專利名稱：太陽能動力的可變的光衰減裝置以及安排的制作方法
太陽能動力的可變的光衰減裝置以及安排相關申請的交叉引用本申請要求于2009年4月24日提交的美國專利臨時申請序列號61/172，455、名稱為“太陽能動力的可變的光衰減裝置以及安排”的優(yōu)先權(quán)以及任何其他利益，該申請的整個披露通過引用完全結(jié)合在此。
背景技術：
窗戶，諸如在商業(yè)與住宅建筑中使用的那些窗戶，長期以來一直是一個能量損失源，并且因此它們與顯著增加的能源成本是有關聯(lián)的。盡管在過去三十年中為減少與窗戶有關的能源成本做出了努力，但在2006年美國有估計2. 7千兆BTU用來加熱和冷卻建筑的能量(在所估計的總共消耗的10千兆BTU中)歸因于窗戶，這個量大致相當于該國的全部戰(zhàn)略石油儲備。與窗戶有關的能源效率低下包括在寒冷天氣中通過窗戶的熱損失，在炎熱天氣中通過窗戶的熱增益，或兩者皆有。減少來自窗戶的能源損失的許多技術在過去幾年中已有開發(fā)。例如，如今的窗戶能采用多層玻璃，采用高科技材料如在玻璃之間的氣凝膠、以及低發(fā)射率(低-E)涂層來將熱損失減少到最低。還有一些對紅外光比對可見光的反射性更強的涂層。然而，即使采用了所有這些改進的窗戶也仍有明顯的能量損失。這是因為它們被設計為用于單一的氣候而不能適應變化的天氣條件。相應地，對于可變的光衰減裝置(諸如窗戶)仍有需要，這些可變的光衰減裝置能通過采用可使用太陽能將外部能耗最小化或消除的技術來使與常規(guī)的窗戶有關的能量損失量減少或者最小化。這樣的技術可通過調(diào)節(jié)太陽光透射量以將夏冬季之間的熱增益差考慮在內(nèi)而增加能源效率。發(fā)明概述本申請考慮到了用于通過一個光學裝置(例如，窗戶、濾光屏、遮陽板、眼鏡或其他諸如這樣的裝置)提供可變的光衰減的多種裝置、多種安排以及多種方法。根據(jù)本申請的一個發(fā)明方面，一種可變的光衰減裝置可被配置成太陽能動力的，這樣可減少或消除一個外部電源的使用，而同時提供能源效率以及其他與該光學裝置的、自動的和/或選擇性的可變衰減或者著色(或成為一種透明的(或低霧度的)狀況亦或成為一種半透明的(或高霧度的)狀況)有關的益處。相應地，在一個示例性的實施方案中，一種太陽能動力的可變的光衰減裝置包括一個基于非偏振器的可變的光衰減液晶單元，與該液晶單元處于電連通的至少一個光伏電池，以及一個聚光器，該聚光器具有一個光吸收表面以及光耦合到該光伏電池上的一個光發(fā)射表面。該聚光器被配置成使得照射到其光吸收表面上的至少一部分光被會聚并經(jīng)過其光發(fā)射表面被引導到該光伏電池的一個光子吸收部分上以生成一個電壓。該光伏電池生成的電壓用于響應于引導向該光伏電池的太陽光來將該液晶單元從一種未通電的狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的狀態(tài)。在另一個示例性的實施方案中，一種太陽能動力的可變的光衰減裝置包括一個可電操作的光衰減層；具有一個光吸收表面和一個光發(fā)射表面的一個光聚集層；以及光耦合到該光聚集層的光發(fā)射表面上的至少一個光伏電池，這樣使得照射到該光聚集層的光吸收表面上的至少一部分光經(jīng)過該光發(fā)射表面被引導向該光伏電池的一個光子吸收(活性的) 部分上。當被激活時，該光伏電池提供一個為該可電操作的光衰減層供電的電勢以使其從一種未通電的高透射狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的低透射狀態(tài)。在還另一個示例性的實施方案中，一種太陽能動力的可變的光衰減裝置包括至少一個光伏電池以及一個薄膜，該薄膜具有經(jīng)過驅(qū)動電路與該光伏電池處于電連通的一個第一和一個第二導電層以及被安置在一種主體溶液中的一種第一染料，該主體溶液被安置在該第一和第二導電層之間。該第一染料被配置成當該光伏電池未向該第一和第二導電層供電時置于一種高光透射的取向，并且進一步被配置成當該光伏電池向該第一和第二導電層供電時置于一種低光透射的取向。該薄膜進一步包括一種第二染料，該第二染料被配置成吸收照射到該薄膜上的光的至少一個第一部分并且向該光伏電池部分地發(fā)射一種生成的光。該染料可被安置于該主體溶液中，或者安置于隔離該薄膜的客體-主體溶液的一個或兩個相對的基片中。在仍另一個示例性的實施方案中，一種可變的光衰減裝置包括一個第一和一個第二導電層、一種液晶主體溶液以及分散在其中的一種客體染料用于形成置于該第一和第二導電層之間的一種客體-主體溶液、以及一個控制電路，該控制電路被配置成將一個可變電壓提供給這些導電層。該染料被配置成當該電源電路未將一個電壓提供給這些導電層時置于一種高光透射的、透明(低霧度)的取向、并且當該電源電路將一種第一驅(qū)動形式(例如一個第一電壓)提供給該第一和第二導電層時置于一種低光透射的、透明(低霧度)的取向。該染料進一步地被配置成當該電源電路將一種第二驅(qū)動形式或一個第二電壓提供給該第一和第二導電層時置于一種光漫射的、半透明(高霧度)的取向。在仍另一個示例性的實施方案中，一種可變的光衰減裝置包括一個第一和一個第二導電層、一種液晶主體溶液與分散在其中的一種客體染料用于形成置于該第一和第二導電層之間的一種客體-主體溶液、以及一個控制電路，該控制電路被配置成將一個可變的電壓提供給這些導電層。該染料被配置成當該電源電路未將一個電壓提供給這些導電層時置于一種低光透射的、透明(低霧度)的取向并且當該電源電路將一種第一驅(qū)動形式或一個第一電壓提供給該第一和第二導電層時置于一種高光透射的、透明(低霧度)的取向。該染料進一步地被配置成當該電源電路將一種第二驅(qū)動形式或一個第二電壓提供給該第一和第二導電層時置于一種光漫射的、半透明(高霧度)的取向。在另一個示例性的實施方案中，一種太陽能動力的可變的光衰減裝置包括一個可電操作的光衰減層以及光耦合到該光衰減層上的至少一個光伏電池，這樣使得照射到該光衰減層的一個外表面的光的至少一個第一部分被引導向?qū)τ谠摴馑p層的外表面而言向內(nèi)的、該光伏電池的一個光子吸收部分。該光伏電池是與該可電操作的光衰減層處于電連通的并且是被配置成以供電來將該可電操作的光衰減層從一種未通電的高透射狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的低透射狀態(tài)。所披露的還有通過使用上述裝置來改變經(jīng)過一個光學元件的光透射率的多種方法。在一個方面，該光學裝置包括一個基于非偏振器的可變的光衰減液晶單元；電連接到所述液晶單元上的至少一個光伏電池；以及一個聚光器，該聚光器具有一個光吸收表面以及光耦合到該光伏電池上的一個光發(fā)射表面。該方法包括以下步驟將照射到該聚光器的光吸收表面上的太陽光的至少一部分經(jīng)過該光發(fā)射表面引導到該光伏電池的一個光子吸收部分上以生成一個電壓；并且使用所生成的電壓響應于被引導向該光伏電池的太陽光來將該液晶單元從一種未通電的高透射狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的低透射狀態(tài)。附圖簡要說明在以下參照附圖所做的詳細描述中，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將變得清楚，在附圖中

