CN104428390A - 用于增强太阳能收集效率的压敏粘合剂型波长转换带 - Google Patents
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Abstract
本文描述了使用粘合剂层而容易应用于太阳能收集装置的压敏粘合剂型波长转换带。该压敏粘合剂型波长转换带包括压敏粘合剂层，其中所述压敏粘合剂层包括将特定波长的光子转换为不同的更期望的波长的光子的一种或多种发光染料。粘合剂层设计为粘附到太阳能收集装置如太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置的光入射表面，以提高装置的效率。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2012年2月1日提交的第61/593,720号美国临时专利申请和2012年2月2日提交的第61/594,288号美国临时专利申请的优先权。所有前述申请均通过引用完整并入用于所有目的。
发明背景
技术领域
本发明通常涉及压敏粘合剂型波长转换带，其容易应用于太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置，并对于可用于提高这些装置的太阳能收集效率。
背景技术
太阳能的使用提供了传统化石能源的有前途的替代能源，因此可以将太阳能转换为电的装置、如光伏装置(还被称为太阳能电池)的发展近年来已经引起相当大的关注。已经开发了几种不同类型的成熟的光伏装置，仅举几例，包括基于硅的装置、III-V和II-VI PN结装置、铜-铟-镓-硒(CIGS)薄膜装置、有机敏化剂装置、有机薄膜装置和硫化镉/碲化镉(CdS/CdTe)薄膜装置。这些装置的更多细节可以在文献中找到，例如Lin等，“High Photoelectric Conversion Efficiency of MetalPhthalocyanine/Fullerene Heterojunction Photovoltaic Device”(International Journal of Molecular Sciences2011)。然而，这些装置中许多装置的光电转换效率仍然具有提高的空间，而提高该效率的技术的开发对许多研究者来说是不断的挑战。
近来，一种用以提高光伏装置效率而开发的技术是利用波长下移膜。光伏装置中的许多不能有效地利用光的整个光谱，这是因为装置上的材料吸收特定波长的光(一般为较短的紫外波长)，而不是使光穿过而达到可以将其转换为电的光导层。波长下移膜的应用吸收较短波长光子，并以更有利的较长波长再次发射光子，所述光子随后可以被装置中的光导层吸收，并转换为电。
通常在薄膜CdS/CdTe和CIGS太阳能电池中观察到该现象，两者都使用CdS作为窗口层。这些薄膜太阳能电池的低成本和高效率近年来已经引起相当大的关注，典型的商业电池具有10％至16％的光电转换效率。然而，这些装置的一个问题是CdS的能隙，大约2.41eV，其导致波长低于514nm的光被CdS吸收，而不是穿过以达到可以将其转换为能量的光导层。这种不能利用光的整个光谱有效地降低装置的整体光电转换效率。
已经有许多报道公开了利用波长下移材料来改善光伏装置的性能。例如，第2009/0151785号美国专利申请公布披露了基于硅的太阳能电池，其包含波长下移的无机磷光体材料。第2011/0011455号美国专利申请公布披露了集成的太阳能电池，其包括等离子体层、波长转换层和光伏层。第7,791,157号美国专利公开了具有包含量子点化合物的波长转换层的太阳能电池。第2010/0294339号美国专利申请公布披露了集成的光伏装置，其包含发光下移材料，然而没有构建示例性实施方案。第2010/0012183号美国专利申请公布披露了具有波长下移光致发光介质的薄膜太阳能电池；然而没有提供实例。第2008/0236667号美国专利申请公布披露了以薄膜聚合物形式制成的增强光谱转换膜，所述薄膜聚合物包含无机荧光粉末。然而，通过引用完整并入本文的这些专利和专利申请公布中的每一个均使用耗时且有时复杂并昂贵的技术，所述技术可能需要特殊的成套工具来将波长转换膜应用于太阳能电池装置。这些技术包括旋转涂布、滴铸、沉降、溶剂蒸发、化学气相沉积、物理气相沉积等。
发明内容
提供了包括压敏粘合剂层的压敏粘合剂型波长转换带。在一些实施方案中，这类波长转换带配置为容易应用于太阳能收集装置，例如太阳能电池、太阳能电池板和光伏装置。一些实施方案提供当应用于那些装置的光入射表面时可以增强太阳能收集效率的装置。在一些实施方案中，用于波长转换的压敏粘合剂带包括压敏粘合剂层。在一些实施方案中，压敏粘合剂层包含粘性聚合材料和至少一种发光染料。在一些实施方案中，该带接收作为输入的至少一种具有第一波长的光子，并提供作为输出的至少一种具有与第一波长不同的第二波长的光子。在一些实施方案中，压敏粘合剂层为光学透明的。
本文所述的压敏粘合剂型波长转换带可以包括额外的层。例如，该带可以包括与粘合剂层相邻的可移除衬里。在一些实施方案中，通过移除可移除衬里(如果存在的话)并将暴露的压敏粘合剂层表面压到太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置的光入射表面上，从而将该带应用于太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置。在一些实施方案中，将该带应用于太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置提高了装置的太阳能收集效率。
在一些实施方案中，压敏粘合剂带还可以包括衬底层。衬底层包含聚合物材料。在一些实施方案中，衬底层为光学透明的。本发明的另一方面涉及用于改善光伏装置、太阳能电池、太阳能组件或太阳能电池板的性能的方法，包括应用如本文所述的压敏粘合剂型波长转换带，并将粘合剂层粘附到装置的光入射侧。可以提高各种装置，如基于硅的装置、III-V或II-VI结装置、铜-铟-镓-硒(CIGS)薄膜装置、有机敏化剂装置、有机薄膜装置或硫化镉/碲化镉(CdS/CdTe)薄膜装置的太阳能收集效率。
压敏粘合剂型波长转换带可以以卷状物的形式提供，其具有各种长度和宽度以适应较小的单个太阳能电池或整个太阳能电池板。辊层合机可以用于将该带应用于装置。该带可以应用于刚性装置，或者其可以应用于柔性装置。该带可以使用标准切割方法切割成任何期望的尺寸。
为了概括本发明的方面和相对于现有技术所实现的优点，在本公开中描述本发明的特定目的和优点。当然，应理解，不必所有的目的和优点都可以根据本发明的任何特定实施方案来实现。因此，例如，本领域技术人员会认识到，本发明可以以如下方式实施或执行：实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点，不必实现本文所教导或表明的其它目的或优点。
以下更详细地描述这些和其它实施方案。
附图说明
图1示出压敏粘合剂型波长转换带的一个实施方案。
图2示出压敏粘合剂型波长转换带的另一实施方案。
图3示出压敏粘合剂型波长转换带的一个实施方案。
图4示出实施例1(BA/AA)和比较例2(EVA)样品的吸收光谱(实线)和发射光谱(虚线)。
具体实施方式
本公开涉及压敏粘合剂型波长转换带。当该带应用于太阳能收集装置如太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置的光入射表面时，光电转换效率提高。本发明人最近发现，压敏粘合剂型波长转换带可以构建为包括压敏粘合剂层，其可以通过将粘合剂层压到太阳能收集装置的光入射表面上而容易地应用于太阳能收集装置。压敏粘合剂型波长转换带的应用提高了太阳能电池装置的太阳能收集效率。压敏粘合剂型波长转换带可以构建为与所有不同类型的太阳能电池和太阳能电池板兼容，包括基于硅的装置、III-V和II-VI PN结装置、CIGS薄膜装置、有机敏化剂装置、有机薄膜装置、CdS/CdTe薄膜装置、染料敏化装置等。还可以改善如非晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池和晶体硅太阳能电池的装置。另外，该带适于新的装置或较老的已经在运行的装置，并且可以根据适应装置的需要来切割。
生色团化合物，有时被称为发光染料或荧光染料，是吸收特定波长或波长范围的光子并以不同的波长或波长范围再次发射光子的化合物。膜介质中所使用的生色团可以大幅提高太阳能收集装置的性能。因为这类装置通常长期暴露于极端环境条件，例如20多年，所以保持生色团的稳定性很重要。在一些实施方案中，在本文所述的压敏粘合剂型波长转换带中优选地使用在长时间段具有良好光稳定性的生色团化合物，例如在一个太阳照射(AM1.5G)下照射20,000多小时，降低小于10％。
