具体实施方式

由此提供了集成光学结构100、200，其包括平面的基底元件106、206；以及至少一个平面的载体元件104、204。基底元件106、206有利地配置为其上没有图案的完全平面的层。载体元件104、204进而在其至少一个面/侧面上设置有多个表面特征，例如表面凸起轮廓111、121，其中在(伸出的)凸起轮廓之间具有相关联的凹入轮廓(空腔轮廓)112、121。在层106、206和层104、204连接在一起之前，空腔是开放的。元件104、204和元件106、206都具有均匀的表面，即(伸出的)轮廓111、121具有相同的高度。

元件104、204和元件106、206是平的和面状的，术语“元件”和“层”可互换使用或组合使用。

凸起轮廓和凹入轮廓(空腔轮廓)布置成至少一个图案。载体元件、且可选地基底元件基本上是光学透明的。在光学结构中，所述至少一个载体元件104、204与基底元件106、206层压在一起，使得相应地在元件104、204和元件106、206之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能空腔图案110、210。

光学结构可以包括层压在一起和/或与基底元件106、206层压在一起的多于一个的载体元件104、204。

通过调节每个所述嵌入图案内和/或每个所述载体元件内的空腔轮廓，使光学结构100、200具有光学功能，其中，光学功能选自：光反射、光折射和光重定向。

图1B(未示出空腔光学器件)示出了包括透明、白色或黑色背板反射器层104的示例性光学结构解决方案100。

描述是薄的，指的是几微米(例如5-50微米)到数毫米(例如1-20mm)之间的尺度。甚至可以应用更大的尺寸。

在一些情况下，表面凸起图案和/或相关特征(开放的和/或嵌入的)在其长度、深度/高度和/或宽度方面可以基本上为亚微米尺寸。或者，任何特征和/或图案的尺寸可以是几微米或几十微米，例如大约20或大约30微米，直到数毫米。

在本发明的各种实施方式中，光学结构的一个或多个元件可以是基本上光学透明的、半透明的或不透明的。每个元件所需的透明度自然取决于每个特定的使用情况。例如，在一些实施方式中，对于在该上下文中被认为是基本上光学透明的材料，与光的预定波长(例如，红外线、可见光或UV)相关的优选透射率可以在大约80％到95％的范围内。

配置为设置在太阳能电池板或模块中的薄反射层的光学结构可以比具有传统背板反射器的模块(例如示例性白色反射器(例如，如图3A所示))更好地反射、引导和分布光。通过提供具有空腔光学器件的图案110、210来获得改进的光学功能。光学结构，特别地，基底元件/背板层106、206可具有不同的颜色，例如白色、黑色或其他颜色，或者其可以是完全透明的。无论基层的颜色如何，结构100、200的光学功能(例如反射率)仍然通过空腔光学器件获得。

在一些实施方式中，光学结构因此包括被赋予预定颜色的基底元件106、206。在一些构造中，基底元件可提供为黑色元件。在替代构造中，能以白色或除了黑色或白色以外的任何其他颜色提供基底元件。根据人眼对上述颜色的一般感知来参考任何特定颜色(黑色、白色等)。

图案化载体元件104、204优选地由光学透明材料制成。

进一步提供了一种配置为上述光学结构的光学元件。光学元件配置为反射器元件，优选地，用于太阳能(PV)电池板的反射器，可选地，配置为背板反射器。反射器可以配置为位于PV电池的水平处的条纹反射器200A、200B、200D、部分200C，以用于能量增益(例如，光能)。该解决方案允许最小化材料的消耗和成本。有利的解决方案可以包括将结构100、200定位在PV电池的顶表面的水平处。

就术语“条纹”而言，我们在这里是指配置为细长的、窄的材料片(例如带、条或条纹)的光学结构(反射器元件)。

因此，光学结构进一步被提供为包括多个层压层，这些层压层配置为完全平面的基底元件106、206；以及至少一个平面的载体元件104、204。载体元件104、204在其至少一个面/侧面上包括多个表面凸起特征，例如(伸出的)表面凸起轮廓111、211，在凸起轮廓之间具有相关联的凹入轮廓(开放空腔)112、212。表面凸起特征，例如(伸出的)轮廓和(开放的)空腔轮廓，布置成至少一个图案。载体元件、且可选地基底元件基本上是光学透明的。在光学结构中，所述至少一个载体元件104、204与基底元件106、206层压在一起，使得在元件之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能空腔图案110、210。通过调节每个所述嵌入图案内和/或每个所述载体元件内的光学轮廓，例如空腔轮廓，使光学结构具有光学功能，其中，该光学功能选自：光反射、光折射和光重定向，光学结构设置在太阳能光伏电池板中的光伏电池之间。优选地，这种光学结构配置为细长的材料片的形式，例如细长的条纹。

因此，通过在单个图案或不同图案内根据其任何一个尺寸、形状、取向、对准和周期性来修改所述光学轮廓(空腔轮廓和空腔之间的相关联的凸起轮廓)，图案或甚至单个空腔可具有其自己的预定光学功能或若干功能，例如光耦合和反射。后者被称为内反射或光捕获。因此，在单个图案内或在图案载体层(图案化元件)内，光学轮廓可以在任何或所有上述参数方面变化。

