在一个非限制性实施例中，一种用作太阳能收集器的盖板、窗户和/或房间隔断的盖板的透明体包括玻璃基板的具有布鲁斯特四面体的主表面，其用于将s偏振光波转换为经转换的p偏振光波，以降低基板的光波反射率的百分比。在另一非限制性实施例中，所述透明体包括所述基板的具有棱锥四面体的主表面，从而将光波捕获到基板主体内，以降低可见光反射的百分比。
1.一种用于将s偏振光波转换成经转换的p偏振光波的透明体，其中，所述透明体包括：
包括点A、B、C、D的四面体，其中，第一三角形小平面由在点A-B-D之间延伸的边界定，且所述第一三角形小平面在点A处的边对向第一角度，所述第一三角形小平面在点B处的边对向第二角度，其中，所述第一角度和第二角度彼此相等；第二三角形小平面由在点A-B-C之间延伸的边界定，所述第二三角形小平面在点A处的边对向第三角度，所述第二三角形小平面在点B处的边对向第四角度，其中，所述第三角度和第四角度彼此相等；第三小平面由在点B-C-D之间延伸的边界定，且第四小平面由在点A-C-D之间延伸的边界定，并且其中第一四面体的点B接触第二四面体的点D并且第一四面体的点D接触第二四面体的点B，并且第一四面体和第二四面体形成平行四边形，并且所述第一三角形小平面的边处于透明基板的第一主表面的平面内，且所述第二三角形小平面、第三小平面和第四小平面的每个的表面具有反射表面，其中，四面体的点A、B、C、D处于X、Y、Z坐标上，其中，X坐标处于第一平面内，Y坐标处于垂直于第一平面的第二平面内，Z坐标处于垂直于第一平面和第二平面的第三平面内，其中，四面体的点A、B、C、D处于如下X、Y、Z坐标上：坐标
2.根据权利要求1所述的透明体，其中，所述第一角度、第二角度、第三角度和第四角度彼此相等。
3.根据权利要求1所述的透明体，其中，所述透明体是太阳能电池的盖板。
4.根据权利要求1所述的透明体，其中，所述第一三角形小平面的边在所述基板的第一主表面内界定了洞的开口，且所述第二三角形小平面、第三小平面和第四小平面的表面是所述洞的壁，其中，所述洞的壁处于所述基板的第一主表面和第二主表面之间。
5.根据权利要求4所述的透明体，其中，所述四面体是第一四面体，并且所述透明体包括第二四面体、第三四面体和第四四面体，其中，所述第二四面体、第三四面体和第四四面体每个都包括点A、B、C、D，其中，第二四面体、第三四面体和第四四面体的每一个的第一三角形小平面是由在点A-B-D之间延伸的边界定的，所述第一三角形小平面的处于第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点A处的边对向第一角度，所述第一三角形小平面的处于第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点B处的边对向第二角度，其中，所述第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第一角度和第二角度彼此相等；第二三角形小平面是由在点A-B-C之间延伸的边界定的，所述第二三角形小平面的处于第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点A处的边对向第三角度，所述第二三角形小平面的处于第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点B处的边对向第四角度，其中，所述第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第三角度和第四角度彼此相等；第三小平面是由在第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点B-C-D之间延伸的边界定的，第四小平面是由在第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点A-C-D之间延伸的边界定的，并且第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第一三角形小平面的边处于透明基板的第一主表面的平面内，第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第二三角形小平面、第三小平面和第四小平面的每个的表面具有反射表面，并且其中，第一四面体的点A-B之间的边和第二四面体的点B-A之间的边在基板的第一主表面处彼此重叠；第一四面体的边D-B与第三四面体的点B-D之间的边在基板的第一主表面处彼此重叠；并且第二四面体的点B-D之间的边和第四四面体的点D-B之间的边在基板的第一主表面处彼此重叠。
6.根据权利要求5所述的透明体，其中，第一四面体、第二四面体、第三四面体和第四四面体形成了基板的第一主表面的第一区段，并且还包括覆盖基板的所述主表面的其余部分的其他区段。
7.根据权利要求5所述的透明体，其中，所述透明体选自下述集合：透明办公室隔断；门上的窗；玻璃窗；汽车天窗；暖房的玻璃嵌板；用于户外照明的玻璃盖板；以及用于显示器的玻璃罩。
8.根据权利要求1所述的透明体，其中，第一三角形小平面处于基板的第一主表面的一部分之上并且与之呈面对关系，并且第一三角形小平面是基板的第一主表面的一部分，所述第二三角形小平面、第三小平面和第四小平面处于所述基板之上并面向背离基板的方向。
