发光太阳能聚光器的制造方法
【专利说明】发光太阳能聚光器
[0001] 本发明设及发光太阳能聚光器（luminescentsolarconcentrator)。
[0002] 更具体地，本发明设及包含含有至少一种光致发光化合物的水微乳液（aqueous microemulsion)的发光太阳能聚光器（LSC)。
[0003] 所述发光太阳能聚光器（LSC)可有利地用于太阳能装置（即用于开发利用太阳能 的装置）诸如例如，光伏电池（或太阳能电池）、光电解电池。所述发光太阳能聚光器（LSC) 还可有利地用于光伏窗（photovoltaicwindow)。
[0004] 在现有技术的水平中，开发利用太阳福射能的主要限制之一通过最佳地仅吸收具 有在窄光谱范围内的波长的福射的太阳能装置的能力表现。
[0005] 例如，对于从约300nm波长延伸至约2500nm波长的太阳福射光谱范围，例如，基于 晶体娃的光伏电池（或太阳能电池）在900-1100nm的范围内具有最佳的吸收区域（有效 光谱），而当暴露于其中波长低于约500皿的福射时，由于低于此限度变得显著的诱发的光 降解现象，聚合物光伏电池（或太阳能电池）可能受损。在从570皿至680皿（黄-澄）范 围内的光谱区域内，现有技术水平的太阳能装置的效率通常处于它的最大值。
[0006] 先前指出的缺点暗示了太阳能装置的受限的外量子效率巧犯)，所述外量子效率 定义为太阳能装置的半导体材料中产生的电子-空穴对的数目与入射在太阳能装置上的 光子的数目之间的比率。
[0007] 为了提高太阳能装置的外量子效率巧犯），已开发了装置，即发光太阳能聚光器 (LSC)，当其介入光福射源（太阳）和太阳能装置之间时，其选择性地吸收入射福射，所述入 射福射具有太阳能装置的有效光谱外的波长，再发射W光子的形式吸收的能量，所述光子 具有在有效光谱内的波长。当发光太阳能聚光器（LSC)再发射的光子的能量高于入射光子 的能量时，包括太阳能福射的吸收和随后的具有较低波长的光子的再发射的光致发光过程 还被称作"上转换"过程。相反地，当发光太阳能聚光器（LSC)发射的光子的能量低于入射 光子的能量时，光致发光过程被称作"下移"过程。
[000引现有技术发展水平中已知的发光太阳能聚光器（LSC)通常处于固态并且包括由 同样对感兴趣的福射透明的材料制成的支架（例如，透明玻璃或透明聚合物材料），该材料 包括由有机化合物或金属络合物组成的光致发光化合物。特别地，支架对具有在太阳能装 置的有效光谱内的频率的福射透明。
[0009] 所述光致发光化合物可作为薄膜沉积在玻璃支架上或，诸如在聚合物材料的情况 下，它们可在聚合物基体内分散。可选择地，聚合物基体可直接用光致发光发色团官能化。
[0010] 理想地，为了用于发光太阳能聚光器化SC)，光致发光化合物必须具有如下特征：
[0011] -高发光量子效率（〇)[(0)根据下面等式（1)被定义为发光分子每单位时间发 射的光子数目和吸收的光子数目之间的比率，并且具有等于1的最大值]:
[001引 （ft)=发射的光子数目/吸收的光子数目（1);
[0013] -宽吸收带；
[0014]-高摩尔消光系数（〇;
[0015]-发射带在光谱区内，其中太阳能装置最有效；
[0016] -吸收和发射带很好地分离，例如，其可由于定义为吸收带最大值的光谱位置和发 射带最大值的光谱位置之间差值的高斯托克斯位移（通常W频率单位（cnfi)计量）来获 得，W防止或最小化自吸现象。
[0017] 还已知处于液态的发光太阳能聚光器（LSC)。所述处于液态的发光太阳能聚光器 (LSC)通常由具有同样对感兴趣的福射透明的壁的容器（例如，透明玻璃或透明聚合材料） 构成，该容器填充有溶液，一般是有机溶剂诸如例如，甲苯、甲醇、己醇、氯仿、二氯苯中的溶 液，该溶液包含由有机化合物或金属络合物组成的光致发光化合物。特别地，所述壁对具有 在太阳能装置的有效光谱内的频率的福射透明。
