CN106536638A - 具有苯并三唑结构的荧光色素化合物及高分子荧光色素化合物、以及使用其的波长转换型封装材料组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供加工性高、具有理想的光学特性及良好的光稳定性、析出物产生得以被抑制的新型化合物即含有苯并三唑衍生物的荧光色素化合物以及具有苯并三唑结构的荧光色素高分子化合物、及使用其的波长转换型封装材料组合物。另外,本发明提供使用上述波长转换型封装材料组合物形成的具有理想的光学特性及良好的光稳定性、析出物产生得以被抑制的波长转换型封装材料层、及具有其的光伏模组。本发明涉及由下述通式(I)表示的高分子荧光色素化合物。式(I)中,X1及X2各自独立地表示‑O‑、‑(C=O)O‑、‑O(C=O)‑、‑CH2O‑、‑CH2O(CO)‑、‑NH(CO)‑、‑NR‑CH2‑或单键,R表示碳原子数1~8的烷基;Y1及Y2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基等;P表示高分子结构部位;L表示通过共价键将苯并三唑环与高分子结构部位连接的接头结构部位;Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基等;m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数。

Description

具有苯并三唑结构的荧光色素化合物及高分子荧光色素化合 物、以及使用其的波长转换型封装材料组合物
技术领域
本发明涉及在用于太阳能电池单元封装材料、荧光膜形成材料等时具有合适的吸收波长、且具有光稳定性优异的特征的具有苯并三唑结构的荧光色素高分子化合物及作为其前体的荧光色素化合物、使用其的波长转换型封装材料组合物、波长转换型封装材料层(波长转换膜、波长转换片材等)、以及太阳能电池模组。波长转换型封装材料层具有显著提高光伏性装置或太阳能电池装置的日光采集效率的潜力。
背景技术
通过对太阳能的利用,可提供有望代替以往的化石燃料的能量来源,因此,对可将太阳能转换成电的装置的开发、例如对光伏装置(其还作为太阳能电池而为人所知)等的开发近年来备受关注。已开发出了若干不同类型的成熟的光伏装置,其中,作为例子,包括硅系装置、III-V及II-VI的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、以及硫化镉/碲化镉(CdS/CdTe)薄膜装置。关于上述装置的更详细记载可见于文献等中(例如,参见非专利文献1)。然而,这些装置中的很多装置的光电转换效率仍存在改善余地,开发用于改善上述效率的技术是很多研究人员正在开展的课题。
为了提高上述转换效率,已在对能将入射光中的不能用于光电转换的波长(例如紫外线区域)转换为能用于光电转换的波长的、具有波长转换功能的太阳能电池进行研究(例如,参见专利文献2等)。在上述研究中,提出了将荧光体粉末与树脂原料混合来形成发光性面板的方法。
虽然此前已公开了在光伏装置及太阳能电池中可使用的波长转换无机介质,但关于为了改善效率而在光伏装置中使用光致发光性有机介质的研究却几乎没有报道。与无机介质相对比而言,有机介质的使用受到关注,其原因在于,有机材料通常更廉价,并且使用更容易,因此,有机材料成为更良好的经济性选择之一。
另外,已发现在使用上述荧光体粉末时,会发生添加的荧光体随时间经过而析出等不良情况。尤其是在太阳能电池用途中,预想在户外历经20年以上的长期而被使用,因此,对这样的经时稳定性、长期的保存稳定性加以改善是特别重要的课题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利申请公开第2009/0151785号说明书
专利文献2:日本特开平7-142752号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明鉴于上述情况,目的在于提供加工性高、具有理想的光学特性及良好的光稳定性、析出物产生得以被抑制的新型化合物即作为苯并三唑衍生物的荧光色素化合物以及具有苯并三唑结构的荧光色素高分子化合物、及使用其的波长转换型封装材料组合物。
另外,本发明的目的在于提供使用上述波长转换型封装材料组合物形成的具有理想的光学特性及良好的光稳定性、析出物产生得以被抑制的波长转换型封装材料层、及具有其的光伏模组。
用于解决课题的手段
本申请的发明人为了解决上述课题而进行了深入研究,结果,成功研制出了具有下述新型苯并三唑结构的新型的有机化合物及高分子化合物,并发现通过上述有机化合物及高分子化合物可达成上述目的,从而完成了本发明。
本发明的高分子荧光色素化合物的特征在于由下述通式(I)表示。
[化学式1]
(式中,X1及X2各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键,R表示碳原子数1~8的烷基,
Y1及Y2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子结构部位,
L表示通过共价键将苯并三唑环与高分子结构部位连接的接头结构部位,
Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基(烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数(其中,m+n为4以下,o+p为4以下。)。m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同)
本发明的高分子荧光色素化合物由于具有上述通式(I)表示的结构,因而可成为加工性高、理想的光学特性(高的量子收率等)及良好的光稳定性(化学·物理稳定性)优异的化合物。尤其是,分散在基体树脂中的上述高分子色素化合物即使在长期保存试验中也不析出,能简单地得到稳定且均匀的封装材料组合物(及层)。关于上述作用效果的呈现,尽管目前推测主要是下文记载的机理在起作用,但并不限定为必然通过下述机理。对于上述高分子荧光色素化合物(含有苯并三唑结构的聚合物)而言,推测由于作为荧光色素发挥作用的特定的苯并三唑部位与聚合物结构部位化学性地连接,因而在基体树脂内的移动被抑制,结果,可抑制因结晶化等而导致的析出物的产生和向层外的排出。
另外,荧光发光化学结构部位与其他芳香族部位连接时,不仅可能导致吸收·发光特性发生变化,而且还可能引起通过连接而形成的该芳香族部位的光稳定性降低,在用于太阳能电池等户外用途时,有尤其是吸收·发光特性等变差的悬念。与此相对,对于本发明的高分子荧光色素化合物而言,通过利用非共轭键将具有特定的苯并三唑结构的生色团中的苯并三唑环的2位氮原子与基础聚合物结构连接,该生色团的吸收·发光特性得以被大致维持,对导入至高分子体后的吸收·发光特性的预测、调整也变得容易。另外,对于本发明的高分子荧光色素化合物而言,例如,由于上述苯并三唑结构的键合部位不仅与呈现高分子化合物的主要功能的单体部位键合、而且还与其他单体部位键合等,因此能够控制玻璃化转变温度(Tg)、溶解性等次要特性。这对于在加热混炼处理等加工工序中更容易均匀地在体系内分散·溶解而言是有利的。另外,尽管通常杂环结构的色素化合物会因其平面性、结晶性而存在溶解性差的情况,但本发明的高分子荧光色素化合物由于是高分子量体,因而加工性优异。另外,在市场上推出低分子量的新型化合物时,通常需要进行基于日本化审法的各种试验、注册等,而本发明的高分子荧光色素化合物由于是作为向生物体内的摄取有限的物质来处理的高分子量体,因而能以更少的手续负担、时间负担来实施。
另外,本发明的高分子荧光色素化合物中,优选地,上述L不与上述苯并三唑环及上述高分子结构部位中的任一者形成共轭键。通过具有上述结构,能够抑制由于接头结构部位而导致共轭体系、电子的离域化发生变化、该生色团的吸收·发光特性受到影响的情况。由此,该生色团组入高分子结构部位之前或聚合之前的吸收·发光特性得以被大致维持,对导入高分子体后的吸收·发光特性的预测、调整也变得更容易。
另外,对于本发明的高分子荧光色素化合物而言,优选由下述通式(II)表示。
[化学式2]
(式中,X1、X2及X3各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键,R表示碳原子数1~8的烷基,
Y1、Y2及Y3各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子结构部位,
Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基(烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数(其中,m+n为4以下,o+p为4以下。)。m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同)
另外,本发明的高分子荧光色素化合物中,上述P优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯四氟乙烯、聚酰亚胺基、无定形聚碳酸酯、硅氧烷溶胶-凝胶、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚砜、聚芳酯、环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)或有机硅树脂。另外,波长转换型封装材料用途中,作为上述树脂,优选使用光学透明的树脂。尤其是,通过使用与波长转换型封装材料的基体树脂为同一种或亲和性高的树脂,将会在在封装材料层中的均匀分散、抑制析出物产生方面也更优异。