9.根据权利要求8所述的透明体，其中，所述四面体是第一四面体，并且所述透明体包括第二四面体、第三四面体和第四四面体，其中，所述第二四面体、第三四面体和第四四面体每个包括点A、B、C、D，其中，第二四面体、第三四面体和第四四面体的每一个的第一三角形小平面是由在点A-B-D之间延伸的边界定的，所述第一三角形小平面的处于第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点A处的边对向第一角度，所述第一三角形小平面的处于第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点B处的边对向第二角度，其中，所述第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第一角度和第二角度彼此相等；第二三角形小平面是由在点A-B-C之间延伸的边界定的，所述第二三角形小平面的处于第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点A处的边对向第三角度，所述第二三角形小平面的处于第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点B处的边对向第四角度，其中，所述第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第三角度和第四角度彼此相等；第三小平面是由在第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点B-C-D之间延伸的边界定的，且第四小平面是由在第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点A-C-D之间延伸的边界定的，并且第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第一三角形小平面的边处于透明基板的第一主表面的平面内，且第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第二三角形小平面、第三小平面和第四小平面的每个的表面具有反射表面，并且其中，第一四面体的点A-B之间的边和第二四面体的点B-A之间的边在基板的第一主表面处彼此重叠；第一四面体的边D-B与第三四面体的点B-D之间的边在基板的第一主表面处彼此重叠；并且第二四面体的点B-D之间的边和第四四面体的点D-B之间的边在基板的第一主表面处彼此重叠。
10.根据权利要求9所述的透明体，其中，第一四面体、第二四面体、第三四面体和第四四面体形成了基板的第一主表面的区段，所述透明体还包括覆盖基板的所述第一主表面的其余部分的其他区段。
11.根据权利要求9所述的透明体，其中，第一四面体、第二四面体、第三四面体和第四四面体形成了基板的第一主表面的区段，并且所述透明体还包括覆盖基板的所述第一主表面的其余部分的其他区段。
12.一种用于捕获内部反射光的透明体，其中，所述透明体包括：
包括点E、F、G、H的四面体，其中，第一三角形小平面是由在点E-F-H之间延伸的边界定的，第一三角形小平面的处于点E处的边对向第一角度，第一三角形小平面的处于点F的边对向第二角度，第一三角形小平面的处于点H处的边对向第三角度，其中，所述第一角度、第二角度和第三角度彼此相等；第二三角形小平面由在点E-F-G之间延伸的边界定；第三小平面由在点F-G-H之间延伸的边界定，第四小平面由在点E-G-H之间延伸的边界定，并且其中第一四面体的点F接触第二四面体的点H并且第一四面体的点H接触第二四面体的点F，并且第一四面体和第二四面体形成平行四边形，并且所述第一三角形小平面的边处于透明基板的第一主表面的平面内，所述第二三角形小平面、第三小平面和第四小平面的每个的表面具有反射表面，其中，四面体的点A、B、C、D处于X、Y、Z坐标上，其中，X坐标处于第一平面内，Y坐标处于垂直于第一平面的第二平面内，Z坐标处于垂直于第一平面和第二平面的第三平面内，其中，四面体的点A、B、C、D处于如下X、Y、Z坐标上：坐标
13.根据权利要求12所述的透明体，其中，所述透明体是太阳能电池的盖板。
14.根据权利要求12所述的透明体，其中，基板的第一主表面处于平面内，四面体棱锥的三角形底处于所述平面内，且所述第一三角形表面、第二三角形表面和第三三角形表面处于基板的第一主表面和第二主表面之间。
15.根据权利要求12所述的透明体，其中，基板的第一主表面处于平面内，四面体棱锥的三角形底处于所述平面内，且第一三角形表面、第二三角形表面和第三三角形表面背离基板的第一主表面和第二主表面延伸。
16.根据权利要求14所述的透明体，其中，所述透明体选自下述集合：透明办公室隔断；
门上的窗；玻璃窗；汽车天窗；暖房的玻璃嵌板；用于户外照明的玻璃盖板；以及用于显示器的玻璃罩。
17.根据权利要求12所述的透明体，其中，第一三角形小平面处于基板的第一主表面的一部分之上并且与之呈面对关系，并且第一三角形小平面是基板的第一主表面的一部分，所述第二三角形小平面、第三小平面和第四小平面处于所述基板之上并面向背离基板的方向。
18.根据权利要求17所述的透明体，其中，所述四面体是第一四面体，并且所述透明体包括第二四面体、第三四面体和第四四面体，其中，所述第二四面体、第三四面体和第四四面体每个包括点E、F、G、H，其中，第二四面体、第三四面体和第四四面体的每一个的第一三角形小平面是由在点E-F-G之间延伸的边界定的；第二三角形小平面是由在点E-G-H之间延伸的边界定的；第三小平面是由在第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点E-F-H之间延伸的边界定的；第四小平面是由在第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的点F-G-H之间延伸的边界定的，并且第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第一三角形小平面的边处于透明基板的第一主表面的平面内，第二四面体、第三四面体和第四四面体的每个的第二三角形小平面、第三小平面和第四小平面的每个的表面具有反射表面，并且其中，第一四面体的点E-F之间的边和第二四面体的点F-E之间的边在基板的第一主表面处彼此重叠；第一四面体的边E-G和第三四面体的点G-E之间的边在基板的第一主表面处彼此重叠；并且第二四面体的点F-G之间的边与第四四面体的点G-F之间的边在基板的第一主表面处彼此重叠。
用于提高的光透射和/或光捕获的玻璃上的图案
