專利名稱：發(fā)光太陽能集中器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)發(fā)光太陽能集中器(LSC)的方法。本發(fā)明還涉及一種具有較寬的吸收范圍和較高的效率，最小化了固有損耗和降低了 LSC的制造成本的LSC。
背景技術(shù)：
主要基于容易得到的化石源的世界上的常規(guī)能源供應正在迅速減少。能源危機的主要的短期替代物，核裂變能源的利用引起許多爭議，并且核聚變技術(shù)的實際實現(xiàn)尚未發(fā)生。太陽能提供了明顯的替代能源，其干凈并且無危害。仍缺乏將用于收集、集中、存儲以及轉(zhuǎn)換太陽光的合適方法變?yōu)橐环N實際的解決方案，因為迄今為止太陽光是散射的和固有地間歇的。太陽能光伏電池的可行性代表了期望的能源解決方案，即使尚不切實際。迄今為止太陽能的局限之一是每kW需要大量的硅用于制備太陽能電池，該問題被摻雜高級硅的制備需要非常大的量的電能的事實加重。一種用來集中太陽光的裝置涉及拋物面鏡子(或者用于太陽能爐的這種反射表面的組合)或菲涅爾透鏡的使用，以用于砷化鎵(GaAs)太陽能電池中包含這種鏡子。用于跟蹤太陽的每天的明顯的運動所需要的定日鏡型設備是昂貴的，并且由于大部分散射光的損失，該方法是低效的，所述大部分散射光構(gòu)成了到達歐洲和美國的大多數(shù)地區(qū)的地球表面的光的60%。平面發(fā)光集中器由Weber 和 Lambe(J. Appl. Optics 15,2299(1976))首次提出， 之后同時由 Goetzberger 和 Greubel (Appl. Phys. 14,123(1977))以及 Swartz, Cole 和 ZewaiKOptics Letters/, 73 (1977))更詳細地闡述。該主題由 Batchelder、kwail 和 Cole (Appl. Optics 18,3090(1979))以及由 Goetzberger and Wittwer (Adv. Solid State Phys.19,427(1979))和 Reisfeld等(Nature 274,144(1978) ；Nature 283,281(1980))做進一步分析，著重于熒光的有機染料的使用。迄今，描述的所有使用平面發(fā)光集中器的方法受到低能源效率和建造裝置的高成本的限制。此外，在這種裝置中，在試圖通過福斯特能量轉(zhuǎn)移來增加能源產(chǎn)量中，吸收太陽輻射的較大部分的混合染料的自吸收和較低的總量子效率以及發(fā)射光的逃逸錐是不變的結(jié)果。多板“串聯(lián)”配置的使用還沒有提供理想的解決方案。雖然這種使用導致高效的吸收，但依賴于采用的板的數(shù)量，集中度減少到1/3到1/4，并且結(jié)果，需要使用大面積的電池，因此阻擾了減少所需的電池數(shù)量的目的。迄今缺少提供高產(chǎn)率的理想的太陽能集中器及用于制備該太陽能集中器的有成本效益的工藝。發(fā)明概述在一種實施方式中，本發(fā)明提供一種發(fā)光太陽能集中器(LSC)，包括i)復合襯底，包括頂面，其包括含有第一發(fā)光化合物的第一薄膜，其中所述薄膜的頂面鄰近第一波長選擇鏡，該鏡子對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；至少第二薄膜，其位于所述第一薄膜下，其中所述第二薄膜含有第二發(fā)光化合物， 且所述第二薄膜的頂面鄰近第二波長選擇鏡，該鏡子對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；其中所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長；基底表面，其包括第三波長選擇鏡，該鏡子對于對應于位于復合襯底中的該基底表面之上的發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；透明體，其放置于所述第二發(fā)光薄膜的基底表面和所述第三波長選擇鏡的頂面之間；以及ii)可選地，至少一個光伏電池，其位于與所述復合襯底的至少一個邊緣靠近，該電池接收從所述第一和至少第二發(fā)光薄膜和從所述鏡子發(fā)射和反射的光子，其作為波導將所述光子捕獲在其中，并將這種光子轉(zhuǎn)換為電流。在一些實施例中，所述第一發(fā)光化合物吸收波長對應于或比所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長的光。在一些實施例中，復合襯底還包括含有第三發(fā)光化合物的第三薄膜，其中所述薄膜的頂面鄰近第四波長選擇鏡，該鏡子對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的，并且該濾光鏡鄰近所述第二薄膜的基底表面，并且其中所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長；在一些實施例中，所述第二發(fā)光化合物吸收波長對應于或比所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長的光。根據(jù)這方面，在一些實施例中，所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光在大約550-650nm范圍，而在一些實施例中，所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光在大約425-575nm范圍，而在一些實施例中，所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光在大約350-450nm范圍。在一些實施例中，所述透明體由玻璃或塑料構(gòu)成，而在一些實施例中，所述透明體由光學級丙烯酸聚合物構(gòu)成。在一些實施例中，所述薄膜包括溶膠-凝膠基質(zhì)或聚合物，而在一些實施例中，所述薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在一些實施例中，所述發(fā)光化合物吸收光的波長范圍在大約300nm到大約700nm 之間。在一些實施例中，本發(fā)明提供了一種太陽能收集組件，包括本發(fā)明的發(fā)光太陽能集中器的陣列。在一些實施例中，發(fā)光太陽能集中器的陣列相對于鄰接的集中器邊緣靠邊緣地放置每一個集中器，并且至少一個光伏電池被布置在邊緣相交處的每一個之間。在一些實施例中，本發(fā)明提供一種用于制備如上文所述的發(fā)光太陽能集中器 (LSC)的工藝，所述工藝包括i)制備包含透明材料的襯底，所述襯底具有包括所述第三波長選擇鏡的基底表面。ii)制備第一薄膜和第二薄膜的每一個，并將所述第一發(fā)光化合物和所述第二發(fā)光化合物分別添加到所述第一薄膜和所述第二薄膜；
