本發(fā)明涉及在用于太陽能電池單元封裝材料、熒光膜形成材料等時具有合適的吸收波長、且具有光穩(wěn)定性優(yōu)異的特征的具有苯并三唑結(jié)構(gòu)的熒光色素高分子化合物及作為其前體的熒光色素化合物、使用其的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物、波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層(波長轉(zhuǎn)換膜、波長轉(zhuǎn)換片材等)、以及太陽能電池模組。波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層具有顯著提高光伏性裝置或太陽能電池裝置的日光采集效率的潛力。
背景技術(shù):
通過對太陽能的利用,可提供有望代替以往的化石燃料的能量來源,因此,對可將太陽能轉(zhuǎn)換成電的裝置的開發(fā)、例如對光伏裝置(其還作為太陽能電池而為人所知)等的開發(fā)近年來備受關(guān)注。已開發(fā)出了若干不同類型的成熟的光伏裝置,其中,作為例子,包括硅系裝置、III-V及II-VI的PN結(jié)裝置、銅-銦-鎵-硒(CIGS)薄膜裝置、有機敏化劑裝置、有機薄膜裝置、以及硫化鎘/碲化鎘(CdS/CdTe)薄膜裝置。關(guān)于上述裝置的更詳細(xì)記載可見于文獻等中(例如,參見非專利文獻1)。然而,這些裝置中的很多裝置的光電轉(zhuǎn)換效率仍存在改善余地,開發(fā)用于改善上述效率的技術(shù)是很多研究人員正在開展的課題。
為了提高上述轉(zhuǎn)換效率,已在對能將入射光中的不能用于光電轉(zhuǎn)換的波長(例如紫外線區(qū)域)轉(zhuǎn)換為能用于光電轉(zhuǎn)換的波長的、具有波長轉(zhuǎn)換功能的太陽能電池進行研究(例如,參見專利文獻2等)。在上述研究中,提出了將熒光體粉末與樹脂原料混合來形成發(fā)光性面板的方法。
雖然此前已公開了在光伏裝置及太陽能電池中可使用的波長轉(zhuǎn)換無機介質(zhì),但關(guān)于為了改善效率而在光伏裝置中使用光致發(fā)光性有機介質(zhì)的研究卻幾乎沒有報道。與無機介質(zhì)相對比而言,有機介質(zhì)的使用受到關(guān)注,其原因在于,有機材料通常更廉價,并且使用更容易,因此,有機材料成為更良好的經(jīng)濟性選擇之一。
另外,已發(fā)現(xiàn)在使用上述熒光體粉末時,會發(fā)生添加的熒光體隨時間經(jīng)過而析出等不良情況。尤其是在太陽能電池用途中,預(yù)想在戶外歷經(jīng)20年以上的長期而被使用,因此,對這樣的經(jīng)時穩(wěn)定性、長期的保存穩(wěn)定性加以改善是特別重要的課題。
現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻
專利文獻1:美國專利申請公開第2009/0151785號說明書
專利文獻2:日本特開平7-142752號公報
技術(shù)實現(xiàn)要素:
發(fā)明所要解決的課題
本發(fā)明鑒于上述情況,目的在于提供加工性高、具有理想的光學(xué)特性及良好的光穩(wěn)定性、析出物產(chǎn)生得以被抑制的新型化合物即作為苯并三唑衍生物的熒光色素化合物以及具有苯并三唑結(jié)構(gòu)的熒光色素高分子化合物、及使用其的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物。
另外,本發(fā)明的目的在于提供使用上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物形成的具有理想的光學(xué)特性及良好的光穩(wěn)定性、析出物產(chǎn)生得以被抑制的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層、及具有其的光伏模組。
用于解決課題的手段
本申請的發(fā)明人為了解決上述課題而進行了深入研究,結(jié)果,成功研制出了具有下述新型苯并三唑結(jié)構(gòu)的新型的有機化合物及高分子化合物,并發(fā)現(xiàn)通過上述有機化合物及高分子化合物可達成上述目的,從而完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的高分子熒光色素化合物的特征在于由下述通式(I)表示。
[化學(xué)式1]
(式中,X1及X2各自獨立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或單鍵,R表示碳原子數(shù)1~8的烷基,
Y1及Y2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子結(jié)構(gòu)部位,
L表示通過共價鍵將苯并三唑環(huán)與高分子結(jié)構(gòu)部位連接的接頭結(jié)構(gòu)部位,
Z1及Z2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷氧基(烷氧基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基團、-NHCOR2基團、或羥基,R1及R2表示碳原子數(shù)1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)(其中,m+n為4以下,o+p為4以下。)。m、n、o或p為2以上時,存在有多個的各取代基可以相同也可以不同)
本發(fā)明的高分子熒光色素化合物由于具有上述通式(I)表示的結(jié)構(gòu),因而可成為加工性高、理想的光學(xué)特性(高的量子收率等)及良好的光穩(wěn)定性(化學(xué)·物理穩(wěn)定性)優(yōu)異的化合物。尤其是,分散在基體樹脂中的上述高分子色素化合物即使在長期保存試驗中也不析出,能簡單地得到穩(wěn)定且均勻的封裝材料組合物(及層)。關(guān)于上述作用效果的呈現(xiàn),盡管目前推測主要是下文記載的機理在起作用,但并不限定為必然通過下述機理。對于上述高分子熒光色素化合物(含有苯并三唑結(jié)構(gòu)的聚合物)而言,推測由于作為熒光色素發(fā)揮作用的特定的苯并三唑部位與聚合物結(jié)構(gòu)部位化學(xué)性地連接,因而在基體樹脂內(nèi)的移動被抑制,結(jié)果,可抑制因結(jié)晶化等而導(dǎo)致的析出物的產(chǎn)生和向?qū)油獾呐懦觥?/p>
另外,熒光發(fā)光化學(xué)結(jié)構(gòu)部位與其他芳香族部位連接時,不僅可能導(dǎo)致吸收·發(fā)光特性發(fā)生變化,而且還可能引起通過連接而形成的該芳香族部位的光穩(wěn)定性降低,在用于太陽能電池等戶外用途時,有尤其是吸收·發(fā)光特性等變差的懸念。與此相對,對于本發(fā)明的高分子熒光色素化合物而言,通過利用非共軛鍵將具有特定的苯并三唑結(jié)構(gòu)的生色團中的苯并三唑環(huán)的2位氮原子與基礎(chǔ)聚合物結(jié)構(gòu)連接,該生色團的吸收·發(fā)光特性得以被大致維持,對導(dǎo)入至高分子體后的吸收·發(fā)光特性的預(yù)測、調(diào)整也變得容易。另外,對于本發(fā)明的高分子熒光色素化合物而言,例如,由于上述苯并三唑結(jié)構(gòu)的鍵合部位不僅與呈現(xiàn)高分子化合物的主要功能的單體部位鍵合、而且還與其他單體部位鍵合等,因此能夠控制玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、溶解性等次要特性。這對于在加熱混煉處理等加工工序中更容易均勻地在體系內(nèi)分散·溶解而言是有利的。另外,盡管通常雜環(huán)結(jié)構(gòu)的色素化合物會因其平面性、結(jié)晶性而存在溶解性差的情況,但本發(fā)明的高分子熒光色素化合物由于是高分子量體,因而加工性優(yōu)異。另外,在市場上推出低分子量的新型化合物時,通常需要進行基于日本化審法的各種試驗、注冊等,而本發(fā)明的高分子熒光色素化合物由于是作為向生物體內(nèi)的攝取有限的物質(zhì)來處理的高分子量體,因而能以更少的手續(xù)負(fù)擔(dān)、時間負(fù)擔(dān)來實施。
另外,本發(fā)明的高分子熒光色素化合物中,優(yōu)選地,上述L不與上述苯并三唑環(huán)及上述高分子結(jié)構(gòu)部位中的任一者形成共軛鍵。通過具有上述結(jié)構(gòu),能夠抑制由于接頭結(jié)構(gòu)部位而導(dǎo)致共軛體系、電子的離域化發(fā)生變化、該生色團的吸收·發(fā)光特性受到影響的情況。由此,該生色團組入高分子結(jié)構(gòu)部位之前或聚合之前的吸收·發(fā)光特性得以被大致維持,對導(dǎo)入高分子體后的吸收·發(fā)光特性的預(yù)測、調(diào)整也變得更容易。
另外,對于本發(fā)明的高分子熒光色素化合物而言,優(yōu)選由下述通式(II)表示。
[化學(xué)式2]
(式中,X1、X2及X3各自獨立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或單鍵,R表示碳原子數(shù)1~8的烷基,
Y1、Y2及Y3各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子結(jié)構(gòu)部位,
Z1及Z2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷氧基(烷氧基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基團、-NHCOR2基團、或羥基,R1及R2表示碳原子數(shù)1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)(其中,m+n為4以下,o+p為4以下。)。m、n、o或p為2以上時,存在有多個的各取代基可以相同也可以不同)
另外,本發(fā)明的高分子熒光色素化合物中,上述P優(yōu)選為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯四氟乙烯、聚酰亞胺基、無定形聚碳酸酯、硅氧烷溶膠-凝膠、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚砜、聚芳酯、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)或有機硅樹脂。另外,波長轉(zhuǎn)換型封裝材料用途中,作為上述樹脂,優(yōu)選使用光學(xué)透明的樹脂。尤其是,通過使用與波長轉(zhuǎn)換型封裝材料的基體樹脂為同一種或親和性高的樹脂,將會在在封裝材料層中的均勻分散、抑制析出物產(chǎn)生方面也更優(yōu)異。
