包含四取代苯并雜二唑化合物的發光太陽能集中器的制造方法
【專利說明】包含四取代苯并雜二性化合物的發光太陽能集中器
[0001] 本發明設及發光太陽能集中器化SC),其包含至少一種四取代苯并雜二挫化合物。
[0002] 本發明還設及至少一種四取代苯并雜二挫化合物在構建發光太陽能集中器化SC) 中的用途。
[0003] 此外，本發明設及一種光伏裝置(或者太陽能裝置），其選自例如在剛性和曉性載 體二者上的光伏電池(或者太陽能電池）、光伏模塊(或者太陽能模塊），包含發光太陽能集 中器化SC),所述發光太陽能集中器包括至少一種四取代苯并雜二挫化合物。
[0004] 已知聚合物或者娃光伏電池（或者太陽能電池）（其是目前市場上最廣泛使用的） 都不能有效的利用全部的太陽能福射。它們的效率實際上僅僅在某一光譜范圍內是最大 的，該光譜范圍包含一部分可見福射和一部分紅外福射。
[0005] 能夠捕集該最佳光譜范圍之外的太陽福射并將其轉化成有效福射的光譜轉化材 料可W用于增強光伏電池(或者太陽能電池）的性能。發光太陽能集中器化SC)也可W用運 些材料生產，其允許進一步增加光伏電池(或者太陽能電池）中電流的產生。
[0006] 所述發光太陽能集中器化SC)通常由對太陽福射透明的大片材料組成，其中巧光 物質分散或者化學鍵合到所述的材料上，其充當了光譜轉化劑。歸因于全反射的光學現象 的效應，巧光分子發射的福射是朝著所述片的薄邊"導向"的，在運里它在位于其中的光伏 電池(或者太陽能電池)上集中。W此方式，大表面的低成本材料(巧光片)可W用于將光集 中到小表面的高成本材料[光伏電池(或者太陽能電池）]上。
[0007] 巧光化合物應當具有諸多的特性W有利地用于構建發光太陽能集中器化SC),并 且它們并不總是彼此相容的。
[000引首先，該巧光發射的福射的頻率必須對應于高于闊值的能量，低于該闊值時半導 體(其代表了光伏電池(或者太陽能電池)的忍)不再能夠起作用。
[0009] 其次，巧光化合物的吸收光譜應當盡可能寬，來吸收大部分的入射太陽福射，然后 將其W期望的頻率再發射。
[0010] 還令人期望地是太陽福射的吸收是極強的，W使得巧光化合物可W在最低的可能 濃度下發揮其作用，避免使用大的量。
[0011] 此外，太陽福射的吸收過程和其隨后在較低頻率下的再發射必須W最高可能的效 率進行，運使得所謂的非福射損失最小，其經常用術語"熱能化"來統一表示:該過程的效率 通過它的量子收率(quantic yield)來測量。
[0012] 最后，吸收和發射頻率必須盡可能不同，因為否則巧光化合物分子所發射的福射 將被相鄰分子吸收和至少部分漫射。所述現象(通常稱作自吸收)不可避免地導致了效率的 顯著損失。峰頻率與吸收光譜較低的頻率和發射福射的峰的較低頻率之間的差值通常表示 為斯托克斯頻移，并且是作為nm來測量的（即，它不是所測量的兩個頻率之間的差值，而是 對應于它們的兩個波長之間的差值）。高斯托克斯頻移是獲得發光太陽能集中器化SC)的高 效率所絕對必需的，必需要記住的，并且已經提及的是發射福射的頻率對應于高于闊值的 能量，低于該闊值時光伏電池(或者太陽能電池)不能發揮作用。
[0013] 已知一些苯并嚷二挫化合物，特別是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用于構建發光太陽能集中器化sc)。運種類型的化合物描述在 本申請人名下的國際專利申請W02011/048458中。
[0014] 4，7-二-(嚷吩-2 基)-2，1，3-苯并嚷二挫(DTB)的特征在于發射中屯、在57化m附 近，其對應于遠高于用于光伏電池（或者太陽能電池)發揮作用的最小闊值的能量值，所述 闊值例如對應于用于最廣泛使用的光伏電池(或者太陽能電池）的大約1100皿的波長，基于 娃。此外，它的光福射吸收是強的，并且在相當寬范圍的波長上擴展，表示為550nm(綠色福 射波長巧Ij紫外線。最后，4，7-二-(嚷吩-2 基)-2，1，3-苯并嚷二挫(DTB)在二氯甲燒溶液 中的斯托克斯頻移等于134nm，遠高于迄今所提出的用于發光太陽能集中器化SC)的大部分 市售產品。
[0015] 由于運些原因，使用4,7-二-(嚷吩-2'-基)-2,1,3-苯并嚷二挫(DTB)已經能夠生 產優異品質的發光太陽能集中器化SC)。
