ES2821138T3 - Concentrador solar luminiscente - Google Patents

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Abstract

Concentrador solar luminiscente (LSC) en estado liquido que comprende al menos una solucion que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de polieter.

Description

DESCRIPCIÓN
Concentrador solar luminiscente
Sumario
La presente invención se refiere a un concentrador solar luminiscente. Los documentos US2012/138124A y US2008/149165A son documentos relacionados con la técnica anterior.
Más particularmente, la presente invención se refiere a un concentrador solar luminiscente (LSC) que comprende al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter.
Dicho concentrador solar luminiscente (LSC) se puede utilizar ventajosamente en dispositivos fotovoltaicos (o dispositivos solares) tales como, por ejemplo, células fotovoltaicas (o células solares), células fotoelectrolíticas. Asimismo, dicho concentrador solar luminiscente (LSC) se puede utilizar ventajosamente en ventanas fotovoltaicas.
En consecuencia, la presente invención también se refiere a un dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar) que comprende al menos una célula fotovoltaica (o célula solar) y al menos un concentrador solar luminiscente (LSC), comprendiendo dicho concentrador solar luminiscente (LSC) al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter.
La presente invención también se refiere a una ventana fotovoltaica que comprende al menos una célula fotovoltaica (o célula solar) y al menos un concentrador solar luminiscente (LSC), comprendiendo dicho concentrador solar luminiscente (LSC) al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter.
En el estado de la técnica, uno de los principales límites para el aprovechamiento de la energía de la radiación solar está representado por la capacidad de los dispositivos fotovoltaicos (o dispositivos solares) para absorber de manera óptima solo las radiaciones con longitudes de onda dentro de un intervalo espectral estrecho.
Por ejemplo, contra un intervalo espectral de radiación solar que se extiende desde aproximadamente 300 nm hasta aproximadamente 2500 nm de longitud de onda, las células fotovoltaicas (o células solares) basadas en silicio cristalino, por ejemplo, tienen un área de absorción óptima (espectro efectivo) en el intervalo de 900 nm a 1100 nm, mientras que las células fotovoltaicas de polímero (o células solares) pueden dañarse si se exponen a radiaciones de longitud de onda de menos de aproximadamente 500 nm, debido a fenómenos de fotodegradación inducida que se vuelven significativos por debajo de este límite. Típicamente, la eficiencia de los dispositivos fotovoltaicos (o dispositivos solares) en el estado de la técnica es máxima dentro de la región del espectro que va de 570 nm a 680 nm (amarillo-naranja).
Las desventajas mencionadas anteriormente implican una eficiencia cuántica externa (EQE) limitada del dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar), definida como la relación entre el número de pares de electrones y huecos generados en el material semiconductor del dispositivo solar y el número de fotones incidentes sobre el dispositivo solar.
Se han desarrollado dispositivos para mejorar la eficiencia cuántica externa (EQE) de dispositivos fotovoltaicos (o dispositivos solares), es decir, concentradores solares luminiscentes (LSC) que, interpuestos entre la fuente de luz (el sol) y el dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar) absorben selectivamente las radiaciones incidentes que tienen longitudes de onda fuera del espectro efectivo del dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar), emitiendo la energía absorbida en forma de fotones que tienen una longitud de onda dentro del espectro efectivo. Cuando la energía de los fotones emitidos por un concentrador solar luminiscente (LSC) es mayor que la de los fotones incidentes, el proceso de fotoluminiscencia, que comprende la absorción de la radiación solar y la posterior emisión de fotones de menor longitud de onda, también se denomina proceso de "conversión ascendente". Por el contrario, cuando la energía de los fotones emitidos por un concentrador solar luminiscente (LSC) es menor que la de los fotones incidentes, el proceso de fotoluminiscencia se denomina proceso de "cambio descendente". Típicamente, los concentradores solares luminiscentes (LSC) conocidos en el estado de la técnica están en estado sólido y comprenden un soporte de un material transparente, como tales, a las radiaciones de interés (por ejemplo, vidrio transparente o materiales poliméricos transparentes), que comprenden compuestos fotoluminiscentes que consisten en compuestos orgánicos o complejos metálicos. En particular, el soporte es transparente a las radiaciones que tienen una frecuencia dentro del espectro efectivo del dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar).
Dichos compuestos fotoluminiscentes pueden depositarse sobre el soporte de vidrio en forma de películas delgadas o, como en el caso de los materiales poliméricos, se pueden dispersar dentro de la matriz polimérica. De manera alternativa, la matriz polimérica se puede funcionalizar directamente con grupos cromóforos fotoluminiscentes.