另外,对于本发明的高分子荧光色素化合物而言,优选在300~410nm范围内具有最大吸收波长。通过在上述波长区域中具有最大吸收波长,能够更有效地将太阳能电池单元难以在光电转换中利用的(或无法利用的)波长区域的入射光转换至太阳能电池单元等可进行光电转换的波长区域。需要说明的是,本发明中,所谓最大吸收波长,是指该化合物所吸收的光中的吸光度为最大值的波长,可作为在紫外线吸收光谱中显示最大的吸收峰的波长而被测定。
另外,对于本发明的高分子荧光色素化合物而言,优选在410~560nm范围内具有最大荧光发光波长。通过在上述波长区域中具有最大荧光发光波长,能够更有效地将太阳能电池单元难以在光电转换中利用的(或无法利用的)波长区域的入射光转换至太阳能电池单元可进行光电转换的波长区域。需要说明的是,本发明中,所谓最大荧光发光波长,是指该化合物所发出的光中的发光强度为最大值的波长,可作为在荧光发射光谱中显示最大的发光峰的波长而被测定。
另一方面,本发明的波长转换型封装材料组合物的特征在于,包含上述高分子荧光色素化合物。另外,上述波长转换型封装材料组合物可包含光学透明的树脂基体及上述高分子荧光色素化合物。通过包含上述高分子荧光色素化合物,可有效地使比太阳能电池单元的吸收波长区域更短的波长区域的光红移至太阳能电池单元可在光发电中利用的波长区域(red shift),结果,更宽范围的光谱的太阳能可被转换成电。另外,由于上述高分子荧光色素化合物具有大的荧光量子效率和良好的加工性,因此,能够以在制造工序及成本方面有利的方式得到可提供优异的光转换效果的波长转换型封装材料组合物。另外,本发明的波长转换型封装材料组合物接受具有第1波长的至少1个光子作为输入,给出具有比第1波长更长的(大的)第2波长的至少1个光子作为输出,在该过程中呈现作为波长转换型封装材料组合物的功能。此外,上述波长转换型封装材料组合物中,分散在基体树脂中的上述高分子荧光色素化合物即使在长期保存试验中也不析出,能简单地得到稳定且均匀的封装材料组合物(及层)。上述波长转换型封装材料组合物特别适于太阳能电池用途。
另外,本发明的波长转换型封装材料组合物中,优选以0.05~100重量%的量包含上述高分子荧光色素化合物。
另外,本发明的波长转换型封装材料组合物中,可包含光学透明的树脂基体及如权利要求1~6中任一项所述的上述高分子荧光色素化合物。
另外,本发明的波长转换型封装材料组合物中,上述基体树脂优选以聚(乙烯-乙酸乙烯酯)为主成分。通过将聚(乙烯-乙酸乙烯酯)作为上述基体树脂的主成分,能更可靠地形成透光性、耐久性优异的波长转换型封装材料层。
需要说明的是,上文所述的作为主成分是指,在使上述基体树脂为多种树脂的混合物时、以重量比计包含50重量%以上的该主成分的情况。上述重量比更优选为70重量%以上,进一步优选为90重量%以上。
另一方面,本发明的波长转换型封装材料层的特征在于,是使用上述波长转换型封装材料组合物形成的。通过使用上述组合物形成,从而成为不仅具有理想的光学特性(高的量子收率等)及良好的光稳定性(化学·物理稳定性)、而且析出物产生得以被抑制的波长转换型封装材料层。更详细而言,由于上述高分子荧光色素化合物具有大的荧光量子效率和良好的加工性,因此,能够以在制造工序及成本方面有利的方式得到可提供优异的光转换效果的波长转换型封装材料层。另外,本发明的波长转换型封装材料层接受具有第1波长的至少1个光子作为输入,给出具有比第1波长更长的(大的)第2波长的至少1个光子作为输出,在该过程中呈现作为波长转换型封装材料层的功能。此外,上述波长转换型封装材料层中,分散在基体树脂中的上述高分子荧光色素化合物即使在长期保存试验中也不析出,能简单地得到稳定且均匀的封装材料组成层。上述波长转换型封装材料层特别适于太阳能电池用途。
另外,本发明的太阳能电池模组的特征在于,包含使用上述波长转换型封装材料组合物形成的波长转换型封装材料层。上述太阳能电池模组由于具有上述波长转换型封装材料层,因而成为具有理想的光学特性(高的量子收率等)及良好的光稳定性(化学·物理稳定性)的太阳能电池模组。此外,通过具有上述波长转换型封装材料层,从而即使在长期保存试验中,上述高分子荧光色素化合物也不析出,还可抑制上述高分子荧光色素化合物向背面用封装材料层等中移动,成为稳定且均匀的太阳能电池模组。
另外,本发明的太阳能电池模组优选被配置为使得入射光在到达太阳能电池单元之前先通过上述波长转换型封装材料层。通过形成上述构成,能更可靠地将更宽范围的光谱的太阳能转换成电,能有效地提高光电转换效率。
另外,本发明的太阳能电池模组中,上述太阳能电池单元优选为晶体硅太阳能电池。上述太阳能电池模组作为将上述太阳能电池单元层叠而成的太阳能电池模组来使用时,能更有效地进一步提高光电转换效率。尤其是,硅太阳能电池中,有在作为紫外线区域的最大吸收波长为400nm以下的区域中光电转换效率低这样的问题。对于上述太阳能电池模组而言,通过适当地使用在该波长区域具有吸收、并且可在410~560nm范围内发射荧光的上述高分子荧光色素化合物,可更有效地进行光利用。另一方面,如果上述高分子荧光色素化合物的吸收波长区域达到比上述波长区域更长的波长区域,则可能会有太阳能电池单元等光电转换元件原本可吸收的波长与上述高分子荧光色素化合物的吸收波长重复、光电转换效率不能被提升的问题。对于上述太阳能电池模组而言,通过使用上述高分子荧光色素化合物,能够对高分子荧光色素化合物等的吸收波长进行精密控制而使得不产生上述问题。
附图说明
[图1]表示使用了本发明的太阳能电池用封装材料层的太阳能电池模组的例子。
[图2]表示使用了本发明的太阳能电池用封装材料层的太阳能电池模组的例子。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行说明。
(荧光色素化合物)
本发明的荧光色素化合物的特征在于由下述通式(III)表示。
[化学式3]
(式中,X1及X2各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键,R表示碳原子数1~8的烷基,
Y1、Y2及Y3各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代),
X4表示含有碳-碳双键的基团、含有碳-碳三键的基团、羟基、酯基、异氰酸酯基、环氧基、或氟、氯、溴、碘、甲磺酰基、对甲苯磺酰基、硝基苯磺酰基、或三氟甲磺酰基,
Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基(烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数(其中,m+n为4以下,o+p为4以下。)。m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同)
荧光(或光致发光性)色素的有用的性质之一为:这些色素能吸收特定波长的光的光子,并且能再以不同的波长发射该光子。该现象在将这些色素用于光伏产业中时也有用。
由通式(III)表示的生色团在包含波长转换膜的各种应用中作为荧光色素(荧光色素化合物)有用。尤其是,上述苯并三唑衍生物由于具有上述通式(III)表示的结构,因而可作为上述高分子荧光色素化合物的单体而合适地使用。如上式中所示,上述色素为苯并杂环系、更具体为具有苯并三唑结构的新型化合物(苯并三唑衍生物)。下文中记载了关于可使用的化合物的类型的更详细内容及实例,但这并不限定本发明的范围。需要说明的是,本发明的荧光色素化合物中还包括在上述苯并三唑环上进行取代而成的化合物,只要不妨碍本发明的作用效果即可。
[化学式4]
(式中,X1及X2各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键,R表示碳原子数1~8的烷基,
Y1、Y2及Y3各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代),
X4表示含有碳-碳双键的基团、含有碳-碳三键的基团、羟基、酯基、异氰酸酯基、环氧基、或氟、氯、溴、碘、甲磺酰基、对甲苯磺酰基、硝基苯磺酰基、或三氟甲磺酰基,
Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基(烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数(其中,m+n为4以下,o+p为4以下。)。m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同)
上述苯并三唑衍生物由于具有上述通式(III)表示的结构,因而可作为上述高分子荧光色素化合物的单体而合适地使用。上述荧光色素化合物由于可通过X4基团与基体树脂形成化学键合(自由基的交联、亲核取代反应、加成反应、自由基聚合等),因此,例如,容易以成为所谓的悬挂(pendant)型的方式将上述荧光色素化合物导入至高分子结构部位的主链骨架,或者,以封端(end capping)方式将上述荧光色素化合物导入至高分子结构部位的主链骨架末端等。另外,通过使用本发明的荧光色素化合物,可通过共聚、加成反应等容易地将现有的树脂系进行改性或分子设计而得到适于上述用途的高分子荧光色素化合物。
