CN120883756A - 补充包括发光体的透明太阳能收集器件的发电量 - Google Patents

Abstract

本发明的说明性实施方式总体上涉及光伏和太阳能收集器件，并且具体地涉及透明或半透明的光伏和太阳能收集器件，允许足够的可见光通过它们以允许能够通过它们看到物体，并且更具体地涉及用窄带可见光的二次和/或三次吸收来补充它们的主要近紫外光吸收同时保持它们的透明度的光伏和太阳能收集器件。本发明的各种实施方式涉及具有主要紫外吸收和次级窄带可见光吸收两者的单一太阳能材料，而本发明的一些实施方式利用一种或更多种材料的混合物来实现光的主要紫外吸收以及可见光吸收的次级或甚至三级窄带。还将公开制造这种光伏和太阳能收集器件的手段及其应用和用途。

Description

补充包括发光体的透明太阳能收集器件的发电量

优先权

本专利申请要求2023年3月20日提交的美国专利申请号18/123, 779、2023年3月20日提交的美国专利申请号18/123, 792和2023年3月20日提交的美国专利申请号18/123,817的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

政府权利

本发明是在国家科学基金会授予的2112279的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本发明的说明性实施方式总体上涉及光伏和太阳能收集器件，并且更具体地，本发明的各种实施方式涉及将紫外太阳能材料与窄带可见光太阳能材料结合使用。

背景技术

由于许多原因，在各种应用中越来越需要使用有机材料的光电器件。用于构建有机光电子器件的材料与其无机对应物相比相对便宜，从而提供了优于用无机材料生产的光电子器件的成本优势。此外，有机材料提供所需的物理性能，例如柔韧性，这允许它们用于不适合刚性材料的应用中。有机光电子器件的示例包括有机光伏电池、有机发光器件（OLED）和有机光检测器。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，一种透明太阳能收集器件包括分布在透明衬底中或透明衬底上的一个或更多个发光体。所述一个或更多个发光体吸收UV区域和可见光区域中的光，并且所述一个或更多个发光体发射可见光区域中的可见光。

在一个实施方式中，一种视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC：luminescentsolar concentrator）包括透明衬底中或透明衬底上的一个或更多个发光体。所述一个或更多个发光体被配置为吸收紫外（UV）区域和可见区域中的光。所述一个或更多个发光体被配置为使用UV区域和可见光区域中的吸收光来发射可见光区域中的可见光。

所述视觉上透明的LSC还包括一个或更多个光伏电池，所述一个或更多个光伏电池被配置为吸收由所述一个或更多个发光体发射的可见光并吸收太阳辐射。所述一个或更多个光伏电池对可见光和太阳辐射的吸收产生能量。所述视觉上透明的LSC对波长介于400nm至780 nm之间的入射光具有介于35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT），并且透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自介于负30至正30之间。

在一些实施方式中，所述一个或更多个发光体中的第一发光体可以在UV区域中大约315 nm至420 nm之间的波长处具有第一吸收峰。此外，所述一个或更多个发光体中的第二发光体可以在可见光区域中大约420 nm至780 nm之间的波长处具有第二吸收峰，并且具有在从大约10 nm到大约50 nm之间的半峰全宽（FWHM）的波长带。所述一个或更多个发光体中的至少一个发光体可以在可见光区域中约420 nm至780 nm之间的波长处具有最强的光发射。

在一些实施方式中，所述视觉上透明的LSC的所述一个或更多个发光体可以是有机材料。此外，所述一个或更多个发光体中的至少一个可以包括晕苯（coronene）、取代晕苯基材料、香豆素（coumarin）、萘酰亚胺类（naphthalimide）、蒽（anthracene）、红荧烯（rubrene）、噻吩（thiophene）、芴（fluorene）、二氮杂芴（diazafluorene）、芴酮（fluorenone）、二氰亚甲基（dicyanomethylene）、罗丹明（rhodamine）、苝二酰亚胺（perylenebisimide）以及联吡啶（bipyridine）。取代晕苯基材料可以包括以下至少一种：六苯并晕苯衍生物（hexabenzocoronene derivative）、四苯并呋喃二苯并晕苯衍生物（tetrabenzofuranyldibenzocoronene derivative）或四苯并噻吩二苯并晕苯衍生物（tetrabenzothiophenyldibenzocoronene derivative）。

在一些实施方式中，所述一个或更多个光伏电池可以耦接到所述透明衬底的边缘和/或侧表面。所述视觉上透明的LSC可以包括与透明窗户材料相邻的透明波导。所述透明波导可以包括玻璃、石英、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸烷基酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、离子塑料聚合物（IonoplastPolymer）、乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚酰胺-酰亚胺或聚偏二氟乙烯中的至少一种。

在一些实施方式中，所述一个或更多个发光体可以分散在所述透明波导中。包含分散的一个或更多个发光体的透明波导可以包括透明膜、硬涂层或多个膜层。所述透明波导可以以任何组合夹在玻璃、有机玻璃或其他聚合物的两个刚性板之间。

在一些实施方式中，所述透明膜、所述硬涂层或所述多个膜层可以通过热蒸发、溶液处理、熔融处理、有机气相沉积、有机蒸汽喷射印刷、固体混合或液体膜的交联而沉积在透明窗户材料上。此外，透明窗户材料可以包括至少一种塑料、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙基丙烯酸甲酯（PEMA）或（聚）丁基甲基丙烯酸甲酯共聚甲基丙烯酸甲酯（PBMMA）、玻璃、有机玻璃、PMMA、塑料片或其他透明材料。此外，所述透明膜、所述硬涂层或多个膜层可以包括醋酸丁酸纤维素、丙烯酸、玻璃基丙烯酸酯、离子塑料聚合物、醋酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯或热塑性聚氨酯。

在一些实施方式中，所述视觉上透明的LSC还可以包括分布在所述透明衬底中的至少一种掺杂剂。所述至少一种掺杂剂可以被配置为提供透射通过所述LSC的光的改善的色坐标和色中性。所述至少一种掺杂剂可以被配置为提供透射通过所述LSC和包含所述LSC的任何组件的光的改善的色坐标和色中性。

在另一个实施方式中，所述视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC）包括视觉上透明的波导、至少一个太阳能光伏电池以及嵌入所述视觉上透明的波导中的至少一种发光体材料。所述至少一种发光体材料被配置为吸收紫外（UV）区域和可见光区域中的光。此外，所述至少一种发光体材料被配置为使用UV区域和可见光区域中的吸收光来发射可见光区域中的可见光。

所述视觉上透明的LSC对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；并且透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的绝对值各自在-30至30之间。

此外，至少一个太阳能光伏电池被配置为吸收从所述至少一个视觉上透明的发光体发射的可见光和太阳辐射，使得所述至少一个太阳能光伏电池产生电能。

在一些实施方式中，所述发光体材料可以包括单一发光体材料。单一发光体材料可以包括取代晕苯基材料。

在一些实施方式中，所述至少一种发光体材料包括两种或更多种发光体材料。所述两种或更多种发光体材料可以包括至少两种或更多种发光体，包括晕苯、取代晕苯基材料、香豆素、萘酰亚胺、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰亚甲基、罗丹明、苝二酰亚胺或联吡啶。

在一些实施方式中，所述LSC还包括与所述至少一个太阳能光伏电池电连通的一个或更多个电路。所述LSC还可以包括一个或更多个电气部件，所述一个或更多个电气部件选自由光传感器、颜色传感器、湿度传感器、温度传感器、占用传感器、运动传感器、蜂窝信号放大器、通用串行总线接口、能量储存装置或与所述一个或更多个电路电气连通的无线通信元件组成的组。所述一个或更多个电气部件可以由所述至少一个太阳能光伏电池供电。

在一些实施方式中，所述至少一个太阳能光伏电池可以耦接到所述视觉上透明的波导的至少一个侧表面或边缘。所述至少一个太阳能光伏电池可以是第一至少一个太阳能光伏电池。所述LSC还可以包括耦接到所述LSC的顶表面或底表面中的至少一者的第二至少一个太阳能光伏电池。所述LSC的所述顶表面或所述底表面中的至少一个可以垂直于所述视觉上透明的波导的所述至少一个侧表面或边缘。所述第二至少一个太阳能光伏电池可以是视觉上透明的。此外，所述至少一个太阳能光伏电池可以耦接到所述LSC以形成组合的视觉上透明的LSC/PV器件。

在一些实施方式中，所述组合的视觉上透明的LSC/PV器件可以对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）。透射通过所述组合的视觉上透明的LSC/PV器件的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值可以各自在负30至正30之间。

在一些实施方式中，所述第一至少一个太阳能光伏电池可以产生与第一电路电连通的第一电能；并且所述第二至少一个太阳能光伏电池可以产生与第二电路电连通的第二电能。

在又一实施方式中，一种制造视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC）的方法包括提供分布在透明衬底中的一个或更多个发光体以及将所述一个或更多个光伏电池与所述透明衬底光耦合。所述一个或更多个发光体被配置为吸收紫外（UV）区域和可见光区域中的光，并且所述一个或更多个发光体被配置为使用UV区域和可见光区域中的吸收光来发射可见光区域中的可见光。所述一个或更多个光伏电池被配置为吸收由所述一个或更多个发光体发射的可见光并吸收太阳辐射。所述一个或更多个光伏电池对可见光和太阳辐射的吸收产生能量。所述视觉上透明的LSC对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；并且透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的绝对值各自在-30至30之间。

在一些实施方式中，提供分布在透明衬底中的一个或更多个发光体可以包括将所述一个或更多个发光体分散在透明波导材料中。提供分布在透明衬底中的所述一个或更多个发光体还可以包括将具有所述一个或更多个发光体的透明波导材料形成为透明波导；并且还可以包括将具有所述一个或更多个发光体的透明波导粘附到透明窗户材料。具有所述一个或更多个发光体的所述透明波导可以包括透明膜、硬涂层或多个膜层。

将具有所述一个或更多个发光体的透明波导粘附到透明窗户材料还可以包括通过热蒸发、溶液处理、熔融处理、有机气相沉积、有机蒸汽喷射印刷、固体混合或液膜交联将具有所述一个或更多个发光体的透明波导材料沉积到所述透明窗户材料。

在又一个实施方式中，视觉上透明的光伏器件包括至少一个光敏层、阳极和阴极，所述光敏层具有介于315 nm与420 nm之间并且包括315 nm和420 nm的第一吸收峰以及介于420 nm与780 nm之间并且包括420 nm和780 nm的第二吸收峰。所述阳极被配置为与所述至少一个光敏层的第一表面电连通。所述阴极被配置为与所述至少一个光敏层的第二表面电连通。所述可见透明光伏器件对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）。透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间。所述视觉上透明的光伏器件产生电力。在一些实施方式中，所述第二吸收峰的半峰全宽介于10 nm至75nm之间。

在一些实施方式中，所述阳极和所述阴极可以独立地包括LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种。

在一些实施方式中，透明导电氧化物可以包括氧化铟锡（ITO）、铝掺杂氧化锌（AZO）、氧化锌或氧化镓锌（GZO），并且透明超薄金属可以包括Al、Au、Ag、Mo或Ni，金属可以包括Al、Au、Ag、Ni、Cu或Mo；并且金属纳米线可以包括Al、Au或Ag。

在一些实施方式中，所述至少一个光敏层可以包括有机电子供体和有机电子受体。所述光伏器件可以包括产生至少1.4V的开路电压（Voc）的单结架构。

在一些实施方式中，所述至少一个光敏层可以包括：第一光敏层，所述第一光敏层包含有机电子供体；并且可以包括第二光敏层，所述第二光敏层包含有机电子受体。此外，所述第一光敏层和所述第二光敏层可以形成双层平面异质结。

在一些实施方式中，所述第一光敏层可以具有介于315 nm至420 nm之间的第一吸收峰，并且所述第二光敏层可以具有介于420 nm至780 nm之间的第二吸收峰。

在一些实施方式中，所述第一光敏层可以具有介于420 nm至780 nm之间的第二吸收峰，并且所述第二光敏层可以具有介于315 nm至420 nm之间的第一吸收峰。

在一些实施方式中，所述有机电子供体和/或所述有机电子受体可以包括二苯并蒄衍生物（dibenzocoronene derivatives）。所述有机电子供体可以包括第一扭曲六苯并晕苯（cHBC）或cHBC衍生物。所述电子受体可以包括第二cHBC或cHBC衍生物。

在一些实施方式中，介于420 nm至780 nm之间的第二吸收峰可以是由于分散在所述至少一个光敏层中的掺杂剂。所述掺杂剂可以包括以下中的一种或更多种：香豆素；萘二甲酰亚胺；晕苯；蒽；红荧烯；噻吩；芴；二氮杂芴；芴酮；二氰基亚甲基；罗丹明、苝二酰亚胺；或联吡啶。

在一些实施方式中，所述有机电子供体和所述有机电子受体可以包括四苯并噻吩二苯并晕苯衍生物或四苯并呋喃二苯并晕苯衍生物中的至少一种。

在一些实施方式中，所述光伏器件还可以包括从由以下项组成的组中选择的一个或更多个电气部件：光传感器、颜色传感器、湿度传感器、温度传感器、占用传感器、运动传感器、蜂窝信号放大器、通用串行总线接口、储能器件以及无线通信元件。所述一个或更多个电气部件可以由所述光伏器件供电。

在一些实施方式中，太阳光谱的可见光部分中的第二峰值吸收的存在可以向光伏器件提供补充电能，以补充由太阳光谱的UV部分中的第一峰值吸收产生的电能，同时保持AVT高于35％并且保持CIE L*a*b*色坐标的值各自在负30至正30之间。

在一些实施方式中，所述光伏器件还可以包括耦接到视觉上透明的光伏器件的透明发光太阳能聚光器（LSC）。所述透明LSC可以耦接到所述光伏器件的阳极或阴极。

在又一个实施方式中，窗户包括刚性透明面板，所述刚性透明面板包括透明膜。所述透明膜包括多个发光体，并且所述多个发光体能够工作以具有紫外（UV）光谱中的光的第一峰值吸收和可见光谱中的光的峰值发射。所述窗户对波长介于400 nm至780 nm的完整范围之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）。透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间。

