Concentrador solar luminiscente que comprende compuestos de benzotiadiazol disustituidos.
Concentrador solar luminiscente (LSC) que comprende al menos un compuesto de benzotiadiazol disustituidoque tiene la fórmula general (I):
**Fórmula**
en donde:
- R1, R2, R3, R4, R5, R6 y R7, que son iguales o distintos unos de otros, representan a un átomo dehidrógeno; o bien son seleccionados de entre los miembros del grupo que consta de grupos alquilo linealeso ramificados de C1-C20, grupos cicloalquilo opcionalmente sustituidos, grupos arilo opcionalmentesustituidos y grupos alcoxilo lineales o ramificados de C1-C20, opcionalmente sustituidos;
- o bien R1 y R2 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos decarbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos decarbono, saturado, insaturado o aromático, y que contenga opcionalmente uno o varios heteroátomos talescomo oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio;
- o bien R3 y R4 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos decarbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos decarbono, saturado, insaturado o aromático, y que opcionalmente contenga uno o varios heteroátomos talescomo oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio;
- o bien R5 y R6 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos decarbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos decarbono, saturado, insaturado o aromático, y que opcionalmente contenga uno o varios heteroátomos talescomo oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio;
- o bien R6 y R7 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos decarbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos decarbono, saturado, insaturado o aromático, y que opcionalmente contenga uno o varios heteroátomos talescomo oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12175110.
Solicitante: ENI S.P.A..
Nacionalidad solicitante: Italia.
Dirección: PIAZZALE E. MATTEI, 1 00144 ROME ITALIA.
Inventor/es: FUSCO, ROBERTO, SANTARELLI,SAMUELE, BIANCHI,GABRIELE.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L31/055 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › donde la luz es absorbida y re-emitida en una longitud de onda diferente por el elemento óptico directamente asociado o integrado con la célula fotovoltaica, p. ej. mediante el uso de material luminiscente, concentradores fluorescente o disposiciones de conversión ascendente.
PDF original: ES-2436743_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Concentrador solar luminiscente que comprende compuestos de benzotiadiazol disustituidos [0001] La presente invención se refiere a un concentrador solar luminiscente (LSC por sus siglas en inglés) que comprende al menos un compuesto de benzotiadiazol disustituido.
La presente invención también se refiere al uso de al menos un compuesto de benzotiadiazol disustituido en la construcción de concentradores solares luminiscentes (LSC) .
La presente invención también se refiere a un dispositivo fotovoltaico seleccionado, por ejemplo, de entre los miembros del grupo que consta de células fotovoltaicas, módulos fotovoltaicos, células solares y módulos solares, sobre soporte tanto rígido como flexible, que comprendan un concentrador solar luminiscente (LSC) que incluya al menos un compuesto de benzotiadiazol disustituido.
Es sabido que las células fotovoltaicas de unión simple no son capaces de explotar eficientemente toda la radiación solar. Su eficiencia, de hecho, es máxima tan sólo dentro de una determinada amplitud de espectro que comprende una parte de radiación visible y una parte de radiación infrarroja.
Pueden usarse para acrecentar el rendimiento de las células fotovoltaicas materiales convertidores de espectro que sean capaces de capturar radiación solar fuera de la amplitud espectral óptima y de convertirla en radiación eficaz. Además, con estos materiales pueden producirse concentradores solares luminiscentes (LSC) que permitan un adicional incremento de la producción de las células fotovoltaicas actuales.
Dichos concentradores solares luminiscentes (LSC) generalmente constan de grandes hojas de material transparente a la radiación solar en las cuales están dispersadas o químicamente unidas a dicho material sustancias fluorescentes que actúan como convertidores de espectro. Debido al efecto del fenómeno óptico de reflexión total, la radiación emitida por las moléculas fluorescentes es “llevada” hacia los bordes delgados de la hoja donde es concentrada sobre células fotovoltaicas o células solares situadas ahí. De esta manera, grandes superficies de materiales de bajo coste (hojas fotoluminiscentes) pueden ser usadas para concentrar la luz sobre pequeñas superficies de materiales de alto coste (células fotovoltaicas o células solares) . El documento WO 2011/048458 da a conocer composiciones fotoluminiscentes para concentradores solares.
