ITMI20131620A1 - Concentratore solare luminescente comprendente composti benzoeterodiazolici tetrasostituiti - Google Patents

Concentratore solare luminescente comprendente composti benzoeterodiazolici tetrasostituiti

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ITMI20131620A1
ITMI20131620A1 IT001620A ITMI20131620A ITMI20131620A1 IT MI20131620 A1 ITMI20131620 A1 IT MI20131620A1 IT 001620 A IT001620 A IT 001620A IT MI20131620 A ITMI20131620 A IT MI20131620A IT MI20131620 A1 ITMI20131620 A1 IT MI20131620A1
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Antonio Alfonso Proto
Samuele Santarelli
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Eni Spa
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Description

CONCENTRATORE SOLARE LUMINESCENTE COMPRENDENTE COMPOSTI BENZOETERODIAZOLICI TETRASOSTITUITI
La presente invenzione riguarda un concentratore solare luminescente (LSC - “Luminescent Solar Concentrator”) comprendente almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito.
La presente invenzione riguarda altresì l’uso di almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito nella costruzione di concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”).
La presente invenzione riguarda altresì un dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solare) scelto, ad esempio, tra celle fotovoltaiche (o celle solari), moduli fotovoltaici (o moduli solari), sia su supporto rigido, sia su supporto flessibile, comprendente un concentratore solare luminescente (LSC -“Luminescent Solar Concentrator”) includente almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito.
E’ noto che le celle fotovoltaiche (o celle solari), sia quelle polimeriche, sia quelle al silicio che sono quelle attualmente più diffuse sul mercato, non sono in grado di sfruttare efficacemente tutta la radiazione solare. Infatti, la loro efficienza è massima solo in un determinato intervallo spettrale che comprende una parte di radiazione visibile ed una parte di radiazione infrarossa.
Allo scopo di migliorare il rendimento delle celle fotovoltaiche (o celle solari) si possono utilizzare materiali convertitori di spettro in grado di catturare la radiazione solare al di fuori dell’intervallo spettrale ottimale e di convertirla in radiazione efficace. Con tali materiali, inoltre, si possono realizzare concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”) che consentono di incrementare ulteriormente la produzione di corrente delle celle fotovoltaiche (o celle solari).
Generalmente, detti concentratori solari luminescenti (LSCs -“Luminescent Solar Concentrators”) sono costituiti da grandi lastre di un materiale trasparente alla radiazione solare, al cui interno sono disperse, oppure legate chimicamente a detto materiale, sostanze fluorescenti che agiscono come convertitori di spettro. Per effetto del fenomeno ottico della riflessione totale, la radiazione emessa dalle molecole fluorescenti viene “guidata” verso i sottili bordi della lastra dove viene concentrata su celle fotovoltaiche (o celle solari) ivi poste. In questo modo, si possono utilizzare ampie superfici di materiali a basso costo (le lastre fotoluminescenti) per concentrare la luce su piccole superfici di materiali di costo elevato [celle fotovoltaiche (o celle solari)].
Le caratteristiche che un composto fluorescente dovrebbe possedere per essere vantaggiosamente impiegato nella costruzione di concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”), sono molteplici e non sempre conciliabili tra loro.
In primo luogo, la frequenza della radiazione emessa per fluorescenza deve corrispondere ad un’energia superiore alla soglia al di sotto della quale il semiconduttore che costituisce il cuore della cella fotovoltaica (o cella solare) non è più in grado di funzionare.
In secondo luogo, lo spettro di assorbimento del composto fluorescente dovrebbe essere il più esteso possibile, in modo da assorbire la maggior parte della radiazione solare incidente per poi riemetterla alla frequenza desiderata.
Inoltre, è desiderabile che l'assorbimento della radiazione solare sia molto intenso, in modo che il composto fluorescente possa svolgere il suo ruolo alle più basse concentrazioni possibili, evitandone l'impiego in quantità massicce.
Inoltre, il processo di assorbimento della radiazione solare e della sua successiva riemissione a frequenze più basse deve avere luogo con la massima efficienza possibile, minimizzando le cosiddette perdite non radiative, spesso indicate collettivamente col termine di “termalizzazione”: l'efficienza del processo è misurata dalla sua resa quantica.
