[发明专利]用于效率提高的光谱转换器的光致发光组合物

说明书

本发明涉及用于效率提高的光谱转换器的光致发光组合物。

本发明包括在能够用于制备能够提高用于利用太阳能的装置（后文称作“太阳能装置”，例如光伏电池和光化解电池）的性能的光谱转换器的光致发光组合物的领域中。

在现有技术中，利用太阳辐射能的主要限制之一在于太阳能装置最优且专门地利用具有在窄光谱范围内的波长的辐射的能力。

对于从约300nm的波长延伸到约2,500nm的波长的太阳能辐射的光谱范围，例如基于硅的太阳能电池具有宽度不超过300nm的最佳吸收区域（有效光谱），而如果暴露于波长低于约400nm的辐射，聚合物太阳能电池会受到损害，这是由于诱导光降解现象在该限值以下会变得显著的结果。现有技术的太阳能装置通常在570nm-680nm（黄色-橙色）之间的光谱区域内效率最大。

前述缺点导致太阳能装置有限的外部量子效率（EQE），其定义为太阳能装置的半导体材料中产生的电子-空穴对的数量与入射在该装置上的光子数量之比。

为了提高太阳能装置的EQE，已经开发了在插入光辐射源（太阳）和太阳能电池之间时会选择性吸收具有在该装置有效光谱以外的波长的入射辐射并以具有在有效光谱以内的波长的光子形式再次发射出所吸收能量的装置。这些装置称作“光谱转换器”，且能够用于“发光集光器”中。当该转换器再次发射的光子的频率高于入射光子时，包括吸收太阳能辐射和随后再次发射具有较低波长的光子的该光致发光过程也称作“向上变换过程”。相反，当该转换器发射的光子的频率低于入射光子时，该光致发光过程也称作“向下变换过程”。

现有技术中已知的光谱转换器通常是由支撑体构成的，所述支撑体由本身对目标辐射透明的材料（例如聚合物或无机玻璃）制成，其包括由有机分子或金属络合物构成的光致发光化合物。特别地，该支撑体对具有在该太阳能装置的有效范围之内的频率是辐射是透明的。

该光致发光化合物能够以薄膜的形式沉积在该玻璃支撑体上，或者如在聚合物材料的情况中那样，能够将其分散在该聚合物基质的内部。可替代地，能够用光致发光发色团直接对该聚合物基质官能化。

为了用于光谱转换器中，该光致发光理想地应当具有以下特征：

-发光量子效率（LQE）等于1（LQE是发光发色团发射的光子数量与吸收的光子数量之比）；

-在其中该太阳能装置效率较差的光谱区域中的吸收频带较宽；

-高吸收系数；

-窄发射频带；

-良好分开的吸收和发射频带。

为了进一步提高太阳能装置的性能，可以以组合的形式使用具有不同光致发光特征的光致发光化合物，特别是在太阳光谱的不同区域中具有吸收和/或发射频带的化合物。为此目的，例如可以在光谱转换器的支撑体上施加包含不同光致发光化合物的薄膜。

依照现有技术，在光谱转换器中结合使用两种或更多种光致发光化合物具有捕获更宽范围电磁辐射的目的，因此提高了转化为电流的总光子数量。然而，不同光致发光化合物的这种结合使用并未使太阳能装置的性能显著提高。事实上，现有技术中使用的光致发光化合物通常具有部分重叠的吸收和发射频带，这造成在光致发光过程中发射的光子被再次吸收（自抑制（auto-quenching））。进一步地，该光致发光化合物通常具有小于1的LQE，这由此限制了能够有效转化为能够被太阳能装置使用的辐射的光子数量。为了回顾本领域中的现有技术，应当参照E.Klampaftis等，Solar Energy Materials & Solar Cells,vol.93(2009)第1182-1194页。

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点。

本发明的第一主题涉及光致发光组合物，包括：具有通式（I）或（Ia）的并苯化合物

其中n是1-3的整数，优选1；m是0-2的整数，优选0；p是1-3的整数，优选1；

R’和R”各自独立地表示芳族基团或杂芳族基团，非必要地被取代，通过芳族环、优选选自苯基、吡咯基（pyrroyl）、吡啶基、咔唑基（carbazoyl）及其取代衍生物的原子键合到X’和X”；

X’和X”各自独立地选自共价键和二价-C≡C-或-CH=CH-基团；