[发明专利]包含发光基团的酰亚胺化的聚合物和获取它们的方法

说明书

本申请是申请日为2009年12月17日、申请号为200980156255.4、发明名称为“包含发光基团的酰亚胺化的聚合物和获取它们的方法”的发明专利申请的分案申请。

本发明涉及包含发光基团的酰亚胺化的聚合物和获取它们的方法。具体地，本发明涉及丙烯酸单体的光敏聚合物和共聚物，包括被至少一个发光生色基基团优选光致发光的生色基基团官能化的酰亚胺基团。

本发明还涉及基于包含发光基团的酰亚胺化的聚合物的光谱转换器。

本发明属于光敏材料的领域，这类材料可用来构造用于利用太阳能的装置(下文中称为“太阳能装置”)，诸如，例如光伏电池和光电解电池。

在现有技术中，利用太阳辐射能的主要限制之一是太阳能装置最佳地和专门地吸收波长落在窄光谱范围内的辐射的能力。

相对于自约300nm波长延伸到约2,500nm波长的太阳辐射光谱范围，基于晶体硅的太阳能电池具有例如位于900-1,100nm范围内的最佳吸收区(有效光谱)，而聚合物太阳能电池如果暴露于波长低于约500nm的辐射则容易损坏，因为在该界限之下诱导的光降解现象变得显著。

为了克服这些缺点，已经开发了一类装置，当置于光辐射源(太阳)与太阳能装置之间时，能选择性地吸收波长位于所述太阳能装置的有效光谱范围之外的入射辐射，以波长位于所述有效光谱范围内的光子形式再次释放所吸收的能量。这些装置被称为“光谱转换器”或者“发光聚光器”。当所述转换器再次释放的光子能量高于入射光子的能量时，所述光致发光过程，包括太阳辐射的吸收和后续的具有更短波长的光子的再次释放，也被称为“上变频”过程。相反，当所述转换器释放的光子能量低于入射光子的能量时，所述光致发光过程被定义为“下变频”过程。

现有技术中已知的光谱转换器通常包括由特定材料制成的支持体，该材料对频率落在所述太阳能装置的有效光谱频率范围内的太阳辐射为通透的，所述支持体包括发光生色基基团，所述生色基基团包含有机分子或金属复合物(例如聚合或无机玻璃)。

所述生色基基团可以薄膜的形式沉积到玻璃支持体上，或者对于聚合材料的情况，它们可以分散到所述聚合基体内。不同的生色基基团(以不同的谱带吸收和/或释放)可以相互组合，以阻截更宽的辐射光谱范围，这或者通过分布具有不同组成的多层或者通过将多种生色基分散到所述聚合物物质内来实现。

通过将生色基物质分散到聚合基体内来制备光谱转换器存在多种缺点。具体地，该技术不能确保生色基物质在聚合基体内的均匀分布。此外，分散的生色基物质在聚合基体内还会发生离析(segregation)或扩散现象，导致光谱转换器的效力降低。

各种在聚合物熔体中的酰亚胺化(imidization)方法在本领域中已经公知一段时间了。这些方法基于聚合物的酰亚胺化反应，所述反应在高于其熔点的温度下使用特定试剂进行，所述试剂基于胺类、酰胺类或者能产生这些物质的化合物(参见例如文献US 4,968,755、IT1224419和IT 1227704)。酰亚胺化方法被用于改善聚合物的物理化学特性，特别是用于提高它们的玻璃化转化温度。另一方面，使用酰亚胺化方法来制备光敏聚合材料是未知的。

本发明的目的是克服现有技术的所述缺陷。

本发明的第一个目的涉及包括丙烯酸单体的光敏聚合物和共聚物的光谱转换器，所述光敏聚合物和共聚物包含被至少一个发光生色基基团，优选光致发光的生色基基团，官能化的环酰亚胺单元。

为了本发明的目的，丙烯酸单体指诸如例如丙烯酸和甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丙酯型的相关酯类、诸如丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺的酰胺类等的单体化合物。

根据本发明，适合的聚合物和共聚物有例如上述丙烯酸单体的聚合物和共聚物，优选丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的聚合物和共聚物，或者所述单体与乙烯基芳香单体优选苯乙烯的共聚物，统计型或者嵌段型的。所述聚合物和共聚物在其主链中包含上述改性的环酰亚胺单元。

在其主链中包含被至少一个发光生色基基团官能化的、具有通式(I)的以下环酰亚胺单元的本发明聚合物和共聚物是优选的：

其中R₁和R₂为氢或具有1-8个碳原子的烃基，优选脂肪烃基，并且更优选它们均为甲基，且R为发光生色基基团，优选光致发光的。

被至少一个发光生色基基团官能化的具有通式(I)的环酰亚胺单元具有源于取代的戊二酰亚胺的结构。