iii)將所述第二薄膜疊置到在(i)中制備的所述襯底的頂面，以使得所述第二薄膜具有鄰近所述襯底的頂面的基底表面；iv)放置所述第二波長選擇鏡以使得所述鏡子鄰近所述第二薄膜的頂面；ν)將所述第一薄膜疊置到在(iv)中放置的第二波長選擇鏡的頂面；以及vi)放置所述第一波長選擇鏡以使得所述鏡子鄰近在(V)中疊置的所述第一薄膜的頂面。在一些實施例中，本發(fā)明中的工藝中的疊置通過液滴涂布、濺射涂膜、旋涂、浸涂、 噴涂或輥涂完成。在一些實施例中，本發(fā)明提供一種用于將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的方法，所述方法包括放置至少一個發(fā)光太陽能集中器(LSC)用以收集和集中太陽能，所述發(fā)光太陽能集中器包括復合襯底，所述襯底包括頂面，其包括含有第一發(fā)光化合物的第一薄膜，其中所述薄膜的頂面鄰近第一波長選擇鏡，該鏡子對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；至少第二薄膜，其位于所述第一薄膜下面，其中所述第二薄膜含有第二發(fā)光化合物，且所述第二薄膜的頂面鄰近第二波長選擇鏡，該鏡子對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；其中所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長；基底表面，其包括第三波長選擇鏡，該鏡子對于對應于位于復合臺架中的所述基底表面之上的發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；透明體，其放置在所述第二薄膜的基底表面和所述第三波長選擇鏡的頂面之間； 以及至少一個光伏電池，其位于與所述復合襯底的至少一個邊緣靠近，該電池接收從所述第一和至少第二發(fā)光薄膜和從所述鏡子發(fā)射或反射的光子或其組合，并將這種光子轉(zhuǎn)換為電流，因而是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種方法。在一些實施例中，該方法導致在所述發(fā)光太陽能集中器受到太陽輻射時，逃逸錐的產(chǎn)生被消除或減少。在一些實施例中，根據(jù)此方面，復合襯底還包括含有第三發(fā)光化合物的第三薄膜， 其中所述薄膜的頂面鄰近第四波長選擇鏡，該鏡子對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的，并且該鏡子鄰近所述第二薄膜的基底表面，并且其中所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長。在一些實施例中，由于缺少所述第二波長選擇鏡，包括至少第一和第二薄膜的所述發(fā)光太陽能集中器的吸收效率高于未包括鄰近或頂面接壤所述第二波長選擇鏡的第二薄膜的發(fā)光太陽能集中器的吸收效率。發(fā)明詳述本發(fā)明針對發(fā)光太陽能集中器(LSC)，其被如此構(gòu)造以便消除由于如在其他集中器中發(fā)現(xiàn)的一樣的逃逸錐的存在而導致的能源損失，本發(fā)明的LSC減小了與自吸收和由一種染料和另一種之間的能量轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)移損失有關(guān)的能量損失，所述能量損失在其他LSC系統(tǒng)中也發(fā)現(xiàn)了。本發(fā)明的LSC擁有LSC串聯(lián)配置的優(yōu)點，例如較高的轉(zhuǎn)移效率和較高的吸收效率，而無需多個或較大的電池面積。在之前的LSC模型中的捕獲效率與由于從襯底中的熒光染料中發(fā)射的光的一些的合并而導致的嚴重損失有關(guān)。一些損失源于從波導中逃逸的發(fā)射，取決于襯底的折射率， 如下所述和如

圖1所示，這產(chǎn)生接近約25%的損失的逃逸錐。LSC的總效率受以下物理損失因素的影響臨界角錐損失對應于穿過球殼(具有微分體積4 π r2dr，在中心具有熒光種)的各向同性發(fā)光的cos θ。部分，其通過被發(fā)射到臨界角錐的外部而經(jīng)歷連續(xù)的全反射。因此，L = 1-cos θ c = 1-((n2-l)/n2)1/2θ。= arcsin (1/n)，經(jīng)常稱為 sirT1 (1/n)(2)sin θ c = 1/n其中η是各向同性LSC板的折射率。具有不同折射率的板的捕獲效率的例子如下所示η = 1.4141. 556 1. 743 2.000θ。= 45°40°35°30°Iitrap = 0.7071 0. 7660 0. 8191 0. 8660其中η是折射率且吸收效率nabs是被發(fā)光種吸收的入射的太陽光子的部分。這里的太陽光子產(chǎn)生直射和散射光。在大多數(shù)的計算中，空氣質(zhì)量1 (AM 1)被作為標準，但是應注意的是可檢測的太陽通量主要依賴于大氣條件。如果每波數(shù)的能量通量V(v)在那個波數(shù)除以光子能量hv( = hcv)，得到單位為光子/m2S (cm—1)的總光子通量N(v)?？偰芰客亢凸庾油坑煞e分得出/ = J V{v)dv = "c J vN(v)dv其中零和無窮的積分限并不意味著V和N可以在大范圍內(nèi)不趨于零。此外在包含多種染料的單一的板中的福斯特能量轉(zhuǎn)移的量子效率通過所有的吸收效率的乘積和每一染料的量子效率的乘積來計算。由于較長波長的染料的效率通常較低，所以，總效率實質(zhì)上低且最低效率的染料是總結(jié)果的主要原因。例如，使用具有如下量子效率的典型的染料在 400nm, QEl = 0. 8qe ；在 475nm, QE2 = 0. 6qe ；在 550nm，QEl = 0. 4qe ；每一染料的捕獲效率是TE = 0. 9。對于從染料1吸收和轉(zhuǎn)移的400nm的光的總捕獲效率是OE = QE1 X QE2 X QE3 X TE X TE X TE或0. 139 = 0. 8X0. 6X0. 4X0. 9X0. 9X0. 9。對于從染料2吸收和轉(zhuǎn)移的475nm的光的總效率是OE = QE2 X QE3 XTEXTE
