SISTEMA MULTICAPA LUMINISCENTE Y USO DEL MISMO.

La presente invención se refiere a un objeto luminiscente y en particular a la aplicación de un objeto luminiscente de este tipo en dispositivos concentradores luminiscentes ópticos, tales como dispositivos concentradores solares luminiscentes. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN ES 2 367 445 T3 El coste de la energía solar por vatio unitario es aproximadamente 5-10 veces superior al de la energía de otras fuentes, que incluyen carbón, petróleo, eólica, biomasa y nuclear. Con el fin de reducir el coste de la generación de energía solar en sistemas fotovoltaicos, es deseable hacer un uso eficaz de la parte más cara del sistema, concretamente la celda fotovoltaica (celda solar). Convencionalmente, esto se realiza usando grandes concentradores solares que concentran la luz (platos parabólicos o cóncavos). Estos dispositivos tienen diversas desventajas, incluyendo un alto coste de inversión, alto coste de mantenimiento, formas difíciles de manejar, y la necesidad de seguir al Sol a medida que cruza el cielo: para una revisión del estado de la técnica actual, véase Swanson, Progress in Photovoltaics: Research and Applications 8, 93 (2000). Una opción alternativa que ha sido objeto de investigaciones es usar una guía de ondas que recoge la luz y la transporta hasta una pequeña celda fotovoltaica. Algunos de estos esfuerzos intentaron usar medios holográficos (documento US5877874) u ópticas geométricas para redirigir la luz (véase por ejemplo T. Uematsu et al Sol Energ Mater Sol C 67, 415 (2001) y el documento US 4.505.264). Estos intentos fueron bastante insatisfactorios, especialmente para grandes distancias de transporte debido a que las eficacias eran bajas o los sistemas requerían el seguimiento del Sol o los sistemas eran complejos y no eran adecuados para la producción a gran escala o combinaciones de los mismos. Los concentradores solares luminiscentes (LSC) representan otra alternativa que ha sido objeto de investigaciones, predominantemente porque estos sistemas son fáciles de producir a bajo coste y porque estos sistemas no requieren el seguimiento del Sol. Los LSC consisten básicamente en una gran placa, lámina, película, fibra, cinta, tejido o recubrimiento poliméricos o de vidrio que se dopan con moléculas de colorantes fluorescentes. Los colorantes absorben luz de longitudes de onda específicas de la luz solar que incide sobre los mismos, y vuelven a emitir la luz en todas direcciones a una longitud de onda más larga. Una parte de esa luz se emite dentro del ángulo crítico de la guía de ondas de soporte, y se refleja totalmente de manera interna y se transporta hasta la celda fotovoltaica. El LSC tiene la ventaja de combinar materiales menos caros con flexibilidad (especialmente cuando se usa una guía de ondas de plástico) sin la necesidad de un dispador térmico o un sistema de seguimiento del Sol. Se describe un sistema de muestra con un fin diferente (iluminación de salas) en Earp et al, Sol Energ Mat Sol C 84, 411 (2004). Actualmente, no se usan comercialmente sistemas de LSC debido principalmente a su mala eficacia. Esta baja eficacia global se origina de una alta reabsorción de la luz emitida (desplazamiento de Stokes limitado del colorante), de una mala eficacia de acoplamiento de luz en la guía de ondas y de una mala eficacia de mantenimiento de la luz dentro de la guía de ondas. El documento DE2737847 describe un dispositivo para la conversión de energía luminosa en energía eléctrica o calor, en el que la luz se recibe en una capa transparente, cuyo índice de refracción es mayor que el del entorno de la capa, y que contiene centros fluorescentes, y se alimenta a una celda solar. Esta capa también se denomina colector o concentrador. Se combinan entre sí más de una combinación de concentrador/celda solar, con acoplamiento intermedio, en las que cada concentrador convierte parte del espectro en luz fluorescente y alimenta esta luz a una celda solar. El documento US2002/074035 describe un generador fotovoltaico que incluye al menos una celda fotovoltaica, y una matriz transparente colocada con al menos un material ópticamente activo con una longitud de onda de absorción lambda y una longitud de onda de