在一些实施方式中，所述窗户还可以包括安装在所述窗户的边缘或侧表面上的一个或更多个太阳能电池；或者可以包括太阳能电池阵列，所述太阳能电池阵列包括嵌入所述窗户内的一个或更多个太阳能电池。

在一些实施方式中，所述窗户还可以包括与一个或更多个边缘安装的太阳能电池或太阳能电池阵列电连通的一个或更多个电路。

在一些实施方式中，所述窗还可以进一步包括电致调光组件，所述电致调光组件调节可见光和/或红外电磁辐射通过所述窗户的透射，所述窗户与所述一个或更多个电路电连通。所述电致调光组件可以由边缘安装的太阳能电池或太阳能电池阵列供电。

在一些实施方式中，所述窗户还可以包括低发射膜层，用于减少红外电磁辐射通过所述窗户的透射。

在一些实施方式中，所述窗户还可以包括与边缘安装的太阳能电池或太阳能电池阵列电连通的电荷储存器件。

在一些实施方式中，所述窗户还可以包括从由以下项组成的组中选择的一个或更多个电气部件：光传感器、颜色传感器、湿度传感器、温度传感器、占用传感器、运动传感器、蜂窝信号放大器、通用串行总线接口以及与一个或更多个电路电通信的无线通信元件。

在一些实施方式中，所述窗户可以是边缘安装的或安装在框架中。

在一些实施方式中，所述一个或更多个电路由边缘安装的太阳能电池供电；或者由嵌入所述窗户内的太阳能电池阵列供电。所述一个或更多个电路定位在边缘安装的隔热体中或框架中。

在一些实施方式中，所述刚性透明面板可包括膜、有机玻璃、聚合物板、塑料片、玻璃、石英或它们的堆叠的任何组合。

在一些实施方式中，所述窗户可以包括视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC）或视觉上透明的光伏器件（PV）中的至少一者。

在又一个实施方式中，一种制造具有固定在框架中的刚性透明面板的窗户的方法包括提供包括透明膜的刚性透明面板。所述透明膜包括多个发光体。所述多个发光体能够工作以具有紫外（UV）光谱中的光的第一峰值吸收和可见光谱中的光的峰值发射。所述多个发光体被配置为使用UV区域和可见光区域中的吸收光来发射可见光区域中的可见光。所述刚性透明面板对波长介于约400 nm至约780 nm之间的范围内的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT），并且透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自介于负30至正30之间。

该方法还可以包括将边缘安装的太阳能电池耦合到所述刚性透明面板的边缘或侧表面。该方法还可以包括将太阳能电池阵列耦接到所述刚性透明面板。

该方法还可以包括将一个或更多个电路与边缘安装的太阳能电池或太阳能电池阵列电连接以电连通。

该方法还可以包括将调节可见光和/或红外电磁辐射通过所述窗户的透射的电致调光组件与所述一个或更多个电路电耦接以电连通。

将太阳能电池阵列耦接到刚性透明面板可以包括将视觉上透明的光伏器件耦接到刚性透明面板。视觉上透明的光伏器件可以包括至少一个光敏层，所述至少一个光敏层具有介于350 nm与420 nm之间并且包括350 nm和420 nm的第一吸收峰以及介于420 nm与780 nm之间并且包括420 nm和780 nm的第二吸收峰。所述第二吸收峰可以在10 nm至75 nm之间具有半峰全宽。

视觉上透明的光伏器件还可以包括阳极。所述阳极可以被配置为与所述至少一个光敏层的第一表面电连通。

视觉上透明的光伏器件还可以包括阴极。所述阴极可以被配置成与所述至少一个光敏层的第二表面电连通。

所述阳极和所述阴极可以独立地包括LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种。

视觉上透明的光伏器件可以对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）。透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值可各自在负30至正30之间。视觉上透明的光伏器件可以产生电力。

所述多个发光体可以包括至少两个或更多个发光体，包括晕苯、取代晕苯基材料、香豆素、萘酰亚胺、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰亚甲基、罗丹明、苝二酰亚胺或联吡啶。

在又一个实施方式中，窗户插入件可以调制电磁辐射通过所述窗户的透射，并且可以是自供电的。为此，窗户插入件可以具有光伏器件，该光伏器件具有光敏层，所述光敏层具有1）介于250 nm至450 nm之间的峰值吸收和2）存在于电磁谱的可见光区域中的至少50％的平均透射率。在一些实施方式中，所述光敏层包括非富勒烯有机半导体。例如，所述光敏层尤其可以具有有机电子供体和有机电子受体。在这种情况下，光伏器件采用产生至少1.4V的开路电压（V）的单结架构。窗户插入件还可以具有电致调光组件，用于调制或调节可见光和/或红外电磁辐射通过窗户插入件的透射。电致调光组件可以由光伏器件供电，从而简化窗户插入件的电气架构。在一些实施方式中，窗户插入件的电气基础设施定位在联接到窗户插入件周边的壁板或垫圈中。

在另一个实施方式中，一种调制方法将窗户插入件布置在穿过所述窗户或立面的电磁辐射的路径中。在该示例中，窗户插入件具有电致调光组件和光伏器件，所述光伏器件具有光敏层，所述光敏层具有介于250 nm至450 nm之间的峰值吸收，并且在电磁波谱的可见光区域中具有至少50％的平均透射率。紫外辐射被光伏器件转换成电能，并且电致调光组件由电能供电以改变可见光和/或红外辐射通过窗户插入件的透射。

在又一个实施方式中，制造视觉上透明的光伏器件的方法包括提供至少一个光敏层，所述光敏层具有介于350 nm与420 nm之间并且包括350 nm和420 nm的第一吸收峰以及介于420 nm与780 nm之间并且包括420 nm和780 nm的第二吸收峰。制造视觉上透明的光伏器件的方法还包括提供阳极，所述阳极被配置为与至少一个光敏层的第一表面电连通。制造视觉上透明的光伏器件的方法还包括提供阴极，所述阴极被配置为所述与至少一个光敏层的第二表面电连通。所述可见光透明光伏器件对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）。透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间。视觉上透明的光伏器件产生电力。所述第二吸收峰在10 nm至75 nm之间可以具有半峰全宽。

提供所述阳极可以包括将LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种电耦接到所述至少一个光敏层的所述第一表面。

提供所述阴极可以包括将LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种电耦接到所述至少一个光敏层的所述第二表面。

所述至少一个光敏层可以包括有机电子供体和有机电子受体。所述光伏器件可以是产生至少1.4V的开路电压（Voc）的单结架构。

所述至少一个光敏层可以包括包含有机电子供体的第一光敏层。所述至少一个光敏层可以包括第二光敏层，所述第二光敏层包括有机电子受体。所述第一光敏层和所述第二光敏层可以形成双层平面异质结。

附图说明

本领域技术人员应该从以下“说明性实施方式的描述”中更充分地理解本发明的各种实施方式的优点，该描述参考下面立即概述的附图进行讨论。

图1示意性地示出了根据说明性实施方式吸收来自太阳的太阳辐射以产生电力的透明太阳能收集器件。

图2图示了根据说明性实施方式的太阳光谱的光谱辐照度对波长的示例性光谱。

图3A示意性地说明根据说明性实施方式的具有吸收体堆叠和电子电路的有机光伏器件（OPV）光伏器件。

图3B示意性地示出了根据示例性实施方式的具有吸收体叠层和电子电路的OPV光伏器件。

图4示意性地示出了根据示例性实施方式的具有吸收体叠层和电子电路的OPV光伏器件。

图5以图形方式示出了根据说明性实施方式的具有主吸收峰和次吸收峰的吸收光谱的一般化草图。

图6A呈现了根据说明性实施方式的晕苯发光体的化学结构。

图6B呈现了根据说明性实施方式的晕苯发光体的化学结构。

图6C以图形方式示出了根据说明性实施方式的有机发光体的吸收光谱和发射光谱的示例，该有机发光体强烈吸收<400 nm的光，在约500nm处具有二次吸收特征；

图7示意性地示出了根据说明性实施方式的透明发光太阳能聚光器；

图8示意性地示出了根据说明性实施方式的替代透明发光太阳能聚光器。

图9示意性地示出了根据说明性实施方式的又一替代透明发光太阳能聚光器。

图10示意性地示出了根据说明性实施方式的窗户插入件的剖视图。

图11A示意性地示出了根据示例性实施方式的窗户插入件的另一截面图和各种层的相关功能特性。

图11B示意性地示出了根据示例性实施方式的窗户插入件的另一截面图和各种层的相关功能特性。

图11C示意性地示出了根据示例性实施方式的窗户插入件和各种层的相关功能特性的又一截面图。

图12示意性地示出了根据说明性实施方式的用于容纳一个或更多个的边缘安装框架的透视图。

图13示意性地示出了根据说明性实施方式的窗户插入件系统的可逆安装的横截面图。

图14示意性地示出了根据说明性实施方式的将视觉上透明的光伏器件与视觉上透明的发光太阳能聚光器组合的器件。

图15示意性地示出了根据说明性实施方式的将视觉上透明的光伏器件与视觉上透明的发光太阳能聚光器组合的器件。

图16示出了根据说明性实施方式的制造视觉上透明的发光太阳能收集器的方法的步骤。

图17示出了根据说明性实施方式的制造具有固定在框架中的刚性透明面板的窗户的方法的步骤。

图18示出了根据说明性实施方式的制造视觉上透明的光伏器件的方法。

图19显示了根据示例性实施方式的扭曲型2，9，16，23-四壬氧基-四苯并呋喃基二苯并晕苯（UV-3）的化学结构。

图20以图形方式示出了根据说明性实施方式的安装到玻璃板的含UV3的挤出膜的外部量子效率与玻璃板边缘的照明光斑的以厘米计的距离（1至4 cm）的关系的示例。

图21示出了根据说明性实施方式的扭曲型四苯并噻吩并二苯并蔻（cTBTDBC）的化学结构。

具体实施方式

现在将详细参考附图中示出的代表性实施方式。应当理解，以下描述并非旨在将实施方式限制于一个优选实施方式。相反，所描述的实施方式旨在覆盖可以包括在本公开的精神和范围内并且由所附权利要求限定的替代、修改和等同物。

本发明的说明性实施方式总体上涉及光伏和太阳能收集器件，并且具体地涉及透明或半透明的光伏和太阳能收集器件，它们允许足够的可见光透过，以允许透过它们看到物体，并且更具体地涉及用窄带可见光的二次和/或三次吸收来补充它们的一次近紫外光吸收，同时保持它们的透明度。本发明的各种实施方式涉及具有一次紫外吸收和二次窄带可见光吸收两者的单一太阳能材料，而本发明的一些实施方式利用一种或更多种材料的混合物来实现光的一次紫外吸收以及二次或甚至三次的窄带可见光吸收。还将公开制造这种光伏和太阳能收集器件的手段及其应用和用途。

太阳能收集器件是吸收太阳辐射或光的一部分并将其转换成可用于外部电路的电力的一大类器件。该电路可以是面板或窗户本身的使用点应用，或者用于更广泛的电力应用，作为与其他电力输送和发电系统的集成电网的一部分。太阳能收集器件还可以对能量储存系统（诸如电池）充电。在本公开中，术语“光”和“辐射”同义使用，并且这些术语可以互换使用。此外，术语“太阳能电池”和“光伏器件”也同义使用，并且这些术语可以互换使用。

硅光伏电池是太阳能收集器件的一个这样的示例，其中宽光谱的太阳辐照度被吸收并转换成电力以在家庭电网中分配。然而，太阳能收集器件不需要具有这样的规模，因为它们可以用于产生仅足够用于小型手持装置或其他有限的本地应用的电力。硅光伏器件在设计上非常不透明。

对于使用视觉上透明的器件以允许在建筑物和车辆上的窗户集成应用中使用存在相当大的推动。对于透明有机光伏器件（OPV），这可以通过选择性地吸收不可见的紫外光（例如UV）或红外光（例如IR）并同时主要透射太阳光谱的可见光部分（VIS）来实现。像所有太阳能电池一样，OPV器件包括将入射的太阳光子转化成自由电子和正空穴的材料。当光子被太阳能电池材料吸收时，形成可被称为激子的电子/空穴对。然后，将该激子分离成自由电荷，自由电荷被运送到器件上的透明电极，在外部电路中产生电流，该电流可用于为窗户集成应用供电，例如电致调光智能窗户、传感器、集成显示器和建筑物和车辆上的物联网连接，和/或为电池充电。

透明太阳能收集器件也可以在透明发光太阳能聚光器（LSC）中实现，可见光透射通过透明LSC，而不可见的太阳辐射被吸收、重新发射并波导到光伏电池，光伏电池将该能量转换为电能。在这种透明LSC中，大面积的窗户可以吸收不可见的太阳辐射并将其重新发射到通常位于窗户的侧面和边缘处的小得多的光伏电池，从而显著地聚集太阳能，同时再次允许可见光通过窗户单元透射到窗户后的房间或车辆中的占用者。

无论能量收集器件被实现为透明OPV还是透明LSC，透射的光的光学透明度和美学外观对占用者而言都至关重要。透射的光的质量需要仔细表征和优化，以在由不可见辐射产生电力的同时为占用者周围的物体提供令人愉快的照明。光源（无论是灯泡还是窗户）的美学表现可以通过以下指标来量化：将它们与理想黑体辐射体相关的相关色温（CCT）、它们的CIE 1931x, y颜色坐标以及它们的CIE L*a*b*坐标。（CIE 1931是1931年国际照明委员会（CIE））。所有这些都是窗户和照明工业中常用的度量标准。对于窗户所独有的，平均可见光透射率（AVT）也可以是有用的度量，因为窗户本身不是照明源本身（如灯泡那样）。在发电的同时使这样的度量保持在对所涉及的占用者有益且偏好的范围内，这对于基于窗户的太阳能收集器件得到认可是至关重要的。

