(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの発色団と光学的に透明なポリマーマトリックスとを含む発光波長変換材料を含み、
この発光波長変換材料が、太陽エネルギー変換デバイスを封入し、太陽エネルギー変換デバイス内に水分および酸素が浸透するのを阻害するような構成になっている、太陽エネルギー変換デバイスの封入構造であって、
前記発色団の少なくとも１つが、式（Ｉ−ａ）または（Ｉ−ｂ）
【化１】
0005553873.tif 000023
によって表され、式中、
ｉが、０〜１００の範囲内にある整数であり、
Ａ０およびＡｉが、それぞれ独立して、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアルケニル、場合により置換されたヘテロアルキル、場合により置換されたアリール（ただし、Ａ０およびＡｉの少なくともいずれかが２−ヒドロキシ−３、５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−フェニル基である場合を除く）、場合により置換されたヘテロアリール、場合により置換されたアミノ、場合により置換されたアミド、場合により置換された環状アミド、場合により置換された環状イミド、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたカルボキシ、および場合により置換されたカルボニルからなる群から選択され；
Ａ２が、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されヘテロアリーレン、ケトン、エステル、および
【化２】
0005553873.tif 000024
からなる群から選択され；
Ａｒが、場合により置換されたアリールまたは場合により置換されたヘテロアリールであり；Ｒ１が、Ｈ、アルキル、アルケニル、アリール、ヘテロアリール、アラルキル、およびアルカリールからなる群から選択され；Ｒ２が、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレン、ケトン、およびエステルからなる群から選択されるか；または、Ｒ１とＲ２とが一緒に接続されて環を形成していてもよく；
Ｄ１およびＤ２が、それぞれ独立して、水素、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたアリールオキシ、場合により置換されたアシルオキシ、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリール、場合により置換されたアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群から選択され、但し、Ｄ１およびＤ２は両方ともが水素ではなく；
Ｌｉが、独立して、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアルキニレン、場合により置換されたアリーレン、および場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択される、封入構造。
【請求項２】
少なくとも１つの発色団と光学的に透明なポリマーマトリックスとを含む発光波長変換材料を含み、
この発光波長変換材料が、太陽エネルギー変換デバイスを封入し、太陽エネルギー変換デバイス内に水分および酸素が浸透するのを阻害するような構成になっている、太陽エネルギー変換デバイスの封入構造であって、
前記発色団の少なくとも１つが、さらに、式（ＩＩ−ａ）または（ＩＩ−ｂ）
【化３】
0005553873.tif 000025
によって表され、式中、
ｉが、０〜１００の範囲内にある整数であり、
Ａｒが、場合により置換されたアリールまたは場合により置換されたヘテロアリールであり；
Ｒ４が、
【化４】
0005553873.tif 000026
または場合により置換された環状イミドであり；
Ｒ１が、それぞれ独立して、Ｈ、アルキル、アルケニル、アリール、ヘテロアリール、アラルキル、およびアルカリールからなる群から選択され；
Ｒ３が、それぞれ独立して、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアルケニル、場合により置換されたアリール、および場合により置換されたヘテロアリールからなる群から選択されるか；または、Ｒ１とＲ３とが一緒に接続されて環を形成していてもよく；
Ｒ２が、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、および場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択され；
Ｄ１およびＤ２が、それぞれ独立して、水素、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたアリールオキシ、場合により置換されたアシルオキシ、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリール、場合により置換されたアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群から選択され、但し、Ｄ１およびＤ２は両方ともが水素ではなく；