另外,對于本發(fā)明的高分子熒光色素化合物而言,優(yōu)選在300~410nm范圍內(nèi)具有最大吸收波長。通過在上述波長區(qū)域中具有最大吸收波長,能夠更有效地將太陽能電池單元難以在光電轉(zhuǎn)換中利用的(或無法利用的)波長區(qū)域的入射光轉(zhuǎn)換至太陽能電池單元等可進行光電轉(zhuǎn)換的波長區(qū)域。需要說明的是,本發(fā)明中,所謂最大吸收波長,是指該化合物所吸收的光中的吸光度為最大值的波長,可作為在紫外線吸收光譜中顯示最大的吸收峰的波長而被測定。
另外,對于本發(fā)明的高分子熒光色素化合物而言,優(yōu)選在410~560nm范圍內(nèi)具有最大熒光發(fā)光波長。通過在上述波長區(qū)域中具有最大熒光發(fā)光波長,能夠更有效地將太陽能電池單元難以在光電轉(zhuǎn)換中利用的(或無法利用的)波長區(qū)域的入射光轉(zhuǎn)換至太陽能電池單元可進行光電轉(zhuǎn)換的波長區(qū)域。需要說明的是,本發(fā)明中,所謂最大熒光發(fā)光波長,是指該化合物所發(fā)出的光中的發(fā)光強度為最大值的波長,可作為在熒光發(fā)射光譜中顯示最大的發(fā)光峰的波長而被測定。
另一方面,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物的特征在于,包含上述高分子熒光色素化合物。另外,上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物可包含光學(xué)透明的樹脂基體及上述高分子熒光色素化合物。通過包含上述高分子熒光色素化合物,可有效地使比太陽能電池單元的吸收波長區(qū)域更短的波長區(qū)域的光紅移至太陽能電池單元可在光發(fā)電中利用的波長區(qū)域(red shift),結(jié)果,更寬范圍的光譜的太陽能可被轉(zhuǎn)換成電。另外,由于上述高分子熒光色素化合物具有大的熒光量子效率和良好的加工性,因此,能夠以在制造工序及成本方面有利的方式得到可提供優(yōu)異的光轉(zhuǎn)換效果的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物。另外,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物接受具有第1波長的至少1個光子作為輸入,給出具有比第1波長更長的(大的)第2波長的至少1個光子作為輸出,在該過程中呈現(xiàn)作為波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物的功能。此外,上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物中,分散在基體樹脂中的上述高分子熒光色素化合物即使在長期保存試驗中也不析出,能簡單地得到穩(wěn)定且均勻的封裝材料組合物(及層)。上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物特別適于太陽能電池用途。
另外,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物中,優(yōu)選以0.05~100重量%的量包含上述高分子熒光色素化合物。
另外,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物中,可包含光學(xué)透明的樹脂基體及如權(quán)利要求1~6中任一項所述的上述高分子熒光色素化合物。
另外,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物中,上述基體樹脂優(yōu)選以聚(乙烯-乙酸乙烯酯)為主成分。通過將聚(乙烯-乙酸乙烯酯)作為上述基體樹脂的主成分,能更可靠地形成透光性、耐久性優(yōu)異的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層。
需要說明的是,上文所述的作為主成分是指,在使上述基體樹脂為多種樹脂的混合物時、以重量比計包含50重量%以上的該主成分的情況。上述重量比更優(yōu)選為70重量%以上,進一步優(yōu)選為90重量%以上。
另一方面,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層的特征在于,是使用上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物形成的。通過使用上述組合物形成,從而成為不僅具有理想的光學(xué)特性(高的量子收率等)及良好的光穩(wěn)定性(化學(xué)·物理穩(wěn)定性)、而且析出物產(chǎn)生得以被抑制的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層。更詳細(xì)而言,由于上述高分子熒光色素化合物具有大的熒光量子效率和良好的加工性,因此,能夠以在制造工序及成本方面有利的方式得到可提供優(yōu)異的光轉(zhuǎn)換效果的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層。另外,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層接受具有第1波長的至少1個光子作為輸入,給出具有比第1波長更長的(大的)第2波長的至少1個光子作為輸出,在該過程中呈現(xiàn)作為波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層的功能。此外,上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層中,分散在基體樹脂中的上述高分子熒光色素化合物即使在長期保存試驗中也不析出,能簡單地得到穩(wěn)定且均勻的封裝材料組成層。上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層特別適于太陽能電池用途。
另外,本發(fā)明的太陽能電池模組的特征在于,包含使用上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物形成的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層。上述太陽能電池模組由于具有上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層,因而成為具有理想的光學(xué)特性(高的量子收率等)及良好的光穩(wěn)定性(化學(xué)·物理穩(wěn)定性)的太陽能電池模組。此外,通過具有上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層,從而即使在長期保存試驗中,上述高分子熒光色素化合物也不析出,還可抑制上述高分子熒光色素化合物向背面用封裝材料層等中移動,成為穩(wěn)定且均勻的太陽能電池模組。
另外,本發(fā)明的太陽能電池模組優(yōu)選被配置為使得入射光在到達太陽能電池單元之前先通過上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層。通過形成上述構(gòu)成,能更可靠地將更寬范圍的光譜的太陽能轉(zhuǎn)換成電,能有效地提高光電轉(zhuǎn)換效率。
另外,本發(fā)明的太陽能電池模組中,上述太陽能電池單元優(yōu)選為晶體硅太陽能電池。上述太陽能電池模組作為將上述太陽能電池單元層疊而成的太陽能電池模組來使用時,能更有效地進一步提高光電轉(zhuǎn)換效率。尤其是,硅太陽能電池中,有在作為紫外線區(qū)域的最大吸收波長為400nm以下的區(qū)域中光電轉(zhuǎn)換效率低這樣的問題。對于上述太陽能電池模組而言,通過適當(dāng)?shù)厥褂迷谠摬ㄩL區(qū)域具有吸收、并且可在410~560nm范圍內(nèi)發(fā)射熒光的上述高分子熒光色素化合物,可更有效地進行光利用。另一方面,如果上述高分子熒光色素化合物的吸收波長區(qū)域達到比上述波長區(qū)域更長的波長區(qū)域,則可能會有太陽能電池單元等光電轉(zhuǎn)換元件原本可吸收的波長與上述高分子熒光色素化合物的吸收波長重復(fù)、光電轉(zhuǎn)換效率不能被提升的問題。對于上述太陽能電池模組而言,通過使用上述高分子熒光色素化合物,能夠?qū)Ω叻肿訜晒馍鼗衔锏鹊奈詹ㄩL進行精密控制而使得不產(chǎn)生上述問題。
附圖說明
[圖1]表示使用了本發(fā)明的太陽能電池用封裝材料層的太陽能電池模組的例子。
[圖2]表示使用了本發(fā)明的太陽能電池用封裝材料層的太陽能電池模組的例子。
具體實施方式
以下,對本發(fā)明的實施方式進行說明。
(熒光色素化合物)
本發(fā)明的熒光色素化合物的特征在于由下述通式(III)表示。
[化學(xué)式3]
(式中,X1及X2各自獨立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或單鍵,R表示碳原子數(shù)1~8的烷基,
Y1、Y2及Y3各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代),
X4表示含有碳-碳雙鍵的基團、含有碳-碳三鍵的基團、羥基、酯基、異氰酸酯基、環(huán)氧基、或氟、氯、溴、碘、甲磺?;妆交酋;?、硝基苯磺?;?、或三氟甲磺?;?,
Z1及Z2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷氧基(烷氧基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基團、-NHCOR2基團、或羥基,R1及R2表示碳原子數(shù)1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)(其中,m+n為4以下,o+p為4以下。)。m、n、o或p為2以上時,存在有多個的各取代基可以相同也可以不同)
熒光(或光致發(fā)光性)色素的有用的性質(zhì)之一為:這些色素能吸收特定波長的光的光子,并且能再以不同的波長發(fā)射該光子。該現(xiàn)象在將這些色素用于光伏產(chǎn)業(yè)中時也有用。
由通式(III)表示的生色團在包含波長轉(zhuǎn)換膜的各種應(yīng)用中作為熒光色素(熒光色素化合物)有用。尤其是,上述苯并三唑衍生物由于具有上述通式(III)表示的結(jié)構(gòu),因而可作為上述高分子熒光色素化合物的單體而合適地使用。如上式中所示,上述色素為苯并雜環(huán)系、更具體為具有苯并三唑結(jié)構(gòu)的新型化合物(苯并三唑衍生物)。下文中記載了關(guān)于可使用的化合物的類型的更詳細(xì)內(nèi)容及實例,但這并不限定本發(fā)明的范圍。需要說明的是,本發(fā)明的熒光色素化合物中還包括在上述苯并三唑環(huán)上進行取代而成的化合物,只要不妨礙本發(fā)明的作用效果即可。