概述

在各种实施方式中，以下公开内容涉及制造透明太阳能收集器件的方法和系统，该透明太阳能收集器件吸收紫外（UV）辐射（例如，波长为300至450 nm的光）以产生电力，并且可选地，通过吸收附加的窄带可见（VIS）光（在400至780 nm的范围内）来补充其电力输出。这种附加的吸收为器件的光电流提供了明显增加，而不会显著降低它们的美学表现（例如，整体透明度和颜色中性）。也就是说，这些太阳能收集器件允许大多数可见光穿过该器件，同时产生电能。可以吸收窄波长范围（或几个窄范围）内的少量可见光以补充由器件产生的光伏能量。这些透明太阳能收集器件可以用作结构中的窗玻璃（例如，窗玻璃），其可以允许可见光进入结构，同时还将吸收的UV辐射和窄带可见辐射（例如，光）转换成电能。由透明太阳能收集器件产生的电能可用于为窗户集成应用以及其他应用供电。

透明太阳能收集器件是一大类器件，其被设计成提供使用点电力来为窗户集成应用供电，所述窗户集成应用诸如电致调光智能窗户、传感器以及建筑物和车辆上的集成显示器。在某些情况下，它们还可以用于通过与其他电力输送系统（例如电网或非透明太阳能电池板和电池）集成来提供通用电力。

透明太阳能收集器件的电力输出可以通过向该器件添加吸收可见光的太阳能电池材料来增加。然而，为了使该器件保持对可见光透明，吸收可见光的太阳能电池材料必须不能吸收太多的光以致于使透明器件开始失去其透明度。也就是说，所得的器件的透明度和颜色中性必须仅受到这种吸收可见光的太阳能电池材料的吸收的最小影响，以避免破坏其美学表现。

为了证明甚至吸收可见光谱的薄（20 nm）宽带的附加电力输出潜力，表1列出了太阳光谱的20 nm宽带中包含的辐照度（参照所有波长小于400 nm的辐照度），以及这些20nm宽带中包含的光子通量。例如，太阳光谱的540 nm至560 nm之间的波长包含的能量相当于波长小于400 nm的UV和近UV的33％的能量。这说明了通过可见光谱的这些窄的20 nm宽频带中的仅一个的补充电能生成的潜力。

表1：太阳光谱的20 nm宽波段中可用的附加能量和可用的附加光子通量的分解（参考所有<400nm波长中包含的能量和光子通量）

波长范围	可用附加能量	可用附加光子通量
			400-420	25%	33%
420-440	26%	33%
			440-460	32%	41%
460-480	34%	44%
			480-500	33%	44%
500-520	33%	44%
			520-540	33%	46%
540-560	33%	47%
			560-580	32%	48%
580-600	32%	49%
			600-620	32%	49%
620-640	31%	48%
			640-660	30%	47%
660-680	30%	47%
			680-700	27%	47%
700-720	27%	46%
			720-740	25%	45%
740-760	26%	44%
			760-780	21%	44%

为了实现收集这些附加的窄带可见太阳辐照度，同时仍然主要收集近紫外光（波长范围为300 nm至450 nm）并保持整体透明度，理想的材料在太阳光谱的UV部分具有宽带强吸收，在VIS区域具有窄带吸收。UV区域中的宽带吸收将通过吸收光谱中接近完全透明的谷与VIS中的窄带吸收分开。

表1示出了对于主要吸收UV光的透明太阳能收集器件，仅增加这些20 nm波段（slice）中的一个的吸收可以表示可用电力增加21％至34％。通过其半峰全宽（FWHM）测量的任何二次吸收峰的窄度应小于100 nm，更优选小于50 nm，并且优选小于20 nm。二次峰的强度较低并且这些峰的宽度较窄，选择这样的特性以通过仅最小程度地影响其美学表现来保持所得到的器件的整体透明度。

为了理解和量化这些窄波长段的吸收对所得到的器件的透明度和颜色中性的可能的美学影响，表2示出了对各种美学度量计算出的影响。这里，模拟了20 nm的半峰全宽（FWHM）的吸收带，其以20 nm的增量移动通过太阳发射光谱（标准AM1.5G）。使用光密度为0.3（在其峰值处吸收约50％的光）和1.0（在其峰值处吸收约90％的光）的两个吸收强度，并且针对每个强度计算并示出所得到的平均可见光透射率（AVT，光度加权）和颜色坐标（在CIE L*a*b*和CIEx, y 1931系统中）。通常，眼睛弱检测到的短波长和长波长的吸收不会显著降低透明度或颜色中性，而眼睛更敏感的绿色波长的吸收具有很大的影响。没有吸收的太阳光谱的颜色坐标也显示在表2的顶行中。

表2：透射AM1.5G阳光的美学度量的变化

假设二次吸收具有0.3和1.0的光密度，具有高斯形状和20 nm的半峰全宽（FWHM），中心位于下面每个20 nm带的中间。AVT是平均可见光透射率，并且列出了透射光的CIE L*a*b*和CIEx, y 1931色坐标。

在一些实施方式中，平均可见光透射率（AVT）应大于50％，更优选地大于80％，甚至更优选地大于90％。CIE L*a*b*分量a*和b*的绝对值应小于30，更优选地小于20，甚至更优选地小于10。CIEx, y 1931坐标应在[0.332, 0.334]的0.100内，更优选地在0.030内，甚至更优选地在每个坐标的0.010内。1976年定义的色差ΔE或dE是根据1976标准从CIE L*a*b*坐标计算得到的三维色差，也可用于描述该透明层的颜色与普通窗户的差异程度，因此dE应小于60，更优选地小于20，甚至更优选地小于5。例如，dE 60可以对应于-30至30之间的a*和/或b*的范围。以上针对透明度和颜色中性描述的值的范围表示透明太阳能收集器件的美学表现，其被发现是令人愉悦的。

具有与上述吸收特性类似的吸收特性的太阳能材料包括四苯并呋喃基二苯并晕苯的衍生物。在本文所述的各种实施方式中采用诸如这些的材料。它们是用于本公开中描述的各种器件实施方式的新颖的单一材料。这些材料的代表性吸收谱包括近紫外区中的主要吸收和在光谱的可见光部分的少量的小而窄的吸收峰。这些材料的光致发光发射显示了在光谱的可见光部分中的发射。这些晕苯表现出在光谱的UV和可见光区域中的吸收，以及在光谱的可见光部分中的发射峰。虽然这些晕苯表现出这些吸收和发射特性，但它们决不是显示出这些特性的唯一一种或多种材料。在说明性实施方式中，可以使用在光谱的UV和可见光区域中吸收以及在光谱的可见光部分中发射的一种或更多种材料的组合。

透明有机光伏（OPV）

透明有机光伏（OPV）能量收集器件是太阳能电池（例如，光伏器件），其采用有机材料来吸收UV光（例如，辐射）并将其转换成可用的电力。OPV对可见光是透明的，但吸收UV光。在本文中使用时，术语“光”和“辐射”同义使用，并且术语可以互换使用。此外，术语“太阳能电池”和“光伏器件”也同义使用，并且这些术语可以互换使用。

与所有太阳能电池一样，OPV光伏器件包括将来自撞击太阳能电池的辐射的光子转换成电子和正空穴的材料。也就是说，电子/空穴对是在光子被太阳能电池材料吸收时形成的。电子/空穴对可以被称为激子。

OPV太阳能电池材料由光敏层或双层组成，该结构由两种类型的分子（电子供体和电子受体）组成。这两种材料形成具有合适能级的异质结，以将激子解离成可以作为电流从器件中提取的自由电荷。激子是由于光吸收而在光活性层或双层中产生的，因此OPV的吸收光谱可以通过替换或化学改性供体和/或受体来改变。也就是说，通过改变供体和/或受体，可以改变OPV太阳能电池的吸收光谱的特性。

合适的电子供体材料包括但不限于三芳基胺、芳基咔唑、芴、螺芴、晕苯、噻吩、低聚噻吩、苯并噻吩和苯并二噻吩。具体的代表性示例包括但不限于TPD、NPB、m-MTDATA、TAPC、螺-OMeTAD、BF-DPB、BF-DPP、BF-DPN、BF-DPA、mCP、TCTA、BTE-Cl、六苯并晕苯、四苯并呋喃基二苯并晕苯和四苯并噻吩基二苯并晕苯。

合适的电子受体材料包括但不限于菲咯啉、含吡啶基的嘧啶分子、苯并咪唑、喹啉铝络合物、三嗪、氧化物、芳基膦氧化物、三唑和富勒烯。具体的代表性示例包括但不限于BPhen、B4PyMPM、TPBi、Alq3、BTB、OXD-7、DPEPO、TAZ、C₆₀、C₇₀、PCBM。

与其他太阳能电池一样，OPV太阳能电池也需要透明的导电电极（例如，透明电极）来收集由光伏（例如，PV）材料在吸收辐射时产生的电子和空穴。透明导电电极（例如氧化铟锡（ITO）或薄金属/金属网格）位于所述器件堆叠的下方和上方，所述器件堆叠由任选的电子传输层、光活性层（或双层）和任选的空穴传输层组成。

窄带可见光光伏

透明有机光伏（OPV）能量收集器件的电力输出可以通过向该器件添加吸收可见光的太阳能电池材料来增加。然而，为了使透明OPV器件保持对可见光透明，吸收可见光的太阳能电池材料必须不吸收太多的光以致于使透明OPV开始失去其透明度。也就是说，所得到的器件的透明度和颜色中性必须仅最小程度地受到这种吸收可见光的太阳能电池材料的吸收的影响，以避免破坏其美学表现，如上所述。

向OPV器件添加仅最小程度地影响所得到的器件的透明度和颜色中性的吸收可见光的太阳能电池材料可以通过添加仅吸收窄的附加可见光带的吸收可见光的太阳能电池材料的量和/或组成来实现。将可见光转换成电能的窄带可见光吸收体的存在将仅吸收窄带可见光（例如，VIS）。组合UV-VIS透明OPV的光谱可以表示单个吸收体、多个吸收体或完全堆叠的透明器件的吸收光谱。

存在实现PV材料的若干实施方式，所述PV材料仅吸收OPV器件的窄的附加可见光带。例如，在例示性实施方式中，可掺入主要吸收不可见光但还具有次级可见吸收峰的有机吸收体（小分子或聚合物），以与UV吸收体组合提供可见光吸收的窄窗户。

另一种实施方式可以包括将新型可见光吸收有机分子或无机纳米颗粒添加到原本视觉上透明的器件中以使其对这些波长敏感。例如，在说明性实施方式中，可以添加第三有机吸收体以形成三元共混物。也就是说，在两种分子形成主要UV吸收有机异质结的情况下，可以将第三种分子和/或化合物添加到主有机吸收体中以使器件对可见波长片段敏感。

合适的有机吸收体材料包括但不限于香豆素、萘二甲酰亚胺、晕苯、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰基亚甲基、罗丹明、苝二酰亚胺和联吡啶。

又一实施方式可以包括采用具有可见吸收峰的有机材料作为另外透明的有机异质结中的供体或受体。

OPV器件设计和形成

OPV可以通过高真空（<10-5托）下的热蒸发、低真空下的有机气相沉积（其中载气将热有机分子输送到衬底）、有机蒸气喷射印刷（其中热有机分子通过载气推进通过喷嘴）或通过溶液处理技术（其包括但不限于滴涂、旋涂、狭缝模头涂布、坡流涂布、幕涂、喷墨印刷、流涂、刮涂和喷涂）来沉积。

这些沉积工艺中的许多工艺与柔性衬底上的卷对卷沉积相容，并且都与刚性衬底上的分批涂覆相容。在真空/蒸气处理方法中，吸收体（可能包括用于可见光敏化的第三组分）将依次沉积成层以形成“平面”异质结（双层）或同时共沉积以形成均匀的“共混”异质结。

在溶液处理技术中，在涂覆之前，吸收体将溶解为一种溶液或更多种溶液中。有机分子本身可以是小分子单体或聚合物材料。可以调节有机吸收组分（至少两种异质结材料，以及可能的第三可见光敏化组分）的比例，以在集成到全堆叠器件中时提供最佳的光伏和光学/美学表现。1:1的电子供体与电子受体的比率是常见的，尽管至多20：1供体:电子受体的比率是常见的。或1:20的供体:受体在某些材料体系中可能是有益的。组分和载体材料也可以沉积在顺序层中，以在不同层中添加具有不同吸收体的特征和功能。

有机吸收层的厚度对于混合异质结OPV通常为50-300 nm，但对于一些平面异质结OPV，其可以薄至10 nm。

可见光“波段”吸收材料的所需厚度取决于其在所需波长范围内的吸收强度（例如，吸收系数）和目标吸收量。限定可见光吸收体的有效光学厚度是有用的，该有效光学厚度基本上是光在通过器件的途中穿过的材料的总厚度。例如，在100 nm厚的吸收层中，包含10％的可见光吸收组分，该组分的有效光学厚度为10 nm。实现特定波长的特定百分比吸收所需的有效光学厚度可以计算为：（有效光学厚度）=（吸收系数）/（目标吸收百分比的自然对数）。

在一些实施方式中，透明OPV器件可包括在太阳光谱的近红外（例如，近IR）部分中具有主要吸收和PV性能的器件。也就是说，近红外PV器件主要将IR能量转换成电能，而不是吸收太阳光谱的UV部分中的辐射。可以按照与可以将VIS波段添加到UV吸收器件相同的方式将VIS光吸收的窄波段添加到近红外透明OPV以补充OPV器件的电力产生。

透明发光太阳能聚光器（LSC）

发光太阳能聚光器（LSC）是通过在膜、有机玻璃、聚合物板、塑料片、玻璃、层压玻璃或平坦衬底的区域上收集辐射，将吸收的能量转换成光致发光，并将平面内重新发射的辐射（例如，光致发光发射）引导（波导）到膜、有机玻璃、聚合物板、塑料片、玻璃、层压玻璃或平坦衬底的周边处的光伏电池来产生电力的器件。膜、有机玻璃、聚合物板、塑料片、玻璃、层压玻璃或平坦衬底可以充当吸收辐射的波导，吸收辐射被集中为平面中的再发射光并在膜、有机玻璃、聚合物板、塑料片、玻璃、层压玻璃或平坦板的周边收集，用于电力。

