专利名称：染料标示型高分子、聚光板及其形成方法、太阳能电池模组及免插电灯具的制作方法
染料标示型高分子、聚光板及其形成方法、太阳能电池模组及免插电灯具技术领域
本发明是有关于一种可应用于聚光板的材料、图形及其应用；具体地说，本发明是涉及一种染料标示型高分子(Dye-labeled polymer)、一种聚光板(luminescentsolar collector)及其形成方法、以及一种使用该聚光板的太阳能电池模组(solar cellmodule)及使用该聚光板的免插电灯具(off-grid lamp usingthe collector)。
背景技术：
近年环保与绿色能源的意识抬头，使得环保科技(如太阳能电池产业)的相关研究日益增多。以太阳能电池而言，娃基太阳能电池(Silicon-based solar cell)目前在市场上约有九成的占有率。然而，虽然娃基太阳能电池的光电转换效率稳定，但其平均光电转换效率仍未能突破20%。
另一方面,化合 物半导体型太阳能电池(compound semiconductor solar cell)的光电转换效率虽优于硅基太阳能电池，但其材料取得及制程成本均较硅基材料昂贵，因此未能应用至日常生活上。
另外，薄膜太阳能电池则拥有极佳的成本优势，然其光电转换效率及元件、材料可靠性偏低，故仍未能有进一步的发展。
目前商用化的硅基太阳能电池元件的主要问题在于其制造成本偏高、光电转换效率偏低。再者，目前太阳能电池系统体积庞大且笨重，不易应用至轻薄、可携式产品上。发明内容
本发明的目的之一在于提供一种染料标示型高分子，其应用于太阳能电池的聚光板时，此聚光板可具有较佳的聚光效率，基本上克服了现有技术中太阳能电池制造成本偏高、光电转换效率偏低等问题。
本发明的再一目的在于提供一种具有彩色化、高透光可视性及较佳的聚光效率的聚光板。
本发明一实施例提供一种染料标不型高分子，包括一突光染料基团(afluorescent dye moiety)及一高分子基团(a polymer moiety),其中该突光染料基团及该高分子基团是以化学键结连接。
本发明另一实施例提供一种聚光板，一导光平板；一波长转换材料位于该导光平板上，其中该波长转换材料包括:(Γ95重量份的高分子材料；以及5 100重量份的前述染料标示型高分子，其中该高分子材料与该染料标示型高分子相异。
本发明另一实施例提供一种聚光板，包括:一导光平板；以及至少一荧光柱，内埋在该导光平板中，其中该荧光柱包括一波长转换材料，该波长转换材料吸收一第一波长的光，放出一第二波长的光，且该第一波长小于该第二波长。
本发明另一实施例提供一种聚光板的形成方法，包括:提供一第一导光平板及一第二导光平板；在该第一导光平板表面形成至少一第一柱状凹槽；将一第一荧光材料填入该第一柱状凹槽中，以形成一第一荧光柱；以及对组该第一、第二导光平板，使该第一荧光柱内埋在第一导光平板及第二导光平板之间，以形成一内埋式突光柱。
本发明另一实施例提供一种聚光板的形成方法，包括:提供一导光平板，该导光平板具有一主表面及一侧表面；由该导光平板的侧表面形成至少一柱状孔洞深入该导光平板；以及将一突光材料填入该柱状孔洞中，以在该导光平板中内埋一突光柱。
本发明另一实施例提供一种聚光板的形成方法，包括:提供一第一导光平板，该第一导光平板上具有至少一柱状凹槽；在该第一导光平板上涂布一荧光材料；以及将一第二导光平板贴合上具有该荧光材料的第一导光平板上，使得该荧光材料形成具有相对于该柱状凹槽的至少一柱状结构。
本发明另一实施例提供一种太阳能电池模组，包括:一前述的聚光板；以及一太阳能电池，光学耦接至该聚光板，使得通过该聚光板的光聚集至该太阳能电池，以将光转换成电能。
本发明又一实施例提供一种免插电灯具，包括:一前述的聚光板；一太阳能电池，光学耦接至该聚光板，使得通过该聚光板的光聚集至该太阳能电池，以将光转换成电能；一储电元件，电性连接至该太阳能电池，以接收并储存该太阳能电池输出的电能；以及一发光元件(如发光二极管晶粒)，电性连接至该储电元件。
本发明的优点在于:本发明的染料标示型高分子通过选择不同的荧光染料基团及高分子基团的组合，可使得染料标示型高分子具有不同溶解参数，因此，在其被应用于聚光板时，可配合所使用的高分子材料的溶解参数，以解决传统荧光染料与高分子材料混掺时溶解参数相差值太大的问题；而且，由于本发明的染料标示型高分子及高分子材料的兼容性高，所形成聚光板的聚光效率可因而提升；此外，较佳的兼容性也可提升聚光板的透光性。