或0. 194 = 0. 6X0. 4X0. 9X0. 9。并且對于從染料3吸收和轉(zhuǎn)移的550nm的光的總效率是OE = QE3 X TE或0. 36 = 0. 4X0. 9。此外，這種系統(tǒng)中的損失源于逃逸錐的產(chǎn)生，并且這種損失通常接近總損失的 25%，所以效率的損失甚至更大。因此，在我們的實例中，當OE(dyel)0. 139X0. 75 = 0. 104 ；OE (dye2) 0. 194 X0. 75 = 0. 145 ；OE (dye3) 0. 36 X0. 75 = 0. 27 ；在上述系統(tǒng)中的所有所述波長的平均效率是0. 173。在本發(fā)明中，無論襯底的折射率如何，這種逃逸損失被基本消除，因為代表發(fā)光化合物的發(fā)射能量沒有被另一發(fā)光化合物重吸收(即，在發(fā)光化合物之間沒有共振能量轉(zhuǎn)移)。此外，捕獲效率被增加，是由于能夠包含更高濃度的發(fā)光化合物，這在之前的系統(tǒng)中是不可能的，因為發(fā)光化合物在相同的襯底板上以高濃度鄰近放置時會在產(chǎn)生化學相互作用。本發(fā)明包括波長選擇鏡，在一些實施例中，其頂面鄰近和接壤包含發(fā)光化合物的薄膜，且其特征在于該鏡子反射波長對應于發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的光，而同時對波長對應于發(fā)光化合物吸收的光的波長的光是透明的。本發(fā)明的裝置和方法的前提是至少包括兩個薄膜，每一個薄膜鄰近和在一些實施例中頂面或在其頂部接壤波長選擇鏡，其特征在于，所描述的反射特性使得每一鏡子反射波長對應于鄰近的發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的光。本發(fā)明的裝置和方法將包括發(fā)射較長的波長的光的發(fā)光化合物的薄膜放置為相對于包括發(fā)射相對于前者較短的波長的光的第二發(fā)光化合物的薄膜鄰近或在其頂部。裝置的基底或底部表面鄰近或在一些實施例中接壤波長選擇鏡，該鏡子反射對應于每一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的所有波長的光。本發(fā)明的發(fā)光太陽能集中器包括可操作地連接到光伏電池的復合襯底。本發(fā)明的復合襯底包括至少兩個薄膜，每一薄膜包括不同的發(fā)光化合物；和位于其間的波長選擇鏡， 波長選擇鏡鄰近和在一些實施例中接壤最頂端的薄膜；透明體，其位于薄膜的基底并且另外的波長選擇鏡位于透明體的基底。根據(jù)本發(fā)明的方法，裝置內(nèi)的薄膜的放置是這樣的每一薄膜的頂端相對于波長選擇鏡放置，該鏡子反射波長對應于包含在薄膜中的發(fā)光化合物吸收的光的波長的光。位于最頂端的薄膜含有的發(fā)光化合物發(fā)射的波長比位于更基底的薄膜含有的發(fā)光化合物發(fā)射的波長長，并且位于其間的波長選擇鏡對于波長對應于位于該鏡子的基底的薄膜中的發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的光是反射的。這樣的放置消除了發(fā)光化合物發(fā)射的光被另一發(fā)光化合物吸收。這里使用的關(guān)于所指示的材料的術(shù)語“至少一個”以及術(shù)語“一”指包含一種或多種這類材料。應理解的是當指通用組時，術(shù)語“一組中的至少一個”指包含所述的每一通用組的一種以及每一組中的多種。本發(fā)明的復合襯底包括第一頂面，第一頂面包括含有第一發(fā)光化合物的第一薄膜，其中所述薄膜的頂面接壤第一波長選擇鏡，該鏡子對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的。術(shù)語“頂端”是相對的術(shù)語，表示指示的材料的空間方位。頂端將被理解為相對于沿著垂直軸的另一材料的方位。所指示的材料的沿著該垂直軸的更高的方位。頂端通常被理解為“頂部”或“在頂部上”。第一薄膜在其頂面鄰近或在一些實施例中接壤第一波長選擇鏡。術(shù)語“鏡子”指具有鏡面反射入射光的表面的材料。術(shù)語“波長選擇鏡”是指具有鏡面反射特定波長的入射光而透射其他波長的入射光的表面的材料。在文獻中已知各種這樣的鏡子并且在市場上能夠買到，例如通過Newport公司。這些波長選擇鏡可以是波長調(diào)諧的(例如參見Katsis et al (1999) Chem. Mater. 11,1590))或帶寬調(diào)諧的(例如參見 Broer et al (1995)Nature 378,467)。在一些實施例中，使用了相對較薄的波長選擇鏡。在一些實施例中，波長選擇鏡的厚度不超過lOOnm，優(yōu)選不超過20nm。通常，上述的鏡子的厚度將超過5nm。應注意的是本發(fā)明的波長選擇鏡可適當包括兩個或兩個以上的層，其一起作為波長選擇鏡，例如聚合物堆或膽留醇類的層的組合。在一些實施例中，波長選擇鏡的選擇是這樣的波長選擇鏡對于被光致發(fā)光材料吸收的光的透射和同一鏡子對于發(fā)射的輻射的反射同時最大化。術(shù)語“鄰近”指空間放置，使得所指示的材料彼此鄰近，然而這種元件之間仍可以放置另外的材料。