在一些实施方案中，生色团配置为将第一波长的入射光子转换为不同的第二波长的光子。可以使用各种生色团。在一些实施方案中，至少一种生色团为有机染料。在一些实施方案中，至少一种生色团选自苝衍生物染料、苯并三唑衍生物染料、苯并噻二唑衍生物染料及其组合。
在一些实施方案中，由通式I-a、I-b、II-a、II-b、III-a、III-b、IV和V表示的生色团可用作包括波长转换材料在内的各种应用中的荧光染料。如通式所示，在一些实施方案中，染料包含苯并杂环体系。在一些实施方案中，可以使用苝衍生物染料。以下描述可以使用的化合物类型的其它细节和实例，而不限制本发明的范围。
如本文所使用的，“电子给体基团”定义为增加2H-苯并[d][1,2,3]三唑体系的电子密度的任何基团。
“电子给体连接基团”定义为可以连接两个2H-苯并[d][1,2,3]三唑体系并提供其π轨道共轭的任何基团，其还可以增加它们所连接的2H-苯并[d][1,2,3]三唑的电子密度或对该电子密度具有中性影响。
“电子受体基团”定义为降低2H-苯并[d][1,2,3]三唑体系的电子密度的任何基团。电子受体基团布置在2H-苯并[d][1,2,3]三唑环体系的N-2位置处。
术语“烷基”是指带支链的或直链的完全饱和的非环脂肪族烃基团(即由不含双键或三键的碳和氢构成)。烷基包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基等。
本文所使用的术语“杂烷基”是指包含一个或更多个杂原子的烷基基团。当存在两个或更多个杂原子时，它们可以是相同的或不同的。
本文所使用的术语“环烷基”是指具有三至二十个碳原子的饱和脂肪环体系基团，包括但不限于环丙基、环戊基、环己基、环庚基等。
本文所使用的术语“烯基”是指包含碳双键的二至二十个碳原子的单价直链或带支链的基团，包括但不限于1-丙烯基、2-丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基等。
本文所使用的术语“炔基”是指包含碳三键的二至二十个碳原子的单价直链或带支链的基团，包括但不限于1-丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基等。
本文所使用的术语“芳基”是指同素环芳香基团，无论是一个环还是多个稠环。芳基基团的实例包括但不限于苯基、萘基、菲基、并四苯基、芴基、芘基等。其它实例包括：
本文所使用的术语“杂芳基”是指包含一个或更多个杂原子的芳香基团，无论是一个环还是多个稠环。当存在两个或更多个杂原子时，它们可以是相同的或不同的。在稠环体系中，可以仅在一个环中存在一个或更多个杂原子。杂芳基基团的实例包括但不限于苯并噻唑基、苯并噁嗪基、喹唑啉基、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、吡啶基、吡咯基、噁唑基、吲哚基、噻唑基等。
本文所使用的术语“烷芳基”或“烷基芳基”是指经烷基取代的芳基基团。烷芳基的实例包括但不限于乙基苯基、9,9-二己基-9H-芴等。
本文所使用的术语“芳烷基”或“芳基烷基”是指经芳基取代的烷基基团。芳烷基的实例包括但不限于苯丙基、苯乙基等。
本文所使用的术语“杂芳基”是指其中一个或更多个环原子为杂原子的芳香环体系基团，无论是一个环还是多个稠环。当存在两个或更多个杂原子时，它们可以是相同的或不同的。在稠环体系中，可以仅在一个环中存在一个或更多个杂原子。杂芳基基团的实例包括但不限于苯并噻唑基、苯并噁嗪基、喹唑啉基、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、吡啶基、哒嗪基、嘧啶基、吡嗪基、吡咯基、噁唑基、吲哚基等。经取代和未经取代的杂芳基环的其它实例包括：
本文所使用的术语“烷氧基”是指通过-O-键与母体分子共价键合的直链或带支链的烷基基团。烷氧基基团的实例包括但不限于甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基等。
本文所使用的术语“杂原子”是指S(硫)、N(氮)和O(氧)。
本文所使用的术语“环氨基”是指环部分中的仲胺或叔胺。环氨基基团的实例包括但不限于氮丙啶基、哌啶基、N-甲基哌啶基等。
本文所使用的术语“环酰亚胺基”是指在其基团中两个羰基碳通过碳链连接的酰亚胺。环酰亚胺基团的实例包括但不限于1,8-萘酰亚胺、吡咯烷-2,5-二酮、1H-吡咯-2,5-二酮等。
本文所使用的术语“芳氧基”是指通过-O-键与母体分子共价键合的芳基基团。
本文所使用的术语“酰氧基”是指基团R-C(＝O)O-。
本文所使用的术语“氨基甲酰基”是指-NHC(＝O)R。
本文所使用的术语“酮基”和“羰基”是指C＝O。
本文所使用的术语“羧基”是指-COOR。
本文所使用的术语“酯”是指-C(＝O)O-。
本文所使用的术语“酰胺基”是指-NRC(＝O)R’。
本文所使用的术语“氨基”是指-NR’R”。
如本文所使用的，经取代的基团衍生自未经取代的母体结构，其中一个或更多个氢原子已经交换为其它原子或基团。当被取代时，取代基为单独地且独立地选自以下的一个或多个基团：C1-C6烷基、C1-C6烯基、C1-C6炔基、C3-C7环烷基(任选地经卤素、烷基、烷氧基、羧基、卤代烷基、CN、-SO2-烷基、-CF3和-OCF3取代的)、偕接(geminallyattached)的环烷基、C1-C6杂烷基、C3-C10杂环烷基(例如四氢呋喃基)(任选地经卤素、烷基、烷氧基、羧基、CN、-SO2-烷基、-CF3和-OCF3取代的)、芳基(任选地经卤素、烷基、任选经C1-C6烷基取代的芳基、芳基烷基、烷氧基、芳氧基、羧基、氨基、酰亚胺基、酰胺基(氨基甲酰基)、任选经取代的环酰亚胺基、环酰胺基、CN、-NH-C(＝O)-烷基、-CF3和-OCF3取代的)、芳基烷基(任选地经卤素、烷基、烷氧基、芳基、羧基、CN、-SO2-烷基、-CF3和-OCF3取代的)、杂芳基(任选地经卤素、烷基、烷氧基、芳基、杂芳基、芳烷基、羧基、CN、-SO2-烷基、-CF3和-OCF3取代的)、卤素(例如氯、溴、碘和氟)、氰基、羟基、任选地经取代的环酰亚胺基、氨基、酰亚胺基、酰胺基、-CF3、C1-C6烷氧基、芳氧基、酰氧基、氢硫基(巯基)、卤代(C1-C6)烷基、C1-C6烷基硫代、芳基硫代、单和双(C1-C6)烷基氨基、季铵盐、氨基(C1-C6)烷氧基、羟基(C1-C6)烷基氨基、氨基(C1-C6)烷基硫代、氰基氨基、硝基、氨基甲酰基、酮基(氧基)、羰基、羧基、羟乙酰基、氨基乙酰基、肼基、脒基、氨基磺酰基、磺酰基、亚磺酰基、硫代羰基、硫代羧基、磺胺、酯、C-酰胺、N-酰胺、N-氨基甲酸酯、O-氨基甲酸酯、脲及其组合。在取代基被描述为“任选地经取代的”的任何情况下，取代基可以经上述取代基取代。
通式I-a和I-b
一些实施方案提供具有以下结构之一的生色团：
其中，D1和D2为给电子基团，Li为电子给体连接基团，以及A0和Ai为电子受体基团。在一些实施方案中，当存在超过一个电子给体基团时，其它电子给体基团可以被另一电子给体、氢原子或另一中性取代基所占据。在一些实施方案中，D1、D2和Li中的至少一个为增加其所连接的2H-苯并[d][1,2,3]三唑体系的电子密度的基团。
在通式I-a和I-b中，i为0至100范围内的整数。在一些实施方案中，i为0至50、0至30、0至10、0至5或0至3范围内的整数。在一些实施方案中，i为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在通式I-a和I-b中，A0和Ai分别独立地选自任选地经取代的烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基、任选地经取代的氨基、任选地经取代的酰胺基、任选地经取代的环酰胺基、任选地经取代的环酰亚胺基、任选地经取代的烷氧基、和任选地经取代的羧基以及任选地经取代的羰基。
在一些实施方案中，A0和Ai分别独立地选自任选地经取代的杂芳基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的环酰亚胺基、任选地经取代的C1-8烷基和任选地经取代的C1-8烯基；其中用于任选地经取代的杂芳基的取代基选自烷基、芳基和卤素；用于任选地经取代的芳基的取代基为-NR1-C(＝O)R2或任选地经取代的环酰亚胺基，其中R1和R2如上所述。