圖1是在光電裝置中使用的一個示例性液晶單元的一個截面正視示意圖；圖2A是一個示例性的基于非偏振器的液晶裝置的一個截面示意圖，所示的裝置處于一種未通電的、高光透射的、透明的(“明亮的”)狀況；圖2B是圖2A的裝置的一個截面示意圖，所示的裝置處于一種通電的、低光透射的、透明的(“黑暗的”)狀況；圖2C是一個示例性的基于非偏振器的液晶裝置的一個截面示意圖，所示的裝置處于一種通電的、光漫射的、半透明的狀況；圖3是一種示例性的太陽能動力的可變的光衰減裝置的一個示意圖；圖4是用于標識與發(fā)光的聚集器一起使用的發(fā)光染料的一些實例的表；圖5是與一個或多個光伏電池一起使用的一個示例性的發(fā)光的聚集器的一個截面示意圖；圖6是帶有一個聚光器的一種示例性的太陽能動力的可變的光衰減裝置的一個示意圖；圖7A是帶有一個聚光器的另一種示例性的太陽能動力的可變的光衰減裝置的一個示意圖；圖7B是不帶有聚光器的一種示例性的太陽能動力的可變的光衰減裝置的一個示意圖；圖8A是一種示例性的單層光聚集的太陽能動力的可變的光衰減裝置的一個示意圖；圖8B是在光電裝置中使用的一個示例性的液晶單元的一個截面正視示意圖；圖9是耦合到一個光伏電池上的一個示例性的聚光器的一個截面示意圖；圖10是一種示例性的太陽能動力的可變的光衰減系統(tǒng)的一個示意框圖；圖IlA是帶有一種太陽能動力的可變的光衰減著色安排的窗戶的一個示意圖，所示的窗戶處于一種低照明的狀況；圖IlB是圖IlA的窗戶的一個示意圖，所示的窗戶處于一種強照明的狀況；圖12A和圖12B是一種示例性的太陽能動力的可變的光衰減安排的示意性透視圖；圖13A是組裝到窗戶的外表面上的一種太陽能動力的可變的光衰減裝置的一個截面示意圖；圖1 是組裝到窗戶的內(nèi)表面上的一種太陽能動力的可變的光衰減裝置的一個截面示意圖；圖13C是組裝到雙窗玻璃窗戶的內(nèi)窗玻璃的外表面上的一種太陽能動力的可變的光衰減裝置的一個截面示意圖13D是組裝到雙窗玻璃窗戶的外窗玻璃的內(nèi)表面上的一種太陽能動力的可變的光衰減裝置的一個示意的截面圖；并且圖14是用于與窗戶組裝在一起的一種太陽能動力的可變的光衰減裝置套件的一個截面示意圖。披露的詳細說明在附圖中示意性地示出的這些結(jié)構(gòu)具有多個零件，這些零件是在裝置權(quán)利要求中列舉的這些元件的實例。所示出的這些結(jié)構(gòu)因此包括本領域普通技術人員可以如何制作并使用所要求的發(fā)明的實例。在此所述的符合專利法規(guī)的賦能與最佳模式的要求，而無需施加在權(quán)利要求中未列舉的限制。進一步，本詳細說明僅對本發(fā)明的多個示例性實施方案進行描述而不旨在以任何方式限制權(quán)利要求的范圍。事實上，所要求的發(fā)明寬于優(yōu)選的實施方案并不受其限制，并且在權(quán)利要求中所使用的術語具有它們?nèi)康钠胀ǖ暮x。本申請考慮到了用于通過一個光學裝置(例如，窗戶，遮陽板或其他這樣的光透射部件)來有效地控制光透射(或者光吸收/反射)量的多種裝置、多種方法以及多種安排，例如，以提供一個令人希望的照明量或者允許或減少日照加熱(如在建筑中)。相應地，一種太陽能動力的可變的光衰減裝置包括一個基于非偏振器的可變的光衰減液晶單元、以及經(jīng)過一個控制電路與該液晶單元處于電連通的至少一個光伏(太陽能)電池。當光照射到該光伏電池上時，它生成一個電勢來驅(qū)動該液晶單元從一種未通電的狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的狀態(tài)。該裝置在通電和斷電時可提供快速的響應時間，范圍例如從少于1秒到少于100毫秒。在一些實施方案中，該裝置還包括光耦合到該光伏電池上的一個光聚集層，這樣使得照射到該聚光器的光吸收表面上的光的一部分被會聚并且經(jīng)過該聚光器的一個光發(fā)射表面被引導向該光伏電池的一個光子(光)吸收(活性的)部分上以生成驅(qū)動該液晶單元所需的電勢。一種這樣的安排允許這些光伏電池圍繞該設備外圍以一個陣列布局，使得這些光伏電池的光子吸收(活性的)部分面向該設備的這些邊緣表面。由于該聚光器層的光集中特性(將在下文詳細描述)，這還可增強該安排的效率。在一些實施方案中，在此描述的這些裝置可包括一個控制電路，該控制電路能被配置成用于各種功能。一種功能是將該光伏電池生成的直流電(DC)轉(zhuǎn)換為交流電(AC)用于操作該液晶單元。它可任選地包括一個電池類的存儲單元以存儲由該光伏電池生成的能量以便后續(xù)使用(給該液晶單元亦或一些其他裝置供電)。如有需要，例如當由該光伏電池提供的電能不充足時，該控制電路還可包括一個外部電源。該控制電路可被配置成響應于由該光伏電池生成的電壓或電流來對經(jīng)過該液晶單元的光的透射率進行自動控制，它本身是由該光伏電池檢測到的外部光的量的一個函數(shù)。替代性地或者附加地，該控制電路可包括一個用戶界面，以讓用戶完全地或部分地控制該光衰減層的光透射率的量(例如著色)， 或者提供上述自動的與用戶控制的配置的一種組合。該控制電路能被配置成控制該液晶單元對該光伏電池的輸出變化的響應，和/或設置對于該液晶單元的通電和/或未通電狀態(tài)的閾值水平，自動地亦或如由最終用戶所設置地。該控制電路可包括各種其他部件，如一個電壓升壓電路(例如電壓倍增器)，以及用于建筑內(nèi)環(huán)境光的一個傳感器(例如不管外面太陽光有多亮都使得該設備不會變暗超過某一點，或者提供其他取決于內(nèi)部光的量的類似調(diào)整)。