[0001] 对相关专利申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年3月14日提交的发明名称为“Patterns On Glass For Increased Light Transmission And/Or Light Trapping”的美国临时专利申请No.61/781678的权益，通过引用将申请No.61/781678全文并入本文。
背景技术
[0003] 1.技术领域
[0004] 本发明涉及透明基板(例如，玻璃基板)上的图案，其用以提高光透射和/或光捕获，更具体而言，涉及太阳能电池的玻璃盖板上的图案，其用以将s偏振光波转换成p偏振光波，以提高通过盖板的光波透射和/或捕获内部反射光波，以提高太阳能电池的电输出。
[0005] 2.对现有技术的讨论
[0006] 当今的太阳能电池包括透明盖板，例如，处于单晶硅光伏模块之上的玻璃盖板。盖板在使太阳能通过盖板抵达模块的同时保护模块使其免受有害环境影响，例如，雨、雪以及风吹的岩屑，例如，风吹的尘土和石块。尽管透明盖板的使用是可接受的，但其存在限制。更具体地(但有例外)，太阳能是作为非偏振准直光波入射到玻璃盖板上的。本领域技术人员认识到，在非偏振光以布鲁斯特角入射到玻璃盖板的外表面上时，所述非偏振光波将变成偏振光波，其中，具有与入射面平行的电场的p偏振光波穿过玻璃盖板，而具有与入射面垂直的电场的s偏振光波则被部分地从玻璃盖板和光伏模块反射开。
[0007] 可用的技术，例如，美国专利No.4913520、5559634、5594830和5640480中所公开的技术，可以将从玻璃盖板反射的s偏振光波转换成p偏振光波(下文称为“经转换的p偏振光波”)，并使p偏振光波和经转换的p偏振光波通过玻璃盖板，以提高盖板的光透射率。当前可用的技术，例如，上文提到的专利中公开的技术所具有的缺陷在于，光源是稳定的，光波沿设定且不变的路径传播，因而光波总是以布鲁斯特角入射到玻璃衬底的表面上，并且要将s偏振光波转换成p偏振光波。就太阳能电池而言，光源是太阳，太阳沿某一路径运行，因而太阳光线并不总是以布鲁斯特角入射到玻璃盖板上。可采用跟踪设备移动太阳能电池，从而使玻璃盖板跟踪太阳的移动，使得太阳光线以布鲁斯特角入射到盖板上。但是，本领域技术人员认识到，跟踪设备昂贵，而且必须保持在适当的工作条件下。
[0008] 与使光波透过玻璃盖板相关的另一限制是再次受到反射而通过玻璃盖板的光波的损失。更具体而言，光波入射到玻璃盖板的第一表面上，入射到第一表面上的光波的一部分穿过第一表面进入玻璃盖板体内，所述光的一部分被朝向玻璃盖板的相对的第二表面反射。在玻璃盖板的相对的第二表面处，光波的一部分通过第二表面，一部分被向回朝向玻璃盖板的第一表面反射，并通过该玻璃盖板的第一表面。
[0009] 现在可以认识到，提供透明板或基板将是有利的，其可以是但不限于显示器盖板和/或用于太阳能吸收装置(例如但不限于太阳能电池)的盖板，所述盖板通过提高通过透明板(例如但不限于显示器盖板和/或太阳能电池盖板)的阳光透射率而使当前可用盖板的限制降至最低(即使不能消除)。
附图说明
[0010] 图1A是按照现有技术中的理解说明处于其各自平面内的p偏振光波和s偏振光波的草图(sketch)。
[0011] 图1B是按照现有技术中的理解示出在布鲁斯特角为60°的情况下，处于不同入射角处的p偏振光波和s偏振光波在其各自的入射平面内的典型百分比反射率的曲线图。
[0012] 图2是按照现有技术中的理解以布鲁斯特角“α”入射到玻璃表面上的光以及透射的p偏振光波和反射的s偏振光波的侧视图。
[0013] 图3是按照现有技术的理解说明太阳在太阳能电池上方沿其路径移动的示意图。
[0014] 图4是具有结合本发明的特征的盖板的太阳能电池的侧视图。
[0015] 图5是本发明的布鲁斯特四面体的等角视图。
[0016] 图6是与图5的图示类似的说明本发明的布鲁斯特四面体的图示，其使得一个表面或小平面(facet)朝逆时针方向旋转。
[0017] 图7是在透明基板的表面内具有本发明的布鲁斯特四面体腔室的透明基板的等角视图。
[0018] 图8是具有本发明的两个布鲁斯特四面体腔室的结合(union)(下文又称为“单位单元”或者由两个布鲁斯特四面体腔室构成的单位单元)的透明基板的平面图。
[0019] 图9是具有多个本发明的由两个布鲁斯特四面体腔室构成的单位单元的透明基板的平面图。
[0020] 图10是在透明基板的表面上具有本发明的倒布鲁斯特四面体的透明基板的等角视图。
[0021] 图11是具有本发明的两个倒布鲁斯特四面体的结合(下文又称为“单位单元”和“由两个倒布鲁斯特四面体构成的单位单元”)的透明基板的平面图。
[0022] 图12是具有多个本发明的由两个倒布鲁斯特四面体构成的单位单元的透明基板的平面图。
[0023] 图13是示出根据本发明的教导的用于提高光捕获的内部反射光线的路径的草图。
[0024] 图14是本发明的棱锥四面体的等角视图。
[0025] 图15是与图14的图示类似的示出本发明的棱锥四面体的图示，其使得一个表面和小平面朝逆时针方向旋转。
[0026] 图16是具有本发明的两个棱锥四面体腔室的结合(下文又称为“单位单元”或者“两个棱锥四面体腔室构成的单位单元”)的透明基板的等角视图。
[0027] 图17是具有本发明的两个倒棱锥四面体的结合(下文又称为“单位单元”和“由两个棱锥四面体构成的单位单元”)的形状的透明基板的等角视图。
[0028] 图18是具有多个本发明的由两个棱锥四面体腔室构成的单位单元的本发明的透明基板的平面图。
[0029] 图19是具有多个本发明的棱锥四面体单位单元的形状的本发明的透明基板的平面图。
[0030] 图20是具有采用计算机生成的带有日期的点绘制的曲线的曲线图，其示出在各种入射角上透明基板对于太阳能的吸收，所述透明基板包括结合了本发明的特征的透明基板。
发明内容