另外,对于上述苯并三唑衍生物而言,优选在300~410nm范围内具有最大吸收波长。通过在上述波长区域具有最大吸收波长,能够更有效地将太阳能电池单元难以在光电转换中利用的(或无法利用的)波长区域的入射光转换至太阳能电池单元等可进行光电转换的波长区域。
另外,对于上述苯并三唑衍生物而言,优选在410~560nm范围内具有最大荧光发光波长。通过在上述波长区域具有最大荧光发光波长,能够更有效地将太阳能电池单元难以在光电转换中利用的(或无法利用的)波长区域的入射光转换至太阳能电池单元可进行光电转换的波长区域。
上述苯并三唑衍生物中,上述X1及X2各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键。需要说明的是,R表示碳原子数1~8的烷基。其中,优选上述X1或X2中的至少1个为-(C=O)O-、或-O(CO)-。需要说明的是,上述X1或X2为单键时,是指各Y基直接键合于苯环。
上述苯并三唑衍生物中,上述Y1、Y2及Y3各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)。上述烷基的碳原子数优选为1~18,更优选为2~8。上述碳原子数1~18的烷基可以为直链,也可以为支链。
作为上述Y1、Y2及Y3,例如,包括乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、2-乙基己基、及辛基等,但不限于这些。
上述苯并三唑衍生物中,上述X4表示含有碳-碳双键的基团、含有碳-碳三键的基团等可通过不饱和键而形成共价键的基团、羟基、酯基、异氰酸酯基、及环氧基等这样的可通过缩合反应、加成反应等而形成共价键的基团、或氟、氯、溴、碘、甲磺酰基、对甲苯磺酰基、硝基苯磺酰基、或三氟甲磺酰基等作为良好的离去基团等而对取代反应有利的基团。作为上述X4基团,通过使其为可利用缩合反应、取代反应、加成反应、聚合等而形成共价键的上述官能团,可形成与上述基体树脂的化学键合(自由基的交联、亲核取代反应、加成反应、聚合等)。
上述苯并三唑衍生物中,优选上述X4为-CR’=CH2、-(C=O)O-CR’=CH2、-O(C=O)-CR’=CH2、-CH2O(CO)-CR’=CH2、-NH(CO)-CR’=CH2、或-NR-CH2-CR’=CH2(其中,R及R’各自独立地表示碳原子数1~8的烷基)。通过具有上述结构,从而将会容易形成基于X4基团的与基体树脂的化学键合、尤其是基于自由基的交联、自由基聚合反应等的键合。
作为上述X4,例如,包括乙烯基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基、异丁烯基、戊烯基、己烯基、庚烯基、2-乙基己烯基、辛烯基、及3-烯丙基氧基-2-羟基丙基、及3-烯丙基氧基-2-乙酰氧基丙基等,但不限于这些。
上述苯并三唑衍生物中,Z1及Z2表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基(烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,m、n、o、及p各自独立地表示0~4的整数(其中,m+n为4以下,o+p为4以下。)。上述碳原子数1~18的烷基可以为直链,也可以为支链。上述碳原子数1~18的烷氧基可以为直链,也可以为支链。m、n、o、及p各自独立地表示0~4的整数。上述烷基的碳原子数优选为1~18,更优选为1~12,进一步优选为1~8。上述烷氧基的碳原子数优选为1~18,更优选为1~12,进一步优选为1~8。另外,m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同。
作为上述Z1及Z2的烷基,例如,包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、庚基、2-乙基己基、及辛基等,但不限于这些。另外,烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代。
作为上述Z1及Z2的烷氧基,可举出以共价键介由-O-键而键合于母体分子的直链或支链的烷基。作为上述Z1及Z2的烷氧基,例如,包括甲氧基、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、戊基氧基、己基氧基、庚基氧基、2-乙基己基氧基、辛基氧基、1-丙烯基氧基、2-丙烯基氧基、丁烯基氧基、戊烯基氧基、己烯基氧基、庚烯基氧基、辛烯基氧基、及3-烯丙基氧基-2-羟基丙基氧基、3-烯丙基氧基-2-乙酰氧基丙基氧基等,但不限于这些。另外,烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代。
作为上述Z1及Z2的氟基,可举出烷基的一部分或全部的氢原子被氟原子取代而得到的基团。作为上述Z1及Z2的氟基,例如,包括三氟甲基、五氟乙基等,但不限于这些。
作为上述Z1及Z2的-COOR1基团,可举出烷基酯结构的基团。作为上述Z1及Z2的-COOR1基团,例如,包括甲酯基、乙酯基、1-丙酯基、2-丙酯基、苯酯基等,但不限于这些。
作为上述Z1及Z2的-NHCOR2基团,可举出酰胺(acylamido)结构的基团。作为上述Z1及Z2的-NHCOR2基团,例如,包括乙酰胺基、丙酰胺基等,但不限于这些。
上述m、n、o、及p各自独立地表示0~4的整数。具体而言,上述m、n、o、及p可以取0、1、2、3、4的值。其中,m+n为4以下,o+p为4以下。
在本说明书中使用时,被取代的基团来源于其中1个或多个氢原子有可能将被替换成其他原子或基团的、未经取代的母体结构。被取代时,该取代基(1个或多个)例如是从C1~C6烷基、C1~C6链烯基、C1~C6炔基、C3~C7环烷基(其任选被卤素、烷基、烷氧基、羧基、卤代烷基、CN、-SO2-烷基、-CF3及-OCF3取代)、孪位连接的环烷基(cycloalkyl geminallyattached)、C1~C6杂烷基、C3~C10杂环烷基(例如,四氢呋喃基)(其任选被卤素、烷基、烷氧基、羧基、CN、-SO2-烷基、-CF3及-OCF3取代)、芳基(其任选被卤素、烷基、任选被C1~C6烷基取代的芳基、芳基烷基、烷氧基、芳基氧基、羧基、氨基、酰亚胺基、酰胺基(氨基甲酰基)、任选被取代的环状酰亚胺基、环状酰胺基、CN、-NH-C(=O)-烷基、-CF3及-OCF3取代)、芳基烷基(其任选被卤素、烷基、烷氧基、芳基、羧基、CN、-SO2-烷基、-CF3及-OCF3取代)、杂芳基(其任选被卤素、烷基、烷氧基、芳基、杂芳基、芳烷基、羧基、CN、-SO2-烷基、-CF3及-OCF3取代)、卤素(例如,氯、溴、碘及氟)、氰基、羟基、任选被取代的环状酰亚胺基、氨基、酰亚胺基、酰胺基、-CF3、C1~C6烷氧基、芳基氧基、酰基氧基、巯基(mercapto group)、卤代(C1~C6)烷基、C1~C6烷基硫基、芳基硫基、单(C1~C6)烷基氨基及二(C1~C6)烷基氨基、季铵盐基团、氨基(C1~C6)烷氧基、羟基(C1~C6)烷基氨基、氨基(C1~C6)烷基硫基、氰基氨基、硝基、氨基甲酰基、酮(氧基)、羰基、羧基、乙醇酰基、甘氨酰基、肼基、脒基、氨磺酰基、磺酰基、亚磺酰基、硫代羰基、硫代羧基、磺酰胺基、酯基、C-酰胺基、N-酰胺基、N-氨基甲酸酯基、O-氨基甲酸酯基、脲基、以及它们的组合中分别且独立地选择的1个或多个基团。本文通篇中,以“任选被取代”的形式记载取代基时,通常均表示该取代基可被上述取代基取代。
作为上述荧光色素化合物的吸光度,例如,优选为0.5~6,更优选为1~4,进一步优选为1~3。
另外,上述荧光色素化合物中,上述荧光色素化合物的熔点通常优选为50℃~200℃,但在本申请发明中,具有通过进行交联而减少渗出(bleed out)的效果,因此,可以为20℃~200℃,也可以为0℃~200℃,还可以为-20℃~200℃。通过使用在上述范围内具有熔点的苯并三唑衍生物,从而可在加热混炼处理等加工工序中均匀地分散·溶解于体系内。尤其是,将会容易得到形成片材时的均匀性,生产·加工性特别优异。
本发明中的荧光色素(化合物、高分子化合物)并不仅止于单纯地只要能在特定的波长区域内吸收光并进行波长转换从而发射出波长较吸收的光更长的光即可的地步。对于本申请的荧光色素而言,如果可能,在比最大吸收波长更长的波长处不具有吸收(或吸收较少)是优选的。例如,作为其指标,在比最大吸收波长长60nm的波长处的吸光度比最大吸收波长处的吸光度更小是令人期望的。
上述荧光色素化合物的合成方法可适当使用已知的方法。作为上述合成方法,例如,可举出下述方法:使4,7-二溴苯并三唑等取代了离去基团的二取代苯并三唑(卤代苯并三唑等)与含有X-Y侧链(Y1-X1、Y2-X2)的苯基硼酸进行偶联反应的方法;利用亲核取代反应等将相当于含有X-Y侧链的苯基前体的化合物键合于上述二取代苯并三唑而形成的方法;在使羟基苯基硼酸键合于上述二取代苯并三唑后,将上述羟基转化成烷氧基、酯基等而导入X-Y基团的方法;利用金属催化剂进行偶联的方法;将侧链的烷氧基的一部分转化成碳-碳双键的方法;及在导入上述X-Y侧链之前、之后或与其同时导入Y3-X4基团的方法;等等。
其中,作为简单且优选的方法,例如,可举出:通过酯化将油酸等不饱和脂肪酸与在同苯并三唑骨架相邻的苯环上具有酚式羟基的羟基苯基苯并三唑衍生物缩合的方法(可适当地使用缩合剂)、通过酯化将不饱和脂肪族醇与在同苯并三唑骨架相邻的苯环上具有羧基的羧基苯基苯并三唑衍生物缩合的方法(可适当地使用缩合剂)、利用烷基化反应将具有不饱和键的卤化物或缩水甘油基化合物连接于在与苯并三唑骨架相邻的苯环上具有酚式羟基的羟基苯基苯并三唑衍生物的方法等。
