包含四取代苯并杂二唑化合物的发光太阳能集中器的制造方法
【专利说明】包含四取代苯并杂二性化合物的发光太阳能集中器
[0001] 本发明设及发光太阳能集中器化SC),其包含至少一种四取代苯并杂二挫化合物。
[0002] 本发明还设及至少一种四取代苯并杂二挫化合物在构建发光太阳能集中器化SC) 中的用途。
[0003] 此外，本发明设及一种光伏装置(或者太阳能装置），其选自例如在刚性和晓性载 体二者上的光伏电池(或者太阳能电池）、光伏模块(或者太阳能模块），包含发光太阳能集 中器化SC),所述发光太阳能集中器包括至少一种四取代苯并杂二挫化合物。
[0004] 已知聚合物或者娃光伏电池（或者太阳能电池）（其是目前市场上最广泛使用的） 都不能有效的利用全部的太阳能福射。它们的效率实际上仅仅在某一光谱范围内是最大 的，该光谱范围包含一部分可见福射和一部分红外福射。
[0005] 能够捕集该最佳光谱范围之外的太阳福射并将其转化成有效福射的光谱转化材 料可W用于增强光伏电池(或者太阳能电池）的性能。发光太阳能集中器化SC)也可W用运 些材料生产，其允许进一步增加光伏电池(或者太阳能电池）中电流的产生。
[0006] 所述发光太阳能集中器化SC)通常由对太阳福射透明的大片材料组成，其中巧光 物质分散或者化学键合到所述的材料上，其充当了光谱转化剂。归因于全反射的光学现象 的效应，巧光分子发射的福射是朝着所述片的薄边"导向"的，在运里它在位于其中的光伏 电池(或者太阳能电池)上集中。W此方式，大表面的低成本材料(巧光片)可W用于将光集 中到小表面的高成本材料[光伏电池(或者太阳能电池）]上。
[0007] 巧光化合物应当具有诸多的特性W有利地用于构建发光太阳能集中器化SC),并 且它们并不总是彼此相容的。
[000引首先，该巧光发射的福射的频率必须对应于高于阔值的能量，低于该阔值时半导 体(其代表了光伏电池(或者太阳能电池)的忍)不再能够起作用。
[0009] 其次，巧光化合物的吸收光谱应当尽可能宽，来吸收大部分的入射太阳福射，然后 将其W期望的频率再发射。
[0010] 还令人期望地是太阳福射的吸收是极强的，W使得巧光化合物可W在最低的可能 浓度下发挥其作用，避免使用大的量。
[0011] 此外，太阳福射的吸收过程和其随后在较低频率下的再发射必须W最高可能的效 率进行，运使得所谓的非福射损失最小，其经常用术语"热能化"来统一表示:该过程的效率 通过它的量子收率(quantic yield)来测量。
[0012] 最后，吸收和发射频率必须尽可能不同，因为否则巧光化合物分子所发射的福射 将被相邻分子吸收和至少部分漫射。所述现象(通常称作自吸收)不可避免地导致了效率的 显著损失。峰频率与吸收光谱较低的频率和发射福射的峰的较低频率之间的差值通常表示 为斯托克斯频移，并且是作为nm来测量的（即，它不是所测量的两个频率之间的差值，而是 对应于它们的两个波长之间的差值）。高斯托克斯频移是获得发光太阳能集中器化SC)的高 效率所绝对必需的，必需要记住的，并且已经提及的是发射福射的频率对应于高于阔值的 能量，低于该阔值时光伏电池(或者太阳能电池)不能发挥作用。
[0013] 已知一些苯并嚷二挫化合物，特别是4，7-二-(嚷吩-2 ' -基）-2，1，3-苯并嚷二挫 (DTB)是巧光化合物，其可W用于构建发光太阳能集中器化sc)。运种类型的化合物描述在 本申请人名下的国际专利申请W02011/048458中。
[0014] 4，7-二-(嚷吩-2 基)-2，1，3-苯并嚷二挫(DTB)的特征在于发射中屯、在57化m附 近，其对应于远高于用于光伏电池（或者太阳能电池)发挥作用的最小阔值的能量值，所述 阔值例如对应于用于最广泛使用的光伏电池(或者太阳能电池）的大约1100皿的波长，基于 娃。此外，它的光福射吸收是强的，并且在相当宽范围的波长上扩展，表示为550nm(绿色福 射波长巧Ij紫外线。最后，4，7-二-(嚷吩-2 基)-2，1，3-苯并嚷二挫(DTB)在二氯甲烧溶液 中的斯托克斯频移等于134nm，远高于迄今所提出的用于发光太阳能集中器化SC)的大部分 市售产品。
[0015] 由于运些原因，使用4,7-二-(嚷吩-2'-基)-2,1,3-苯并嚷二挫(DTB)已经能够生 产优异品质的发光太阳能集中器化SC)。