reemisión lambda, seleccionándose el material ópticamente activo de tal manera que lambda corresponde a un intervalo de la celda fotovoltaica con una menor sensibilidad que lambda, teniendo la matriz una superficie de entrada y una superficie opuesta y comprende un recubrimiento reflector y un filtro dicroico sobre la superficie de entrada que refleja sustancialmente longitudes de onda más largas que aproximadamente 950 nm y es sustancialmente transparente para longitudes de onda inferiores a aproximadamente 950 nm, y sobre la superficie opuesta la matriz tiene un recubrimiento reflector que refleja longitudes de onda superiores a aproximadamente 400 nm, y en el que la celda fotovoltaica está incluida en la matriz. El documento EP0933655 describe polarizadores PL que se caracterizan por un bajo grado de polarización en su absorción y un alto grado de polarización en su emisión. La invención también da a conocer métodos para producir tales polarizadores PL. Además, el documento EP0933655 describe dispositivos de visualización de alto brillo y contraste que comprenden al menos un polarizador fotoluminiscente que se caracterizan por un bajo grado de polarización en su absorción y un alto grado de polarización en su emisión. 2 La presente invención pretende remediar esos inconvenientes de los sistemas de LSC, en particular proporcionando medios para aumentar la eficacia con la que se mantiene la luz emitida en el sistema de LSC. SUMARIO DE LA INVENCIÓN ES 2 367 445 T3 Ninguno de los documentos de la técnica anterior disponibles sugiere usar una capa colestérica de polímero nemático quiral como espejo reflector selectivo en longitud de onda en el contexto de dispositivos fotovoltaicos. Los inventores han descubierto que la eficacia de los sistemas de LSC puede aumentarse sustancialmente empleando (a) una capa luminiscente o núcleo luminiscente que contiene un material fotoluminiscente en combinación con (b) uno o más espejos selectivos en longitud de onda que son enormemente transparentes a la luz absorbida por el material fotoluminiscente y que reflejan fuertemente la radiación óptica que se emite por el material fotoluminiscente. En una realización preferida, se proporciona un objeto luminiscente que comprende una capa o núcleo luminiscente que contiene un material fotoluminiscente y un espejo selectivo en longitud de onda, en el que la capa luminiscente o el núcleo luminiscente está acoplado ópticamente al espejo selectivo en longitud de onda, siendo dicho espejo selectivo en longitud de onda transparente en al menos el 50% a la luz absorbida por el material fotoluminiscente y reflectante en al menos el 50% a la radiación que se emite por el material fotoluminiscente y en el que el espejo selectivo en longitud de onda comprende una capa colestérica de polímero nemático quiral, tal como se define en la reivindicación 1. El espejo selectivo en longitud de onda mencionado anteriormente puede colocarse de manera adecuada como capa separada en cualquier lugar entre la capa/núcleo luminiscente y la superficie que se pretende que reciba radiación óptica incidente. Por tanto, la luz incidente pasará a través del espejo selectivo en longitud de onda para excitar el material fotoluminiscente contenido en la capa luminiscente o el núcleo luminiscente subyacentes. La radiación óptica emitida por el material fotoluminiscente que incide en el espejo selectivo en longitud de onda se reflejará, impidiendo así que dicha radiación emitida se escape del LSC. Como resultado la radiación emitida se concentra de manera altamente eficaz dentro del LSC, dando como resultado una eficacia global mejorada. El espejo selectivo en longitud de onda también puede aplicarse ventajosamente en el lado opuesto de la capa luminiscente, es decir en el lado opuesto al lado que recibe luz incidente. Por tanto, puede garantizarse que la radiación emitida se refleja de vuelta a la capa luminiscente o a una guía de ondas. Con el fin de realizar los beneficios de la presente invención el espejo selectivo en longitud de onda debe ser enormemente transparente a la radiación que puede excitar el material fotoluminiscente y al mismo tiempo dicho espejo debe reflejar eficazmente la radiación emitida por dicho material fotoluminiscente Por consiguiente, el uno o más espejos selectivos en longitud de onda empleados en el objeto luminiscente de la presente invención son transparentes en al menos el 50% a la luz absorbida por el material fotoluminiscente y reflectantes en al menos el 50% a la radiación que se emite por el mismo material fotoluminiscente. Por tanto, la invención proporciona el uso de un objeto luminiscente que comprende una capa o núcleo luminiscente... [Seguir leyendo]