例如，在一些實施例中，如本文所述，包括發(fā)光化合物的薄膜的頂面被放置為鄰近合適的波長選擇鏡，并且這種放置可能需要該鏡子直接放置在合適的薄膜的頂部上，或在一些實施例中，透明體或其他材料可被放置在薄膜的頂面和鏡子之間。應理解的是任何其他材料可以被放置在被描述為相對于彼此鄰近放置的材料之間，需要注意的是這種放置并不會對本發(fā)明的裝置的功能起到負面影響。術(shù)語“負面影響”應理解為降低或大幅降低本發(fā)明的LSC裝置和方法的成功或最佳運作。術(shù)語“接壤”指放置在所指示的表面的大部分之上，使得頂端接壤波長選擇鏡的薄膜含有至少65% -100%的薄膜的頂面被鏡子覆蓋。在一些實施例中，涉及薄膜的頂端接壤的術(shù)語“接壤”意指放置這種鏡子在頂面上且可選地還接壤薄膜的邊緣，使得僅薄膜的基底表面或底部不接壤鏡子。根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法中使用的薄膜包括發(fā)光化合物。這種化合物可以以任何方式與薄膜關(guān)聯(lián)，包括非共價關(guān)聯(lián)以及共價關(guān)聯(lián)。在一些實施例中，這種薄膜可包括溶膠-凝膠基質(zhì)、聚合物等。聚合物可包括PMMA或其他合適的聚合物。在一些實施例中，薄膜包括環(huán)氧樹脂。在一些實施例中，薄膜是丙烯酸酯基，甲基丙烯酸酯基，環(huán)氧基，乙烯基醚基，苯乙烯基，硫醇-烯基或環(huán)氧丙烷基的。在一些實施例中，薄膜包括聚合物，其包括任何合適的材料，例如透明聚合物、玻璃、透明陶瓷或其組合。在一些實施例中，透明聚合物是熱固性或熱塑性的。在一些實施例中，透明聚合物是(半)結(jié)晶或無定形的。在一些實施例中，透明聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯，聚苯乙烯，聚碳酸酯，環(huán)烯烴共聚物，聚對苯二甲酸乙二酯，聚醚砜，交聯(lián)丙烯酸酯，環(huán)氧樹脂，聚氨酯，硅橡膠或其組合，或聚合物的共聚物。在一些實施例中，薄膜包括有機-無機溶膠-凝膠復合涂層。該涂層是基于有機改性硅氧烷(改性硅酸鹽(ormosils))的光學透明玻璃材料并且由溶膠-凝膠工藝形成。 溶膠-凝膠基質(zhì)包括復合的混合材料，例如提供涂層的彈性和柔韌性的二聚氨酯-硅氧烷 (DURS)(與異氰酸根合-丙基-三甲氧基硅烷(ICPTM0S)和聚乙二醇(PEG)獨立地合成)。 溶膠-凝膠涂層是基于不同的醇鹽，如四乙氧基硅烷(TEOS)；四-甲氧基硅烷(TMOS)； 環(huán)氧丙氧基丙基-三甲氧基硅烷(GLYMO)，苯基三甲氧基硅烷(WiTMOS)和η-四丙氧基鋯 (TPOZ)。在一些實施例中，包含在本發(fā)明的薄膜內(nèi)的發(fā)光化合物包括DFSB-K82-黃色； DFSB-K-61-湛藍；DFWB-K1-60-橙色；取代吡喃(如DCM)，香豆素(如香豆素30)，羅丹明類(如羅丹明B或羅丹明紅或羅丹明640)，BASF LumogenTM系列，茈衍生物，Exciton LDS系列，尼羅藍，尼羅紅，DODd,噁嗪類，吡啶類，苯乙烯基系列(Lambdachrome )，二噁嗪類，萘二甲酰亞胺類，噻嗪類，芪類，量子點，例如在美國專利號為5，482，890,5, 543, 354、 5，202，290,5, 229，320中所描述的，其他發(fā)光化合物例如世界知識產(chǎn)權(quán)組織公布號 TO/2004/003102、美國專利號6，312，835,6, 538，129中所描述的和本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的其他的那些。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是可以利用很多方法來將需要的發(fā)光化合物包含到薄膜中，如本文所述，該方法將優(yōu)化包含和維持該化合物的所需定向以及該化合物的物理-化學特性，使得高效的發(fā)光可以發(fā)生。上述方法可包括用于化合物的包含的交聯(lián)劑的使用，同時注意確保發(fā)光能力。在一些實施例中，在每一薄膜中含有的染料量在0. 05到0. 5g/m2之間，或在一些實施例中，在每一薄膜中含有的染料量在0. 1到0. 3g/m2之間，或一些實施例中，在每層薄膜中含有的染料量在0. 15到0. 25g/m2之間。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，染料量的變化可能是本發(fā)明的LSC中采用的特定的染料或者襯底或者薄膜的屬性或者上述幾者的組合的反映。在一些實施例中，本方法需要制備聚合體或溶膠凝膠的溶液并將發(fā)光化合物添加到其中，以及液滴涂布該溶液到材料，所述材料將包括薄膜的鄰近基底表面的表面，即，薄膜由液滴涂布來制備，或在一些實施例中，濺射涂膜到材料的表面，該表面最鄰近相應的薄膜的基底。在一些實施例中，薄膜由旋涂來制備，或在一些實施例中，由浸涂來制備，或在一些實施例中，由噴涂來制備，或在一些實施例中，由滾筒印花來制備，或在一些實施例中，通過真空沉積到材料的表面來制備，該表面最鄰近相應的薄膜的基底。在一些實施例中，這種材料將包括透明體，如本文所述，且在一些實施例中，這種材料將包括波長選擇鏡。在一些實施例中，本發(fā)明提供發(fā)光太陽能集中器(LSC)的制備工藝，該工藝包括制備包含透明材料的襯底，該襯底包括具有波長選擇鏡的基底表面，以及制備第一薄膜和第二薄膜的每個的溶液并分別將第一發(fā)光化合物和所述第二發(fā)光化合物添加到第一薄膜和第二薄膜。該工藝還包括將第二薄膜疊置到襯底頂面上，使得第二薄膜具有鄰近襯底的頂面的基底表面。該工藝還包括放置第二波長選擇鏡，使得所述鏡子鄰近且在一些實施例中接壤第二薄膜的頂面，并將第一薄膜疊置到第二波長選擇鏡的頂面上，并放置第一波長選擇鏡，使得該鏡子鄰近和在一些實施例中接壤第一薄膜的頂面。在一些實施例中，本發(fā)明中LSC的組裝方法將包括WO 2006/088369，或者例如 Currie MJ 等，Science (2008) Vol. 321. no. 5886，pp. 226-228 所披露的那些的變化。