Infine, è necessario che le frequenze di assorbimento e di emissione siano quanto più possibile diverse, perché altrimenti la radiazione emessa da una molecola del composto fluorescente verrebbe assorbita e, almeno in parte, diffusa dalle molecole adiacenti. Detto fenomeno, generalmente indicato come autoassorbimento, comporta inevitabilmente significative perdite di efficienza. La differenza fra le frequenze del picco a più bassa frequenza dello spettro di assorbimento e del picco della radiazione emessa, è normalmente indicata come “shift” di Stokes e misurata in nm (si misura, cioè, non la differenza fra le due frequenze ma fra le due lunghezze d'onda che ad esse corrispondono). “Shift” di Stokes elevati sono assolutamente necessari per ottenere elevate efficienze dei concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”), fatta salva la già ricordata necessità che la frequenza della radiazione emessa corrisponda ad un’energia superiore alla soglia al di sotto della quale la cella fotovoltaica (o cella solare) non è in grado di funzionare.
E’ noto che alcuni composti benzotiadiazolici, in particolare il 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB), sono composti fluorescenti utilizzabili nella costruzione di concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”). Composti di questo tipo sono stati descritti nella domanda di brevetto internazionale WO 2011/048458 a nome della Richiedente.
Il 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB) è caratterizzato da un’emissione centrata intorno a 579 nm, valore cui corrisponde un’energia ben al di sopra della soglia minima di funzionamento delle celle fotovoltaiche (o celle solari), soglia che, ad esempio, corrisponde a una lunghezza d'onda di circa 1100 nm per le celle fotovoltaiche (o celle solari) più diffuse, a base di silicio. Inoltre, il suo assorbimento della radiazione luminosa è intenso ed esteso su un intervallo di lunghezze d'onda relativamente ampio, compreso indicativamente fra 550 nm (la lunghezza d'onda della radiazione verde) e l'ultravioletto. Infine, il 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB) presenta uno “shift” di Stokes, in soluzione di diclorometano, pari a 134 nm, ben più alto di quelli della maggior parte dei prodotti commerciali finora proposti per l'impiego nei concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”).
Per questi motivi, l'impiego del 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB) ha reso possibile la realizzazione di concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”) di eccellente qualità.
Il 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB), tuttavia, pur assorbendo una parte significativa dello spettro solare e pur presentando una resa quantica di fluorescenza (Φ) elevata, che è definita secondo la sotto riportata equazione (1) come il rapporto tra il numero di fotoni emessi ed il numero di fotoni assorbiti da una molecola luminescente per unità di tempo:
(Φ) = numero di fotoni emessi/numero di fotoni assorbiti (1) ed è pari a 0,9 (da notare che il valore massimo è pari a 1), presenta altresì una apprezzabile fotodegradabilità.
Detta resa quantica di fluorescenza (Φ), è stata misurata in diclorometano (CH2Cl2) anidro, a temperatura ambiente (25°C), secondo tecniche note nell’arte, come descritto, ad esempio, da J. R. Lakowicz in “Principles of Fluorescence Spectroscopy” (2006), Third Ed., Springer.
La Richiedente si è quindi posta il problema di trovare composti aventi una maggiore resa quantica di fluorescenza (Φ) ed una minore fotodegradabilità.
La Richiedente ha ora trovato che composti benzoeterodiazolici tetrasostituiti aventi una specifica formula generale [i.e. aventi formula generale (I) sotto riportata], possono essere vantaggiosamente impiegati nella costruzione di concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”). Detti concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”) possono essere vantaggiosamente utilizzati nella costruzione di dispositivi fotovoltaici (o dispositivi solari) quali, ad esempio, celle fotovoltaiche (o celle solari), moduli fotovoltaici (o moduli solari), sia su supporto rigido, sia su supporto flessibile. Detti composti benzoeterodiazolici tetrasostituiti presentano, infatti, una maggiore resa quantica di fluorescenza (Φ) consentendo, quindi, un miglioramento del processo di conversione spettrale ed un conseguente miglioramento delle prestazioni dei concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”) e dei dispositivi fotovoltaici (o dispositivi solari) in cui vengono utilizzati. Inoltre, detti composti benzoeterodiazolici tetrasostituiti, grazie alla presenza dei sostituenti R3e R4, presentano una minore fotodegradabilità con conseguente maggiore durata dei concentratori solari luminescenti (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”) e dei dispositivi fotovoltaici (o dispositivi solari) in cui vengono utilizzati.