[0016] 但是，雖然4，7-二-(嚷吩-2 基)-2，1，3-苯并嚷二挫(DTB)吸收了大部分的太陽 光譜，和雖然它具有高的巧光量子產率（4 )，其是根據下文所示的等式（1)，作為單位時間 發射光子的數目和發光分子所吸收的光子的數目之間的比率來定義的：
[0017] ( (6)=發射光子的數目/吸收光子的數目（1)
[0018] 并且等于0.9(應當注意的是最大值等于1)，它也具有顯著的光降解性。
[0019]所述的巧光量子產率（(6)已經在無水二氯甲燒(C此亂）中，在室溫(25°C)下，根據 現有技術已知的技術進行了測量，如J.R. LakowiCZ在"Principles of Fluorescence Spectroscopy" (2006)，第S版，Springer中所述。
[0020]本申請人因此考慮了發現具有較高巧光量子產率（d))和較低光降解性的化合物 的問題。
[0021 ]本申請人現在已經發現具有特定通式（即，具有下文所示通式（I))的四取代苯并 雜二挫化合物可W有利地用于構建發光太陽能集中器化SC)。所述發光太陽能集中器化SC) 可W有利地用于在剛性和曉性載體二者上構建光伏裝置(或者太陽能裝置)例如諸如光伏 電池(或者太陽能電池），光伏模塊(或者太陽能模塊）。所述四取代苯并雜二挫化合物實際 上具有較高的巧光量子產率（Cl))，因此允許改進光譜轉化方法，和因此改進了它們用于其 中的發光太陽能集中器化SC)和光伏裝置(或者太陽能裝置)的性能。此外，歸因于存在取代 基R3和R4,所述四取代苯并雜二挫化合物具有較低的光降解性，因此它們用于其中的發光太 陽能集中器化SC)和光伏裝置(或者太陽能裝置)具有更長的持續期。
[0022]本發明的一個目標因此設及一種發光太陽能集中器化SC),其包含至少一種具有 通式(I)的四取代苯并雜二挫化合物：
[0024] 其中；
[0025] -Ri和R2彼此相同或不同，選自：任選取代的C6-C40，優選C6-C20，芳基；任選取代的 私-〔40，優選〔5-咖，雜芳基；
[0026] -R3和R4彼此相同或不同，選自：面素原子例如諸如氣、氯、漠、艦，優選氣;線性或者 支化的C1-C30，優選C1-C20，S面化烷基;任選取代的C6-C40，優選C6-C20，芳氧基;任選取代的 線性或者支化的C廣C30，優選C廣C20，烷氧基;任選取代的C4-C40，優選C日-C20，雜芳氧基；
[0027] -Z表示硫原子、氧原子或者砸原子;NRs基團，其中Rs表示氨原子或者選自任選含有 雜原子的線性或者支化的C廣C30，優選C6-C24，烷基;CRsR?基團，其中Rs和R?彼此相同或不同， 表示氨原子或者選自任選含有雜原子的線性或者支化的C1-C30，優選C6-C24，烷基，任選取代 的線性或者支化的C1-C30，優選C6-C24，烷氧基，任選取代的C3-C30，優選C4-C24，環烷基，或者 Rs和R?可W任選彼此鍵合與它們鍵合的其他原子一起來形成含有3-6個碳原子的環，其是飽 和的、不飽和的或者芳族的，任選用線性或者支化的C廣C30,優選C廣Cl日，烷基取代，所述環任 選含有雜原子例如諸如氧、硫、氮、娃、憐、砸。
[0028] 根據本發明的一種優選實施方案，在所述通式(I)中：
[0029] -Ri和化彼此相同，是雜芳基，優選嚷吩基；
[0030] -R3和R4彼此相同，表示面素原子，優選氣；
[0031] -Z表示硫原子。
[0032] 本發明的一個特別優選的方面因此設及一種發光太陽能集中器化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)的四取代苯并雜二挫化合物的巧光量子產率（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)例如在與用于4,7-二-(嚷吩-2'-基)-2,1,3-苯并嚷二挫 (DTB)相同的操作條件下所測量的巧光量子產率（d))等于0.98。
[0035] 在本說明書和W下權利要求中，數字范圍的定義總是包含極值，除非另有規定。
[0036] 在本說明書和W下權利要求中，術語"包含"還包括了術語"其基本組成為"或者 "其組成為"。
[0037] 術語乂6-C40芳基"指的是芳族的、單環或者多環基團，具有縮合環或者共價鍵，含 有6-40個碳原子。所述芳基可W任選用一個或多個彼此相同或不同的基團取代，并且所述 基團