[0016] 但是，虽然4，7-二-(嚷吩-2 基)-2，1，3-苯并嚷二挫(DTB)吸收了大部分的太阳 光谱，和虽然它具有高的巧光量子产率（4 )，其是根据下文所示的等式（1)，作为单位时间 发射光子的数目和发光分子所吸收的光子的数目之间的比率来定义的：
[0017] ( (6)=发射光子的数目/吸收光子的数目（1)
[0018] 并且等于0.9(应当注意的是最大值等于1)，它也具有显著的光降解性。
[0019]所述的巧光量子产率（(6)已经在无水二氯甲烧(C此亂）中，在室溫(25°C)下，根据 现有技术已知的技术进行了测量，如J.R. LakowiCZ在"Principles of Fluorescence Spectroscopy" (2006)，第S版，Springer中所述。
[0020]本申请人因此考虑了发现具有较高巧光量子产率（d))和较低光降解性的化合物 的问题。
[0021 ]本申请人现在已经发现具有特定通式（即，具有下文所示通式（I))的四取代苯并 杂二挫化合物可W有利地用于构建发光太阳能集中器化SC)。所述发光太阳能集中器化SC) 可W有利地用于在刚性和晓性载体二者上构建光伏装置(或者太阳能装置)例如诸如光伏 电池(或者太阳能电池），光伏模块(或者太阳能模块）。所述四取代苯并杂二挫化合物实际 上具有较高的巧光量子产率（Cl))，因此允许改进光谱转化方法，和因此改进了它们用于其 中的发光太阳能集中器化SC)和光伏装置(或者太阳能装置)的性能。此外，归因于存在取代 基R3和R4,所述四取代苯并杂二挫化合物具有较低的光降解性，因此它们用于其中的发光太 阳能集中器化SC)和光伏装置(或者太阳能装置)具有更长的持续期。
[0022]本发明的一个目标因此设及一种发光太阳能集中器化SC),其包含至少一种具有 通式(I)的四取代苯并杂二挫化合物：
[0024] 其中；
[0025] -Ri和R2彼此相同或不同，选自：任选取代的C6-C40，优选C6-C20，芳基；任选取代的 私-〔40，优选〔5-咖，杂芳基；
[0026] -R3和R4彼此相同或不同，选自：面素原子例如诸如氣、氯、漠、舰，优选氣;线性或者 支化的C1-C30，优选C1-C20，S面化烷基;任选取代的C6-C40，优选C6-C20，芳氧基;任选取代的 线性或者支化的C广C30，优选C广C20，烷氧基;任选取代的C4-C40，优选C日-C20，杂芳氧基；
[0027] -Z表示硫原子、氧原子或者砸原子;NRs基团，其中Rs表示氨原子或者选自任选含有 杂原子的线性或者支化的C广C30，优选C6-C24，烷基;CRsR?基团，其中Rs和R?彼此相同或不同， 表示氨原子或者选自任选含有杂原子的线性或者支化的C1-C30，优选C6-C24，烷基，任选取代 的线性或者支化的C1-C30，优选C6-C24，烷氧基，任选取代的C3-C30，优选C4-C24，环烷基，或者 Rs和R?可W任选彼此键合与它们键合的其他原子一起来形成含有3-6个碳原子的环，其是饱 和的、不饱和的或者芳族的，任选用线性或者支化的C广C30,优选C广Cl日，烷基取代，所述环任 选含有杂原子例如诸如氧、硫、氮、娃、憐、砸。
[0028] 根据本发明的一种优选实施方案，在所述通式(I)中：
[0029] -Ri和化彼此相同，是杂芳基，优选嚷吩基；
[0030] -R3和R4彼此相同，表示面素原子，优选氣；
[0031] -Z表示硫原子。
[0032] 本发明的一个特别优选的方面因此设及一种发光太阳能集中器化SC),其包含具 有式（Ia)的5，6-二氣-4，7-二(嚷吩-2'-基)-2，1，3-苯并嚷二挫(DTBF2):
[0034] 如上所述，具有通式（I)的四取代苯并杂二挫化合物的巧光量子产率（d))高于4， 7-二-(嚷吩-2'-基)-2,1,3-苯并嚷二挫(DTB)。具有式（Ia)的5,6-二氣-4,7-二(嚷吩-2'-基)-2,1,3-苯并嚷二挫（DTBF2)例如在与用于4,7-二-(嚷吩-2'-基)-2,1,3-苯并嚷二挫 (DTB)相同的操作条件下所测量的巧光量子产率（d))等于0.98。
[0035] 在本说明书和W下权利要求中，数字范围的定义总是包含极值，除非另有规定。
[0036] 在本说明书和W下权利要求中，术语"包含"还包括了术语"其基本组成为"或者 "其组成为"。
[0037] 术语乂6-C40芳基"指的是芳族的、单环或者多环基团，具有缩合环或者共价键，含 有6-40个碳原子。所述芳基可W任选用一个或多个彼此相同或不同的基团取代，并且所述 基团