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下:
图1显示包含本发明的染料标示型高分子的聚光板110的剖面图2a_2c显示在各实施例中导光平板具有不同的结构；
图3a_3b、图4a_4b显示在各实施例中导光平板具有不同的结构；
图5显示根据本发明各实施例的内埋式荧光柱聚光板的透视图6a_6b显示根据传统的聚光板结构的剖面图7显示根据本发明一实施例的内埋式荧光柱聚光板的剖面图8a_8f、图9显示根据本发明各实施例的内埋式荧光柱聚光板的可能结构；
图10a、10b显示根据本发明一些实施例中的内埋式荧光柱聚光板的透视图1la-1lc显示根据本发明一些实施例中的内埋式荧光柱聚光板的透视图12、图13显示根据本发明一实施例制造内埋式荧光柱聚光板的流程图及制程剖面图14、图15显示根据本发明另一实施例制造内埋式荧光柱聚光板的流程图及制程剖面图16、图17显示根据本发明又一实施例制造内埋式荧光柱聚光板的流程图及制程透视图18、图19显示根据本发明另一实施例制造内埋式荧光柱聚光板的流程图及制程剖面图20显示根据本发明一实施例所形成的太阳能电池模组；
图21、图22a_22d显示根据本发明另一实施例所形成的太阳能电池模组；
图23为本发明一实施例的免插电灯具的示意图24、25、26显不本发明一实施例中的免插电灯具；
图27显示一实施例及比较例所形成聚光板的穿透度；
图28显示本发明一实施例的染料标示型高分子的荧光光谱；其中，主要元件符号说明:
110,2310,2410,2510,2610"聚光板
114、214、314、314、411、2314 导光平板
112、312、412、2312 波长转换材料
2300、2400、2500、2600"免插电灯具
2320、2420、2520、2620 太阳能电池
2330、2430、2530、2630"储电元件
2340 发光二极管晶粒
2440、2540、2640"发光二极管元件
2350、2450 开关元件
500、700、900、1000、1200、2200 聚光板
502,602,702,802,902,1702"导光平板
504,704,804a,804b,804c,804d,804e"荧光柱
804f、904、1004a、1004b、1104a、1104b 荧光柱
1104cU204,1204a, 1204bU704,1904a"荧光柱
1304、2204 荧光柱
604a 荧光体
604b 荧光材 料
606、706 入射光
608、708 激发光
910 连续相薄膜
1202、1204、1206、1208、1402、1404、1406 步骤
1602,1604,1606,1802,1804,1806,1408"步骤
1302a、1502a、1902a 第一导光平板
1302b、1502b、1902b 第二导光平板
1303、1503 第一柱状凹槽
1504a 第一突光柱
1504b 第二突光柱
1802a 主表面
1802b 侧表面
1803 柱状孔洞
1903 柱状凹槽
1905 荧光材料
1904b 薄膜
2012、2112、2212 太阳能电池。
具体实施方式
以下依本发明的不同特征举出数个不同的实施例。本发明中特定的元件及安排是为了简化，但本发明并不以这些实施例为限。举例而言，于第二元件上形成第一元件的描述可包括第一元件与第二元件直接接触的实施例，亦包括具有额外的元件形成在第一元件与第二元件之间、使得第一元件与第二元件并未直接接触的实施例。此外，为简明起见，本发明在不同例子中以重复的元件符号及/或字母表示，但不代表所述各实施例及/或结构间具有特定的关系。
目前商用化的太阳能电池的存在有制造成本偏高、光电转换效率偏低等问题。因此，在本发明一些实施例中，提供一种染料标示型高分子，其例如可应用于太阳能电池的聚光板，此聚光板可具有较佳的聚光效率。另外，在本发明另一些实施例中，则提供一种具有内埋式荧光柱的聚光板结构，也可具有较佳的聚光效率。此外，在又一实施例中，具有内埋式荧光柱的聚光板结构可更进一步包含染料标示型高分子。
在本发明一实施例中，提供一种染料标示型高分子，例如可用于聚光板中的波长转换材料。