Un compuesto fluorescente debería tener numerosas características para ser ventajosamente usado en la construcción de concentradores solares luminiscentes (LSC) , y éstas no siempre son mutuamente compatibles.
Ante todo, la frecuencia de la radiación emitida por fluorescencia debe corresponder a una energía más alta que el valor umbral por debajo del cual ya no es capaz de trabajar el semiconductor, que representa el núcleo de la célula fotovoltaica.
En segundo lugar, el espectro de absorción del compuesto fluorescente debería ser lo más extensivo posible, para así absorber la mayor parte de la radiación solar incidente y luego reemitirla a la frecuencia deseada.
Es también deseable que la absorción de la radiación solar sea extremadamente intensa, para que así el compuesto fluorescente pueda desempeñar su función a las concentraciones lo más bajas posible, evitando el uso de enormes cantidades.
Además, el proceso de absorción de radiación solar y su subsiguiente reemisión a frecuencias más bajas debe tener lugar con la eficiencia más alta posible, minimizando las así llamadas pérdidas no raditaivas, a las que a menudo se alude colectivamente con el vocablo “termalización”: La eficiencia del proceso se mide por su rendimiento cuántico.
Finalmente, las frecuencias de absorción y emisión deben ser lo más diversas posible, puesto que, de otro modo, la radiación emitida por una molécula del compuesto fluorescente sería absorbida y al menos parcialmente difundida por las moléculas adyacentes. Este fenómeno, al que normalmente se denomina autoabsorción, conduce inevitablemente a una importante pérdida de eficiencia. La diferencia entre las frecuencias del pico con la más baja frecuencia del espectro de absorción y del pico de la radiación emitida se indica normalmente como “desplazamiento de Stokes” y se mide como nm (lo que se mide no es la diferencia entre las dos frecuencias, sino la diferencia entre las dos longitudes de onda que corresponden a ellas) . Para obtener altas eficiencias de los concentradores solares luminiscentes (LSC) son absolutamente necesarios altos desplazamientos de Stokes, teniendo en cuenta la ya mencionada necesidad de que la frecuencia de la radiación emitida corresponda a una energía más alta que el valor umbral por debajo del cual no puede funcionar la célula fotovoltaica.
Es sabido que algunos compuestos de benzotiadiazol, y en particular el 4, 7-di (tien-2’-il) -2, 1, 3-benzotiadiazol (DTB) , son compuestos fluorescentes que pueden ser usados en la construcción de concentradores solares EP 2557606
luminiscentes (LSC) . Están descritos compuestos de este tipo en la solicitud de patente italiana MI 2009 A 001796 a nombre de la Solicitante.
El 4, 7-di (tien-2’-il) -2, 1, 3-benzotiadiazol (DTB) está caracterizado por una emisión centrada en torno a los 579 nm,
que corresponde a una energía bastante superior al valor umbral mínimo para el funcionamiento de las células fotovoltaicas, correspondiendo dicho umbral por ejemplo a una longitud de onda de aproximadamente 1100 nm para las células más extensamente usadas, basadas en silicio. Además, su absorción de la radiación luminosa es intensa y abarca una relativamente amplia gama de longitudes de onda, que indicativamente va desde los 550 nm (la longitud de onda de la radiación verde) hasta la ultravioleta. Finalmente, el 4, 7-di (tien-2’-il) -2, 1, 3-benzotiadiazol (DTB) tiene un desplazamiento de Stokes en solución en diclorometano igual a 133 nm, que es bastante superior al de la mayoría de los productos comerciales que hasta la fecha se han propuesto para ser usados en concentradores solares luminiscentes.