在一些实施方案中，A0和Ai分别独立地为经选自-NR1-C(＝O)R2或任选地经取代的环酰亚胺基的部分取代的苯基，其中R1和R2如上所述。
在一些实施方案中，A0和Ai分别为任选地经取代的杂芳基或任选地经取代的环酰亚胺基；其中用于任选地经取代的杂芳基和任选地经取代的环酰亚胺基的取代基选自烷基、芳基和卤素。在一些实施方案中，A0和Ai中的至少一个选自：任选地经取代的吡啶基、任选地经取代的哒嗪基、任选地经取代的嘧啶基、任选地经取代的吡嗪基、任选地经取代的三嗪基、任选地经取代的喹啉基、任选地经取代的异喹啉基、任选地经取代的喹唑啉基、任选地经取代的酞嗪基、任选地经取代的喹喔啉基、任选地经取代的萘啶基和任选地经取代的嘌呤基。
在其它实施方案中，A0和Ai分别为任选地经取代的烷基。在其它实施方案中，A0和Ai分别为任选地经取代的烯基。在一些实施方案中，A0和Ai中的至少一个选自：
其中R为任选地经取代的烷基。
在式I-a和I-b中，A2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基、酮、酯和其中Ar为任选地经取代的芳基或任选地经取代的杂芳基。R1选自H、烷基、烯基、芳基、杂芳基、芳烷基、烷芳基；以及R2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基、酮和酯；或R1和R2可以连接到一起以形成环。
在一些实施方案中，A2选自任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基和其中Ar、R1和R2如上所述。
在式I-a和I-b中，D1和D2分别独立地选自氢、任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的芳氧基、任选地经取代的酰氧基、任选地经取代的烷基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基、任选地经取代的氨基、酰胺基、环酰胺基和环酰亚胺基，条件是D1和D2不都是氢。
在一些实施方案中，D1和D2分别独立地选自氢、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基和氨基，条件是D1和D2不都是氢。在一些实施方案中，D1和D2分别独立地选自氢、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基和二苯基氨基，条件是D1和D2不都是氢。
在一些实施方案中，D1和D2分别独立地为任选地经取代的芳基。在一些实施方案中，D1和D2分别独立地为任选地经烷氧基或氨基取代的苯基。在其它实施方案中，D1和D2分别独立地选自氢、任选地经取代的苯并呋喃基、任选地经取代的噻吩基、任选地经取代的呋喃基、二氢噻吩并二噁英基(dihydrothienodioxinyl)、任选地经取代的苯并噻吩基和任选地经取代的二苯并噻吩基，条件是D1和D2不都是氢。
在一些实施方案中，用于任选地经取代的芳基和任选地经取代的杂芳基的取代基可以选自烷氧基、芳氧基、芳基、杂芳基和氨基。
在式I-a和I-b中，Li独立地选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚炔基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基。在一些实施方案中，Li选自任选地经取代的杂亚芳基和任选地经取代的亚芳基。
在一些实施方案中，Li中的至少一个选自：1,2-亚乙烯基、亚乙炔基、1,4-亚苯基、1,1'-联苯-4,4'-二基、萘-2,6-二基、萘-1,4-二基、9H-芴-2,7-二基、苝-3,9-二基、苝-3,10-二基或芘-1,6-二基、1H-吡咯-2,5-二基、呋喃-2,5-二基、噻吩-2,5-二基、噻吩并[3,2-b]噻吩-2,5-二基、苯并[c]噻吩-1,3-二基、二苯并[b,d]噻吩-2,8-二基、9H-咔唑-3,6-二基、9H-咔唑-2,7-二基、二苯并[b,d]呋喃-2,8-二基、10H-吩噻嗪-3,7-二基和10H-吩噻嗪-2,8-二基；其中每一部分都是任选地经取代的。
通式II-a和II-b
一些实施方案提供具有以下结构之一的生色团：
其中，i为0至100范围内的整数。在一些实施方案中，i为0至50、0至30、0至10、0至5或0至3范围内的整数。在一些实施方案中，i为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在通式II-a和II-b中，Ar为任选地经取代的芳基或任选地经取代的杂芳基。在一些实施方案中，在2H-苯并[d][1,2,3]三唑环体系的N-2位置处的经酰胺基或环酰亚胺基取代的芳基提供了出乎预料的改善的益处。
在通式II-a和II-b中，R4为或任选地经取代的环酰亚胺基；R1分别独立地选自H、烷基、烯基、芳基、杂芳基、芳烷基、烷芳基；R3分别独立地选自任选地经取代的烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基；或R’和R”可以连接到一起以形成环。
在一些实施方案中，R4为选自以下的任选地经取代的环酰亚胺基：
以及其中R’分别为任选地经取代的烷基或任选地经取代的芳基；以及X为任选地经取代的杂芳基。
在通式II-a和II-b中，R2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基。
在通式II-a和II-b中，D1和D2分别独立地选自氢、任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的芳氧基、任选地经取代的酰氧基、任选地经取代的烷基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基、任选地经取代的氨基、酰胺基、环酰胺基和环酰亚胺基，条件是D1和D2不都是氢。
在通式II-a和II-b中，Li独立地选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚炔基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基。
在一些实施方案中，Li中的至少一个选自：1,2-亚乙烯基、亚乙炔基、1,4-亚苯基、1,1'-联苯-4,4'-二基、萘-2,6-二基、萘-1,4-二基、9H-芴-2,7-二基、苝-3,9-二基、苝-3,10-二基或芘-1,6-二基、1H-吡咯-2,5-二基、呋喃-2,5-二基、噻吩-2,5-二基、噻吩并[3,2-b]噻吩-2,5-二基、苯并[c]噻吩-1,3-二基、二苯并[b,d]噻吩-2,8-二基、9H-咔唑-3,6-二基、9H-咔唑-2,7-二基、二苯并[b,d]呋喃-2,8-二基、10H-吩噻嗪-3,7-二基和10H-吩噻嗪-2,8-二基；其中每一部分都是任选地经取代的。
通式III-a和III-b
一些实施方案提供具有以下结构之一的生色团：
通式(III-a)和(III-b)中的烷基布置在2H-苯并[d][1,2,3]三唑环体系的N-2位置以及经取代的苯基布置在C-4和C-7位置提供出乎预料的改善的益处。在通式III-a和III-b中，i为0至100范围内的整数。在一些实施方案中，i为0至50、0至30、0至10、0至5或0至3范围内的整数。在一些实施方案中，i为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在通式III-a和III-b中，A0和Ai分别独立地选自任选地经取代的烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的酰胺基、任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的羰基和任选地经取代的羧基。
在一些实施方案中，A0和Ai分别独立地为未经取代的烷基或经选自以下的部分取代的烷基：-NRR”、-OR、-COOR、-COR、-CONHR、-CONRR”、卤素和-CN；其中R为C1-C20烷基，以及R”为氢或C1-C20烷基。在一些实施方案中，任选地经取代的烷基可以是任选地经取代的C1-C40烷基。在一些实施方案中，A0和Ai分别独立地为C1-C40烷基或C1-C20卤代烷基。
在一些实施方案中，A0和Ai分别独立地为C1-C20卤代烷基、C1-C40芳基烷基或C1-C20烯基。