Ｌｉが、独立して、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアルキニレン、場合により置換されたアリーレン、および場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択される、封入構造。
【請求項３】
少なくとも１つの発色団が、さらに、式（ＩＩＩ−ａ）または（ＩＩＩ−ｂ）
【化５】
0005553873.tif 000027
によって表され、式中、
ｉが、０〜１００の範囲内にある整数であり、
Ａ０およびＡｉが、それぞれ独立して、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアルケニル、場合により置換されたヘテロアルキル、場合により置換されたアミド、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたカルボニル、および場合により置換されたカルボキシからなる群から選択され；
各Ｒ５が、独立して、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたアリールオキシ、場合により置換されたアシルオキシ、およびアミノからなる群から選択され；
Ａ２が、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されヘテロアリーレン、ケトン、エステル、および
【化６】
0005553873.tif 000028
からなる群から選択され；
Ａｒが、場合により置換されたアリールまたは場合により置換されたヘテロアリールであり；Ｒ１が、Ｈ、アルキル、アルケニル、アリール、ヘテロアリール、アラルキル、およびアルカリールからなる群から選択され；Ｒ２が、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレン、ケトン、およびエステルからなる群から選択されるか；または、Ｒ１とＲ２とが接続して環を形成していてもよく；
Ｌｉが、独立して、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアルキニレン、場合により置換されたアリーレン、および場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択される、請求項１に記載の封入構造。
【請求項４】
少なくとも１つの発色団と光学的に透明なポリマーマトリックスとを含む発光波長変換材料を含み、
この発光波長変換材料が、太陽エネルギー変換デバイスを封入し、太陽エネルギー変換デバイス内に水分および酸素が浸透するのを阻害するような構成になっている、太陽エネルギー変換デバイスの封入構造であって、
前記発色団の少なくとも１つが、式（ＩＶ）
【化７】
0005553873.tif 000029
によって表され、式中、
ｉが、０〜１００の範囲内にある整数であり、
ＺおよびＺｉが、それぞれ独立して、−Ｏ−、−Ｓｅ−、Ｔｅ−、ＮＲ６−、−ＣＲ６＝ＣＲ６−、および−ＣＲ６＝Ｎ−からなる群から選択され、Ｒ６が、水素、場合により置換されたＣ１〜Ｃ６アルキル、または場合により置換されたＣ１〜Ｃ１０アリールであり；
Ｄ１およびＤ２が、独立して、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたアリールオキシ、場合により置換されたアシルオキシ、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリール、場合により置換されたアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群から選択され；
ｊは、０、１または２であり、ｋは、０、１または２であり；
Ｙ１およびＹ２は、独立して、場合により置換されたアリール、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたシクロアルキル、場合により置換されたアルコキシ、および場合により置換されたアミノからなる群から選択され；
Ｌｉが、独立して、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアルキニレン、場合により置換されたアリーレン、および場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択される、封入構造。
【請求項５】
２種類以上の発色団を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の封入構造。
【請求項６】
光学的に透明なポリマーマトリックスが、１種類以上のポリマーを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の封入構造。
【請求項７】