[化學(xué)式4]
(式中,X1及X2各自獨立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或單鍵,R表示碳原子數(shù)1~8的烷基,
Y1、Y2及Y3各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代),
X4表示含有碳-碳雙鍵的基團、含有碳-碳三鍵的基團、羥基、酯基、異氰酸酯基、環(huán)氧基、或氟、氯、溴、碘、甲磺?;?、對甲苯磺酰基、硝基苯磺酰基、或三氟甲磺酰基,
Z1及Z2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷氧基(烷氧基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基團、-NHCOR2基團、或羥基,R1及R2表示碳原子數(shù)1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)(其中,m+n為4以下,o+p為4以下。)。m、n、o或p為2以上時,存在有多個的各取代基可以相同也可以不同)
上述苯并三唑衍生物由于具有上述通式(III)表示的結(jié)構(gòu),因而可作為上述高分子熒光色素化合物的單體而合適地使用。上述熒光色素化合物由于可通過X4基團與基體樹脂形成化學(xué)鍵合(自由基的交聯(lián)、親核取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、自由基聚合等),因此,例如,容易以成為所謂的懸掛(pendant)型的方式將上述熒光色素化合物導(dǎo)入至高分子結(jié)構(gòu)部位的主鏈骨架,或者,以封端(end capping)方式將上述熒光色素化合物導(dǎo)入至高分子結(jié)構(gòu)部位的主鏈骨架末端等。另外,通過使用本發(fā)明的熒光色素化合物,可通過共聚、加成反應(yīng)等容易地將現(xiàn)有的樹脂系進行改性或分子設(shè)計而得到適于上述用途的高分子熒光色素化合物。
另外,對于上述苯并三唑衍生物而言,優(yōu)選在300~410nm范圍內(nèi)具有最大吸收波長。通過在上述波長區(qū)域具有最大吸收波長,能夠更有效地將太陽能電池單元難以在光電轉(zhuǎn)換中利用的(或無法利用的)波長區(qū)域的入射光轉(zhuǎn)換至太陽能電池單元等可進行光電轉(zhuǎn)換的波長區(qū)域。
另外,對于上述苯并三唑衍生物而言,優(yōu)選在410~560nm范圍內(nèi)具有最大熒光發(fā)光波長。通過在上述波長區(qū)域具有最大熒光發(fā)光波長,能夠更有效地將太陽能電池單元難以在光電轉(zhuǎn)換中利用的(或無法利用的)波長區(qū)域的入射光轉(zhuǎn)換至太陽能電池單元可進行光電轉(zhuǎn)換的波長區(qū)域。
上述苯并三唑衍生物中,上述X1及X2各自獨立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或單鍵。需要說明的是,R表示碳原子數(shù)1~8的烷基。其中,優(yōu)選上述X1或X2中的至少1個為-(C=O)O-、或-O(CO)-。需要說明的是,上述X1或X2為單鍵時,是指各Y基直接鍵合于苯環(huán)。
上述苯并三唑衍生物中,上述Y1、Y2及Y3各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)。上述烷基的碳原子數(shù)優(yōu)選為1~18,更優(yōu)選為2~8。上述碳原子數(shù)1~18的烷基可以為直鏈,也可以為支鏈。
作為上述Y1、Y2及Y3,例如,包括乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、2-乙基己基、及辛基等,但不限于這些。
上述苯并三唑衍生物中,上述X4表示含有碳-碳雙鍵的基團、含有碳-碳三鍵的基團等可通過不飽和鍵而形成共價鍵的基團、羥基、酯基、異氰酸酯基、及環(huán)氧基等這樣的可通過縮合反應(yīng)、加成反應(yīng)等而形成共價鍵的基團、或氟、氯、溴、碘、甲磺?;?、對甲苯磺?;?、硝基苯磺?;⒒蛉谆酋;茸鳛榱己玫碾x去基團等而對取代反應(yīng)有利的基團。作為上述X4基團,通過使其為可利用縮合反應(yīng)、取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、聚合等而形成共價鍵的上述官能團,可形成與上述基體樹脂的化學(xué)鍵合(自由基的交聯(lián)、親核取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、聚合等)。
上述苯并三唑衍生物中,優(yōu)選上述X4為-CR’=CH2、-(C=O)O-CR’=CH2、-O(C=O)-CR’=CH2、-CH2O(CO)-CR’=CH2、-NH(CO)-CR’=CH2、或-NR-CH2-CR’=CH2(其中,R及R’各自獨立地表示碳原子數(shù)1~8的烷基)。通過具有上述結(jié)構(gòu),從而將會容易形成基于X4基團的與基體樹脂的化學(xué)鍵合、尤其是基于自由基的交聯(lián)、自由基聚合反應(yīng)等的鍵合。
作為上述X4,例如,包括乙烯基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基、異丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、2-乙基己烯基、辛烯基、及3-烯丙基氧基-2-羥基丙基、及3-烯丙基氧基-2-乙酰氧基丙基等,但不限于這些。
上述苯并三唑衍生物中,Z1及Z2表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷氧基(烷氧基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基團、-NHCOR2基團、或羥基,R1及R2表示碳原子數(shù)1~18的烷基或苯基,m、n、o、及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)(其中,m+n為4以下,o+p為4以下。)。上述碳原子數(shù)1~18的烷基可以為直鏈,也可以為支鏈。上述碳原子數(shù)1~18的烷氧基可以為直鏈,也可以為支鏈。m、n、o、及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)。上述烷基的碳原子數(shù)優(yōu)選為1~18,更優(yōu)選為1~12,進一步優(yōu)選為1~8。上述烷氧基的碳原子數(shù)優(yōu)選為1~18,更優(yōu)選為1~12,進一步優(yōu)選為1~8。另外,m、n、o或p為2以上時,存在有多個的各取代基可以相同也可以不同。
作為上述Z1及Z2的烷基,例如,包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、2-乙基己基、及辛基等,但不限于這些。另外,烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代。
作為上述Z1及Z2的烷氧基,可舉出以共價鍵介由-O-鍵而鍵合于母體分子的直鏈或支鏈的烷基。作為上述Z1及Z2的烷氧基,例如,包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、戊基氧基、己基氧基、庚基氧基、2-乙基己基氧基、辛基氧基、1-丙烯基氧基、2-丙烯基氧基、丁烯基氧基、戊烯基氧基、己烯基氧基、庚烯基氧基、辛烯基氧基、及3-烯丙基氧基-2-羥基丙基氧基、3-烯丙基氧基-2-乙酰氧基丙基氧基等,但不限于這些。另外,烷氧基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代。
作為上述Z1及Z2的氟基,可舉出烷基的一部分或全部的氫原子被氟原子取代而得到的基團。作為上述Z1及Z2的氟基,例如,包括三氟甲基、五氟乙基等,但不限于這些。
作為上述Z1及Z2的-COOR1基團,可舉出烷基酯結(jié)構(gòu)的基團。作為上述Z1及Z2的-COOR1基團,例如,包括甲酯基、乙酯基、1-丙酯基、2-丙酯基、苯酯基等,但不限于這些。
作為上述Z1及Z2的-NHCOR2基團,可舉出酰胺(acylamido)結(jié)構(gòu)的基團。作為上述Z1及Z2的-NHCOR2基團,例如,包括乙酰胺基、丙酰胺基等,但不限于這些。
上述m、n、o、及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)。具體而言,上述m、n、o、及p可以取0、1、2、3、4的值。其中,m+n為4以下,o+p為4以下。
在本說明書中使用時,被取代的基團來源于其中1個或多個氫原子有可能將被替換成其他原子或基團的、未經(jīng)取代的母體結(jié)構(gòu)。被取代時,該取代基(1個或多個)例如是從C1~C6烷基、C1~C6鏈烯基、C1~C6炔基、C3~C7環(huán)烷基(其任選被鹵素、烷基、烷氧基、羧基、鹵代烷基、CN、-SO2-烷基、-CF3及-OCF3取代)、孿位連接的環(huán)烷基(cycloalkyl geminally attached)、C1~C6雜烷基、C3~C10雜環(huán)烷基(例如,四氫呋喃基)(其任選被鹵素、烷基、烷氧基、羧基、CN、-SO2-烷基、-CF3及-OCF3取代)、芳基(其任選被鹵素、烷基、任選被C1~C6烷基取代的芳基、芳基烷基、烷氧基、芳基氧基、羧基、氨基、酰亞胺基、酰胺基(氨基甲?;?、任選被取代的環(huán)狀酰亞胺基、環(huán)狀酰胺基、CN、-NH-C(=O)-烷基、-CF3及-OCF3取代)、芳基烷基(其任選被鹵素、烷基、烷氧基、芳基、羧基、CN、-SO2-烷基、-CF3及-OCF3取代)、雜芳基(其任選被鹵素、烷基、烷氧基、芳基、雜芳基、芳烷基、羧基、CN、-SO2-烷基、-CF3及-OCF3取代)、鹵素(例如,氯、溴、碘及氟)、氰基、羥基、任選被取代的環(huán)狀酰亞胺基、氨基、酰亞胺基、酰胺基、-CF3、C1~C6烷氧基、芳基氧基、?;趸?、巰基(mercapto group)、鹵代(C1~C6)烷基、C1~C6烷基硫基、芳基硫基、單(C1~C6)烷基氨基及二(C1~C6)烷基氨基、季銨鹽基團、氨基(C1~C6)烷氧基、羥基(C1~C6)烷基氨基、氨基(C1~C6)烷基硫基、氰基氨基、硝基、氨基甲?;?、酮(氧基)、羰基、羧基、乙醇酰基、甘氨?;?、肼基、脒基、氨磺?;?、磺酰基、亞磺?;?、硫代羰基、硫代羧基、磺酰胺基、酯基、C-酰胺基、N-酰胺基、N-氨基甲酸酯基、O-氨基甲酸酯基、脲基、以及它們的組合中分別且獨立地選擇的1個或多個基團。本文通篇中,以“任選被取代”的形式記載取代基時,通常均表示該取代基可被上述取代基取代。