En el mejor de los casos, para su uso en concentradores solares luminiscentes (LSC), los compuestos fotoluminiscentes deben tener las siguientes características:
- alta eficiencia cuántica de luminiscencia (O) [(O) se define de acuerdo con la ecuación (1) que se indica a continuación como la relación entre el número de fotones emitidos y el número de fotones absorbidos por una molécula luminiscente por unidad de tiempo y tiene un valor máximo igual a 1:
(O) = número de fotones emitidos/número de fotones absorbidos (1);
- banda de absorción ancha;
- alto coeficiente de extinción molar (e);
- banda de emisión en la región espectral en la que el dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar) es más eficiente; - bandas de absorción y emisión obtenibles bien separadas, por ejemplo, gracias a un alto cambio de Stokes definido como la diferencia, normalmente medido en unidades de frecuencia (cm_1), entre las posiciones espectrales de los valores máximos de la banda de absorción y de la banda de emisión, para evitar o minimizar los fenómenos de autoabsorción.
También se conocen concentradores solares luminiscentes (LSC) en estado líquido. Típicamente, dichos concentradores solares luminiscentes (LSC) en estado líquido consisten en un recipiente con paredes transparentes, como tales, a las radiaciones de interés (por ejemplo, vidrio transparente o materiales poliméricos transparentes), que se llena con una solución que generalmente comprende un disolvente tal orgánico como, por ejemplo, tolueno, metanol, etanol, cloroformo, diclorobenceno y compuestos fotoluminiscentes constituidos por compuestos orgánicos o complejos metálicos.
En particular, dichas paredes son transparentes a las radiaciones que tienen una frecuencia dentro del espectro efectivo del dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar).
Se han descrito concentradores solares luminiscentes (LSC) en estado líquido, por ejemplo, en el artículo de Sholin Y. et al., publicado en "Journal of Applied Physics" (2007), Vol. 101, pág. 123114-1-l23114-9. En particular, en dicho artículo, se compara el rendimiento de los concentradores solares luminiscentes (LSC), que comprenden polímeros semiconductores (p. ej., MDMO-PPV, MEH-DOOPPV, polifluoreno rojo) o "punto cuántico" (p. ej., CdSe/ZnS, CdHgTe), con aquellos concentradores solares luminiscentes (LSC) que comprenden un colorante fotoluminiscente, es decir, rodamina B, seleccionado como referencia. Para este fin, los polímeros semiconductores mencionados anteriormente se disuelven en clorobenceno, los "puntos cuánticos" mencionados anteriormente se dispersan en tolueno, mientras que dicha rodamina B se disuelve en una mezcla que consiste en carbonato de propileno y etilenglicol. La eficiencia óptica de dichas soluciones se mide utilizando "dispositivos líquidos" construidos "doblando" una varilla de vidrio para formar un marco rectangular y pegándola entre dos portaobjetos de microscopio obteniendo una "caja de vidrio" que tiene unas dimensiones de 2,5 cm x 7,5 cm x 0,5 cm e introduciendo la solución del compuesto a analizar en dicha "caja de vidrio" a través de una pequeña abertura que luego se sella. Los datos obtenidos muestran que los polímeros semiconductores (p. ej., MDMO-PPV, MEH-DOOpPV, polifluoreno rojo) exhiben superposiciones reducidas entre las bandas de emisión y absorción y, en consecuencia, reducción de la autoabsorción; además, su absorción puede controlarse y sus vidas en estados excitados son más largas. En lugar de ello, en cuanto a los "puntos cuánticos", se argumenta que los disponibles comercialmente no pueden emplearse de manera útil como compuestos fotoluminiscentes para concentradores solares luminiscentes (LSC), ya que tienen una alta autoabsorción y su rendimiento cuántico es bajo. Por lo tanto, en dicho artículo se argumenta que los polímeros semiconductores mencionados anteriormente se pueden usar ventajosamente en concentradores solares luminiscentes (LSC).
Los concentradores solares luminiscentes (LSC) en estado líquido también se describen en el artículo de Kennedy M. et al., publicado en "Proceedings of the 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition", pág.
390-393, 1-5 de septiembre de 2008, Valencia, España. En dicho artículo, se estudian concentradores solares luminiscentes (LSC), que comprenden diversos colorantes en concentraciones adecuadas, con el fin de incrementar la absorción del espectro solar con respecto a los concentradores solares luminiscentes (LSC) que comprenden un solo colorante. Sin embargo, el uso de diversos colorantes puede dar lugar a desventajas tales como, por ejemplo, pérdida de eficiencia debido a efectos de auto-absorción. En consecuencia, con el fin de optimizar el tipo y la cantidad de colorantes que se utilizarán en la construcción de concentradores solares luminiscentes (LSC) que comprenden diversos colorantes, se utilizó un modelo de Montecarlo modificado adecuado. Las predicciones de este modelo se ensayaron después experimentalmente utilizando concentradores solares luminiscentes (LSC) en estado líquido puesto que estos, a diferencia de los que están en estado sólido, generalmente consisten en un polímero transparente "dopado" con colorantes fotoluminiscentes, y permiten realizar mediciones más sencillas y precisas. Para dicho fin, se examinaron soluciones en cloroformo de colorantes basados en perileno y de colorantes de BASF (p. ej., Lumogen® Yellow 170, Lumogen® Naranja 240, Lumogen® F Rojo 305), a diferentes concentraciones. Las soluciones así preparadas se introdujeron en un concentrador solar luminiscente (LSC) constituido por una cubeta de cuarzo con dimensiones de 10 cm x 4 cm x 0,5 cm y una célula fotovoltaica de silicio con dimensiones de 2 cm x 0,3 cm colocada en un lado de la cubeta.