优选地，所述嵌入的空腔填充有内部介质，该内部介质的折射率与围绕所述空腔的介质材料的折射率不同。

用于所述嵌入空腔的内部介质材料可以以流体或固体形式提供。在另外的实例中，所述内部介质流体材料选自由以下各项组成的组：空气、气体和液体。

空腔轮廓在其尺寸、形状、取向、对准和周期性中的至少一个方面是可调节的/可变的。显然，无论空腔轮廓是否调节/改变，相关联的(伸出的)凸起轮廓都相应地进行调节。

载体元件、且可选地基底元件可由聚合物材料制成，该聚合物材料选自由以下组成的组：PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)、PC(聚碳酸酯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PS(聚苯乙烯)、COP(环烯烃聚合物)、PI(聚酰亚胺)、PEI(聚乙烯亚胺)和PEEK(聚醚醚酮)。塑料材料在至少制造成本方面是优选的。

载体元件、且可选地基底元件可以由玻璃制成。

在光学结构中，所述嵌入的光学功能空腔图案110、210配置为在单个方向上、在两个方向上或在多个方向上提供对称或不对称的反射性能。

特别地，对于太阳能电池应用，优选地，光学结构配置为接收以超过发生全内反射的角度入射到其上的光，并且进一步将光学功能应用于以这样大的入射角接收的光上。

在一些实施方式中，在光学结构中，该一个或多个嵌入的光学功能空腔图案设置在光伏电池材料(电池103)下方和/或所述光伏电池材料上方。图3B和图3C示出了这些实施方式的实例。

在一些实施方式中，该一个或多个嵌入的光学功能空腔图案设置成例如与太阳能光伏电池板中的一个或多个光伏电池103的表面对准。图3D至图3G示出了这些实施方式的实例。

设置在该一个或多个载体元件中的空腔(开放的或嵌入的)可以配置为对称的或非对称的凹槽，例如连续凹槽或离散凹槽、微透镜、点、凹部、像素、光栅等。

优选地，光学结构配置为膜，优选地，薄膜。薄膜实施方式还覆盖配置为围绕PV电池的细长条纹的结构。

图3B至图3G描述了根据实施方式的光学结构的不同变型，并且示出了所述光学结构在示例性太阳能电池板内关于太阳能电池103的设置。为了清楚起见，我们注意到，附图标记100(100A、100B)和200(200A、200B、200C和200D)旨在相应地在图3B至图3G上标记包括层104、106和层204、206的光学结构。出于说明性目的，示出了太阳能电池103、前覆盖层102和后覆盖层102A以及粘结层105，以示出光学结构在太阳能电池板叠层中的位置。

对于本领域技术人员而言，应当显而易见的是，在每个实施方式内和/或在相关的实施方式之间，光学结构和/或所述光学结构内的单独的特征可以独立地调节，以满足由特定设计和/或应用所暗示的需要和要求。

图3B和图3C相应地在100A和100B处示出了实施为背板反射器的光学结构，其中光学功能图案110设置在光伏电池103下方。

因此，图3B示出了包括基底元件层104(背板反射器层)和配置为背板反射器的载体元件层106的光学结构100A，其中，载体元件104包括具有空腔光学器件112的光学图案110(凸起轮廓由附图标记111标记)。光学结构106、104进一步用传统粘合剂105(例如EVA)层压。光学结构100A(在此，意味着包括层104、106的光学结构)在此被层压在叠层的底部。背板反射器层/基层106可以是例如白色、黑色或任何颜色或透明的。所述彩色基层106因此与光学透明的图案化(110)载体元件104层压以形成空腔光学器件。空腔轮廓由附图标记112标记，并且(伸出的)凸起轮廓由附图标记111标记。可见颜色的选择取决于空腔光学器件的填充因子；填充因子越高，利用的颜色的模糊度越大。空腔光学器件的设计可以在相同图案中包含不同的空腔轮廓(至少在尺寸、形状、对准、周期性等方面不同)，该差异限定了相对于入射光的至少一个光学功能，所述功能至少选自：光反射、光引导和光分布。

因此，光学结构可以被制造为具有两个用于PV电池之间的空间的定向光栅周期，其中左侧图案将光反射并重定向到右侧，而右侧图案将光同样地重定向到左侧(参见例如图3D)。自然地，该设计可以彼此不同，以便提供确定的光反射分布，例如三维分布。而且，根据组装角度和取向相对于太阳位置的关系，可以利用可变图案区域。

图3C示出了包括基底元件层104(背板反射器层)和配置为背板反射器的载体元件层106的光学结构100B。载体元件104包括具有多个光学空腔112(凸起轮廓由附图标记111标记)的光学图案110。根据图3C的光学结构特别适合于在PV模块的边缘处使用。由于这些原因，可能优选的是，图3C的光学结构包含单向图案110。这使在边缘区域处捕获的入射光1最大化，并且将由此捕获的光2重定向到电池103表面上，而不是重定向到吸收光的模块的框架。