另外,上述荧光色素化合物由于具有上述反应部位(与聚合物基体等的反应部位),因而可固定化于基体聚合物。尤其是,对于上述固定化而言,在上述波长转换封装材料组合物、上述波长转换封装材料层的固化工序时,可容易且同时地进行上述荧光色素的固定化,在工业工艺方面也非常优异。另外,对于在基体聚合物上的固定化而言,通常可以在上述波长转换型封装材料层的形成时或形成后、或者模组安装时或安装后,利用其他的加热处理、光照射处理或用于固定化的加热处理、光照射处理等进行,但也可以在上述波长转换型封装材料组合物的阶段适当地进行一部分或全部的固定化。
(高分子荧光色素化合物)
本发明的高分子荧光色素化合物的特征在于由下述通式(I)表示。
[化学式5]
(式中,X1及X2各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键,R表示碳原子数1~8的烷基,
Y1及Y2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子结构部位,
L表示通过共价键将苯并三唑环与高分子结构部位连接的接头结构部位,
Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基(烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数(其中,m+n为4以下,o+p为4以下。)。m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同)
由通式(I)表示的生色团在包含波长转换膜的各种应用中作为荧光色素(高分子荧光色素化合物)有用。如上述式中所示那样,上述色素为苯并杂环系、更具体为具有苯并三唑结构的新型高分子化合物(含有苯并三唑结构的聚合物)。需要说明的是,本发明的高分子荧光色素化合物还包括在上述苯并三唑环上进行取代而成的化合物,只要不妨碍本发明的作用效果即可。
[化学式6]
(式中,X1及X2各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键,R表示碳原子数1~8的烷基,
Y1及Y2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子结构部位,
L表示通过共价键将苯并三唑环与高分子结构部位连接的接头结构部位,
Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基(烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数(其中,m+n为4以下,o+p为4以下。)。m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同)
上述高分子荧光色素化合物由于具有上述通式(I)表示的结构,因而可成为加工性高、理想的光学特性(高的量子收率等)及良好的光稳定性(化学·物理稳定性)优异的荧光色素化合物。尤其是,对于上述高分子荧光色素化合物而言,由于作为荧光色素发挥作用的特定的苯并三唑部位与聚合物结构部位化学性地连接,因而在基体树脂内的移动被抑制,结果,分散在基体树脂中的上述高分子荧光色素化合物即使在长期保存试验中也不析出,能简单地得到稳定且均匀的封装材料组合物(及层)。
另外,上述高分子荧光色素化合物中,上述L表示通过共价键将苯并三唑环与高分子结构部位连接的接头结构部位。优选上述L不与上述苯并三唑环及上述高分子结构部位中的任一者形成共轭键。但是,对于上述L而言,可在不与上述苯并三唑环及上述高分子结构部位中的任一者形成共轭键的位置具有共轭键(例如,碳碳双键等)。
另外,对于上述高分子荧光色素化合物而言,优选由下述通式(II)表示。
[化学式7]
(式中,X1、X2及X3各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键,R表示碳原子数1~8的烷基,
Y1、Y2及Y3各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代),
P表示高分子结构部位,
Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基(烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基(烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代)、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数(其中,m+n为4以下,o+p为4以下。)。m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同)
上述高分子荧光色素化合物中,关于与苯并三唑骨架有关的记载、及X1、X2、Y1、Y2、Y3、Z1、Z2、m、n、o以及p等符号,适当地与上述的荧光色素化合物中的通式(III)相同。
另外,上述高分子荧光色素化合物中,上述X3各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键。需要说明的是,R表示碳原子数1~8的烷基。其中,上述X3优选为-(C=O)O-、或-O(CO)-。需要说明的是,上述X3为单键时,是指Y3基团直接键合于高分子结构部位P。
另外,上述高分子荧光色素化合物中,上述P优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯四氟乙烯、聚酰亚胺、无定形聚碳酸酯、硅氧烷溶胶-凝胶、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚砜、聚芳酯、环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)或有机硅树脂。
作为上述高分子荧光色素化合物的吸光度,例如,优选为0.5~6,更优选为1~4,进一步优选为1~3。
另外,上述高分子荧光色素化合物中,上述高分子荧光色素化合物的熔点通常优选为50℃~200℃,但本申请发明中,通过进行高分子量化,从而具有减少渗出的效果,因此,可以为20℃~200℃,也可以为0℃~200℃,还可以为-20℃~200℃。通过使用在上述范围内具有熔点的高分子荧光色素化合物,从而可在加热混炼处理等加工工序中均匀地分散·溶解于体系内。尤其是,将会容易得到形成片材时的均匀性,生产·加工性特别优异。
另外,作为上述高分子荧光色素化合物的合成方法,可举出下述方法:使具有特定的苯并三唑结构的单体进行聚合反应的方法;根据需要与共聚单体一同进行共聚反应的方法;相对于已经形成的聚合物适当地形成共价键而导入的方法(加成性导入方法);等等。另外,上述合成方法中,通过使用上述通式(III)表示的本发明的上述荧光色素化合物,可容易地合成所期望的高分子荧光色素化合物。
进行上述聚合反应、共聚反应时,可适当利用已知的高分子合成的方法。例如,除了使本发明的上述通式(III)的单体进行均聚之外,还可举出使上述通式(III)的单体和其他单体进行无规共聚、接枝聚合、交叉聚合、或嵌段共聚的方法等。另外,上述聚合反应、共聚反应中,可举出自由基聚合(阳离子、阴离子、各活性自由基(living)等)、离子聚合、加成聚合(加聚)、缩合聚合(缩聚)、环化聚合、及开环聚合等。另外,上述聚合反应、共聚反应中,可适当使用有机溶剂系、水溶液系、乳化状态、悬浮状态等的合成方法。
上述共聚反应中,作为与上述通式(III)的单体等具有苯并三唑结构的单体一同进行聚合的其他单体,优选使用形成上述P的单体。作为其他单体,例如,优选为对苯二甲酸乙二醇酯衍生物、(甲基)丙烯酸酯衍生物、乙酸乙烯酯衍生物、乙烯四氟乙烯衍生物、苯乙烯衍生物、醚砜衍生物、芳基化物衍生物、环氧衍生物、乙烯衍生物、丙烯衍生物、或乙烯基衍生物。其中,优选为在聚合反应时可形成乙烯基树脂、尤其是丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂的(甲基)丙烯酸系单体、(甲基)丙烯酸系低聚物。它们可单独使用,也可混合2种以上而使用。
作为上述其他单体,例如,可举出丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯等(甲基)丙烯酸烷基酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苄酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、丙烯酰胺、二丙酮丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、马来酸酐、苯基马来酰亚胺、环己基马来酰亚胺等。此外,可举出上述烷基被羟基、环氧基、卤素基团等取代而成的(甲基)丙烯酸烷基酯等。另外,上述(甲基)丙烯酸酯中,酯部位的烷基的碳原子数优选为1~18,碳原子数更优选为1~8。这些化合物可单独使用,也可混合2种以上而使用。
另外,进行共聚反应时,上述高分子荧光色素化合物中,相对于全部单体成分100重量份,优选使用0.001~100重量份的上述通式(III)的单体等具有苯并三唑结构的单体,可使用0.001~50重量份,也可使用0.005~30重量份,还可使用0.01~10重量份。