De lo informado anteriormente, se puede deducir que los concentradores solares luminiscentes (LSC) en estado líquido conocidos por la bibliografía, tienen pequeñas dimensiones con un volumen de disolvente relativamente reducido, adecuado para mediciones de laboratorio. La preparación de concentradores solares luminiscentes (LSC) en estado líquido a gran escala adecuados, por ejemplo, para dispositivos fotovoltaicos (o dispositivos solares) o para ventanas fotovoltaicas, por tanto, requeriría el uso de grandes volúmenes de disolventes tóxicos y/o inflamables y/o corrosivos tales como, por ejemplo, tolueno, diclorobenceno, cloroformo, metanol, con los consiguientes efectos nocivos sobre el medio ambiente y la salud de los operarios. Por lo tanto, el solicitante se ha enfrentado al problema de encontrar concentradores solares luminiscentes (LSC) en estado líquido, capaces de superar las desventajas mencionadas anteriormente. En particular, el solicitante ha enfrentado el problema de reemplazar los disolventes tóxicos y/o inflamables y/o corrosivos mencionados anteriormente por disolventes no peligrosos, que, por tanto, no tengan efectos adversos tanto sobre el medio ambiente como sobre la salud de los operarios, es decir, con disolventes no inflamables y no corrosivos no tóxicos. Cabe destacar que, para el fin de la presente invención, la expresión "disolventes no peligrosos" significa sustancias o mezclas de sustancias no clasificadas como peligrosas de acuerdo con el Reglamento (CE) n° 1272/2008.
El solicitante ha descubierto ahora que es posible obtener concentradores solares luminiscentes (LSC) en estado líquido, utilizando soluciones que incluyen al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter. El uso de dichas soluciones permite evitar el uso de disolventes tóxicos y/o inflamables y/o corrosivos y, como consecuencia, efectos nocivos sobre el medio ambiente y la salud de los operarios, así como tener menores costes de eliminación. Además, dichas soluciones se pueden reemplazar fácilmente al final de su vida útil sin tener que reemplazar todo el dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar) o la ventana fotovoltaica con los consiguientes costes de mantenimiento más bajos. Los concentradores solares luminiscentes (LSC) así obtenidos son capaces de mantener o incluso mejorar el rendimiento de dispositivos fotovoltaicos (o dispositivos solares) tales como, por ejemplo, células fotovoltaicas (o células solares) y células fotoelectrolíticas. Asimismo, dichos concentradores solares luminiscentes (LSC) se pueden utilizar ventajosamente en ventanas fotovoltaicas.
Por tanto, el objeto de la presente invención es un concentrador solar luminiscente (LSC) que comprende una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter.
Para el fin de la presente descripción y de las siguientes reivindicaciones, las definiciones de los intervalos numéricos siempre incluyen los extremos, a menos que exista una especificación diferente.
Para los fines de la presente descripción y de las siguientes reivindicaciones, la expresión "que comprende" también incluye las expresiones "que consiste esencialmente en" o "que consiste en". De conformidad con una realización preferida de la presente invención, este compuesto fotoluminiscente puede estar presente en dicha solución en una concentración molar que varía de 1 x 10-4 M a 3 x 10-3 M, preferentemente varía de 0,5 x 10-3 M a 2 x 10-3 M. Los compuestos fotoluminiscentes útiles para el fin de la presente invención pueden seleccionarse entre compuestos fotoluminiscentes que absorben en el visible y que son solubles y estables en el poliol de poliéter mencionado anteriormente. Los compuestos fotoluminiscentes que se pueden utilizar ventajosamente para el fin de la presente invención son, por ejemplo, los compuestos de perileno conocidos con el nombre comercial de Lumogen® de BASF, los compuestos de aceno descritos, por ejemplo, en la solicitud de patente internacional WO 2011/048458, a nombre del solicitante, incorporada como referencia en el presente documento, los compuestos de benzotiadiazol, los compuestos de benzoheterodiazol disustituidos descritos, por ejemplo, en la Solicitud de Patente Italiana MI2014A001662 a nombre del solicitante, incorporada como referencia en el presente documento, los compuestos de diariloxibenzoheterodiazol disustituidos descritos, por ejemplo, en la Solicitud de Patente Italiana MI2014001663 a nombre del solicitante incorporada como referencia en el presente documento.