本發(fā)明的LSC裝置包括位于第一薄膜之下的至少第二薄膜，其中第二薄膜含有第二發(fā)光化合物，且所述第二薄膜的頂面鄰近和在一些實施例中接壤第二波長選擇鏡，該鏡子對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的，并且該鏡子鄰近和在一些實施例中接壤所述第一薄膜的基底表面；在一些實施例中，第一和第二薄膜包括相同的材料，除了其中包含的發(fā)光化合物以及可選地其他用于這種包含的試劑(例如，包括非零長度交聯(lián)劑)。在一些實施例中，第一和第二薄膜包括不同的材料，然而這些薄膜的折射屬性是類似的。在一些實施例中，每一薄膜可以包含兩種或多種發(fā)光化合物，然而該化合物將擁有屬性使得每一化合物的發(fā)射光譜相對地類似于在相同的薄膜中包含的另一化合物的發(fā)射光譜，以便相對于這種薄膜而位于其頂端的波長選擇鏡反射對應于從包含在薄膜的任何染料發(fā)出的光的波長的所有波長的光。根據(jù)此方面，這種包含在單一薄膜中的多種化合物可以擁有不同的吸收光譜，然而與其對應的波長將對應于或大于包含在任何位于基底的薄膜中的化合物發(fā)射出的波長。在一些實施例中，本發(fā)明的LSC裝置包括薄膜，其中第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長。在一些實施例中，LSC裝置包括薄膜，其中包含在第一薄膜內(nèi)的發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比包含在位于基底的第二薄膜中的發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長。在一些實施方式中，本發(fā)明的LSC裝置包括復合襯底，該復合襯底進一步包括第三或另外的(第四、第五、第六等)薄膜，所述第三或另外的(第四、第五、第六等)薄膜含有第三(第四、第五、第六等)發(fā)光化合物，其中所述薄膜的頂面鄰近和在一些實施例中接壤第四波長選擇鏡，該鏡子對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第三(或第四、 或第五、或第六等)發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的，并且該濾光鏡鄰近或接壤所述第二(或在前的)薄膜的基底表面，并且其中所述第二(或在前的)發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比所述第三(第四、第五或第六)發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長。在一些實施例中，根據(jù)本發(fā)明的此方面，第二(或在前的)發(fā)光化合物吸收波長對應于或比所述第三 (或第四或第五或隨后的)發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長的光。在一些實施例中，第一發(fā)光化合物發(fā)射的光大約在550-650nm范圍，而在一些實施例中，第二發(fā)光化合物發(fā)射的光大約在425-575nm范圍，而在一些實施例中，第三發(fā)光化合物發(fā)射的光大約在350-450nm范圍。本發(fā)明的LSC裝置及其使用方法具有包括波長選擇鏡的最基底的表面，該鏡子對于對應于所述位于頂端的發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的。在一些實施例中，在本發(fā)明的LSC的最基底的表面上的波長選擇鏡對于任何波長的光是反射的。在一些實施例中，波長選擇鏡對于對應于包含在LSC的任何發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長的光是反射的。在一些實施例中，波長選擇鏡對于大約在300-700nm 范圍的光是反射的。LSC包括透明體，該透明體位于第二發(fā)光薄膜的基底表面和第三波長選擇鏡的頂面之間。在一些實施例中，LSC包括多個薄膜，波長選擇鏡放置在薄膜層之間，該波長選擇鏡對于對應于包含在位于相對于這種鏡子的頂端的薄膜中的發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的。根據(jù)此方面，位于最底部的薄膜放置在鄰近透明體處，使得透明體放置在位于最底部的薄膜和波長選擇鏡的頂面之間，該鏡子對于裝置中的任何其他波長選擇鏡的最寬的波長范圍的光是反射的。透明體可包括任何合適的材料，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，可包括任何透明聚合物、玻璃、透明陶瓷或其組合。在一些實施例中，透明體將包括光學級丙烯酸聚合物。在一些實施例中，至少一個光伏電池被放置與所述復合襯底的至少一個邊緣靠近，如本文所述，該電池接收從包括發(fā)光化合物的薄膜反射的光子并將這種光子轉(zhuǎn)換為電流。在一些實施例中，本發(fā)明的LSC起到波導的作用，其高效地捕獲LSC中發(fā)射的和反射的光子，并將這種光子傳遞到鄰近放置且操作上連接的光電池，其依次將這種光子轉(zhuǎn)換為電流。在一些實施例中，光伏電池可包括本領(lǐng)域中任何已知的類型，例如商業(yè)上可買到的那些，或在美國專利申請?zhí)?0070119496和美國專利號為5,935, 343 ；4, 629, 821中；或者世界知識產(chǎn)權(quán)組織專利申請公布號W0/2004/038745或其他中所述的。在一些實施例中，光伏電池可以以相對于集光器表面成90-或45-度角被連接，其中45度角允許電池吸收直射光以及匯聚光，因而增加了總的表面效率。應理解的是光伏電池可以以相對于LSC成任何角度地放置，這促進了匯聚光的吸收。在一些實施例中，本發(fā)明提供太陽能收集組件，包括本發(fā)明的發(fā)光太陽能集中器的陣列。在一些實施例中，該陣列包括LSC，其中每一個集中器相對于鄰接的集中器邊緣靠邊緣地放置，并且在一些實施例中，至少一個光伏電池被布置在邊緣相交處的每一個之間。