以与设置在电池之间的光学结构(下面参考图3D至图3G进一步描述)相同的方式利用配置为反射层的光学结构100A、100B(图3B、图3C)。根据100A、100B的光学结构可以被实现为覆盖整个PV模块区域或仅覆盖边缘区域和电池之间的空间(间隔)。彩色溶液与上文提到的相同。层压和制造方法优选地基于卷对卷方法和由卷自动形成组件。

图3D至图3G示出了根据一些实施方式的光学结构，所述结构优选地以细长材料片的形式构造，例如细长条纹，设置在太阳能光伏电池板中的光伏电池103之间。

图3D示出了根据一些实施方式的被提供为条纹反射器的光学结构200A，所述结构包括基底元件204(背板反射器层)和载体元件204。载体元件包括至少一个基于如上所述的空腔光学器件的光学图案210。光学结构被提供为设置在太阳能电池103之间的条纹反射器，并且通过聚合物层105(例如EVA层)进一步层压在覆盖(密封)层102、102A，例如玻璃(顶部，102)和例如玻璃或聚合物膜(底部，102A))之间。根据设计，关于顶部和底部定位，可以以其他方式提供层102、102A。在此叠层中，光学结构200A定位在PV电池103的水平处(基本上在电池之间)，由此靠近PV电池的表面水平面提供光学图案。这种放置是有益的，因为更多的光可以到达光伏电池表面并且可以获得提高的能量增益。因此，大部分光被重新引导到PV表面，并且不在边缘或背面处被捕获。此反射器条纹具有最佳位置，并且不需要任何额外的层来进行层压，只需要传统的顶部和底部粘合剂(例如EVA)层压层105。该组装可以由自动配合的机器人系统执行。基层206可以白色、黑色或任何其他颜色提供；或者其可以是透明的。载体层204通常是透明的；因此，基层206的颜色决定了光学结构/反射器条纹的颜色。无论元件204、206两者是否透明，光学结构(条纹)都是反射器和透射元件。这是有益的，特别是对于双面PV电池。图案210可以根据上文所提及的来设计。

图3E示出了根据一些实施方式的被提供为条纹反射器的光学结构200B，所述结构包括基底元件204(背板反射器层)和载体元件204。载体元件包括至少一个光学图案210，该光学图案包括光学空腔212(相关联的凸起轮廓由211标记)。因此，光学结构200B配置为条纹层，其在PV电池103表面的水平处层压在聚合物(EVA)层105之间，如上文所公开的。在此叠层构造中，光学结构200B优选地具有白色基底元件层206，其与透明的图案化元件204层压在一起以形成嵌入的空腔光学器件。图案210可以包含二元光栅、点、凹部、微透镜或其他轮廓，以便比传统白色反射器更好地重定向和漫射入射光。这种解决方案在PV电池103上获得更多的光，由此PV电池/电池板具有提高的能量效率。此条纹还可以在基底元件206的两侧上、在顶侧上和在底侧(背侧)上(以图3G所示的方式)具有光学图案，这取决于PV电池103的类型(单面或双面)。如果基底元件/膜206是白色反射器，则其在其光学性能方面提供混合解决方案，从而能够提供例如部分地按照衍射光的预定顺序并且部分地作为朗伯反射的光分布。

图3F示出了根据一些实施方式的光学结构200C。这是如下配置的条纹反射器层。以条纹形式使用提供为基底元件206的基本白色的反射器材料，如上所述，其层压在聚合物(例如EVA)层105之间。白色条纹206可以在两侧都是扁平的(未示出)，或者其可以以光学形式提供，以在一侧或两侧上包括至少一个光学特征(形状/轮廓)，以便形成确定的反射分布，这导致更少的光被反射出模块，并且更多的光被内反射以到达太阳能电池103。这种性能也基于混合光学器件、朗伯反射和折射反射。条纹的颜色和尺寸可以变化。白色可能是有利的，但是在一些情况下，除了白色之外，可以利用彩色解决方案，例如，由于实用性(例如，指示)和/或美学问题。

图3G示出了根据一些实施方式的光学结构200D，其被提供为条纹反射器层，如上所示。光学结构200D包括基底元件206和放置在基底元件206的两侧(顶侧和底侧)处的载体元件204-1、204-2。每个载体元件包括至少一个基于如上所述的空腔光学器件的光学图案210-1、210-2。图案210-1、210-2可以变化。例如，顶部图案可以配置为具有基本上三角形横截面的空腔，而底部图案可以配置为具有基本上矩形横截面的空腔，反之亦然。图案化元件204-1、204-2相对于基层206的定位取决于PV电池103的类型(单面或双面)。在此条纹叠层中，基层206可以是透明的或具有白色、黑色或任何其他颜色，因为此叠层的基本效率不随颜色的变化而显著变化。即使具有黑色形式的基层，光学结构也是能量有效的。效率取决于图案设计和填充因子(图案中的光学特征的密度)。因此，图3G示出了这样的光学结构，其包括两个层压在基底元件206的每侧上的载体元件204-1、204-2，其中，在基底元件206和载体元件204-1、204-2中的每个之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能图案210-1、210-2。