De conformidad con una realización preferida de la presente invención, dicho compuesto fotoluminiscente se puede seleccionar, por ejemplo, de compuestos de perileno, compuestos de benzotiadiazol, compuestos de benzoheterodiazol disustituidos, compuestos de diariloxibenzoheterodiazol disustituidos o mezclas de los mismos.
Preferentemente, dicho compuesto fotoluminiscente se puede seleccionar, por ejemplo, de Lumogen® F Rojo 305 de BASF, 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB), 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,6-dimetilfenil)-2-tienil]benzo[c]1,2,5-tiadiazol (MPDTBOP), 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,5-dimetilfenil)-2-tienil]benzo[c]1,2,5-tiadiazol (PPDTBOP), o mezclas de los mismos.
De conformidad con una realización preferida de la presente invención, dicho poliol de poliéter se puede seleccionar, por ejemplo, de polietilenglicoles que tienen un peso molecular promedio en número (Mn) que varía de 249 a 998 x 10­ 27 kg/mol (de 150 a 600 dalton) preferentemente en el intervalo de 315,4 a 664 x 10'27 kg/mol (de 190 a 400 dalton) o sus mezclas; polipropilenglicoles que tienen un peso molecular promedio en número (Mn) que varía de 415 a 6640 x 10-27 kg/mol (de 250 a 4000 dalton) preferentemente en el intervalo de 664 a 4648 x 10'27 kg/mol (de 400 a 2800 dalton) o mezclas de los mismos; o mezclas de los mismos.
Cabe destacar que, con respecto a los disolventes orgánicos comunes utilizados (p. ej., tolueno), dichos polietilenglicoles y dichos polipropilenglicoles, además de no ser disolventes peligrosos, tienen las siguientes características físicas: baja presión de vapor (< 0,01 mm/Hg a 20 °C) y, por lo tanto, una volatilidad muy baja; bajas temperaturas de congelación (< - 65 °C) y altas temperaturas de ebullición (> 250 °C). Dichas características físicas permiten el uso de los concentradores solares luminiscentes (LSC) que los contienen también en condiciones críticas de temperatura.
Ejemplos específicos de polietilenglicoles y polipropilenglicoles que pueden usarse ventajosamente para el fin de la presente invención y que están actualmente disponibles en el mercado son: polietilenglicol que tiene un peso molecular promedio en número (Mn) de 200 (PEG 200), polietilenglicol que tiene un peso molecular promedio en número (Mn) de 400 (PEG 400), polipropilenglicol que tiene un peso molecular promedio en número (Mn) de 425 (PPG 425), polipropilenglicol que tiene un peso molecular promedio en número (Mn) de 2700 (PPG 2700), de Sigma-Aldrich. A este respecto, cabe señalar que el peso molecular promedio indicado por Sigma-Aldrich para PEG 200, para el fin de la presente invención, debe entenderse como el peso molecular promedio en número (Mn). Para lograr una mayor estabilización de luz y/o rayos ultravioleta, la solución mencionada anteriormente puede incluir aditivos conocidos en la técnica tales como, por ejemplo: estabilizadores de luz que se pueden seleccionar, por ejemplo, de aminas estéricamente impedidas; absorbedores de UV que se pueden seleccionar, por ejemplo de triazina, benzoxazinonas, benzotriazoles, benzofenonas, benzoatos, formamidinas, cinamatos o propenoatos, propanodionas aromáticas, benzoimidazoles, cetonas cicloalifáticas, formanilidas, incluidas las oxamidas, cianoacrilatos, benzopiranonas, salicilatos o mezclas de los mismos. Cuando están presentes, dichos aditivos pueden estar presentes en la solución en una cantidad que varía entre 0,005 % en peso y 3 % en peso, preferentemente de 0,05 % en peso a 1 % en peso, con respecto al peso del poliol de poliéter.
La solución mencionada anteriormente se puede preparar de acuerdo con procesos conocidos en la técnica, por ejemplo, disolviendo al menos un compuesto fotoluminiscente en un poliol de poliéter trabajando a una temperatura que varía de 15 °C a 70 °C, que preferentemente varía de 20 °C a 60 °C, durante un tiempo que varía de 5 minutos a 80 minutos, que preferentemente varía de 10 minutos a 70 minutos.
De conformidad con una realización preferida de la presente invención, dicho concentrador solar luminiscente (LSC) comprende:
- una célula para líquidos de material transparente, teniendo dicha célula cuatro lados y estando provista de al menos un orificio, preferentemente dos orificios, en al menos uno de los cuatro lados, preferentemente en el mismo lado; - al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter contenido dentro de dicha célula para líquidos.