在一些實施方案中，這些光伏電池可被利用來給一個可變的光衰減裝置進行完全供電，這樣使得不需要額外的外部電源(例如來自一個電力網(wǎng))即可操作該裝置。在一些實例中，這樣的裝置的液晶單元在一種不通電的狀態(tài)下是明亮的并且在一種通電的狀態(tài)下是著色的或黑暗的，從而允許響應于太陽光的較大強度而使用多個光伏電池自動地使該裝置變暗(例如，使眩光或太陽能過度加熱作用最小化)并且提供一種“無法明亮”的狀態(tài)(例如，在缺乏足夠的太陽能時)。因為這些優(yōu)點，該示例性的、二色性的、客體-主體式的、可變的光衰減液晶單元能夠提供有效的、可電子控制的、可變的透射率，而無需任何外部電源。在此描述的這些裝置還可用于能源效率增益(例如，在較溫暖的天氣中減少進入建筑中的太陽輻射的透射，而在較冷的天氣中增加太陽輻射的透射)同時避免增加與運作該裝置有關的能源成本。這樣的一個裝置可有助于一種“零能源建筑”的設計，其中在建筑內(nèi)利用的所有能源都是源自在該建筑場所產(chǎn)生的可再生能源或由其進行補充。雖然本申請主要描述了與建筑窗戶(例如，在住宅、商業(yè)、工業(yè)或溫室的應用中) 一起使用的、太陽能動力的可變的光衰減裝置的用途，但在此所述的發(fā)明特征也可應用于其他類型的光透射的應用，例如，包括交通工具(包括飛機與汽車)窗戶以及頂棚、眼鏡、護目鏡與帽盔遮陽板。相應地，這些裝置可作為窗戶、頂棚等的一個整體部分來制造，亦或可應用于已存在的窗戶/頂棚(如下文所述)中。并且，雖然本申請主要描述了使用光伏或太陽能電池對可變的光衰減光電裝置供電，例如像一個基于非偏振器的液晶單元的安排， 但在此所述的發(fā)明特征也可用于在太陽能電池中生成并存儲電能從而用于其他電應用，例如，包括存儲能量以便轉(zhuǎn)換為光能或熱能、或者為其他電子裝置供電。該可變的光衰減液晶單元可包括被配置成具有變化的透射程度的多種混合物。通電與未通電狀態(tài)之間的差異被稱為透射調(diào)整值(或者“透射擺幅(transmission swing)”)。在一些實施方案中，該混合物具有85% -5%或在其之間的任何數(shù)目的透射擺幅，例如75% -10%,70% -30%,60% -15%等，或者一些其他適合的透射擺幅。在一些實例中，這種透射以最少的能量即可在一種明亮的透明狀態(tài)(例如85 %，80 %，75 %，70 %， 65%,60%, 55%, 50%或者任何在其之間的數(shù)目的高的光透射率)與一種黑暗的或著色的狀態(tài)(例如5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%或40%或者任何在其之間的數(shù)目的低的光透射率)之間改變?？梢赃x擇這些二色性的染料來提供與供給這些導電層的電壓成比例的一個透射水平，這樣產(chǎn)生較高電壓的較大光強度將導致一個較低的光透射水平?？梢赃x擇這些二色性染料來提供任何所希望的顏色，例如，包括中性色、棕色、藍色與金色、或者這些顏色的組合以提供任可所希望的色調(diào)?？梢赃x擇該液晶的主體來提供大的介電各向異性 (正電的或負電的)、雙折射調(diào)諧、寬的工作溫度、與各種添加物的兼容性以及對產(chǎn)品規(guī)格的穩(wěn)定性。用在二色性的、客體-主體式的、可變的光衰減液晶單元中的液晶材料種類的實例包括來自Merck的MLC-6609和ZLI-4788液晶材料?？衫迷S多不同的生產(chǎn)方法來制造薄膜，包括與窗戶或其他光透射裝置一起使用的、二色性的、客體-主體材料液晶單元技術。在一個實例中，可利用一種基于薄板的滾對滾系統(tǒng)來涂敷并固化(如有必要)每層或涂層，以產(chǎn)生待施用在窗戶或其他裝置上的、層疊式的或塑料的薄膜。圖1中呈現(xiàn)了采用多種二色性的染料的(如在此所考慮的)一種二色性的、客體-主體式的可變的光衰減液晶單元的一個實例。可變的光衰減液晶單元50包括間隔開的、相對的透明基片50A和50B，其中每個基片提供相應的透明導電層52A和52B，這些導電層典型地是由銦錫氧化物、導電聚合物或其他適當?shù)膶щ姴牧闲纬傻?。導電層允許跨過這些基片之間的間隙施加一個電壓。這些基片可以是例如平的、彎曲的、或雙摺彎曲的，以供各種不同形狀的光透射部件使用。用于這些基片的材料可以是玻璃、或一種柔性的或剛性的塑料材料。如果有必要，可以將一個對準層M安置在每個導電層上或者僅在這些導電層之一上。這些對準層能對齊臨近這些對準層的液晶分子，其中這些分子是在這些基片之間容納的液晶材料的一部分。如在本領域中眾所周知的，一個間隙典型地被提供在這些基片之間并可由多個間隔件(未示出)來維持。相應地，這些相對的基片50A、50B形成了一個間隙56，該間隙容納液晶或其他電光材料(諸如一種電致變色材料)與多種二色性的染料 58的一種混合物?？蓢@或環(huán)繞液晶單元50的外圍提供一個邊緣密封件60，以在這些基片之間保持該液晶-染料的混合物材料。在一些實施方案中，一個或兩個基片包括玻璃或塑料(例如，聚碳酸酯、PET、TAC或其他光學級聚合物材料)。在其他的實施方案中，可臨近于基片 50A和50B中的一個或兩個來固定或放置一種足夠剛性的載體64。在一個這樣的實施方案中，在聚碳酸酯或一些其他的光學材料中提供例如厚度在1到7毫米之間的剛性載體64。每個導電層52被連接到一個控制電路59上，該控制電路典型地包括一個驅(qū)動電路、一個電源和一個激勵器。該控制電路以一種適當?shù)姆绞绞┘右粋€電壓和/或電壓波形以改變該液晶材料的取向。通過改變該液晶材料的取向，可得到各種光學特性，例如吸收、 不吸收、高透射、低透射、光散射(半透明的)以及在其之間的多種狀態(tài)。圖2A和圖2B中示意性地示出了這樣一個實例，其中二色性的染料75與液晶主體材料76在未通電的狀況下基本垂直于基片77 (圖2A)，由此導致最大的光透射，而在完全通電的狀況下基本平行于基片77 (圖2B)，由此導致最小的光透射。在第三種狀態(tài)中，如圖2C所示，當處于通電狀況下時二色性的染料75是隨機安排的，由此導致光散射或帶有更高霧度的一種半透明狀態(tài)。 可替代地，可通過對對準層與液晶介電各向異性的適當選擇來配置該裝置，這樣使得圖2B 表示未通電的狀態(tài)而圖2A演示通電的狀態(tài)。為了便于描述的目的，該光學元件的不同狀態(tài)可被稱為在允許最大量的光通過的情況下的“明亮的”狀態(tài)、或在允許最小量的光通過的情況下的“黑暗的”狀態(tài)，或者處于完全明亮或完全黑暗的狀態(tài)之間的任何狀態(tài)。該吸收可以是寬譜帶的(即跨過整個可見光譜來吸收)或者跨過可見光譜的一個選定的譜帶或區(qū)域。 附加地或替代性地，該光學元件可提供針對紫外光的保護。另外地，如圖2C所示，一種客體-主體溶液可被配置成例如通過將一種不同的電驅(qū)動方案提供給這些導電層以導致染料75和液晶主體材料76的液滴大小的一種取向， 響應于提供給導電層77的一個分離的電信號來提供附加于上述透明狀態(tài)范圍的、或代替黑暗狀態(tài)的一種半透明狀態(tài)(例如，“有霜式的”或“穩(wěn)私玻璃”)。在一個這樣的實施方案中，一個控制電路可被配置成自動地亦或通過對該控制電路的用戶操作而供給這種不同的電荷(例如，一個第二電壓)，從而允許用戶有選擇地將該光衰減裝置改變到該半透明的狀態(tài)。在一個實施方案中，用在該光學元件中的、可變的光衰減液晶單元被配置成當沒有跨過這些液晶施加電壓時使得它恢復到明亮的狀態(tài)，因此防止了該單元在著色的或變暗的(低透射)狀況下出故障。