图4A至图4D进一步示出了可选地配置为条纹反射器的光学结构100、200。图4A、图4B和图4C上的示例性配置示出了嵌入图案110、210内的光学空腔112、212的不同取向。在图4A和图4B的配置中，多个嵌入的光学功能图案110、210并排(由此为左和右)布置，使得一个图案的空腔轮廓形成邻接图案的空腔轮廓的镜像。图3D和图3G上呈现了类似的解决方案。图4C呈现了单向图案(类似于图3B、图3C和图3E所示的单向图案)。

图4D示出了单向图案(在右侧)和双向图案(在左侧)之间的差别。可选地配置为膜的层104、204可以是透明的、半透明的和/或彩色的。单向配置和双向配置对于在太阳能模块中使用都是有利的。但是，单向配置仍可以用较少的工作量来制造。

光学结构100、200被提供为完全集成的嵌入的空腔光学器件解决方案。尽管层104、204和层106、206之间的界面由虚线示出(例如图4A)，但是所建立的结构100、200应当被视为实心的集成实体。

图5A示出了被提供为以交叉方式布置在电池板1001中的光伏电池103之间的条纹解决方案的光学结构100、200。

在右侧，示意性地示出了太阳能电池103相对于互连(横截面)点130(由此，在四个电池103之间)的布置。附图标记131表示用于电池103之间的电连接的连接楔。在左侧，示出了条纹解决方案，其包括在电池103之间的横截面130处覆盖的三个不同图案110-1、110-2、110-3或210-1、210-2、210-3。

因此，可以在相同的太阳能电池板1001或不同的太阳能电池板中实现各种解决方案。图5A示出了用于60个PV电池的示例性太阳能电池板1001。因此，反射器层A可以以适合于包括不同局部光学图案选项和取向的组件(例如，在左侧包括图案210-1、210-2、210-3的组件)的形式(切割形式)提供。另外地或替代地，反射器层B可以以适合于包括用于PV电池之间的电连接的楔连接131的组件(右侧组件)的形式(切割形式)提供。另外地或替代地，反射器层C可以以连续窄条纹的形式提供，以覆盖电池之间和电池周围的互连空间。

图5B示出了在示例性PV电池板叠层中的光学结构100、200相对于一个或多个太阳能电池103在不同高度处的定位。结构100、200可基本上定位在后盖102A上(位置“a”)，基本上在太阳能电池103的底表面的水平处(位置“b”)，并且基本上在太阳能电池103的顶表面的水平处(位置“c”)。例如，位置“c”也可以设置在(前)盖玻璃下方。在一些情况下，位置“c”可能是有利的，如关于图9进一步讨论的。附图标记132表示电池103之间的空间。

一些解决方案可以包括在单个电池板/模块中定位在“a”、“b”和/或“c”处的光学结构。例如，一个电池板/模块可包括仅定位在“a”、“b”或“c”处的光学结构；在“a”和“b”处的光学结构，在“a”和“c”处的光学结构；在“b”和“c”处的光学结构，或者其其他组合。位置“a”、“b”和“c”可以在单个电池之间的单个模块内变化。其他位置，例如基本上在电池之间的位置如上所述。

图6示出了在连接到完全平面的基底元件206之前和之后的图案化层204，由此在这种连接时形成嵌入的空腔轮廓。对于变型1所示的附图标记也代表变型2和3。

结合的膜(在此是扁平的基底元件206)可以是透明的、白色的、黑色的或任何其他颜色。扁平的接合区域(由小箭头示出)在层204、206之间的界面处形成。所述扁平的接合区域由基底元件206和204都是平的和面状的事实形成。因此，在图案化层204上形成凹部(开放空腔)212时，凸起轮廓211具有扁平表面。由于元件204是平面的，所以所有凸起轮廓204具有均匀的高度(即，相同的高度)。在将元件204、206连接在一起时，借助于所述平的接合区域而在其之间形成平的界面。

所述平的界面概念实际上适用于具有层104和106的光学结构100。

基础介质的颜色主要经由层204、206之间的层压(接合)点，其次经由空腔光学器件212(在这种情况下颜色更模糊)来执行其功能。为了使模糊最小化，可以通过在元件204、206(104、106)中的任何一个上提供抗反射(AR)子图案或涂层来改善空腔透明度。

图7A至图7E示出了可用根据各种实施方式的光学结构100、200获得的光学功能模拟概念图，所述光学结构以例如图3D或图3E示意性示出的方式以4mm的间距设置在两个PV电池103-1和103-2之间。图7A至图7E示出了用透明光学结构的不同构造获得的模拟。

图7A是可用以4mm间距设置在两个PV电池103-1与103-2之间的透明光学结构200获得的光学功能的模拟，其中光学结构放置在确定的高度处。在这种情况下，结构的深度是大约800微米(μm)(层204和层206)。竖直光线1从顶部入射到电池板上，并且撞击设置在载体元件层204上的单向图案210。反射光2主要重定向到左侧。此模拟结果表明，光的大部分撞击电池103-1的竖直边缘，这导致光的损失。一些光通过透明光学结构传输。在本情况下，效率增益仅为17％。