另外,进行聚合反应、共聚反应时,例如,可向单体成分中添加热聚合引发剂或光聚合引发剂,利用加热或光照射而进行聚合。
作为上述热聚合引发剂,可适当使用已知的过氧化物。作为上述聚合引发剂,例如,可举出2,5-二甲基己烷-2,5-二氢过氧化物(2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide)、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)-3-己炔、二叔丁基过氧化物、二枯基过氧化物(dicumyl peroxide)、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、二枯基过氧化物、α,α’-双(叔丁基过氧化异丙基)苯、正丁基-4,4-双(叔丁基过氧化)丁烷、2,2-双(叔丁基过氧化)丁烷、1,1-双(叔丁基过氧化)环己烷、1,1-双(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、过氧苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酰等。这些化合物可单独使用,也可混合2种以上而使用。
对于上述热聚合引发剂的配合量而言,例如,相对于上述单体成分100重量份,可使用0.1~5重量份。
作为上述光聚合引发剂,可适当地使用通过紫外线或可见光线而产生游离自由基的已知的光引发剂。作为上述光聚合引发剂,例如,可举出苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻丙基醚、苯偶姻异丁基醚、苯偶姻苯基醚等苯偶姻醚类、二苯甲酮、N,N’-四甲基-4,4’-二氨基二苯甲酮(米蚩酮)、N,N’-四乙基-4,4’-二氨基二苯甲酮等二苯甲酮类、苯偶酰二甲基缩酮(Ciba Japan Chemicals公司制,IRGACURE 651)、苯偶酰二乙基缩酮等苯偶酰缩酮类、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、对叔丁基二氯苯乙酮、对二甲基氨基苯乙酮等苯乙酮类、2,4-二甲基噻吨酮、2,4-二异丙基噻吨酮等呫吨酮类、或羟基环己基苯基酮(CibaSpecialty Chemicals公司制,IRGACURE 184)、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮(Ciba Japan Chemicals公司制,Darocure 1116)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(Merck公司制,Darocure 1173)等。它们可单独使用,也可混合2种以上而使用。
另外,作为上述光聚合引发剂,例如,可举出2,4,5-三烯丙基咪唑二聚物与2-巯基苯并噁唑、无色结晶紫、三(4-二乙基氨基-2-甲基苯基)甲烷等的组合等。另外,例如,像针对二苯甲酮使用三乙醇胺等叔胺那样,可适当使用已知的添加剂。
对于上述光聚合引发剂的配合量而言,例如,相对于上述单体成分100重量份,可使用0.1~5重量份。
另外,在进行上述加成性导入方法时,可适当使用已知的有机合成的方法。例如,可举出利用缩合反应、加成反应、取代反应等使本发明的上述通式(III)的荧光色素化合物形成共价键的方法等。还可举出:相对于已经形成的聚合物,以成为所谓悬挂型的方式向高分子结构部位的主链骨架中导入上述荧光色素化合物的方法、以封端方式向高分子结构部位的主链骨架末端等中导入上述荧光色素化合物的方法等。
作为上述加成性导入方法,例如,可举出下述方法:基于聚合物主链的羧酸与具有羟基或卤素基团的功能性部位(苯并三唑骨架)的缩合反应的酯化反应、基于聚合物主链的羧酸与具有氨基的功能性部位的缩合反应的酰胺化反应、基于聚合物主链的羟基与具有羧酸基的功能性部位的缩合反应的酯化反应、基于聚合物主链的羟基与具有卤素基团的功能性部位的烷基化反应的醚化反应、基于聚合物主链的氨基与具有卤素基团的功能性部位的烷基化反应的烷基氨基化反应、基于聚合物主链的苯酚基与具有卤素基团的功能性部位的烷基化反应的醚化反应、向任意的聚合物结构的接枝聚合等,但不限于这些。
上述加成性导入方法中,作为已经形成了聚合物结构的聚合物,例如,也可同样地使用具有聚乙烯部位和聚丙烯酸酯部位的共聚物、具有聚乙烯部位和聚乙烯醇部位的共聚物、具有聚乙烯部位和聚酰基氧基乙烯基部位的共聚物等不同种单体单元之间的共聚物。
另外,上述高分子荧光色素化合物中,上述聚合物的数均分子量可以为500~10000,也可以为800~50000,还可以为1000~100000。需要说明的是,上述数均分子量以利用GPC测得的值为基准(换算为聚苯乙烯)。
另外,上述高分子荧光色素化合物中,对于苯并三唑结构的存在及含有比率等而言,在上述荧光色素化合物、上述波长转换型封装材料组合物、上述波长转换型封装材料层及上述太阳能电池模组的任一阶段中,均可通过进行二次离子的检测、分析来推测或确认。例如,对于上述荧光色素化合物而言,可以对作为来源于通式(I)中的N-Y3间的键开裂而得到的苯并三唑结构的峰的382.2的负二次离子进行检测。
[化学式8]
上述波长转换型封装材料层由于使用包含具有上述反应部位的高分子荧光色素化合物等的上述波长转换型封装材料组合物,因而在高分子荧光色素化合物中残留有上述反应部位时,在上述波长转换封装材料组合物、上述波长转换封装材料层的固化工序时,可容易且同时地进行上述高分子荧光色素的固定化,在工业工艺方面也非常优异。另外,对于在基体聚合物上的固定化而言,通常可以在上述波长转换型封装材料层的形成时或形成后、或者模组安装时或安装后,利用其他加热处理、光照射处理或用于固定化的加热处理、光照射处理等进行,但也可以在上述波长转换型封装材料组合物的阶段适当地进行一部分或全部的固定化。
(波长转换型封装材料组合物)
本发明的波长转换型封装材料组合物具有波长转换功能。优选上述波长转换型封装材料组合物将入射光的波长转换成更长的波长。上述波长转换型封装材料组合物可通过使具有波长转换功能的上述高分子荧光色素化合物等分散于光学透明的基体树脂中等而形成。另外,上述波长转换型封装材料组合物也可不使用上述基体树脂,而将上述高分子荧光色素化合物作为上述组合物的基体原材料使用。
本发明的波长转换型封装材料组合物中,优选使用光学透明的基体树脂。作为上述基体树脂,例如,可举出聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯四氟乙烯等聚烯烃类、聚酰亚胺、无定形聚碳酸酯、硅氧烷溶胶-凝胶、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚砜、聚芳酯、环氧树脂、及有机硅树脂等。这些基体树脂可单独使用,也可混合2种以上而使用。
作为上述聚(甲基)丙烯酸酯,包括聚丙烯酸酯及聚甲基丙烯酸酯,例如,可举出(甲基)丙烯酸酯树脂等。作为聚烯烃树脂,可举出聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯等。作为聚乙酸乙烯酯,可举出聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛(PVB树脂)、改性PVB等。
作为上述(甲基)丙烯酸酯树脂的构成单体,例如,可举出丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯等(甲基)丙烯酸烷基酯、丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸环己酯、丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯酸苄酯、甲基丙烯酸苄酯等。进而,可举出上述烷基被羟基、环氧基、卤素基团等取代而成的(甲基)丙烯酸烷基酯等。这些化合物可单独使用,也可混合2种以上而使用。
上述(甲基)丙烯酸酯中,酯部位的烷基的碳原子数优选为1~18,碳原子数更优选为1~8。
作为上述(甲基)丙烯酸酯树脂,可除了使用(甲基)丙烯酸酯之外,还使用能与它们共聚的不饱和单体而形成共聚物。
作为上述不饱和单体,例如,可举出甲基丙烯酸、丙烯酸等不饱和有机酸、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯酰胺、二丙酮丙烯酰胺、丙烯腈、甲基丙烯腈、马来酸酐、苯基马来酰亚胺、环己基马来酰亚胺等。这些不饱和单体可单独使用,也可混合2种以上而使用。
上述(甲基)丙烯酸酯中,优选使用其中的丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯及其官能团经取代的(甲基)丙烯酸烷基酯等,从耐久性、通用性的观点考虑,可举出甲基丙烯酸甲酯作为更优选的例子。
作为上述(甲基)丙烯酸酯与上述不饱和单体的共聚物,例如,可举出(甲基)丙烯酸酯-苯乙烯共聚物、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)等。其中,从耐湿性、通用性、成本方面的观点考虑,优选聚(乙烯-乙酸乙烯酯),另外,从耐久性和表面硬度方面考虑,优选(甲基)丙烯酸酯。另外,从上述各观点考虑,优选并用聚(乙烯-乙酸乙烯酯)和(甲基)丙烯酸酯。
作为上述聚(乙烯-乙酸乙烯酯),相对于聚(乙烯-乙酸乙烯酯)100重量份,乙酸乙烯酯单体单元的含有率优选为10~35重量份,更优选为20~30重量份,在上述含有率的情况下,从稀土类络合物等在基体树脂中的均匀分散性的观点考虑是优选的。