作為上述熒光色素化合物的吸光度,例如,優(yōu)選為0.5~6,更優(yōu)選為1~4,進一步優(yōu)選為1~3。
另外,上述熒光色素化合物中,上述熒光色素化合物的熔點通常優(yōu)選為50℃~200℃,但在本申請發(fā)明中,具有通過進行交聯(lián)而減少滲出(bleed out)的效果,因此,可以為20℃~200℃,也可以為0℃~200℃,還可以為-20℃~200℃。通過使用在上述范圍內(nèi)具有熔點的苯并三唑衍生物,從而可在加熱混煉處理等加工工序中均勻地分散·溶解于體系內(nèi)。尤其是,將會容易得到形成片材時的均勻性,生產(chǎn)·加工性特別優(yōu)異。
本發(fā)明中的熒光色素(化合物、高分子化合物)并不僅止于單純地只要能在特定的波長區(qū)域內(nèi)吸收光并進行波長轉(zhuǎn)換從而發(fā)射出波長較吸收的光更長的光即可的地步。對于本申請的熒光色素而言,如果可能,在比最大吸收波長更長的波長處不具有吸收(或吸收較少)是優(yōu)選的。例如,作為其指標(biāo),在比最大吸收波長長60nm的波長處的吸光度比最大吸收波長處的吸光度更小是令人期望的。
上述熒光色素化合物的合成方法可適當(dāng)使用已知的方法。作為上述合成方法,例如,可舉出下述方法:使4,7-二溴苯并三唑等取代了離去基團的二取代苯并三唑(鹵代苯并三唑等)與含有X-Y側(cè)鏈(Y1-X1、Y2-X2)的苯基硼酸進行偶聯(lián)反應(yīng)的方法;利用親核取代反應(yīng)等將相當(dāng)于含有X-Y側(cè)鏈的苯基前體的化合物鍵合于上述二取代苯并三唑而形成的方法;在使羥基苯基硼酸鍵合于上述二取代苯并三唑后,將上述羥基轉(zhuǎn)化成烷氧基、酯基等而導(dǎo)入X-Y基團的方法;利用金屬催化劑進行偶聯(lián)的方法;將側(cè)鏈的烷氧基的一部分轉(zhuǎn)化成碳-碳雙鍵的方法;及在導(dǎo)入上述X-Y側(cè)鏈之前、之后或與其同時導(dǎo)入Y3-X4基團的方法;等等。
其中,作為簡單且優(yōu)選的方法,例如,可舉出:通過酯化將油酸等不飽和脂肪酸與在同苯并三唑骨架相鄰的苯環(huán)上具有酚式羥基的羥基苯基苯并三唑衍生物縮合的方法(可適當(dāng)?shù)厥褂每s合劑)、通過酯化將不飽和脂肪族醇與在同苯并三唑骨架相鄰的苯環(huán)上具有羧基的羧基苯基苯并三唑衍生物縮合的方法(可適當(dāng)?shù)厥褂每s合劑)、利用烷基化反應(yīng)將具有不飽和鍵的鹵化物或縮水甘油基化合物連接于在與苯并三唑骨架相鄰的苯環(huán)上具有酚式羥基的羥基苯基苯并三唑衍生物的方法等。
另外,上述熒光色素化合物由于具有上述反應(yīng)部位(與聚合物基體等的反應(yīng)部位),因而可固定化于基體聚合物。尤其是,對于上述固定化而言,在上述波長轉(zhuǎn)換封裝材料組合物、上述波長轉(zhuǎn)換封裝材料層的固化工序時,可容易且同時地進行上述熒光色素的固定化,在工業(yè)工藝方面也非常優(yōu)異。另外,對于在基體聚合物上的固定化而言,通??梢栽谏鲜霾ㄩL轉(zhuǎn)換型封裝材料層的形成時或形成后、或者模組安裝時或安裝后,利用其他的加熱處理、光照射處理或用于固定化的加熱處理、光照射處理等進行,但也可以在上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物的階段適當(dāng)?shù)剡M行一部分或全部的固定化。
(高分子熒光色素化合物)
本發(fā)明的高分子熒光色素化合物的特征在于由下述通式(I)表示。
[化學(xué)式5]
(式中,X1及X2各自獨立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或單鍵,R表示碳原子數(shù)1~8的烷基,
Y1及Y2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子結(jié)構(gòu)部位,
L表示通過共價鍵將苯并三唑環(huán)與高分子結(jié)構(gòu)部位連接的接頭結(jié)構(gòu)部位,
Z1及Z2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷氧基(烷氧基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基團、-NHCOR2基團、或羥基,R1及R2表示碳原子數(shù)1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)(其中,m+n為4以下,o+p為4以下。)。m、n、o或p為2以上時,存在有多個的各取代基可以相同也可以不同)
由通式(I)表示的生色團在包含波長轉(zhuǎn)換膜的各種應(yīng)用中作為熒光色素(高分子熒光色素化合物)有用。如上述式中所示那樣,上述色素為苯并雜環(huán)系、更具體為具有苯并三唑結(jié)構(gòu)的新型高分子化合物(含有苯并三唑結(jié)構(gòu)的聚合物)。需要說明的是,本發(fā)明的高分子熒光色素化合物還包括在上述苯并三唑環(huán)上進行取代而成的化合物,只要不妨礙本發(fā)明的作用效果即可。
[化學(xué)式6]
(式中,X1及X2各自獨立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或單鍵,R表示碳原子數(shù)1~8的烷基,
Y1及Y2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子結(jié)構(gòu)部位,
L表示通過共價鍵將苯并三唑環(huán)與高分子結(jié)構(gòu)部位連接的接頭結(jié)構(gòu)部位,
Z1及Z2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷氧基(烷氧基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基團、-NHCOR2基團、或羥基,R1及R2表示碳原子數(shù)1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)(其中,m+n為4以下,o+p為4以下。)。m、n、o或p為2以上時,存在有多個的各取代基可以相同也可以不同)
上述高分子熒光色素化合物由于具有上述通式(I)表示的結(jié)構(gòu),因而可成為加工性高、理想的光學(xué)特性(高的量子收率等)及良好的光穩(wěn)定性(化學(xué)·物理穩(wěn)定性)優(yōu)異的熒光色素化合物。尤其是,對于上述高分子熒光色素化合物而言,由于作為熒光色素發(fā)揮作用的特定的苯并三唑部位與聚合物結(jié)構(gòu)部位化學(xué)性地連接,因而在基體樹脂內(nèi)的移動被抑制,結(jié)果,分散在基體樹脂中的上述高分子熒光色素化合物即使在長期保存試驗中也不析出,能簡單地得到穩(wěn)定且均勻的封裝材料組合物(及層)。
另外,上述高分子熒光色素化合物中,上述L表示通過共價鍵將苯并三唑環(huán)與高分子結(jié)構(gòu)部位連接的接頭結(jié)構(gòu)部位。優(yōu)選上述L不與上述苯并三唑環(huán)及上述高分子結(jié)構(gòu)部位中的任一者形成共軛鍵。但是,對于上述L而言,可在不與上述苯并三唑環(huán)及上述高分子結(jié)構(gòu)部位中的任一者形成共軛鍵的位置具有共軛鍵(例如,碳碳雙鍵等)。
另外,對于上述高分子熒光色素化合物而言,優(yōu)選由下述通式(II)表示。
[化學(xué)式7]
(式中,X1、X2及X3各自獨立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或單鍵,R表示碳原子數(shù)1~8的烷基,
Y1、Y2及Y3各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子結(jié)構(gòu)部位,
Z1及Z2各自獨立地表示任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷基(烷基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、任選被取代的碳原子數(shù)1~18的烷氧基(烷氧基中的不相鄰的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基團、-NHCOR2基團、或羥基,R1及R2表示碳原子數(shù)1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自獨立地表示0~4的整數(shù)(其中,m+n為4以下,o+p為4以下。)。m、n、o或p為2以上時,存在有多個的各取代基可以相同也可以不同)
上述高分子熒光色素化合物中,關(guān)于與苯并三唑骨架有關(guān)的記載、及X1、X2、Y1、Y2、Y3、Z1、Z2、m、n、o以及p等符號,適當(dāng)?shù)嘏c上述的熒光色素化合物中的通式(III)相同。
另外,上述高分子熒光色素化合物中,上述X3各自獨立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或單鍵。需要說明的是,R表示碳原子數(shù)1~8的烷基。其中,上述X3優(yōu)選為-(C=O)O-、或-O(CO)-。需要說明的是,上述X3為單鍵時,是指Y3基團直接鍵合于高分子結(jié)構(gòu)部位P。
另外,上述高分子熒光色素化合物中,上述P優(yōu)選為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯四氟乙烯、聚酰亞胺、無定形聚碳酸酯、硅氧烷溶膠-凝膠、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚砜、聚芳酯、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)或有機硅樹脂。
作為上述高分子熒光色素化合物的吸光度,例如,優(yōu)選為0.5~6,更優(yōu)選為1~4,進一步優(yōu)選為1~3。
另外,上述高分子熒光色素化合物中,上述高分子熒光色素化合物的熔點通常優(yōu)選為50℃~200℃,但本申請發(fā)明中,通過進行高分子量化,從而具有減少滲出的效果,因此,可以為20℃~200℃,也可以為0℃~200℃,還可以為-20℃~200℃。通過使用在上述范圍內(nèi)具有熔點的高分子熒光色素化合物,從而可在加熱混煉處理等加工工序中均勻地分散·溶解于體系內(nèi)。尤其是,將會容易得到形成片材時的均勻性,生產(chǎn)·加工性特別優(yōu)異。