Costituisce pertanto oggetto della presente invenzione un concentratore solare luminescente (LSC - “Luminescent Solar Concentrator”) comprendente almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I):
Z
N N
R1R2(I)
<R>4 R3
in cui:
- R1e R2, uguali o diversi tra loro, sono scelti tra: gruppi arilici C6-C40, preferibilmente C6-C20, opzionalmente sostituiti; gruppi eteroarilici C4-C40, preferibilmente C5-C20, opzionalmente sostituiti;
- R3e R4, uguali o diversi tra loro, sono scelti tra: atomi di alogeno quali, ad esempio, fluoro, cloro, bromo, iodio, preferibilmente fluoro; gruppi alchilici C1-C30, preferibilmente C1-C20, trialogenati, lineari o ramificati; gruppi arilossilici C6-C40, preferibilmente C6-C20, opzionalmente sostituiti; gruppi alcossilici C1-C30, preferibilmente C1-C20, lineari o ramificati, opzionalmente sostituiti; gruppi eteroarilossilici C4-C40, preferibilmente C5-C20, opzionalmente sostituiti;
- Z rappresenta un atomo di zolfo, un atomo di ossigeno, o un atomo di selenio; un gruppo NR5in cui R5rappresenta un atomo di idrogeno, oppure è scelto tra gruppi alchilici C1-C30, preferibilmente C6-C24, lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi; un gruppo CR6R7in cui R6e R7, uguali o diversi tra loro, rappresentano un atomo di idrogeno, oppure sono scelti tra gruppi alchilici C1-C30, preferibilmente C6-C24, lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi, gruppi alcossilici C1-C30, preferibilmente C6-C24, lineari o ramificati, opzionalmente sostituiti, gruppi cicloalchilici C3-C30, preferibilmente C4-C24, opzionalmente sostituiti, oppure, R6e R7possono essere eventualmente legati tra loro così da formare, insieme agli altri atomi a cui sono legati, un ciclo contenente da 3 a 6 atomi di carbonio, saturo, insaturo, od aromatico, opzionalmente sostituito con gruppi alchilici C1-C30, preferibilmente C1-C15, lineari o ramificati, detto ciclo opzionalmente contenente eteroatomi quali, ad esempio, ossigeno, zolfo, azoto, silicio, fosforo, selenio.
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, in detta formula generale (I):
- R1e R2, uguali tra loro, rappresentano un gruppo eteroarilico, preferibilmente un gruppo tienilico;
- R3e R4, uguali tra loro, rappresentano un atomo di alogeno, preferibilmente fluoro;
- Z rappresenta un atomo di zolfo.
E’ quindi un aspetto particolarmente preferito della presente invenzione, un concentratore solare luminescente (LSC - “Lumiscent Solar Concentrator”) comprendente il 5,6-difluoro-4,7-di(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTBF2) avente formula (Ia):
S
N N
S S(Ia).
F F
Come detto sopra, i composti benzoeterodiazolici tetrasostituiti aventi formula generale (I) presentano una maggiore resa quantica di fluorescenza (Φ), rispetto a quella del 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB). Ad esempio, il 5,6-difluoro-4,7-di(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTBF2) avente formula (Ia), presenta una resa quantica di fluorescenza (Φ), misurata nelle stesse condizioni operative utilizzate per il 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB), pari a 0,98.
Allo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, le definizioni degli intervalli numerici comprendono sempre gli estremi a meno di diversa specificazione.
Allo scopo della presente descrizione e delle rivendicazioni che seguono, il termine “comprendente” include anche i termini “che consiste essenzialmente di” o “che consiste di”.
Con il termine “gruppi arilici C6-C40” si intendono gruppi aromatici, monociclici o policiclici, con anelli condensati oppure legati covalentemente, contenenti da 6 a 40 atomi di carbonio. Detti gruppi arilici possono essere opzionalmente sostituiti con uno o più gruppi, uguali o diversi tra loro, scelti tra: gruppi alchilici C1-C20, lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi; gruppi cicloalchilici C3-C10opzionalmente sostituiti; gruppi arilici C6-C20opzionalmente sostituiti; gruppi alcossilici C1-C20opzionalmente sostituiti; gruppi idrossilici; gruppi ciano; gruppi amminici. Esempi specifici di gruppi arilici sono: fenile, metilfenile, trimetilfenile, metossifenile, idrossifenile, fenilossifenile, dimetilamminofenile, naftile, fenilnaftile, fenantrenile, antracenile, azulenile, perilenile.