图7B提供了类似于图7A提供的模拟概念，其中光学器件200设置在两个光伏电池103-1、103-2之间的4mm空间处。因此，竖直光线1从顶部入射，并且以双向图案210(其可以被视为两个按照镜面对称布置的图案)撞击载体元件层204。反射光2重定向到左侧和右侧。此模拟结果表明，大部分的光撞击太阳能电池103-1、103-2的竖直边缘，这导致光的损失。在这种情况下，光学结构图案210相对于太阳能电池(其竖直边缘)的高宽比不足。而且，功能图案210的取向不利于将光重定向到电池的竖直边缘之上。在本情况下效率增益同样仅为17％。

图7C是类似于图7A和图7B所示的模拟概念，其中光学结构200位于两个PV电池103-1、103-2之间的4mm空间处。因此，竖直光线1从顶部入射，并且以双向图案210(其可以被视为两个按照镜面对称布置的图案)撞击载体元件层204。反射光2重定向到左侧和右侧；然而，由于光学空腔212在图案中的不同取向，本取向提供交叉光线的重定向。模拟结果表明，大部分光以有利的角度传播，由此光可以在电池的竖直边缘上行进，以最终到达PV电池的表面。光学功能图案210的取向因此对光效率增益具有显著的影响。在本情况下，效率增益大于60％。

图7D呈现了与图7C相同的模拟概念，但是示出了更长的用于光传播的路径，即，从图案210反射的光线2如何在电池103的竖直边缘上方通过。这种情况提供了61.3％的光效率增益，与具有大约38％效率的传统白色反射器相比，其明显更高。

图7E示出了与图7A至图7D所示的相似的模拟概念，其中光学结构200位于两个PV电池103-1、103-2之间的4mm空间处，在这种情况下，光学空腔图案210是对称的，但是利用了预定的3D形状，例如锯齿形光栅空腔轮廓。竖直入射的光线在每个局部区域(虚线圆)中重定向以获得有利的角度分布，由此从图案210反射的光2向上传播并越过电池的竖直边缘，以最终到达PV电池表面。

图7A至图7E示出了光学结构/背板反射器层的实例实施方式。当光学结构被制成光学透明时，一些光(2A)穿过其透射。例如，通过利用设置在图案化载体元件层204下方的白色反射器基层206，可以使此透射最小化。是否应该使用反射性基层材料取决于电池板中的PV电池的类型(单面或双面)。在这种情况下，光效率增益也超过63.1％。

应注意，图7A至图7E所示的布置设置在PV电池板叠层(层105、102、102A未示出)内部，由此光线2在叠层组件中被内反射(不被背反射到周围环境中)。

图8A呈现了光学结构100、200，其包括基于连续锯齿形光栅构造的空腔图案110、210。基本图案轮廓参数可以针对不同的用途/应用以及相对于入射光(例如太阳光)的取向进行优化。模拟了具有22度(顶部)和45度(底部)的光栅角度的两个不同模型。图8所示的光学结构可以以上文公开的方式放置在太阳能电池103-1、103-2之间。

图8B示出了具有锯齿形背面的示例性闪耀空腔轮廓112、212(前视图和后视图)。通过使用所述轮廓；与线性闪耀轮廓相比，可以实现更高的效率增益。

图9示出了包括配置为条纹反射器的光学结构的构造，其中白色基底元件106、206位于光伏表面(太阳能电池的顶表面)的水平处。竖直到达的光线1向前传播，并且大部分如此传播的光线2撞击PV电池103的表面。将光学结构定位在PV电池的水平处(参见图5B上的位置“c”)允许与传统白色反射器相比显著地提高能量增益。

图10是对于日常太阳光线来说，光学结构100、200相对于传统解决方案的效率比较图。已经对定位在PV电池之间的4mm空间中的反射器进行了模拟(如关于图7A至图7E描述的)。

绿线(2)示出了将传统白色反射器放置在太阳能电池的底表面的水平处所获得的结果。其最高反射增益为38％。如果这种传统白色反射器位于太阳能电池的顶表面的水平处，则其最高效率测量结果为52％(深蓝色线，1)。

红线(3)表示图案化条纹反射器形式的透明光学结构100、200的效率，该效率测量结果为大约75％。浅蓝色线(4)示出了图案化条纹反射器形式的类似的光学结构100、200，但是其层压在白色基层206上。此解决方案的效率为大约80％。与位于太阳能电池的底表面的水平处的传统白色反射器相比，总效率增益高两倍以上。

图11示出了包括相对于PV电池的边缘位于不同距离(电池距离)处的光学结构的太阳能模块的能量增益的实例计算(玻璃-玻璃)，而图12是相对效率增益与光学结构电池距离的关系的实例图表。参考图12，参考数据是用传统白色背板膜(“参考白色”)获得的。另一个参考数据由两个数据设置给出，其使用没有背板膜的透明(玻璃-玻璃)叠层和使用黑色背板膜(“玻璃-玻璃/黑色”)获得。本解决方案的光学结构/反射器所获得的数据包含两个利用透明反射器膜(“ICS透明1”和“ICS透明2”)的类似样本。相对能量增益比参考白色获得的增益好两倍以上，并且比参考透明或黑色解决方案好多倍。

图14A示出了使用根据上述一些实施方式实现的光学结构100、200获得的模拟效率增益。涉及使用在白色、黑色和透明(清澈)背板(基层106、206)上包括图案化层104、204的光学结构的实验2、4和6示出了与非图案化传统解决方案(相应地用数字3、5和7标记)相比，收集的光/能量效率的明显增加。

