光电转换化合物及包括其的光电转换组合物的制作方法

光电转换化合物及包括其的光电转换组合物
【技术领域】
1.本揭露系关于一种光电转换化合物及包括其的光电转换组合物。


背景技术：

2.第一个太阳能电池是在1954年由美国贝尔实验室(bell lab)所制造，用以提供偏远地区的通讯系统电源。不过其效率太低(只有6％)且成本太高(357美元/瓦)，因此缺乏商业价值。为克服低效率、高成本、及使用寿命短等缺点，多年来许多研究人员相继提出许多解决方案，但多无法完全解决相关问题。
3.为了进一步提高太阳能电池的光转换效率，目前已提出于玻璃基板外侧涂布一层荧光染料后再进行封装的太阳能电池或将无机荧光染料通过微包覆或研磨成纳米粒子后直接与树脂材料混合制成封装材料的太阳能电池。
4.然而，无机荧光染料具有耐水性不佳的特性，且经过微包覆的无机荧光染料或研磨成纳米粒子的无机荧光染料可能无法均匀地分布于树脂材料中。上述缺点会导致太阳能电池的可靠性下降且使用寿命减少。
5.因此目前仍期望存在有一种可进一步提升电性增益效果、增加太阳能电池的可靠性以及使用寿命、且能够进一步在低照度以及夜间发光的太阳能电池。


技术实现要素：

6.本揭露提供一些实施例，其系关于一种光电转换化合物。所述光电转换化合物具有式(i)所示的结构：
[0007][0008]
其中，d表示无机发光基团；r1、r2、r3各自独立地表示氢或c
1-6
烷基；r4表示单键或c
1-6
亚烷基；m表示1-10的整数；
[0009]
k表示1-1,000的整数；以及n表示10至10,000的整数。
[0010]
本揭露提供一些实施例，其系关于包括上述光电转换化合物的一种光电转换组合物。
[0011]
为让本揭露实施例的特征和优点能更明显易懂，下文配合所附图式，对本揭露进行详细说明。
【附图说明】
[0012]
以下参考附图详细描述本揭露的例示性实施例，其中：
[0013]
图1绘示根据本揭露的一些实施例的光电转换化合物的制备示意图。
[0014]
图2a为根据本揭露一个实施例的光电转换化合物的激发光谱。
[0015]
图2b为根据本揭露一个实施例的光电转换化合物的发光光谱。
[0016]
图3a为根据本揭露的另一实施例的光电转换化合物的激发光谱。
[0017]
图3b为根据本揭露的另一实施例的光电转换化合物的发光光谱。
[0018]
图4为根据本揭露的一个实施例的光电转换化合物的差示扫描量热法(differential scanning calorimeter，dsc)谱图。
[0019]
图5为根据本揭露的另一实施例的光电转换化合物的dsc谱图。
[0020]
图6a为根据本揭露的一个实施例的光电转换化合物溶液以及比较溶液未经震荡前的照片。
[0021]
图6b为根据本揭露的一个实施例的光电转换化合物溶液以及比较溶液经过震荡后的照片。
[0022]
图7a为包含根据本揭露的一个实施例的光电转换化合物的封装材料以及比较封装材料的激发光谱。
[0023]
图7b为包含根据本揭露的一个实施例的光电转换化合物的封装材料以及比较封装材料的发光光谱。
【具体实施方式】
[0024]
以下针对本揭露一些实施例的组件作详细说明。应了解的是，以下叙述提供许多不同的实施例或示例，用以实施本揭露一些实施例的不同样态。以下所述特定的组件及排列方式仅为简单清楚描述本揭露一些实施例。当然，这些仅用以举例而非本揭露的限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本揭露一些实施例，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。
[0025]
在此，“约”、“大约”、“大抵”用语通常表示在给定值或范围的20％之内，较佳是10％之内，且更佳是5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。在此给定的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。
[0026]
在此，“小于等于”用语表示包含给定值及该给定值以下的值，“大于等于”用语表示包含给定值以及该给定值以上的值。相反地，“小于”用语表示包含未满给定值而不包含该给定值的值，“大于”用语表示包含超过给定值而不包含该给定值的值。举例而言，“大于等于a”表示包含a及超过其的值，“大于a”表示包含超过a的值而不包含a。在此，“介于a-b之间”之用语表示包含a、b以及在a与b之间的任意值。
[0027]