該可變的光衰減液晶單元的另一個顯著特征在于該單元并未利用偏振器，這些偏振器在明亮的狀態(tài)下會減少該裝置的光透射。在美國專利號6，239，778,6, 690，495和7，102，602以及共同未決的美國申請公開號2008/0013000中更為詳細地描述了二色性的、客體-主體式的、可變的光衰減液晶單元的實例以及采用這些單元的應用，其整個披露通過引用結(jié)合在此。另外地，在此以及以上所結(jié)合的引用中所說明的二色性的、客體-主體式的、可變的光衰減液晶單元中可采用許多不同類型的二色性染料。圖3示意性地示出了一種太陽能動力的、可變的光衰減裝置80。如所示，裝置80 包括一個可電操作的、可變的光衰減層82，該光衰減層經(jīng)過一個控制電路86與一個或多個光伏電池84處于電連通。在一個實施方案中，光伏電池84可被放置為使得這些光伏電池 84的光或光子吸收部分85面向外(即，面向太陽光)。在這樣的一個實施方案中，光伏電池84可被提供在可變的光衰減層82和控制電路86之上、上方、附近或與其遠離(但仍與其是電連接的)。在光伏電池84鄰近光衰減層82的情況下，照射到光伏電池84上的光強度L總體上與照射到光衰減層82上的光強度S是一致的。其結(jié)果是，在更大強度太陽光的條件下(即，更大的電勢用于過度的眩光和/或太陽能過度加熱)，可由光伏電池84將一個更大的電壓供給光衰減層82，這樣使得該光衰減層通電而達到一種低透射的或變暗的狀態(tài)。在低(或無)太陽光的條件下，由光伏電池84將低(或無)電壓提供給光衰減層82， 導致一種明亮的(未通電的)或近似明亮的(最低程度通電的)狀態(tài)。雖然裝配有太陽能動力的可變的光透射裝置的多個光伏電池可被放置為使得這些光伏電池的光子吸收部分面向外(即，面向太陽光)，但在其他的實施方案中，根據(jù)本申請的一個發(fā)明方面，一種太陽能動力的可變的光衰減系統(tǒng)可采用被配置成間接地收集所聚集的太陽輻射的多個光伏電池，例如以便使太陽輻射的收集最大化以轉(zhuǎn)換為電荷，同時減少了這些光伏電池的光吸收部分的面積(以及這些表面的真空涂層)，從而減少了系統(tǒng)的制造及維護成本。作為太陽能電池尺寸減小并間接定位的額外優(yōu)點，太陽能電池例如可免于被看到或者可覆蓋采用這些太陽能電池的物體或結(jié)構(gòu)的更小的外部表面積，以便改進美學效果或使太陽能電池受到損壞的風險降至最低。在一個實施方案中，可利用一個聚光器來將太陽光集中和/或重定向到一個光伏電池上，該光伏電池具有并非直接面向太陽光的一個光子吸收部分。在一個示例性的實施方案中，窗戶或窗戶附件可包括一個光聚集層，該光聚集層具有一個或多個反射器(例如，一個光導管)，這個或這些反射器被放置為使照射的太陽光的至少一部分被引導向安置于窗戶或窗戶附件之上或附近的一個或多個光伏電池上。在一個這樣的實施方案中，一個光學裝置的光聚集層或聚光器可包括一個發(fā)冷光的太陽能集中器，該發(fā)冷光的太陽能集中器將入射的太陽光轉(zhuǎn)變?yōu)樘幱谂c光伏電池更相兼容的(或能讓其更有效吸收的)多個波長的冷光輻射?！熬奂被颉熬奂鳌币馕吨丈涞揭粋€面積上的一個或多個波長的光被反射、重新發(fā)射、或以其他方式被重定向到一個相對較小的面積上。這樣可允許使用較小的光伏電池，從而可提供成本上的節(jié)省并容許不那么突兀地使用光伏電池(例如，將這些光伏電池沿窗戶或窗戶附件的邊緣布置)。雖然可采用許多不同的發(fā)冷光的太陽能集中器，但在一個實施方案中，一個光透射層包括選定的多種發(fā)光染料以便主要吸收藍色到紫外光(波長小于500納米)或高能量光子并且主要發(fā)射紅色到紅外光(波長大于600納米)或低能量光子以便通過這些光伏電池進行更為有效地收集。通過吸收并發(fā)射主要是可見光譜GOO納米-700納米)之外的輻射，更多的可見光穿過這些層(很少或沒有被重定向到這些光伏電池)并且可保持對窗戶或窗戶附件的一種中性色調(diào)(即，將任何冷光的“輝光”減到最少)。在該替代方案中，也可將在紅色區(qū)域中的一些光引導到這些光伏電池上以給予窗戶一種令人希望的藍色調(diào)。為了協(xié)助將所發(fā)射的光引導向這些光伏電池，這些發(fā)光染料可被配置成按如下方式定向，即使得所發(fā)射的冷光的一個重要部分橫向向外地被引導(或“波導”)向該光透射層的一個邊緣以便由這些光伏電池進行收集。適合的發(fā)光染料在本領域中是皆知的并可用在該聚光器層中。在圖4 中標識了發(fā)光染料的一些實例。在授予Mapel等人的美國專利申請12/353，459(公開號 2009/0235974)中描述了聚光器的實例。圖5示例性地示出了一個發(fā)冷光的聚集器150，該集中器用于吸收經(jīng)過一個光吸收表面的太陽光并且經(jīng)過一個光發(fā)射表面發(fā)射冷光L并將其引導向一個或多個光伏電池 154，這個或這些光伏電池光耦合到聚集器150的一個或多個邊緣151上。在所闡述的實施方案中，該光發(fā)射表面基本垂直于該光吸收表面。在其他的實施方案中，該光發(fā)射表面可相對于該光吸收表面以不同的角度安置，例如，包括處于一種共面的關系。該示例性的發(fā)冷光的聚集器包括多種光轉(zhuǎn)換的材料、諸如發(fā)光染料155(例如，磷光或熒光染料)，這些材料被定向為既吸收穿過其光吸收表面156的太陽輻射且還向其光發(fā)射表面158和光伏電池巧4 發(fā)射冷光?？蛇x擇發(fā)光染料1 使其包括主要在光譜的藍色與紅色區(qū)域(在此區(qū)域人眼明視較不敏感)的一個吸收光譜，以對窗戶(或其他光透射裝置)提供一種中性色調(diào)。附加地或替代性地，可選擇發(fā)光染料使其主要吸收紫外光以及一小部分的可見光譜(例如， 可達到約10% )并且發(fā)射紅色/紅外光，由此對用于功率轉(zhuǎn)換的太陽能電池的峰值效率進行匹配以便通過太陽能電池進行更有效地收集。在該替代方案中，也可將在紅色區(qū)域中的一些光引導到這些光伏電池上以給予窗戶一種令人希望的藍色調(diào)(例如，吸收了波長大于 580的光)。還可針對穩(wěn)定性來選擇該發(fā)光染料，這樣使得它能夠持續(xù)若干年而不會降解或影響性能。一個實例是茈染料，它們的UV穩(wěn)定性是皆知的，它們的制造商BASF保證某些類別的茈染料可持續(xù)10年。同樣地，該安排可采用多個染料敏化的光伏電池，以更有效地轉(zhuǎn)換發(fā)光輻射。這些發(fā)光染料可分布在任何適合的載體(例如，溶劑和聚合物)中將這些用于吸收太陽輻射并發(fā)射轉(zhuǎn)換后的冷光的染料定位。在一個實施方案中，可使用一個液晶薄膜作為載體來對這些發(fā)光染料的吸收與發(fā)射偶極進行定向以獲得最大效率。