本發(fā)明的LSC適用于在將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的方法中使用。在一些實施例中，這種方法可以包括以適于收集和集中太陽能的方式放置本發(fā)明的至少一個發(fā)光太陽能集中器(LSC)，借此，至少一個光伏電池被放置為與本發(fā)明的LSC的復合襯底的至少一個邊緣靠近，該電池接收從第一和至少第二或隨后的薄膜發(fā)射的和/或反射的光子，并將這些光子轉(zhuǎn)換為電流，因而是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的方法。在一些實施例中，該方法導致在所述發(fā)光太陽能集中器受到太陽輻射后，逃逸錐的產(chǎn)生被消除或減少。在一些實施例中，復合襯底還包括含有第三(或第四，或隨后的)發(fā)光化合物的第三(或第四，或隨后的)薄膜，其中所述薄膜的頂面鄰近和在一些實施例中接壤第四(或第五或隨后的)波長選擇鏡，該濾光鏡對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第三 (或在前的)發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的，并且該濾光鏡鄰近和在一些實施例中接壤所述第二(或在前的)薄膜的基底表面，并且其中所述第二(或在前的)發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比所述第三(或隨后的)發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長。在一些實施例中，本發(fā)明的LSC的吸收效率高于未包括含有發(fā)光化合物的多個薄膜層的發(fā)光太陽能集中器的吸收效率，其中LSC中的各個層的特征在于，這種層的基底表面鄰近波長選擇鏡，該鏡反射波長對應于位于該鏡頂端的層中的發(fā)光化合物的吸收的光的波長的光。
13
在一些實施例中，本發(fā)明的LSC在除了傳統(tǒng)的利用和轉(zhuǎn)換太陽能到電能外的應用中是有用的。在一些實施例中，從本發(fā)明的LSC獲得的光輸出可被直接應用于視覺效果而非發(fā)電。本發(fā)明的進一步的應用可以是例如產(chǎn)生電流或引起或增強這些標志的視覺安全效果的道路標志或標記，產(chǎn)生電流或視覺光效果的戶外設施，產(chǎn)生電流或視覺照明效果的透明、半透明或不透明的路邊隔音屏障等。在一些實施例中，本發(fā)明的LSC的宇宙應用被預見，例如，用于航天器推進的太陽帆可裝備本發(fā)明的LSC，用于經(jīng)由被LSC收集的輻射所照射(并且可選地也受到太陽的直接照射)的PV電池來同時產(chǎn)生電流以及推進航天器。應理解的是本發(fā)明的LSC的任何應用，通過其，太陽能被集中和利用或轉(zhuǎn)換為另一種能源形式，均被視為本發(fā)明的部分。雖然現(xiàn)在結(jié)合以下示例中的某些優(yōu)選實施例并參考附圖描述了本發(fā)明，使得本發(fā)明的各方面被更全面地理解和認識，但是它的目的并非將本發(fā)明限制于這些特定的實施例。正相反，它的目的是覆蓋可以包括在所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍中的所有的替換、修改和等效形式。因此，包括優(yōu)選實施例的以下示例將用來說明本發(fā)明的實踐，應理解的是所示的細節(jié)僅是通過示例并且用于本發(fā)明的優(yōu)選實施例的例證性討論，并為了提供被認為是本發(fā)明的公式步驟以及原理和概念方面的最有用的和容易理解的描述。在圖中，圖1是描繪單個LSC板的橫截面圖，其中清晰板即透明板提供有含有染料的上部薄膜。含有染料的薄膜吸收太陽光，發(fā)射更長波長的光。由于全反射，在臨界角之外傳播的光通過清晰襯底傳輸，并且到達連接到襯底的邊緣的太陽能電池；以及圖2是描繪本發(fā)明的LSC的實施例的橫截面圖，其包括單個清晰板，在其之上交替放置薄膜和鏡子。含有各自對應的染料的薄膜吸收合適波長的太陽光，導致以更長波長發(fā)射光。由于全反射，在臨界角之外傳播的光通過清晰襯底傳輸，并且到達連接到襯底的邊緣的太陽能電池。示例 1現(xiàn)有LSC裝置的能量損失圖1示意地描繪了之前的LSC裝置的工作原理，其通常包括含有放置在透明襯底 4上的一種或多種發(fā)光化合物2、3的單一薄膜1，這導致缺乏收集在裝置被太陽輻射后由化合物發(fā)射的一部分光(在圖中描繪為逃逸錐幻。這種光被反射出裝置，并且因此未被收集在與其鄰近的太陽能電池中，并代表了這種系統(tǒng)中的能量的主要損失。示例 2本發(fā)明的LSC裝置的實施例圖2示意地描繪了本發(fā)明的裝置的實施例。本發(fā)明的裝置，與之前的裝置形成鮮明對比，包括兩種或兩種以上發(fā)光化合物，但是每一發(fā)光化合物位于其頂上被波長選擇鏡限定的薄膜中，該波長選擇鏡反射波長對應于位置鄰近的化合物發(fā)射的光的波長的光，因而特別防止或顯著減少了 “逃逸錐”的存在。該裝置包括第一薄膜6，頂端接壤第一反射鏡7，并含有第一發(fā)光化合物8，該化合物發(fā)射選擇性波長的光，該選擇性波長在大小上對應于被位于頂端的反射鏡7反射的波長，第二薄膜9被放置在第一薄膜下，并且第二波長選擇鏡10放置在其間。第二薄膜包含第二發(fā)光化合物11。第三薄膜12放置在第二薄膜下，并且第三波長選擇鏡13位于其間。 第三薄膜包含第三發(fā)光化合物14。透明體15放置在第三薄膜下而第四波長選擇鏡16放置在透明體下。在此方面，第一反射鏡7反射625nm波長的光，第二反射鏡10反射550nm波長的光，第三反射鏡13反射475nm波長的光，并且第四反射鏡16反射475nm到625nm波長的光。在此方面，第一發(fā)光化合物8吸收550nm波長的光而發(fā)射625nm的光，而第二發(fā)光化合物11吸收475nm波長的光而發(fā)射550nm的光，并且第三發(fā)光化合物14吸收400nm波長的光而發(fā)射475nm波長的光。