为了使这些LSC透明，它们的发光体的吸收应主要在可见光谱之外，主要吸收近紫外（例如UVA）光，其中最强吸收峰在300 nm至450 nm之间。在一些实施方式中，这些发光体可以通常经由光致发光或磷光来发射峰值在400 nm至780 nm之间的可见光谱中的辐射。在一些实施方式中，可见光吸收的次级带（波长在400 nm至780 nm之间）被有意地引入到所述器件中以补充发电，同时在整体透明度和颜色中性方面保持优异的美学表现。

这可以通过仔细选择发光体或发光体的组合或混合物来实现。在近紫外光中具有主吸收峰并且在可见光中具有一个或更多个次级峰的单个发光体适合于此目的。这种类型的发光体的具体的非限制性示例是新的晕苯，例如官能化的六苯并晕苯、四苯并呋喃基二苯并晕苯或四苯并噻吩基二苯并晕苯。可以仔细地选择先前已知的有机发光体的组合、混合物或共混物，以实现主要的紫外线吸收和精心制作的次级可见光吸收带。合适的发光体组合或共混物可以包括但不限于以下中的两种或更多种：香豆素、萘二甲酰亚胺、晕苯、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰基亚甲基、罗丹明、苝二酰亚胺和联吡啶。在一些实施方式中，这些发光体可以小心地混合在混合物或组合中，以用次级可见吸收带补充发电，同时保持优异的整体透明度和颜色中性。

此外，还可以利用发光体的混合物和组合，以允许它们的复合光再发射与侧面安装的光伏器件的更好的光谱匹配，从而更有效地产生电力。此外，复合光再发射的这种调谐可以减少整个LSC中发光体的自吸收，并允许改善这些器件的面积的尺寸缩放。

LSC器件设计和形成

在一些实施方式中，用于波导的示例材料包括但不限于玻璃、石英、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺-酰亚胺、聚偏二氟乙烯，并且可以是无定形或结晶材料或其组合。波导的一个或更多个表面上的透明膜或硬涂层可以包括但不限于乙酸丁酸纤维素、丙烯酸、玻璃上丙烯酸酯、离子塑料聚合物、乙酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯或热塑性聚氨酯，其包括发光体中的一个或更多个，包括但不限于先前针对LSC列出的所有示例发光体。这些波导、膜和涂层的折射率应在n=1.2至1.9的范围内，更优选地在n=1.3至1.8的范围内。整个有源LSC组件的厚度可以从独立膜的100 nm变化到作为夹有中间层的波导的玻璃或塑料层压板的5 cm，或甚至固体5 cm厚的有机玻璃板。

LSC衬底的光学和美学特性由嵌入主体材料中的发光体的类型及其在LSC衬底中或LSC衬底上的浓度决定。主体材料中的发光体的浓度决定其有效光学厚度，如上所定义的。发光体的浓度独立地通常为10.0至0.000001重量％，并且典型的有效光学厚度为1.0nm至1.0 mm，更优选地为10 nm至1.0 μm。为了在LSC中实现可见吸收的补充波段，主要的不可见光吸收发光体具有次级可见光特征或发光体固有的特征，或者可以将附加的可见光吸收发光体添加到样本中。

包含发光体的这些LSC有源层可以通过热蒸发制成；固体或溶液混合以准备熔融加工；或经溶液处理以涂覆夹层或衬底。发光体和主体组分可以经由高真空（<10^-5托）下的热蒸发、低真空下的有机气相沉积（其中载气将热有机分子输送到衬底）或有机蒸气喷射印刷（其中热有机分子由载气推进通过喷嘴）来沉积或共沉积。或者，发光体可以通过固体混合与单体、聚合物、粘合促进剂和其它组分混合；研磨；溶解和干燥；或一起溶解并保持在溶液中。这些混合物可以通过挤出或注塑成型熔融加工成夹层或浸渍的刚性衬底。作为另一种选择，发光体可以与单体、聚合物、粘合促进剂和其他组分共溶解，然后通过溶液处理技术（其包括但不限于滴涂、旋涂、狭缝模头涂布、滑动涂布、幕涂、喷墨印刷、流涂、刮涂和喷涂）直接沉积到夹层或刚性衬底上。这些溶液沉积工艺中的许多与柔性衬底上的卷对卷沉积相容，并且都与刚性衬底上的分批涂覆相容。组分和载体材料也可以沉积在顺序层中，以在不同层中添加具有不同吸收体的特征和功能。

这些有源层可以直接包括作为波导的刚性衬底，或者可以涂覆在刚性波导上、粘附到刚性波导上或层压在刚性波导之间，刚性波导可以是聚合物、玻璃或其他。然后通过在波导的边缘上安装光伏电池以将吸收和重新发射的光转换成电来形成功能性LSC。这些光伏电池可以例如是但不限于传统的单晶硅电池、非晶硅电池、砷化镓电池、碲化镉电池、铜铟镓硒电池、光伏带、染料敏化太阳能电池或有机光伏电池。发光体组合物不仅可以针对主要的紫外线吸收和补充的可见光吸收进行调谐，而且还可以针对它们的聚集再发射光谱进行优化，以适合为该LSC组件的边缘选择的光伏电池。

在一些实施方式中，LSC器件可以由透明波导主体（例如，LSC衬底）组成，例如膜、有机玻璃、聚合物板、塑料片、玻璃或其堆叠，其中一个或更多个发光体包含在该衬底/堆叠的部分之中、之上或之间，其在所述器件操作期间吸收太阳辐射并发射光。发射的光穿过波导LSC衬底的介质行进到边缘，在该边缘处它被光伏器件吸收并转换成电能。

在说明性实施方式中，发光体可以包含在中间层中或中间层上，该中间层以膜、有机玻璃、聚合物板、塑料片、玻璃或其堆叠的任何组合涂覆在、粘附到、熔化到或层压在上述LSC波导衬底之间，以结合到所得到的LSC器件中。

在说明性实施方式中，一个或更多个发光体可以通过热蒸发或溶液处理与其他透明材料一起沉积，使得发光体分散在中间层上的膜中的其他透明材料中。这种含发光体的膜可以沉积在中间层的一侧或两侧上，每侧具有不同的发光体或发光体的组成。这种含发光体的膜也可以随后沉积，在中间层上形成堆叠的薄膜，每层中具有不同的发光体或透明组分。然后可以将这些涂覆的夹层结合到如上所述的LSC器件中。

在说明性实施方式中，夹层本身可以通过将发光体嵌入液体或熔融的主体材料中，然后挤出、注塑和/或层压片材，然后将其固化或冷却成固体夹层以结合到如上所述的LSC器件中来制造。

在一些实施方式中，一个或更多个发光体可以通过热蒸发或与其他透明材料的溶液处理来沉积，使得发光体分散在直接位于透明刚性波导上的膜中的其他透明材料中。这种包含发光体的膜可以沉积在波导衬底的一侧或两侧上，每侧具有不同的发光体或发光体的组成。这种包含发光体的膜也可以随后沉积，在波导衬底上形成堆叠的薄膜，每层中具有不同的发光体或透明组件。然后可以将这些涂覆的透明波导结合到LSC器件中。

在一些实施方式中，LSC衬底可以通过将发光体嵌入液体或熔化的主体材料中，然后挤出、注塑和/或层压片材，然后将其固化或冷却成固体来制造。然后可以通过将光伏电池安装在其边缘上来将该LSC衬底制成LSC器件。

在一些实施方式中，发光体可以与夹在透明波导衬底之间的单体组分混合，并通过添加能量（例如但不限于热、紫外光或微波）交联，以在两个透明波导衬底之间产生100％固体交联层。然后可以通过将光伏电池安装在其边缘上来将该LSC堆叠制成LSC器件。

智能窗户和智能窗户插件中的应用

吸收UV的OPV和LSC器件可用于建筑玻璃窗、汽车玻璃、航空航天玻璃、显示器玻璃和用于建筑环境、消费者装置、运输车辆和基础设施以及军事装置和基础设施的各种其它应用中。当在诸如窗户、门、幕墙、窗墙、冲孔窗单元的窗户产品中使用时，OPV和LSC器件可用作单层、双层或三层绝缘玻璃单元中的玻璃或有机玻璃。LSC器件可以并入玻璃或窗户产品中以用于新构造、翻新或改装。这种翻新或改装可以用隔热玻璃单元插入件完成，以允许现有的窗户和框架接受这种智能窗户系统。

诸如基于电致变色膜的电致调光/可着色智能窗户是快速增长的市场。由于电布线此类窗户的高成本以及操作它们所需的相对低的电力，吸收UV的OPV和LSC提供了潜在的解决方案以提供局部使用点电力而不降低窗户的美学表现。智能窗户的共同缺点是它们的颜色，与中性色窗户相比，这降低了视觉舒适度并产生不自然的照明条件。

如上所述，LSC和OPV两者的光学性质基于它们的组成和吸收材料的化学设计是高度可调的。这种可调性可用于补偿智能窗户的任何不期望的颜色（例如在与呈现蓝色的智能窗户配对时吸收额外的蓝光），从而产生更平坦、更中性的透射光谱。

在诸如环境感测、物联网连接和控制以及热调节智能窗户的一些智能窗户应用中，来自可见光吸收片的补充发电可以为这些系统提供额外的内部电力。上面强调的与电致调光/可着色智能窗户一起使用的颜色可调性也是这些应用的附加益处，允许使用本文公开的OPV或LSC器件在设计那些元件时具有更大的灵活性，以补偿那些元件在其颜色中性方面造成的任何损害。

如本文所述，为以下窗户设计提供了窗户插入件，所述窗户设计包括紫外吸收/视觉上透明的光伏器件和单片集成的电致调光薄膜和/或低发射膜和/或环境传感器的独特组合，这导致可见光和近红外光的太阳能调节，因此是不需要外部电源的独立产品。在一些实施方式中，插入件的光活性层按太阳光入射顺序包括：i）多层的光伏和/或发光太阳能聚光器，其主要收集紫外光，同时透射大部分可见光和近红外光；和ii）在一些实施方式中，主要调节可见光和/或近红外光透射的电致调光层组；和iii）在一些实施方式中，主要用于反射红外光的低发射层组。在窗户插入件的一些实施方式中，吸收紫外线的视觉上透明的光伏器件层还向板载硬件提供电力，所述板载硬件包括：i）传感器，诸如温度和湿度传感器；和/或ii）储能元件，例如电池和/或电容器；和/或iii）无线通信设备，诸如Wi-Fi和/或蓝牙适配器。

在一些实施方式中，窗户插入件允许透明光伏或透明发光太阳能聚光器层与板载传感器和/或电致调光层和/或低发射层集成，所述透明光伏或透明发光太阳能聚光器层将阳光转换成板载电力，所述板载传感器和/或电致调光层和/或低发射层调节阳光透射以优化照明条件并控制太阳热增益。技术进步在于选择性地收集用于板载电力的不可见光，与需要电力进行操作的互补功能层（例如电致调光层）单片集成。在一些实施方式中，插入件包括硬件元件，诸如内部布线；电池和/或电容器形式的能量储存器；一系列温度、光、湿度等环境传感器；以及在200 MHz至10 GHz之间的频率下操作的无线通信元件。

当根据本文详述并在附图中提供的设计来组合上述元件时，结果是独立的、自供电的智能窗户插入件，其可以在与现有窗户设计相同的空间区域附近和上方使用，以为基于传感器的环境条件数据收集和/或阳光透射的太阳能调节提供板载电源，而不需要外部电源或由电工或窗户安装工安装。这些产品的直接应用是增强建筑物、汽车、飞机、火车和船舶中的窗户设计。板载透明太阳能发电独特地实现了独立的、可改装的、窗户升级解决方案，用于不同范围的应用。利用所描述的窗户插入件，智能窗户功能可以被赋予现有窗户，不需要用外部布线的双层或三层隔热智能玻璃窗单元替换现有玻璃的成本和复杂性。本文所述的插入件部分地或全部地包括透明光伏或透明发光太阳能聚光器层或层组，以用于提供车载电力的目的。

在一个实施方式中，窗户插入件包括光收集元件，该光收集元件是包括有机半导体作为活性成分的单结光伏器件。在这样的实施方式中，有机电子供体和受体层在250 nm至450 nm范围内表现出峰值吸光度。因此，光伏活性层对于可见光和近红外区域中的光在很大程度上是透明的。例如，光伏活性层通常可以在可见光区域中表现出60％至100％的平均透射率。在这样的实施方式中，在单结有机太阳能电池中使用的紫外线吸收体可以使用真空沉积、化学气相沉积、旋涂、刮涂、喷涂或其他溶液或卷对卷工艺中的一种或组合来制造。在一些实施方式中，合适的电子供体和电子受体层公开于美国专利申请序列号15/577,965中，并且通过引用并入本文。

在一些实施方式中，光收集元件包括透明发光聚光器膜，该透明发光聚光器膜包括有机半导体作为活性成分，其中，活性成分主要吸收紫外光并发射可见光和/或近红外光。在这样的实施方式中，有机紫外线吸收体在250 nm至450 nm范围内表现出峰值吸光度和500 nm至1000 nm范围内的峰值发射。发光聚光器膜区域对于可见光和近红外区域中的光在很大程度上是透明的。例如，光伏活性层通常可以在可见光区域中表现出70％至100％的平均透射率。在一些实施方式中，发光聚光器膜中利用的紫外线吸收体可以使用滴铸、旋涂、刮涂、喷涂、挤出、注塑、层压或其他溶液或卷对卷工艺中的一种或组合来制造。合适的有机紫外线吸收体可以包括一种或更多种扭曲型六苯并晕苯（cHBC）衍生物。在一些实施方式中，例如，发光体是四苯并呋喃基二苯并晕苯。发光体可以分散在各种聚合物基质中以形成发光聚光器膜。可以使用任何合适的透明聚合物材料，包括但不限于聚丙烯酸酯、聚丙烯酸烷基酯、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。

