无色发光太阳能聚光器制造技术

一种无色发光太阳能聚光器(LSC)，其包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无色发光太阳能聚光器


[0001]本专利技术涉及无色发光太阳能聚光器。
[0002]更特别地，本专利技术涉及一种无色发光太阳能聚光器(LSC)，其包括包含透明材料基质、至少一种第一光致发光有机化合物和至少一种第二光致发光有机化合物的第一片；包含透明材料基质和至少一种第三有机化合物(任选光致发光)的第二片；所述第一、第二和第三有机化合物具有特定的吸收和发射范围。
[0003]所述无色发光太阳能聚光器(LSC)可以有利地用于需要通过利用光能，特别是太阳辐射能来发电的各种应用中，例如：建筑一体化光伏(BIPV)系统；光伏窗户；温室；光生物反应器；隔音屏障；照明；设计；广告；汽车行业。此外，所述无色发光太阳能聚光器(LSC)特别适用于双层玻璃中的应用。

技术介绍

[0004]在现有技术中，利用太阳辐射能量的一个主要限制表现为光伏器件(或太阳能器件)最佳地仅吸收波长落在窄光谱范围内的辐射的能力。
[0005]由于太阳辐射的光谱范围从约300nm的波长延伸到约2500nm的波长，基于晶体硅的光伏电池(或太阳能电池)具有例如在900nm
‑
1100nm范围内的最佳能量转换区，而聚合物光伏电池(或太阳能电池)如果暴露于波长低于约500nm的辐射下，则容易损坏，这是由于在低于该极限时会变得显著的诱导光降解现象。典型地，现有技术的光伏器件(或太阳能器件)的效率在570nm至680nm(黄橙色)的光谱区域中最大。
[0006]前述缺点涉及光伏器件(或太阳能器件)的有限外量子效率(EQE)，其定义为光伏器件(或太阳能器件)的半导体材料中产生的电子
‑
空穴对的数量与入射到所述光伏器件(或太阳能器件)上的光子数量之间的比率。
[0007]为了改善光伏器件(或太阳能器件)的外量子效率(EQE)，已经开发了一些仪器，这些仪器插在光辐射源(太阳)和光伏器件(或太阳能器件)之间，选择性地吸收波长在所述光伏器件(或太阳能器件)的有效光谱之外的入射辐射，以波长包含在有效光谱中的光子的形式发射所吸收的能量。所述仪器被称为“发光太阳能聚光器”(LSC)。当发光太阳能聚光器(LSC)重新发射的光子的能量高于入射光子的能量时，光致发光过程，包括吸收太阳辐射和随后以更短波长重新发射光子，也被称为上转换过程。相反，当发光太阳能聚光器(LSC)发射的光子的能量低于入射光子的能量时，光致发光过程被称为下转换过程(或下移(down
‑
shifting))。
[0008]通常，所述发光太阳能聚光器(LSC)由对太阳辐射透明的材料(例如，聚合物材料或玻璃)制成的大的片组成，在该大的片的内部，用作光谱转换器的光致发光化合物或者分散到所述聚合物材料上，或者与其化学连接，或者沉积在所述聚合物材料或玻璃的表面上。由于全反射的光学现象，光致发光化合物发射的辐射被“引导”向片的薄边缘，在该边缘处它们被聚集在放置在其中的光伏电池(或太阳能电池)上。以该方式，大表面的低成本材料(光致发光片)可以用来将光聚集在小表面的高成本材料[光伏电池(或太阳能电池)]上。
[0009]光致发光化合物可以以薄膜的形式沉积在玻璃或聚合物材料载体上，或者在聚合物材料的情况下，它们可以分散在聚合物基质内。或者，聚合物基质可以用光致发光发色基团直接官能化。
[0010]众所周知，前述光致发光化合物可以是有机性质的(例如，包含芳环的化合物)，或者是无机性质的(例如，量子点)。
[0011]有机性质的光致发光化合物通常在可见光区(400nm
‑
800nm)(其是太阳光谱中能量最高的区域)具有吸收范围和发射范围。为了最大限度地利用这种能量，从而改善发光太阳能聚光器(LSC)的性能，使用了包括能够在可见光谱的不同区域吸收和发射的各种光致发光化合物的体系，从而覆盖比单一光致发光化合物覆盖的区域更大的区域，即所谓的“多染料体系”，其通常包含在某些波长下，优选在400nm至700nm的波长下吸收和发射的光致发光化合物，使得由光致发光化合物发射的能量被另一种光致发光化合物重新吸收，并进一步重新发射等，以便利用来自太阳辐射的更宽的光谱范围。
[0012]例如，在20世纪70年代末，Schwartz B.A.等人在“Optics Letters”(1977)，第1卷，第2期，第73
‑