El material transparente útil para los fines de la presente invención debe seleccionarse entre materiales transparentes que no deben ser solubles en la solución contenida en dicha célula para líquidos, que no tienen que interactuar con dicha solución, y que deben ser estable a la temperatura de uso del concentrador solar luminiscente (LSC) y, de manera más general, en las condiciones ambientales en las que se utiliza el mismo.
De conformidad con una realización preferida de la presente invención, dicho material transparente se puede seleccionar, por ejemplo, de: vidrio transparente tal como, por ejemplo, sílice, cuarzo, alúmina, titania, o mezclas de los mismos. Se prefieren sílice y cuarzo.
Dicha solución se ha definido anteriormente.
Dichos concentradores solares luminiscentes (LSC) pueden prepararse mediante procesos conocidos en la técnica como se describe, por ejemplo, en el artículo de Kennedy M. et al. indicado anteriormente, publicado en "Proceedings of the 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition", pág. 390-393, 1-5 de septiembre de 2008, Valencia.
Otro objeto de la presente invención es un dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar) que comprende al menos un concentrador solar luminiscente (LSC), comprendiendo dicho concentrador solar luminiscente (LSC) al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter.
De conformidad con un aspecto adicional, la presente invención se refiere a un dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar) que comprende al menos una célula fotovoltaica (o célula solar) o al menos una célula fotoelectrolítica colocada en los bordes de al menos un concentrador solar luminiscente (LSC), comprendiendo dicho concentrador solar luminiscente (LSC):
- una célula para líquidos de material transparente, teniendo dicha célula cuatro lados y estando provista de al menos un orificio, preferentemente dos orificios, en al menos uno de los cuatro lados, preferentemente en el mismo lado; - al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter contenido dentro de dicha célula para líquidos.
Dicho material transparente y dicha solución se han definido anteriormente.
Otro objeto de la presente invención es una ventana fotovoltaica que comprende al menos un concentrador solar luminiscente (LSC), comprendiendo dicho concentrador solar luminiscente (LSC) al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter.
De conformidad con un aspecto adicional, la presente invención se refiere a una ventana fotovoltaica que comprende al menos una célula fotovoltaica (o célula solar) o al menos una célula fotoelectrolítica colocada en los bordes de al menos un concentrador solar luminiscente (LSC), comprendiendo dicho concentrador solar luminiscente (LSC):
- una célula para líquidos de material transparente, teniendo dicha célula cuatro lados y estando provista de al menos un orificio, preferentemente dos orificios, en al menos uno de los cuatro lados, preferentemente en el mismo lado; - al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter contenido dentro de dicha célula para líquidos.
Dicho material transparente y dicha solución se han definido anteriormente.
La presente invención se ilustrará, a continuación, con más detalle mediante una realización con referencia a la Figura 1, mostrada a continuación.
La figura 1 representa una vista frontal (1a) de un concentrador solar luminiscente (LSC) (1) objeto de la presente invención y una vista lateral (1b) de un dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar) (2) objeto de la presente invención.
Con referencia a la vista frontal (1a) que se muestra en la Figura 1, el concentrador solar luminiscente (LSC) (1) comprende una célula para líquidos (2) de material transparente (p. ej., cuarzo), dos orificios en la parte superior (no mostrados en la Figura 1) cerrados con dos tapones (3), una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter [p. ej., 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB) o 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,6-dimetilfenil)-2-tienil]benzol[c] 1,2,5-tiadiazol (MPDTBOP) disuelto en polietilenglicol (PEG) o polipropilenglicol (PPG) con diferente peso molecular promedio en número (Mn)] (4), contenido dentro de esta célula para líquidos (2).
Con referencia a la vista lateral (1b) mostrada en la Figura 1, el dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar) (5) comprende un concentrador solar luminiscente (LSC) que comprende una célula para líquidos (2) en material transparente (p. ej., cuarzo), dos orificios en la parte superior (no mostrados en la Figura 1) cerrados con dos tapones (3) [un tapón es visible en la vista lateral (1b)], incluyendo una solución al menos un compuesto fotoluminiscente, p. ej., 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (d Tb ) o 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,6-dimetilfenil)-2-tienil]benzol[c]1,2,5-tiadiazol (MPDTBOP) disuelto en polietilenglicol (PEG) o polipropilenglicol (PPG) con diferente peso molecular promedio en número (Mn)] (4), contenido dentro de esta célula para líquidos, una célula fotovoltaica de silicio (o célula solar) (6) [p. ej., una célula fotovoltaica (o célula solar)] colocada en uno de los lados de dicha célula para líquidos (2), un amperímetro (7) conectado a dicha célula fotovoltaica (o célula solar) (6).
Para comprender e implementar mejor la presente invención, a continuación se muestran algunos ejemplos ilustrativos y no limitativos de los mismos.