ポリマーが、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリイミド、アモルファスポリカーボネート、ポリスチレン、シロキサンゾル−ゲル、ポリウレタン、ポリアクリレート、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項６に記載の封入構造。
【請求項８】
ポリマーマトリックスの屈折率が１．４〜１．７の範囲内にある、請求項１〜７のいずれか１項に記載の封入構造。
【請求項９】
発色団が、ポリマーマトリックス中に０．０１重量％〜３重量％の範囲の量で存在する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の封入構造。
【請求項１０】
発光波長変換材料の組成物が、１種類以上の可塑剤をさらに含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の封入構造。
【請求項１１】
可塑剤が、Ｎ−アルキルカルバゾール誘導体およびトリフェニルアミン誘導体からなる群から選択される、請求項１０に記載の封入構造。
【請求項１２】
発光波長変換材料が、ＵＶ安定化剤、酸化防止剤および／または吸収剤をさらに含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の封入構造。
【請求項１３】
ガラスシート、反射バックシート、エッジシーリングテープ、フレーム材料、ポリマー封入材料またはこのシステムにさらなる層を接着させるための接着剤層のうち１つ以上をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の封入構造。
【請求項１４】
ＵＶ吸収剤を含有するさらなるポリマー層をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の封入構造。
【請求項１５】
発光波長変換材料および太陽エネルギー変換デバイス内に水分および酸素が浸透するのを阻害するような構成の環境保護カバーを含み、
発光波長変換材料および環境保護カバーは、光が太陽エネルギー変換デバイスに到着する前に発光波長変換材料と環境保護カバーとを通らなければならないように太陽エネルギー変換デバイスを封入するような構成である、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の太陽エネルギー変換デバイスの封入構造。
【請求項１６】
環境保護カバーが、ガラスまたはプラスチック層を含む、請求項１５に記載の封入構造。
【請求項１７】
太陽エネルギー変換デバイスの周囲にシーリングテープをさらに含む、請求項１５〜１６のいずれか１項に記載の封入構造。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の封入構造を用いて太陽エネルギー変換デバイスを封入することを含む、太陽エネルギー変換デバイスの性能を改善する方法。
【請求項１９】
太陽エネルギー変換デバイスが、ＩＩＩ−Ｖ型またはＩＩ−ＶＩ型のＰＮ接合デバイス、銅−インジウム−ガリウム−セレン（ＣＩＧＳ）薄膜デバイス、有機増感剤デバイス、有機薄膜デバイス、硫化カドミウム／テルル化カドミウム（ＣｄＳ／ＣｄＴｅ）薄膜デバイス、アモルファスシリコン太陽電池、微晶質シリコン太陽電池、および結晶性シリコン太陽電池からなる群から選択される少なくとも１つのデバイスを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０１１年１２月６日に出願された米国仮特許出願第６１／５６７，５４８号、および２０１２年６月２１日に出願された米国仮特許出願第６１／６６２，８４８号に対する優先権の利益を請求する。これらの出願は全て、あらゆる目的のために参考により本明細書に完全に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、一般に、太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電デバイスのための発光波長変換材料を含む封入構造に関し、これらのデバイスの太陽光捕集収率を向上させる。
【背景技術】
【０００３】
太陽エネルギーの利用は、従来の化石燃料に替わる有望なエネルギー源を与えるため、近年、太陽エネルギーを電気に変換することができるデバイス、例えば、光起電デバイス（太陽電池としても知られる）の開発への関心が顕著に高まってきている。いくつかの異なる種類の成熟した光起電デバイスが開発されてきており、数例を挙げると、シリコン系デバイス、ＩＩＩ−Ｖ型およびＩＩ−ＶＩ型のＰＮ接合デバイス、銅−インジウム−ガリウム−セレン（ＣＩＧＳ）薄膜デバイス、有機増感剤デバイス、有機薄膜デバイス、ならびに硫化カドミウム／テルル化カドミウム（ＣｄＳ／ＣｄＴｅ）薄膜デバイスがある。これらのデバイスのさらなる詳細は、Ｌｉｎら、「Ｈｉｇｈ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ  Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ／Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ  Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ」（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ２０１１）などの文献中に見いだすことができる。しかし、これらのデバイスの多くは、光電変換効率を改善する余地があり、この効率を改善する技術の開発は、多くの研究者にとって依然として課題である。