使用上述聚(乙烯-乙酸乙烯酯)作为光学透明的基体树脂时,可适当使用市售品。作为上述聚(乙烯-乙酸乙烯酯)的市售品,例如,可举出Ultrathene(Tosoh株式会社制)、EVAFLEX(DuPont-Mitsui Polychemicals株式会社制)、SUNTEC EVA(旭化成化学公司制)、UBE EVA共聚物(宇部丸善Polyethylene公司制)、EVERTATE(住友化学公司制)、NOVATECEVA(日本Polyethylene公司制)、SUMITATE(住友化学公司制)、Nipoflex(Tosoh公司制)等。
可在上述基体树脂中添加交联性单体而制成具有交联结构的树脂。
作为上述交联性单体,例如,可举出:(甲基)丙烯酸双环戊烯基酯(dicyclopentenyl(meth)acrylate)、(甲基)丙烯酸四氢糠基酯、(甲基)丙烯酸苄酯、使多元醇与α,β-不饱和羧酸反应而得到的化合物(例如,聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(亚乙基的数目为2~14)、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷乙氧基三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷丙氧基三(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷三(甲基)丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇二(甲基)丙烯酸酯(亚丙基的数目为2~14)、二季戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、双酚A聚氧乙烯二(甲基)丙烯酸酯、双酚A二氧乙烯二(甲基)丙烯酸酯、双酚A三氧乙烯二(甲基)丙烯酸酯、双酚A十氧乙烯二(甲基)丙烯酸酯等)、使α,β-不饱和羧酸与含有缩水甘油基的化合物进行加成而得到的化合物(例如,三羟甲基丙烷三缩水甘油基醚三丙烯酸酯、双酚A二缩水甘油基醚二丙烯酸酯等)、多元羧酸(例如,邻苯二甲酸酐)与具有羟基和烯键式不饱和基团的物质(例如,(甲基)丙烯酸β-羟基乙酯)形成的酯化物、丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯(例如,(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯)、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯(例如,甲苯二异氰酸酯与(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯的反应物、三甲基六亚甲基二异氰酸酯与环己烷二甲醇与(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯的反应物等);等等。这些交联性单体可单独使用,也可混合2种以上而使用。其中,上述交联性单体中,可举出三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二季戊四醇六(甲基)丙烯酸酯、双酚A聚氧乙烯二甲基丙烯酸酯作为优选的例子。
在使用包含上述交联性单体的基体树脂的情况下,例如,可向上述交联单体中添加热聚合引发剂或光聚合引发剂,利用加热或光照射而进行聚合·交联,形成交联结构。另外,根据情况,上述聚合引发剂还可有助于上述荧光色素化合物介由碳-碳双键而与基体树脂形成交联结构。
作为上述热聚合引发剂,可适当使用已知的过氧化物。作为上述热聚合引发剂,例如,可举出2,5-二甲基己烷-2,5-二氢过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)-3-己炔、二叔丁基过氧化物、二枯基过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、二枯基过氧化物、α,α’-双(叔丁基过氧化异丙基)苯、正丁基-4,4-双(叔丁基过氧化)丁烷、2,2-双(叔丁基过氧化)丁烷、1,1-双(叔丁基过氧化)环己烷、1,1-双(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、过氧苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酰等。这些化合物可单独使用,也可混合2种以上而使用。
对于上述热聚合引发剂的配合量而言,例如,相对于上述基体树脂100重量份,可使用0.1~5重量份。
作为上述光聚合引发剂,可适当地使用通过紫外线或可见光线而产生游离自由基的已知的光引发剂。作为上述光聚合引发剂,例如,可举出苯偶姻甲基醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻丙基醚、苯偶姻异丁基醚、苯偶姻苯基醚等苯偶姻醚类、二苯甲酮、N,N’-四甲基-4,4’-二氨基二苯甲酮(米蚩酮)、N,N’-四乙基-4,4’-二氨基二苯甲酮等二苯甲酮类、苯偶酰二甲基缩酮(Ciba Japan Chemicals公司制,IRGACURE 651)、苯偶酰二乙基缩酮等苯偶酰缩酮类、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮、对叔丁基二氯苯乙酮、对二甲基氨基苯乙酮等苯乙酮类、2,4-二甲基噻吨酮、2,4-二异丙基噻吨酮等呫吨酮类、或羟基环己基苯基酮(CibaSpecialty Chemicals公司制,IRGACURE 184)、1-(4-异丙基苯基)-2-羟基-2-甲基丙烷-1-酮(Ciba Japan Chemicals公司制,Darocure 1116)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮(Merck公司制,Darocure 1173)等。它们可单独使用,也可混合2种以上而使用。
另外,作为上述光聚合引发剂,例如,可举出2,4,5-三烯丙基咪唑二聚物与2-巯基苯并噁唑、无色结晶紫、三(4-二乙基氨基-2-甲基苯基)甲烷等的组合等。另外,例如,像针对二苯甲酮使用三乙醇胺等叔胺那样,可适当使用已知的添加剂。
对于上述光聚合引发剂的配合量而言,例如,相对于上述基体树脂100重量份,可使用0.1~5重量份。
作为上述基体树脂的折射率,例如为1.4~1.7的范围、1.45~1.65的范围、或1.45~1.55的范围。在一些实施方式中,聚合物基体材料的折射率为1.5。
作为上述高分子荧光色素化合物,优选为较之超过410nm的波长区域的光而言更多地吸收波长区域300~410nm的光的高分子荧光色素化合物。这是因为,在虽然吸收410nm以下的波长区域的光、但更多地吸收超过410nm的波长区域的光的情况下,光电转换层可利用的光的总量会减少。通过较之超过410nm的波长区域的光而言更多地吸收300~410nm的波长区域的光,从而不会减少光电转换层可利用的光(直接光),也可利用经波长转换的光,结果,能够增加光电转换层可利用的光的总量。
上述波长转换型封装材料组合物例如可通过如上所述地使具有波长转换功能的上述高分子荧光色素化合物分散在上述基体树脂中等而形成。另外,上述波长转换型封装材料组合物也可使用上述高分子荧光色素化合物来代替上述基体树脂作为上述组合物的基体原材料。
另外,本发明的波长转换型封装材料组合物中,优选以0.05~100重量%的量包含上述高分子荧光色素化合物,也可以为0.01~80重量%,也可以为0.1~50重量%,也可以为1~30重量%,还可以为1~10重量%。
另外,本发明的波长转换型封装材料组合物中,相对于上述树脂基体100重量份,优选以0.01~100重量份的量包含上述高分子荧光色素化合物,也可以为0.1~50重量份,也可以为1~20重量份,还可以为1~10重量份。
上述波长转换型封装材料组合物中,在不损害所期望的性能的范围内,可适当地包含已知的添加剂。作为上述添加剂,例如,可举出热塑性聚合物、抗氧化剂、防紫外线剂、光稳定剂、有机过氧化物、填充剂、增塑剂、硅烷偶联剂、吸酸剂、粘土等。它们可单独使用,也可混合2种以上而使用。
要制造上述波长转换型封装材料组合物时,按照已知的方法进行即可。例如,可举出:使用加热混炼、超级混合机(高速流动混合机)、辊磨机、捏合机(Plastomill)等利用已知方法将上述的各材料混合而得到的方法等。另外,可在上述波长转换型封装材料层的制造之前连续进行。
(波长转换型封装材料层)
另一方面,本发明的波长转换型封装材料层的特征在于,是使用上述波长转换型封装材料组合物形成的。
要制造上述波长转换型封装材料层时,按照已知的方法进行即可。例如,可利用下述方法适当地制造:利用通常的挤出成型、压延成型(压延)、真空热压等,将使用加热混炼、超级混合机(高速流动混合机)、辊磨机、捏合机等利用已知方法混合上述的各材料而得到的组合物进行成型,从而得到片状物的方法。另外,可利用在PET膜等上形成上述层后、将其转印至表面保护层的方法进行制造。另外,可使用利用热熔涂敷器同时进行熔融混炼和涂布的方法。