該圖描繪了不同波長的光照射本發(fā)明的LSC中的不同的薄膜。本裝置的設計捕獲襯底中發(fā)射的光，并且同時以類似于光纖裝置中發(fā)現(xiàn)的方式來反射襯底中的這種光，以將這種光有效傳遞給鄰近放置的太陽能電池，防止由于逃逸造成的損失和由于隨后的其他鄰近放置的發(fā)光化合物對發(fā)射的光的吸收造成的損失。使用上文描述的公式，很容易完成對本發(fā)明的裝置的效率的計算。當相同的三個發(fā)光化合物被應用到本發(fā)明的裝置時，由于從波長選擇鏡反射的發(fā)射光的95%被保留，總效率增加。總效率因此接近在每個相應的波長處的染料的量子效率，僅有的能量損失是吸收效率的降低?？梢詰靡韵碌挠嬎?基于上文提出的公式)各個化合物的量子效率是在 400nm, QEl = 0. 8qe ；在475nm, QE2 = 0. 6qe ；以及在 550nm，QEl = 0. 4qe ；當每一染料的捕獲效率是TE = 0. 9時，那么對于被發(fā)光化合物1吸收和因此被捕獲的400nm的光的總效率計算是OE = QElXTE ；0.72 = 0.8X0.9。對于被發(fā)光化合物2吸收和因此被捕獲的475nm的光的總效率計算是OE = QE2 X TE ；0.54 = 0.6X0.9。對于被發(fā)光化合物3吸收和因此被捕獲的550nm的光的總效率計算是OE = QE3 X TE ；0. 36 = 0. 4X0. 9。該計算產(chǎn)生理論上可與現(xiàn)有裝置中可得到的效率值的相比較的總的效率值，然而，如上所述，這種之前的裝置遭受逃逸錐的產(chǎn)生，其中取決于襯底的折射率，效率中接近 25%的損失產(chǎn)生。因此，在此示例中，當OE (染料 1)0. 72X0. 95 = 0. 68 ；OE(染料 2)0. 54X0. 95 = 0. 51 ；以及OE (染料 3)0. 36X0. 95 = 0. 27 ；
與使用用于有關(guān)之前的裝置的效率的計算而獲得的值0. 173比較，所有波長的平均效率是0. 49。在此示例中，利用本發(fā)明的裝置將導致效率增大到現(xiàn)有LSC集中器的效率的 283%。該增加可能更大，實際上，當光被傳導到太陽能電池時，由于光的反射的結(jié)果，光從其中發(fā)射的化合物較高的自吸收可能發(fā)生。也可能在之前的裝置中在發(fā)射的光反射和另外的自吸收時，產(chǎn)生了另外的逃逸錐，導致更大的效率損失。由于波長選擇鏡，本發(fā)明的裝置中的效率增加還可以被增強，該波長選擇鏡特別防止了逃逸錐的產(chǎn)生。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，明顯的是本發(fā)明不受限于上述的例證性實施例的細節(jié)，并且在不脫離本發(fā)明的精神和本質(zhì)屬性的情況下本發(fā)明可以以其他具體形式來實施。 本實施例因而在各方面被認為是例證性的而非限制性的，由所附的權(quán)利要求而非上述說明來指示本發(fā)明的范圍，且落入權(quán)利要求的等效的意義和范圍內(nèi)的所有改變因而被包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光太陽能集中器(LSC)，包括 復合襯底，包括頂面，其包括含有第一發(fā)光化合物的第一薄膜，其中所述薄膜的頂面鄰近第一波長選擇鏡，所述第一波長選擇鏡對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；至少第二薄膜，其位于所述第一薄膜下，其中所述第二薄膜含有第二發(fā)光化合物，且所述第二薄膜的頂面鄰近第二波長選擇鏡，所述第二波長選擇鏡對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；其中所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長；基底表面，其包括第三波長選擇鏡，所述第三波長選擇鏡對于對應于復合臺架中的、位于所述基底表面之上的發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；透明體，其放置在所述第二發(fā)光薄膜的基底表面和所述第三波長選擇鏡的頂面之間；以及可選地，至少一個光伏電池，該至少一個光伏電池定位成與所述復合襯底的至少一個邊緣靠近，所述電池接收從所述第一發(fā)光薄膜和至少第二發(fā)光薄膜和從所述鏡子發(fā)射的光子或反射的光子或其組合，并將這種光子轉(zhuǎn)換為電流。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述第一發(fā)光化合物吸收波長對應于或比所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長的光。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述復合襯底還包括含有第三發(fā)光化合物的第三薄膜，其中所述第三薄膜的頂面鄰近第四波長選擇鏡，所述第四波長選擇鏡對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的，并且該濾光鏡鄰近所述第二薄膜的基底表面，并且其中所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述第二發(fā)光化合物吸收波長對應于或比所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長的光。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述第一發(fā)光化合物發(fā)射大約在 550-650nm范圍的光。
6.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光太陽能集中器，所述第二發(fā)光化合物發(fā)射大約在 425-575nm范圍的光。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述第三發(fā)光化合物發(fā)射大約在 350-450nm范圍的光。