Con il termine “gruppi eteroarilici C4-C40” si intendono gruppi eterociclici aromatici, anche benzocondensati od eterobiciclici, contenenti da 4 a 40 atomi di carbonio e da 1 a 4 eteroatomi scelti tra azoto, ossigeno, zolfo, silicio, selenio, fosforo. Detti gruppi eteroarilici possono essere opzionalmente sostituiti con uno o più gruppi, uguali o diversi tra loro, scelti tra: gruppi alchilici C1-C20, lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi; gruppi cicloalchilici C3-C10opzionalmente sostituiti; gruppi arilici C6-C20opzionalmente sostituiti; gruppi alcossilici C1-C20opzionalmente sostituiti; gruppi idrossilici; gruppi ciano; gruppi ammininici. Esempi specifici di gruppi eteroarilici sono: piridile, metilpiridile, fenilpiridile, pirimidile, piridazile, pirazile, triazile, tetrazile, chinolile, chinossalile, chinazolile, furanile, tienile, esiltienile, pirrolile, ossazolile, tiazolile, isossazolile, isotiazolile, ossadiazolile, tiadiazolile, pirazolile, imidazolile, triazolile, tetrazolile, indolile, benzofuranile, benzotiofenile, benzossazolile, benzotiazolile, benzossadiazolile, benzotiadiazolile, benzopirazolile, benzimidazolile, benzotriazolile, triazolopiridinile, triazolopirimidile, cumarile.
Con il termine “gruppi alchilici C1-C30” si intendono gruppi alchilici aventi da 1 a 30 atomi di carbonio, lineari o ramificati. Esempi specifici di gruppi alchilici C1-C30sono: metile, etile, n-propile, iso-propile, n-butile, iso-butile, tbutile, pentile, etil-esile, esile, eptile, ottile, nonile, decile, dodecile.
Con il termine “gruppi alchilici C1-C30opzionalmente contenenti eteroatomi” si intendono gruppi alchilici aventi da 1 a 30 atomi di carbonio, lineari o ramificati, in cui almeno uno degli atomi di idrogeno è sostituito con un eteroatomo scelto tra: ossigeno, zolfo, azoto, silicio, fosforo, selenio. Esempi specifici di gruppi alchilici C1-C30opzionalmente contenenti eteroatomi sono: ossimetile, tiometile, tioetile, dimetilammino, propilammino, diottilammino.
Con il termine “gruppi cicloalchilici C3-C30” si intendono gruppi cicloalchilici aventi da 3 a 30 atomi di carbonio. Detti gruppi cicloalchilici possono essere opzionalmente sostituiti con uno o più gruppi, uguali o diversi tra loro, scelti tra: gruppi idrossilici; gruppi alchilici C1-C20, lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi; gruppi alcossilici C1-C20opzionalmente sostituiti; gruppi ciano; gruppi amminici; gruppi arilici C6-C20opzionalmente sostituiti. Esempi specifici di gruppi cicloalchilici C3-C30sono: ciclopropile, 1,4-diossino, 2,2-difluorociclopropile, ciclobutile, ciclopentile, cicloesile, metilcicloesile, metossicicloesile, fluorocicloesile, fenilcicloesile.
Con il termine “gruppi alcossilici C1-C30” si intendono gruppi alcossilici aventi da 1 a 30 atomi di carbonio, lineari o ramificati. Detti gruppi alcossilici possono essere opzionalmente sostituiti con uno o più gruppi, uguali o diversi tra loro, scelti tra: atomi di alogeno quali, ad esempio, fluoro, cloro, preferibilmente fluoro; gruppi idrossilici; gruppi alchilici C1-C20, lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi; gruppi alcossilici C1-C20opzionalmente sostituiti; gruppi ciano; gruppi amminici. Esempi specifici di gruppi alcossilici C1-C30sono: metossile, etossile, fluoroetossile, n-propossile, iso-propossile, nbutossile, fluoro-n-butossile, iso-butossile, t-butossile, pentossile, esilossile, eptilossile, ottilossile, nonilossile, decilossile, dodecilossile.
Con il termine “ciclo” si intende un sistema contenente un anello contenente da 3 a 6 atomi di carbonio, opzionalmente contenente eteroatomi scelti tra azoto, ossigeno, zolfo, silicio, selenio, fosforo. Esempi specifici di ciclo sono: toluene, benzonitrile, cicloeptatriene, cicloottadiene, piridina, tiadiazolo, pirrolo, tiofene, selenofene, t-butilpiridina.
