[发明专利]包含四取代苯并杂二唑化合物的发光太阳能集中器

说明书

本发明涉及发光太阳能集中器(LSC)，其包含至少一种四取代苯并杂二唑化合物。

本发明还涉及至少一种四取代苯并杂二唑化合物在构建发光太阳能集中器(LSC)中的用途。

此外，本发明涉及一种光伏装置(或者太阳能装置)，其选自例如在刚性和挠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(LSC)，所述发光太阳能集中器包括至少一种四取代苯并杂二唑化合物。

已知聚合物或者硅光伏电池(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辐射。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辐射和一部分红外辐射。

能够捕集该最佳光谱范围之外的太阳辐射并将其转化成有效辐射的光谱转化材料可以用于增强光伏电池(或者太阳能电池)的性能。发光太阳能集中器(LSC)也可以用这些材料生产，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。

所述发光太阳能集中器(LSC)通常由对太阳辐射透明的大片材料组成，其中荧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，荧光分子发射的辐射是朝着所述片的薄边“导向”的，在这里它在位于其中的光伏电池(或者太阳能电池)上集中。以此方式，大表面的低成本材料(荧光片)可以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。

荧光化合物应当具有诸多的特性以有利地用于构建发光太阳能集中器(LSC)，并且它们并不总是彼此相容的。

首先，该荧光发射的辐射的频率必须对应于高于阈值的能量，低于该阈值时半导体(其代表了光伏电池(或者太阳能电池)的芯)不再能够起作用。

其次，荧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辐射，然后将其以期望的频率再发射。

还令人期望地是太阳辐射的吸收是极强的，以使得荧光化合物可以在最低的可能浓度下发挥其作用，避免使用大的量。

此外，太阳辐射的吸收过程和其随后在较低频率下的再发射必须以最高可能的效率进行，这使得所谓的非辐射损失最小，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。

最后，吸收和发射频率必须尽可能不同，因为否则荧光化合物分子所发射的辐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辐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(LSC)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辐射的频率对应于高于阈值的能量，低于该阈值时光伏电池(或者太阳能电池)不能发挥作用。

已知一些苯并噻二唑化合物，特别是4,7-二-(噻吩-2’-基)-2,1，3-苯并噻二唑(DTB)是荧光化合物，其可以用于构建发光太阳能集中器(LSC)。这种类型的化合物描述在本申请人名下的国际专利申请WO2011/048458中。

4,7-二-(噻吩-2’-基)-2,1,3-苯并噻二唑(DTB)的特征在于发射中心在579nm附近，其对应于远高于用于光伏电池(或者太阳能电池)发挥作用的最小阈值的能量值，所述阈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1100nm的波长，基于硅。此外，它的光辐射吸收是强的，并且在相当宽范围的波长上扩展，表示为550nm(绿色辐射波长)到紫外线。最后，4,7-二-(噻吩-2’-基)-2,1,3-苯并噻二唑(DTB)在二氯甲烷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(LSC)的大部分市售产品。

由于这些原因，使用4,7-二-(噻吩-2’-基)-2,1,3-苯并噻二唑(DTB)已经能够生产优异品质的发光太阳能集中器(LSC)。

但是，虽然4,7-二-(噻吩-2’-基)-2,1,3-苯并噻二唑(DTB)吸收了大部分的太阳光谱，和虽然它具有高的荧光量子产率(φ)，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：

(φ)＝发射光子的数目/吸收光子的数目 (1)

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。