在常規(guī)的單元配置中，該液晶可包括多種低分子量的材料。在另一個實施方案中，一種聚合物的液晶單元可向所發(fā)射的光提供波導。在一些實施方案中，如圖6所示，一種太陽能動力的可變的光衰減裝置160配備有一個薄膜、嵌板、或其他具有一個光衰減層164的這種安排165(該光衰減層與光聚集層162光耦合)，這樣使照射到光聚集層162上的至少一部分的光也照射到光衰減層164上。這些層162和164可以(但不是必須的)堆疊的或相互鄰近放置的，或者可由一個間隙或由一個透明的中間部件來隔離開。在圖6所示的實施方案中，光聚集層162對于光衰減層164是向外放置的，這樣使得與光聚集層162光耦合的一個或多個光伏電池163收集了未穿過光衰減層164的光的一部分。這樣可保證由這些光伏電池收集更大量的太陽能，這是因為由光伏電池163所收集的太陽輻射的量(包括由發(fā)光染料轉(zhuǎn)換為冷光的太陽輻射)并沒被光衰減層164減少。這樣可允許以超過運作光衰減層164所需的一個量來收集太陽能，例如，這些太陽能可存儲在一個或多個蓄電池166中供后續(xù)使用，或用于運作光衰減層164，亦或用于為一個或多個其他可電操作的裝置(諸如一個用戶界面，例如，一個顯示器以及多個選擇器)供電。在另一個發(fā)明的實施方案中，如圖7A所示，一個可變的光衰減裝置170可包括一個光聚集層172以及多個光伏電池173，這些光伏電池對于一個光衰減層174是向內(nèi)放置的，這樣使得由光伏電池173所收集的任何光首先穿過光衰減層174。這種安排可保證衰減的一種“平衡狀態(tài)”，它可自動地保持一個固定的透射率(即，是可自調(diào)整的)。隨著在光衰減層174上的太陽光的強度S增加，穿過光衰減層174到達光伏電池173 (經(jīng)由光聚集層 172)的太陽輻射也增加，并且光伏電池173可被配置成自動地對光衰減層174提供一個電壓以使色調(diào)變暗(即，減少光的透射)。隨著光衰減層174變暗，一個減少了的太陽輻射的量到達光伏電池173，由此減少了對光衰減層174提供的電壓。其結(jié)果是，光衰減層174將達到一個平衡狀態(tài)，在該平衡狀態(tài)中以最小的浮動保持了一個令人希望的色調(diào)水平，并且可避免從這些光伏電池到光衰減層的電壓的供給過剩。雖然裝置170可包括用于將所聚集的光引導到光伏電池173上的一個光聚集層172，但在另一個實施方案中，如圖7B所示，一個可變的光衰減裝置170a可能未配有聚光器、配有對于光衰減層17 是向內(nèi)放置的光伏電池173a用于直接收集太陽輻射S。在還另一個實施方案中，可將一個光衰減層與一個光聚集層替換為能同時執(zhí)行這兩個功能的一個單一層。在一個這樣的實施方案中，如圖8A所示，一個太陽能動力的可變的光衰減裝置180可包括具有一種主體溶液181的至少一個液晶單元185，該主體溶液帶有第一組染料182 (例如，多種發(fā)光染料)用于轉(zhuǎn)換和/或引導太陽光以便通過一個光伏電池183來進行吸收、以及第二組染料184 (例如，多種二色性的染料)用于響應于提供給第一和第二導電層186的電壓來改變裝置180的色調(diào)。發(fā)光染料182可以，但不是必須，被配置成響應于提供給這些導電層186(它們是由主體溶液181隔離開的)的電壓來改變?nèi)∠?。在另一個實施方案中，一個光聚集層可被集成到或嵌入到一個或多個液晶單元基片中。在這種安排的一個實例中，如圖8B所示，一個太陽能動力的可變的光衰減裝置觀0 可包括具有兩個基片2微和的至少一個液晶單元觀1，其中一個或兩個基片包括或結(jié)合了第一組染料284 (例如，多種發(fā)光染料)。單個的液晶單元281還包括安置于每個基片上的導電層和^5B、以及安置于兩個導電層和之間的一種主體溶液觀6 和第二組染料287 (例如，多種二色性的染料)。在這種安排中，第一組染料284被用于轉(zhuǎn)換和/或引導太陽光以便通過一個光伏電池288進行吸收。在該主體溶液中的第二組染料 287可以被配置成響應于提供給這些導電層觀5的電壓來改變?nèi)∠?。配有一個聚光器的多種發(fā)光染料可被定向以便既優(yōu)化太陽光的吸收還優(yōu)化向這些光伏電池的冷光發(fā)射。例如，這可以通過在一個液晶薄膜或電池中分散該染料來完成。 如圖5所示，這些發(fā)光染料中的至少一些可以以相對于該光透射層的表面的一個角度α來取向(例如，45° )，這樣使得所發(fā)射的冷光L的一個重要部分橫向向外地被引導(或“波導”)向這個或這些光伏電池154。在一些應用中，更有助于向光伏電池IM發(fā)射冷光的、染料155的一種取向(即，相對于光伏電池IM接近平行地，或者處于接近90°的角度α)可能不太有助于通過染料巧5來吸收入射的太陽光S。相反地，可能有助于通過染料155吸收太陽光S的、染料155的取向(即，相對于光伏電池IM接近垂直地，或者處于接近0°的角度α)可能不太有助于向光伏電池IM發(fā)射冷光L。在本申請的一個示例性的實施方案中， 這些發(fā)光染料可被提供在一個液晶單元中，該液晶單元被配置成對于一個基態(tài)吸收偶極矩提供一個低的定向引導子(director)，以及對于其激發(fā)態(tài)的發(fā)射偶極矩提供一個高的定向引導子。為此，可選擇在吸收與發(fā)射矩之間的序參量(order parameter)中顯示出這樣一種不對稱的一種發(fā)光染料。如上所述，由這些光伏電池對光的間接的、集中的收集允許了多種太陽能動力的可變的光衰減系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中這些光伏電池的光子吸收部分面向多個方向而不是向外對著太陽光(或其他光源)。如圖5所示，所聚集的太陽輻射(包括來自染料155的、所轉(zhuǎn)換的冷光)可被反射或“波導”向該裝置的一個或多個邊緣，以便通過具有多個光吸收部分 (面向該裝置的這些邊緣)的一個或多個光伏電池進行收集。在另一個實施方案中，如圖9 所示，所聚集的太陽輻射S (包括所轉(zhuǎn)換的冷光)可被一個反射器197 (例如，一個光導管的內(nèi)反射表面)向外反射回到聚光器192的一個外表面198，這樣放置這些光伏電池193以使光吸收部分199面向聚光器192的外表面198。這樣可允許光伏電池193被例如窗框或外墻面覆蓋物在外部掩蓋或遮蔽起來，以提高該安排的美學外觀(例如，以便與建筑物窗戶一起使用)。可采用在本領域中皆知的各種類型的反射器，包括例如多個內(nèi)反射的光導管(該光導管可以，但并非必須，提供全內(nèi)反射)，這些光導管可提供一個或多個反射部分用于將光波導或弓I導向這些光伏電池。