächen und voller Flächennutzung.Fig. 5 light concentrator arrangement with light decoupling at non-mirrored Frontal areas and full use of space.

Fig. 6 Lichtkonzentratoranordnung mit Lichtauskoppelung über gekrümmtE Ansätze zur 90°0 gekrümmtE- Lichtumlenkung.Fig. 6 light concentrator arrangement with light decoupling via curved E. Approaches for 90 ° 0 curved E light deflection.

Fig. 7 a Zweischichtanordnung von Lichtkonzentratoren von oben (Fig. 7 a) und b und im Querschnitt (Fig. 7 b) gesehen.Fig. 7 a two-layer arrangement of light concentrators from above (Fig. 7 a) and b and seen in cross section (Fig. 7 b).

Fig. 8 Lichtauskoppelung über Krümmeransatz und Anpassung der Auskopplungsstruktur auf die Leiterbahn-Struktur der Solarzelle.8 light decoupling via the bend attachment and adaptation of the decoupling structure on the conductor track structure of the solar cell.

Fig 9 Zweischichtanordnung von Lichtkonzentratoren mit zusätzlicher Absorberschicht für Infrarot-Strahlung.9 two-layer arrangement of light concentrators with additional Absorber layer for infrared radiation.

Fig. 10 Zweischichtenanordnung von Lichtkonzentratoren mit unterschiedlich großer Lichtkonzentrierung.10 two-layer arrangement of light concentrators with different great concentration of light.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung In den hier vorgeschlagenen Vorrichtungen sollen die genannten Nachteile wesentlich reduziert werden. Es wird dabei ausgegangen vom Prinzip der Lichtkonzentration, wie es in der deutschen Patentanmeldung P 2554226. 1 vom 2. 12. 1975 zur Anwendung bei Anzeigesystemen vorgeschlagen wird (siehe Fig. 1). Dabei wird Licht (2) in einer wenige Millimeter dicken Kunststoffplatte (1) aus transparentem Grundmaterial (wie z.B. B.Plexiglas) durch eingelagerte Fluoreszenzzentren in einen engen Wellenlängenbereich konzentriert. Das Fluoreszenzlicht (3) bleibt größtenteils durch Totalreflexion in der Kunststoffplatte. Der nicht totalreflektierte Anteil V beträgt (n Brechungsindex des Kunststoffgrundmaterials; für Plexiglas: n = 1, 49 ; V = 25 %) An den Stirnflächen (4) ist die Platte verspiegelt, sodaß kein Licht austreten kann. An der gewünschten Stelle wird das Licht durch Umlenkung an einer geeigneten Strukturierung, z.B. B.eine verspiegelte Kerbe (5), entnommen. In Fig. 1 bedeutet (6) das Anzeigesystem, das als steuerbares Lichttor wirkt.Detailed description of the invention In the devices proposed here, the stated disadvantages are to be reduced significantly. It is based on the principle of light concentration, as proposed in German patent application P 2554226.1 of December 2, 1975 for use in display systems (see FIG. 1). Light (2) is concentrated in a few millimeters thick plastic plate (1) made of a transparent base material (such as e.g. plexiglass) into a narrow wavelength range by embedded fluorescence centers. Most of the fluorescent light (3) remains in the plastic plate due to total reflection. The part V that is not totally reflected is (n refractive index of the plastic base material; for Plexiglas: n = 1.49; V = 25%) The plate is mirrored on the end faces (4) so that no light can escape. At the desired point, the light is removed by deflecting it at a suitable structure, e.g. a mirrored notch (5). In Fig. 1, (6) means the display system which acts as a controllable light gate.