图14B示出了与传统解决方案相比通过在PV模块中和薄膜PV中使用结构100、200来获得能量效率增益的进一步数据。附图标记3和4表示相应地用具有黑色或透明背板(106、206)和白色背板的结构100、200获得的结果；而附图标记1和2说明了利用白色背板的传统解决方案和具有黑色背板的传统玻璃-玻璃解决方案。

图15进一步示出了在另外的玻璃-玻璃模块上测量效率增益的结果。图16(玻璃-玻璃、单面、半电池)示出了一个实例，该实例展示了在4.2mm间距上使用光学结构100、200的效率增益，不包括边缘区域增益。

图17展示了基于来自较早样本测量的真实数据的测试模块模拟结果。左侧的表格示出了与传统解决方案相比通过使用光学结构100、200可获得的效率增益。已经对4×4模块执行了模拟；已经将效率增益与标准解决方案(具有4mm间距)进行比较。与没有反射器的传统解决方案相比，在单面PV模块中用透明结构100、200进行的测试；并且与具有白色反射器的传统解决方案相比，在单面PV模块中用包括白色背板反射器(106、206)的结构100、200进行的测试。

应注意，与单面模块相比，双面模块中的增益通常更高，大约8-10％的增益是可能的。半电池解决方案通常具有更高的增益因子，例如高于7％。通过优化模块配置获得最佳增益结果(大约8％)。

图表A和B展示了太阳能电池(A)之间的图案110、210，以及电池板(B)的边界上/周围的图案110、210。

如上文已经提到的，本发明涉及一种主要用于太阳能应用的具有嵌入空腔光学器件的光学结构/反射器解决方案。

光学结构100、200包括完全嵌入和集成的凸起图案100、210。图案110、210利用具有至少一个预定光学功能的空腔，其中，每个空腔可以配置为执行至少一个与入射光相关的光学功能。因此，该功能基于图案设计，包括层材料(104、204、106、206)和空腔(112、212)填充材料的选择。

空腔(开放或嵌入的封闭空腔)按照其尺寸可以是例如微空腔或纳米空腔。空腔可以包含多种可能与基底元件和/或任何一个载体元件的材料不同的材料。空腔可以包括或填充有流体材料，例如空气或其他气体、合适的液体和/或固体。所述固体、基本上气体和/或流体材料可以设置在空腔内部或涂层表面内部(即，在元件之间)。选择这些物质以便在例如折射率方面提供预定的光学性能。该折射率可以与相关联的基底元件和/或载体元件中的一个不同，或者其可以相同。

因此，结构100、200内的光学图案110、210被设计用于光反射、折射和/或重定向目的，以便增加PV电池或能够吸收太阳能的等效材料/层的表面上的总光照射。

薄光学结构具有设置在至少一个载体元件层104、204上的光学空腔图案110、210，所述图案设计成相对于背板层106、206在单面/单侧上或在双侧(顶侧和底侧)上，在单个方向、两个方向上或多个方向上提供对称和/或不对称的反射性能。

光学结构100、200可以配置为将各向同性或各向异性的光分布与漫射性能组合，其完全或部分地由图案化载体元件104、204和被提供为彩色漫射层(例如白色层)的基层106、206的组合形成。

薄反射器元件(即光学结构100、200)的空腔图案110、210包括至少一个光学特征，该光学特征配置为空腔112、212，该空腔定位成覆盖确定的区域并且具有预定的取向和尺寸。因此，图案110、210和光学结构100、200的光学功能由所述至少一个图案赋予。图案110、210优选地基于周期性特征，例如连续的或离散的凹槽、凹部或像素。代替传统的折射光学特征，该图案可以形成有衍射光学特征和/或光栅特征。该图案是周期性的一个优点是其可以管理具有更大的角度分布的入射光，以便比传统反射器捕获更多的光。

因此，光学结构100、200在其至少一侧上具有图案110、210，以便产生预定的光学性能。双侧图案布置(例如，图3G)是用于获得反射性能的替代选择，特别是在模块上具有透明间距和边缘区域的双面PV电池或单面PV电池中。另外，可以使用多层结构以便实现最大效率或多功能性能。

因此，几个光学结构100、200可以连接在一起以形成多层叠层。该叠层中的每个光学结构可具有其自己的颜色/透明度和/或预定的光学图案111、210。

光学结构100、200配置为具有预定程度的透明度/不透明度，其可以通过调节图案特征(空腔和相关联的凸起轮廓)的形状和尺寸以及由光学结构覆盖的表面的填充因子(特征密度)来控制。透明光学结构以独特的方式控制和管理光反射和透射。通过提供内部抗反射图案或涂层(在空腔界面内部)可以提高透明度。另外，空腔中的材料之间的折射率的比率和空腔(层材料)之间的互连具有重要作用。

配置为薄嵌入反射器的光学结构可以定位在PV电池下方(在其底侧上)或者定位在能够吸收太阳能的等效材料下方。光学结构可以覆盖太阳能电池板的整个区域(图3B、图3C)。另外，当配置为透明结构时，光学结构可以用在PV电池的顶部上或集成在顶部盖玻璃上。