在通式III-a和III-b中，每一都R5独立地选自任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的芳氧基、任选地经取代的酰氧基和氨基。在一些实施方案中，R5可以连接到苯基环的邻位和/或对位。在一些实施方案中，R5可以是由式OCnH2n+1表示的烷氧基，其中n＝1-40。在一些实施方案中，R5可以是由以下式表示的芳氧基：ArO或O-CR-OAr，其中R为烷基、经取代的烷基、芳基或杂芳基，以及Ar为任何经取代或未经取代的芳基或者经取代或未经取代的杂芳基。在一些实施方案中，R5可以是由式OCOCnH2n+1表示的酰氧基，其中n＝1-40。
在通式III-a和III-b中，A2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基、酮、酯和其中，Ar为任选地经取代的芳基或任选地经取代的杂芳基；R1选自H、烷基、烯基、芳基、杂芳基、芳烷基、烷芳基；以及R2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基、酮和酯；或R1和R2可以连接到一起以形成环。
在通式III-a和III-b中，Li独立地选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚炔基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基。
在一些实施方案中，Li中的至少一个选自：1,2-亚乙烯基、亚乙炔基、1,4-亚苯基、1,1'-联苯-4,4'-二基、萘-2,6-二基、萘-1,4-二基、9H-芴-2,7-二基、苝-3,9-二基、苝-3,10-二基或芘-1,6-二基、1H-吡咯-2,5-二基、呋喃-2,5-二基、噻吩-2,5-二基、噻吩并[3,2-b]噻吩-2,5-二基、苯并[c]噻吩-1,3-二基、二苯并[b,d]噻吩-2,8-二基、9H-咔唑-3,6-二基、9H-咔唑-2,7-二基、二苯并[b,d]呋喃-2,8-二基、10H-吩噻嗪-3,7-二基和10H-吩噻嗪-2,8-二基；其中每一部分都是任选地经取代的。
通式IV
一些实施方案提供具有以下结构的生色团：
其中，i为0至100范围内的整数。在一些实施方案中，i为0至50、0至30、0至10、0至5或0至3范围内的整数。在一些实施方案中，i为0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在通式IV中，Z和Zi分别独立地选自-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NR6-、-CR6＝CR6-和-CR6＝N-，其中R6为氢、任选地经取代的C1-C6烷基或任选地经取代的C1-C10芳基；以及
在通式IV中，D1和D2独立地选自任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的芳氧基、任选地经取代的酰氧基、任选地经取代的烷基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基、任选地经取代的氨基、酰胺基、环酰胺基和环酰亚胺基；j为0、1或2，以及k为0、1或2。在一些实施方案中，-C(＝O)Y1和-C(＝O)Y2基团可以连接到D1和D2的任选地经取代部分的取代基。
在通式IV中，Y1和Y2独立地选自任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的烷氧基和任选地经取代的氨基；以及
在式IV中，Li独立地选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚炔基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基。
在一些实施方案中，Li中的至少一个选自：1,2-亚乙烯基、亚乙炔基、1,4-亚苯基、1,1'-联苯-4,4'-二基、萘-2,6-二基、萘-1,4-二基、9H-芴-2,7-二基、苝-3,9-二基、苝-3,10-二基或芘-1,6-二基、1H-吡咯-2,5-二基、呋喃-2,5-二基、噻吩-2,5-二基、噻吩并[3,2-b]噻吩-2,5-二基、苯并[c]噻吩-1,3-二基、二苯并[b,d]噻吩-2,8-二基、9H-咔唑-3,6-二基、9H-咔唑-2,7-二基、二苯并[b,d]呋喃-2,8-二基、10H-吩噻嗪-3,7-二基和10H-吩噻嗪-2,8-二基；其中每一部分都是任选地经取代的。
对于以上通式的任何一个通式中的Li，电子连接体表示共轭电子体系，其可以是中性的并且本身作为电子给体。在一些实施方案中，以下提供一些实例，其可以包含或可以不包含其它连接的取代基。
通式V-a和V-b
一些实施方案提供由以下通式(V-a)或通式(V-b)表示的苝二酯衍生物：
其中，通式式(V-a)中的R1和R1’分别独立地选自氢、C1-C10烷基、C3-C10环烷基、C1-C10烷氧基、C6-C18芳基和C6-C20芳烷基；通式(V-a)中的m和n分别独立地在1至5的范围内；以及通式(V-b)中的R2和R2’分别独立地选自C6-C18芳基和C6-C20芳烷基。在一些实施方案中，如果通式(V-b)上的氰基中的一个存在于苝环的4位上，则另一氰基不存在于苝环的10位上。在一些实施方案中，如果通式(V-b)上的氰基中的一个存在于苝环的10位上，则另一氰基不存在于苝环的4位上。
在一些实施方案中，R1和R1’独立地选自氢、C1-C6烷基、C2-C6烷氧基烷基和C6-C18芳基。在一些实施方案中，R1和R1’分别独立地选自异丙基、异丁基、异己基、异辛基、2-乙基-己基、二苯甲基、三苯甲基和二苯基。在一些实施方案中，R2和R2’独立地选自二苯甲基、三苯甲基和二苯基。在一些实施方案中，通式(V-a)中的每一m和n均独立地在1至4的范围内。
由通式(V-a)或通式(V-b)表示的苝二酯衍生物可以通过已知的方法来制备，例如在第WO 2012/094409号国际公布中所描述的那些，其内容在此通过引用完全并入。
在一些实施方案中，至少一种光稳定生色团以按聚合物基体重量计约0.01重量％至约10.0重量％的量存在于压敏粘合剂层的聚合物基体中。在一些实施方案中，至少一种光稳定生色团以按聚合物基体重量计约0.01重量％至约3.0重量％的量存在于压敏粘合剂层的聚合物基体中。在一些实施方案中，至少一种光稳定生色团以按聚合物基体重量计约0.05重量％至约2.0重量％的量存在于压敏粘合剂层的聚合物基体中。在一些实施方案中，至少一种生色团以按聚合物基体重量计约0.1重量％至约1.0重量％的量存在于压敏粘合剂层的聚合物基体中。
在一些实施方案中，压敏粘合剂层包括超过一种生色团，例如至少两种不同的生色团。可以期望在压敏粘合剂层中具有多种光稳定生色团，这取决于该带所附着的太阳能组件。例如，在约500nm波长处具有最佳光电转换的太阳能组件系统中，这种系统的效率可以通过将其它波长的光子转换为500nm波长的光子而提高。在该实例中，第一光稳定生色团可以用于将波长在约400nm至约450nm范围内的光子转换为波长为约500nm的光子，以及第二光稳定生色团可以用于将波长在约450nm至约475nm范围内的光子转换为波长为约500nm的光子。可以基于所采用的生色团来选择特定的波长控制。
在一些实施方案中，两种或更多种生色团在相一层内、例如在压敏粘合剂层中内混合到一起。在一些实施方案中，两种或更多种生色团位于波长转换带内不同的层或亚层中。例如，压敏粘合剂层可以包含第一生色团，在衬底与压敏粘合剂层之间的额外的聚合物亚层可以包含第二生色团。
生色团可以是上转换或下转换的。在一些实施方案中，至少一种生色团可以是上转换生色团，即将光子从较低能量(长波长)转换到较高能量(短波长)的生色团。在一些实施方案中，至少一种生色团可以是下移生色团，即将高能量(短波长)光子转换为低能量(长波长)光子的生色团。在一些实施方案中，波长转换带包含上转换生色团和下移生色团两者。
在压敏粘合剂层中可以使用各种类型的粘合剂。在一些实施方案中，压敏粘合剂层中的粘性聚合材料包含选自橡胶、丙烯酸树脂、硅酮、乙烯基烷基醚、聚酯、聚酰胺、氨基甲酸酯、氟、环氧树脂、乙烯乙酸乙烯酯及其组合的物质。在一些实施方案中，压敏粘合剂层的聚合物基体是使用交联剂交联的。压敏粘合剂可以是永久性的或非永久性的。
压敏粘合剂型波长转换带可以包括各种额外的组分。在一些实施方案中，该带的组合物还包含以下组分中的任一种或多种：各种增稠剂，如酚树脂、萜酚树脂、萜树脂、二甲苯树脂、松香和氢化树脂；无机填料，如碳酸钙和炭黑；润滑剂，抗老化剂，染料，着色剂，颜料，表面活性剂，塑化剂，消泡剂，阻燃剂，光稳定剂，触变剂，紫外吸收剂，低分子量聚合物，抗氧化剂，耐热稳定剂，金属粉末，聚合抑制剂及其任何混合物。