圖10示出了一種示例性的太陽能動力的可變的光衰減的系統(tǒng)100的一個示意框圖，該系統(tǒng)包括一個光學重定向的和/或集中的部分101，該光學重定向的和/或集中的部分被配置成對太陽光S的一個部分L進行重定向和/或集中以便通過多個光伏或太陽能電池102進行收集，太陽光S的一個第二部分被引導到一個可變的光衰減器(例如，液晶單元)103上。太陽能電池102從所收集的光子或輻射中生成一個電流以輸送給一個控制器 104，該控制器可被配置成選擇性地或自動地將該電流的至少一部分提供給液晶單元103 用于將該液晶單元通電來產(chǎn)生一種較暗的色調(diào)，這樣使液晶單元103的著色可與照射到光學重定向的和/或集中的部分101上的太陽光強度或量S成比例。在一些實施方案中，控制器104通過調(diào)節(jié)提供給該單元的電壓量(例如施加在單元的電極上，將在下文更為詳細地討論)來調(diào)整到液晶單元103的光的透射。另外地，系統(tǒng)100可包括與充電電路(未示出，它與控制器104相關聯(lián))處于電連通的一個存儲電池105(例如，一個電池組或一個所謂的超級電容器)，以存儲由光伏電池102生成的電荷的至少一部分(例如，供后續(xù)用在為液晶單元103或其他可電操作的裝置供電中)。并且，系統(tǒng)100可進一步包括與控制器104 處于電連通的一個用戶界面106，用于選擇性地調(diào)整可變的光衰減的液晶單元103例如以便響應于由光伏電池102供給的電荷來取代(override)自動的著色。系統(tǒng)100可被配置成附接到一個光透射部件107上或包括該部件，例如像窗戶玻璃，透鏡，或遮陽板?，F(xiàn)在參見圖IlA和圖11B，一種示例性的太陽能動力的光衰減裝置110包括至少兩個薄膜120和130或其他這樣的層一個集中光的外薄膜120( “外”是在太陽光穿過薄膜130之前先穿過薄膜120的這個意義上)以及一個內(nèi)薄膜130，該內(nèi)薄膜包括對于外薄膜 120的一個內(nèi)表面是向內(nèi)的一個可變的光衰減液晶單元。該裝置進一步包括一個或多個光伏電池140，這個或這些光伏電池對于外薄膜120是橫向向外的并且與液晶單元130處于電連通(例如，使用布線，跡線，引線或其他這樣的控制電路144)。在低光的條件下，如圖IlA所示，示例性的外薄膜120允許太陽光S到達液晶單元30的一種更大的透射，這進而許可太陽光穿過未通電的(或最低程度通電的)、并因此是明亮的或最低程度著色的液晶單元 130的一種更大的透射。在強太陽光的條件下，如圖IlB所示，外薄膜120使太陽輻射的一部分重定向到這個或這些光伏電池140 (例如，經(jīng)過多個發(fā)光的轉(zhuǎn)換器和/或經(jīng)過多個反射部分，如圖5和圖9所示)。這個或這些光伏電池140收獲或收集太陽輻射來生成電荷。電荷的至少一部分被傳送(直接地或間接地)到可變的光衰減的液晶單元130以使該液晶單元通電并變暗、并且減少通過窗戶的光透射。在一些實施方案中，變暗的液晶單元130可減少通過嵌板的太陽光的透射。圖12A和圖12B示出了一種太陽能動力的光衰減裝置200的一個示意性的實例， 該裝置包括一個在外的集中光的或?qū)凸獾那栋寤虮∧?20，一個可變的光衰減的液晶單元230，光耦合到光聚集層220的邊緣上的一系列太陽能電池M0，以及將太陽能電池240 電連接到液晶層230上的一個控制電路250。雖然控制電路250可以在任何適合的位置被放置在窗戶安排200之上或附近，但在所闡述的實例中，控制電路250被固定于光導送層 220與液晶單元230的相鄰邊緣上?？刂齐娐?50可將由光伏電池240供給的直流電(DC) 轉(zhuǎn)換為有待供給到液晶單元230的一個交流電(AC)信號(例如，以避免電荷遷移)。在一個實例中，控制電路250可包括一個低頻方波發(fā)生器，它可以以少至三個表面安裝扁平部件(surface mount low profile components) 一起工作，例如，帶有一個電阻器與一個電容器以用于頻率設置的非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器。另外地，一個用戶可操作的控制器(未示出) 可被電連接到控制電路250上用于選擇性地控制液晶單元230以例如取代該液晶單元的自動著色(或去著色)?？蓪⒃S多不同類型的光伏(太陽能)電池用于窗戶或窗戶附件中以間接地收集太陽的和/或冷光的輻射。作為實例，垂直多結(jié)(VMJ)的太陽能電池可用一個相對小的電池尺寸來提供一個相對高的電壓輸出。還可采用在本領域中皆知的、另外的示例性的太陽能電池技術。上述發(fā)明特征可被結(jié)合在采用各種配置與安排的建筑物窗戶中。作為實例，一種太陽能動力的可變的光衰減裝置可例如通過將裝置300a(例如，通過層疊作用)固定到窗戶301a的一個外表面(見圖13A)，或通過將裝置300b固定到窗戶301b的一個內(nèi)表面(見圖13B)，或通過將裝置300c和300d固定到雙窗玻璃窗戶301c和301d的窗玻璃308c_d和 309c-d之間(見圖13C和圖13D)而建造到窗戶中。裝置300a-d可被配置成具有對于可變的光衰減器是向外放置的一個聚光器(例如，用于通過一個光伏電池來收集增加的太陽能)，如圖6、圖11A、圖IlB和圖12所示并如上文所述?？商娲兀b置300a-d可被配置成具有對于聚光器和太陽能電池是向外放置的一個光衰減器，如圖7A所示，或者僅對于一個太陽能電池是向外放置的，如圖7B所示(例如，用于對該光衰減器與減少的電壓產(chǎn)生進行自調(diào)節(jié))。在另一個實例中，一種太陽能動力的、收集和可變光衰減的液晶單元的安排可作為一個嵌板或套件而提供，用于以圖13A至圖13D的任何配置在一個現(xiàn)有的窗戶上進行售后安裝(例如，翻新)。在一個這樣的實例中，結(jié)合有在此描述的這些裝置的一個層疊式嵌板可在該薄膜或嵌板的一些或所有內(nèi)表面上配有一種粘合劑，用于將該嵌板粘附在窗戶上?？商娲?，如圖14示意性地所示，一個嵌板或套件340可包括一個外凸緣341，該凸緣至少部分地包圍一個光集中薄膜342和一個可變的光衰減的液晶單元344，凸緣341被配置成例如通過一種粘合劑或多個機械緊固件而被緊固(直接地或間接地)到窗戶350或窗框上。在這樣的一種安排中，該外凸緣可提供額外的厚度用于支撐相關的電子件，諸如光伏電池343和/或控制電路345。該凸緣可用任何適合的材料來提供，包括例如一種彈性體或泡沫材料。并且，如上述所討論的，該套件可配有對于該光集中薄膜是向外放置的光衰減液晶單元(如圖3所示)、未配有一個光集中薄膜(如圖3和圖7B所示)、或者配有既執(zhí)行光集中又執(zhí)行光衰減功能的一個單一的層或單元(如圖8所示)。進一步地，應當理解的是，多種光學元件可與使用了在本申請中描述的一個或多個發(fā)明特征的多種裝置與結(jié)構(gòu)的多個光透射部分組裝到一起。