[0018] 例如，在化olinY.等人公布在"JournalofAppliedPhysics" (2007)，第 101 卷，123114-1页-123114-9页的文章中描述了处于液态的发光太阳能聚光器（LSC)。在所 述的文章中，特别地，比较了包含半导体聚合物（例如，MDM0-PPV、MEH-D00PPV、红聚巧）或 "量子点"（例如，CdSe/化S，C地gTe)的发光太阳能聚光器（LSC)的性能与选作参考的包含 光致发光染料（即，罗丹明B)的发光太阳能聚光器（LSC)的性能。为了该个目的，上述半导 体聚合物溶于氯苯中，上述"量子点"分散于甲苯中，而罗丹明B溶于由碳酸丙締醋和己二 醇组成的混合物中。使用通过"弯曲"玻璃椿W形成矩形框架构造的"液体设备"并且将它 胶合在两个显微镜载片之间获得具有2.5cmx7. 5cmX0.5cm尺寸的"玻璃盒及通过后 来被密封的小开口将待分析化合物的溶液引入所述"玻璃盒"中来测量所述溶液的光效率。 获得的数据表明半导体聚合物（例如，MDM0-PPV、MEH-D00PPV、红聚巧）在发射带和吸收带 之间具有减少的重叠并且因此具有减少的自吸收；此外，可控制它们的吸收并且它们的寿 命在激发状态更长。另一方面，关于"量子点"，据信，市售的那些量子点因为它们具有高自 吸并且它们的量子产额低而不可方便地用作用于发光太阳能聚光器（LSC)的光致发光化 合物。在所述文章中，因此断言上述半导体聚合物可有利地用于发光太阳能聚光器（LSC) 中。
[0019] 在KennedyM.等人公布在"Proceedingsofthe2化(1EluropeanPhotovoltaic SolarElnergyConferenceandExhibition",第390 页-第393 页，2008年9 月 1-5 日，己伦 西亚，西班牙的文章中也描述了处于液态的发光太阳能聚光器化SC)。在所述文章中，相对 于包含单一染料的发光太阳能聚光器（LSC)，研究了包含合适浓度的不同染料W便增大太 阳光谱的吸收的发光太阳能聚光器（LSC)。然而，不同染料的使用具有缺点诸如例如，由于 自吸收效应的效率的损失。为了最优化用于包含多于一种染料的发光太阳能聚光器（LSC) 的构造的染料的类型和量，因此使用了适当修改的蒙特卡洛模型（Montecarlomodel)。然 后使用处于液态的发光太阳能聚光器（LSC)实验地校验该模型的预测，该是因为该些处于 液态的发光太阳能聚光器不像处于固态的那些发光太阳能聚光器，其一般由"渗杂"有光致 发光染料的透明聚合物组成，允许测量更简单和准确。对于所述目的，检验了不同浓度的 基于巧的染料在氯仿中的溶液和Basf染料（例如，Lumogen⑥黄170、澄240、红305)在 氯仿中的溶液。如此制备的溶液引入发光太阳能聚光器（LSC)中，所述发光太阳能聚光器 (LSC)由具有10cmX4cmX0.5cm的尺寸的石英比色皿和设置在比色皿一侧上的具有2cm X0.3cm的尺寸的娃光伏电池构成。
[0020] 从上述说明的内容，可推论的是，文献中已知的处于液态的发光太阳能聚光器 (LSC)具有小的尺寸和使用的溶剂相对减小的体积，适于实验室测量。因此，例如，适于太阳 能装置或适于光伏窗的处于液态的发光太阳能聚光器（LSC)的大规模制备，意味着不仅使 用大体积的有毒和/或易燃溶剂诸如例如，甲苯、二氯苯、氯仿、甲醇，还使用高量的光致发 光化合物，W获得相同的高浓度，W便改善太阳能装置的性能或包括所述发光太阳能聚光 器（LSC)的光伏窗的性能。
[0021] 因此本申请人已考虑找到能够克服上述缺点的处于液态的发光太阳能聚光器 (LSC)的问题。
[0022] 本申请人已发现可使用包含至少一种光致发光化合物的水微乳液获得处于液态 的发光太阳能聚光器（LSC)。所述水微乳液的使用允许限制有毒和/或易燃溶剂的使用。 此外，所述水微乳液的使用允许达到高浓度的局部光致发光化合物（即在微乳液的胶束内 高浓度的光致发光化合物），而不必采用高量的光致发光化合物。而且，所述水微乳液在它 们的寿命末期可容易地被替换，而不必替换整个太阳能装置或光伏窗，随之而来较低的维 护成本。如此获得的发光太阳能聚光器（LSC)能够改善太阳能装置诸如例如，光伏电池（或 太阳能电池）和光电解电池的性能。此外，所述发光太阳能聚光器（LSC)可有利地用于光 伏窗。
[0023] 因此本发明的目的设及包含含有至少一种光致发光化合物的水微乳液的发光太 阳能聚光器（LSC)。
[0024] 为了本说明书和下述权利要求的目的，除非另外规定，否则数值范围的定义总是 包括端值。
[0025] 为了本说明书和下述权利要求的目的，术语"包含"还包括术语"基本上由…组成" 或"由…组成"。
[0026] 为了本说明书和下述权利要求的目的，术语"微乳液"指被分散的相W胶束的形式 分布于分散相中的乳液，所述胶束具有在Inm至lOOnm范围