更具体而言,例如,可直接将包含上述基体树脂及上述高分子荧光色素化合物等的上述波长转换型封装材料组合物涂布于表面保护层或隔膜等,也可将上述材料与其他材料制成混合组合物后进行涂布。另外,可以利用蒸镀、溅射、气溶胶沉积法等形成上述波长转换型封装材料组合物。
以上述混合组合物的形式进行涂布时,基于对加工性的考虑,上述基体树脂的熔点优选为50~250℃,更优选为50~200℃,进一步优选为50~180℃。另外,例如,上述波长转换型封装材料组合物的熔点为50~250℃时,对于上述组合物的熔融混炼及涂布温度而言,优选于比上述熔点高30~100℃的温度进行。
另外,在一些实施方式中,通过下述工序将波长转换型封装材料层制造成薄膜结构体:工序(i),制备以规定的比率将聚合物(基体树脂)粉末溶解于溶剂(例如,四氯乙烯(TCE)、环戊酮、二氧杂环己烷等)中而得到的聚合物溶液;工序(ii),通过以规定的重量比将聚合物溶液与发光色素混合,得到含有色素的聚合物溶液,从而制备含有聚合物混合物的发光色素(高分子荧光色素化合物等);工序(iii),使含有色素的聚合物溶液直接流入玻璃基板上,然后用2小时于室温~最高100℃对基板进行热处理,通过进一步于130℃进行一夜真空加热从而将残留溶剂完全除去,由此形成色素/聚合物薄膜;以及,工序(iv),在使用前,在水中将色素/聚合物薄膜剥离,然后,将自立型聚合物膜完全干燥;(v),可通过改变色素/聚合物溶液的浓度及蒸发速度来控制膜的厚度。
另外,在进行上述加热混炼处理等而进行加工的情况下,上述高分子荧光色素化合物的熔点过高时,难以均匀地在体系内(聚合物基体中等)分散·溶解,有时色素难以在得到的片材中均匀分散。因此,作为上述高分子荧光色素化合物,其熔点为200℃以下,优选为180℃以下,进一步优选为150℃以下。但是,在过低时,也会产生渗出等不良情况,因此,有时熔点为50℃以下的高分子荧光色素化合物在上述工序中较差。因此,上述熔点优选为50℃以上,更优选为60℃以上,进一步优选为70℃以上。通过使用上述这样的本发明的生色团,将会容易得到尤其是在形成片材时的均匀性,生产·加工性特别优异。
上述波长转换型封装材料层的厚度优选为20~2000μm,更优选为50~1000μm,进一步优选为100~800μm。比5μm薄时,导致不易呈现波长转换功能。另一方面,比700μm厚时,在成本方面不利。另外,通过使用波长转换型封装材料层,从而即使在将上述波长转换型封装材料层形成为例如600μm的薄的层时,也能够使上述色素化合物不渗出或大幅减少其渗出。
上述波长转换型封装材料层的光学厚度(吸光度)优选为0.5~6,更优选为1~4,进一步优选为1~3。上述吸光度低时,将不易呈现波长转换功能。另一方面,上述吸光度过大时,在成本方面也不利。需要说明的是,上述吸光度是按照朗伯-比尔定律算出的值。
(太阳能电池模组)
本发明的太阳能电池模组1的特征在于,包括表面保护层10、上述太阳能电池用封装材料层20及太阳能电池单元30。作为一例,图1、2中示出了简易的示意图,但本发明不受其限制。另外,在太阳能电池单元的背面侧还可适当地具有封装材料层40、背板50。另外,在上述各层间,可适当地存在粘接材料层、粘合剂层等其他层,只要不损害上述太阳能电池用封装材料层的上述功能即可。另外,作为上述背面用的封装材料层,可适当地使用本发明的波长转换型封装材料层。
上述太阳能电池模组由于具有上述波长转换型封装材料层,因此,通常可将不能用于光电转换的波长转换成能用于光电转换的波长。具体而言,将某波长转换成比其更长的波长,例如,可将比380nm短的波长转换成380nm以上的波长。尤其是,将紫外线区域的波长(200nm~365nm)转换成可见光区域的波长(400~800nm)。另外,可用于光电转换的波长的范围根据太阳能电池的种类的不同而改变,例如,即使是硅系太阳能电池,也将根据使用的硅的结晶形态而改变。例如,认为在非晶硅太阳能电池的情况下为400nm~700nm,在多晶硅太阳能电池的情况下为约600nm~1100nm。因此,可用于光电转换的波长并非一定限于可见光区域的波长。此外,通过具有上述波长转换型封装材料层,从而即使在长期保存试验中上述高分子荧光色素化合物也不析出,还可抑制上述高分子荧光色素化合物向背面用封装材料层40等移动,形成稳定且均匀的太阳能电池模组。
作为上述太阳能电池单元,例如,可使用硫化镉/碲化镉太阳能电池、铜铟镓二硒化物太阳能电池、无定形、微晶硅太阳能电池或晶体硅太阳能电池。更详细而言,可应用于使用了非晶硅、多晶硅等的硅系太阳能电池、使用了GaAs、CIS、CIGS等的化合物半导体系太阳能电池、有机薄膜型太阳能电池、染料敏化型太阳能电池、量子点型太阳能电池等有机系太阳能电池。在上述任一种太阳能电池的情况下,在通常的使用中,紫外线区域的波长均难以用于光电转换。作为上述太阳能电池单元,优选为晶体硅太阳能电池。
在上述太阳能电池模组的制造中,可将上述太阳能电池用封装材料层转印至上述太阳能电池单元等,也可直接涂布形成于上述太阳能电池单元上。另外,也可使上述太阳能电池用封装材料层与其他层同时形成。
另外,本发明的太阳能电池模组优选被配置为使得入射光在到达太阳能电池单元之前先通过上述波长转换型封装材料层。通过形成上述构成,能更可靠地将更宽范围的光谱的太阳能转换成电,能有效地提高光电转换效率。
作为上述表面保护层,可使用作为太阳能电池用途的表面保护层而使用的已知的表面保护层。作为上述表面保护层,例如,可举出前板(front sheet)、玻璃等。作为上述玻璃,例如,可适当使用白板、有压纹或无压纹等的各种玻璃。
实施例
以下,对具体描述本发明的构成和效果的实施例等进行说明。
〔实施例1〕
对于化合物(1)所示的甲基丙烯酸酯化合物(0.50g),使用AIBN(偶氮双异丁腈)(7.4mg)、四氢呋喃(2ml),于80℃,在氮气气氛下搅拌3小时,由此,得到化合物(2)所示的聚甲基丙烯酸酯型化合物(收量为0.45g)。得到的化合物(2)的数均分子量为10500,重均分子量为17500。
[化学式9]
[化学式10]
〔实施例2〕
对于化合物(1)所示的甲基丙烯酸酯化合物(0.50g)、和丙烯酸丁酯(0.50g)、AIBN(偶氮双异丁腈)(15mg),使用甲苯(4ml),于80℃,在氮气气氛下搅拌3小时,由此,得到作为共聚物的化合物(3)所示的聚甲基丙烯酸酯型化合物(收量为0.91g)。得到的化合物(3)的数均分子量为10200,重均分子量为16000。
[化学式11]
〔实施例3〕
对于化合物(4)所示的含有羟基的化合物(0.50g)、和聚(乙烯-丙烯酸甲酯)(10g,住友化学公司制,EMMA树脂),以四乙醇钛(30mg)为催化剂,在甲苯(50ml)溶剂中,于100℃,在氮气气氛下搅拌3小时,由此,得到作为共聚物的化合物(5)所示的聚(乙烯-丙烯酸酯)化合物(收量为8.5g)。得到的化合物(5)的数均分子量为49000,重均分子量为124000。
[化学式12]
[化学式13]
〔实施例4〕
将聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(10g,住友化学公司制,KA30)溶解于甲苯(100g)中,添加甲醇钠(0.54g),在室温下搅拌3小时,得到使聚(乙烯-乙酸乙烯酯)的乙酰基进行了部分水解而成的聚合物溶液。接着,向该聚合物溶液中添加1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(9.6g)、和化合物(6)所示的含有羧酸的化合物(0.1g)、二甲基氨基吡啶(催化量),在室温下搅拌6小时。然后,进一步添加乙酸(0.5g),在室温(25℃)下搅拌6小时,由此,得到作为共聚物的化合物(7)所示的聚(乙烯-乙酸乙烯酯-酰氧基)化合物(收量为8.3g)。得到的化合物(7)的数均分子量为49900,重均分子量为125000。
[化学式14]
[化学式15]
〔实施例5〕
除了将化合物(6)所示的含有羧酸的化合物的使用量变更为0.02g以外,与实施例4中的方法同样地,得到作为与化合物(7)结构类似的共聚物的化合物(7’)(收量为8.1g)。得到的化合物(7’)的数均分子量为51900,重均分子量为129000。
〔实施例6〕
对于化合物(8)所示的含有氯原子的化合物(0.50g)、和苯酚线型酚醛树脂(Phenol Novolacs)(0.42g,明和化成公司制,MEH-7851SS),使用异丁基溴(0.50g)、碳酸钾(0.55g)及二甲基甲酰胺(5ml),于130℃,在氮气气氛下搅拌3小时,由此,得到化合物(9)所示的将苯酚线型酚醛树脂的羟基进行醚化而成的化合物(收量为0.65g)。得到的化合物(9)的数均分子量为3200,重均分子量为7700。
[化学式16]
[化学式17]
〔实施例7〕
将聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(70g,住友化学公司制,KA30)、和化合物(1)所示的含有甲基丙烯酸基的化合物(0.50g)混炼,进行真空加压,由此,得到导入有交联基团的荧光色素化合物分散于EVA基体中而成的膜(厚度:100μm)。针对得到的膜,使用电子束照射装置(NHV公司制,EBC300-60)进行电子束照射(加速电压为250keV,照射量为90kGy,氮气气氛下),由此,得到在EVA基体中接枝聚合荧光色素化合物而成的共聚物。
〔实施例8〕
代替化合物(1)所示的含有甲基丙烯酸基的化合物(0.50g),使用化合物(10)所示的含有己烯基的化合物(0.50g),除此之外,与实施例7中的方法同样地,得到在EVA基体中接枝聚合荧光色素化合物而成的共聚物。
[化学式18]
〔比较例1〕
