[发明专利]苯并二噻吩衍生物和它们作为光致发光化合物的用途

说明书

本发明涉及光致发光化合物或光致发光化合物的混合物。

更具体地，本发明涉及包含苯并醚代二唑(benzoetherodiazole)基团和至少一个苯并二噻吩基团的化合物，或包含苯并醚代二唑基团和至少一个苯并二噻吩基团的化合物的混合物。

所述化合物和所述化合物的混合物两者都能够有利地用作发光太阳能集中器(LSC)中的光谱转换器(spectrum converter)，该光谱转换器又能够提高太阳能装置(即利用太阳能的装置)诸如例如光伏电池、光电解电池的性能。

本发明还涉及发光太阳能集中器(LSC)，该发光太阳能集中器(LSC)包含至少一种包含苯并醚代二唑基团和至少一个苯并二噻吩基团的化合物，或至少一种包含苯并醚代二唑基团和至少一个苯并二噻吩基团的化合物的混合物，且还涉及包括所述发光太阳能集中器(LSC)的太阳能装置。

在现有技术下，利用太阳辐射的能量的主要限制之一由太阳能装置的最佳地排他地吸收具有在窄的光谱范围内的波长的辐射的能力来表示。

对于从约300nm的波长延伸到约2,500nm的波长的太阳辐射的光谱范围，例如，以晶体硅为基础的太阳能电池具有在900nm-1100nm范围之内的最佳吸收区域(有效光谱)，然而当聚合物太阳能电池暴露于具有低于约500nm的波长的辐射时，由于在该极限下变得显著的造成的光降解现象，聚合物太阳能电池可能被损坏。现有技术的太阳能装置的效率典型地在从570nm到680nm(黄色-橙黄色)范围内的光谱区域内处于其最大值。

前面提到的缺点意味着太阳能装置的有限的外部量子效率(EQE)，该外部量子效率被定义为在太阳能装置的半导体材料中产生的电子-空穴对的数量与撞击该装置的光子数量之间的比率。

为了改进太阳能装置的外部量子效率(EQE)，已开发了这样的装置，即发光太阳能集中器(LSC)，该装置当被插入在光辐射源(太阳)和太阳能装置之间时，选择性地吸收具有在该装置的有效光谱以外的波长的撞击辐射，并以具有在有效光谱之内的波长的光子的形式再发射所吸收的能量。当通过发光太阳能集中器(LSC)再发射的光子的能量高于撞击光子的能量时，包括吸收太阳辐射且随后再发射具有较低波长的光子的光致发光过程，也被称为“向上转换(up-conversion)”过程。相反地，当通过发光太阳能集中器(LSC)再发射的光子的能量低于撞击光子的能量时，该光致发光过程被称为“向下变换(down-shifting)”过程。

在现有技术中已知的发光太阳能集中器(LSC)典型地由支架组成，该支架由使得对感兴趣的辐射透明的材料(例如，聚合的或无机的玻璃)制成，该材料包含由有机分子或金属络合物组成的光致发光化合物。特别地，该支架对具有在太阳能装置的有效光谱之内的频率的辐射是透明的。

所述光谱转换器能够作为薄膜沉积在玻璃支架上，或如在聚合物材料的情况中，它们能够分散在聚合物基质内部。可替代地，能够用光致发光的发色团直接将聚合物基质官能化。

理想地，为了用于发光太阳能集中器(LSC)中，光谱转换器必须具有以下特征：

-高发光量子效率(Φ)[(Φ)根据下面的方程式(1)被定义为每单位时间，发射的光子的数量与通过发光分子吸收的光子的数量之间的比率，且具有等于1的最大值]；

(Φ)＝发射的光子的数量/吸收的光子的数量(1)；

-在太阳能装置具有低效率的光谱区域中的宽吸收带；

-高摩尔消光系数(ε)；

-在太阳能装置主要是有效的光谱区域中的窄的发射带；

-很好地分开的吸收带和发射带，即高斯托克斯频移(Stokes shift)，斯托克斯频移被定义为在吸收带的最大值的光谱位置与发射带的最大值的光谱位置之间的通常以频率单位(cm^-1)测量的差值，以防止自吸收现象或使自吸收现象减到最小。

已知-些苯并噻二唑化合物，特别地4，7-二-(噻吩-2’-基)-2，1，3-苯并噻二唑(DTB)是荧光化合物，其能够用作发光太阳能集中器(LSC)中的光谱转换器。这种类型的化合物在国际专利申请WO201I/048458中描述。