窗户插入件的各种设计在附图中详细描述，其中插入数据用于产生用于车载电力的电力的紫外（UV）太阳能层的两个示例性实施方式。预期紫外（UV）太阳层吸收50-100％之间的、波长<420 nm的太阳辐射，然后将剩余的太阳光子i）内部传输到相邻的单片层（例如电致调光层和/或低发射层）；和/或ii）穿过窗户插入件。

对于先前利用经由窗户安装工和电工安装的外部供电的、电致调光的双层隔热玻璃单元的应用，具有本文所述的组成和架构的插入件将通过将这些功能与电工和窗户安装工的劳动分离开来显著降低提供动态阳光透射功能的成本和复杂性。窗户插入件可以潜在地导致现有窗户设计的广泛增强，其具有目前在可翻新改造的窗户产品中不可用的电致调光玻璃或薄膜技术。

图1示意性地示出了透明太阳能收集器件100，其吸收来自太阳105的太阳辐射以产生电力。透明太阳能收集器件100包括透明衬底110，透明衬底110包括透明有机太阳能收集材料（有机光伏OPV或发光太阳能聚光器LSC）。这些OPV或LSC材料和系统将太阳辐射能转换成可由电路130收集的电能。

OPV或LSC材料包括将UV辐射转换成电力或将光重新发射到波导并且到光伏电池以将其转换成电力的材料。因此，衬底110对UV光是不透明的，但它吸收到达衬底的UV辐射。

OPV或LSC材料还可以包括吸收窄波段的可见光的材料。窄波段可以是照射衬底的太阳辐射的波长的5 nm至100 nm的量级。该窄吸收带可能仅最小程度地降低衬底的可见光透明度。

太阳辐射至少包括紫外（例如，UV）辐射140、可见（例如，VIS）光150和155以及红外辐射（例如，IR）160。如本公开中所使用的，辐射和光是可互换的和同义的。太阳辐射照射包含透明OPV或LSC材料的衬底110。透明OPV或LSC材料吸收UV辐射160，如由不穿过衬底110的UV辐射160所示。IR辐射160穿过衬底110。

透明的OPV或LSC材料还可以包括一定量的可见光吸收光伏或发光材料。一些可见光辐射150作为可见光穿过衬底110。然而，一些可见光被可见光吸收光伏或发光材料吸收，如可见光线155所示。与UV光伏或发光材料一样，由可见光吸收光伏或发光材料吸收的可见光被所述材料转换成电路130中的电流，或者针对边缘安装的光伏电池重新发射以转换成电路130中的电流。电流可以由其他器件使用，或者可以存储在诸如电池的储存介质中。所得器件的透明度和颜色中性仅受到5 nm至100 nm窄带可见光的吸收的最小影响，所述窄带可见光被存在于OPV或LSC材料中的可见光吸收光伏或发光材料吸收。

图2示意性地示出了波长介于300 nm至1, 000 nm之间的太阳光谱的光谱辐照度与波长的关系的光谱的实施方式。光谱顶部的灰度图例被缩放到x轴的波长。图2示出了如何可以使用太阳光谱的UV和近UV部分240进行发电，同时使用光谱的可见部分250进行照明。也就是说，透明的OPV能量收集器件可以允许窗户让可见光进入结构，同时收集UV和近UV辐射240以用于产生电力。另外，穿过透明的OPV器件的近红外260可以用于加热。

在说明性实施方式中，透明太阳能收集器件可以利用太阳光谱的近红外部分中的太阳能吸收体。也就是说，近红外OPV材料可用于收集近红外太阳辐射并允许太阳光谱的可见光部分进入结构。此外，在说明性实施方式中，透明的近红外OPV材料还可以包括一定量的可见光吸收光伏材料。可见光辐射150中的一些作为可见光穿过衬底110，而可见光辐射155中的一些被可见光吸收光伏材料的窄带吸收。

图3A示意性地示出了包括吸收体叠层305和电子电路340的OPV光伏器件300的实施方式。吸收体叠层包括UV吸收阳极材料320、UV吸收阴极材料330和玻璃上的氧化铟锡（ITO）的透明导电电极。UV吸收阳极材料320和UV吸收阴极材料330形成具有合适能级的异质结，以将激子解离成自由电荷，所述自由电荷可以作为电流从器件中提取。

用作UV吸收阳极材料320的合适电子供体材料包括但不限于三芳基胺、芳基咔唑、芴、螺芴、晕苯、噻吩、低聚噻吩、苯并噻吩和苯并二噻吩。具体的代表性示例包括但不限于TPD、NPB、m-MTDATA、TAPC、螺-OMeTAD、BF-DPB、BF-DPP、BF-DPN、BF-DPA、mCP、TCTA、BTE-Cl、四苯并呋喃基二苯并晕苯和四苯并噻吩基二苯并晕苯。

用作UV吸收阴极材料330的合适电子受体材料包括但不限于菲咯啉、含吡啶基的嘧啶分子、苯并咪唑、喹啉铝络合物、三嗪、氧化物、芳基膦氧化物、三唑和富勒烯。具体的代表性示例包括但不限于BPhen、B4PyMPM、TPBi、Alq3、BTB、OXD-7、DPEPO、TAZ、C₆₀、C₇₀、PCBM。

图3B示意性地示出了包括吸收体叠层307和电子电路340的OPV光伏器件302的实施方式。吸收体堆叠体包括UV吸收阳极材料350、UV吸收阴极材料360和玻璃上的氧化铟锡（ITO）的透明导电电极，UV吸收阳极材料350包括混合到UV吸收体中的一定量的VIS吸收材料370，UV吸收阴极材料360也包括混合到UV吸收体中的一定量的VIS吸收材料380。UV吸收阳极材料350和UV吸收阴极材料360形成具有合适能级的异质结，以将激子解离成可以作为电流从器件中提取的自由电荷。此外，VIS吸收材料的合适能级将激子解离成自由电荷，其可以作为电流从器件中提取。在该实施方式中，由UV吸收材料350、360产生的电力由可见光吸收材料370、380的附加带产生的电力补充。

用作UV吸收阳极材料350的合适电子供体材料包括但不限于三芳基胺、芳基咔唑、芴、螺芴、晕苯、噻吩、低聚噻吩、苯并噻吩和苯并二噻吩。具体的代表性示例包括但不限于TPD、NPB、m-MTDATA、TAPC、螺-OMeTAD、BF-DPB、BF-DPP、BF-DPN、BF-DPA、mCP、TCTA、BTE-Cl、四苯并呋喃基二苯并晕苯和四苯并噻吩基二苯并晕苯。

用作UV吸收阴极材料360的合适电子受体材料包括但不限于菲咯啉、含吡啶基的嘧啶分子、苯并咪唑、喹啉铝络合物、三嗪、氧化物、芳基膦氧化物、三唑和富勒烯。具体的代表性示例包括但不限于BPhen、B4PyMPM、TPBi、Alq3、BTB、OXD-7、DPEPO、TAZ、C₆₀、C₇₀、PCBM。

用作VIS吸收材料380的合适有机吸收体材料包括但不限于香豆素、萘二甲酰亚胺、晕苯、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰基亚甲基、罗丹明、苝二酰亚胺和联吡啶。

图4示意性地示出了包括吸收体叠层405和电子电路340的OPV光伏器件400的实施方式。吸收体堆叠包括UV吸收阳极材料420、UV吸收阴极材料430、电解质材料480和玻璃上的氧化铟锡（ITO）410的透明导电电极。在该实施方式中，电解质材料480在阴极430和阳极420材料之间提供物理分离，并提供电荷载体可以移动通过的介质。

用作UV吸收阳极材料420的合适电子供体材料包括但不限于三芳基胺、芳基咔唑、芴、螺芴、晕苯、噻吩、低聚噻吩、苯并噻吩和苯并二噻吩。具体的代表性示例包括但不限于TPD、NPB、m-MTDATA、TAPC、螺-OMeTAD、BF-DPB、BF-DPP、BF-DPN、BF-DPA、mCP、TCTA、BTE-Cl、四苯并呋喃基二苯并晕苯和四苯并噻吩基二苯并晕苯。

用作UV吸收阴极材料430的合适电子受体材料包括但不限于菲咯啉、含吡啶基的嘧啶分子、苯并咪唑、喹啉铝络合物、三嗪、氧化物、芳基膦氧化物、三唑和富勒烯。具体的代表性示例包括但不限于BPhen、B4PyMPM、TPBi、Alq3、BTB、OXD-7、DPEPO、TAZ、C₆₀、C₇₀、PCBM。

用作OPV光伏器件400中的电解质的合适电解质材料480包括但不限于碘化物/三碘化物水溶液和有机溶液、含碘化物的离子液体中的碘溶液、咪唑碘化物、碘/碘化物掺杂的聚合物基质如聚（环氧乙烷）、聚（N-烷基-4-乙烯基吡啶）、碘/碘化物掺杂的介孔二氧化钛和离子掺杂的三芳胺衍生物。

图5示意性地示出了吸收光谱500的一般化草图，其具有吸收UV和近UV光的主吸收峰“P1”510，以及吸收可见光的窄带的次吸收峰“P2”520。这种一般化的代表性光谱可以是单个吸收体、多个吸收体或完整堆叠透明器件的吸收光谱。可见吸收峰P2 520具有如图所示的半峰全宽（FWHM）530，并且两个吸收特征由具有很少或没有吸收的谷“V1”540分开。主吸收峰“P1”510强烈吸收紫外和/或近紫外光（波长范围为300 nm至450 nm），而较弱的次吸收峰“P2”520吸收可见波长带（在400 nm至780 nm的范围内）。这不限于单个次级吸收峰“P2”，因为在光谱的可见区域中可以存在两个或更多个次级、三级等窄带吸收峰。在一些实施方式中，这些峰可以由谷分开，如由“V1”540表示的，其可以具有比任何相邻吸收峰“P1”、“P2”等弱至少50％的吸收。任何这样的可见光带（例如P2）的吸收不需要与主要吸收特征一样强，也不需要在任何绝对意义上“强”。即使是少量的吸收，导致该带中的量子效率仅为5％或10％，也可以对发电产生有意义的影响。使用窄带可见光发电的潜力在上面的表1中示出。

图5中的示意性吸收光谱示出了OPV光伏器件或LSC发光太阳能聚光器器件的实施方式，其吸收太阳光谱的UV和近UV部分中的辐射，其中宽吸收带P1 510在约300 nm至400nm之间。图5还示出了OPV光伏器件在波长光谱V1 540的VIS部分中很大程度上是透明的，但是在小于780 nm的波长处确实具有窄吸收带P2 520。

图6A和图6B呈现示例晕苯衍生物的化学结构，即官能化四苯并呋喃基二苯并晕苯，其可用于本文所述的各种实施方式中。图6A和图6B中的两种结构作为可用于本公开的OPV和LSC实施方式中的单分子的说明性示例呈现，但绝不旨在是限制性的。

图6A是在苯并呋喃5-位用2-甲氧基乙氧基取代基四重衍生化的四苯并呋喃基二苯并晕苯（“MOEO-TBF”）的化学结构。

图6B是在苯并呋喃5-位用壬氧基取代基四重衍生化的四苯并呋喃基二苯并蔻的化学结构。

图6C呈现嵌入聚合物主体中的四苯并呋喃基二苯并晕苯衍生物的吸收和发射光谱，所述聚合物主体强烈吸收<400 nm的光，其中吸收带在约365 nm 610处，次级吸收特征在约500 nm 630处。类似于图6A和图6B中所示的分子，该晕苯衍生物将强UV吸收与VIS区域620中的低吸收的宽区域以及太阳光谱的500 nm附近630部分的窄吸收带组合。

除了吸收光谱之外，图6C还呈现了该晕苯衍生物材料的发射光谱640。也就是说，它不仅在UV和VIS区域吸收，而且该材料还发射波长介于约500 nm至约575 nm之间的可见光。

图7示意性地示出了透明发光太阳能聚光器（例如，LSC）700的实施方式。透明LSC700的这个实施方式包括可以用作吸收辐射的波导的膜、有机玻璃或玻璃衬底720。辐射可以被聚集为平面中的重新发射光，和/或在膜、有机玻璃或玻璃衬底的周边（例如，侧表面或边缘）处被收集以用于电力。

光伏器件730位于LSC衬底720的侧边缘处，以收集从衬底波导720发射的辐射。光伏器件730可以包括将辐射转换成电力的任何类型的器件。示例包括但不限于薄膜、单晶、多晶、非晶光伏器件等。太阳能材料可以包括但不限于硅、CdTe（碲化镉）、GaAs（砷化镓）、CGIS（铜镓铟硫化物）、透明OPV等。

在说明性实施方式中，在器件工作期间吸收和发射光的一个或更多个嵌入式发光体可以嵌入衬底中。嵌入的发光体可以是但不限于以下中的一个或两个或更多个的组合：香豆素、萘二甲酰亚胺、晕苯、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰基亚甲基、罗丹明、苝双酰亚胺和联吡啶，作为紫外线吸收发光体740（吸收近紫外线，峰值吸收在300 nm至450nm之间），其可发射与吸收波长不同的光子745（发射可见光，峰值波长为400 nm至780 nm）。从UV吸收发光体740发射的光子745可以从LSC衬底720的表面内部反射760，并被引导到光伏器件730以转换为电力。

在说明性实施方式中，嵌入的发光体可以是吸收可见光的窄波长带的可见光吸收发光体770。嵌入的发光体可以是但不限于以下中的一个或两个或更多个的组合：香豆素、萘二甲酰亚胺、晕苯、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰基亚甲基、罗丹明、苝二酰亚胺和联吡啶。例如，嵌入式发光体可以是VIS吸收发光体770（吸收峰值吸收在400 nm至780 nm之间的可见光），其可以发射与被吸收的波长不同的波长的光子775（在可见光和近红外中发射，峰值波长为400 nm至1000 nm）。从VIS吸收发光体770发射的光子775可以从LSC衬底720的表面内部反射并被引导到光伏器件730以转换为电力。