例如，這樣的發(fā)明特征可用于窗戶以及車輛或飛機中的頂棚，還能用于諸如保護性的或增強視覺的護目鏡或眼鏡或其他保護眼睛的防護裝置(諸如帽盔遮陽板)的多種裝置中。雖然這些發(fā)明的不同的發(fā)明方面、概念以及特征在此可能是作為在示例性實施方案中實現(xiàn)的組合而描述和解說的，但這些不同的方面、概念以及特征可單獨地亦或以其不同組合及子組合的方式用于許多替代實施方案中。除非在此明確排除在外，否則所有這樣的組合與子組合均旨在處于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。仍進一步地，雖然可能在此對這些發(fā)明的不同方面、概念以及特征(諸如替代的材料、結(jié)構(gòu)、配置、方法、電路、裝置以及部件，如對形狀、配合以及功能的替代方案等等)的各種替代實施方案進行了描述，但這樣的描述并不旨在成為可用的替代實施方案(無論是目前已知的或以后開發(fā)的)的一個完整的或窮盡的清單。本領域中的普通技術人員可以很容易地將這些發(fā)明方面、概念或特征應用到另外的實施方案和用途中，并且即使這樣的實施方案并未在此明確地披露但仍在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。此外，雖然不同的方面、特征以及概念可在此明確地識別為是有屬于本發(fā)明的或形成一個發(fā)明的一部分，但這樣的識別并不旨在是排他性的，而是在此完全描述的發(fā)明方面、概念以及特征有可能不會被明確地識別為如此或一個特定發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種太陽能動力的可變的光衰減裝置，包括一個液晶單元；一個與該液晶單元處于電連通的光伏電池；以及一個聚光器，該聚光器具有一個光吸收表面以及一個光耦合到該光伏電池上的光發(fā)射表面，并且進一步包括一種發(fā)光染料，該發(fā)光染料被配置成吸收處于一個第一波長的光并發(fā)射處于不同于該第一波長的一個第二波長的光；其中照射到該聚光器的光吸收表面上的至少一部分光被會聚并經(jīng)過該光發(fā)射表面引導到該光伏電池的一個光子吸收部分上以生成一個電壓；其中所生成的電壓被用于響應于被引導向該光伏電池的太陽光來將該液晶單元從一種未通電的狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該聚光器被安置成對于該液晶單元是向外的，這樣使得至少一部分的光在照射到該液晶單元上之前就照射到該聚光器的光吸收表面上。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該液晶單元被安置成對于該聚光器是向外的，這樣使得至少一部分的光在照射到該聚光器的光吸收表面上之前就照射到該液晶單元上。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其中該聚光器包括一種發(fā)光染料，該發(fā)光染料被配置成吸收處于一個第一波長的光并發(fā)射處于不同于該第一波長的一個第二波長的光。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其中該聚光器的光發(fā)射表面是在該聚光器的一個邊緣表面上并且該光伏電池的光子吸收部分面向所述邊緣表面。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其中該聚光器被配置成吸收紫外光并發(fā)射可見光。
7.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其中該聚光器被配置成吸收紫外光并發(fā)射紅外光。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的裝置，其中該液晶單元包括被安置在兩個透明的基片之間的一種液晶主體溶液，并且其中該發(fā)光染料被分散在所述液晶主體溶液之中。
9.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的裝置，其中該液晶單元包括被安置在兩個透明的基片之間的一種液晶主體溶液，并且其中該發(fā)光染料被安置在所述這些透明的基片之一或二者之中。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，進一步包括電連接到該光伏電池以及該液晶單元上的一個控制電路，其中該控制電路響應于該光伏電池生成的電壓將一個第一電壓提供給該液晶單元從而使該液晶單元從一種未通電的高透射狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的低透射狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中該控制電路將一個第二電壓提供給該液晶單元從而使該液晶單元從一種未通電的透明狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的半透明狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，進一步包括電連接到該光伏電池以及該液晶單元上的一個控制電路，其中該控制電路響應于該光伏電池生成的電壓來將一個第一電壓提供給該液晶單元從而使該液晶單元從一種未通電的低透射狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的高透射狀態(tài)。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項所述的裝置，其中該控制電路被配置成執(zhí)行以下各項中的至少一種(a)響應于該光伏電池生成的電壓來自動地調(diào)整通過該裝置的受控光透射；(b)響應于該控制電路的一種用戶操縱來控制通過該裝置的第一光透射；并且(c)響應于該控制電路的一種用戶操縱來控制該第二電壓。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項所述的裝置，其中所述裝置無需一個外部電源而響應于該光伏電池生成的電壓的量值來運作以改變通過該裝置的光的透射。
15.一種用于控制通過光學裝置的光透射量的方法，所述光學裝置包括一個基于非偏振器的可變的光衰減液晶單元；電連接到所述液晶單元上的至少一個光伏電池；以及一個聚光器，該聚光器具有一個光吸收表面以及一個光耦合到該光伏電池上的光發(fā)射表面；所述方法包括以下步驟將照射到該聚光器的光吸收表面上的至少一部分太陽光經(jīng)過該光發(fā)射表面引導到該光伏電池的一個光子吸收部分上以生成一個電壓；并且使用所述生成的電壓以便響應于導向該光伏電池的太陽光來將該液晶單元從一種未通電的高透射狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的低透射狀態(tài)。