Es wird hier nun vorgeschlagen, einen solchen Lichtkonzentrator mit einer Solarzelle zu kombinieren, was zu erheblichen Vorteilen führt. Eine Abschätzung und auch das Experiment ergibt, daß etwa 75 % des einfallenden Lichtes konzentriert an einer beliebigen Stelle der Platte entnommen werden können. Eine Einschränkung ist dabei, daß die Längendimensionen der Platte unterhalb der Absorptionslänge des Fluoreszenzlichts (Größenordnung Meter leicht erreichbar) bleiben muß. Eine einfache Ausführungsform zeigt Fig. 2. Sonnenlicht (2) wird im Lichtkonzentrator (1) absorbiert und mit annähernd 100 SOiger Quantenausbeute in Fluoreszenzlicht (3) umgesetzt und an den verspiegelten Kerben (5) umgelenkt, so daß es die Platte verläßt und auf die Solarzelle (7) auftrifft, wo es in elektrische Energie umgesetzt wird. Ein weitere sehr effektive Ausführungsform zeigt Fig. 3. Der plattenförmige Lichtkonzentrator (1) ist an 2 Stirnflächen (4) verspiegelt und an den übrigen 2 Stirnflächen unverspiegelt. An den unverspiegelten Stirnflächen tritt das Fluoreszenzlicht aus und trifft auf die Solarzellen (7).It is now proposed here to use such a light concentrator to combine a solar cell, which leads to considerable advantages. An estimate and the experiment also shows that about 75% of the incident light is concentrated can be removed at any point on the plate. A restriction is that the length dimensions of the plate below the absorption length of the Fluorescent light (order of magnitude meters easily accessible) must remain. A simple one Embodiment shows Fig. 2. Sunlight (2) is in the light concentrator (1) absorbed and with a quantum yield of approximately 100% in fluorescent light (3) implemented and redirected to the mirrored notches (5) so that it is the plate leaves and impinges on the solar cell (7), where it is converted into electrical energy will. Another very effective embodiment is shown in FIG. 3. The plate-shaped Light concentrator (1) is reflective on 2 end faces (4) and on the other 2 Front surfaces not mirrored. The fluorescent light occurs on the non-mirrored end faces and hits the solar cells (7).

Die Anwendung eines solchen Konzentrators bringt zunächst erhebliche Verbilligung des gesamten Energieumwandlungssystems, da die Fläche der Solarzelle um einen Faktor 10 bis 2000 kleiner sein kann als die Energieauffangfläche. Die Kunststoffplatte ist erheblich billiger als die Solarzelle. Daher kann man mit optimalen Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad arbeiten.The use of such a concentrator initially brings considerable benefits The entire energy conversion system is cheaper because of the area of the solar cell can be a factor of 10 to 2000 smaller than the energy-collecting area. the Plastic sheet is considerably cheaper than the solar cell. Therefore one can with optimal Solar cells work with high efficiency.

Der Lichtkonzentrator bringt aber auch physikalisch-technische Vorteile mit sich, die es gestatten, den Wirkungsgrad über den der besten normalen Solar zellen hinaus zu steigern. Diese Vorteile sollen im folgenden ausgeführt werden.The light concentrator also has physical and technical advantages with it that allow the efficiency above that of the best normal solar cells to increase. These advantages are outlined below.

1. Optimierung der Solarzelle für einen engen Wellenlängenbereich Da das Fluoreszenzlicht in einem engen Wellenlängbereich (typische Halbwertsbreite 40 Nanometer) angeboten wird, kann die Solarzelle ge#nau dafür ausgelegt und optimiert werden. Das bezieht sich auf Tiefe des p-nübergangs Antireflexschichten und insbesondere auf die Breite des verbotenen Bandes des Halbleiters. Die Optimierung kann sich auch auf geometrische Anpassung der Au skopplungs struktur auf die Leiterbahn-Struktur der Solarzelle beziehen. Solarzellen müssen Leiterbahnen auf der Oberfläche haben, da die dünnen Oberflächenschichten des Halbleiters trotz hoher Dotierung nicht genügend Leitfähigkeit haben. Diese metallisierten Flächen fallen für die Lichtkollektion aus. Nach Fig. 8 können die Leiterbahnen von der Bestrahlung ausgespart werden und daher optimal dimensioniert werden. Dazu wird auf die Fluoreszenzlicht-Austrittsiläche des Lichtkonzentrators eine Spiegelstruktur (9) aufgebracht, die genau der Leiterbahnstruktur (8) auf der Solarzelle (7) entspricht. Die Fluoreszenzlicht-Austrittsfläche und die Solarzelle werden dann über einen geeigneten Film (10) so miteinander in optischen Kontakt gebracht, daß sich die Strukturen (8) und (9) überdecken.1. Optimization of the solar cell for a narrow wavelength range Since the fluorescent light is in a narrow wavelength range (typical half width 40 nanometers) is offered, the solar cell can be designed and optimized precisely for it will. This relates to the depth of the p-n junction and anti-reflective layers in particular to the breadth of the forbidden Ribbon of semiconductor. The optimization can also rely on the geometric adaptation of the coupling structure to the conductor track structure refer to the solar cell. Solar cells must have conductor tracks on the surface, because the thin surface layers of the semiconductor are insufficient despite high doping Have conductivity. These metallized surfaces fall for the lighting collection the end. According to FIG. 8, the conductor tracks can be left out of the irradiation and therefore be optimally dimensioned. For this purpose, the fluorescent light exit surface of the light concentrator, a mirror structure (9) is applied that exactly matches the conductor track structure (8) on the solar cell (7) corresponds. The fluorescent light exit surface and the solar cells are then optically connected to one another via a suitable film (10) Brought into contact that the structures (8) and (9) overlap.