另外,作為上述高分子熒光色素化合物的合成方法,可舉出下述方法:使具有特定的苯并三唑結(jié)構(gòu)的單體進行聚合反應(yīng)的方法;根據(jù)需要與共聚單體一同進行共聚反應(yīng)的方法;相對于已經(jīng)形成的聚合物適當(dāng)?shù)匦纬晒矁r鍵而導(dǎo)入的方法(加成性導(dǎo)入方法);等等。另外,上述合成方法中,通過使用上述通式(III)表示的本發(fā)明的上述熒光色素化合物,可容易地合成所期望的高分子熒光色素化合物。
進行上述聚合反應(yīng)、共聚反應(yīng)時,可適當(dāng)利用已知的高分子合成的方法。例如,除了使本發(fā)明的上述通式(III)的單體進行均聚之外,還可舉出使上述通式(III)的單體和其他單體進行無規(guī)共聚、接枝聚合、交叉聚合、或嵌段共聚的方法等。另外,上述聚合反應(yīng)、共聚反應(yīng)中,可舉出自由基聚合(陽離子、陰離子、各活性自由基(living)等)、離子聚合、加成聚合(加聚)、縮合聚合(縮聚)、環(huán)化聚合、及開環(huán)聚合等。另外,上述聚合反應(yīng)、共聚反應(yīng)中,可適當(dāng)使用有機溶劑系、水溶液系、乳化狀態(tài)、懸浮狀態(tài)等的合成方法。
上述共聚反應(yīng)中,作為與上述通式(III)的單體等具有苯并三唑結(jié)構(gòu)的單體一同進行聚合的其他單體,優(yōu)選使用形成上述P的單體。作為其他單體,例如,優(yōu)選為對苯二甲酸乙二醇酯衍生物、(甲基)丙烯酸酯衍生物、乙酸乙烯酯衍生物、乙烯四氟乙烯衍生物、苯乙烯衍生物、醚砜衍生物、芳基化物衍生物、環(huán)氧衍生物、乙烯衍生物、丙烯衍生物、或乙烯基衍生物。其中,優(yōu)選為在聚合反應(yīng)時可形成乙烯基樹脂、尤其是丙烯酸樹脂、甲基丙烯酸樹脂的(甲基)丙烯酸系單體、(甲基)丙烯酸系低聚物。它們可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
作為上述其他單體,例如,可舉出丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯等(甲基)丙烯酸烷基酯、丙烯酸環(huán)己酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯酸芐酯、甲基丙烯酸芐酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、丙烯酰胺、二丙酮丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、馬來酸酐、苯基馬來酰亞胺、環(huán)己基馬來酰亞胺等。此外,可舉出上述烷基被羥基、環(huán)氧基、鹵素基團等取代而成的(甲基)丙烯酸烷基酯等。另外,上述(甲基)丙烯酸酯中,酯部位的烷基的碳原子數(shù)優(yōu)選為1~18,碳原子數(shù)更優(yōu)選為1~8。這些化合物可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
另外,進行共聚反應(yīng)時,上述高分子熒光色素化合物中,相對于全部單體成分100重量份,優(yōu)選使用0.001~100重量份的上述通式(III)的單體等具有苯并三唑結(jié)構(gòu)的單體,可使用0.001~50重量份,也可使用0.005~30重量份,還可使用0.01~10重量份。
另外,進行聚合反應(yīng)、共聚反應(yīng)時,例如,可向單體成分中添加熱聚合引發(fā)劑或光聚合引發(fā)劑,利用加熱或光照射而進行聚合。
作為上述熱聚合引發(fā)劑,可適當(dāng)使用已知的過氧化物。作為上述聚合引發(fā)劑,例如,可舉出2,5-二甲基己烷-2,5-二氫過氧化物(2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide)、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧化)-3-己炔、二叔丁基過氧化物、二枯基過氧化物(dicumyl peroxide)、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧化)己烷、二枯基過氧化物、α,α’-雙(叔丁基過氧化異丙基)苯、正丁基-4,4-雙(叔丁基過氧化)丁烷、2,2-雙(叔丁基過氧化)丁烷、1,1-雙(叔丁基過氧化)環(huán)己烷、1,1-雙(叔丁基過氧化)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷、過氧苯甲酸叔丁酯、過氧化苯甲酰等。這些化合物可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
對于上述熱聚合引發(fā)劑的配合量而言,例如,相對于上述單體成分100重量份,可使用0.1~5重量份。
作為上述光聚合引發(fā)劑,可適當(dāng)?shù)厥褂猛ㄟ^紫外線或可見光線而產(chǎn)生游離自由基的已知的光引發(fā)劑。作為上述光聚合引發(fā)劑,例如,可舉出苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻丙基醚、苯偶姻異丁基醚、苯偶姻苯基醚等苯偶姻醚類、二苯甲酮、N,N’-四甲基-4,4’-二氨基二苯甲酮(米蚩酮)、N,N’-四乙基-4,4’-二氨基二苯甲酮等二苯甲酮類、苯偶酰二甲基縮酮(Ciba Japan Chemicals公司制,IRGACURE 651)、苯偶酰二乙基縮酮等苯偶??s酮類、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、對叔丁基二氯苯乙酮、對二甲基氨基苯乙酮等苯乙酮類、2,4-二甲基噻噸酮、2,4-二異丙基噻噸酮等呫噸酮類、或羥基環(huán)己基苯基酮(Ciba Specialty Chemicals公司制,IRGACURE 184)、1-(4-異丙基苯基)-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮(Ciba Japan Chemicals公司制,Darocure 1116)、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(Merck公司制,Darocure 1173)等。它們可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
另外,作為上述光聚合引發(fā)劑,例如,可舉出2,4,5-三烯丙基咪唑二聚物與2-巰基苯并噁唑、無色結(jié)晶紫、三(4-二乙基氨基-2-甲基苯基)甲烷等的組合等。另外,例如,像針對二苯甲酮使用三乙醇胺等叔胺那樣,可適當(dāng)使用已知的添加劑。
對于上述光聚合引發(fā)劑的配合量而言,例如,相對于上述單體成分100重量份,可使用0.1~5重量份。
另外,在進行上述加成性導(dǎo)入方法時,可適當(dāng)使用已知的有機合成的方法。例如,可舉出利用縮合反應(yīng)、加成反應(yīng)、取代反應(yīng)等使本發(fā)明的上述通式(III)的熒光色素化合物形成共價鍵的方法等。還可舉出:相對于已經(jīng)形成的聚合物,以成為所謂懸掛型的方式向高分子結(jié)構(gòu)部位的主鏈骨架中導(dǎo)入上述熒光色素化合物的方法、以封端方式向高分子結(jié)構(gòu)部位的主鏈骨架末端等中導(dǎo)入上述熒光色素化合物的方法等。
作為上述加成性導(dǎo)入方法,例如,可舉出下述方法:基于聚合物主鏈的羧酸與具有羥基或鹵素基團的功能性部位(苯并三唑骨架)的縮合反應(yīng)的酯化反應(yīng)、基于聚合物主鏈的羧酸與具有氨基的功能性部位的縮合反應(yīng)的酰胺化反應(yīng)、基于聚合物主鏈的羥基與具有羧酸基的功能性部位的縮合反應(yīng)的酯化反應(yīng)、基于聚合物主鏈的羥基與具有鹵素基團的功能性部位的烷基化反應(yīng)的醚化反應(yīng)、基于聚合物主鏈的氨基與具有鹵素基團的功能性部位的烷基化反應(yīng)的烷基氨基化反應(yīng)、基于聚合物主鏈的苯酚基與具有鹵素基團的功能性部位的烷基化反應(yīng)的醚化反應(yīng)、向任意的聚合物結(jié)構(gòu)的接枝聚合等,但不限于這些。
上述加成性導(dǎo)入方法中,作為已經(jīng)形成了聚合物結(jié)構(gòu)的聚合物,例如,也可同樣地使用具有聚乙烯部位和聚丙烯酸酯部位的共聚物、具有聚乙烯部位和聚乙烯醇部位的共聚物、具有聚乙烯部位和聚?;趸蚁┗课坏墓簿畚锏炔煌N單體單元之間的共聚物。
另外,上述高分子熒光色素化合物中,上述聚合物的數(shù)均分子量可以為500~10000,也可以為800~50000,還可以為1000~100000。需要說明的是,上述數(shù)均分子量以利用GPC測得的值為基準(zhǔn)(換算為聚苯乙烯)。
另外,上述高分子熒光色素化合物中,對于苯并三唑結(jié)構(gòu)的存在及含有比率等而言,在上述熒光色素化合物、上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物、上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層及上述太陽能電池模組的任一階段中,均可通過進行二次離子的檢測、分析來推測或確認(rèn)。例如,對于上述熒光色素化合物而言,可以對作為來源于通式(I)中的N-Y3間的鍵開裂而得到的苯并三唑結(jié)構(gòu)的峰的382.2的負(fù)二次離子進行檢測。
[化學(xué)式8]
上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層由于使用包含具有上述反應(yīng)部位的高分子熒光色素化合物等的上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物,因而在高分子熒光色素化合物中殘留有上述反應(yīng)部位時,在上述波長轉(zhuǎn)換封裝材料組合物、上述波長轉(zhuǎn)換封裝材料層的固化工序時,可容易且同時地進行上述高分子熒光色素的固定化,在工業(yè)工藝方面也非常優(yōu)異。另外,對于在基體聚合物上的固定化而言,通常可以在上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層的形成時或形成后、或者模組安裝時或安裝后,利用其他加熱處理、光照射處理或用于固定化的加熱處理、光照射處理等進行,但也可以在上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物的階段適當(dāng)?shù)剡M行一部分或全部的固定化。
(波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物)