Con il termine “gruppi alchilici C1-C30trialogenati” si intendono gruppi alchilici contenenti da 1 a 30 atomi di carbonio, lineari o ramificati, in cui tre atomi di idrogeno sono sostituiti con tre atomi di alogeno. Esempi specifici di gruppi alchilici C1-C30trialogenati sono: trifluorometile, trifluoroetile, trifluoropropile, trifluorobutile, triclorometile, tricloroetile, tricloropropile, triclorobutile, (dicloro)fluorometile, (dicloro)fluoroetile, (dicloro)fluoropropile, (dicloro)fluorobutile, cloro(difluoro)metile, cloro(difluoro)etile, cloro(difluoro)-propile, cloro(difluoro)butile.
Con il termine “gruppi arilossilici C6-C40” si intendono gruppi aventi un atomo di ossigeno attaccato al gruppo arilico. Detti gruppi arilossilici possono essere opzionalmente sostituiti con uno o più gruppi, uguali o diversi tra loro, scelti tra: gruppi alchilici C1-C20, lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi; gruppi cicloalchilici C3-C10opzionalmente sostituiti; gruppi arilici C6-C20opzionalmente sostituiti; gruppi alcossilici C1-C20opzionalmente sostituiti; gruppi idrossilici; gruppi ciano; gruppi amminici. Esempi specifici di gruppi ariliossilici C6-C40sono: fenossile, naftilossile, metilfenossile, trimetilfenossile, idrossifenilossile, dimetilamminofenossile, fenilossinaftile, fenantrenilossile, antracenilossile, benzilossile, azulenilossile, perilenossile.
Con il termine “gruppi eteroarilossilici C4-C40” si intendono gruppi eterociclici aromatici, anche benzocondensati od eterobiciclici, contenenti da 4 a 40 atomi di carbonio e da 1 a 4 eteroatomi scelti tra azoto, ossigeno, zolfo, silicio, selenio, fosforo, aventi un atomo di ossigeno attaccato al gruppo eteroarilico. Detti gruppi eteroarilossilici possono essere opzionalmente sostituiti con uno o più gruppi, uguali o diversi tra loro, scelti tra: gruppi alchilici C1-C20, lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi; gruppi cicloalchilici C3-C10opzionalmente sostituiti; gruppi arilici C6-C20opzionalmente sostituiti; gruppi alcossilici C1-C20opzionalmente sostituiti; gruppi idrossilici; gruppi ciano; gruppi amminici. Esempi specifici di gruppi eteroariliossilici C4-C40sono: piridilossile, metilpiridilossile, fenilpiridilossile, pirimidilossile, piridazilossile, pirazilossile, triazilossile, tetrazilossile, chinolilossile, chinossalilossile, chinazolilossile, furanilossile, tienilossile, esiltienilossile, pirrolilossile, ossazolilossile, tiazolilossile, isossazolilossile, isotiazolilossile, ossadiazolilossile, tiadiazolilossile, pirazolilossile, imidazolilossile, triazolilossile, tetrazolilossile, indolilossile, benzofuranilossile, benzotiofenilossile, benzossazolilossile, benzotiazolilossile, benzossadiazolilossile, benzotiadiazolilossile, benzopirazolilossile, benzimidazolilossile, benzotriazolilossile, triazolopiridinilossile, triazolopirimidilossile, cumarilossile.
Detto composto avente formula generale (I) può essere ottenuto secondo procedimenti noti nell’arte come, ad esempio, descritto nella domanda di brevetto americano US 2012/0232237.
Oppure, detto composto avente formula generale (I) può essere facilmente reperibile in commercio.
Un ulteriore oggetto della presente invenzione è altresì l’uso di almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) nella costruzione di concentratori solari (LSCs - “Luminescent Solar Concentrators”).
Il composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) può essere utilizzato in detto concentratore solare luminescente (LSC -“Luminescent Solar Concentrator”) nelle seguenti forme: disperso nel polimero o nel vetro, legato chimicamente al polimero o al vetro, in soluzione, in forma di gel.
Ad esempio, il concentratore solare luminescente (LSC - “Luminescent Solar Concentrator”) può contenere una matrice trasparente, dove con il termine matrice trasparente si intende qualsiasi materiale trasparente utilizzato nella forma di supporto, legante, oppure materiale in cui almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) è disperso o inglobato. Il materiale utilizzato per la matrice è trasparente, come tale, alle radiazioni di interesse e, in particolare, alle radiazioni aventi frequenza compresa nello spettro efficace del dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solare) quale, ad esempio, della cella fotovoltaica (o cella solare) in cui viene utilizzato. Materiali adatti allo scopo della presente invenzione possono quindi essere scelti tra i materiali trasparenti almeno alle radiazioni aventi lunghezza d’onda compresa tra 250 nm e 1100 nm.