2. Wirksamkeit der Vorrichtung auch für diffuses Tageslicht Der Konzentrator ist auch für diffuses Licht voll empfindlich. Es sind z. B.2. Effectiveness of the device also for diffuse daylight The concentrator is also fully sensitive to diffuse light. There are z. B.

Anordnungen bekannt, wo Sonnenlicht mit Hilfe von Spiegeln auf Solarzellen hoher Effizienz konzentriert wird. Diese haben den Nachteil, daß die Spiegel dauernd auf die Sonne ausgerichtet werden müssen, so daß dieses Prinzip nur bei klarem Himmel funktioniert. Es ist ebenfalls bekannt, daß bei diffusem Lichteinfall und leicht bedecktem Himmel die Energieeinstrahlung nur sehr wenig reduziert ist, jedoch ungerichtet auftritt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sie bei diffusem Licht voll wirksam bleibt und außerdem keine aufwendige Nachführung erfordert. Arrangements known where sunlight using mirrors on solar cells high efficiency is concentrated. These have the disadvantage that the mirrors are permanent Must be aligned to the sun, so this principle only applies when the sky is clear functions. It is also known that with diffuse incidence of light and easily under overcast skies the energy radiation is only slightly reduced, but is non-directional occurs. The device according to the invention has the advantage that it is diffuse at diffuse Light remains fully effective and, moreover, does not require complex tracking.