优选地，在压敏粘合剂层、衬底或两者中使用的材料具有约1.4至约1.7的折射率。在一些实施方案中，在压敏粘合剂层、衬底或两者中使用的材料的折射率为约1.45至约1.55。
用于压敏粘合剂型波长转换带的合成方法没有限制，但是可以遵循以下所述的合成过程。用于形成没有波长转换性质的压敏粘合剂型带的过程已经在文献中进行描述，例如参见第7,867,601和7,887,914号美国专利。用于形成压敏粘合剂型波长转换带的方法可以遵循与这些专利所述方法相似的方法，不同的是向用于形成压敏粘合剂层的组合物添加发光染料，以及确保带的波长转换完整性所需的任何额外的组分和/或过程。例如，对于一些实施方案，仅低温处理可以用于形成该带，这是因为加热可降解生色团化合物。另外，对于一些实施方案，仅不与生色团反应和/或不降解生色团的溶剂可以用于形成该带。
在一些实施方案中，压敏粘合剂层通过使用溶剂将已知的粘性聚合材料溶解成聚合物溶液来形成。聚合压敏粘合剂可以包括例如橡胶、丙烯酸树脂、硅酮、乙烯基烷基醚、聚酯、聚酰胺、氨基甲酸酯、氟、环氧树脂、乙烯乙酸乙烯酯或其混合物。
用于形成含有压敏粘合剂的聚合物溶液的溶剂的实例包括芳香烃溶剂，如甲苯和二甲苯；脂肪族羧酸酯溶剂，如乙酸乙酯和乙酸丁酯；脂肪烃溶剂，如己烷、庚烷和辛烷；和酮溶剂，如丙酮、甲基乙基酮和甲基异丁基酮；和诸如二氧六环、苯甲醚、四氯乙烯和环戊酮的溶剂。这些溶剂可以单独使用，或者其中的两种或更多种可以通过混合来使用。
溶剂在聚合物溶液中以百分比计的含量通常为约10重量％至80重量％。一种或更多种发光染料可以以按聚合物基体重量计每种生色团0.01重量％至10.0重量％的量添加到聚合物溶液。
除了上述组分之外，在聚合物溶液中可以适当地使用以下组分作为任选的组分：各种增稠剂，如酚树脂、萜酚树脂、萜树脂、二甲苯树脂、松香和氢化松香；无机填料，如碳酸钙和炭黑；润滑剂，抗老化剂，染料，着色剂，颜料，表面活性剂，塑化剂，消泡剂，阻燃剂，光稳定剂，触变剂，紫外吸收剂，低分子量聚合物，表面润滑剂，均化剂，抗氧化剂，聚合抑制剂，耐热稳定剂，耐水解稳定剂，金属粉末以及颗粒形式或薄片形式的物质。这些任选的组分可以单独使用，或者其中的两种或更多种可以通过混合来使用。
用于应用压敏粘合剂的方法没有特别地限制，并且可以适当地选自常用方法。例如，在一些实施方案中，使用涂布机来将压敏粘合剂的溶液涂到衬底上，然后从那里移除溶剂，从而可以形成压敏粘合剂层。在一些实施方案中，将交联剂添加到压敏粘合剂的聚合物溶液，然后加热生成物并使其交联以凝固其中的压敏粘性聚合物，从而可以形成压敏粘合剂层。
在一些实施方案中，本发明中使用的交联剂可以是异氰酸酯化合物、环氧化合物、基于三聚氰胺的树脂、氮丙啶衍生物、金属螯合化合物等。特别优选的是异氰酸酯或环氧化合物，这是因为该化合物给出适当的粘合强度。特别优选地，在制备聚合物时，使聚合物与含羟基单体如丙烯酸-2-羟基乙酯共聚，以将羟基引入到聚合物中，然后使用多异氰酸酯化合物作为用于该聚合物的交联剂。这些化合物可以单独使用，或者其中的两种或更多种可以通过混合来使用。
异氰酸酯的实例包括低碳数脂肪族多异氰酸酯，如亚丁基二异氰酸酯和六亚甲基二异氰酸酯；脂环族异氰酸酯，如亚环戊基二异氰酸酯、亚环己基二异氰酸酯和异氟尔酮二异氰酸酯；脂肪族异氰酸酯，如2,4-亚甲苯基二异氰酸酯、4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和亚二甲苯基二异氰酸酯；异氰酸酯加成物，如三羟甲基丙烷/亚甲苯基二异氰酸酯三聚体加成物、三羟甲基丙烷/六亚甲基二异氰酸酯三聚体加成物和六亚甲基二异氰酸酯的异氰脲酸酯产物；和与多元醇的二异氰酸酯加成物。这些化合物可以单独使用，或者其中的两种或更多种可以通过混合来使用。
环氧化合物的实例包括N,N,N',N'-四缩水甘油基-间-苯二甲胺和1,3-双(N,N-二缩水甘油基氨基甲基)环己烷。这些化合物可以单独使用，或者其中的两种或更多种可以通过混合来使用。
基于三聚氰胺的树脂的实例为六羟甲基三聚氰胺。
氮吖啶衍生物的实例包括由Sogo Pharmaceutical Co.,Ltd.制造的可商购产品(商品名：HDU、TAZM和TAZO)。这些化合物可以单独使用，或者其中的两种或更多种可以通过混合来使用。
金属螯合化合物的实例包括其中其金属组分为铝、铁、锡、钛或镍且其螯合组分为乙炔、乙酰乙酸甲酯或乳酸乙酯的化合物。这些化合物可以单独使用，或者其中的两种或更多种可以通过混合来使用。
对于100重量份的基体聚合物如基于(甲基)丙烯酸酯的聚合物，本发明中使用的交联剂的含量通常为约0.01重量份至5重量份。
本发明中使用的压敏粘合剂层的厚度在干燥粘合剂层后优选为约1μm至约500μm，更优选约100μm至约200μm。当厚度小于1μm时，与被粘物的粘合强度是不足的。当厚度大于约500μm时，粘合强度饱和使得损失经济效率。此外，粘合剂被排出，或造成内聚力瓦解，使得该带不易被揭开。
用于形成带的压敏粘合剂层的方法没有特别限制。在一些实施方案中，该层是通过例如以下方法形成的：将压敏粘合剂涂到衬底上并且干燥和移除聚合溶剂和其中的其它物质以在衬底上形成压敏粘合剂层的方法；或者将压敏粘合剂涂到另一衬底上、干燥并移除聚合溶剂和其中的其它物质、然后将压敏粘合剂层转移/形成到带的衬底层上的方法。在形成压敏粘合剂层后，可以固化该层用来调整压敏粘合剂层中组分的变化、调整交联反应，等等。当将压敏粘合剂涂到衬底上以形成压敏粘合剂带时，可以重新将与聚合溶剂不同的一种或更多种溶剂添加到组合物，使得粘合剂可以均匀地涂到衬底上。
在一些实施方案中，用于形成压敏粘合剂层的方法可以适当地选自用于制备压敏粘合剂层的已知方法。其具体实例包括辊式涂布、接触辊涂、凹面涂布、逆向涂布、滚刷涂布、喷涂、浸式辊涂、棒式涂布、刀片涂布和气刀涂布。
在一些实施方案中，本发明的压敏粘合剂型波长转换带为例如包括衬底和压敏粘合剂的带，其中粘合剂层压到衬底上。
如果需要的话，衬底可以例如利用硅酮型、含氟型、长链烷基型或脂肪酸酰胺型防粘剂或二氧化硅粉末进行防粘处理或防污处理；进行增粘处理，例如酸处理、碱处理、底涂处理、粘固涂层处理、电晕处理、等离子体处理或紫外处理；或进行抗静电处理，例如涂层型、混炼型或气相沉积型处理。
在一些实施方案中，衬底层可以包含聚合物材料。在一些实施方案中，衬底为光学透明的。在一些实施方案中，衬底层包含聚合物基体。在一些实施方案中，衬底层的聚合物基体由选自以下的物质形成：聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯四氟乙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、硅氧烷溶胶-凝胶、聚氨基甲酸酯、聚丙烯酸酯及其组合。在一些实施方案中，衬底的厚度为约10μm至约1mm。
压敏粘合剂型波长转换带还可以包括可移除衬里，其中该可移除衬里粘在压敏粘合剂层上，并在使用压敏粘合剂层的表面时适当地被移除。本发明中所使用的可移除衬里可以适当地选自目前已用作可移除衬里的成员，没有任何特殊的限制。可移除衬里的具体实例包括塑料膜，例如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚酯膜；纸产品，例如玻璃纸、涂布纸和层压纸产品；多孔材料片，例如布和无纺织物片；和各种薄的物体，例如网、泡沫板、金属箔及其层压制品。优选使用塑料膜中的任何一种，这是因为其在表面平整性或光滑性方面表现优异。如果该膜可以保护压敏粘合剂层，则该膜不限于任何特殊种类。在一些实施方案中，可移除衬里由选自以下的材料构成：氟聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丁烯、聚丁二烯、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、氯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氨基甲酸酯、乙烯乙酸乙烯酯、玻璃纸、涂布纸、层压纸、布料、无纺织物片或金属箔。在一些实施方案中，可移除衬里的厚度为约10μm至约100μm。
压敏粘合剂型波长转换带的总厚度可以通过将本文所述的每一单独的膜的厚度相加来表示。在一些实施方案中，波长转换带的厚度为约10μm至约2mm。在一些实施方案中，波长转换带的厚度为约1μm至约5mm。在一些实施方案中，波长转换膜的厚度为约50μm至约1mm。