En los siguientes ejemplos:
- el 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB) se ha sintetizado como se describe en el Ejemplo 1 de la Solicitud de Patente Internacional WO 2012/007834 a nombre del solicitante, incorporada como referencia en el presente documento;
- el 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,6-dimetilfenil)-2-tienil]benzo[c]1,2,5-tiadiazol (MPDTBOP) se ha sintetizado como se describe en el Ejemplo 7 de la Solicitud de Patente Italiana MI2014A001663 a nombre del solicitante, incorporada como referencia en el presente documento.
EJEMPLO 1 (Comparativo)
Preparación de soluciones de un compuesto fotoluminiscente en tolueno
Solución de DTB/tolueno (Ref. 1)
Se pusieron 22 mg de 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB) y 72,9 ml de tolueno (Aldrich) en un matraz de 100 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a temperatura ambiente (25 °C), durante aproximadamente 15 minutos, obteniendo una solución amarilla que tenía una concentración de 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (BTD) en la solución igual a 1 x 10-3 M.
Solución de MPDTBOP)/tolueno (Ref. 2)
Se pusieron 10,4 mg de 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,6-dimetilfenil)-2-tienil]benzo[c]1,2,5-tiadiazol (MPDTBOP) y 15,1 ml de tolueno (Aldrich ) en un matraz de 50 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a temperatura ambiente (25 °C), durante aproximadamente 15 minutos, obteniendo una solución amarilla con una concentración de (MPDTBOP) en la solución igual a 1 x 10-3 M. Solución de Lumogen® F Rojo 305/tolueno (Ref. 3)
Se pusieron 6,6 ml de una solución de Lumogen® F Rojo 305/tolueno a una concentración de 2 x 10-3 M (preparada previamente disolviendo 50,3 mg de Lumogen® F Rojo 305 en 23,2 ml de tolueno, con agitación, a temperatura ambiente (25 °C), durante aproximadamente 15 minutos) y 6,6 ml de tolueno (Aldrich) en un matraz de 50 ml, obteniendo una solución roja con una concentración de Lumogen® F Rojo 305 en la solución igual a 1 x 10-3 M. EJEMPLO 2 (invención)
Preparación de soluciones de un compuesto fotoluminiscente en polietilenglicoles
Solución DTB/PEG 200 (PEG8)
Se pusieron 8,9 mg de 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB) y 30,3 ml de polietilenglicol (Mn = 200) (PEG 200) (Sigma-Aldrich) en un matraz de 50 ml:
se dejó el conjunto, con agitación, a temperatura ambiente (25 °C), durante aproximadamente 20 minutos, obteniendo una solución naranja con una concentración de 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (BTD) en la solución igual a 1 x 10­ 3 M.
Solución de DTB/PEG 400 (PEG9)
Se pusieron 9,5 mg de 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB) y 31,6 ml de polietilenglicol (Mn = 400) (PEG 400) (Sigma-Aldrich) en un matraz de 50 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a temperatura ambiente (25 °C), durante aproximadamente 30 minutos, obteniendo una solución naranja con una concentración de 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (BTD) en la solución igual a 1 x 10-3 M.
Solución de (MPDTBOP)/PEG400 (PEG10)
Se pusieron 18,5 mg de 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,6-dimetilfenil)-2-tienil]benzo[c] 1,2,5-tiadiazol (MPDTBOP) y 26,9 ml de polietilenglicol (Mn = 400) (PEG 400) (Sigma-Aldrich) en un matraz de 50 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a 40 °C, durante aproximadamente 60 minutos, obteniendo una solución de color amarillo anaranjado con una concentración de (MPDTBOP) en la solución igual a 1 x 10-3 M.
Solución de Lumogen® F Rojo 305/PEG400 (PEG11)
Se pusieron 29,5 mg de Lumogen® F Rojo 305 (BASF) y 27,4 ml de polietilenglicol (Mn = 400) (PEG 400) (Sigma-Aldrich) en un matraz de 50 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a 40 °C, durante aproximadamente 60 minutos, obteniendo una solución roja con una concentración de Lumogen® F Rojo 305 en la solución igual a 1 x 10'3 M. EJEMPLO 3 (invención)
Preparación de soluciones de un compuesto fotoluminiscente en polipropilenglicoles
Solución DTB/PPG425 (PPG3)
Se pusieron 11,1 mg de 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB) y 26,9 ml de polipropilenglicol (Mn = 425) (PPG 425) (Sigma-Aldrich) en un matraz de 50 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a temperatura ambiente (25 °C), durante aproximadamente 40 minutos, obteniendo una solución amarilla que tenía una concentración de 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (BTD) en la solución igual a 1 x 10'3 M.