【０００４】
近年、光起電デバイスの効率を改善するために開発された技術として、波長をダウンシフトする膜を利用する技術がある。多くの光起電デバイスは、光の全スペクトルを効率よく利用することができない。なぜなら、このデバイスの材料は、特定の波長の光（典型的には、短波長側のＵＶ波長）が、光が電気に変換される光伝導性材料層に向かって通過せずに、この光を吸収してしまうからである。波長をダウンシフトする膜を適用すると、より短い波長の光子を吸収し、より好ましいより長い波長で光子を再放出し、次いで、この光子をデバイスの光伝導性層によって吸収し、電気に変換することができる。
【０００５】
この現象は、ウインドウ層としてＣｄＳを使用する薄膜ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池およびＣＩＧＳ太陽電池で観察されることが多い。これらの薄膜太陽電池は、低コストであり、効率が高く、近年非常に関心が高まってきており、典型的な市販の電池は、光電変換効率が１０〜１６％である。しかし、これらのデバイスの課題は、ＣｄＳのエネルギーギャップが約２．４１ｅＶであり、５１４ｎｍ未満の波長の光が、光をエネルギーに変換することができる光伝導性層を通らずに、ＣｄＳによって吸収されてしまうことである。光の全スペクトルを効率よく利用することができないため、デバイスの全体的な光電変換効率が低下する。
【０００６】
光起電デバイスの性能を改善するために、波長をダウンシフトする材料の利用を開示する多くの報告がされている。例えば、米国特許出願公開第２００９／０１５１７８５号には、波長をダウンシフトする無機リン材料を含有するシリコン系太陽電池が開示されている。米国特許出願公開第２０１１／００１１４５５号には、プラズモン層と、波長変換層と、光起電層とを含む一体型太陽電池が開示されている。米国特許第７，７９１，１５７号には、量子ドット化合物を含有する波長変換層を含む太陽電池が開示されている。米国特許出願公開第２０１０／０２９４３３９号には、発光をダウンシフトする材料を含有する一体型光起電デバイスが開示されているが、例となる実施形態は構築されていなかった。米国特許出願公開第２０１０／００１２１８３号には、波長をダウンシフトする光輝性媒体を含有する薄膜太陽電池が開示されているが、例は与えられていない。米国特許出願公開第２００８／０２３６６６７号には、無機蛍光粉末を含む薄膜ポリマーの形態で作られた改良型スペクトル変換膜が開示されている。しかし、これらの特許および特許出願公開は、それぞれ、その全体が参考により本明細書に組み込まれているが、このさらなる波長変換層を太陽電池デバイスの上部または内部に直接適用すると、デバイスを製造するのに追加費用がかかり、また、デバイスの厚みが増加してしまい、側面から環境に失われる光子が増加してしまう場合がある。
【０００７】
さらに、ソーラーモジュールは、従来から、日光に最大限暴露され得る屋根または開け放たれた空間といった屋外に取り付けられている（米国特許出願公開第２００７／０２９５３８８号、本明細書にその全体が参考により組み込まれている）。この種の屋外の場所では、これらのデバイスは常に天候および水分にさらされるため、安定に何年間も操作するには、十分に保護されなければならない。従来から、太陽電池モジュールは、ガラスシートを用いることによって耐候性になっているが、高価であり、重く、硬く、また、側部から水分が浸透するのを防ぐために特定の種類のエッジテープも必要である。米国特許第７，９７６，７５０号は、ソーラーモジュールを２枚のポリマー層の間にはめ込み、次いで、隙間に発泡剤を充填することによってソーラーモジュールを封入する方法を開示している。米国特許出願公開第２０１１／００１７２６８号は、ソーラーモジュールデバイスを封入するためのナノ構造のポリマー材料を開示している。米国特許第７，９４３，８４５号は、ポリ（ビニルブチラール）組成物を用いてソーラーモジュールを封入する方法を開示している。しかし、これらの特許および特許出願公開は、それぞれ、その全体が参考により本明細書に組み込まれているが、いずれも、ソーラーデバイスを環境から保護すると同時に太陽光捕集効率を向上させようとするものではない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明のある実施形態は、太陽エネルギー変換デバイスのための封入構造を提供する。本発明のある実施形態は、発光波長変換材料を含む封入を提供する。ある実施形態では、発光波長変換材料は、少なくとも１つの発色団と、光学的に透明なポリマーマトリックスとを含み、この発光波長変換材料は、太陽エネルギー変換デバイスを封入し、太陽エネルギー変換デバイス内に水分および酸素が浸透するのを阻害するような構成になっている。
【０００９】