本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物具有波長轉(zhuǎn)換功能。優(yōu)選上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物將入射光的波長轉(zhuǎn)換成更長的波長。上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物可通過使具有波長轉(zhuǎn)換功能的上述高分子熒光色素化合物等分散于光學(xué)透明的基體樹脂中等而形成。另外,上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物也可不使用上述基體樹脂,而將上述高分子熒光色素化合物作為上述組合物的基體原材料使用。
本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物中,優(yōu)選使用光學(xué)透明的基體樹脂。作為上述基體樹脂,例如,可舉出聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯四氟乙烯等聚烯烴類、聚酰亞胺、無定形聚碳酸酯、硅氧烷溶膠-凝膠、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚砜、聚芳酯、環(huán)氧樹脂、及有機硅樹脂等。這些基體樹脂可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
作為上述聚(甲基)丙烯酸酯,包括聚丙烯酸酯及聚甲基丙烯酸酯,例如,可舉出(甲基)丙烯酸酯樹脂等。作為聚烯烴樹脂,可舉出聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯等。作為聚乙酸乙烯酯,可舉出聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯醇縮丁醛(PVB樹脂)、改性PVB等。
作為上述(甲基)丙烯酸酯樹脂的構(gòu)成單體,例如,可舉出丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯等(甲基)丙烯酸烷基酯、丙烯酸環(huán)己酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯酸芐酯、甲基丙烯酸芐酯等。進而,可舉出上述烷基被羥基、環(huán)氧基、鹵素基團等取代而成的(甲基)丙烯酸烷基酯等。這些化合物可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
上述(甲基)丙烯酸酯中,酯部位的烷基的碳原子數(shù)優(yōu)選為1~18,碳原子數(shù)更優(yōu)選為1~8。
作為上述(甲基)丙烯酸酯樹脂,可除了使用(甲基)丙烯酸酯之外,還使用能與它們共聚的不飽和單體而形成共聚物。
作為上述不飽和單體,例如,可舉出甲基丙烯酸、丙烯酸等不飽和有機酸、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酰胺、二丙酮丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、馬來酸酐、苯基馬來酰亞胺、環(huán)己基馬來酰亞胺等。這些不飽和單體可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
上述(甲基)丙烯酸酯中,優(yōu)選使用其中的丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯及其官能團經(jīng)取代的(甲基)丙烯酸烷基酯等,從耐久性、通用性的觀點考慮,可舉出甲基丙烯酸甲酯作為更優(yōu)選的例子。
作為上述(甲基)丙烯酸酯與上述不飽和單體的共聚物,例如,可舉出(甲基)丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)等。其中,從耐濕性、通用性、成本方面的觀點考慮,優(yōu)選聚(乙烯-乙酸乙烯酯),另外,從耐久性和表面硬度方面考慮,優(yōu)選(甲基)丙烯酸酯。另外,從上述各觀點考慮,優(yōu)選并用聚(乙烯-乙酸乙烯酯)和(甲基)丙烯酸酯。
作為上述聚(乙烯-乙酸乙烯酯),相對于聚(乙烯-乙酸乙烯酯)100重量份,乙酸乙烯酯單體單元的含有率優(yōu)選為10~35重量份,更優(yōu)選為20~30重量份,在上述含有率的情況下,從稀土類絡(luò)合物等在基體樹脂中的均勻分散性的觀點考慮是優(yōu)選的。
使用上述聚(乙烯-乙酸乙烯酯)作為光學(xué)透明的基體樹脂時,可適當(dāng)使用市售品。作為上述聚(乙烯-乙酸乙烯酯)的市售品,例如,可舉出Ultrathene(Tosoh株式會社制)、EVAFLEX(DuPont-Mitsui Polychemicals株式會社制)、SUNTEC EVA(旭化成化學(xué)公司制)、UBE EVA共聚物(宇部丸善Polyethylene公司制)、EVERTATE(住友化學(xué)公司制)、NOVATEC EVA(日本Polyethylene公司制)、SUMITATE(住友化學(xué)公司制)、Nipoflex(Tosoh公司制)等。
可在上述基體樹脂中添加交聯(lián)性單體而制成具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的樹脂。
作為上述交聯(lián)性單體,例如,可舉出:(甲基)丙烯酸雙環(huán)戊烯基酯(dicyclopentenyl(meth)acrylate)、(甲基)丙烯酸四氫糠基酯、(甲基)丙烯酸芐酯、使多元醇與α,β-不飽和羧酸反應(yīng)而得到的化合物(例如,聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(亞乙基的數(shù)目為2~14)、三羥甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷乙氧基三(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、四羥甲基甲烷三(甲基)丙烯酸酯、四羥甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯(亞丙基的數(shù)目為2~14)、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、雙酚A聚氧乙烯二(甲基)丙烯酸酯、雙酚A二氧乙烯二(甲基)丙烯酸酯、雙酚A三氧乙烯二(甲基)丙烯酸酯、雙酚A十氧乙烯二(甲基)丙烯酸酯等)、使α,β-不飽和羧酸與含有縮水甘油基的化合物進行加成而得到的化合物(例如,三羥甲基丙烷三縮水甘油基醚三丙烯酸酯、雙酚A二縮水甘油基醚二丙烯酸酯等)、多元羧酸(例如,鄰苯二甲酸酐)與具有羥基和烯鍵式不飽和基團的物質(zhì)(例如,(甲基)丙烯酸β-羥基乙酯)形成的酯化物、丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯(例如,(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯)、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯(例如,甲苯二異氰酸酯與(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯的反應(yīng)物、三甲基六亞甲基二異氰酸酯與環(huán)己烷二甲醇與(甲基)丙烯酸2-羥基乙酯的反應(yīng)物等);等等。這些交聯(lián)性單體可單獨使用,也可混合2種以上而使用。其中,上述交聯(lián)性單體中,可舉出三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、雙酚A聚氧乙烯二甲基丙烯酸酯作為優(yōu)選的例子。
在使用包含上述交聯(lián)性單體的基體樹脂的情況下,例如,可向上述交聯(lián)單體中添加熱聚合引發(fā)劑或光聚合引發(fā)劑,利用加熱或光照射而進行聚合·交聯(lián),形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。另外,根據(jù)情況,上述聚合引發(fā)劑還可有助于上述熒光色素化合物介由碳-碳雙鍵而與基體樹脂形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)。
作為上述熱聚合引發(fā)劑,可適當(dāng)使用已知的過氧化物。作為上述熱聚合引發(fā)劑,例如,可舉出2,5-二甲基己烷-2,5-二氫過氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧化)-3-己炔、二叔丁基過氧化物、二枯基過氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基過氧化)己烷、二枯基過氧化物、α,α’-雙(叔丁基過氧化異丙基)苯、正丁基-4,4-雙(叔丁基過氧化)丁烷、2,2-雙(叔丁基過氧化)丁烷、1,1-雙(叔丁基過氧化)環(huán)己烷、1,1-雙(叔丁基過氧化)-3,3,5-三甲基環(huán)己烷、過氧苯甲酸叔丁酯、過氧化苯甲酰等。這些化合物可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
對于上述熱聚合引發(fā)劑的配合量而言,例如,相對于上述基體樹脂100重量份,可使用0.1~5重量份。
作為上述光聚合引發(fā)劑,可適當(dāng)?shù)厥褂猛ㄟ^紫外線或可見光線而產(chǎn)生游離自由基的已知的光引發(fā)劑。作為上述光聚合引發(fā)劑,例如,可舉出苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻丙基醚、苯偶姻異丁基醚、苯偶姻苯基醚等苯偶姻醚類、二苯甲酮、N,N’-四甲基-4,4’-二氨基二苯甲酮(米蚩酮)、N,N’-四乙基-4,4’-二氨基二苯甲酮等二苯甲酮類、苯偶酰二甲基縮酮(Ciba Japan Chemicals公司制,IRGACURE 651)、苯偶酰二乙基縮酮等苯偶酰縮酮類、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、對叔丁基二氯苯乙酮、對二甲基氨基苯乙酮等苯乙酮類、2,4-二甲基噻噸酮、2,4-二異丙基噻噸酮等呫噸酮類、或羥基環(huán)己基苯基酮(Ciba Specialty Chemicals公司制,IRGACURE 184)、1-(4-異丙基苯基)-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮(Ciba Japan Chemicals公司制,Darocure 1116)、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(Merck公司制,Darocure 1173)等。它們可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