8.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述透明體由玻璃或塑料構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求5所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述透明體由光學級丙烯酸聚合物構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述薄膜包括溶膠-凝膠基質(zhì)或聚合物。
11.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述薄膜包括聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)。
12.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽能集中器，其中所述發(fā)光化合物吸收波長范圍在大約300nm到大約700nm之間的光。
13.—種太陽能收集組件，包括權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽能集中器的陣列，其中每一個集中器相對于鄰接的集中器邊緣靠邊緣地放置，并且至少一個光伏電池被布置在所述邊緣相交處的每一個之間。
14.一種用于制備權(quán)利要求1所述的發(fā)光太陽能集中器(LSC)的工藝，所述工藝包括 i)制備襯底，所述襯底包括透明材料，且具有包括所述第三波長選擇鏡的基底表面； )制備第一薄膜和第二薄膜的每一個，并將所述第一發(fā)光化合物和所述第二發(fā)光化合物分別添加到所述第一薄膜和所述第二薄膜；iii)將所述第二薄膜疊置到(i)中制備的所述襯底的頂面，使得所述第二薄膜具有鄰近所述襯底的頂面的基底表面；iv)放置所述第二波長選擇鏡以使得所述第二波長選擇鏡鄰近所述第二薄膜的頂面； ν)將所述第一薄膜疊置到在(iv)中放置的所述第二波長選擇鏡的頂面；以及vi)放置所述第一波長選擇鏡以使得所述第一波長選擇鏡鄰近在(ν)中疊置的所述第一薄膜的頂面。
15.如權(quán)利要求14所述的工藝，其中所述疊置通過液滴涂布、旋涂、浸涂、噴涂、輥涂或濺射涂膜完成。
16.一種用于將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的方法，所述方法包括放置至少一個發(fā)光太陽能集中器(LSC)用以收集和集中太陽能，所述發(fā)光太陽能集中器包括復合襯底，所述襯底包括頂面，其包括含有第一發(fā)光化合物的第一薄膜，其中所述薄膜的頂面鄰近第一波長選擇鏡，所述第一波長選擇鏡對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的；至少第二薄膜，其位于所述第一薄膜下面，其中所述第二薄膜含有第二發(fā)光化合物，且所述第二薄膜的頂面鄰近第二波長選擇鏡，所述第二波長選擇鏡對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的，且該濾光鏡鄰近所述第一薄膜的基底表面；其中所述第一發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長；基底表面，其包括第三波長選擇鏡，所述第三波長選擇鏡對于對應于所述第一發(fā)光化合物和所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的任何波長是反射的；透明體，其放置在所述第二薄膜的基底表面和所述第三波長選擇鏡的頂面之間；以及至少一個光伏電池定位成與所述復合襯底的至少一個邊緣靠近，所述電池接收從所述第一薄膜和至少第二薄膜發(fā)射或反射的光子或其組合，并將這種光子轉(zhuǎn)換為電流，因而是將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的一種方法。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述方法導致在所述發(fā)光太陽能集中器受到太陽輻射時，逃逸錐的產(chǎn)生被消除或減少。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述復合襯底還包括含有第三發(fā)光化合物的第三薄膜，其中所述第三薄膜的頂面接壤第四波長選擇鏡，所述第四波長選擇鏡對于光波長的一范圍是透射的而對于對應于所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長的波長是反射的，并且該濾光鏡鄰近所述第二薄膜的基底表面，并且其中所述第二發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長比所述第三發(fā)光化合物發(fā)射的光的波長長。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，由于缺少所述第二波長選擇鏡，包括至少第一薄膜和第二薄膜的所述發(fā)光太陽能集中器的吸收效率高于未包括頂面接壤所述第二波長選擇鏡的第二薄膜的發(fā)光太陽能集中器的吸收效率。
全文摘要
本發(fā)明針對發(fā)光太陽能集中器、及其生產(chǎn)工藝和用途。發(fā)光太陽能集中器包括復合襯底，其包括兩層或兩層以上含有發(fā)光化合物的薄膜和波長選擇鏡，該集中器可以被連接至光伏電池。
文檔編號H01L31/052GK102265410SQ200980153084
公開日2011年11月30日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月31日
發(fā)明者埃坦·什姆埃利, 萊娜特·雷斯費爾德, 阿姆農(nóng)·列伊科維奇 申請人:綠太陽能源有限公司