根据一些实施方式的光学结构特别适合于在PV电池(或等效的太阳能吸收材料)的边缘区域处、在PV电池与围绕所述电池的边缘区域之间的空间中使用(图3D至图3G，图5A)。可以以最少的材料和成本制造配置为条纹反射器的光学结构。优选地，条纹型光学结构可以利用气腔图案解决方案，但是不排除其他填充材料。无论光学结构是否打算用在电池/电池板的边缘上，所述结构(图案化载体元件104、204)的光学功能表面都应当相对于电池定位在最佳水平处，以便最大化光学效率和能量增益。然后大部分内部反射光驻留在PV电池的(顶部)表面上。这种定位使PV电池边缘上和PV电池下的光捕获损失最小化。

选择光学结构100、200的最佳深度/厚度允许设定光学结构相对于PV电池(顶部)表面的位置。

这通过例如将光学结构100、200层压在两个聚合物层(顶侧和底侧)之间来执行。聚合物可以是EVA或任何其他合适的材料。以相同的方式，可以对在示例性双面PV电池的顶表面和底表面的水平处具有两个图案化层104、204的双面结构执行深度/厚度控制。

可以使用轧辊制造方法将光学结构放置在太阳能模块上。该结构可以被提供为全尺寸层(相对于电池板)或窄的、细长的材料片，例如条纹，其中，后者必须与例如自动机器人系统对准。

另外地或替代地，光学结构可以二维扁平形状提供，例如以用于PV电池拐角的交叉形式提供。

光学结构优选地通过卷对卷方法或与其等同的方法制造。首先，复制主图案轮廓母版，作为单面或双面解决方案，以制造主介质层。复制可以通过压印方法来执行，例如热压印或UV压印。将完全扁平的层进一步层压到图案化层/成型层上以形成具有嵌入空腔轮廓(单面或双面)的最终结构。

图13示出了通过卷对卷方法制造光学结构100、200。图案化膜104、204可以以具有单个图案或多个图案(110-1、110-2、100-3、210-1、210-2、210-3)的不同宽度来制造。可将具有多个图案的较宽的膜进一步切割成窄条纹。图案的设计，包括特征(空腔轮廓112、212和相关联的凸起轮廓111、211)的形状、尺寸、取向、对准和周期性，图案形状和设计可以在同一生产膜中出于不同目的而变化。

图14示出了根据一些实施方式的用于获得光学结构的光学功能载体元件的制造母模工具。图14进一步解决了获得具有变化参数(P、间距；w、w1，空腔的宽度；w2，接合区域的宽度；h，空腔的高度；西塔(θ)1和θ2，空腔角度参数)的分布的光学结构。因此，所有上述参数是可调节的，由此可以精确地调节通过所述光学结构可获得的光学功能。

图案化元件104、204也可通过其他方法(例如，通过挤出方法)来制造。特别地，这涉及用于单面或双面解决方案的简单图案轮廓。另外，通过提供具有基层和载体层的完全层压的光学结构100、200，其中基层和载体层具有在大约1.1至大约1.7范围内的不同折射率，可以实现层之间的光学功能，以提供合理的性能，特别是对于透明光学结构。

在另一方面中，提供了一种光伏太阳能电池板，其包括根据上文所述的任何实施方式的光学结构和至少一个光伏电池。

在另一方面中，提供了一种根据独立权利要求24所限定的用于制造光学结构的方法，所述方法包括：获得完全平面的基底元件；获得至少一个平面的载体元件，该平面载体元件设置有布置成至少一个图案的多个开放空腔，将所述至少一个载体元件与基底元件层压在一起，使得在元件之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能空腔图案，其中，通过调节每个所述嵌入图案内和/或每个所述载体元件内的空腔轮廓，使得由此获得的光学结构具有光学功能，其中，该光学功能选自：光反射、光折射和光重定向。

在优选的实施方式中，通过卷对卷热压印或UV压印或者挤出方法在载体元件上产生一种或多种图案。

在一些实施方式中，层压通过利用传统粘合剂或表面处理的非粘合剂方法的卷对卷或卷对片来执行。

在该方法中，两个载体元件可以进一步层压在基底元件的每一侧上，于是在基底元件和每个载体元件之间的界面处建立所述至少一个嵌入的光学功能图案。

光学图案区域可以仅在边缘区域上结合，其中，密封的边缘区域隔离任何材料或气体以免渗透到图案轮廓中。可使用激光切割，其在加工过程中也会熔化切割区域(边缘区域)。另外，结合边缘可以如上所述地使用。

现在将在以下编号的条款中呈现本发明的实施方式：

1.一种光学结构(100、200)，包括：

完全平面状的基底元件(106、206)；以及

至少一个平面状的载体元件(104、204)，设置有布置成至少一个图案的多个开放空腔，

其中，载体元件、并且可选地基底元件基本上是光学透明的，

其中，所述至少一个载体元件(104、204)与基底元件(106、206)层压在一起，使得在这些元件之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能空腔图案(110、210)，并且