另外,作為上述光聚合引發(fā)劑,例如,可舉出2,4,5-三烯丙基咪唑二聚物與2-巰基苯并噁唑、無色結(jié)晶紫、三(4-二乙基氨基-2-甲基苯基)甲烷等的組合等。另外,例如,像針對二苯甲酮使用三乙醇胺等叔胺那樣,可適當(dāng)使用已知的添加劑。
對于上述光聚合引發(fā)劑的配合量而言,例如,相對于上述基體樹脂100重量份,可使用0.1~5重量份。
作為上述基體樹脂的折射率,例如為1.4~1.7的范圍、1.45~1.65的范圍、或1.45~1.55的范圍。在一些實施方式中,聚合物基體材料的折射率為1.5。
作為上述高分子熒光色素化合物,優(yōu)選為較之超過410nm的波長區(qū)域的光而言更多地吸收波長區(qū)域300~410nm的光的高分子熒光色素化合物。這是因為,在雖然吸收410nm以下的波長區(qū)域的光、但更多地吸收超過410nm的波長區(qū)域的光的情況下,光電轉(zhuǎn)換層可利用的光的總量會減少。通過較之超過410nm的波長區(qū)域的光而言更多地吸收300~410nm的波長區(qū)域的光,從而不會減少光電轉(zhuǎn)換層可利用的光(直接光),也可利用經(jīng)波長轉(zhuǎn)換的光,結(jié)果,能夠增加光電轉(zhuǎn)換層可利用的光的總量。
上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物例如可通過如上所述地使具有波長轉(zhuǎn)換功能的上述高分子熒光色素化合物分散在上述基體樹脂中等而形成。另外,上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物也可使用上述高分子熒光色素化合物來代替上述基體樹脂作為上述組合物的基體原材料。
另外,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物中,優(yōu)選以0.05~100重量%的量包含上述高分子熒光色素化合物,也可以為0.01~80重量%,也可以為0.1~50重量%,也可以為1~30重量%,還可以為1~10重量%。
另外,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物中,相對于上述樹脂基體100重量份,優(yōu)選以0.01~100重量份的量包含上述高分子熒光色素化合物,也可以為0.1~50重量份,也可以為1~20重量份,還可以為1~10重量份。
上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物中,在不損害所期望的性能的范圍內(nèi),可適當(dāng)?shù)匕阎奶砑觿W鳛樯鲜鎏砑觿?,例如,可舉出熱塑性聚合物、抗氧化劑、防紫外線劑、光穩(wěn)定劑、有機過氧化物、填充劑、增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑、吸酸劑、粘土等。它們可單獨使用,也可混合2種以上而使用。
要制造上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物時,按照已知的方法進行即可。例如,可舉出:使用加熱混煉、超級混合機(高速流動混合機)、輥磨機、捏合機(Plastomill)等利用已知方法將上述的各材料混合而得到的方法等。另外,可在上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層的制造之前連續(xù)進行。
(波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層)
另一方面,本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層的特征在于,是使用上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物形成的。
要制造上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層時,按照已知的方法進行即可。例如,可利用下述方法適當(dāng)?shù)刂圃欤豪猛ǔ5臄D出成型、壓延成型(壓延)、真空熱壓等,將使用加熱混煉、超級混合機(高速流動混合機)、輥磨機、捏合機等利用已知方法混合上述的各材料而得到的組合物進行成型,從而得到片狀物的方法。另外,可利用在PET膜等上形成上述層后、將其轉(zhuǎn)印至表面保護層的方法進行制造。另外,可使用利用熱熔涂敷器同時進行熔融混煉和涂布的方法。
更具體而言,例如,可直接將包含上述基體樹脂及上述高分子熒光色素化合物等的上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物涂布于表面保護層或隔膜等,也可將上述材料與其他材料制成混合組合物后進行涂布。另外,可以利用蒸鍍、濺射、氣溶膠沉積法等形成上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物。
以上述混合組合物的形式進行涂布時,基于對加工性的考慮,上述基體樹脂的熔點優(yōu)選為50~250℃,更優(yōu)選為50~200℃,進一步優(yōu)選為50~180℃。另外,例如,上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料組合物的熔點為50~250℃時,對于上述組合物的熔融混煉及涂布溫度而言,優(yōu)選于比上述熔點高30~100℃的溫度進行。
另外,在一些實施方式中,通過下述工序?qū)⒉ㄩL轉(zhuǎn)換型封裝材料層制造成薄膜結(jié)構(gòu)體:工序(i),制備以規(guī)定的比率將聚合物(基體樹脂)粉末溶解于溶劑(例如,四氯乙烯(TCE)、環(huán)戊酮、二氧雜環(huán)己烷等)中而得到的聚合物溶液;工序(ii),通過以規(guī)定的重量比將聚合物溶液與發(fā)光色素混合,得到含有色素的聚合物溶液,從而制備含有聚合物混合物的發(fā)光色素(高分子熒光色素化合物等);工序(iii),使含有色素的聚合物溶液直接流入玻璃基板上,然后用2小時于室溫~最高100℃對基板進行熱處理,通過進一步于130℃進行一夜真空加熱從而將殘留溶劑完全除去,由此形成色素/聚合物薄膜;以及,工序(iv),在使用前,在水中將色素/聚合物薄膜剝離,然后,將自立型聚合物膜完全干燥;(v),可通過改變色素/聚合物溶液的濃度及蒸發(fā)速度來控制膜的厚度。
另外,在進行上述加熱混煉處理等而進行加工的情況下,上述高分子熒光色素化合物的熔點過高時,難以均勻地在體系內(nèi)(聚合物基體中等)分散·溶解,有時色素難以在得到的片材中均勻分散。因此,作為上述高分子熒光色素化合物,其熔點為200℃以下,優(yōu)選為180℃以下,進一步優(yōu)選為150℃以下。但是,在過低時,也會產(chǎn)生滲出等不良情況,因此,有時熔點為50℃以下的高分子熒光色素化合物在上述工序中較差。因此,上述熔點優(yōu)選為50℃以上,更優(yōu)選為60℃以上,進一步優(yōu)選為70℃以上。通過使用上述這樣的本發(fā)明的生色團,將會容易得到尤其是在形成片材時的均勻性,生產(chǎn)·加工性特別優(yōu)異。
上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層的厚度優(yōu)選為20~2000μm,更優(yōu)選為50~1000μm,進一步優(yōu)選為100~800μm。比5μm薄時,導(dǎo)致不易呈現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換功能。另一方面,比700μm厚時,在成本方面不利。另外,通過使用波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層,從而即使在將上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層形成為例如600μm的薄的層時,也能夠使上述色素化合物不滲出或大幅減少其滲出。
上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層的光學(xué)厚度(吸光度)優(yōu)選為0.5~6,更優(yōu)選為1~4,進一步優(yōu)選為1~3。上述吸光度低時,將不易呈現(xiàn)波長轉(zhuǎn)換功能。另一方面,上述吸光度過大時,在成本方面也不利。需要說明的是,上述吸光度是按照朗伯-比爾定律算出的值。
(太陽能電池模組)
本發(fā)明的太陽能電池模組1的特征在于,包括表面保護層10、上述太陽能電池用封裝材料層20及太陽能電池單元30。作為一例,圖1、2中示出了簡易的示意圖,但本發(fā)明不受其限制。另外,在太陽能電池單元的背面?zhèn)冗€可適當(dāng)?shù)鼐哂蟹庋b材料層40、背板50。另外,在上述各層間,可適當(dāng)?shù)卮嬖谡辰硬牧蠈?、粘合劑層等其他層,只要不損害上述太陽能電池用封裝材料層的上述功能即可。另外,作為上述背面用的封裝材料層,可適當(dāng)?shù)厥褂帽景l(fā)明的波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層。
上述太陽能電池模組由于具有上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層,因此,通常可將不能用于光電轉(zhuǎn)換的波長轉(zhuǎn)換成能用于光電轉(zhuǎn)換的波長。具體而言,將某波長轉(zhuǎn)換成比其更長的波長,例如,可將比380nm短的波長轉(zhuǎn)換成380nm以上的波長。尤其是,將紫外線區(qū)域的波長(200nm~365nm)轉(zhuǎn)換成可見光區(qū)域的波長(400~800nm)。另外,可用于光電轉(zhuǎn)換的波長的范圍根據(jù)太陽能電池的種類的不同而改變,例如,即使是硅系太陽能電池,也將根據(jù)使用的硅的結(jié)晶形態(tài)而改變。例如,認(rèn)為在非晶硅太陽能電池的情況下為400nm~700nm,在多晶硅太陽能電池的情況下為約600nm~1100nm。因此,可用于光電轉(zhuǎn)換的波長并非一定限于可見光區(qū)域的波長。此外,通過具有上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層,從而即使在長期保存試驗中上述高分子熒光色素化合物也不析出,還可抑制上述高分子熒光色素化合物向背面用封裝材料層40等移動,形成穩(wěn)定且均勻的太陽能電池模組。