[0031] 本发明涉及一种用于将s偏振光波转换成转换p偏振光波的透明体。在本发明的一个非限制性实施例中，所述透明体包括但不限于具有第一主表面和相对的第二主表面的透明基板；包括但不限于点A、B、C、D的四面体，其中，其中，第一三角形小平面是由在点A-B-D之间延伸的边定义的，第一小平面在点A处的边对向第一角度，第一小平面在点B处的边对向第二角度，其中，所述第一和第二角度彼此相等；第二三角形小平面是由在点A-B-C之间延伸的边界定的，第二小平面在点A处的边对向第三角度，第二小平面在点B处的边对向第四角度，所述第三和第四角度彼此相等；第三小平面是由在点B-C-D之间延伸的边界定的，第四小平面是由在点A-C-D之间延伸的边界定的，所述第一小平面的处于透明基板的第一主表面的平面内，所述第二、第三和第四小平面的每个的表面具有反射表面。
[0032] 此外，本发明涉及一种用于捕获内部反射光的透明体。在本发明的一个非限制性实施例中，所述透明体包括但不限于具有第一主表面和相对的第二主表面的透明基板；包括点E、F、G、H的四面体，其中，第一三角形小平面是由在点E-F-H之间延伸的边定义的，第一小平面在点E处的边对向第一角度，第一小平面在点F处的边对向第二角度，第一小平面在点H处的边对向第三角度，其中，所述第一、第二和第三角度彼此相等；第二三角形小平面是由在点E-F-G之间延伸的边界定的；第三小平面是由在点F-G-H之间延伸的边界定的，第四小平面是由在点E-G-H之间延伸的边界定的，所述第一小平面的边处于透明基板的第一主表面的平面内，所述第二、第三和第四小平面的每个的表面具有反射表面。
具体实施方式
[0033] 文中采用的所有数字，例如，那些表示值、范围、量或百分数的数字，除非另行明确指出，否则都应理解为带有修饰词“大约”，即使该词并没有明确出现。在提及任何值的数值范围时，应当将这样的范围理解为包括处于所陈述的范围的最小值和最大值之间的每一数字和/或分数。例如，范围“1到10”是指包括处于所列举的最小值1和所列举的最大值10之间的(含这两个值的)所有子范围，也就是说，具有大于等于1的最小值和小于等于10的最大值。而且，文中采用的词语“在……之上施加”和“在……之上淀积”是指在上面施加和沉积但未必发生表面接触。例如，将一个表面、物品、膜或部件“施加”、“淀积”到另一表面、物品、物品的膜或部件或者设备之上不排除物品的表面之间或者物品或设备的部件之间分别存在材料。
[0034] 在讨论本发明的非限制性实施例之前，应当理解本发明在应用方面不限于文中示出和讨论的具体非限制性实施例的细节，因为本发明能够包含其他实施例。此外，文中采用讨论本发明的术语只是用于描述目的而非限制目的。此外，除非另行指出，否则在下面的讨论中，类似的附图标记表示类似的元件。
[0035] 在下文的讨论当中，本发明的非限制性实施例涉及用于可以是但不限于太阳能电池的太阳能吸收装置的透明盖板。但是，本发明不限于此，可以采用光波能够通过的任何类型的基板来实践本发明，其中所述基板例如可以是但不限于透明办公室隔断，例如，玻璃办公室隔断；具有透明嵌板(例如，玻璃窗)的门；汽车天窗；用于暖房的玻璃嵌板；用于户外照明的玻璃盖板；以及显示器覆盖玻璃。此外，下文出于清晰的目的将对本发明的非限制性实施例的讨论划分为类别(A)和类别(B)，其中类别(A)涉及提高太阳能以布鲁斯特角入射到具有透光性的表面上并将s偏振光波转换为p偏振光波的概率，以及类别(B)涉及避免光波通过透明基板的表面被再次反射回来。
[0036] 此外，在下文的讨论中，盖板由玻璃构成。但是，本发明不限于此，其可以由任何能够通过光波的材料(例如，塑料)构成。
[0037] 类别(A)的本发明的非限制性实施例
[0038] 现在所述讨论将涉及本发明的透明盖板的非限制性实施例，所述盖板具有构形表面(shaped surface)，以提高可以是但不限于太阳能的光波以布鲁斯特角入射到盖板表面上并将s偏振光波转换成p偏振光波的概率，从而提高通过盖板的光波透射的百分比。
[0039] 本领域技术人员认识到，太阳能提供可见的准直光波，在所述光波以布鲁斯特角照射到表面上时将变成偏振的。P偏振光波透过或者因折射而通过所述表面，而s偏振光波则被所述表面反射。更具体而言，参考图1A，其示出了位于YZ平面内的光波20以及位于XZ平面内的光波22。出于讨论而非限于本发明的目的，所述XY面是太阳能或者来自光源的光波入射或照射(impinge)到其上的入射面。P偏振波22平行于XZ平面，且s偏振波20垂直于XZ平面。文中使用的用于讨论本发明的“经转换的p偏振光波”一词是指旋转90°的s偏振光波，因而所述s偏振光波20是经转换的p偏振波23(图1中以虚线标识)并且平行于XZ平面，因而现在起着p偏振光波的作用。
[0040] 图1B是说明在布鲁斯特角约为60°的情况下对于0°到90°的范围内的入射角而言s偏振光(Rs)和p偏振光(Rp)的反射率的曲线图。
[0041] 根据需要参考图2和图3，其示出了透明介电基板，例如但不对本发明构成限制，所述基板可以是具有处于入射面XY内的表面26的玻璃基板24。出于清晰的目的，将来自可以是但不限于太阳30(图3所示)的光源的准直光束被示为单条射线28而不是多条射线。射线28以入射角“α”或者“alpha”照射到玻璃衬底24的表面26，即平面XY上。如图2所示，角度“αlpha”是射线28与和基板表面26正交的假想线32所划定的角度。在角度“αlpha”是Brewster角或偏振角时，准直光线28在基板表面26处是偏振的，并且p偏振光波22百分之百通过折射穿过表面26进入基板24体内，即处于布鲁斯特角上的p偏振光波22不受反射(参考图1B)，而s偏振光波20的相当大的部分(通常为15-20％)从基板表面26反射，即s偏振光波20穿过表面26进入基板24的主体34内的透射率显著降低。
[0042] 本领域技术人员将认识到，菲涅耳方程(Fresnel equation)预测，如果通过下述方程给定入射角(如图2中的角度“αlpha”所示)，那么具有p偏振的光波22将不会受到反射。
[0043] 方程：α＝arctan(n2/n1)，其中，n1和n2是两者介质的折射率。