传统上，波长转换材料是以荧光染料与高分子材料混掺形成。然而，由于荧光染料与高分子材料兼容性不佳，使得突光染料与高分子材料间形成巨观相分离(macrophaseseperation),而造成光散射(scattering),并更进一步导致光穿透率下降、突光染料自聚集(self-aggregation)及突光量子效率(quantumefficiency)下降等问题。
因此，在本发明一实施例中，提供一种染料标示型高分子，是将荧光染料基团与高分子基团通过化学键结连接。藉由将荧光染料标示于与高分子材料兼容性佳的高分子基团上，来解决上述传统荧光染料与高分子材料兼容性不佳所衍生的问题。
在上述染料标示型高分子中的高分子基团例如为聚己内酯(Poly( ε-caprolactone)moiety)、聚乙烯(Polyethylene)、聚乙烯醇(Polyvinylalcohol)、聚苯乙烯(Polystyrene)、或前述的组合高分子共聚物(copolymer)。上述高分子材料及安排是为了简化，但本发明并不以这些实施例为限。在染料标示型高分子中的突光染料基团例如为香豆素(coumarin)、花(perylene)、萘(naphthalene)、花(pyrene)、多次甲基(polymethine)、咔唑(carbazole)、蒽(anthracene)、或前述的组合。
其中，高分子基团的单体及荧光染料基团的摩尔比例例如介于1:20至1:1000。若染料标示型高分子中荧光染料基团的含量太高，可能会造成所形成的高分子容易形成结晶，而导致穿透率下降。若荧光染料基团的含量太低，则会造成光转换率较低。然而，上述比例会根据高分子基团性质而改变，不同染料基团及高分子基团可具有不同的较佳组成比例，此技艺人士可视实际情况进行调整，并非以上述比例为限。
下表 I显示本发明各实施例中染料标示型高分子的结构。应注意的是，下述结构仅为说明之用，本发明的范畴并非以此为限。
表I
权利要求
1.一种染料标示型高分子，包括一荧光染料基团及一高分子基团，其中所述荧光染料基团及所述高分子基团是以化学键结连接。
2.如权利要求1所述的染料标示型高分子，其中所述高分子基团包括聚己内酯、聚乙烯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、或前述的组合共聚物。
3.如权利要求1所述的染料标示型高分子，其中所述荧光染料基团包括香豆素、茈、萘、芘、多次甲基、咔唑、蒽、或上述的组合。
4.如权利要求1所述的染料标示型高分子，其中所述高分子基团的单体与所述荧光染料基团的摩尔比例介于1:20至1:1000。
5.如权利要求1所述的染料标示型高分子，其中所述染料标示型高分子的吸收波长介于 200 至 400nm。
6.如权利要求1所述的染料标示型高分子，其中所述染料标示型高分子的光致发光波长介于350至llOOnm。
7.如权利要求1所述的染料标示型高分子，其中所述染料标示型高分子的溶解参数介于 8 至 25MPa1/2。
8.一种聚光板,包括: 一导光平板； 一波长转换材料位于所述导光平板上，其中所述波长转换材料包括: (Γ95重量份的高分子材料；以及 5^100重量份的如权利要求1所述的染料标示型高分子，其中所述高分子材料与所述染料标示型高分子相异。
9.如权利要求8所述的聚光板，其中所述导光平板为一刚性基板或可挠性基板。
10.如权利要求8所述的聚光板，其中所述高分子材料为聚乙烯乙酸乙烯酯、压克力、聚碳酸树脂、聚乙烯醇缩丁醛、环氧树脂或前述的组合。
11.如权利要求8所述的聚光板，其中所述高分子材料及所述染料标示型高分子的溶解参数相差值介于±5MPa1/2。
12.如权利要求8所述的聚光板，其中所述聚光板是应用于太阳能电池、光伏玻璃。
13.—种聚光板,包括: 一导光平板；以及 至少一荧光柱，内埋在所述导光平板中，其中所述荧光柱包括一波长转换材料，所述波长转换材料吸收一第一波长的光，放出一第二波长的光，且第一波长小于第二波长。
14.如权利要求13所述的聚光板，其中所述荧光柱包括不同的荧光材料。
15.如权利要求13所述的聚光板，其中所述荧光柱包括圆柱、空心圆柱、方柱、空心方柱、多角形、或前述的组合。
16.如权利要求13所述的聚光板,其中所述突光柱的宽度介于10至100μ m。
17.如权利要求16所述的聚光板，其中所述荧光柱在所述导光平板中形成一特定形状，包括栅状、网状、或前述的组合。