除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇揭露所属的普通技术人员所通常理解的相同涵义。能理解的是，这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有与相关技术及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不应以理想化或过度正式的方式解读，除非在本揭露实施例有特别定义。
[0028]
本揭露提供一些实施例，其系关于一种光电转换化合物，所述光电转换化合物包括无机发光基团以及接枝于无机发光基团的聚酯单元。图1绘示根据本揭露的一些实施例的光电转换化合物20的制备示意图。
[0029]
如图1所示，无机发光染料10的表面上存在多个羟基(-oh)。聚酯化合物可具有至
少一个聚酯单元p。透过使聚酯化合物与无机发光染料10进行接枝反应，聚酯化合物的至少一个聚酯单元p可通过羟基的氧原子接枝于无机发光染料10的无机发光基团d上，形成具有高耐水性且熔点介于30-180℃之间的光电转换化合物20。在一个实施例中，所述光电转换化合物20的熔点介于40-150℃之间。在另一实施例中，所述光电转换化合物20的熔点介于50-130℃之间。当光电转换化合物的熔点介于上述范围内时，光电转换化合物20具有容易混炼于树脂中的特性。
[0030]
在一个实施例中，聚酯单元p可具有以下式(i-1)所示的结构。
[0031][0032]
其中，r1以及r2各自独立地表示氢或c
1-6
烷基，m表示1-10的正整数。在一实施例中，m表示1-5的正整数。在一实施例中，r1以及r2各自独立地表示氢或甲基。在一实施例中，所述聚酯化合物可包括聚己内酯(capolactone，pcl)，聚酯单元p可为具有下示结构的聚己内酯的聚酯单元。
[0033][0034]
在一实施例中，所述无机发光基团d可吸收波长小于等于400nm的光且可发射波长大于等于400nm的光。在一实施例中，无机发光基团d可包括caal2o4：eu，nd、sr4al
14o25
：eu，dy、或sral2o4：eu，dy。在一实施例中，无机发光基团d为sral2o4：eu，dy。
[0035]
在一实施例中，无机发光染料的表面上存在n个烷醇基(-r4oh)。所述光电转换化合物具有式(i)所示的结构：
[0036][0037]
其中，d表示无机发光基团；r1、r2、r3各自独立地表示氢或c
1-6
烷基；r4表示单键或c
1-6
亚烷基；m表示1-10的整数；k表示10至1,000的整数；以及n表示10至10,000的整数。
[0038]
本揭露中使用的“c
1-6
烷基”是指在主碳链上具有1至6个碳原子的直链或支链脂族烃单价基团，且其非限制性实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、异戊基、以及己基。本文中使用的“c
1-6
亚烷基”指的是具有与c
1-6
烷基相同结构的二价基团。“c
1-6
亚烷基”的非限制性实例包括但不限于亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚异丁基、亚仲丁基、亚叔丁基、亚戊基、亚异戊基、以及亚己基。
[0039]
在一实施例中，所述光电转换化合物的折射率介于1-2之间。在一实施例中，介于1.3-1.8之间。在另一实施例中，介于1.2-1.5之间。当光电转换化合物的折射率介于上述范围内时，光电转换化合物将具有高透光度特性。
[0040]
本揭露提供另一些实施例，其系关于包括如上述光电转换化合物的一种光电转换
组合物。在一些实施例中，所述光电转换组合物可进一步包括透明树脂。本揭露的光电转换化合物可透过接枝于无机发光基团的聚酯单元而均匀地分散于透明树脂中。
[0041]
在一实施例中，透明树脂可包括氢化苯乙烯弹性体树脂、丙烯酸酯弹性体树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)、或其任意组合。
[0042]
氢化苯乙烯弹性体树脂可包含二嵌段(di-block)或三嵌段(tri-block)氢化苯乙烯系树脂。二嵌段或三嵌段氢化苯乙烯系树脂的实例可包含但不限于氢化(苯乙烯-异戊二烯)二嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-乙烯支化异戊二烯)二嵌段共聚物、或其任意组合。
[0043]