ある実施形態では、封入構造は、発光波長変換材料と、発光波長変換材料内に水分および酸素が浸透するのを阻害するような構成の環境保護カバーとを含む。ある実施形態では、発光波長変換材料は、少なくとも１つの発色団と、光学的に透明なポリマーマトリックスとを含む。ある実施形態では、発光波長変換材料および環境保護カバーは、光が太陽エネルギー変換デバイスに到着する前に発光波長変換材料と環境保護カバーとを通らなければならないように太陽エネルギー変換デバイスを封入するような構成である。
【００１０】
本発明のある実施形態は、封入構造を用いて太陽エネルギー変換デバイスを封入することを含む、太陽エネルギー変換デバイスの性能を改善する方法を提供する。ある実施形態では、この方法は、太陽エネルギー変換デバイスを封入し、太陽エネルギー変換デバイス内に水分および酸素が浸透するのを阻害するような構成の発光波長変換材料を含む封入構造を用いることを伴う。ある実施形態では、この方法は、発光波長変換材料と環境保護カバーとを用いることを伴い、環境保護カバーは、発光波長変換材料内に水分および酸素が浸透するのを阻害するような構成になっている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、１個の太陽電池デバイスが発光波長変換材料に封入されており、ガラスまたはプラスチックシートを環境保護カバーとして用いている封入構造の一実施形態を示す。
【図２】図２は、複数個の太陽電池デバイスが発光波長変換材料に封入されており、ガラスまたはプラスチックシートを環境保護カバーとして用いている封入構造の一実施形態を示す。
【図３】図３は、複数個の太陽電池デバイスが純粋なポリマー封入物に封入されており、発光波長変換材料が、このポリマー封入物の上部に積層されており、ガラスまたはプラスチックシートを環境保護カバーとして用いている封入構造の一実施形態を示す。
【図４】図４は、複数個の太陽電池デバイスが波長変換材料に封入されており、ガラスまたはプラスチックシートを環境保護カバーとして用いている封入構造の一実施形態を示す。
【図５】図５は、複数個の太陽電池デバイスが純粋なポリマー封入物に封入されており、発光波長変換材料が、このポリマー封入物の上部に積層されており、ガラスまたはプラスチックシートを環境保護カバーとして用いている封入構造の一実施形態を示す。
【図６】図６は、複数個の太陽電池デバイスが純粋なポリマー封入物に封入されており、発光波長変換材料が、このポリマー封入物の上部に積層されており、さらなる純粋なポリマー膜が発光波長変換層の上部に積層されており、ガラスまたはプラスチックシートを環境保護カバーとして用いている封入構造の一実施形態を示す。
【図７】図７は、１個の太陽電池デバイスが発光波長変換材料に封入されており、発光波長変換材料が環境保護カバーとしても作用する封入構造の一実施形態を示す。
【図８】図８は、複数個の太陽電池デバイスが発光波長変換材料に封入されており、発光波長変換材料が環境保護カバーとしても作用する封入構造の一実施形態を示す。
【図９】図９は、複数個の太陽電池デバイスが純粋なポリマー封入物に封入されており、発光波長変換材料が、このポリマー封入物の上部に積層されており、発光波長変換材料が環境保護カバーとしても作用する封入構造の一実施形態を示す。
【図１０】図１０は、数個の太陽電池デバイスを含むソーラーパネルが、太陽電池デバイスを封入するために発光波長変換材料を利用し、ガラス底部シートおよびガラス上部シートによって環境から保護され、バックシートは、太陽電池デバイスの光入射面より下にあり、フレームがパネルを一緒に保持する、封入構造の一実施形態を示す。
【図１１】図１１は、数個の太陽電池デバイスを含むソーラーパネルが、太陽電池デバイスを封入するために発光波長変換材料を利用し、バックシートは、太陽電池デバイスの光入射面より下にあり、ガラス上部シートによって環境から保護され、フレームがパネルを一緒に保持する、封入構造の一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態は、有害な環境暴露からの電池の保護、かつ効率の改善を１つのシステムで一緒に達成する。発光波長変換材料を含む封入構造を用いてソーラーモジュールデバイスを封入すると、本明細書に開示されているように、太陽電池デバイスの太陽光捕集効率が向上し、該デバイスを長期間にわたって安定に環境から保護する。発光波長変換材料を含む封入構造は、シリコン系デバイス、ＩＩＩ−Ｖ型およびＩＩ−ＶＩ型のＰＮ接合デバイス、ＣＩＧＳ薄膜デバイス、有機増感剤デバイス、有機薄膜デバイス、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ薄膜デバイス、染料増感デバイスなどのあらゆる種々の型の太陽電池およびソーラーパネルに適合可能であるように形成されてもよい。ソーラーモジュールデバイスを封入する構造を使用することによって、太陽エネルギー変換デバイス（例えば、太陽電池、光起電デバイス、ソーラーパネル、および任意のソーラーモジュールシステム）の光電変換効率を改善することができる。
【００１３】