3. Wirksame Ausnutzung des Energieinhalts des Sonnenlichts Herkömmliche Solarzellen haben den Nachteil, daß die volle Energie der Lichtquanten nicht ausgenutzt werden kann, da bei allen Photonen mit höherer Energie als der des verbotenen Bandes des Halbleitermateriais diese Überschußenergie nicht in elektrische Energie umgewandelt wird, sondern als Wärme verlorengeht. Silizium z. B. hat eine Bandbreite von 1, 1 eV. Das Maximum des Sonnenlichts liegt aber bei 2, 58 eV. Pro Photon wird unabhängig von dessen ursprünglicher Energie nur etwa 1 eV umgesetzt, was quantitativ bedeutet, daß in einer Silizium-Zelle etwa 40 % der Energie auf diese Weise nicht ausgenutzt wird. Es existieren Vorschläge, wie man den Wirkungsgrad durch Verwendung einer Solarzelle mit variablen Bandabstand oder durch Heteroübergänge oder durch Schichtung von Solarzellen mit verschiedenem Bandabstand erhöhen könnte. Alle diese Vorschläge haben bisher keine Bedeutung erlangt, da sie entweder technisch schwer realisierbar oder zu aufwendig in den Kosten sind.3. Effective use of the energy content of sunlight Conventional Solar cells have the disadvantage that the full energy of the light quanta is not used because all photons have a higher energy than that of the forbidden band of the semiconductor material, this excess energy is not converted into electrical energy but is lost as heat. Silicon e.g. B. has a bandwidth of 1, 1 eV. However, the maximum of sunlight is at 2.58 eV. Pro photon becomes independent of its original energy only converted about 1 eV, which means quantitatively that in a silicon cell about 40% of the energy is not used in this way will. There are suggestions how to increase the efficiency by using a Solar cell with variable band gap or through heterojunctions or through stratification of solar cells with different band gaps. All of these suggestions have not achieved any importance so far, as they are either technically difficult to implement or are too costly.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Konzentratoren läßt sich eine bessere Ausnutzung der verschiedenen Energiebereiche des Sonnenlichts in sehr einfacher Weise erreichen. Fig. 4 zeigt eine Mehrschichtanordnung mit hintereinander geschalteten Konzentratoren und Solarzellen. Konzentrator (1 a) ist so ausgelegt, daß die höheren Energieanteile des Sonnenlichts (2) einschließlich des UV, also die kürzeren Wellen in Fluoreszenzlicht von ebenfalls kurzer Wellenlänge umgewandelt werden. Solarzelle (7 a) ist auf diese Wellenlänge angepaßt, d. h. besteht aus einem Halbleitermaterial von hohem Bandabstand. Da die in Konzentrator (1 a) eingelagerten Fluoreszenzzentren nur im Bereich kurzer Wellenlängen absorbieren, geht das Licht im darüber liegenden Wellenlängenbereich ungehindert hindurch und trifft auf den Konzentrator (1 b), der einen weiteren Wellenlängenbereich umwandelt und der Solarzelle (7 b) zuführt. (7 b) ist entsprechend ausgelegt, d.h. es besteht aus Halbleitermaterial von geringerem Bandabstand als (7 a). (1 c) und (7 c) sind dementsprechend an den langwelligen Anteil angepaßt. Fig. 4 stellt selbstverständlich nur eine beispielhafte Ausführungsform dar. Man kann mehr als 3 Schichten, aber auch nur 2 Schichten verwenden. Durch die Verwendung von mehrfach hintereinander geschalteten Konzentratoren mit angepaßten Solarzellen läßt sich eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades erzielen, der die Verluste der Konzentratore wesentlich übersteigt. Somit hat das Gesamtsystem einen Wirkungsgrad, der höher ist als mit den besten bekannten Solarzellen erreichbar ist. With the help of the concentrators according to the invention, a better one can be obtained Exploiting the different energy ranges of sunlight in a very simple way Way to achieve. Fig. 4 shows a multilayer arrangement with one behind the other Concentrators and solar cells. Concentrator (1 a) is designed so that the higher Energy components of sunlight (2) including UV, i.e. the shorter waves be converted into fluorescent light of also short wavelength. Solar cell (7 a) is on matched this wavelength, d. H. consists of a High band gap semiconductor material. Since the stored in concentrator (1 a) If fluorescent centers only absorb in the range of short wavelengths, the light goes in the wavelength range above it passes through unhindered and hits the Concentrator (1 b), which converts another wavelength range, and the solar cell (7 b) feeds. (7 b) is designed accordingly, i.e. it consists of semiconductor material of a smaller band gap than (7 a). (1 c) and (7 c) are accordingly to the long-wave portion adapted. Fig. 4 is of course only an example Embodiment. You can use more than 3 layers, but also only 2 layers. Through the use of concentrators connected several times one behind the other with adapted solar cells can achieve a significant increase in efficiency, which significantly exceeds the losses of the concentrators. Thus, the overall system an efficiency that is higher than with the best known solar cells is.

Die Hintereinanderschaltung ist nur mit dem Konzentratorsystem möglich, da Solarzellen selbst ohne wesentliche Beeinträchtigung nicht strahlungsdurchlässig gemacht werden können, Solarzellen enthalten elektrische Kontakte sowie hochdotierte Zonen, die beide hohe Absorption haben. Da das Grundmaterial der Konzentratoren transparent ist, ergeben sich auch geringere Reflexionsverluste als bei Halbleitern. Durch die Hintereinanderschaltung treten zwar Reflexionsverluste an den Grenzilächen auf, die aber wegen der hohen Transparenz gering sind. Andererseits ergibt sich aber eine Erhöhung des Wirkungsgrades dadurch, daß Fluoreszenzlicht, das außerhalb des Winkels der Totalreflexion nach unten abgegeben wird, von der nächsten Platte aufgenommen wird und dort durch die eingelagerten Fluoreszenzzentren wieder verwertet wird. Diese Verluste werden also somit annähernd halbiert.Series connection is only possible with the concentrator system, because solar cells are not permeable to radiation even without significant impairment Solar cells contain electrical contacts as well as highly doped ones Zones that both have high absorption. As the basic material of the concentrators is transparent, there are also lower reflection losses than with semiconductors. Due to the series connection, reflection losses occur at the boundary surfaces which are low because of the high level of transparency. On the other hand it results but an increase in efficiency by the fact that fluorescent light, which is emitted downwards outside the angle of total reflection, from the next plate is recorded and there through the embedded fluorescence centers is recycled. These losses are therefore almost halved.