16.如權(quán)利要求1至14所述的裝置，該裝置被配置成可附接在一個窗戶上以改變通過所述窗戶的光透射量。
17.如權(quán)利要求1至14中任一項所述的裝置，其中該聚光器包括至少一個反射器。
18.如權(quán)利要求1至14中任一項所述的裝置，其中該聚光器包括一個光導管，該光導管通過全內(nèi)反射來引導并發(fā)射光。
19.一種太陽能動力的可變的光衰減裝置，包括一個可電操作的光衰減層；一個光聚集層，該光聚集層具有一個光吸收表面和一個光發(fā)射表面；以及光耦合到該光聚集層的光發(fā)射表面上的至少一個光伏電池，這樣使得照射到該光聚集層的光吸收表面上的至少一部分光被聚集并通過該光發(fā)射表面導向該至少一個光伏電池的一個光子吸收部分；其中該至少一個光伏電池被配置成向該可電操作的光衰減層供電以使其從一種未通電的高透射狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的低透射狀態(tài)。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中該光聚集層被布置成對于該光衰減層是向外的， 這樣使得一部分的光在照射到該光衰減層上之前就照射到該光聚集層上。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中該光衰減層被布置成對于該光聚集層是向外的， 這樣使得一部分的光在照射到該光聚集層上之前就照射到該光衰減層上。
22.如權(quán)利要求1至14中任一項所述的裝置，其中該聚光器包括至少一個反射器。
23.如權(quán)利要求1至14中任一項所述的裝置，其中該聚光器包括一個光導管，該光導管通過全內(nèi)反射引導并發(fā)射光。
24.一種太陽能動力的可變的光衰減裝置，包括至少一個光伏電池；以及一個薄膜，該薄膜包括與該至少一個光伏電池處于電連通的第一和第二導電層，以及被安置在一種主體溶液中的一種第一染料，該主體溶液被安置在該第一和第二導電層之間，該第一染料被配置成當該至少一個光伏電池未將一個電壓提供給該第一和第二導電層時處于一種高光透射的取向，該第一染料進一步被配置成當該至少一個光伏電池將一個第一電壓提供給該第一和第二導電層時處于一種低光透射的取向；該薄膜進一步包括一種第二染料，該第二染料被配置成吸收照射到該薄膜上的光的至少一個第一部分并且向該至少一個光伏電池發(fā)射一種生成的光。
25.如權(quán)利要求M所述的裝置，其中該第二染料被安置在該主體溶液之中。
26.如權(quán)利要求M所述的裝置，進一步包括由該主體溶液隔離開的、相對的第一和第二基片，該第二染料被安置在該第一和第二基片的至少一個之中。
27.一種可變的光衰減裝置，包括 第一和第二導電層；一種主體溶液和分散在其中的一種客體染料，用于形成被安置在該第一和第二導電層之間的一種客體-主體溶液；以及一個控制電路，該控制電路被配置成將一個可變電壓提供給該第一和第二導電層； 其中該染料被配置成當該控制電路未將一個電壓提供給該第一和第二導電層時處于一種高光透射的、透明的取向；進一步地，其中該染料被配置成當該控制電路將一個第一電壓提供給該第一和第二導電層時處于一種低光透射的、透明的取向；并且進一步地，其中該染料被配置成當該控制電路將一個第二電壓提供給該第一和第二導電層時處于一種光漫射的、半透明的取向。
28.—種可變的光衰減裝置，包括 第一和第二導電層；一種主體溶液和分散在其中的一種客體染料，用于形成被安置在該第一和第二導電層之間的一種客體-主體溶液；以及一個控制電路，該控制電路被配置成將一個可變電壓提供給該第一和第二導電層； 其中該染料被配置成當該控制電路未將一個電壓提供給該第一和第二導電層時處于一種低光透射的、透明的取向；進一步地，其中該染料被配置成當該控制電路將一個第一電壓提供給該第一和第二導電層時處于一種高光透射的、透明的取向；并且進一步地，其中該染料被配置成當該控制電路將一個第二電壓提供給該第一和第二導電層時處于一種光漫射的、半透明的取向。
29.如權(quán)利要求27或觀所述的裝置，進一步包括與該控制電路處于電連通的至少一個光伏電池，該控制電路被配置成響應于由該至少一個光伏電池收集的太陽能來將該第一電壓提供給該第一和第二導電層。
30.如權(quán)利要求四所述的裝置，其中該第一電壓與由該至少一個光伏電池所收集的太陽能的量值是成比例的，這樣使得該客體-主體溶液的光透射的水平與照射到該至少一個光伏電池上的光強度是成比例的。
31.如權(quán)利要求27至30中任一項所述的裝置，進一步包括一個用戶界面，該控制電路被配置成響應于該控制電路的用戶操縱來將該第二電壓提供給該第一和第二導電層。
32.如權(quán)利要求31所述的裝置，其中該用戶界面被配置成響應于該控制電路的用戶操縱來調(diào)整該第一電壓。
33.如權(quán)利要求27至30中任一項所述的裝置，其中該控制電路是一個導電體，這樣使得該至少一個光伏電池直接地給該第一和第二導電層供電。
34.一種太陽能動力的可變的光衰減裝置，包括 一個可電操作的光衰減層；以及光耦合到該光衰減層上的至少一個光伏電池，這樣使得照射到該光衰減層的一個外表面上的光的至少一個第一部分被引導向?qū)τ谠摴馑p層的外表面向內(nèi)的該至少一個光伏電池的一個光子吸收部分；其中該至少一個光伏電池與該可電操作的光衰減層是處于電連通的，從而供電來將該可電操作的光衰減層從一種未通電的高透射狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的低透射狀態(tài)。
全文摘要
一種太陽能動力的可變的光衰減裝置包括一個液晶單元，與該液晶單元處于電連通的一個光伏電池，以及一個聚光器，該聚光器具有一個光吸收表面以及一個光耦合到該光伏電池上的光發(fā)射表面。照射到該聚光器的光吸收表面上的至少一部分光被會聚并經(jīng)過這個光發(fā)射表面引導到光伏電池的一個光子吸收部分上以生成一個電壓。所生成的電壓被用于響應于被引導向該光伏電池的太陽光來將該液晶單元從一種未通電的狀態(tài)改變?yōu)橐环N通電的狀態(tài)。
文檔編號H01L31/00GK102449773SQ201080023882
公開日2012年5月9日 申請日期2010年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者B·塔河里, C·馬提克賽, T·寇颯, V·鮑迪納 申請人:阿爾法米克羅公司