丙烯酸酯弹性体树脂可包含二嵌段或三嵌段丙烯酸系树脂。二嵌段或三嵌段丙烯酸系树脂的实例可包含但不限于(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯)二嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯)二嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯/丁二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-乙烯支化异戊二烯)二嵌段共聚物、或任意组合。
[0044]
在一些实施例中，光电转换组合物可进一步包括添加剂。添加剂的实例可包含但不限于硬化引发剂、抗氧化剂、交联剂、稳定剂、或其任意组合。
[0045]
硬化引发剂可使光电转换组合物硬化。硬化引发剂的实例可包含但不限于光硬化引发剂、热硬化引发剂、或其组合。
[0046]
抗氧化剂可避免光电转换组合物黄变或可提升光电转换组合物的可加工性。抗氧化剂的实例可包含但不限于二丁基羟基甲苯(bht)、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、二苯酮、上述的衍生物、或其任意组合。
[0047]
交联剂可提升光电转换组合物的耐热性、耐候性、耐溶剂性、或抗腐蚀性。交联剂的实例可包含但不限于异氰酸酯类交联剂、环氧类交联剂、胺类交联剂、三聚氰胺类交联剂、氮丙啶类交联剂、肼类交联剂、醛类交联剂、噁唑啉类交联剂、金属醇盐类交联剂、金属螯合物类交联剂、金属盐类交联剂、铵盐类交联剂、或其组合。
[0048]
稳定剂可提升光电转换组合物的耐用性。稳定剂的实例可包含但不限于光稳定剂、热稳定剂、或其组合。
[0049]
以下提供具体实例以及比较例以更进一步说明本揭露光电转换化合物及包括其的光电转换组合物的优点。
[0050]
合成例1
[0051]
将15.0623g的无机发光染料1(购自根本(nemoto)特殊化学株式会社，型号gll-300f)加入250ml的反应瓶中后以100.0rpm进行搅拌。于搅拌同时分批加入75.6399g的己内酯(caprolactone，cl)(购自大赛璐(daicel)株式会社，型号clm-dk-051)。于加入0.15g的二月桂酸二丁基锡(dibutyltin dilaurate)(购自日本和光(wako)纯药工业株式会社，型号pd4728)作为催化剂后，将温度升温至110-125℃，并维持温度22小时。于反应完成后持续以100.0rpm进行搅拌并将温度降至60℃以获得粗产物。
[0052]
将所得粗产物滴入500ml的95％乙醇中进行再沉淀清洗。以磁漏斗过滤沉淀物并以100m1的95％乙醇清洗过滤产物。将过滤产物置入真空烘箱，以50℃干燥4小时，最终获得
83.7g(收率93％)的光电转换化合物1(gll300fs-pcl)。
[0053]
合成例2
[0054]
除了用无机发光染料2(购自根本(nemoto)特殊化学株式会社，型号gll-300ff)替换合成例1中使用的无机发光染料1以外，以与合成例1相同的方式获得81.45g(收率91.5％)的光电转换化合物2(gll300ff-pcl)。
[0055]
光电转换化合物的性能测试
[0056]
1.发光特性测试
[0057]
以荧光光谱仪(hitachi f7000 fluorescence spectrophotometer)测量光电转换化合物1以及光电转换化合物2的激发以及吸收光谱。图2为光电转换化合物1的激发以及吸收光谱。图3为光电转换化合物2的激发以及吸收光谱。由图2可看出光电转换化合物1可吸收波长约360nm的光且发射波长约520nm的光。由图3可看出光电转换化合物2可吸收波长约330nm的光且发射波长约440nm的光。
[0058]
2.熔点测试
[0059]
以差示扫描量热分析仪(tadsc q10)测量光电转换化合物1以及光电转换化合物2的熔点。图4为光电转换化合物1的dsc谱图。图5为光电转换化合物2的dsc谱图。由图4可看出光电转换化合物1的熔点范围为约62.5-65.5℃。由图5可看出光电转换化合物2的熔点范围为约63.0-67.0℃。
[0060]
3.耐水性测试
[0061]
将光电转换化合物1与水100ml加入样品瓶中以形成光电转换化合物溶液1。将光电转换化合物2与水加入容器中以形成光电转换化合物溶液2。将无机发光染料1与水加入容器中以形成比较溶液1。将无机发光染料2与水加入容器中以形成比较溶液2。
[0062]
将光电转换化合物溶液1、光电转换化合物溶液2、比较溶液1、以及比较溶液2置于365nm的光下10分钟后，以365nm观察其发光特性。光电转换化合物溶液1、光电转换化合物溶液2、比较溶液1、以及比较溶液2的发光特性结果如图6a所示。