Die gute Transparenz der Konzentratoren macht auch die Ausnutzung der nicht durch Solarzellen umsetzbaren Wärmestrahlung möglich. Fig. 9 zeigt, wie die IR-Strahlung (14) die Konzentratoren (1 a, 1 b) durchsetzt und einen Strahlungsabsorber (13) für IR-Strahlung trifft, der diese restliche Strahlung in Wärme umwandelt. The good transparency of the concentrators also makes use of them the thermal radiation that cannot be converted by solar cells is possible. Fig. 9 shows how the IR radiation (14) passes through the concentrators (1 a, 1 b) and a radiation absorber (13) for IR radiation, which converts this remaining radiation into heat.

4. Spezielle Ausführungsformen Die Geometrie der Konzentratoren kann verschieden gestaltet und insbesondere die Auskopplung des Lichts optimiert werden. Die in Fig. 1, 2 und 4 gezeigte Form mit den Solarzellen in der Mitte der Konzentratoren ist nur eine Möglichkeit. Man kann die Solarzellen auch am Rande der Konzentratoren anordnen und so die Fläche voll ausnutzen wie in Fig. 5 dargestellt.4. Special embodiments The geometry of the concentrators can designed differently and in particular the coupling of light can be optimized. The shape shown in Fig. 1, 2 and 4 with the solar cells in the middle of the concentrators is only one possibility. You can also see the solar cells on the edge of the concentrators arrange and thus fully utilize the area as shown in Fig. 5.

Hier sind die Solarzellen (7) an nicht verspiegelten Stirnflächen der Lichtkonzentratoren (1) angebracht. Eine andere Möglichkeit der Lichtauskopplung stellt Fig. 6 dar. In dieser Modifikation besitzen die Lichtkonzentratoren (1) an gegenüberliegenden Rändern Krümmeransätze (11) zur 90 -Umlenkung des Lichts. Die Oberflächen der Krümmeransätze (11) sind zur Vermeidung von Lichtverlusten mit einem spiegelnden Belag (12) versehen. Here the solar cells (7) are on non-mirrored end faces the light concentrators (1) attached. Another way of coupling out light Fig. 6 represents. In this modification, the light concentrators (1) are on opposite edges elbow extensions (11) for the 90 ° deflection of the light. the Surfaces of the elbow extensions (11) are to avoid light loss with a reflective coating (12) provided.

(7) sind wieder die Solarzellen. Es sei noch erwähnt, daß bei den gezeigten Anordnungen Antireflexschichten auf den Solarzellen nicht unbedingt erforderlich sind, da reflektiertes Licht im System verbleibt und nicht vex loren geht.(7) are the solar cells again. It should also be mentioned that the Arrangements shown, anti-reflective layers on the solar cells are not absolutely necessary because reflected light remains in the system and is not lost.

Die Anordnung nach Fig. 6 eignet sich auch für Mehrschichtanordnungen.The arrangement according to FIG. 6 is also suitable for multilayer arrangements.