[0044] 所述方程被称为布鲁斯特定律，所述方程定义的角度αlpha是布鲁斯特角。尽管不对本发明构成限制，但是除非另行指出，在本发明的非限制性实施例的讨论当中基板24是在空气环境中采用的玻璃。一般而言，玻璃具有1.51的折射率(n2)，空气(n1)具有1.00的折射率，布鲁斯特角或角度αlpha约为56°。尽管只有对于这一特定角度而言p偏振光的反射率为零，但是人们通常认为在布鲁斯特角周围的大约+/-15°的范围内p偏振光的反射率都保持非常低的水平。作为举例说明而非限于本发明，图1B的布鲁斯特角的范围是45°到75°。在本发明的实践当中，可用的布鲁斯特角范围是“布鲁斯特角的负50％到布鲁斯特角的正35％”；更优选的范围是“布鲁斯特角的负25％到布鲁斯特角的正25％”，最优选的范围是“布鲁斯特角的负20％到布鲁斯特角的正5％”。为了达到清楚的目的，在布鲁斯特角是60°时，可用的布鲁斯特角范围是“60°的负50％到60°的正35％”或者30°-81°；更优选的范围是“60°的负25％到60°的正25％”或者45°-75°；最优选的范围是“60°的负20％到60°的正5％”或者48°-63°。
[0045] 根据需要继续参考图1A和图2，在本发明的这一非限制性实施例中，使s偏振光波20朝基板表面26或平面XY旋转90°，从而将受到反射的s偏振光波20转换成经转换的p偏振光波23，从而使之充当p偏振光波21。经转换的p偏振光波23(参考图1)以布鲁斯特角射向基板表面26或平面XY，从而将100％的经转换的p偏振光波23折射到基板24内，即，经转换的p偏振光波23不受基板表面26的反射。
[0046] 参考图3，将太阳能电池40相对于太阳30安装到固定位置上，太阳30按照标有42的线所指示的其轨道运行。一般而言但不对本发明构成限制，太阳能电池40包括玻璃盖板，例如，安装在光伏模块44之上的玻璃基板24。随着太阳30沿其轨迹42运行，入射角，即角度“αlpha”在-90°到90°的范围内变动。就图3所示的布置而言，入射光线28(这里为了清楚起见只示出了一条射线而不是多条射线)的部分46受到玻璃基板24的空气－玻璃界面或表面26的反射，入射光线28的另一部分45通过空气－玻璃界面26向太阳能电池44折射。反射射线46相对于透射射线45的百分比随着入射角的增大(提高角度alpha)而提高，其在正交入射角上具有大约4％的最小值，在90°的入射角上具有100％的最大值。
[0047] 参考图4，其示出了结合本发明的特征的太阳能电池47。太阳能电池47包括透明基板或玻璃盖板48，透明基板或玻璃盖板48具有根据本发明的面向太阳的图案化外表面50(参考图3)。将太阳能电池47的盖板48经由乙基醋酸乙烯酯(EVA)中间层54固定安装至光伏模块52，例如但不对本发明构成限制，固定至单晶硅模块52。随着太阳30的光线28在盖板48的图案化表面50上移动，光线28不止一次以处于布鲁斯特角范围(如上文所讨论的)内的角入射到图案化表面50的各个小平面56上。更具体而言，一次具有处于0到90的范围内的入射角，一次具有处于90到180的范围内的入射角。此外，有较高的概率使得从一个小平面反射到与对面的相邻小平面上的s偏振射线将改变s偏振光波20，从而使得s偏振光波20转换成p偏振光波23(参考图1)。经转换的p偏振光波23以处于布鲁斯特角范围内的角度照射到对面的相邻小平面上，从而使经转换的p偏振光波21通过对面的相邻小平面，或者经转换的p偏振光波23以处于布鲁斯特角范围内的角度以外的角度射到对面的相邻小平面上，并从对面的相邻小平面反射到盖板的其他小平面上，从而提高了受到反射的经转换的p偏振光波23以处于布鲁斯特角范围内的角度或者当反射是最小时(例如但不限于本讨论，接近4％)以接近正交入射角(法向入射)的其它角度射到盖板48的其他小平面上的概率。所述光的部分将被朝向源(例如，太阳30)往回反射，这部分被认为是损失。下文将更详细地讨论本发明的这一特征。
[0048] 在本发明的这一非限制性实施例中，通过本发明的代表具有布鲁斯特四面体59的表面(参考图5和图6)的小平面56的图案化表面50提高了来自太阳30的光线28和从盖板48的图案化表面50的小平面56反射的光波的概率。根据需要参考图5和图6，布鲁斯特四面体59包括由点A-B-D之间的线定义的底60、由点A-B-C之间的线或边定义的第一表面62、由点B-C-D之间的线或边定义的第二表面64(仅在图5中示出)和由点A-C-D之间的线或边定义的第三表面66(仅在图6中示出)。在下文的讨论当中，通过X、Y、Z坐标(参考图1)定义底60以及面62、64和66，其中第一个值处于X轴上，第二个值处于Y轴上，且第三个值处于Z轴上。在本发明的一个非限制性实施例中，A点的坐标是(0,0,0)，B点的坐标是(1,0,0)，C点的坐标是(0.5,0.8125,0)，且D点的坐标是(0.5,0.5,0.75)。三角形A-B-D是等腰三角形，其中，边68和70在A点处所成角(又称为“角80”)与边68和74在点B处所成角(又称为“角81”)彼此相等；
三角形A-B-C是等腰三角形，其中，边68和72在A点处所成角(又称为“角87”)与边68和76在B点处所成角(又称为“角88”)彼此相等。三角形A-D-C以及C-B-D是不规则三角形，即三角形A-D-C的角彼此不等，三角形C-B-D的角彼此不等。布鲁斯特四面体的尺寸不是固定的，点A-B之间的边68；点A-D之间的边70；点A-C之间的边72；点B-D之间的边74；边B-C之间的边76；
以及点C-D之间的边78不是固定的，可以对其任意缩放。