压敏粘合剂型波长转换带还可以包括额外的层。例如，可以包括额外的聚合物膜或粘合剂层。在一些实施方案中，该带还包括额外的含有紫外吸收剂的聚合物层，其可以用于阻挡高能照射并防止生色团化合物的光分解。还可以包括其它层以进一步增强太阳能组件的光电转换效率。例如，该带可以在衬底层顶部上或在衬底与压敏粘合剂层之间额外地具有微结构层，其设计为通过减少通常在吸收和波长转换后沿着远离太阳能组件装置的光电转换层的方向从生色团再次发射到环境的光子的损失来进一步增强太阳能组件的太阳能收集效率。在表面上具有各种微结构(即棱锥体或圆椎体)的层可以增加内部反射和将光子反射到装置的光电转换层中，进一步提高装置的太阳能收集效率。还可以将额外的层并入到压敏粘合剂型波长转换带中。
在图1所示的一些实施方案中，压敏粘合剂型波长转换带包括衬底100和压敏粘合剂层101，其中压敏粘合剂层包含粘性聚合材料和至少一种发光染料102。
在图2所示的一些实施方案中，压敏粘合剂型波长转换带包括衬底100、压敏粘合剂层101和可移除衬里103，其中压敏粘合剂层包含粘性聚合材料和至少一种发光染料102。
在图3所示的一些实施方案中，压敏粘合剂型波长转换带包括衬底100、压敏粘合剂层101和额外的聚合物层104，其中压敏粘合剂层包含粘性聚合材料和至少一种发光染料102。
在本发明的另一方面，改善太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置的性能的方法包括将本文所公开的压敏粘合剂型波长转换带应用于太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置。在该方法的一些实施方案中，使用辊层合机将该带应用于太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置。可以改进装置，如基于硅的装置、III-V或II-VI PN结装置、铜-铟-镓-硒(CIGS)薄膜装置、有机敏化剂装置、有机薄膜装置或硫化镉/碲化镉(CdS/CdTe)薄膜装置。
太阳能收集装置通常使用玻璃或聚合物材料来包封或保护该装置，并且该材料一般在装置的光入射侧上暴露于环境。因此，压敏粘合剂型波长转换带必须兼容粘附到这些类型的玻璃和聚合物表面。在该方法的一些实施方案中，太阳能电池、太阳能电池板或光伏装置的光入射表面为由玻璃或聚合物构成的材料。在该方法的一些实施方案中，该带的粘合剂层设计为粘附到玻璃表面。在该方法的一些实施方案中，该带的粘合剂层设计为粘附到聚合物表面。
太阳能收集装置还可以是刚性的或柔性的。刚性装置包括基于硅的太阳能电池。柔性太阳能装置通常由有机薄膜制成，并且可以在衣服、帐篷或其它柔性衬底上使用。因此，在一些实施方案中，压敏粘合剂型波长转换带可以应用于刚性装置或柔性装置。
在一些实施方案中，使用辊层合机将压敏粘合剂型波长转换带应用于刚性太阳能电池板，从而揭去衬里并展开该带，然后将该带压到太阳能电池板的入射表面上。当展开波长转换带时，可以根据要被该带覆盖的表面的尺寸来部分切割该带，保持衬里原封不动。当滚轴展开该带时，将未切割的衬里缠绕到另一滚轴上，同时将带部分应用于太阳能电池板的表面上。
在一些实施方案中，使用辊层合机将压敏粘合剂型波长转换带应用于柔性太阳能电池板装置，从而揭去衬里并展开该带，然后将该带压到如上所述的太阳能电池板上。还可以在应用该带之后缠绕层压的柔性太阳能电池板。
本发明的一个目的是提供压敏粘合剂型波长转换带，其可以适于应用到太阳能电池、光伏装置、太阳能组件和太阳能电池板。通过使用该膜，我们可以期望提高的光转换效率。
用于形成压敏波长转换层的合成方法没有限制，但是可以遵循以下所述的实例合成过程。
在一些实施方案中，在玻璃板上制备包含至少一种发光染料和粘性聚合物材料的压敏波长转换层101。压敏波长转换层通过以下步骤制备：(i)利用在甲苯中溶解的聚合物制备80重量％的聚(丙烯酸丁酯共丙烯酸)(BA/AA)聚合物溶液；(ii)通过以0.2重量％的重量比(生色团/BA/AA)将BA/AA溶液与合成的生色团混合以获得含生色团的粘性聚合物溶液，从而制备含生色团的BA/AA基体；(iii)通过直接将含生色团的聚合物溶液浇铸到玻璃板上，然后在真空炉中在150℃下热处理该板1小时以移除甲苯，从而形成生色团/聚合物膜；和(iv)然后，将两个试样连在一起，并在150℃下将其手动压在其间具有100μm玻璃珠的两个玻璃板之间以获得层压有压敏波长转换层的玻璃。
在形成压敏波长转换层后，可以将其粘附到太阳能电池的光入射表面。在一些实施方案中，玻璃板用作压敏粘合剂层的衬底。在一些实施方案中，衬底还作为保护层，其使压敏粘合剂层避免暴露于环境。
为了概括本发明的方面和相对于现有技术所实现的优点，在本公开中描述本发明的特定目的和优点。当然，应理解，不必所有的目的和优点都可以根据本发明的任何特定实施方案来实现。因此，例如本领域技术人员会认识到，本发明可以以如下方式实施或执行：实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点，不必实现本文所教导或表明的其它目的或优点。
通过以下详细的实施例，本发明的其它方面、特征和优点会变得明显。
实施例
对于优选的实施方案来解释实施方案，其不意欲限制本发明。另外，在条件和/或结构没有具体说明的本公开中，考虑到本公开，本领域技术人员可以按照常规实验容易地提供这类条件和/或结构。
生色团化合物的合成
中间体A
根据以下方案来合成常用中间体A。
步骤1：2-异丁基-2H-苯并[d][1,2,3]三唑。
将苯并三唑(11.91g，100mmol)、1-碘代-2-甲基丙烷(13.8mL，120mmol)、碳酸钾(41.46g，300mmol)和二甲基甲酰胺(200mL)的混合物在40℃下在氩气下搅拌并加热2天。将反应混合物倾倒入冰/水(1L)，并用甲苯/己烷进行萃取(2:1，2×500mL)。用1N的HCl(2×200mL)冲洗萃取物，然后用盐水(100mL)冲洗，在无水硫酸镁上对其进行干燥，在减压条件下移除溶剂。剩余物与己烷(200mL)一起磨碎，在室温下静置2小时。将沉淀物分离并丢弃，通过硅胶(200g)层来过滤溶液。用己烷/二氯甲烷/乙酸乙酯(37:50:3，2L)冲洗硅胶。将滤液与洗涤液合并，在减压条件下移除溶剂以得到油状产物形式的2-异丁基-2H-苯并[d][1,2,3]三唑(8.81g，50％产率)。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.86(m,2H,苯并三唑),7.37(m,2H,苯并三唑),4.53(d,J＝7.3Hz,2H,i-Bu),2.52(m,1H,i-Bu),0.97(d,J＝7.0Hz,6H,i-Bu)。
步骤2：4,7-二溴-2-异丁基-2H-苯并[d][1,2,3]三唑(中间体A)。
在130℃下、在与HBr分离器(trap)连接的回流冷凝器下，将2-异丁基-2H-苯并[d][1,2,3]三唑(8.80g，50mmol)、溴(7.7mL，150mmol)和48％HBr(50mL)的混合物加热24小时。将反应混合物倾倒入冰/水(200mL)，用5N NaOH(100mL)处理，并用二氯甲烷(2×200mL)进行萃取。在无水硫酸镁上对萃取物进行干燥，并在减压条件下移除溶剂。通过硅胶层过滤剩余物在己烷/二氯甲烷(1:1，200mL)中的溶液，并进行浓缩以得到油形式的4,7-二溴-2-异丁基-2H-苯并[d][1,2,3]三唑，中间体A(11.14g，63％产率)，其在室温下储存时缓慢地凝固。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.44(s,2H,苯并三唑),4.58(d,J＝7.3Hz,2H,i-Bu),2.58(m,1H,i-Bu),0.98(d,J＝6.6Hz,6H,i-Bu)。
生色团1
根据以下反应方案来合成实施例化合物生色团1。