Fig. 7 a zeigt eine Zweischichtanordnung von oben und Fig. 7 b dieselbe im Querschnitt. (1 a) sind die oberen Konzentratoren mit zugehörigen Solarzellen (7 a), (1 b) sind die unteren Konzentratoren mit zugehörigen Solarzellen (7 b). Die Solarzellen mit selektiver Empfindlichkeit für kurze Wellenlängen haben einen erhöhten Wirkungsgrad bei höherer Lichtkonzen trierung und sind unempfindlich gegen höhere Temperaturen. Daher kann der Konzentrierungsfaktor für die verschiedenen Wellenlängenbereiche vel schieden gewählt werden. Dieses ist dargestellt in Fig. 10 für eine Zweischichtanordnung. Für die oberen Konzentratoren (1 a) mit zugehörigen Solarzellen (7 a), die die kürzeren Wellenlängen aufnehmen, ist die Lichtkonzentrierung höher als für die unteren Konzentratoren (1 b) mit zugehörigen Solarzellen (7 b), die den längerwelligen Bereich umsetzen.FIG. 7 a shows a two-layer arrangement from above and FIG. 7 b shows the same in cross section. (1 a) are the upper concentrators with associated solar cells (7 a), (1 b) are the lower concentrators with associated solar cells (7 b). The solar cells with selective sensitivity for short wavelengths have one increased efficiency with higher light concentration and are insensitive to higher temperatures. Therefore, the concentration factor for the different Different wavelength ranges can be selected. This is shown in Fig. 10 for a two-layer arrangement. For the upper concentrators (1 a) with associated Solar cells (7 a), which absorb the shorter wavelengths, is the light concentration higher than for the lower concentrators (1 b) with associated solar cells (7 b), which implement the longer-wave range.

In den Solarzellen wird ein beträchtlicher Teil der Lichtenergie in Wärme umgesetzt. Um diese Wärme zu nutzen und um die Solarzellen auf einer günstigen Temperatur zu halten, empfiehlt es sich, die Solarzellen zur Wärmeabfuhr auf einer Kühlvorrichtung zu montieren Als letztes Ausführungsbeispiel sei noch auf die Möglichkeit hingewiesen, Lichtkonzentratoren der beschriebenen Art gleichzeitig zu kombinieren sowohl mit Solarzellen als auch mit Anzeige systemen wie in der eingangs erwähnten deutschen Patentanmeldung P 2554226. 1 . Das bedeutet, dabei man den einen Teil des konzentrierten Umgebungslichts zur Beleuchtung des Anzeige systems verwendet und den anderen Teil für die Erzeugung elektrischer Energie zur elektrischen Steuerung der Anzeige einer Solarzelle zuführt. In Verbindung mit einem elektrischen Akkumulator als Energiespeicher erhält man so Anzeigevorrichtunge>, deren Energiebedarf jederzeit voll durch das Umgebungslicht gedeckt wird.In the solar cells, a considerable part of the light energy is in Heat implemented. To use this heat and to use the solar cells on a cheap To maintain temperature, it is recommended that the solar cells for heat dissipation on a Mount cooling device The last embodiment is pointed out to the possibility of using light concentrators of the type described Can be combined with both solar cells and display systems at the same time as in the German patent application P 2554226 mentioned at the beginning. 1. That means, one part of the concentrated ambient light to illuminate the Used display systems and the other part for the generation of electrical energy for the electrical control of the display of a solar cell feeds. Combined with an electric accumulator as an energy storage device gives display devices>, whose energy requirements are always fully covered by the ambient light.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims (17)

