[发明专利]基于荧光三萘嵌二苯染料的荧光太阳能转化电池

说明书

本发明涉及荧光转化太阳能电池，其基于一个或多个由掺杂有至少一种荧光染料的聚合物构成的板和/或涂覆有该经掺杂的聚合物的玻璃板以及安装在所述板边缘上的光生伏打电池，该荧光转化太阳能电池包含一种或多种基于三萘嵌二苯(terrylene)羧酸衍生物的荧光染料或这些荧光染料与其它荧光染料的组合。

从根本上说，光生伏打电池仅可部分地将入射太阳光转化为电能；大部分能量以热的形式损失。例如，硅太阳能电池可吸收能量高于晶体硅的能带边缘1.1eV的所有光子，即波长≤1300nm的光子。所吸收光子的多余能量转化为热，导致对光生伏打电池的加热。这减小了其效率。

因此，早在二十世纪七十年代，就描述了这样的荧光转化电池，它们为光生伏打电池和荧光收集系统(太阳能收集器)的组合，能够更好地利用太阳光能量。太阳能收集器将所吸收的太阳光转化为具有更长波长，但就能量方面而言仍高于硅能带边缘的光，由此减弱了对光生伏打电池的加热。使用多种在不同波长吸收和发射(称为级联)的荧光增白剂使得入射的太阳光能够被特别有效地转化为具有适合于光生伏打电池能量的光。

此外，通过使用荧光太阳能收集器，减少了为光生伏打电池配置的表面积。由此，通过全反射至非反射边缘并在这里集中，使光导至包含荧光增白剂或涂覆有荧光增白剂的板，并且只有该边缘必须用光生伏打电池覆盖。这使得整个设备的成本显著降低。

这种构造和这些荧光转化太阳能电池的工作方式可从Appl.Phys.14，123-139(1977)和US-A-4110123得知。

Nature 274，144-145(1978)和US-A-4367367描述了基于多个玻璃板的荧光转化太阳能电池，其中该玻璃板掺杂有荧光金属离子如UO₂²⁺、Eu³⁺、Cr³⁺、Yb³⁺和Nd³⁺，并涂覆有于PMMA基质中的荧光染料(紫蒽酮、若丹明6G)。

EP-A-073007还公开了将烷氧基化的紫蒽酮和异紫蒽酮用作太阳能收集器的荧光染料。

EP-A-041274描述了在荧光转化太阳能电池中使用瓮染料，包括苝四甲酰亚胺类。

由于它们的光稳定性，基于苝的荧光染料在荧光转化太阳能电池中尤其有用。

在Nachr.Chem.Tech.Lab.28，716-718(1980)中，出于该目的而使用N，N’-双(2，5-二叔丁基苯基)苝四甲酰亚胺。DE-A-3235526和3545004公开了使用在苝骨架中取代的(包括四苯氧基取代的和四卤代的)苝四甲酰亚胺类，用于光的面积集中。WO-A-97/08756描述了基于聚碳酸酯板的太阳能收集器，其包括基于苝(N，N’-双(2，6-二异丙基苯基)苝四甲酰亚胺和苝-3，9-或-3，10-二甲酸二异丁基酯)的荧光染料与作为稳定剂的空间位阻胺的组合。最后，ECN报告ECN-RX-05-009：20th European Photovoltaic SolarEnergy Conference and Exhibition(Barcelona，Spain；6-10June 2005)提出了包含N，N’-双(7-十三烷基)苝四甲酰亚胺和红香豆素染料的荧光转化太阳能电池。

迄今为止所描述的系统还没有商业利用。其一个原因是所提出的荧光染料没有足够的光稳定性和/或仅使过小的太阳光波长范围可通过荧光转化用于光生伏打电池。

本发明的目的是弥补这些缺陷，提供可有利地将太阳光转化为电能的荧光转化太阳能电池。

因而，已发现了这样的荧光转化太阳能电池，其基于一个或多个由掺杂有至少一种荧光染料的聚合物构成的板和/或涂覆有该经掺杂的聚合物的玻璃板以及安装在板边缘上的光生伏打电池，该荧光转化太阳能电池包含一种或多种基于三萘嵌二苯羧酸衍生物的荧光染料或这些荧光染料与其它荧光染料的组合。

本发明的荧光转化太阳能电池优选包含至少一种基于三萘嵌二苯羧酸衍生物并在NIR内发射的荧光染料与至少一种在较短波长吸收和发射的荧光染料的组合。更优选地，各种情况下在较短波长吸收的染料的最大发射与下一染料的最大吸收基本一致(染料级联)。

当基于三萘嵌二苯的荧光染料为多生色团，即在一个分子中结合了各种生色团单元的染料时，在该染料分子中发射的光红移；可至少部分地避免不同染料的物理混合物。

本发明的荧光转化太阳能电池可由一个掺杂有荧光染料的聚合物板或涂覆有该经掺杂的聚合物的玻璃板构成，或者由多个这类板或聚合物板和玻璃板的组合构成。