75页中描述了一种由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)片组成的平面太阳能聚光器，该聚甲基丙烯酸甲酯片包括两种光致发光化合物，即Coumarin 6和Rhodamine 6G(浓度等于约10
‑4M)的混合物。测量位于所述片一侧的硅光伏电池产生的电流，并与由仅含Coumarin 6(浓度等于约10
‑4M)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)片组成的参照平面太阳能聚光器的电流进行比较。发现由包含两种光致发光化合物的混合物的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)片组成的平面太阳能聚光器允许产生的电流等于仅包含Coumarin 6的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)片产生的电流的约两倍，表明Coumarin 6(电子供体化合物)能够吸收部分太阳能并将其转移至Rhodamine 6G(电子受体化合物)，Rhodamine 6G能够以更大的波长重新发射太阳能，覆盖的太阳光谱范围高于单独Coumarin 6或单独Rhodamine6G覆盖的范围。
[0013]Bailey S.T.等人在“Solar Energy Materials&Solar Cells”(2007)，第91卷，第67
‑
75页中描述了一种发光太阳能聚光器(LSC)，其由包含一种、两种或三种光致发光化合物的丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸乙酯共聚物的薄膜组成。因为膜的厚度通常小于片的厚度(即μm比mm)，所以目标是最大化分子间的接近度，以便具有非辐射能量转移(FRET
‑“
福斯特共振能量转移”)，从而改善性能。所用的光致发光化合物是4,4
‑
二氟
‑4‑
硼
‑
3a,4a
‑
二氮杂
‑
s
‑
茚烯(BODIPY)的衍生物，分别为BODIPY 494/505、BODIPY 535/558和BODIPY 564/591(其中数字分别对应于吸收和发射波长)。通过流延将浓度等于1
×
10
‑2m的染料溶液的沉积到前述共聚物的薄膜上来制备每种膜。发现包含三种不同光致发光化合物的发光太阳能聚光器(LSC)吸收350nm
‑
650nm范围内的光子的70％，比包含最好的单一染料的发光太阳能聚光器(LSC)多约1.5倍，且通过在片的一个边缘上放置两个PV电池制备的装置显示出效率提高了30％。
[0014]Goldschmidt J.C.等人在“Solar Energy Materials&Solar Cells”(2009)，第93卷，第176
‑
182页中，再本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无色发光太阳能聚光器(LSC)，其包括：
‑
第一片，其包括透明材料基质和至少一种第一光致发光有机化合物以及至少一种第二光致发光有机化合物，所述第一光致发光有机化合物具有400nm至550nm，优选420nm到至500nm的吸收范围和500nm至650nm，优选520nm至620nm的发射范围且所述第二光致发光有机化合物具有420nm至650nm，优选480nm至600nm的吸收范围和580nm至750nm，优选600nm至700nm的发射范围；
‑
第二片，其包括透明材料基质和至少一种第三有机化合物，任选光致发光的，所述第三有机化合物具有550nm至750nm，优选570nm至700nm的吸收范围和700nm至900nm，优选740nm至850nm的发射范围。2.一种无色发光太阳能聚光器(LSC)，其包括：
‑
第一片，其包括透明材料基质和至少一种第一光致发光有机化合物以及至少一种第二光致发光有机化合物，所述第一光致发光有机化合物具有400nm至550nm，优选420nm到至500nm的吸收范围和500nm至650nm，优选520nm至620nm的发射范围且所述第二光致发光有机化合物具有420nm至650nm，优选480nm至600nm的吸收范围和580nm至750nm，优选600nm至700nm的发射范围；
‑