Por estas razones, el uso de 4, 7-di (tien-2’-il) -2, 1, 3-benzotiadiazol (DTB) ha permitido la producción de 15 concentradores solares luminiscentes (LSC) de alta calidad.
A pesar de que el 4, 7-di (tien-2’-il) -2, 1, 3-benzotiadiazol (DTB) absorbe una parte importante del espectro solar, éste tiene sin embargo una modesta absorción en sus regiones de longitud de onda más alta, que corresponden a las radiaciones amarilla y roja, que por consiguiente no pueden ser convertidas en otras radiaciones que sean explotadas con mayor eficacia por la célula fotovoltaica. Por esta razón es deseable contar con compuestos fluorescentes que tengan un espectro de absorción más desplazado al rojo.
La Solicitante ha considerado por consiguiente el problema de encontrar compuestos que tengan un espectro de absorción más desplazado al rojo.
La Solicitante ha descubierto ahora que pueden usarse ventajosamente en la construcción de concentradores solares luminiscentes (LSC) compuestos de benzotiadiazol disustituidos que tengan una fórmula general específica (es decir, que tengan la fórmula general (I) que se indica más abajo) .
Dichos concentradores solares luminiscentes (LSC) pueden ser ventajosamente usados en la construcción de dispositivos fotovoltaicos tales como, por ejemplo, células fotovoltaicas, módulos fotovoltaicos, células solares y módulos solares, sobre soportes tanto rígidos como flexibles. Dichos compuestos de benzotiadiazol disustituidos tienen de hecho un espectro de absorción mucho más desplazado al rojo con respecto a los compuestos de benzotiadiazol conocidos.
Además, dichos compuestos de benzotiadiazol disustituidos tienen desplazamientos de Stokes más altos que los de los compuestos de benzotiadiazol conocidos.
Un objeto de la presente invención por consiguiente se refiere a un concentrador solar luminiscente (LSC) que 40 comprende al menos un compuesto de benzotiadiazol disustituido que tiene la fórmula general (I) :
en donde:
-R1, R2, R3, R4, R5, R6 y R7, que son iguales o distintos unos de otros, representan a un átomo de hidrógeno; o bien son seleccionados de entre los miembros del grupo que consta de grupos alquilo lineales o ramificados de C1-C20, y preferiblemente de C1-C10, grupos cicloalquilo opcionalmente sustituidos, grupos arilo opcionalmente sustituidos y grupos alcoxilo lineales o ramificados de C1-C20, y preferiblemente de C1-C10, opcionalmente sustituidos;
-o bien R1 y R2 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos de carbono... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Concentrador solar luminiscente (LSC) que comprende al menos un compuesto de benzotiadiazol disustituido que tiene la fórmula general (I) :
en donde:
-R1, R2, R3, R4, R5, R6 y R7, que son iguales o distintos unos de otros, representan a un átomo de hidrógeno; o bien son seleccionados de entre los miembros del grupo que consta de grupos alquilo lineales 25 o ramificados de C1-C20, grupos cicloalquilo opcionalmente sustituidos, grupos arilo opcionalmente
sustituidos y grupos alcoxilo lineales o ramificados de C1-C20, opcionalmente sustituidos;
-o bien R1 y R2 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos de carbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos de carbono, saturado, insaturado o aromático, y que contenga opcionalmente uno o varios heteroátomos tales
como oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio; -o bien R3 y R4 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos de carbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos de carbono, saturado, insaturado o aromático, y que opcionalmente contenga uno o varios heteroátomos tales como oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio;
- o bien R5 y R6 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos de carbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos de carbono, saturado, insaturado o aromático, y que opcionalmente contenga uno o varios heteroátomos tales como oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio; -o bien R6 y R7 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos de carbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos de carbono, saturado, insaturado o aromático, y que opcionalmente contenga uno o varios heteroátomos tales como oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio.