图8示意性地示出了透明发光太阳能聚光器（例如，LSC）800的实施方式，其中衬底波导720夹在两片刚性透明材料（诸如玻璃、塑料或有机玻璃）760之间。在一些实施方式中，衬底波导720具有UV吸收发光体740和可见光吸收发光体770，如上面在图7中所述。此外，LSC 800包括光伏器件730，如上文在图7中所述。

在说明性实施方式中，刚性透明材料760可以具有介于1 mm至20 mm之间的厚度。此外，衬底波导720可以是柔性膜、刚性膜、刚性衬底等。

图9是可逆安装的智能窗户插入件的透视图，所述智能窗户插入件包括一个或更多个补充玻璃板、丙烯酸片或其他透明衬底910，其具有边缘安装的隔热体或框架920，例如绝缘泡沫、垫圈或热边缘间隔物，用于在可拆卸智能窗户插入件和永久安装的玻璃立面之间产生热绝缘气隙。

图10是可逆安装的智能窗户插入件1000的横截面图，智能窗户插入件1000包括一个或更多个补充玻璃板、丙烯酸片或其他透明衬底1010，其具有边缘安装的隔热体或框架1020，例如绝缘泡沫、垫圈或热边缘间隔物，用于在可拆卸智能窗户插入件与永久玻璃立面之间产生热绝缘气隙。包括透明有机光伏电池或电池阵列或透明发光太阳能聚光器膜或能量收集器件的一个或更多个紫外太阳能层1030位于最靠近永久玻璃立面的位置。一个或更多个电致调光层1040相对于永久玻璃立面位于一个或更多个紫外太阳能层之后。电致调光层可以是由玻璃板封装的电致变色膜并且单片地层压到紫外太阳能层，或者电致调光层1040可以通过气隙与一个或更多个紫外太阳能层1030分离。低辐射膜1050可以作为电致调光层1040的终结层单片沉积或层压，或者单独沉积或层压到玻璃或其它透明衬底上（相对于永久玻璃立面位于电致调光层1040之后）。边缘安装的隔热体或框架1020可以容纳一个或更多个电气部件1060，包括传感器、能量储存元件、无线通信元件、光传感器、颜色传感器、湿度传感器、温度传感器、占用传感器、运动传感器、蜂窝信号放大器、通用串行总线接口以及与一个或更多个电路电通信的无线通信元件。边缘安装的隔热体或框架2可以容纳常规的不透明光伏太阳能电池1070，用于收集间接太阳照射和/或收集由紫外太阳能层2发射并通过一个或更多个玻璃或其他透明衬底1而被波导到智能窗户插入件的边缘的光。

图11A至图11C以横截面视图示出了具有各种布置和玻璃或透明衬底配置的智能窗户插入件的示例性实施方式中的每个光学活性层或玻璃板的功能。在所有配置中，紫外光伏层“UV PV”是光学活性层，其位置最靠近永久玻璃立面。智能窗户插入件可以包括单片集成的UV PV和电致调光或电致变色层或玻璃板，如图11A所示，并且电致调光或电致变色层可以由一个或更多个低发射层终止。智能窗户插入件可以包括UV PV和电致调光或电致变色层或玻璃板，其在空间上由气隙分隔开，如图11B所示。智能窗户插入件可以包括单片UV PV层，例如厚度为1 mm至6 mm的丙烯酸片，其具有嵌入的紫外线吸收染料，其通过气隙与一个或更多个电致调光或电致变色层或玻璃板在空间上分离，如图11C所示。

图12是用于容纳一个或更多个智能插入层的边缘安装框架的透视图，该智能插入层可以安置在框架中，使得可以在框架内部和沿着框架内部进行电连接。框架周边可以通过绝缘泡沫和/或粘结边缘间隔件来增强，以在永久玻璃立面与一个或更多个智能窗户插入件之间产生一个或更多个热绝缘气隙。通过在框架内部中和沿着框架内部容纳一个或更多个电气部件，可以从视野中隐藏硬件。边缘安装框架的目的是以可拆卸的形式将智能窗户插入件临时固定到永久玻璃立面上，同时在建筑物内部与永久玻璃立面之间提供隔热。一个或更多个插入层可以安置在插入框架中，使得可以在框架内部和沿着框架内部进行电连接。

图13是智能窗户插入件系统的可逆安装的示例性实施方式的横截面图，该智能窗户插入件系统包括由边缘安装框架“插入框架”保持的紫外光伏“UV PV”玻璃板和电致变色“EC”玻璃板，该边缘安装框架“插入框架”装配在安装的立面框架内。智能窗户插入件系统在空间上与永久玻璃立面隔开一个气隙，UV PV玻璃板位于最靠近已安装玻璃立面的位置。智能窗户插入框架安装在已安装的立面框架内，并且在长度、宽度和深度上必须小于已安装的立面框架。因此，智能窗户系统的目的是收集紫外光以为窗户内的电气部件和/或电致调光层或玻璃板供电。智能窗户插入系统不同于现有技术，现有技术详细说明了用于新建筑或建筑物翻新的集成光伏和电致变色绝缘玻璃单元，其由窗户安装工永久安装，并且在某些情况下也由电工永久安装。本发明可以可逆地安装和/或更换或升级，而不必需要包括窗户安装工人或电工的专门劳动力。本发明通过使安装的窗户能够可逆地升级而延长了原始建筑物立面的寿命，所述窗户具有可以以非破坏性的方式定期维护或更换的补充玻璃板。

图14示意性地示出了将视觉上透明的光伏（PV）1410器件与视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC）1420组合以形成组合的视觉上透明的LSC/PV器件1400的器件的实施方式。在该实施方式中，PV器件耦接到LSC的顶表面或底表面，并且入射光照射组合的视觉上透明的LSC/PV器件。

如上文对于视觉上透明的LSC所述，LSC嵌入有吸收UV光并发射可见光的发光体。在一些实施方式中，嵌入的发光体的一些部分吸收可见光并发射可见光。从发光体中的每一个发射的可见光被波导引导到安装在LSC的侧表面和/或边缘上的PV电池，并且在与LSC电连通的第一电路1430中被转换成电力。

如上文对于视觉上透明的PV器件所述，PV器件包括UV光敏材料，其在与UV PC电连通的第二电路1440中将UV光子转换成电能。

第一电路1430和第二电路1440可以在组合的视觉上透明的LSC/PV器件1400处组合成单个电路，或者它们可以单独地指向单独的电路。第一电路和第二电路中的一者或两者可以与一个或更多个电气部件电连通，所述电气部件包括光传感器、颜色传感器、湿度传感器、温度传感器、占用传感器、运动传感器、蜂窝信号放大器、通用串行总线接口、能量储存装置或无线通信元件。此外，第一电路和/或第二电路可以连接到电网。

图15还示意性地示出了将视觉上透明的光伏（PV）器件1510与视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC）1520组合以形成组合的视觉上透明的LSC/PV器件1500的器件的实施方式。LSC 1520类似于图14中解说的器件。然而，在该实施方式中，PV器件1510包括具有UV光敏材料的可见光光敏材料。

在说明性实施方式中，可见光光敏材料可以在一层中，UV光敏材料可以在不同的层中，并且它们可以彼此堆叠，如图15示意性所示。两种不同材料的这种堆叠可以产生异质结构，其中每种材料吸收入射光（例如，辐射）的不同带。在一些实施方式中，可见光光敏材料可以与UV光敏材料混合以形成混合的可见光/UV光敏材料，其在与PV器件电连通的电路中将可见光和UV光子转换成电能。

从发光体中的每一个发射的可见光被波导到安装在LSC的侧表面和/或边缘上的PV电池，并且在与LSC电连通的第一电路1530中被转换成电力。

如以上针对视觉上透明的PV器件所述的，PV器件包括UV光敏材料，其在与UV PC电连通的第二电路1540中将UV光子转换成电能。

第一电路1530和第二电路1540可以在组合的视觉上透明的LSC/PV器件1500处组合成单个电路，或者它们可以单独地指向单独的电路。

图16示出了制造视觉上透明的发光太阳能收集器（LSC）的方法的实施方式的步骤。应该注意的是，该方法从通常可以使用的较长过程大大简化。因此，图16所示的方法可以具有本领域技术人员可能使用的许多其他步骤。此外，一些步骤可以按照与所示顺序不同的顺序执行，或者同时执行。此外，在一些实施方式中，这些步骤中的一些可以是可选的。因此，过程1600仅仅是根据本发明的说明性实施方式的一个过程的示例。因此，本领域技术人员可以适当地修改该过程。

在1610处，提供分布在透明衬底中的一个或更多个发光体。一个或更多个发光体被配置为吸收紫外（UV）区域和可见光区域中的光。此外，一个或更多个发光体被配置为使用UV区域和可见光区域中的吸收光来发射可见光区域中的可见光。

提供分布在透明衬底中的一个或更多个发光体可以包括将一个或更多个发光体分散在透明波导材料中。所述提供步骤还可以包括将具有一个或更多个发光体的透明波导材料形成为透明波导。此外，所述提供步骤可以包括将具有一个或更多个发光体的透明波导粘附到透明窗户材料。在一些实施方式中，具有一个或更多个发光体的透明波导可以包括透明膜、硬涂层或多个膜层。

在一些实施方式中，将具有一个或更多个发光体的透明波导粘附到透明窗户材料可以包括通过热蒸发、溶液处理、熔融处理、有机气相沉积、有机蒸汽喷射印刷、固体混合或液膜交联将具有一个或更多个发光体的透明波导材料沉积到透明窗户材料。

在1620处，将一个或更多个光伏电池与透明衬底光耦合。一个或更多个光伏电池被配置为吸收由一个或更多个发光体发射的可见光并吸收太阳辐射。

视觉上透明的发光太阳能收集器（LSC）通过一个或更多个光伏电池吸收可见光和太阳辐射以产生能量。

视觉上透明的LSC对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）。此外，对于视觉上透明的LSC，透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的绝对值各自在-30至30之间。

图17示出了制造具有固定在框架中的刚性透明面板的窗户的方法的实施方式的步骤。应该注意的是，该方法从通常可以使用的较长过程大大简化。因此，图17所示的方法可以具有本领域技术人员可能使用的许多其他步骤。此外，一些步骤可以按照与所示顺序不同的顺序执行，或者同时执行。此外，在一些实施方式中，这些步骤中的一些可以是可选的。因此，过程1700仅仅是根据本发明的说明性实施方式的一个过程的示例。因此，本领域技术人员可以适当地修改该过程。

在1710处，提供包括透明膜的刚性透明面板。透明膜包括多个发光体。多个发光体在工作时可具有紫外（UV）光谱中的光的第一峰值吸收率和可见光谱中的光的峰值发射。此外，多个发光体被配置为使用UV区域和可见光区域中的吸收光来发射可见光区域中的可见光。

刚性透明面板对波长介于约400 nm至约780 nm之间的范围内的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；并且透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间。

在一些实施方式中，制造具有固定在框架中的刚性透明面板的窗户的方法还包括将边缘安装的太阳能电池耦接到刚性透明面板的边缘或侧表面，或者将太阳能电池阵列耦接到刚性透明面板。

在一些实施方式中，制造具有固定在框架中的刚性透明面板的窗户的方法还包括将一个或更多个电路电耦接成与边缘安装的太阳能电池或太阳能电池阵列电连通。

在一些实施方式中，制造具有固定在框架中的刚性透明面板的窗户的方法还包括将调节可见和/或红外电磁辐射通过窗户的透射的电致调光组件与一个或更多个电路电连通地电耦接。

图18示出了制造具有固定在框架中的刚性透明面板的窗户的方法1800的实施方式的步骤。应该注意的是，该方法从通常可以使用的较长过程大大简化。因此，图18所示的方法可以具有本领域技术人员可能使用的许多其他步骤。此外，一些步骤可以按照与所示顺序不同的顺序执行，或者同时执行。此外，在一些实施方式中，这些步骤中的一些可以是可选的。因此，过程1800仅仅是根据本发明的说明性实施方式的一个过程的示例。因此，本领域技术人员可以适当地修改该过程。

在1810处，提供至少一个光敏层，该光敏层具有介于350 nm与420 nm之间且包括350 nm和420 nm的第一吸收峰以及介于420 nm与780 nm之间且包括420 nm和780 nm的第二吸收峰。第二吸收峰可以具有介于10 nm至75 nm之间的半峰全宽（FWHM）。视觉上透明的光伏器件可以对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）。透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值可各自在负30至正30之间。视觉上透明的光伏器件可以产生电力。

在1820处，提供阳极，所述阳极被配置为与所述至少一个光敏层的第一表面电连通。提供阳极可以包括将LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种电耦接到至少一个光敏层的第一表面。

在1830处，提供阴极，所述阴极被配置为与所述至少一个光敏层的第二表面电连通。提供阴极可以包括将LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种电耦接到至少一个光敏层的第二表面。

至少一个光敏层可以包括有机电子供体和有机电子受体，并且光伏器件可以包括产生至少1.4V的开路电压（Voc）的单结架构。

示例

示例1. 六苯并晕苯被挤塑PMMA作为发光层

将少量扭曲的2, 9, 16, 23-四壬氧基-四苯并呋喃基二苯并晕苯（UV3）粉碎并研磨成纯化的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）粉末的大样品，并使其在超过100℃下通过高温注射成型机，得到掺杂有约0.00038wt％的扭曲的2, 9, 16, 23-四壬氧基-四苯并呋喃基二苯并晕苯（UV3）的约3.0 mm厚的膜。图19示出了所述结构1900。这种掺杂的聚甲基丙烯酸甲酯片具有安装到其边缘以收集波导光的小的7 mm×22 mm太阳能电池。这些显示，在395 nm处的峰值外量子效率（EQE）约为4％，这显示出其主要吸收近UV（NUV），在510 nm处的次级峰值EQE为1.5％。这两个吸收峰都是掺杂在整个有机玻璃中的晕苯所固有的。这个挤出的片材代表功能性透明发光太阳能聚光器。图20示出2000了该功能发光太阳能聚光器的外量子效率（EQE）与入射波长的关系的曲线图。