[0063]
以超音波震荡器(leo-2003s 40khz)分别震荡光电转换化合物溶液1、光电转换化合物溶液2、比较溶液1、以及比较溶液2约10分钟后，肉眼观察光电转换化合物溶液1、光电转换化合物溶液2、比较溶液1、以及比较溶液2的发光特性。震荡后的光电转换化合物溶液1、光电转换化合物溶液2、比较溶液1、以及比较溶液2的发光特性结果如图6b所示。
[0064]
图6a为光电转换化合物溶液1、光电转换化合物溶液2、比较溶液1、以及比较溶液2未经震荡前的照片。图6b为光电转换化合物溶液1、光电转换化合物溶液2、比较溶液1、以及比较溶液2经过震荡后的照片。由图6a以及图6b可以明显看出，在震荡前，包含本揭露的光电转换化合物的光电转换化合物溶液与比较溶液皆具有发光特性。比较溶液经过震荡后亮度降低，表示其中的无机发光染料会在震荡后失效，该无机发光染料耐水性不佳。相较之下，本揭露光电转换化合物溶液在震荡前后的亮度相同，表示其中的光电转换化合物不会因为震荡失效，该光电转换化合物具有优异的耐水性。
[0065]
以下以包括光电转换化合物1与eva的光电转换组合物作为实例进一步说明本揭露的优点。
[0066]
1.实施例以及比较例的制备
[0067]
实施例1
[0068]
将10g的光电转换化合物1与1000g的eva(台聚ue28)置入单螺杆混炼机(日本meisei kinzoku mfg.co.，ltd，型号：frp-v32c)进行混炼造粒，制成光转换组合物。上述单螺杆混炼机的温度设定在80℃-85℃，最佳温度设定为四段，分别为80℃、85℃、85℃、与80℃，造粒完成后再利用压合机(gang ling machinery co.，ltd.型号：hp-50)将光转换组合物压合成膜。上述压合成膜过程中，压合机在以150℃预热10分钟后，以100kg/cm2的压力以及150℃的温度压合光转换层10分钟以形成厚400微米的光转换层膜作为实施例1的封装材料。
[0069]
实施例2
[0070]
将30g的光电转换化合物1与1000g的eva(台聚ue28)置入单螺杆混炼机(日本meisei kinzoku mfg.co.，ltd.型号：frp-v32c)进行混炼造粒，制成光转换组合物。上述单螺杆混炼机的温度设定在80℃-85℃，最佳温度设定为四段，分别为80℃、85℃、85℃、与80℃，造粒完成后再利用压合机(gang ling machinery co.，ltd.型号：hp-50)将光转换组合物压合成膜。上述压合成膜过程中，压合机在以150℃预热10分钟后，以100kg/cm2的压力以及150℃的温度压合光转换组合物10分钟以形成厚400微米的光转换层膜作为实施例2的封装材料。
[0071]
比较例
[0072]
将eva(台聚ue28)置入单螺杆混炼机(日本meisei kinzoku mfg.co.，ltd.型号：frp-v32c)进行混炼造粒，制成光转换组合物。上述单螺杆混炼机的温度设定在80℃-85℃，最佳温度设定为四段，分别为80℃、85℃、85℃、与80℃，造粒完成后再利用压合机(gang ling machinery co.，ltd.型号：hp-50)将光转换组合物压合成膜。上述压出成膜过程中，压合机在以150℃预热10分钟后，以100kg/cm2的压力以及150℃的温度压合光转换组合物10分钟以形成厚400微米的光转换层膜作为比较封装材料。
[0073]
2.穿透度评估
[0074]
以分光雾度计(nippon denshoku industries，型号sh7000)测量实施例1、2以及比较例的封装材料的穿透度。以下表1显示实施例1、2以及比较例的封装材料的成分、比例、以及穿透度。
[0075]
表1
[0076] 实施例1实施例2比较例eva(g)1000.01000.01000.0光电转换化合物(g)10300.0穿透度(％)98.0996.1097.84
[0077]
由表1可看出，添加根据本揭露的光电转换化合物的封装材料仍具有高穿透度。
[0078]
3.发光特性评估
[0079]
以荧光光谱仪(hitachi f7000 fluorescence spectrophotometer)测量实施例1、2以及比较例的封装材料的激发光谱以及吸收光谱。图7a为实施例1、2以及比较例的封装材料的激发光谱。图7b为实施例1、2以及比较例的封装材料的吸收光谱。由图7a以及图7b可以看出包含本揭露光电转换化合物的封装材料可吸收波长约350nm的光并发射波长约515nm的光。