第二片，其包括透明材料基质和至少一个非荧光透明粘合剂膜，所述非荧光透明粘合剂膜优选放置在所述第二片的主上表面上。3.根据权利要求1或2所述的无色发光太阳能聚光器(LSC)，其中所述第一片和第二片具有上表面、下表面和一个或多个外侧。4.根据前述权利要求中任一项所述的无色发光太阳能聚光器(LSC)，其中所述第一片和第二片彼此叠置，使得所述第一片和第二片的主表面彼此直接接触。5.根据前述权利要求中任一项所述的无色发光太阳能聚光器(LSC)，其中所述第一片的主下表面与所述第二片的主上表面直接接触。6.根据前述权利要求中任一项所述的无色发光太阳能聚光器(LSC)，其中所述第一片的主上表面更靠近光子源，而所述第二片的主下表面更远离光子源。7.根据前述权利要求中任一项所述的无色发光太阳能聚光器(LSC)，其中所述透明材料选自：透明聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚烯丙基二甘醇碳酸酯、聚甲基丙烯酰胺、聚碳酸酯醚、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯
‑
乙酸乙烯酯共聚物、乙烯
‑
四氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、聚氨酯、苯乙烯
‑
丙烯腈共聚物、苯乙烯
‑
丁二烯共聚物、聚苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯苯乙烯共聚物、聚醚砜、聚砜、三醋酸纤维素、由玻璃化转变温度(Tg)高于0℃的脆性基质(I)和尺寸低于100nm的弹性域组成的透明且耐冲击的交联丙烯酸组合物(为了更加简单，下文称为PMMA
‑
IR)，所述弹性域由玻璃化转变温度低于0℃的具有柔性特征的大分子序列(II)组成，或其混合物；透明玻璃，例如二氧化硅、石英、氧化铝、二氧化钛，或其混合物；优选选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PMMA
‑
IR，或其混合物；优选所述透明材料具有1.30至1.70范围内的折射率。8.根据前述权利要求中任一项所述的无色发光太阳能聚光器(LSC)，其中所述至少一种第一光致发光有机化合物选自：
‑
苯并噻二唑化合物，例如4,7
‑
双(噻吩
‑2‑
基)
‑
2,1,3
‑
苯并噻二唑(DTB)，或其混合物；
‑
二取代的苯并杂二唑化合物，例如4,7
‑
双[5
‑
(2,6
‑
二甲基苯基)
‑2‑
噻吩基]苯并[c]1,2,5
‑
噻二唑(MPDTB)、4,7
‑
双[5
‑
(2,6
‑
二异丙基苯基)
‑2‑
噻吩基]苯并[c]1,2,5
‑
噻二唑(IPPDTB)、4,7
‑
双[4,5
‑
(2,6
‑
二甲基苯基)
‑2‑
噻吩基]苯并[c]1,2,5
‑
噻二唑(2MPDTB)，或其混合物；
‑
二取代的二芳氧基苯并杂二唑化合物，例如5,6
‑
二苯氧基
‑
4,7
‑
双(2
‑
噻吩基)
‑
2,1,3
‑
苯并噻二唑(DTBOP)、5,6
‑
二苯氧基
‑
4,7
‑
双[5
‑
(2,6
‑
二甲基苯基)
‑2‑
噻吩基]苯并[c]1,2,5
‑
噻二唑(MPDTBOP)、5,6
‑
二苯氧基
‑
4,7
‑
双[5
‑
(2,5
‑
二甲基苯基)
‑2‑
噻吩基]苯并[c]1,2,5
‑
噻二唑(PPDTBOP)、5,6
‑
二苯氧基
‑
4,7
‑
双[5
‑
(2,5
‑
二甲基苯基)
‑2‑
噻吩基]苯并[c]1,2,5
‑
噻二唑(PPDTBOP)、5,6
‑
二苯氧基
‑
4,7
‑
双[5
‑
(2,6
‑
二异丙基苯基)
‑2‑
噻吩基]苯并[c]1,2,5
‑
噻二唑(IPPDTBOP)，或其混合物；
‑
苝和苝酰亚胺化合物，例如来自Basf的商品名为F083、Lumogen
TM
F170、F240的已知化合物，或其混合物；
‑
苯并吡喃酮化合物，例如来自Acros的商品名为Coumarin 6、Coumarin 30的已知化合物，或其混合物；或其混合物；优选为5,6
‑
二苯氧基
‑
4,7
‑
双[5
‑
(2,6
‑
二甲基苯基)
‑2‑
噻吩基]苯并[c]1,2,5
‑
噻二唑(MPDTBOP)。9.根据前述权利要求中任一项所述的无色发光太阳能聚光器(LSC)，其中所述至少一种第二光致发光有机化合物选自：
‑
二取代的苯并杂二唑化合物，例如4,7

【专利技术属性】
技术研发人员：利利亚娜，
申请(专利权)人：埃尼股份公司，
类型：发明
国别省市：