示例2. 涂覆到聚合物膜上用于玻璃板之间的层压的晕苯溶液

在剧烈搅拌下将2mg扭曲四苯并噻吩基并二苯并晕苯（图21中所示的结构2100）（cTBTDBC）溶解在75mL的2-丁酮中，向其中加入4克乙酸丁酸纤维素粉末。将所得溶液进行亚微米过滤以除去悬浮颗粒，然后通过meyer棒涂覆到630微米厚的聚丁酸乙烯酯膜上以形成约1.5微米厚的涂层。然后将这个涂覆的聚合物膜层压在两个4英寸×4英寸的玻璃板之间，在70℃下施加80psi的压力10分钟，以产生层压玻璃，硅光伏带用折射率匹配流体安装到该层压玻璃的边缘。然后将该器件放入AM1.5G太阳能模拟器中进行测量，并作为起作用的透明发光太阳能聚光器器件产生0.07 W/m2的电力。其从400 nm至780 nm的平均可见光透射率约为90％，其主要吸收在紫外线中（峰值在380 nm），其次要吸收峰在可见光中（峰值在480 nm），这两种吸收特征都是所用晕苯固有的。

示例3. 涂覆在用于玻璃板之间的层压的聚合物膜上的两种香豆素染料溶液的混合物

将15mg的7-（乙基氨基）-4, 6-二甲基香豆素（也称为香豆素2）和15mg的3-（2-N-甲基苯并咪唑基）-7-N, N-二乙基氨基香豆素（也称为香豆素30）溶解在250 mL的2-丁酮中，向其中加入16克乙酸丁酸纤维素粉末。发现所得溶液的粘度为18cP（厘泊），用meyer棒涂布到630微米厚的聚丁酸乙烯酯膜上，在室温下干燥，得到约1.9微米厚的含有香豆素染料混合物的涂层。然后将该涂覆的聚合物膜层压在两个4英寸×4英寸的玻璃板之间，在70℃下施加80 psi的压力10分钟，以产生层压玻璃，硅光伏带用折射率匹配流体安装到该层压玻璃的边缘。然后将该器件放入AM1.5G太阳能模拟器中进行测量，并产生0.20 W/m2的电力，适合作为起作用的透明发光太阳能聚光器器件。其从400 nm至780 nm的平均可见光透射率为约85％，其中其主要吸收在紫外线中（峰值在375 nm处）并且其次要吸收峰在可见光中（峰值在435 nm处）。

示例4. 夹在玻璃板之间并光固化的两种香豆素染料与丙烯酸酯单体的混合物

将2.5毫克的7-（乙基氨基）-4, 6-二甲基香豆素（也称为香豆素2）和2.5毫克的3-（2-N-甲基苯并咪唑基）-7-N, N-二乙基氨基香豆素（也称为香豆素30）溶解在52克纯丙烯酸酯单体中，然后加入1毫克光引发剂。搅拌后，将该液体混合物用刮刀铺展，然后在两个4英寸×4英寸的玻璃板之间压制，并用强UVA灯光固化5秒。这产生了层压玻璃，硅光电带用折射率匹配流体安装到层压玻璃的边缘。然后将该器件放入AM1.5G太阳能模拟器中进行测量，并产生0.31W/m2的电力，适合作为起作用的透明发光太阳能聚光器器件。其从400 nm至780 nm的平均可见光透射率为约90％，其主要吸收在紫外线中（峰值在375 nm），其次要吸收峰在可见光中（峰值在435 nm）。

示例5. 一种含六苯并苯的平面异质结型透明有机光伏器件。

将5 nm的氧化钼（VI）（MoO3，99.97％，来自Sigma-Aldrich）、23 nm的扭曲四苯并噻吩基并二苯并晕苯（cTBTDBC）、17 nm的扭曲1, 3, 6, 8, 13, 15, 18, 20-八氯六苯并晕苯（8Cl-cHBC）和5 nm浴铜灵（BCP，99.99％，来自Sigma-Aldrich）在1x10^-6托的基础压力下以2埃/秒顺序蒸发到预图案化的ITO玻璃上。然后通过图案化掩模热蒸发50 nm的铝以限定有源区。发现活性层具有超过75％的平均可见光透射率，其中主吸收峰在400 nm处，并且次级可见光吸收峰在530 nm处。

示例6. 在阳极缓冲层中具有共混异质结和第二可见光吸收体的透明有机光伏器件。

首先，将10 nm的1:1摩尔锂掺杂的4, 7-二苯基-1，10-菲咯啉（BPhen）热蒸发到预图案化和清洁的氧化铟锡（ITO）涂覆的玻璃衬底上。接下来，将120 nm的近紫外吸收N4，N4'-双（9, 9-二甲基-9H-芴-2-基）-N4, N4'-二苯基联苯基-4，4'-二胺（BF-DPB）和4，6-双（3, 5-二（吡啶-4-基）苯基）-2-甲基嘧啶（B4PymPm）的1:1共混物热蒸发在顶部。然后将11nm的10:1摩尔的N4，N4'-双（9，9-二甲基-9H-芴-2-基）-N4, N4'-二苯基联苯-4, 4'-二胺（BF-DPB）与可见吸收的1, 3, 4, 5, 7, 8-六氟四氰基萘醌二甲烷（F6-TCNNQ）在顶部热蒸发。然后在顶部热蒸发30nm的氧化钼（VI）（MoO3），然后以0.1埃/秒溅射氧化铟锡（ITO）。最后，通过沉积在顶部热蒸发作为出耦层的1, 3, 5-三（1-苯基-1H-苯并咪唑-2-基）苯（TPBi）的50nm层来完成此堆叠。该透明有机光伏器件具有1.98伏的开路电压和81％的平均可见光透射率。

示例7. 层压在两个玻璃板之间的含香豆素的膜，所述两个玻璃板安装到隔热玻璃单元（IGU）中并安装在框架中作为能量收集窗户：

将1.5微米厚的乙酸丁酸纤维素涂层在卷对卷涂布机中凹版涂布到14英寸宽、630微米厚的聚丁酸乙烯酯膜上，所述涂层含有1.3重量％（干重）7-（乙基氨基）-4, 6-二甲基香豆素和3-（2-N-甲基苯并咪唑基）-7-N, N-二乙基氨基香豆素的1:1混合物。将这个涂布的膜夹辊层压在两个12英寸×12英寸的玻璃板之间以形成玻璃层压体，然后切掉多余的膜。该层压板具有用紫外透明粘合剂光学安装到其边缘的硅光伏电池条，这些条的连接线串联安装，以在AM1.5G太阳照射下产生约2.2V的输出电流。然后将这些光电带涂布在具有输出引线的保护性密封剂中。然后将该密封的层压体与惰性气体填充的堆叠和后玻璃板一起安装以形成隔热玻璃单元（IGU）。该IGU具有电子板和电池组，该电子板和电池组与IGU一起安装在塑料窗框中，以组装成完整的、起作用的、发光的太阳能聚光器能量收集窗，该能量收集窗能够在明亮的阳光下产生接近1W/m2的电力。

上述本发明的实施方式旨在仅仅是示例性的；许多变化和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。这些变化和修改旨在落入由任何所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (74)

1.一种视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC），所述视觉上透明的LSC包括：

透明衬底中或透明衬底上的一个或更多个发光体，所述一个或更多个发光体被配置为吸收紫外（UV）区域和可见光区域中的光，所述一个或更多个发光体被配置为使用所吸收的UV区域和可见光区域中的光来发射可见光区域中的可见光；

一个或更多个光伏电池，所述一个或更多个光伏电池被配置为吸收由所述一个或更多个发光体发射的可见光并吸收太阳辐射，其中，所述一个或更多个光伏电池对可见光和太阳辐射的吸收产生能量，其中：

所述视觉上透明的LSC对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；并且

透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间。

2.根据权利要求1所述的视觉上透明的LSC，其中，所述一个或更多个发光体中的第一发光体在UV区域中约350 nm至420 nm之间的波长处具有第一吸收峰。

3.根据权利要求1所述的视觉上透明的LSC，其中，所述一个或更多个发光体中的第二发光体在可见光区域中约420 nm至650 nm之间的波长处具有第二吸收峰，并且具有介于从大约10 nm至大约50 nm之间的半峰全宽（FWHM）的波长带。

4.根据权利要求1所述的视觉上透明的LSC，其中，所述一个或更多个发光体中的至少一个发光体在可见光区域中约420 nm至650 nm之间的波长处具有最强光发射。

5.根据权利要求1所述的视觉上透明的LSC，其中，所述一个或更多个发光体是有机材料。

6.根据权利要求5所述的视觉上透明的LSC，其中，所述一个或更多个发光体中的至少一个发光体包括晕苯、取代晕苯基材料、香豆素、萘二甲酰亚胺、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰基亚甲基、罗丹明、苝二酰亚胺或联吡啶。

7.根据权利要求6所述的视觉上透明的LSC，其中，所述取代晕苯基材料包括六苯并晕苯衍生物、四苯并呋喃基二苯并晕苯衍生物或四苯并噻吩基二苯并晕苯衍生物中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的视觉上透明的LSC，其中，所述一个或更多个光伏电池耦接到所述透明衬底的边缘和/或侧表面。

9.根据权利要求1所述的视觉上透明的LSC，其中，所述透明衬底包括与透明窗户材料相邻的透明波导。

10.根据权利要求9所述的视觉上透明的LSC，其中，所述透明波导包括玻璃、石英、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸烷基酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、离子塑料聚合物、乙烯乙酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚酰胺-酰亚胺或聚偏二氟乙烯中的至少一种。

11.根据权利要求10所述的视觉上透明的LSC，其中：

所述一个或更多个发光体分散在所述透明波导中；并且

包含分散的一个或更多个发光体的所述透明波导包括透明膜、硬涂层或多个膜层。

12.根据权利要求11所述的视觉上透明的LSC，其中，所述透明波导夹在两个刚性板之间，所述刚性板是玻璃、有机玻璃或其他聚合物的任意组合。

13.根据权利要求11所述的视觉上透明的LSC，其中，所述透明膜、所述硬涂层或所述多个膜层通过热蒸发、溶液处理、熔融处理、有机气相沉积、有机蒸汽喷射印刷、固体混合或液体膜交联而沉积在所述透明窗户材料上。

14.根据权利要求9所述的视觉上透明的LSC，其中，所述透明窗户材料包括至少一种塑料、聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）、聚（甲基丙烯酸乙酯）（PEMA）或（聚）-甲基丙烯酸丁酯-共-甲基丙烯酸甲酯（PBMMA）、玻璃、有机玻璃、PMMA、塑料片或其他透明材料。

15.根据权利要求13所述的视觉上透明的LSC，其中：

所述透明膜、所述硬涂层或所述多个膜层包含乙酸丁酸纤维素、丙烯酸、玻璃上丙烯酸酯、离子塑料聚合物、乙酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚氨酯或热塑性聚氨酯。

16.根据权利要求1所述的视觉上透明的LSC，所述视觉上透明的LSC还包括：

分布在所述透明衬底中的至少一种掺杂剂，所述至少一种掺杂剂被配置为提供透射通过所述LSC的光的改善的颜色坐标和颜色中性。

17.根据权利要求1所述的视觉上透明的LSC，所述视觉上透明的LSC还包括：

分布在所述透明衬底中的至少一种掺杂剂，所述至少一种掺杂剂被配置为提供透射通过所述LSC和包含所述LSC的任何组件的光的改善的颜色坐标和颜色中性。

18.一种视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC），所述LSC包括：

视觉上透明的波导；

至少一个太阳能光伏电池；以及

嵌入在所述视觉上透明的波导中或所述视觉上透明的波导上的至少一种发光体材料，所述至少一种发光体材料被配置为吸收紫外（UV）区域和可见光区域中的光，所述至少一种发光体材料被配置为使用所吸收的UV区域和可见光区域中的光来发射可见光区域中的可见光，

其中：

所述视觉上透明的LSC对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；并且

透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在-30至30之间；并且

所述至少一个太阳能光伏电池被配置为吸收从至少一个视觉上透明的发光体发射的可见光以及太阳辐射，使得所述至少一个太阳能光伏电池产生电能。

19.根据权利要求18所述的LSC，其中，所述至少一种发光体材料包括单一发光体材料。

20.根据权利要求19所述的LSC，其中，所述单一发光体材料包括取代晕苯基材料。

21.根据权利要求18所述的LSC，其中，所述至少一种发光体材料包括两种或更多种发光体材料。

22.根据权利要求21所述的LSC，其中，所述两种或更多种发光体材料包括至少两种或更多种发光体，所述发光体包括晕苯、取代晕苯基材料、香豆素、萘二甲酰亚胺、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰基亚甲基、罗丹明、苝二酰亚胺或联吡啶。

23.根据权利要求18所述的LSC，所述LSC还包括：

与所述至少一个太阳能光伏电池电连通的一个或更多个电路。

24.根据权利要求23所述的LSC，所述LSC还包括：

一个或更多个电气部件，所述一个或更多个电气部件是从由以下项组成的组中选择的：光传感器、颜色传感器、湿度传感器、温度传感器、占用传感器、运动传感器、蜂窝信号放大器、通用串行总线接口、能量储存装置、或与所述一个或更多个电路电连通的无线通信元件。