1. Uso de un objeto luminiscente como dispositivo concentrador solar luminiscente, comprendiendo el objeto luminiscente un material laminado óptico o una fibra óptica que comprende: a una capa o núcleo (1) luminiscente que contiene un material fotoluminiscente; b un espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda; y c una guía (2) de ondas; ES 2 367 445 T3 en el que la capa luminiscente o el núcleo (1) luminiscente está acoplado ópticamente al espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda, siendo dicho espejo selectivo en longitud de onda transparente en al menos el 50% a la luz absorbida por el material fotoluminiscente y reflectante en al menos el 50% a la radiación que se emite por el material fotoluminiscente, en el que el espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda comprende una capa colestérica de polímero nemático quiral, en el que la reflectividad del espejo selectivo en longitud de onda para la radiación emitida por el material fotoluminiscente supera la reflectividad del mismo espejo para la radiación óptica absorbida por dicho material fotoluminiscente en al menos el 50%, en el que el material fotoluminiscente está dispuesto para excitarse por la radiación incidente y emitir radiación óptica, la guía (2) de ondas está dispuesta para permitir la entrada de radiación emitida y para transportar la radiación que ha entrado hasta una salida, salida que está acoplada ópticamente a una celda (13) fotovoltaica y el espejo selectivo en longitud de onda está dispuesto para reflejar la radiación emitida que vuelve a entrar en la capa o núcleo luminiscente de vuelta a la guía (2) de ondas. 2. Uso del objeto luminiscente según reivindicación 1, que comprende una primera capa colestérica que refleja luz (7) polarizada circularmente a la derecha y una segunda capa colestérica que refleja luz (8) polarizada circularmente a la izquierda. 3. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el espejo selectivo en longitud de onda comprende una primera capa de apilamiento polimérica que refleja una polarización de la luz y una segunda capa de apilamiento polimérica que refleja la polarización opuesta de la luz. 4. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la reflectividad del espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda para la radiación emitida por el material fotoluminiscente supera la reflectividad del mismo espejo para la radiación óptica absorbida por dicho material fotoluminiscente en al menos el 80%. 5. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda es transparente en al menos el 60%, preferiblemente transparente en al menos el 70% a la luz absorbida por los materiales fotoluminiscentes. 6. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda es reflectante en al menos el 60%, preferiblemente reflectante en al menos el 70% a la radiación que se emite por el material fotoluminiscente. 7. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda comprende un espejo selectivo en polarización que es transparente en al menos el 50% a la luz absorbida por el material fotoluminiscente y que es reflectante en al menos el 50% a radiación polarizada lineal o circular con la polarización apropiada. 8. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la capa luminiscente o el núcleo (1) luminiscente comprende un polímero alineado que contiene un material fotoluminiscente orientado. 9. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el objeto es predominantemente transparente para radiación óptica en el intervalo de 400-500 y/o 600-700 nm. 10. