專利名稱：用于效率提高的光譜轉(zhuǎn)換器的光致發(fā)光組合物的制作方法
用于效率提高的光譜轉(zhuǎn)換器的光致發(fā)光組合物本發(fā)明涉及用于效率提高的光譜轉(zhuǎn)換器的光致發(fā)光組合物。本發(fā)明包括在能夠用于制備能夠提高用于利用太陽能的裝置(后文稱作“太陽能裝置”，例如光伏電池和光化解電池)的性能的光譜轉(zhuǎn)換器的光致發(fā)光組合物的領(lǐng)域中。在現(xiàn)有技術(shù)中，利用太陽輻射能的主要限制之一在于太陽能裝置最優(yōu)且專門地利用具有在窄光譜范圍內(nèi)的波長的輻射的能力。對于從約300nm的波長延伸到約2，500nm的波長的太陽能輻射的光譜范圍，例如基于硅的太陽能電池具有寬度不超過300nm的最佳吸收區(qū)域(有效光譜)，而如果暴露于波長低于約400nm的輻射，聚合物太陽能電池會受到損害，這是由于誘導(dǎo)光降解現(xiàn)象在該限 值以下會變得顯著的結(jié)果?，F(xiàn)有技術(shù)的太陽能裝置通常在570nm-680nm (黃色-橙色)之間的光譜區(qū)域內(nèi)效率最大。前述缺點導(dǎo)致太陽能裝置有限的外部量子效率(EQE)，其定義為太陽能裝置的半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的電子-空穴對的數(shù)量與入射在該裝置上的光子數(shù)量之比。為了提高太陽能裝置的EQE，已經(jīng)開發(fā)了在插入光輻射源(太陽)和太陽能電池之間時會選擇性吸收具有在該裝置有效光譜以外的波長的入射輻射并以具有在有效光譜以內(nèi)的波長的光子形式再次發(fā)射出所吸收能量的裝置。這些裝置稱作“光譜轉(zhuǎn)換器”，且能夠用于“發(fā)光集光器”中。當(dāng)該轉(zhuǎn)換器再次發(fā)射的光子的頻率高于入射光子時，包括吸收太陽能輻射和隨后再次發(fā)射具有較低波長的光子的該光致發(fā)光過程也稱作“向上變換過程”。相反，當(dāng)該轉(zhuǎn)換器發(fā)射的光子的頻率低于入射光子吋，該光致發(fā)光過程也稱作“向下變換過
M ”
枉O現(xiàn)有技術(shù)中已知的光譜轉(zhuǎn)換器通常是由支撐體構(gòu)成的，所述支撐體由本身對目標(biāo)輻射透明的材料(例如聚合物或無機玻璃)制成，其包括由有機分子或金屬絡(luò)合物構(gòu)成的光致發(fā)光化合物。特別地，該支撐體對具有在該太陽能裝置的有效范圍之內(nèi)的頻率是輻射是透明的。該光致發(fā)光化合物能夠以薄膜的形式沉積在該玻璃支撐體上，或者如在聚合物材料的情況中那樣，能夠?qū)⑵浞稚⒃谠摼酆衔锘|(zhì)的內(nèi)部。可替代地，能夠用光致發(fā)光發(fā)色團(tuán)直接對該聚合物基質(zhì)官能化。為了用于光譜轉(zhuǎn)換器中，該光致發(fā)光理想地應(yīng)當(dāng)具有以下特征-發(fā)光量子效率(LQE)等于I(LQE是發(fā)光發(fā)色團(tuán)發(fā)射的光子數(shù)量與吸收的光子數(shù)量之比)；-在其中該太陽能裝置效率較差的光譜區(qū)域中的吸收頻帶較寬；-高吸收系數(shù)；-窄發(fā)射頻帶；-良好分開的吸收和發(fā)射頻帶。為了進(jìn)一步提高太陽能裝置的性能，可以以組合的形式使用具有不同光致發(fā)光特征的光致發(fā)光化合物，特別是在太陽光譜的不同區(qū)域中具有吸收和/或發(fā)射頻帶的化合物。為此目的，例如可以在光譜轉(zhuǎn)換器的支撐體上施加包含不同光致發(fā)光化合物的薄膜。
依照現(xiàn)有技術(shù)，在光譜轉(zhuǎn)換器中結(jié)合使用兩種或更多種光致發(fā)光化合物具有捕獲更寬范圍電磁輻射的目的，因此提高了轉(zhuǎn)化為電流的總光子數(shù)量。然而，不同光致發(fā)光化合物的這種結(jié)合使用并未使太陽能裝置的性能顯著提高。事實上，現(xiàn)有技術(shù)中使用的光致發(fā)光化合物通常具有部分重疊的吸收和發(fā)射頻帶，這造成在光致發(fā)光過程中發(fā)射的光子被再次吸收(自抑制(auto-quenching))。進(jìn)ー步地,該光致發(fā)光化合物通常具有小于I的LQE，這由此限制了能夠有效轉(zhuǎn)化為能夠被太陽能裝置使用的輻射的光子數(shù)量。為了回顧本領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)，應(yīng)當(dāng)參照E. Klampaftis等，Solar Energy Materials & SolarCells, vol. 93(2009)第 1182-1194 頁。本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點。本發(fā)明的第一主題涉及光致發(fā)光組合物，包括具有通式(I)或(Ia)的并苯化合物