[0080]
4.电性评估
[0081]
将实施例1、2以及比较例的封装材料与太阳能电池进行组装以获得实施例1、2以及比较例的太阳能电池模块。使用太阳光仿真器(berger pss 30 pulsed flasher system)测量实施例1、2以及比较例的太阳能电池模块的发电量增益效果。测试结果如以下表2所示，可看出实施例1以及2的发电量均高于比较例。利用uv灯(atlas uva-340)以照度0.8w/m2的单一波长去照射太阳能电池并测量电压与电流，测试结果如以下表3所示。由表3可看出实施例1以及2的电压与电流均高于比较例。依据实施例1以及2的电压与电流测量结果计算实施例1以及2的太阳能电池模块相较于比较例的太阳能电池模块的发电量增益效果。
[0082]
表2
[0083] 实施例1实施例2比较例太阳光仿真器发电量(瓦)4.944.9844.929最大功率增益(％)0.223％1.116％0
[0084]
表3
[0085] 实施例1实施例2比较例电压(v)0.5020.5040.437电流(ma)21.421.418.7功率(w)0.010740.010790.00817功率增益(％)31.46031.9840
[0086]
由以上表2以及表3可看出，与包含比较例的太阳能电池模块相比，实施例1以及实施例2的太阳能电池模块具有较佳的电器特性。上述结果表示当本揭露光电转换组合物用作封装材料时可提升太阳能电池模块的发光效能。
[0087]
除此之外，本揭露光电转换化合物具有防水特性，因此当光电转换组合物用作为太阳能电池模块的封装材料时，所述太阳能电池模块的可靠性可被提升。进一步地，本揭露光电转换化合物还具有发光特性，因此所述太阳能电池模块能够通过光蓄能的方式在低照度以及夜间发光，藉此延长太阳能电池模块的效能以及使用寿命。
[0088]
虽然本揭露的实施例及其优点已揭露如上，但应该了解的是，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本揭露保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中具有通常知识者可从本揭露一些实施例揭示内容中理解现行或未来所发展出的工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本揭露一些实施例使用。因此，本揭露保护范围包括上述工艺、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一申请专利范围构成个别的实施例，且本揭露保护范围也包括各个申请专利范围及实施例的组合。
[0089]
【符号说明】
[0090]
10：无机发光染料
[0091]
20：光电转换化合物
[0092]
d：无机发光基团

技术特征：
1.一种光电转换化合物，其具有式(i)所示的结构：其中，d表示无机发光基团；r1、r2、r3各自独立地表示氢或c
1-6
烷基；r4表示单键或c
1-6
亚烷基；m表示1-10的整数；k表示1-1,000的整数；以及n表示10至10,000的整数。2.如权利要求1所述的光电转换化合物，其中该光电转换化合物可吸收波长小于等于400nm的光且发射波长大于等于400nm的光。3.如权利要求1所述的光电转换化合物，其中该无机发光基团包括caal2o4：eu，nd、sr4al
14
o
25
：eu，dy或sral2o4：eu，dy。4.如权利要求1所述的光电转换化合物，其中该光电转换化合物的折射率介于1-2之间。5.如权利要求1所述的光电转换化合物，其中该光电转换化合物的熔点介于30-180℃之间。6.一种光电转换组合物，包括如权利要求1至5中任一项所述的光电转换化合物。7.如权利要求6所述的光电转换组合物，其进一步包括透明树脂。8.如权利要求7所述的光电转换组合物，其中该透明树脂包括氢化苯乙烯弹性体树脂、丙烯酸酯弹性体树脂、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、或其任意组合。

技术总结
本揭露提供一种光电转换化合物，所述光电转换化合物包括无机发光基团以及至少一个接枝于无机发光基团的聚酯单元。枝于无机发光基团的聚酯单元。枝于无机发光基团的聚酯单元。


技术研发人员：关旻宗 王文献 杜逸昌 王思淋 周文贤 谢心心
受保护的技术使用者：财团法人工业技术研究院
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2023/7/13