2. Concentrador solar luminiscente según la reivindicación 1, en donde en dicha fórmula general (I) los 45 sustituyentes R1, R2, R3, R4, R5, R6 y R7 representan a un átomo de hidrógeno.
3. Concentrador solar luminiscente según la reivindicación 2, en donde dicho compuesto de benzotiadiazol disustituido que tiene la fórmula general (I) es 4, 7-di (2’, 2’’-bi-tien-5’-il) -2, 1, 3-benzotiadiazol (QTB) que tiene la fórmula (Ia) :
4. Concentrador solar luminiscente según la reivindicación 1, en donde en dicha fórmula general (I) los sustituyentes R1, R2, R3, R4, R5 y R6 representan a un átomo de hidrógeno, y el sustituyente R7 representa a un grupo hexilo.
en donde:
40 -R1, R2, R3, R4, R5, R6 y R7, que son iguales o distintos unos de otros, representan a un átomo de
hidrógeno; o bien son seleccionados de entre los miembros del grupo que consta de grupos alquilo lineales
o ramificados de C1-C20, grupos cicloalquilo opcionalmente sustituidos, grupos arilo opcionalmente
sustituidos y grupos alcoxilo lineales o ramificados de C1-C20, opcionalmente sustituidos;
- o bien R1 y R2 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos de
45 carbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos de
carbono, saturado, insaturado o aromático, y que contenga opcionalmente uno o varios heteroátomos tales
como oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio;
- o bien R3 y R4 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos de
carbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos de
50 carbono, saturado, insaturado o aromático, y que opcionalmente contenga uno o varios heteroátomos tales
como oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio;
- o bien R5 y R6 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos de
carbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos de
carbono, saturado, insaturado o aromático, y que opcionalmente contenga uno o varios heteroátomos tales
55 como oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio;
- o bien R6 y R7 pueden estar opcionalmente unidos entre sí para así formar, junto con los átomos de
carbono a los cuales están unidos, un ciclo o un sistema policíclico que contenga de 3 a 14 átomos de
carbono, saturado, insaturado o aromático, y que opcionalmente contenga uno o varios heteroátomos tales
como oxígeno, azufre, nitrógeno, silicio, fósforo y selenio,
60 en la construcción de concentradores solares luminiscentes (LSC) .
7. Uso según la reivindicación 6, en donde en dicha fórmula general (I) los sustituyentes R1, R2, R3, R4, R5, R6 y R7
representan a un átomo de hidrógeno.
8. Uso según la reivindicación 7, en donde dicho compuesto de benzotiadiazol disustituido que tiene la fórmula general (I) es 4, 7-di (2’, 2’’-bi-tien-5’-il) -2, 1, 3-benzotiadiazol (QTB) que tiene la fórmula (Ia) :
9. Uso según la reivindicación 6, en donde en dicha fórmula general (I) los sustituyentes R1, R2, R3, R4, R5 y R6
representan a un átomo de hidrógeno, y el sustituyente R7 representa a un grupo hexilo.
20 10. Uso según la reivindicación 9, en donde dicho compuesto de benzotiadiazol disustituido que tiene la fórmula
general (I) es 4, 7-di (5’’-n-hexil-2’, 2’’-bitien-5’-il) -2, 1, 3-benzotiadiazol (QTB-ex) que tiene la fórmula (Ib) :
35 11. Dispositivo fotovoltaico seleccionado de entre los miembros del grupo que consta de células fotovoltaicas,
módulos fotovoltaicos, células solares y módulos solares, sobre soportes tanto rígidos como flexibles,
comprendiendo dicho dispositivo fotovoltaico un concentrador solar luminiscente (LSC) que incluye al menos un
compuesto de benzotiadiazol disustituido que tiene la fórmula general (I) , según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5.
40
EP 2557606
EP 2557606
EP 2557606
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