La matrice trasparente utilizzabile allo scopo della presente invenzione può essere scelta, ad esempio, tra materiali polimerici o materiali vetrosi. Detta matrice è caratterizzata da un’elevata trasparenza e da un’elevata durata relativamente al calore ed alla luce. Materiali polimerici che possono essere vantaggiosamente utilizzati allo scopo della presente invenzione sono, ad esempio, polimetilmetacrilato (PMMA), resine epossidiche, resine siliconiche, polialchilene tereftalati, policarbonati, polistirene, polipropilene. Materiali vetrosi che possono essere vantaggiosamente utilizzati allo scopo della presente invenzione sono, ad esempio, le silici.
Nel caso in cui la matrice è di tipo polimerico, detto almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) può essere disperso nel polimero di detta matrice mediante, ad esempio, dispersione in fuso, o additivazione in massa, e successiva formazione di una lastra comprendente detto polimero e detto almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I), operando, ad esempio, secondo la tecnica chiamata “casting”. Alternativamente, detto almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) e il polimero di detta matrice possono essere solubilizzati in almeno un solvente ottenendosi una soluzione che viene depositata su una lastra di detto polimero, formando un film comprendente detto almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) e detto polimero, operando, ad esempio, mediante l’utilizzo di un filmografo tipo “Doctor Blade”: successivamente, detto solvente viene lasciato evaporare.
Nel caso in cui la matrice è di tipo vetroso, detto almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) può essere solubilizzato in almeno un solvente ottenendosi una soluzione che viene depositata su una lastra di detta matrice di tipo vetroso, formando un film comprendente detto almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I), operando, ad esempio, mediante l’utilizzo di un filmografo tipo “Doctor Blade”: successivamente detto solvente viene lasciato evaporare.
Alternativamente, una lastra comprendente detto almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito e detto polimero ottenuta come sopra descritto, per dispersione in fuso, o additivazione in massa, e successivo “casting”, può essere racchiusa tra due lastre di detta matrice trasparente di tipo vetroso (“a sandwich”) operando secondo la tecnica nota di laminazione.
E’ altresì ulteriore oggetto della presente invenzione, un dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solare) scelto, ad esempio, tra celle fotovoltaiche (o celle solari), moduli fotovoltaici (o moduli solari), sia su supporto rigido, sia su supporto flessibile, comprendente un concentratore solare luminescente (LSC -“Luminescent Solar Concentrator”) includente almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I).
Detto dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solare) può essere ottenuto, ad esempio, assemblando il suddetto concentratore solare luminescente con una cella fotovoltaica (o cella solare).
In accordo con una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, il suddetto concentratore solare può essere realizzato in forma di lastra trasparente ottenuta mediante solubilizzazione di detto almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) e del polimero della matrice di tipo polimerico in almeno un solvente ottenendosi una soluzione che viene depositata su una lastra di detto polimero, formando un film comprendente detto almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) e detto polimero, operando, ad esempio, mediante l’utilizzo di un filmografo tipo “Doctor Blade”: successivamente detto solvente viene lasciato evaporare. In detti dispositivi fotovoltaici (o dispositivi solari), dette lastre possono essere quindi accoppiate ad una cella fotovoltaica (o cella solare).
Allo scopo di meglio comprendere la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa, di seguito si riportano alcuni esempi illustrativi e non limitativi della stessa.
Il 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB) è stato ottenuto come descritto nella domanda di brevetto MI2010A001316 a nome della Richiedente, il cui contenuto è qui incorporato come riferimento.
ESEMPIO 1
6 g di polimetilmetacrilato Altuglas VSUVT 100 (PMMA) e 60,5 mg di 5,6-difluoro-4,7-di(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTBF2) della Santai Labs, sono stati disciolti in 30 ml di 1,2-diclorobenzene (Aldrich). La soluzione ottenuta è stata successivamente deposta, in maniera uniforme, su una lastra di polimetilmetacrilato (PMMA) (dimensioni 300 mm x 90 mm x 6 mm) mediante l’utilizzo di un filmografo tipo “Doctor Blade” e si è lasciato evaporare il solvente a temperatura ambiente (25°C), in leggera corrente di aria, per 24 ore. Ne è risultata una lastra trasparente di colore giallo (lastra 1) conferitole dal film il cui spessore è risultato essere compreso tra 100 µm e 50 µm.