其中，通过调节每个所述嵌入图案内和/或每个所述载体元件内的空腔轮廓来使光学结构具有光学功能，其中，该光学功能选自：光反射、光折射和光重定向。

2.根据条款1所述的光学结构，其中，所述嵌入空腔填充有内部介质，该内部介质的折射率与围绕所述空腔的介质材料的折射率不同。

3.根据条款1或2中任一项所述的光学结构，其中，所述嵌入空腔填充有以流体或固体形式提供的内部介质材料。

4.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，内部介质流体材料选自由以下各项组成的组：空气、气体和液体。

5.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，空腔轮廓在尺寸、形状、取向和周期性中的至少一个方面是可调节的。

6.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，载体元件、并且可选地基底元件由聚合物材料制成，该聚合物材料选自由以下各项组成的组：PET、PEN、PC、PMMA、PS、COP、PI、PEI、以及PEEK。

7.根据前述条款1至5中任一项所述的光学结构，其中，载体元件、并且可选地基底元件由玻璃制成。

8.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，基底元件进一步被赋予预定颜色。

9.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，基底元件是黑色或白色的。

10.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，空腔配置为对称的或不对称的凹槽，例如连续的凹槽或离散的凹槽、微透镜、点、凹部、像素、光栅等。

11.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，多个嵌入的光学功能图案并排布置，其中，一个图案的空腔轮廓形成邻接图案的空腔轮廓的镜像。

12.根据前述条款中任一项所述的光学结构，包括层压在基底元件(206)的每侧上的两个载体元件(204-1、204-2)，其中，在基底元件(206)与载体元件(204-1、204-2)中的每个之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能图案(210-1、210-2)。

13.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，嵌入的光学功能空腔图案配置为在单个方向上、在两个方向上或在多个方向上提供对称或不对称的反射性能。

14.根据前述条款中任一项所述的光学结构，配置为接收以超过发生全内反射的角度入射到其上的光，并且进一步将该光学功能应用于由此接收的光上。

15.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，该一个或多个嵌入的光学功能空腔图案设置成与太阳能光伏电池板(1001)中的一个或多个光伏电池(103)的表面对准。

16.根据前述条款中任一项所述的光学结构，其中，嵌入的光学功能空腔图案设置在光伏电池材料下方和/或所述光伏电池材料上方。

17.根据前述条款1至15中任一项所述的光学结构(200A、200B、200D)，配置为设置在太阳能光伏电池板中的光伏电池之间的细长条纹的形式。

18.根据条款17所述的光学结构，所述结构可选地以交叉方式布置在所述光伏电池之间。

19.根据前述条款中任一项所述的光学结构，配置为膜，优选地配置为薄膜。

20.一种光学元件，配置为根据条款1至19中任一项所述的光学结构。

21.根据条款20所述的光学元件，配置为反射器元件，可选地，配置为背板反射器。

22.一种光伏太阳能电池板，包括根据条款1至19中任一项所述的光学结构和至少一个光伏电池。

23.根据条款22所述的光伏太阳能电池板，其中，光学结构可选地以交叉方式布置在光伏电池之间。

24.一种用于制造光学结构的方法，包括：

获得完全平面的基底元件；

获得至少一个平面的载体元件，该平面载体元件设置有布置成至少一个图案的多个开放空腔，

其中，载体元件、并且可选地基底元件基本上是光学透明的，

将所述至少一个载体元件与基底元件层压在一起，使得在所述元件之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能空腔图案，

其中，通过调节每个嵌入图案内和/或每个所述载体元件内的空腔轮廓，使由此获得的光学结构具有光学功能，其中，该光学功能选自：光反射、光折射和光重定向。

25.根据条款24所述的方法，其中，通过卷对卷热压印或UV压印、或者挤出方法在载体元件上产生该一个或多个图案。

26.根据条款24或25中任一项所述的方法，其中，层压通过利用传统粘合剂或表面处理的非粘合剂方法的卷对卷或卷对片来执行。

27.根据条款24至26中任一项所述的方法，其中，两个载体元件层压在基底元件的每侧上，于是在基底元件与每个载体元件之间的界面处建立所述至少一个嵌入的光学功能图案。

28.一种光学结构(100、200)，包括：

完全平面的基底元件(104、204)；以及

至少一个平面的载体元件(106、206)，该平面载体元件设置有布置成至少一个图案的多个空腔，

其中，载体元件、并且可选地基底元件基本上是光学透明的，

其中，所述至少一个载体元件(104、204)与基底元件(106、206)层压在一起，使得在所述元件之间的界面处建立至少一个嵌入的光学功能空腔图案(110、210)，以及

其中，通过调节每个所述嵌入图案内和/或每个所述载体元件内的空腔轮廓，使光学结构具有光学功能，其中，该光学功能选：自光反射、光折射和光重定向，

光学结构设置在太阳能光伏电池板(1001)中的光伏电池(103)之间。

29.根据条款28所述的光学结构，配置为细长条纹的形式。

30.根据条款28和29所述的光学结构，以交叉方式布置在所述光伏电池之间。

31.根据前述条款28至30中任一项所述的光学结构，其中，基底元件进一步被赋予预定颜色，例如黑色或白色。

因此，本领域技术人员可以基于本公开和一般知识应用所提供的教导，以便用必要的修改、删除和添加而在每个特定使用情况中实现如所附权利要求所限定的本发明的范围。