Solución de (MPDTBOP)/PPG425 (PPG1)
Se pusieron 18,4 mg de 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,6-dimetilfenil)-2-tienil]benzo[c]1,2,5-tiadiazol (MPDTBOP) y 26,8 ml de polipropilenglicol (Mn = 425) (PPG 425) (Sigma-Aldrich) en un matraz de 50 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a 40 °C, durante aproximadamente 60 minutos, obteniendo una solución amarilla con una concentración de (MPDTBOP) en la solución igual a 1 x 10'3 M.
Solución de Lumogen® F Rojo 305/PPG425 (PPG2)
Se pusieron 27 mg de Lumogen® F Rojo 305 (BASF) y 25 ml de polipropilenglicol (Mn = 425) (Sigma-Aldrich) en un matraz de 50 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a 40 °C, durante aproximadamente 60 minutos, obteniendo una solución roja con una concentración de Lumogen® F Rojo 305 en la solución igual a 1 x 10-3 M.
Solución de (MPDTBOP)/PPG2700 (PPG4)
Se pusieron 19,8 mg de 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,6-dimetilfenil)-2-tienil]benzo[c] 1,2,5-tiadiazol (MPDTBOP) y 28,6 ml de polipropilenglicol (Mn = 2700) (PPG 2700) (Sigma-Aldrich) en un matraz de 50 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a 40 °C, durante aproximadamente 60 minutos, obteniendo una solución amarilla con una concentración de (MPDTBOP) en la solución igual a 1 x 10-3 M.
Solución de Lumogen® F Rojo 305/PPG2700 (PPG5)
Se pusieron 27 mg de Lumogen® F Rojo 305 (BASF) y 25,4 ml de polipropilenglicol (Mn = 2700) (Sigma-Aldrich) en un matraz de 50 ml: se dejó el conjunto, con agitación, a 40 °C, durante aproximadamente 60 minutos, obteniendo una solución amarilla con una concentración de Lumogen® F Rojo 305 en la solución igual a 1 x 10-3 M.
EJEMPLO 4
Mediciones de potencia (Pmáx)
Las mediciones de potencia de algunas de las soluciones obtenidas como se ha descrito anteriormente en el Ejemplo 1 (comparativo), en el Ejemplo 2 (invención) y en el Ejemplo 3 (invención), se llevaron a cabo utilizando una cubeta de cuarzo Hellma con dimensiones de 10 cm x 10 cm x 0,6 cm (trayectoria óptica: 1 mm) llena con 8,1 ml de la solución a analizar. Una célula fotovoltaica IXYS-XOD17 con un área de 1,2 cm2 conectada a un amperímetro se aplicó a un borde de la cubeta.
La superficie de la cubeta se iluminó después con una fuente de luz usando un simulador solar ABET mod. SUN 2000 con una lámpara de xenón de 550 W de potencia igual a 1 sol (1000 W/m2) durante 10 segundos. Se realizó una primera medición iluminando toda la cubeta (10 cm x 10 cm) y se midió la potencia eléctrica generada por el efecto de la iluminación.
Posteriormente, las mediciones de potencia se llevaron a cabo cubriendo las superficies de la cubeta que tienen un área variable con un recubrimiento opaco (máscara), a una distancia que aumenta desde el borde en el que se fijó la célula fotovoltaica (total 10 mediciones). Posteriormente, se realizó una última medición sobre una superficie iluminada de 1 cm x 10 cm ubicada en el lado opuesto al borde sobre el que se fijó la célula fotovoltaica. Estas mediciones, en condiciones de blindaje variables, permiten la contribución de efectos opcionales de guía de ondas, de borde o de difusión múltiple debido al soporte a cuantificar y después se eliminan.
Para cada parte de la cubeta iluminada, se registró la curva de intensidad de la luz (medida en amperios) - corriente producida (medida en voltios) (curvas I/V mostradas en la Figura 2) y a partir de esto se calculó la potencia efectiva de la célula fotovoltaica (curvas mostradas en la Figura 3): la potencia efectiva máxima (Pmáx) se normalizó posteriormente por cm2 de superficie iluminada.
La Tabla 1 muestra los valores de potencia máxima efectiva promedio (Pmáx promedio) que se obtiene a partir del promedio de todos los valores de potencia efectiva (Pmáx) normalizados por cm2 de superficie iluminada, calculado para cada parte de cubeta iluminada, omitiendo la primera y última medición relativa a la parte de la cubeta que contiene el borde con la célula fotovoltaica y el borde opuesto, respectivamente.