作為上述太陽能電池單元,例如,可使用硫化鎘/碲化鎘太陽能電池、銅銦鎵二硒化物太陽能電池、無定形、微晶硅太陽能電池或晶體硅太陽能電池。更詳細(xì)而言,可應(yīng)用于使用了非晶硅、多晶硅等的硅系太陽能電池、使用了GaAs、CIS、CIGS等的化合物半導(dǎo)體系太陽能電池、有機薄膜型太陽能電池、染料敏化型太陽能電池、量子點型太陽能電池等有機系太陽能電池。在上述任一種太陽能電池的情況下,在通常的使用中,紫外線區(qū)域的波長均難以用于光電轉(zhuǎn)換。作為上述太陽能電池單元,優(yōu)選為晶體硅太陽能電池。
在上述太陽能電池模組的制造中,可將上述太陽能電池用封裝材料層轉(zhuǎn)印至上述太陽能電池單元等,也可直接涂布形成于上述太陽能電池單元上。另外,也可使上述太陽能電池用封裝材料層與其他層同時形成。
另外,本發(fā)明的太陽能電池模組優(yōu)選被配置為使得入射光在到達太陽能電池單元之前先通過上述波長轉(zhuǎn)換型封裝材料層。通過形成上述構(gòu)成,能更可靠地將更寬范圍的光譜的太陽能轉(zhuǎn)換成電,能有效地提高光電轉(zhuǎn)換效率。
作為上述表面保護層,可使用作為太陽能電池用途的表面保護層而使用的已知的表面保護層。作為上述表面保護層,例如,可舉出前板(front sheet)、玻璃等。作為上述玻璃,例如,可適當(dāng)使用白板、有壓紋或無壓紋等的各種玻璃。
實施例
以下,對具體描述本發(fā)明的構(gòu)成和效果的實施例等進行說明。
〔實施例1〕
對于化合物(1)所示的甲基丙烯酸酯化合物(0.50g),使用AIBN(偶氮雙異丁腈)(7.4mg)、四氫呋喃(2ml),于80℃,在氮氣氣氛下攪拌3小時,由此,得到化合物(2)所示的聚甲基丙烯酸酯型化合物(收量為0.45g)。得到的化合物(2)的數(shù)均分子量為10500,重均分子量為17500。
[化學(xué)式9]
[化學(xué)式10]
〔實施例2〕
對于化合物(1)所示的甲基丙烯酸酯化合物(0.50g)、和丙烯酸丁酯(0.50g)、AIBN(偶氮雙異丁腈)(15mg),使用甲苯(4ml),于80℃,在氮氣氣氛下攪拌3小時,由此,得到作為共聚物的化合物(3)所示的聚甲基丙烯酸酯型化合物(收量為0.91g)。得到的化合物(3)的數(shù)均分子量為10200,重均分子量為16000。
[化學(xué)式11]
〔實施例3〕
對于化合物(4)所示的含有羥基的化合物(0.50g)、和聚(乙烯-丙烯酸甲酯)(10g,住友化學(xué)公司制,EMMA樹脂),以四乙醇鈦(30mg)為催化劑,在甲苯(50ml)溶劑中,于100℃,在氮氣氣氛下攪拌3小時,由此,得到作為共聚物的化合物(5)所示的聚(乙烯-丙烯酸酯)化合物(收量為8.5g)。得到的化合物(5)的數(shù)均分子量為49000,重均分子量為124000。
[化學(xué)式12]
[化學(xué)式13]
〔實施例4〕
將聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(10g,住友化學(xué)公司制,KA30)溶解于甲苯(100g)中,添加甲醇鈉(0.54g),在室溫下攪拌3小時,得到使聚(乙烯-乙酸乙烯酯)的乙?;M行了部分水解而成的聚合物溶液。接著,向該聚合物溶液中添加1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽(9.6g)、和化合物(6)所示的含有羧酸的化合物(0.1g)、二甲基氨基吡啶(催化量),在室溫下攪拌6小時。然后,進一步添加乙酸(0.5g),在室溫(25℃)下攪拌6小時,由此,得到作為共聚物的化合物(7)所示的聚(乙烯-乙酸乙烯酯-酰氧基)化合物(收量為8.3g)。得到的化合物(7)的數(shù)均分子量為49900,重均分子量為125000。
[化學(xué)式14]
[化學(xué)式15]
〔實施例5〕
除了將化合物(6)所示的含有羧酸的化合物的使用量變更為0.02g以外,與實施例4中的方法同樣地,得到作為與化合物(7)結(jié)構(gòu)類似的共聚物的化合物(7’)(收量為8.1g)。得到的化合物(7’)的數(shù)均分子量為51900,重均分子量為129000。
〔實施例6〕
對于化合物(8)所示的含有氯原子的化合物(0.50g)、和苯酚線型酚醛樹脂(Phenol Novolacs)(0.42g,明和化成公司制,MEH-7851SS),使用異丁基溴(0.50g)、碳酸鉀(0.55g)及二甲基甲酰胺(5ml),于130℃,在氮氣氣氛下攪拌3小時,由此,得到化合物(9)所示的將苯酚線型酚醛樹脂的羥基進行醚化而成的化合物(收量為0.65g)。得到的化合物(9)的數(shù)均分子量為3200,重均分子量為7700。
[化學(xué)式16]
[化學(xué)式17]
〔實施例7〕
將聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(70g,住友化學(xué)公司制,KA30)、和化合物(1)所示的含有甲基丙烯酸基的化合物(0.50g)混煉,進行真空加壓,由此,得到導(dǎo)入有交聯(lián)基團的熒光色素化合物分散于EVA基體中而成的膜(厚度:100μm)。針對得到的膜,使用電子束照射裝置(NHV公司制,EBC300-60)進行電子束照射(加速電壓為250keV,照射量為90kGy,氮氣氣氛下),由此,得到在EVA基體中接枝聚合熒光色素化合物而成的共聚物。
〔實施例8〕
代替化合物(1)所示的含有甲基丙烯酸基的化合物(0.50g),使用化合物(10)所示的含有己烯基的化合物(0.50g),除此之外,與實施例7中的方法同樣地,得到在EVA基體中接枝聚合熒光色素化合物而成的共聚物。
[化學(xué)式18]
〔比較例1〕
對于化合物(11)所示的二溴化合物(0.50g)、和4-叔丁基苯基硼酸(0.59g),使用雙三苯基膦二氯化鈀(5mg)、碳酸鉀(1.04g)、水(2ml)及甲苯(4ml),于110℃,在氮氣氣氛下攪拌2小時,由此,得到化合物(12)所示的芳香族低分子量化合物(收量為0.57g)。得到的化合物(12)的分子量可由化學(xué)式算出,為439.64,這是不言自明的。
[化學(xué)式19]
[化學(xué)式20]
〔比較例2〕
對于化合物(11)所示的二溴化合物(0.5g)、和4,4’-聯(lián)苯二硼酸(0.38g),使用鈀碳(Pd 10%,約55%水濕潤品)(30mg)、碳酸鉀(1.03g)、水(2ml)及異丙醇(2ml),于85℃,在空氣氣氛下攪拌4小時,由此,得到化合物(12)所示的芳香族化合物(收量為0.05g)。得到的化合物(13)的數(shù)均分子量為3500,重均分子量為7500。
[化學(xué)式21]
〔比較例3〕
使用了作為紫外線吸收劑的2-羥基-4-正辛基氧基二苯甲酮。
(分子量的測定)
對于數(shù)均分子量、重均分子量而言,使用GPC裝置(TOSOH公司制,HLC-8220GPC)進行測定。測定條件如下所述。
·樣品濃度:0.001重量%(THF溶液)
·樣品注入量:10μl
·洗脫液:氯仿
·流速:0.3ml/min
·測定溫度:40℃
·柱:TSKgel,Super HZM-H/HZ2000/HZ1000
·檢測器:差示折射計(RI)
需要說明的是,上述分子量利用換算為聚苯乙烯的值求出。
(最大吸收波長·熒光發(fā)光波長的測定)
測定實施例及比較例中使用的熒光發(fā)光化合物的最大吸收波長及熒光發(fā)光波長。最大吸收波長的測定使用紫外可見分光光度計(日本分光株式會社制,V-560)進行,測定在Abs測定中顯示最大值的波長。
熒光發(fā)光波長的測定使用Hitachi High-Technologies公司制的F-4500進行,測定(激發(fā)-發(fā)光)三維測定中的顯示最大發(fā)光強度的波長。
(封裝樹脂組合物的制作)
量取100質(zhì)量份作為透明分散介質(zhì)樹脂的聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(EVA)(住友化學(xué)公司制:KA-30)、表中所示的重量份的實施例·比較例的化合物,利用LaboPlastomill(東洋精機公司制:10C100),于80℃進行混煉,得到封裝樹脂組合物。另外,對于實施例5的化合物,不使用聚(乙烯-乙酸乙烯酯)而直接使用。
(封裝片材的制作)
將上文中得到的封裝樹脂組合物夾入脫模片材中,使用真空熱壓裝置(Mikado Technos公司制:VS20-3430),于100℃進行加壓,制作約400μm厚的封裝片材。
(太陽能電池模組的效率測定)
將上文中得到的封裝片材裁切成20×20cm,裝載作為保護玻璃的強化玻璃(旭硝子公司制:Solyte)、封裝片材、太陽能電池單元(Q-CELLS公司制:Q6LTT3-G2-200/1700-A,晶體硅型)、背面用封裝片材(400μm厚的EVA片材)、作為背板的PET膜,使用真空層壓機(株式會社NPC:LM-50x50-S),在140℃、真空5分鐘、加壓10分鐘的條件下進行層壓,制作太陽能電池模組。
(太陽能電池模組的Jsc測定)
使用光譜靈敏度測定裝置(分光計器公司制,CEP-25RR),測定上文中得到的太陽能電池模組的光譜靈敏度,得到由光譜靈敏度測定算出的Jsc值。需要說明的是,Jsc值是指,通過由光譜靈敏度測定裝置進行樣品測定得到的光譜靈敏度光譜和基準(zhǔn)太陽光的運算而算出的短路電流密度。
使用實施例1及比較例3的各封裝片材制作的太陽能電池模組中,測定各自的Jsc值,結(jié)果,實施例1的太陽能電池模組的Jsc值比比較例13的太陽能電池模組的Jsc值大1.5%,觀察到光電轉(zhuǎn)換效率的提高。
(色素固定化度的驗證)
使用實施例·比較例中得到的各熒光發(fā)光化合物,制作EVA片材。將得到的片材浸漬于溶劑中,使其含浸溶劑,利用分光光度計測定溶出試驗前后的片材的吸光度,進行比較。
將得到的各封裝片材300mg放置于50ml異丙醇中,于40℃靜置4小時,評價色素是否可溶出。然后,針對得到的封裝片材,在干燥后,測定封裝片材的最大吸收波長處的吸光度。通過比較各溶出實驗前后的最大吸收波長處的吸光度,算出已在樹脂中固定化的色素的比例并進行評價。需要說明的是,作為色素固定化度,使用利用下式算出的值。
固定化度(%)={(溶出試驗后的吸光度)/(溶出試驗前的吸光度)}×100
將得到的結(jié)果示于下述表1中。
[表1]
如上文所述,在得到的片材中,高分子波長轉(zhuǎn)換色素化合物結(jié)合進聚合物基體而被引入,或者其自身成為基體原材料,即使將片材浸漬于溶劑中而使其含浸溶劑,也不易溶出。因此,可知對于具有特定的苯并三唑部位的生色團以非共價鍵與聚合物結(jié)構(gòu)連結(jié)而成的本申請化合物而言,不僅能維持該生色團的吸收·發(fā)光特性,而且非溶出性也優(yōu)異。
附圖標(biāo)記說明
1 太陽能電池模組
10 表面保護層
20 太陽能電池用封裝材料層
30 太陽能電池單元
40 背面用封裝材料層
50 背板