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una capa (1) luminiscente y una guía (2) de ondas, en el que el objeto es un material laminado óptico o una fibra óptica, acoplándose el objeto luminiscente ópticamente a la guía de ondas, comprendiendo el objeto luminiscente un polímero alineado que contiene un material fotoluminiscente orientado, estando dicho material fotoluminiscente orientado inmovilizado dentro del polímero alineado, y teniendo dicho polímero alineado un ángulo de preinclinación de 10-90º con relación a la superficie del objeto. 11. Uso del objeto luminiscente según reivindicación 10, en el que el material fotoluminiscente orientado tiene una razón dicroica de al menos 2,0, preferiblemente de al menos 3,0, lo más preferiblemente de al menos 5,0 en una celda plana. 23 12. Uso del objeto luminiscente según reivindicaciones 10 u 11, en el que el polímero alineado tiene un ángulo de preinclinación de 30-80º. 13. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en el que el polímero alineado tiene un ángulo de preinclinación de 30-70º, preferiblemente de 40-70º, más preferiblemente 40-60º. 14. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el objeto es una fibra óptica que comprende una capa luminiscente y un núcleo de guía de ondas. 15. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en el que el objeto es una fibra óptica que comprende un núcleo (1) luminiscente y una guía de ondas (1). 16. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 10-15, en el que la guía (2) de ondas no comprende un colorante fluorescente. 17. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 10-16, en el que el ángulo de preinclinación está dentro del intervalo de 15-85º. 18. Uso del objeto luminiscente según una cualquiera de las reivindicaciones 10-16, en el que el ángulo de preinclinación está dentro del intervalo de 30-60º. 19. Dispositivo fotovoltaico que comprende un medio de recogida de radiación electromagnética que contiene i) un objeto luminiscente; y ii) una celda (13) fotovoltaica que puede convertir radiación óptica en energía eléctrica que está acoplada ópticamente a una salida del objeto luminiscente, en el que el objeto luminiscente comprende: a. una capa o núcleo (1) luminiscente que contiene un material fotoluminiscente; y b. un espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda; y c. una guía (2) de ondas; ES 2 367 445 T3 en el que la capa luminiscente o el núcleo (1) luminiscente está acoplado ópticamente al espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda, siendo dicho espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda transparente en al menos el 50% a la luz absorbida por el material fotoluminiscente y reflectante en al menos el 50% a la radiación que se emite por el material fotoluminiscente, en el que el espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda comprende una capa colestérica de polímero nemático quiral, en el que la reflectividad del espejo selectivo en longitud de onda para la radiación emitida por los materiales fotoluminiscentes supera la reflectividad del mismo espejo para la radiación óptica absorbida por dicho material fotoluminiscente en al menos el 50%, en el que el objeto luminiscente comprende un material laminado óptico o una fibra óptica, y en el que el material laminado óptico comprende la capa o núcleo luminiscente y el espejo selectivo en longitud de onda, en el que el material fotoluminiscente está dispuesto para excitarse por la radiación incidente y emitir radiación óptica, la guía (2) de ondas está dispuesta para permitir la entrada de radiación emitida y para transportar la radiación que ha entrado hasta la salida, y el espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda está dispuesto para reflejar la radiación emitida que vuelve a entrar en la capa o núcleo (1) luminiscente a la guía (2) de ondas. 20. Dispositivo fotovoltaico según la reivindicación 19, en el que la capa luminiscente o el núcleo (1) luminiscente y el espejo (7, 8) selectivo en longitud de onda son adyacentes. 21. Ventana que comprende el objeto luminiscente según la reivindicación 19, y una celda (13) fotovoltaica que puede convertir radiación óptica en energía eléctrica que está acoplada ópticamente a la salida del objeto luminiscente. 24 ES 2 367 445 T3 ES 2 367 445 T3 26 ES 2 367 445 T3 27 ES 2 367 445 T3 28 ES 2 367 445 T3 29 ES 2 367 445 T3 ES 2 367 445 T3 31 ES 2 367 445 T3 32 ES 2 367 445 T3 33 ES 2 367 445 T3 34