TABLA 1
Figure imgf000008_0001
De los datos que se muestran en la Tabla 1 se deduce que:
- en el caso de 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB) y de 5,6-difenoxi-4,7-bis[5-(2,6-dimetilfenil)-2-tienil]benzo[c]1,2,5-tiadiazol (MPDTBOP), los dispositivos que comprenden las soluciones objeto de la presente invención (PEG8, PEG9, PEG10, PPG1 y PPG3) exhiben una eficiencia, en términos de la potencia máxima efectiva promedio (Pmáx promedio), comparable a la de los dispositivos que comprenden las soluciones conocidas (Ref. 1 y Ref. 2);
- en el caso de Lumogen® F Rojo 305, el dispositivo que comprende la solución de la presente invención (PEG11) muestra una eficiencia, en términos de la potencia máxima efectiva promedio (Pmáx promedio), buena pero inferior a la del dispositivo que comprende la solución conocida (Ref. 3); el dispositivo que comprende la solución objeto de la presente invención (PPG2) presenta una eficiencia, en términos de la potencia máxima efectiva promedio (Pmáx promedio), comparable a la del dispositivo que comprende la solución conocida (Ref. 3).
EJEMPLO 5
Mediciones de fotoestabilidad
Las soluciones de PPG1 y PPG4 se diluyeron con el mismo disolvente presente en ellas para obtener una concentración del compuesto fotoluminiscente presente igual a 1 x 10-5 M, obteniendo las siguientes soluciones PPG1a y PPG4a.
Las soluciones mencionadas anteriormente se sometieron a espectroscopía UV-visible operando como sigue. Cada solución se vertió en un vial de aproximadamente 20 ml con un tapón de rosca hasta 2/3 del volumen y se envejeció bajo iluminación continua en un dispositivo Atlas XenoTest Beta+ de acuerdo con el procedimiento DIN EN ISO 4892­ 2: 2013. Después de 24 horas de envejecimiento, se retiraron los viales y las soluciones se sometieron a espectroscopía UV-visible para obtener la cantidad de compuesto fotoluminiscente todavía presente. Los espectros UV-Vis se registraron con un espectrofotómetro de doble haz y un monocromador doble Perkin Elmer Lambda 950.
En las soluciones sometidas a envejecimiento acelerado la espectrofotometría de absorción UV-Vis permitió el seguimiento de la disminución de la absorbancia en la región visible midiendo la absorbancia relativa en porcentaje (A%) definida como (At)/(A0), es decir, como la relación entre la absorbancia en el tiempo t (At) y la absorbancia en el tiempo 0 (A0).
La Tabla 2 muestra los valores de absorbancia relativa en porcentaje (A%) [(At)/(A0)] después de 24 horas de envejecimiento.
Figure imgf000009_0001
De los datos mostrados en la Tabla 2 se deduce que las soluciones objeto de la presente invención (PPG1a y PPG3a) tienen buena estabilidad.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Concentrador solar luminiscente (LSC) en estado líquido que comprende al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter.
2. Concentrador solar luminiscente (LSC) de acuerdo con reivindicación 1, en donde dicho compuesto fotoluminiscente está presente en dicha solución en una concentración molar que varía de 1 x 10-4 M a 3 x 10-3 M, preferentemente entre 0,5 x 10-3 M a 2 x 10-3 M.
3. Concentrador solar luminiscente (LSC) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde dicho compuesto fotoluminiscente se selecciona de compuestos de perileno, compuestos de benzotiadiazol, compuestos de benzoheterodiazol disustituidos, compuestos de diariloxibenzoheterodiazol disustituidos o mezclas de los mismos.
4. Concentrador solar luminiscente (LSC) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho poliol de poliéter se selecciona de polietilenglicoles que tienen un peso molecular promedio en número (Mn) que varía de 150 dalton a 600 dalton, preferentemente en el intervalo de 190 dalton a 400 dalton, o mezclas de los mismos; polipropilenglicoles que tienen un peso molecular promedio en número (Mn) que varía de 250 dalton a 4000 dalton, preferentemente en el intervalo de 400 dalton a 2800 dalton, o mezclas de los mismos; o mezclas de los mismos.
5. Concentrador solar luminiscente (LSC) en estado líquido que comprende:
- una célula para líquidos de un material transparente, teniendo dicha célula cuatro lados y estando provista de al menos un orificio, preferentemente dos orificios, en al menos uno de los cuatro lados, preferentemente en el mismo lado;
- al menos una solución que incluye al menos un compuesto fotoluminiscente y al menos un poliol de poliéter contenido dentro de dicha célula para líquidos, estando definida dicha solución en cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4.
6. Concentrador solar luminiscente (LSC) de acuerdo con reivindicación 5, donde dicho material transparente se selecciona de vidrio transparente tal como sílice, cuarzo, alúmina, titania, o mezclas de los mismos.
7. Dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solar) que comprende al menos una célula fotovoltaica (o célula solar) o al menos una célula fotoelectrolítica colocada en los bordes de al menos un concentrador solar luminiscente (LSC) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
8. Ventana fotovoltaica que comprende al menos una célula fotovoltaica (o célula solar) o al menos una célula fotoelectrolítica colocada en los bordes de al menos un concentrador solar luminiscente (LSC) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
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