将中间体A(666mg，2.0mmol)、4-异丙氧基苯基硼酸(1.00g，5.5mmol)、四(三苯基膦)钯(0)(0.50g，0.43mmol)、碳酸钠(1.06g，10mmol)在水(8mL)中的溶液、丁醇(30mL)和甲苯(20mL)的混合物在100℃下在氩气下剧烈搅拌并加热20小时。将反应混合物倾倒入水(300mL)，搅拌30分钟，并用甲苯/乙酸乙酯(1:1，300mL)进行萃取。在减压条件下移除挥发物，用层析法(硅胶，己烷/二氯甲烷，1:1)分析剩余物。由乙醇重结晶经分离的产物以得到纯的4,7-双(4-异丙氧基苯基)-2-异丁基-2H-苯并[d][1,2,3]三唑，化合物生色团1(655mg，74％产率)。1HNMR(400MHz,CDCl3):δ8.00(d,J＝8.7Hz,4H,4-i-PrOC6H4),7.55(s,2H,苯并三唑),7.02(d,J＝8.8Hz,4H,4-i-PrOC6H4),4.64(七重峰,J＝6.2Hz,2H,4-i-PrOC6H4),4.59(d,J＝7.7Hz,2H,i-Bu),2.61(m,1H,i-Bu),1.38(d,J＝6.2Hz,12H,4-i-PrOC6H4),1.01(d,J＝6.6Hz,6H,i-Bu)。紫外可见光谱(PVB)：λmax＝360nm。荧光分析(PVB)：λmax＝435nm。
压敏粘合剂材料的合成
聚(丙烯酸丁酯共丙烯酸)(BA/AA)用作压敏粘合剂材料。根据以下反应方案来合成BA/AA材料。
使250mL的2颈反应烧瓶配备氩气流和冷凝器。向该烧瓶添加53.1mL(371mmol，1eq)丙烯酸丁酯。然后，添加2.38mL(34.7mmol，0.09eq)丙烯酸，之后添加166.7mL甲苯。在氩气下搅拌反应10分钟。作为最终组分，添加135mg(0.822mmol，0.002eq)AIBN引发剂，并立即将反应烧瓶放置到65℃预热的浴中，使其聚合过夜。在聚合后，反应成分以所合成的形式用于测试。
实施例1-压敏粘合剂波长转换带的合成
实施例1根据以下过程来制备。在玻璃板上制备包含发光染料和粘性聚合物材料的压敏波长转换层。压敏波长转换层通过以下步骤制备：(i)利用在甲苯中溶解的聚合物制备80重量％的聚(丙烯酸丁酯共丙烯酸)(BA/AA)聚合物溶液；(ii)通过以0.2重量％的重量比(生色团1/BA/AA)将BA/AA溶液与合成的生色团1混合以获得含生色团的粘性聚合物溶液，从而制备含生色团的BA/AA基体；(iii)通过直接将含生色团的聚合物溶液浇铸到B270玻璃板(2.5cm×2.5cm)上、然后在真空炉中于150℃下热处理该板1小时以移除甲苯，从而形成生色团/聚合物膜；和(iv)然后，将两个试样连在一起，并在150℃下将其手动压在具有100μm玻璃珠的两个玻璃板之间以获得层压有压敏波长转换层的玻璃。
比较例2-波长转换膜
根据以下过程制造比较例2：(i)通过以20重量％的预定比例将EVA粉末(来自Aldrich并以收到的形式使用)溶解于TCE(来自Aldrich并以收到的形式使用)中，从而制备乙烯乙酸乙烯酯(EVA)聚合物溶液；(ii)通过以0.3重量％的重量比(生色团1/EVA)将EVA聚合物溶液与合成的化合物生色团1混合以获得含生色团的聚合物溶液，从而制备含生色团的EVA基体；(iii)通过直接将含生色团的聚合物溶液浇铸到玻璃衬底上、然后在2小时内对该衬底进行从室温至最高100℃的热处理，通过在130℃进一步真空加热过夜来完全移除剩余溶剂，从而形成生色团/聚合物层；以及(iv)在水下揭去生色团/聚合物层，然后干燥独立的聚合物层；(v)层厚度为250μm，其通过改变生色团/聚合物溶液浓度和蒸发速度来获得。在比较例2中，EVA不是压敏粘合剂材料。
样品应用于太阳能电池
通过将EVA/生色团膜手动压到太阳能电池的光入射玻璃表面上，从而将比较例2样品应用于晶体硅太阳能电池的光入射表面。
短路电流增强的测量
短路电流增强与太阳能收集转换效率的增强成线性比例关系，因此，电池产生的短路电流的增加表明太阳能收集效率也已增加。通过Newport400W全光谱太阳模拟器系统来测量比较例2的太阳能电池光电转换效率。通过2cm×2cm的经校准的参照单晶硅太阳能电池将光强度调整到一个太阳(AM1.5G)。然后，在相同的照射下进行晶体硅太阳能电池的I-V表征，其短路电流通过模拟器中安装的Newport软件程序来计算。在确定电池独特的短路电流后，测量具有比较例2的膜的电池的增强。
使用以下等式来确定具有所附膜的太阳能电池的短路电流增强：
增强＝(J电池+膜-J电池)/J电池×100％
对于含EVA和生色团化合物1的比较例2，晶体硅太阳能电池的相对增强为约2-3％。
光学性能的测量
使用Shimadzu的UV-Vis-NIR Spectrophotometer model UV-3600来测量实施例1和比较例2样品的吸收。在Hamamatsu的Absolute PLQuantum Yield Spectrometer model C11347上测量实施例1和比较例2样品的发射光谱。
图4示出了实施例1和比较例2样品的光学性能。膜的吸收和发射非常相近，表明包含BA/AA作为压敏粘合剂以及生色团1的实施例1的膜会具有与比较例2相似的短路电流提高，当应用于晶体硅太阳能电池时其经测量为约2-3％。
本发明的一个目的是提供压敏波长转换带，其可以适于应用到太阳能电池、光伏装置、太阳能组件和太阳能电池板。如由以上实施例所示的，可以预期将压敏波长转换带应用于太阳能收集装置的光入射表面提高了光转换效率。
为了概括本发明的方面和相对于现有技术所实现的优点，在本公开中描述本发明的特定目的和优点。当然，应理解，不必所有的目的和优点都可以根据本发明的任何特定实施方案来实现。因此，例如本领域技术人员会认识到，本发明可以以如下方式实施或执行：实现或优化本文所教导的一个优点或一组优点，不必实现本文所教导或表明的其它目的或优点。
本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的精神的情况下可以进行许多和各种修改。因此，应清楚地理解，本发明的形式仅为说明性的，不意欲限制本发明的范围。
Claims (31)
1.压敏波长转换带，其包括：
压敏粘合剂层，其中所述压敏粘合剂层包含
粘性聚合材料；和
至少一种发光染料，其中所述至少一种发光染料配置为将第一波长的入射光子的一部分转换为第二波长的光子。
2.根据权利要求1所述的带，其还包括衬底层，其中所述衬底层包含聚合物材料。
3.根据权利要求1或2所述的带，其中所述压敏粘合剂层包含两种或更多种发光染料。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的带，其中所述至少一种发光染料为上转换生色团。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的带，其中所述至少一种发光染料为下移生色团。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的带，其中所述至少一种发光染料为有机染料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的带，其中所述至少一种发光染料选自苝衍生物染料、苯并三唑衍生物染料和苯并噻二唑衍生物染料。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的带，其中所述至少一种发光染料由通式(I-a)或(I-b)表示：
其中：
i为0至100范围内的整数；
A0和Ai分别独立地选自任选地经取代的烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基、任选地经取代的氨基、任选地经取代的酰胺基、任选地经取代的环酰胺基、任选地经取代的环酰亚胺基、任选地经取代的烷氧基、和任选地经取代的羧基以及任选地经取代的羰基；
A2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基、酮、酯和
其中，Ar为任选地经取代的芳基或任选地经取代的杂芳基；R1选自H、烷基、烯基、芳基、杂芳基、芳烷基、烷芳基；和R2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基、酮和酯；或R1和R2可以连接到一起以形成环，
D1和D2独立地选自氢、任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的芳氧基、任选地经取代的酰氧基、任选地经取代的烷基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基、任选地经取代的氨基、酰胺基、环酰胺基和环酰亚胺基，条件是D1和D2不都是氢；以及
Li独立地选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚炔基、任选地经取代的亚芳基和任选地经取代的杂亚芳基。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的带，其中所述至少一种发光染料还由通式(II-a)或(II-b)表示：
其中：