对于化合物(11)所示的二溴化合物(0.50g)、和4-叔丁基苯基硼酸(0.59g),使用双三苯基膦二氯化钯(5mg)、碳酸钾(1.04g)、水(2ml)及甲苯(4ml),于110℃,在氮气气氛下搅拌2小时,由此,得到化合物(12)所示的芳香族低分子量化合物(收量为0.57g)。得到的化合物(12)的分子量可由化学式算出,为439.64,这是不言自明的。
[化学式19]
[化学式20]
〔比较例2〕
对于化合物(11)所示的二溴化合物(0.5g)、和4,4’-联苯二硼酸(0.38g),使用钯碳(Pd 10%,约55%水湿润品)(30mg)、碳酸钾(1.03g)、水(2ml)及异丙醇(2ml),于85℃,在空气气氛下搅拌4小时,由此,得到化合物(12)所示的芳香族化合物(收量为0.05g)。得到的化合物(13)的数均分子量为3500,重均分子量为7500。
[化学式21]
〔比较例3〕
使用了作为紫外线吸收剂的2-羟基-4-正辛基氧基二苯甲酮。
(分子量的测定)
对于数均分子量、重均分子量而言,使用GPC装置(TOSOH公司制,HLC-8220GPC)进行测定。测定条件如下所述。
·样品浓度:0.001重量%(THF溶液)
·样品注入量:10μl
·洗脱液:氯仿
·流速:0.3ml/min
·测定温度:40℃
·柱:TSKgel,Super HZM-H/HZ2000/HZ1000
·检测器:差示折射计(RI)
需要说明的是,上述分子量利用换算为聚苯乙烯的值求出。
(最大吸收波长·荧光发光波长的测定)
测定实施例及比较例中使用的荧光发光化合物的最大吸收波长及荧光发光波长。最大吸收波长的测定使用紫外可见分光光度计(日本分光株式会社制,V-560)进行,测定在Abs测定中显示最大值的波长。
荧光发光波长的测定使用Hitachi High-Technologies公司制的F-4500进行,测定(激发-发光)三维测定中的显示最大发光强度的波长。
(封装树脂组合物的制作)
量取100质量份作为透明分散介质树脂的聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(EVA)(住友化学公司制:KA-30)、表中所示的重量份的实施例·比较例的化合物,利用LaboPlastomill(东洋精机公司制:10C100),于80℃进行混炼,得到封装树脂组合物。另外,对于实施例5的化合物,不使用聚(乙烯-乙酸乙烯酯)而直接使用。
(封装片材的制作)
将上文中得到的封装树脂组合物夹入脱模片材中,使用真空热压装置(MikadoTechnos公司制:VS20-3430),于100℃进行加压,制作约400μm厚的封装片材。
(太阳能电池模组的效率测定)
将上文中得到的封装片材裁切成20×20cm,装载作为保护玻璃的强化玻璃(旭硝子公司制:Solyte)、封装片材、太阳能电池单元(Q-CELLS公司制:Q6LTT3-G2-200/1700-A,晶体硅型)、背面用封装片材(400μm厚的EVA片材)、作为背板的PET膜,使用真空层压机(株式会社NPC:LM-50x50-S),在140℃、真空5分钟、加压10分钟的条件下进行层压,制作太阳能电池模组。
(太阳能电池模组的Jsc测定)
使用光谱灵敏度测定装置(分光计器公司制,CEP-25RR),测定上文中得到的太阳能电池模组的光谱灵敏度,得到由光谱灵敏度测定算出的Jsc值。需要说明的是,Jsc值是指,通过由光谱灵敏度测定装置进行样品测定得到的光谱灵敏度光谱和基准太阳光的运算而算出的短路电流密度。
使用实施例1及比较例3的各封装片材制作的太阳能电池模组中,测定各自的Jsc值,结果,实施例1的太阳能电池模组的Jsc值比比较例13的太阳能电池模组的Jsc值大1.5%,观察到光电转换效率的提高。
(色素固定化度的验证)
使用实施例·比较例中得到的各荧光发光化合物,制作EVA片材。将得到的片材浸渍于溶剂中,使其含浸溶剂,利用分光光度计测定溶出试验前后的片材的吸光度,进行比较。
将得到的各封装片材300mg放置于50ml异丙醇中,于40℃静置4小时,评价色素是否可溶出。然后,针对得到的封装片材,在干燥后,测定封装片材的最大吸收波长处的吸光度。通过比较各溶出实验前后的最大吸收波长处的吸光度,算出已在树脂中固定化的色素的比例并进行评价。需要说明的是,作为色素固定化度,使用利用下式算出的值。
固定化度(%)={(溶出试验后的吸光度)/(溶出试验前的吸光度)}×100
将得到的结果示于下述表1中。
[表1]
如上文所述,在得到的片材中,高分子波长转换色素化合物结合进聚合物基体而被引入,或者其自身成为基体原材料,即使将片材浸渍于溶剂中而使其含浸溶剂,也不易溶出。因此,可知对于具有特定的苯并三唑部位的生色团以非共价键与聚合物结构连结而成的本申请化合物而言,不仅能维持该生色团的吸收·发光特性,而且非溶出性也优异。
附图标记说明
1 太阳能电池模组
10 表面保护层
20 太阳能电池用封装材料层
30 太阳能电池单元
40 背面用封装材料层
50 背板

Claims (13)

1.高分子荧光色素化合物,其由下述通式(I)表示,
[化学式1]
式(I)中,X1及X2各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键,R表示碳原子数1~8的烷基,
Y1及Y2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基,所述烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代,
P表示高分子结构部位,
L表示通过共价键将苯并三唑环与高分子结构部位连接的接头结构部位,
Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,所述烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代,所述烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数,其中,m+n为4以下,o+p为4以下;m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同。
2.如权利要求1所述的高分子荧光色素化合物,其中,所述L不与所述苯并三唑环及所述高分子结构部位中的任一者形成共轭键。
3.如权利要求1或2所述的高分子荧光色素化合物,其由下述通式(II)表示,
[化学式2]
式(II)中,X1、X2及X3各自独立地表示-O-、-(C=O)O-、-O(C=O)-、-CH2O-、-CH2O(CO)-、-NH(CO)-、-NR-CH2-或单键,R表示碳原子数1~8的烷基,
Y1、Y2及Y3各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基,所述烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代,
P表示高分子结构部位,
Z1及Z2各自独立地表示任选被取代的碳原子数1~18的烷基、任选被取代的碳原子数1~18的烷氧基、氟基、氰基、-COOR1基团、-NHCOR2基团、或羟基,所述烷基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代,所述烷氧基中的不相邻的碳原子可被氧原子取代,R1及R2表示碳原子数1~18的烷基或苯基,
m、n、o及p各自独立地表示0~4的整数,其中,m+n为4以下,o+p为4以下;m、n、o或p为2以上时,存在有多个的各取代基可以相同也可以不同。
4.如权利要求1~3中任一项所述的高分子荧光色素化合物,其中,所述P为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚(甲基)丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯四氟乙烯、聚酰亚胺、无定形聚碳酸酯、硅氧烷溶胶-凝胶、聚氨酯、聚苯乙烯、聚醚砜、聚芳酯、环氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚(乙烯-乙酸乙烯酯)或有机硅树脂。
5.如权利要求1~4中任一项所述的高分子荧光色素化合物,其在300~410nm处具有最大吸收波长。
6.如权利要求1~5中任一项所述的高分子荧光色素化合物,其在410~560nm处具有最大荧光发光波长。
7.波长转换型封装材料组合物,所述组合物以0.05~100重量%的量包含权利要求1~6中任一项所述的高分子荧光色素化合物。
8.波长转换型封装材料组合物,所述组合物包含光学透明的树脂基体、及权利要求1~6中任一项所述的高分子荧光色素化合物。
9.如权利要求8所述的波长转换型封装材料组合物,其中,所述基体树脂以聚(乙烯-乙酸乙烯酯)为主成分。
10.波长转换型封装材料层,其是使用权利要求7~9中任一项所述的波长转换型封装材料组合物形成的。
11.太阳能电池模组,其包含波长转换型封装材料层,所述波长转换型封装材料层是使用权利要求7~9中任一项所述的波长转换型封装材料组合物形成的。
12.如权利要求11所述的太阳能电池模组,所述太阳能电池模组被配置为使得入射光在到达太阳能电池单元之前先通过所述波长转换型封装材料层。
13.如权利要求11或12所述的太阳能电池模组,其中,所述太阳能电池单元为晶体硅太阳能电池。
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