[0049] 参考图7，其示出了透明基板98，例如但不限于本讨论，所述透明基板98具有第一主表面100和相对的第二主表面102，第一主表面100处于诸如XY平面的平面内(参考图1)。在本发明的这一非限制性实施例中，玻璃基板98具有形成于表面100内的腔室104。腔室104的尺寸和形状被设计为具有布鲁斯特四面体59的外部尺寸。更具体而言，能够将布鲁斯特四面体59置于腔室104内，其中，布鲁斯特四面体59的底60的表面的轮廓处于含有基板98的表面100的平面内，布鲁斯特四面体腔104的点C促于玻璃基板98的表面100和102之间。在本发明的这一非限制性实施例中，基板98的表面100处于XY平面内或者入射面XY内。为了清晰起见，点A-B-D；A-B-C；C-B-D；以及D-A-C之间的边或线所定义的布鲁斯特四面体59的底60以及表面62、64和66(参考图5和图6)分别是点a-b-d；a-b-c；c-b-d；以及d-a-c之间的边或线定义的布鲁斯特四面体腔104的表面的轮廓。
[0050] 参考图8，其示出了本发明的具有两个布鲁斯特四面体腔室的结合(下文又称为“单位单元”或者“由两个布鲁斯特四面体腔室构成的单位单元”)的玻璃基板98的表面100中的腔室110，其包括两个布鲁斯特四面体腔室104，其中，两个相邻布鲁斯特四面体腔室104的点a-b之间的边彼此重叠。进一步如图8所示，相邻的布鲁斯特四面体腔室的点b和d彼此重叠，并且形成了一个点，将其标识为d,b或者b,d。图9示出了根据本发明的非限制性实施例的覆盖太阳能电池44的透明或玻璃基板111，例如但不对本发明构成限制，玻璃盖板
111(图3)，所述基板111具有布置在基板111的表面112内的多个由两个布鲁斯特四面体腔室构成的单位单元110。更具体而言，布鲁斯特四面体腔的单位单元110的对应于布鲁斯特四面体59中的点A-B-D(参考图5和图6)的点a-b-d位于平面内，例如，XY平面(参考图1)，其中，两个相邻的布鲁斯特四面体腔室104的点d-b彼此重叠，并且相邻的两个分别由两个布鲁斯特四面体腔室124构成的单位单元的点a-d之间的边70彼此重叠，如图9所示。此外，如图9所示，相邻布鲁斯特四面体腔室的点a、b、d彼此重叠并且形成了一个被标识为a,d,b或其变型的点。一般而言，相邻的由两个布鲁斯特四面体腔室110构成的单位单元的d点彼此相邻，并且来自太阳30的光波或射线28(参考图3)入射到腔室110的对应于布鲁斯特四面体
59的边62、64和66的表面的表面上。参考图8，由两个布鲁斯特四面体腔室构成的单位单元
110的点c处于表面100和102之间的基板98的主体内。
[0051] 现在参考入射到各个由两个布鲁斯特四面体腔室构成的单位单元110的点a-b-c、a-c-d和b-c-d之间的边所定义的表面上的太阳射线28。随着太阳30沿其路径42移动(参考图3)并提供射线组28，射线30将以变化的入射角入射到由两个布鲁斯特四面体腔室110构成的单位单元110的点a-b-d、a-c-d和b-c-d之间的线或边界定的表面或小平面上。如果光线以法向入射(平行于单元表面的法向向量)，那么照射到小平面a-b-c上的射线将以布鲁斯特角入射到小平面a-b-c上。S偏振分量的一部分和100％的p偏振分量受到a-b-c表面的折射。S偏振分量的另一部分受到a-b-c表面的反射，并作为“经转换的p偏振光线”抵达d-b-c或d-a-c小平面。100％的“经转换的p偏振光线”受到d-b-c或d-a-c小平面的折射，并且根本没有反射。
[0052] 如果光线法向入射(平行于单位单元表面的法向向量)，那么照射到小平面a-c-d和小平面b-c-d的射线具有大入射角，并且所述光中的大部分被朝向小平面a-b-c反射，其中，入射角变得接近法向，因此折射的概率被最大化，即反射被降至最低。
[0053] 如果射线不是法向入射(平行于单位单元表面的法向向量)的，那么仍然会提高折射的概率，因为仅对于这一具体的角度而言p偏振光的反射率为0％，反射率在上文讨论的布鲁斯特角范围内都保持非常低的水平，因而本发明适用于布鲁斯特角范围内的很宽的入射角范围。此外，通过将光“圈禁”(多重反射以及在每个反射处同时进行折射)在腔室内来进一步提高折射。下文将更详细地论述光的“圈禁”。
[0054] 根据需要参考图10-12，其示出了本发明的另一非限制性实施例。为了清晰起见将本发明的这一非限制性实施例中采用的布鲁斯特四面体59(参考图5和图6)称为“倒布鲁斯特四面体”，其通过编号118表示(参考图10)。在本发明的这一实施例中，布鲁斯特四面体59的由边68、70和74以及点A-B-D界定的表面60处于含有玻璃基板122的表面120的XY平面(参考图1)内，其中，点C与表面122A所间隔的距离小于与基板122的表面122所间隔的距离(参考图10)。图11示出了倒布鲁斯特四面体单位单元124，其包括两个倒布鲁斯特四面体118，其中，每一倒布鲁斯特四面体的点B-D之间的边74相互重合并且彼此反向。此外，如图11所示，相邻布鲁斯特四面体的点B和D彼此重叠，并且形成了一个被标识为D,B或者B,D的点。
[0055] 图12示出了覆盖太阳能电池(例如，太阳能电池44)的透明基板126，例如但是不限于玻璃盖板126(参考图3)，所述透明基板具有根据本发明的非限制性实施例布置的多个倒布鲁斯特四面体单元124。更具体而言，倒布鲁斯特四面体单元124的点A-B-D所界定的小平面是玻璃基板122的表面120的部分并且位于XY平面内(参考图1)。倒布鲁斯特四面体的相邻边60彼此重叠。总的来讲，相邻的倒布鲁斯特四面体单元124的C点彼此相邻，且来自太阳30的波束或射线28(参考图3)入射到分别由倒布鲁斯特四面体单位单元124的点B-C-D、A-B-C和A-D-C界定的小平面64、62和66上。
[0056] 继续参考图12，其示出了透明或玻璃基板126，例如，玻璃盖板126，所述基板具有由接合起来的倒布鲁斯特四面体单位单元124构成的阵列。盖板126与盖板111(图9)类似，只是盖板111的布鲁斯特四面体是由盖板111的主体内的腔室的各个壁形成的，其形成方式与图7所示的处于基板98的表面100和102之间的腔室104类似，而盖板126的倒布鲁斯特四面体则处于盖板126的主体之外，其方式与针对图3的基板122的倒布鲁斯特四面体所示的方式类似。此外，如图12所示，相邻布鲁斯特四面体的点B、D、A彼此重叠并且形成了一个被标识为A，D，B或其变型的点。