25.根据权利要求24所述的LSC，其中，所述一个或更多个电气部件由所述至少一个太阳能光伏电池供电。

26.根据权利要求18所述的LSC，其中，所述至少一个太阳能光伏电池耦接到所述视觉上透明的波导的至少一个侧表面或边缘。

27.根据权利要求26所述的LSC，其中：

所述至少一个太阳能光伏电池是第一至少一个太阳能光伏电池；并且

所述LSC还包括：

第二至少一个太阳能光伏电池，所述第二至少一个太阳能光伏电池耦接至所述LSC的顶表面或底表面中的至少一者，其中：

所述LSC的顶表面或底表面中的所述至少一者垂直于所述视觉上透明的波导的所述至少一个侧表面或边缘；

所述第二至少一个太阳能光伏电池是视觉上透明的；并且

将所述至少一个太阳能光伏电池耦接到所述LSC形成组合的视觉上透明的LSC/PV器件。

28.根据权利要求27所述的LSC，其中：

所述组合的视觉上透明的LSC/PV器件对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；并且

透射通过所述组合的视觉上透明的LSC/PV器件的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间。

29.根据权利要求27所述的LSC，其中：

所述第一至少一个太阳能光伏电池产生与第一电路电连通的第一电能；并且

所述第二至少一个太阳能光伏电池产生与第二电路电连通的第二电能。

30.一种制造视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC）的方法，所述方法包括：

提供分布在透明衬底中或透明衬底上的一个或更多个发光体，所述一个或更多个发光体被配置为吸收紫外（UV）区域和可见光区域中的光，所述一个或更多个发光体被配置为使用所吸收的UV区域和可见光区域中的光来发射可见光区域中的可见光；

将一个或更多个光伏电池与所述透明衬底光耦合，所述一个或更多个光伏电池被配置为吸收由所述一个或更多个发光体发射的可见光并吸收太阳辐射，其中：

所述一个或更多个光伏电池对可见光和太阳辐射的吸收产生能量；

所述视觉上透明的LSC对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；并且

透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在-30至30之间。

31.根据权利要求30所述的方法，其中，提供分布在透明衬底中的一个或更多个发光体包括：

将所述一个或更多个发光体分散在透明波导材料中；

将具有所述一个或更多个发光体的所述透明波导材料形成为透明波导；以及

将具有所述一个或更多个发光体的所述透明波导粘附到透明窗户材料，其中，具有所述一个或更多个发光体的所述透明波导包括透明膜、硬涂层或多个膜层。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，将具有所述一个或更多个发光体的所述透明波导粘附到所述透明窗户材料包括：

通过热蒸发、溶液处理、熔融处理、有机气相沉积、有机蒸汽喷射印刷、固体混合或液膜交联，将具有所述一个或更多个发光体的所述透明波导材料沉积到所述透明窗户材料。

33.一种视觉上透明的光伏器件，所述光伏器件包括：

至少一个光敏层，所述至少一个光敏层具有介于350 nm与420 nm之间且包括350 nm和420 nm的第一吸收峰以及介于420 nm与780 nm之间且包括420 nm和780 nm的第二吸收峰；

阳极，所述阳极被配置成与所述至少一个光敏层的第一表面电连通；以及

阴极，所述阴极被配置成与所述至少一个光敏层的第二表面电连通，其中：

所述视觉上透明的光伏器件对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；

透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间；并且

所述视觉上透明的光伏器件产生电力。

34.根据权利要求33所述的光伏器件，其中，所述第二吸收峰具有介于10 nm至75 nm之间的半峰全宽。

35.根据权利要求33所述的光伏器件，其中，所述阳极和所述阴极独立地包括LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种。

36.根据权利要求35所述的透明的光伏器件，其中：

所述透明导电氧化物包括氧化铟锡（ITO）、掺铝氧化锌（AZO）、氧化锌或氧化镓锌（GZO）；

所述透明超薄金属包括Al、Au、Ag、Mo或Ni；

所述金属包括Al、Au、Ag、Ni、Cu或Mo；并且

所述金属纳米线包括Al、Au或Ag。

37.根据权利要求33所述的光伏器件，其中：

所述至少一个光敏层包含有机电子供体和有机电子受体；并且

所述光伏器件包括产生至少1.4V的开路电压（Voc）的单结架构。

38.根据权利要求33所述的光伏器件，其中，所述至少一个光敏层包括：

第一光敏层，所述第一光敏层包含有机电子供体；以及

第二光敏层，所述第二光敏层包含有机电子受体，其中，所述第一光敏层和所述第二光敏层形成双层平面异质结。

39.根据权利要求38所述的光伏器件，其中：

所述第一光敏层具有介于350 nm至420 nm之间的所述第一吸收峰；并且

所述第二光敏层具有介于420 nm至780 nm之间的所述第二吸收峰；或者

所述第一光敏层具有介于420 nm至780 nm之间的所述第二吸收峰；并且

所述第二光敏层具有介于350 nm至420 nm之间所述第一吸收峰。

40.根据权利要求38所述的光伏器件，其中，所述有机电子供体和/或所述有机电子受体包括二苯并晕苯衍生物。

41.根据权利要求38所述的透明的光伏器件，其中：

所述有机电子供体包括第一扭曲六苯并晕苯（cHBC）或cHBC衍生物；并且

所述电子受体包括第二cHBC或cHBC衍生物。

42.根据权利要求39所述的光伏器件，其中，介于420 nm至780 nm之间的所述第二吸收峰是由于分散在所述至少一个光敏层中的掺杂剂引起的，所述掺杂剂包括以下中的一种或更多种：香豆素；萘二甲酰亚胺；晕苯；蒽；红荧烯；噻吩；芴；二氮杂芴；芴酮；二氰基亚甲基；罗丹明、苝二酰亚胺；或联吡啶。

43.根据权利要求37所述的光伏器件，其中，所述有机电子供体和所述有机电子受体包括四苯并噻吩基二苯并晕苯衍生物或四苯并呋喃基二苯并晕苯衍生物中的至少一种。

44.根据权利要求33所述的光伏器件，所述光伏器件还包括：

一个或更多个电气部件，所述一个或更多个电气部件是从由以下项组成的组选择的：光传感器、颜色传感器、湿度传感器、温度传感器、占用传感器、运动传感器、蜂窝信号放大器、通用串行总线接口、能量储存装置和无线通信元件。

45.根据权利要求44所述的光伏器件，其中，所述一个或更多个电气部件由所述光伏器件供电。

46.根据权利要求33所述的光伏器件，其中，存在于太阳光谱的可见光部分中的第二峰值吸收为所述光伏器件提供补充电力，以补充由太阳光谱的UV部分中的第一峰值吸收产生的电力，同时保持所述AVT高于35％，并且将来自透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标的a*和b*的值各自保持在负30至正30之间。

47.根据权利要求33所述的光伏器件，所述光伏器件还包括：

透明发光太阳能聚光器（LSC），所述透明发光太阳能聚光器联接至所述视觉上透明的光伏器件，其中，所述透明LSC联接至所述阳极或所述阴极。

48.一种制造视觉上透明的光伏器件的方法，所述方法包括：

提供至少一个光敏层，所述光敏层具有介于350 nm与420 nm之间且包括350 nm和420nm的第一吸收峰以及介于420 nm与780 nm之间且包括420 nm和780 nm的第二吸收峰；

提供阳极，所述阳极被配置成与所述至少一个光敏层的第一表面电连通；以及

提供阴极，所述阴极被配置成与所述至少一个光敏层的第二表面电连通，其中：

所述视觉上透明的光伏器件对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；

透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间；并且

所述视觉上透明的光伏器件产生电力。

49.根据权利要求48所述的方法，其中，所述第二吸收峰具有介于10 nm至75 nm之间的半峰全宽。

50.根据权利要求48所述的方法，其中：

提供所述阳极包括将LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种电耦接到所述至少一个光敏层的所述第一表面；并且

提供所述阴极包括将LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种电耦接到所述至少一个光敏层的所述第二表面。

51.根据权利要求48所述的方法，其中：

所述至少一个光敏层包含有机电子供体和有机电子受体；并且

所述光伏器件包括产生至少1.4V的开路电压（Voc）的单结架构。

52.根据权利要求48所述的方法，其中，所述至少一个光敏层包括：

第一光敏层，所述第一光敏层包含有机电子供体；以及

第二光敏层，所述第二光敏层包含有机电子受体，其中，所述第一光敏层和所述第二光敏层形成双层平面异质结。

53.一种窗户，所述窗户包括：

刚性透明面板，所述刚性透明面板包括透明膜，所述透明膜包括一个或更多个发光体；

所述一个或更多个发光体能够工作以具有紫外（UV）光谱中的光的第一峰值吸收和可见光谱中的光的峰值发射，所述一个或更多个发光体被配置为使用UV区域和可见光区域中的吸收光来发射可见光区域中的可见光；

所述窗户具有入射光的介于35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT），所述入射光具有介于400 nm至780 nm之间的范围间的波长；并且

透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间。

54.根据权利要求53所述的窗户，所述窗户还包括：

一个或更多个太阳能电池，所述一个或更多个太阳能电池安装在所述窗户的边缘或侧表面上；或者

太阳能电池阵列，所述太阳能电池阵列包括嵌入所述窗户内的一个或更多个太阳能电池。

55.根据权利要求54所述的窗户，其中：

所述一个或更多个太阳能电池被配置为吸收由所述一个或更多个发光体发射的可见光并吸收太阳辐射；并且

所述一个或更多个太阳能电池对可见光和太阳辐射的吸收产生能量。

56.根据权利要求55所述的窗户，所述窗户还包括：

与一个或更多个边缘安装的太阳能电池或所述太阳能电池阵列电连通的一个或更多个电路。

57.根据权利要求56所述的窗户，所述窗户还包括：

电致调光组件，所述电致调光组件调节可见光和/或红外电磁辐射通过所述窗户的透射，所述电致调光组件与所述一个或更多个电路电连通。

58.根据权利要求57所述的窗户，其中，所述电致调光组件由所述边缘安装的太阳能电池或所述太阳能电池阵列供电。

59.根据权利要求53所述的窗户，所述窗户还包括：

低发射膜层，所述低发射膜层耦接到所述窗户以用于减少红外电磁辐射通过所述窗户的透射。

60.根据权利要求56所述的窗户，所述窗户还包括：

电荷储存装置，所述电荷储存装置与所述边缘安装的太阳能电池或所述太阳能电池阵列电连通。

61.根据权利要求56所述的窗户，所述窗户还包括：

一个或更多个电气部件，所述一个或更多个电气部件是从由以下项组成的组选择的：光传感器、颜色传感器、湿度传感器、温度传感器、占用传感器、运动传感器、蜂窝信号放大器、通用串行总线接口以及与所述一个或更多个电气电路电连通的无线通信元件。

62.根据权利要求56所述的窗户，其中，所述窗户安装在边缘安装的隔热体中或安装在框架中。

63.根据权利要求56所述的窗户，其中，所述一个或更多个电路由所述边缘安装的太阳能电池供电；或由嵌入所述窗户内的太阳能电池阵列供电。

64.根据权利要求62所述的窗户，其中，所述一个或更多个电路定位在所述边缘安装的隔热体中或所述框架中。

65.根据权利要求53所述的窗户，其中，所述刚性透明面板包括膜、有机玻璃、聚合物板、塑料片、玻璃、石英或其堆叠的任何组合。

66.根据权利要求54所述的窗户，其中，所述窗户包括以下中的至少一项：

视觉上透明的发光太阳能聚光器（LSC）；或者

视觉上透明的光伏器件（PV）。

67.一种制造窗户的方法，所述窗户具有固定在框架中的刚性透明面板，所述方法包括：

提供包括透明膜的刚性透明面板，所述透明膜包括多个发光体，其中：

所述多个发光体能够工作以具有紫外（UV）光谱中的光的第一峰值吸收和可见光谱中的光的峰值发射，所述多个发光体被配置为使用UV光谱和可见光谱中的吸收光来发射可见光区域中的可见光；

所述刚性透明面板对波长介于约400 nm至约780 nm之间的范围内的入射光具有介于35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；并且

透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间。

68.根据权利要求67所述的方法，所述方法还包括：

将边缘安装的太阳能电池耦接到所述刚性透明面板的边缘或侧表面；或者

将太阳能电池阵列耦接到所述刚性透明面板。

69.根据权利要求68所述的方法，所述方法还包括：

将与所述边缘安装的太阳能电池或所述太阳能电池阵列电连通的一个或更多个电路电耦接。

70.根据权利要求68所述的方法，所述方法还包括：

电耦接电致调光组件，所述电致调光组件调节可见光和/或红外电磁辐射通过所述窗户的透射，所述电致调光组件与所述一个或更多个电路电连通。

71.根据权利要求68所述的方法，其中：

将太阳能电池阵列耦接到所述刚性透明面板包括将视觉上透明的光伏器件耦接到所述刚性透明面板，所述视觉上透明的光伏器件包括：

至少一个光敏层，所述至少一个光敏层具有介于350 nm与420 nm之间且包括350 nm和420 nm的第一吸收峰以及介于420 nm与780 nm之间且包括420 nm和780 nm的第二吸收峰；

阳极，所述阳极被配置成与所述至少一个光敏层的第一表面电连通；

阴极，所述阴极被配置成与所述至少一个光敏层的第二表面电连通，其中：

所述视觉上透明的光伏器件对波长介于400 nm至780 nm之间的入射光具有35％至95％之间的平均可见光透射率（AVT）；

透射的可见光的CIE L*a*b*色坐标a*和b*的值各自在负30至正30之间；并且

所述视觉上透明的光伏器件产生电力。

72.根据权利要求68所述的方法，其中：

所述多个发光体包括至少两个或更多个发光体，所述发光体包括晕苯、取代晕苯基材料、香豆素、萘二甲酰亚胺、蒽、红荧烯、噻吩、芴、二氮杂芴、芴酮、二氰基亚甲基、罗丹明、苝二酰亚胺或联吡啶。

73.根据权利要求71所述的方法，其中，所述阳极和所述阴极独立地包括LiF/Al、Au、Ag、透明导电氧化物、透明导电石墨烯薄膜、透明导电纳米管膜、透明超薄金属、金属或金属纳米线中的一种或更多种。

74.根据权利要求71所述的方法，其中，所述第二吸收峰具有介于10 nm至75 nm之间的半峰全宽。