i为0至100范围内的整数；
Ar为任选地经取代的芳基或任选地经取代的杂芳基；
R4为或任选地经取代的环酰亚胺基；
R1分别独立地选自H、烷基、烯基、芳基、杂芳基、芳烷基和烷芳基；
R3分别独立地选自任选地经取代的烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的芳基和任选地经取代的杂芳基；或R1和R3可以连接到一起以形成环；
R2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基；
D1和D2分别独立地选自氢、任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的芳氧基、任选地经取代的酰氧基、任选地经取代的烷基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基、任选地经取代的氨基、酰胺基、环酰胺基和环酰亚胺基，条件是D1和D2不都是氢；以及
Li独立地选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚炔基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的带，其中所述至少一种发光染料还由通式(III-a)或(III-b)表示：
其中：
i为0至100范围内的整数；
A0和Ai分别独立地选自任选地经取代的烷基、任选地经取代的烯基、任选地经取代的杂烷基、任选地经取代的酰胺基、任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的羰基和任选地经取代的羧基；
每一R5都独立地选自任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的芳氧基、任选地经取代的酰氧基和氨基；
A2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基、酮、酯和
其中，Ar为任选地经取代的芳基或任选地经取代的杂芳基；R1选自H、烷基、烯基、芳基、杂芳基、芳烷基、烷芳基；和R2选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基、酮和酯；或R1和R2可以连接到一起以形成环；以及
Li独立地选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚炔基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基。
11.根据权利要求1至7中任一项所述的带，其中所述至少一种发光染料由通式(IV)表示：
其中，
i为0至100范围内的整数；
Z和Zi分别独立地选自-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NR6-、-CR6＝CR6-和-CR6＝N-，其中R6为氢、任选地经取代的C1-C6烷基或任选地经取代的C1-C10芳基；以及
D1和D2独立地选自任选地经取代的烷氧基、任选地经取代的芳氧基、任选地经取代的酰氧基、任选地经取代的烷基、任选地经取代的芳基、任选地经取代的杂芳基、任选地经取代的氨基、酰胺基、环酰胺基和环酰亚胺基；
j为0、1或2，且k为0、1或2；
Y1和Y2独立地选自任选地经取代的芳基、任选地经取代的烷基、任选地经取代的环烷基、任选地经取代的烷氧基和任选地经取代的氨基；以及
Li独立地选自任选地经取代的亚烷基、任选地经取代的亚烯基、任选地经取代的亚炔基、任选地经取代的亚芳基、任选地经取代的杂亚芳基。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的带，其中所述至少一种发光染料由通式(V-a)或通式(V-b)表示：
其中，通式(V-a)中的R1和R1’分别独立地选自氢、C1-C10烷基、C3-C10环烷基、C1-C10烷氧基、C6-C18芳基和C6-C20芳烷基；通式(V-a)中的m和n分别独立地在1至5的范围内；以及通式(V-b)中的R2和R2’分别独立地选自C6-C18芳基和C6-C20芳烷基。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的带，其中所述聚合物材料选自聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯乙酸乙烯酯、乙烯四氟乙烯、聚酰亚胺、聚苯乙烯、硅氧烷溶胶-凝胶、聚氨基甲酸酯、聚丙烯酸酯及其组合。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的带，其中所述压敏粘合剂层中的粘性聚合材料选自橡胶、丙烯酸树脂、硅酮、乙烯基烷基醚、聚酯、聚酰胺、氨基甲酸酯、氟、环氧树脂、乙烯乙酸乙烯酯或其混合物。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的带，其中所述压敏粘合剂层的粘性聚合材料是使用交联剂交联的。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的带，其还包含以下组分中的一种或多种：
至少一种增稠剂，其选自酚树脂、萜酚树脂、萜树脂、二甲苯树脂、松香和氢化树脂；
至少一种无机填料，其选自碳酸钙和炭黑；
润滑剂、抗老化剂、染料、着色剂、颜料、表面活性剂、塑化剂、消泡剂、阻燃剂、光稳定剂、触变剂、紫外吸收剂、低分子量聚合物、抗氧化剂、耐热稳定剂、金属粉末、聚合抑制剂或其任何混合物。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的带，其中所述压敏粘合剂层的折射率为约1.4至约1.7。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的带，其中所述发光染料以约0.01重量％至约3.0重量％范围内的量存在于所述压敏粘合剂层的聚合材料中。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的带，其中所述带的厚度为约10μm至约2mm。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的带，其中所述压敏粘合剂层的厚度为约1μm至约500μm。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的带，其还包括与所述压敏粘合剂层附着的可移除衬里。
22.根据权利要求21所述的带，其中所述可移除衬里包括塑料膜。
23.根据权利要求21或22所述的带，其中所述可移除衬里选自氟聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚丁烯、聚丁二烯、聚甲基戊烯、聚氯乙烯、氯乙烯共聚物、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氨基甲酸酯、乙烯乙酸乙烯酯、玻璃纸、涂布纸、层压纸、布料、无纺织物片和金属箔。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的带，其中所述可移除衬里的厚度为约10μm至约100μm。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的带，其中在所述带中使用额外的材料或层，例如聚合物膜或粘合剂层，以将额外的层粘附到所述系统。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的带，其还包括含有紫外吸收剂的额外的聚合物层。
27.根据权利要求26所述的带，其中所述额外的聚合物层包含第二发光染料。
28.改善太阳能收集装置的性能的方法，包括将权利要求1至27中任一项所述的带应用于所述装置。
29.根据权利要求28所述的方法，其中使用辊层合机将所述带应用于所述太阳能收集装置。
30.根据权利要求28或29中任一项所述的方法，其中所述太阳能收集装置选自基于硅的装置、III-V和II-VI PN结装置、铜-铟-镓-硒(CIGS)薄膜装置、有机敏化剂装置、有机薄膜装置或硫化镉/碲化镉(CdS/CdTe)薄膜装置。
31.根据权利要求28至30中任一项所述的方法，其中所述太阳能收集装置包括含有玻璃或聚合物的光入射表面。
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