[0057] 上文讨论的本发明的非限制性实施例将布鲁斯特四面体59的点A-B-D之间的表面60(图5和图6)标识为底，并且假设底60处于入射面XY(图1)内。但是，本发明不限于此，可以采用点A-B-C之间的表面62作为底。可以实施交换，因为三角形A-B-D和A-B-C两者都是等腰三角形。参考图9和图12，能够认识到，采用所述等腰三角形之一的表面作为底将提供相对于光源(例如但不限于太阳)几乎100％成角度的小平面或表面的盖板的表面，由此可以期望使光线28(图3)保持从一个有角度的表面反射到另一个有角度的表面，直到将s偏振光线转化成p偏振光线为止。
[0058] 此外，就上文讨论的布置而言，以法向入射角或任意入射角入射的光线并未以布鲁斯特角射到所述小平面上。通过将光“圈禁”到倒布鲁斯特四面体单元124的相邻的相对表面之间(多重反射以及每次反射同时发生的折射)而提高了折射的概率。还通过光捕获现象提高了单位单元124中的光吸收。与这一布置相关的物理学原理类似于与下文讨论的类别B相关的物理学原理。
[0059] 类别(B)的本发明的非限制性实施例
[0060] 现在所述讨论涉及本发明的类别(B)的非限制性实施例，其涉及提高的光捕获。文中采用的“光捕获”一词是指采用表面结构来优化光向基板或吸收结构内的渗透，同时减少反射光束从基板或吸收结构中透射出来，所述基板或吸收结构例如但是不限于太阳能电池的盖板或光伏模块。
[0061] 参考图13，其示出了具有透明基板150的太阳能电池148的截面，例如所述透明基板150可以是但不限于置于光束吸收结构152之上的玻璃盖板150，例如，所述光束吸收结构可以是但不限于光伏模块152。太阳30的射线28入射到盖板150的构形表面的小平面156上。射线28的一部分作为射线158穿过小平面156进入盖板150，射线28的另一部分作为射线160被表面小平面156反射到盖板150的表面小平面162。射线158入射到盖板150的表面161上，表面161与所述盖板的具有小平面156的表面相对，射线158的一部分被盖板的表面161作为射线163反射开。
[0062] 射线160的一部分作为射线164通过小平面162进入盖板150，而射线160的其余部分则被盖板150作为射线166反射开。射线164通过盖板150并入射到盖板150的表面161上。射线164的一部分被作为射线170反射至表面小平面172。射线170入射到表面小平面172上，射线170的一部分被作为射线174受到反射并入射到盖板150的表面161上，射线170的一部分作为射线176通过表面小平面172。射线176入射到表面小平面178上，射线176的一部分被作为射线180从盖板150反射开，射线176的其余部分作为射线184穿过表面小平面178射向表面小平面182。射线184的一部分作为射线186穿过表面小平面182，射线184的其余部分作为射线188从小平面182被反射，射线188入射到基板150的表面161上。
[0063] 从上述讨论可以认识到，射线158、164、174和188的朝向盖板150的表面161和吸收结构152的反射提高了射线28的全内反射。此外，现在可以认识到，提高朝向吸收结构152的反射提高了全内反射，降低了全外反射，提高了太阳能的透射率，例如，所述太阳能可以是但不限于穿过盖板的可见光。
[0064] 继续参考图13，本领域技术人员将认识到，入射到盖板150的表面161上的射线158、164、174和188的一部分穿过了表面161(为了清楚起见图13未示出)，射线158、164、174和188的其余部分从表面161反射(为了清楚起见仅示出了反射射线162和170)。此外，本领域技术人员能够认识到，入射到透明基板(例如，盖板150)的表面上的光线(例如，太阳能射线)的一部分被所述表面反射，且一部分穿过所述表面。在图13中，为了清晰起见没有示出射线的反射部分和透射部分的所有可能的组合。
[0065] 根据需要继续参考图14和15，在本发明的这一非限制性实施例中，采用四面体棱锥200捕获光。所述四面体棱锥包括由点E-F-G之间的直线210、212、216界定的底202、由点F-G-H之间的直线218、216、220界定的第一表面204、由点E-G-H之间的直线212、218、214界定的第二表面206(仅在图14中示出)以及由点E-F-H之间的直线210、214、220界定的第三表面208(仅在图15中示出)。点E的X、Y、Z坐标为(0,0,0)，点F的X、Y、Z坐标为(1,0,0)，点G的X、Y、Z坐标为(0.5, 0)，点H的X、Y、Z坐标为(0.5, 0.42)。在本发明的优选实践当中，通过计算机计算出了点H的值0.42，以寻求最佳值。
[0066] 在本发明的这一非限制性实施例中，三角形E-F-G是等边三角形，三角形E-G-H、G-F-H和E-F-H是等腰三角形。就三角形E-G-H而言，点E处由边212和214形成的角等于点G处由边212和218形成的角，就三角形G-F-H而言，点G处由边216和218形成的角等于点F处由边216和220形成的角，就三角形E-F-H而言，点F处由边210和220形成的角等于点E处由边208和210形成的角。在本发明的优选非限制性实施例中，点E处由边212和214形成的角、点G处由边212和218形成的角、点G处由边216和218形成的角、点F处由边216和220形成的角、点F处由边210和220形成的角以及点E处由边208和210形成的角彼此相等。应当认识到，随着等腰三角形的所述相等角的增大，等腰三角形的表面面积也增大，反之亦然。在本发明的优选实践中，等腰三角形的相等角中的每个处于40-75°的范围内，优选处于60-75°的范围内。在本发明的优选实践中，三角形E-G-H、G-F-H和E-F-H的每个是等腰三角形并且彼此相等。但是，本发明可以设想彼此略微不同的等腰三角形，例如，具有大于0小于10％的差别。