Ad uno dei bordi della lastra polimerica è stata quindi applicata una cella fotovoltaica IXYS-KXOB22-12 avente una superficie di 1,2 cm<2>.
Si è quindi illuminata, con una sorgente luminosa di potenza pari a 1 sole (1000 W/m<2>), la faccia principale della lastra polimerica [quella rivestita con il film sottile contenente il 5,6-difluoro-4,7-di(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTBF2)] ed è stata misurata la potenza elettrica generata per effetto dell’illuminazione.
Le misure di potenza (P) sono state realizzate illuminando una porzione di lastra di dimensioni pari a 100 mm x 90 mm, a distanza (d) crescente dal bordo su cui era fissata la cella fotovoltaica. Queste misure a distanza variabile dalla cella fotovoltaica permettono di quantificare il contributo di eventuali effetti di guida d’onda, di bordo, di diffusione e di autoassorbimento.
La Figura 1 riporta la curva relativa al valore di potenza (P) generata espressa in mW (riportata in ordinata), in funzione della distanza (d) dal bordo su cui era fissata la cella fotovoltaica, espressa in cm (riportata in ascissa).
Si vede come, in assenza di effetti di bordo, la potenza media generata sia pari a 6,55 mW (Figura 1).
ESEMPIO 2 (comparativo)
6 g di polimetilmetacrilato Altuglas VSUVT 100 (PMMA) e 49,5 mg di 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB), sono stati disciolti in 30 ml di 1,2-diclorobenzene (della Aldrich). La soluzione ottenuta è stata successivamente deposta, in maniera uniforme, su una lastra di polimetilmetacrilato (PMMA) (dimensioni 300 mm x 90 mm x 6 mm) mediante l’utilizzo di un filmografo tipo “Doctor Blade” e si è lasciato evaporare il solvente a temperatura ambiente (25°C), in leggera corrente di aria, per 24 ore. Ne è risultata una lastra trasparente di colore giallo (lastra 2) conferitole dal film il cui spessore è risultato essere compreso tra 100 µm e 50 µm.
Ad uno dei bordi della lastra polimerica è stata quindi applicata una cella fotovoltaica IXYS-KXOB22-12 avente una superficie di 1,2 cm<2>.
Si è quindi illuminata, con una sorgente luminosa di potenza pari a 1 sole (1000 W/m<2>), la faccia principale della lastra polimerica [quella rivestita con il film sottile contenente il 4,7-di-(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTB)] ed è stata misurata la potenza elettrica generata per effetto dell’illuminazione.
Le misure di potenza (P) sono state realizzate illuminando una porzione di lastra di dimensioni pari a 100 mm x 90 mm, a distanza (d) crescente dal bordo su cui era fissata la cella fotovoltaica. Queste misure a distanza variabile dalla cella fotovoltaica permettono di quantificare il contributo di eventuali effetti di guida d’onda, di bordo e di autoassorbimento.
La Figura 1 riporta la curva relativa al valore di potenza (P) generata espressa in mW (riportata in ordinata), in funzione della distanza (d) dal bordo su cui era fissata la cella fotovoltaica, espressa in cm (riportata in ascissa).
Si vede come, in assenza di effetti di bordo, la potenza media generata sia pari a 3,69 mW (Figura 1) inferiore, quindi, a quella generata utilizzando il 5,6-difluoro-4,7-di(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTBF2) (Esempio 1) in accordo con la presente invenzione.

Claims (7)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Concentratore solare luminescente (LSC - “Luminescent Solar Concentrator”) comprendente almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I): Z N N R1R2(I) <R>4 R3 in cui: - R1e R2, uguali o diversi tra loro, sono scelti tra: gruppi arilici C6-C40opzionalmente sostituiti; gruppi eteroarilici C4-C40opzionalmente sostituiti; - R3e R4, uguali o diversi tra loro, sono scelti tra: atomi di alogeno quali fluoro, cloro, bromo, iodio; gruppi alchilici C1-C10trialogenati, lineari o ramificati; gruppi arilossilici C6-C40opzionalmente sostituiti; gruppi alcossilici C1-C30lineari o ramificati, opzionalmente sostituiti; gruppi eteroarilossilici C4-C40opzionalmente sostituiti; - Z rappresenta un atomo di zolfo, un atomo di ossigeno, o un atomo di selenio; un gruppo NR5in cui R5rappresenta un atomo di idrogeno, oppure è scelto tra gruppi alchilici C1-C30lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi; un gruppo CR6R7in cui R6e R7, uguali o diversi tra loro, rappresentano un atomo di idrogeno, oppure sono scelti tra gruppi alchilici C1-C30lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi, gruppi alcossilici C1-C30lineari o ramificati, opzionalmente sostituiti, gruppi cicloalchilici C3-C30opzionalmente sostituiti, oppure, R6e R7possono essere eventualmente legati tra loro così da formare, insieme agli altri atomi a cui sono legati, un ciclo contenente da 3 a 6 atomi di carbonio, saturo, insaturo, od aromatico, opzionalmente sostituito con gruppi alchilici C1-C30lineari o ramificati, detto ciclo opzionalmente contenente eteroatomi quali ossigeno, zolfo, azoto, silicio, fosforo, selenio.