Patentansprüche (@Vorrichtung zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht (2) in einer transparenten Schicht, deren Brechungsindex größer als der des umgebenden Mediums ist und die Fluoreszenzzentren enthält (nachfolgend Konzentrator genannt), aufgefangen und einer ach bekannten Solarzelle (7) zugeführt wird. Claims (@Device for converting light energy into electrical energy, characterized in that the light (2) in a transparent Layer whose refractive index is greater than that of the surrounding medium and which Contains fluorescence centers (hereinafter referred to as concentrator), collected and one ach known solar cell (7) is supplied. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Konzentrators (1) um einen Faktor 10 bis 2000 mal größer ist als die der Solarzelle (7). 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the surface of the concentrator (1) is a factor of 10 to 2000 times larger than that of the solar cell (7). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzelle im Hinblick auf die Tiefe von p-n-Übergang, Dotierungsprofil, Antireflexschicht und Breite des verbotenen Bandes des Halbleiters an die von den Fluoreszenzzentren emittierte Wellenlänge angepaßt ist. 3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the solar cell with regard to the depth of the p-n junction, doping profile, anti-reflective layer and width of the forbidden band of the semiconductor to that of the fluorescent centers emitted wavelength is adapted. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrator an seinen Stirnflächen verspiegelt ist. 4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the concentrator is mirrored on its end faces. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrator Lichtumlenkstrukturen oder Lichtaustrittsflächen (5, 11) besitzt. 5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the concentrator has light deflecting structures or light exit surfaces (5, 11). 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß spiegelnde Strukturen (9) der Auskoppeliläche des Konzentrators an die Leiterbahngeometrie (8) der Solarzelle so angepaßt sind, daß auf die Leiterbahnen der Solarzelle kein Licht emittiert wird. 6. Apparatus according to claim 1 to 5, characterized in that reflective structures (9) of the output coupling surface of the concentrator on the conductor track geometry (8) the solar cell are adapted so that no Light is emitted. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Kombination Konzentrator/Solarzelle aufeinander gestapelt werden, wobei jeder Konzentrator einen Teil des auffallenden Spektrums in Fluoreszenzlicht umwandelt und einer Solarzelle zuführt. 7. Apparatus according to claim 1 to 6, characterized in that more than one concentrator / solar cell combination are stacked on top of each other, each concentrator part of the incident spectrum in fluorescent light converts and supplies a solar cell. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zuerst von der Strahlung getroffene Konzentrator (1 a) die kürzesten Wellenlängen ausfiltert, der nächstfolgende (1 b) einen etwas längeren Wellenlängenbereich und der letzte (1 c) den längsten Wellenlängenbereich. 8. Apparatus according to claim 1 to 7, characterized in that the concentrator first hit by the radiation (1 a) has the shortest wavelengths filters out, the next one (1 b) a slightly longer wavelength range and the last (1 c) the longest wavelength range. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentratoren Antireflexschichten besitzen. 9. Apparatus according to claim 1 to 8, characterized in that the concentrators have anti-reflective coatings. 10. VorrichtungnachAnspruchlbis9, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsbande der Fluoreszenzzentren eines Konzentrators so beschaffen ist, daß die Fluoreszenzemission des vorhergehenden Konzentrators noch absorbiert wird.10. Device according to claims to 9, characterized in that the Absorption band of the fluorescence centers of a concentrator is such that the fluorescence emission from the previous concentrator is still being absorbed. 11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem letzten Konzentrator eine Vorrichtung (13) zur Absorption und Verwertung der noch durchgehenden Wärmestrahlung (14) angebracht ist.11. Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that after the last concentrator a device (13) for absorption and recycling the still continuous heat radiation (14) is attached. 12. Vorrichtung nach Ancpruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskopplung des Lichts an einer der seitlichen Begrenzungen (4) des Konzentrators (1) erfolgt.12. The device according to claim 1 to 11, characterized in that the decoupling of the light at one of the side boundaries (4) of the concentrator (1) takes place. 13. VorrichtungnachAnspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentratoren an den seitlichen Begrenzungen verspiegelte Ansätze (11) zur 90 - Umlenkungdes Fluoreszenzlichts besitzen und daß die Auskopplung über nichtverspiegelte Stirnflächen stattfindet.13. Device according to claims 1 to 12, characterized in that the concentrators mirrored approaches (11) at the lateral boundaries 90 - have deflection of the fluorescent light and that the coupling out via non-mirrored End faces takes place. 14. VorrichtungnachAnspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Konzentratoren (1) an den Stellen, an denen das Fluoreszenzlicht ausgekoppelt wird, durch eine Kontaktierungsschicht (10) in optischen Kontakt mit den Solarzellen (7) befinden.14. Device according to claim 1 to 13, characterized in that the concentrators (1) at the points where the fluorescent light is coupled out is in optical contact with the solar cells through a contacting layer (10) (7) are located. 15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentratoren (1 a) für die kurzen Wellenlängen eine größere Fläche haben als die Konzentratoren (1 b) für die längeren Wellenlängen.15. Apparatus according to claim 1 to 14, characterized in that the concentrators (1 a) for the short wavelengths have a larger area than the concentrators (1 b) for the longer wavelengths. 16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Solarzellen zur W r#e#UfU#raIcuf einer Kilh]vorrichtung monticrt werden.16. Apparatus according to claim 1 to 15, characterized in that the solar cells can be installed to heat a kilh device. 17. VorrichtungnachAnspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lichtkonzentrator (1) gleichzeitig mit einer Anzeigevorrichtung (6) und mit einer Solarzelle (7) kombiniert wird.17. Device according to claim 1 to 16, characterized in that a light concentrator (1) simultaneously with a display device (6) and with a solar cell (7) is combined.
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