18.如权利要求13所述的聚光板,其中所述突光柱的宽度大于100μ m。
19.如权利要求18所述的聚光板，其中所述荧光柱在所述导光平板中形成一特定形状，包括栅状、网状、图形、文字、符号、 或前述的组合。
20.如权利要求13所述的聚光板,其中所述第一波长介于300nm至IOOOnm,所述第二波长介于700nm至lOOOnm。
21.如权利要求13所述的聚光板，其中所述波长转换材料包括如权利要求1所述的染料标示型高分子。
22.如权利要求13所述的聚光板，其中所述波长转换材料包括: (Γ95重量份的高分子材料；以及 5^100重量份的如权利要求1所述的染料标示型高分子，其中所述高分子材料与所述染料标示型高分子相异。
23.如权利要求13所述的聚光板,其包括多个突光柱,所述多个突光柱间以一连续相薄膜连接。
24.一种聚光板的形成方法，包括: 提供一第一导光平板及一第二导光平板； 在所述第一导光平板表面形成至少一第一柱状凹槽； 将一第一荧光材料 填入所述第一柱状凹槽中，以形成一第一荧光柱；以及对组所述第一、第二导光平板，使所述第一荧光柱内埋在第一导光平板及第二导光平板之间，以形成一内埋式荧光柱。
25.如权利要求24所述的聚光板的形成方法，在对组前更包括: 在所述第二导光平板表面形成至少一第二柱状凹槽；以及 将一第二荧光材料填入所述第二柱状凹槽中，以形成一第二荧光柱。
26.如权利要求25所述的聚光板的形成方法，其中所述第一荧光柱及所述第二荧光柱于所述第一、第二导光平板对组后彼此贴合。
27.如权利要求24所述的聚光板的形成方法，其中在所述第一导光平板上形成第一柱状凹槽的方法包括压印、蚀刻、激光刻印、或前述的组合。
28.一种聚光板的形成方法，包括: 提供一导光平板，所述导光平板具有一主表面及一侧表面； 由所述导光平板的侧表面形成至少一柱状孔洞深入所述导光平板；以及 将一突光材料填入所述柱状孔洞中，以在所述导光平板中内埋一突光柱。
29.如权利要求28所述的聚光板的形成方法，其中形成柱状孔洞的方法包括激光穿孔、离子束穿孔、或前述的组合。
30.如权利要求28所述的聚光板的形成方法，其中所述柱状孔洞贯穿所述导光平板。
31.如权利要求28所述的聚光板的形成方法，其中所述柱状孔洞未贯穿所述导光平板。
32.一种聚光板的形成方法，包括: 提供一第一导光平板，所述第一导光平板上具有至少一柱状凹槽； 在所述第一导光平板上涂布一突光材料；以及 将一第二导光平板贴合上具有荧光材料的第一导光平板上，使得所述荧光材料形成具有相对于所述柱状凹槽的至少一柱状结构。
33.如权利要求32所述的聚光板的形成方法，其形成多个内埋式荧光柱，且所述内埋式荧光柱具有一连续相薄膜连接。
34.一种太阳能电池模组，包括: 一如权利要求8所述的聚光板或一如权利要求13所述的聚光板；以及一太阳能电池，光学耦接至所述聚光板，使得通过所述聚光板的光聚集至所述太阳能电池，以将光转换成电能。
35.一种免插电灯具，包括: 一如权利要求8所述的聚光板或一如权利要求13所述的聚光板； 一太阳能电池，光学耦接至所述聚光板，使得通过所述聚光板的光聚集至所述太阳能电池，以将光转换成电能； 一储电元件，电性连接至所述太阳能电池，以接收并储存所述太阳能电池输出的电能；以及 一发光二极管晶粒，电性连接至所述储电元件。
36.如权利要求35所述的 免插电灯具，更包括一开关元件，电性连接至所述储电元件。
全文摘要
本发明涉及一种染料标示型高分子，包括荧光染料基团及高分子基团，其中荧光染料基团及高分子基团是以化学键结连接。本发明还涉及一种聚光板，包括导光平板；波长转换材料位于导光平板上，其中波长转换材料包括0~95重量份的高分子材料；以及5~100重量份的前述的染料标示型高分子，其中高分子材料与染料标示型高分子相异。本发明涉及另一种聚光板，包括导光平板；以及至少一荧光柱，内埋在导光平板中，其中荧光柱包括波长转换材料。本发明还涉及聚光板的形成方法及使用该聚光板的太阳能电池模组及免插电灯具。
文档编号F21Y101/02GK103183971SQ201210579910
公开日2013年7月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2011年12月30日
发明者吴明宪, 李明家, 廖文毅 申请人:财团法人工业技术研究院