權(quán)利要求
1.光致發(fā)光組合物，包括具有通式(I)或(Ia)的并苯化合物
2.權(quán)利要求I的組合物,其中式(I)中的R’和R”或式(Ia)中的Ra’和Ra”中的ー個或多個基團(tuán)取代有選自-F、-OH、-OR、-R、-ROH、-0R0H、-NHR、_CN、苯基、氟代苯基的至少ー個基團(tuán)，優(yōu)選取代在芳族環(huán)上，其中R是包含1-10個碳原子的直鏈或支鏈烷基。
3.權(quán)利要求2的組合物，其中も、R’、R”、Ra’和Ra”取代有1-5個F原子。
4.權(quán)利要求I的組合物，其中式(II)中的至少ー個R1基團(tuán)取代有選自-F、-0H、-0R、-R、-R0H、-0R0H、-NHR、-CN、苯基、氟代苯基的至少ー個基團(tuán)，優(yōu)選取代在R3上或共軛芳族環(huán)上，其中R是包含1-10個碳原子的直鏈或支鏈烷基。
5.權(quán)利要求I的組合物，其中式(II)中的兩個R1基團(tuán)、式(I)中的基團(tuán)R’和R”和式(Ia)中的基團(tuán)Ra’和Ra”分別彼此相同。
6.權(quán)利要求I的組合物，其中R1是非必要取代有ー個或多個氟原子的噻吩基(-C4H3S).喔吩基こ塊基(_C = C-C4H3S )、卩比唳基(-C5H4NX
7.權(quán)利要求I的組合物，其中R’X’、R”X”、Ra’ Xa’和Ra”Xa”選自非必要取代有ー個或多個氟原子的苯基(C6H5-)、こ炔基苯基(C6H5C = C-)或苯こ烯基(C6H5CH=CH-X
8.權(quán)利要求I的組合物，其中取代基R’X’和R”X”位于同一苯環(huán)上或位于兩個不同的苯環(huán)上，相互位于對位位置。
9.權(quán)利要求I的組合物，其中在式(I)化合物中，取代基R’和R”是苯基，更優(yōu)選地，R’ V和R”X”是苯基こ炔基。
10.權(quán)利要求I的組合物，其中并苯化合物是具有式(III)的化合物
11.權(quán)利要求I的組合物，其中苯并噻ニ唑化合物是具有式(IV)的化合物
12.權(quán)利要求I的組合物，其中通式(I)的并苯化合物是具有式(III)的化合物，且通式(II)的苯并噻唑化合物是具有式(IV)的化合物。
13.權(quán)利要求I的組合物，其中通式(I)的并苯化合物是9，10-五氟苯基蒽，且通式(II)的苯并噻唑化合物是具有式(IV)的化合物。
14.前述權(quán)利要求任一項的組合物，其中具有式(I)或(Ia)的化合物與具有式(II)的化合物的摩爾比在O. 2-5. 0，優(yōu)選O. 5-2. O,更優(yōu)選O. 9-1. I的范圍內(nèi)。
15.前述權(quán)利要求任一項的組合物，其中化合物(I)、(Ia)和(II)在溶液中，為凝膠形式，分散在聚合物熔融材料中，固定到聚合物基質(zhì)上。
16.前述任一項權(quán)利要求的組合物，其中在聚合物基質(zhì)中的具有通式(I)、(Ia)和(II)的化合物在能夠?qū)⑵浞稚⒃谄渲械娜芤褐谢蚰z中的濃度為O. 05-10wt%，優(yōu)選O. l-5wt%。
17.權(quán)利要求1-16中任一項的組合物在光譜轉(zhuǎn)換器中作為光致發(fā)光組合物的用途。
18.包括權(quán)利要求1-16中任一項的組合物的光譜轉(zhuǎn)換器。
19.包括權(quán)利要求18的光譜轉(zhuǎn)換器的太陽能裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括具有通式(I)或(Ia)的并苯化合物和具有通式(II)的苯并噻二唑化合物的光致發(fā)光組合物及其作為光譜轉(zhuǎn)換器中的光致發(fā)光組合物的相關(guān)用途。還描述了包括上述定義的包括具有通式(I)或(Ia)和(II)的上述化合物的光致發(fā)光組合物的光譜轉(zhuǎn)換器和包括該光譜轉(zhuǎn)換器的太陽能裝置。
文檔編號C09K11/06GK102695776SQ201080053368
公開日2012年9月26日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者A·A·普羅托, A·阿萊西, G·施姆普納, P·斯庫多, R·法斯考 申請人:艾尼股份公司