[0067] 参考图16，其示出了玻璃基板230，该玻璃基板230可以是(但不限于该讨论)玻璃盖板230，所述玻璃基板230具有第一主表面232和相对的第二主表面234。在第一主表面232内形成腔室236，将腔室236的尺寸和形状设计为具有本发明的光捕获单元236的外部尺寸。更具体而言，可以将两个光捕获棱锥四面体200置于腔室236内，其中，两个棱锥四面体的点(可以是但不限于点H)位于玻璃基板230的表面232和234之间，并且点F和G之间的边相互重叠。出于清晰目的，点E-F-G、E-G-H、G-F-H以及E-F-H之间的表面指定了光捕获棱锥四面体
200的点(参考图14和图15)，点e-f-g、e-g-h、g-f-h以及e-f-h指定了光捕获棱锥四面体腔室236的对应于光捕获棱锥四面体200的点E-F-G、E-G-H、G-F-H以及E-F-H的点。此外，如图
16所示，相邻四面体200的点b和d相互重叠，并且形成了一个被标识为f,g或g,f的点。
[0068] 参考图17，其示出了本发明的另一非限制性实施例。在本发明的这一实施例中，在盖板242的表面232上形成包括两个棱锥四面体200的棱锥四面体单元240。棱锥四面体单元240具有处于玻璃盖板242的表面232上或者作为其一部分的点E-F-G之内的表面，其中棱锥四面体200的点F-G之间的边216彼此重叠。为了清晰起见将本发明的这一非限制性实施例的棱锥四面体单元240称为“倒棱锥四面体”，并通过编号240对其予以指示。此外，如图17所示，相邻的倒棱锥四面体腔室的点F和G彼此重叠，并且形成了一个被标识为F,G或G,F的点。
[0069] 图18是具有多个棱锥四面体单元腔室236的盖板230的视图，图19是具有多个倒棱锥四面体单元240的盖板242的视图。应当认识到，由于棱锥四面体的底202是等边三角形，因而基底等边三角形的边210、212和216中的任何一个都可以与相邻棱锥四面体的所述等边三角形的边210、212、216中的任何一个相接触。入射到棱锥四面体腔室单元236的小表面(例如，处于棱锥四面体单元腔室236的点e-f-h、f-g-h和e-g-h之间的表面)上的太阳30的光线28遵循与上文针对具有布鲁斯特四面体单位腔室110的盖板111(参考图8和图9)讨论的反射模式类似但不等同的反射模式。此外，上文对内部光线158、164、170、174、184和188从小平面156、162、172和178的反射而产生的内反射的讨论(参考图13)适用于对内部射线的光“圈禁”，该内部光线从图18所示的棱锥四面体腔室单元234的点e-f-h、e-g-h和f-h-g之间的表面小平面反射。此外，如图18所示，相邻棱锥四面体200的点e、f和g彼此重叠，并形成了一个被标识为e、f、g或其组合的点。
[0070] 入射到倒棱锥四面体腔室236的小平面(例如，由倒棱锥四面体单元236的点e-f-g、f-g-h和e-g-h界定的表面)上的太阳30的光线28遵循与上文针对具有倒布鲁斯特四面体单元126的盖板126(参考图11和图12)讨论的反射模式类似的(如果不是完全一样的)反射模式。此外，上文对从小平面156、162、172和178反射的内部光线158、164、170、174、184和188的内反射的讨论(参考图13)适用于从图19所示的倒棱锥四面体单元240的点E-F-H、E-G-H和F-H-G之间的表面小平面反射的内部射线的光捕获。此外，如图19所示，相邻倒四面体的点E、F和G彼此重叠，并形成了一个被标识为E、F、G或其组合的点。
[0071] 采用ZEMAXTM计算机光学建模软件模拟五个太阳能电池，以计算具有不同的经设计的盖板的太阳能电池的预期太阳能吸收。将太阳能电池模拟为围绕纵轴旋转，并且盖板的具有预期图案的表面面向太阳能来源，即太阳。零度入射角沿着与面对太阳的表面正交的线，例如，所述线可以是但不限于图3的线32。-80到小于零度的入射角范围处于线32的左侧，大于零到小于80度的入射角范围处于线32的右侧。在图20的曲线图中示出了计算结果。将盖板的面对太阳的表面模拟为具有(I)平直表面(参考图3)；(II)棱锥四面体表面(参考图18)；(III)布鲁斯特四面体表面(参考图9)；(IV)倒棱锥四面体表面(参考图19)；以及(V)倒布鲁斯特四面体表面(参考图12)。本领域技术人员应当认识到，盖板对太阳能或光的吸收的提高意味着对太阳能或光的反射的降低，并且可以期望提高太阳能或光通过盖板向太阳能模块44(参考图3)的透射。
[0072] 从图20的曲线图中所示的曲线可以看出，平直表面盖板(曲线I)在-80倒80度的入射角范围内具有最低的吸收率，倒布鲁斯特四面体表面(曲线V)具有最高的吸收率。盖板II、III和IV通常在-40°到30°的入射角范围内具有相同的吸收率。盖板III和V在-80°到-40°的入射角范围内以及30°到80°的入射角范围内具有较高的吸收率。盖板V在-40°到30°的入射角范围内具有最高的吸收率。
[0073] 从上述讨论可以认识到，具有倒布鲁斯特四面体表面的盖板(盖板V)具有最高的吸收率，具有布鲁斯特四面体表面的盖板(盖板III)具有第二高的吸收率。应当认识到盖板III和V在-80°到-40°以及30°到80°的入射角范围内是性能最佳者，因为它们具有比盖板I、II和IV更高的光捕获性能，并且提供了更多的有角度的小平面以将s偏振光转换成p偏振光。
[0074] 现在应当认识到，本发明不限于所述盖板实施方式，可以采用任何方法来提供能够在本发明的实践中采用的盖板。作为例子并且并不对本发明构成限制，可以通过将玻璃基板加热到其软化点并将具有本发明的四面体构造的压花表面移到加热后的玻璃内由此制作盖板。另一种技术是塑铸塑料基板或者形成玻璃基板，所述基板具有本发明的四面体，并且将所塑铸的塑料基板或者所形成的玻璃基板层压到另一塑料或玻璃基板上。这样的布置与图4所示的层压布置类似。
[0075] 现在本领域技术人员将容易地认识到，在不背离前述说明公开的原理的情况下可以对本发明的非限制性实施例做出修改。应当理解，在不背离本发明的精神的情况下可以做出各种改变，本发明的主题是由(但是不限制)下述所主张保护的主题。