  2. 2. Concentratore solare luminescente (LSC - “Luminescent Solar Concentrator”) secondo la rivendicazione 1, in cui in detta formula generale (I): - R1e R2, uguali tra loro, rappresentano un gruppo eteroarilico, preferibilmente un gruppo tienilico; - R3e R4, uguali tra loro, rappresentano un atomo di alogeno, preferibilmente fluoro; - Z rappresenta un atomo di zolfo.
  3. 3. Concentratore solare luminescente (LSC - “Luminescent Solar Concentrator”) comprendente il 5,6-difluoro-4,7-di(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTBF2) avente formula (Ia): S N N S S(Ia). F F 4. Uso di almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I): Z N N R1R2(I) <R>
  4. 4 R3 in cui: - R1e R2, uguali o diversi tra loro, sono scelti tra: gruppi arilici C6-C40opzionalmente sostituiti; gruppi eteroarilici C4-C40opzionalmente sostituiti; - R3e R4, uguali o diversi tra loro, sono scelti tra: atomi di alogeno quali fluoro, cloro, bromo, iodio; gruppi alchilici C1-C10trialogenati, lineari o ramificati; gruppi arilossilici C6-C40opzionalmente sostituiti; gruppi alcossilici C1-C30lineari o ramificati, opzionalmente sostituiti; gruppi eteroarilossilici C4-C40opzionalmente sostituiti; - Z rappresenta un atomo di zolfo, un atomo di ossigeno, o un atomo di selenio; un gruppo NR5in cui R5rappresenta un atomo di idrogeno, oppure è scelto tra gruppi alchilici C1-C30lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi; un gruppo CR6R7in cui R6e R7, uguali o diversi tra loro, rappresentano un atomo di idrogeno, oppure sono scelti tra gruppi alchilici C1-C30lineari o ramificati, opzionalmente contenenti eteroatomi, gruppi alcossilici C1-C30lineari o ramificati, opzionalmente sostituiti, gruppi cicloalchilici C3-C30opzionalmente sostituiti, oppure, R6e R7possono essere eventualmente legati tra loro così da formare, insieme agli altri atomi a cui sono legati, un ciclo contenente da 3 a 6 atomi di carbonio, saturo, insaturo, od aromatico, opzionalmente sostituito con gruppi alchilici C1-C30lineari o ramificati, detto ciclo opzionalmente contenente eteroatomi quali ossigeno, zolfo, azoto, silicio, fosforo, selenio. nella costruzione di concentratori solari luminescenti (LSCs -“Luminescent Solar Concentrators”).
  5. 5. Uso secondo la rivendicazione 4, in cui in detta formula generale (I): - R1e R2, uguali tra loro, rappresentano un gruppo eteroarilico, preferibilmente un gruppo tienilico; - R3e R4, uguali tra loro, rappresentano un atomo di alogeno, preferibilmente fluoro; - Z rappresenta un atomo di zolfo.
  6. 6. Uso secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I) è il 5,6-difluoro-4,7-di(tien-2’-il)-2,1,3-benzotiadiazolo (DTBF2) avente formula (Ia): S N N S S(Ia). F F
  7. 7. Dispositivo fotovoltaico (o dispositivo solare) scelto tra celle fotovoltaiche (o celle solari), moduli fotovoltaici (o moduli solari), sia su supporto rigido, sia su supporto flessibile, comprendente un concentratore solare luminescente (LSC - “Luminescent Solar Concentrator”) includente almeno un composto benzoeterodiazolico tetrasostituito avente formula generale (I), di cui ad una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3.
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