ある実施形態は、発光波長変換材料を含む、少なくとも１つの太陽電池または光起電デバイスのための封入構造を提供する。ある実施形態は、発光波長変換材料と環境保護カバーとを含む、少なくとも１つの太陽電池または光起電デバイスのための封入構造を提供する。ある実施形態では、環境保護カバーは、発光波長変換材料および太陽電池または光起電デバイス内に水分および酸素が浸透するのを阻害するような構成になっており、プラスチックまたはガラスのシートを含む。ある実施形態では、縁から酸素および水分が侵入するのを阻害するために、ソーラーパネルの周囲にシーリングテープを適用する。太陽電池または光起電モジュールデバイスに適用される封入構造の例となる実施形態を図１〜６に示す。
【００１４】
本発明のある実施形態は、発光波長変換材料を含む、少なくとも１個の太陽電池または光起電デバイスのための封入構造を提供する。ある実施形態では、発光波長変換材料は、太陽電池内に水分および酸素が浸透するのを防ぐ環境保護材として作用する。一実施形態では、発光波長変換材料は、太陽電池内に酸素および水分が浸透するのを防ぐように設計されており、その結果、さらなる環境保護カバーは不要であり、この材料は、電池の太陽光捕集効率も向上させる。ソーラーモジュールデバイスに適用される封入構造の例となる実施形態を図７〜９に示す。
【００１５】
本発明の実施形態は、本明細書に開示する封入構造を用いてデバイスを封入することを含む、光起電デバイス、太陽電池、ソーラーモジュールまたはソーラーパネルの性能を改善する方法にも関する。ある実施形態では、封入構造の発光波長変換材料は、太陽電池デバイス上にキャストされ、その場で硬化されてもよい。ある実施形態では、封入構造の発光波長変換材料は、膜または層の形態であってもよい。ある実施形態では、薄膜の形態の発光波長変換材料は、ソーラーモジュールデバイス上にロールによって積層されてもよく、ソーラーモジュール層上に前面層のみが積層されるか、または、ソーラーモジュール層上に前面層および背面層が両方積層される。
【００１６】
さらなる形態の発光波長変換材料も可能であり、また、ソーラーモジュールデバイスに発光波長変換材料を適用するさらなる方法も可能である。封入構造を剛性デバイスに適用してもよく、可撓性デバイスに適用してもよい。さらに、封入構造を用い、複数の太陽電池または光起電デバイスの性能を改善することができる。例えば、ある実施形態では、封入構造は、複数の太陽電池または光起電デバイスを含む。
【００１７】
ある実施形態では、環境からよりよく保護するためにさらなる材料を利用してもよい。ガラスまたはプラスチックのシートが環境保護カバーとして用いられることが多く、発光波長変換材料が封入されたソーラーモジュールデバイスの上部および／または下の両方に適用されてもよい。ある実施形態では、側部を経て酸素または水分が侵入するのを防ぐために、シーリングテープをデバイスの周囲に適用してもよい。ある実施形態では、太陽電池によって吸収されなかった入射光を反射し、屈折させるために、バックシートをソーラーモジュールデバイスの下に使用してもよい。ある実施形態では、封入されたソーラーデバイスをフレームの中に置いてもよく、例えば、ソーラーパネルまたはソーラーストリングを形成するために利用してもよい。図１０および図１１は、ソーラーモジュールデバイスで使用される封入構造の例となる実施形態を示す。
【００１８】
発色団は、発光染料または蛍光染料とも呼ばれ、特定の波長または波長範囲の光子を吸収し、異なる波長で光子を再放出する化合物である。太陽電池および光起電デバイスは、長期間（すなわち、２０数年）厳しい環境条件にさらされることが多いため、発色団の安定性は重要である。ある実施形態では、長期間、すなわち、１ｓｕｎ（ＡＭ１．５Ｇ）照射下で２万数時間光をあて、分解が１０％未満の良好な光安定性をもつ発色団または発色団化合物のみを発光波長変換材料に用いる。ある実施形態では、封入構造の中で、２種類以上の発色団が発光波長変換材料に含有される。
【００１９】
ある実施形態では、波長変換材料は、何枚かの層で構成されていてもよい。ある実施形態では、２種類以上の発色団が同じ発光波長変換材料層にあってもよく、別個の材料層にあってもよい。波長変換材料が封入されるソーラーモジュールに応じて、波長変換材料に複数の発色団または発光染料を有していることが望ましい場合がある。例えば、第１の発色団が、４００〜４５０ｎｍの波長の光子を変換するように作用してもよく、第２の発色団が、４５０〜４７５ｎｍの波長の光子を５００ｎｍの波長に変換するように作用してもよく、波長変換材料が封入されるソーラーモジュールシステムは、波長５００ｎｍで最適な光電変換効率を示し、その結果、発光波長変換材料によるデバイスの封入が、ソーラーモジュールシステムの太陽光捕集効率を大幅に向上させる。
【００２０】
さらに、封入構造のある実施形態では、発色団の少なくとも１種類がアップコンバージョン染料またはアップシフトする染料であり、低エネルギー（長波長）の光子を高エネルギー（短波長）の光子に変換する発色団を意味する。アップコンバージョン染料としては、ＩＲ領域である約９７５ｎｍの波長をもつ光子を吸収し、可視光領域（４００〜７００ｎｍ）において再放出することがわかっている希土類材料が挙げられ、例えば、Ｙｂ３＋、Ｔｍ３＋、Ｅｒ３＋、Ｈｏ３＋、およびＮａＹＦ４が挙げられる。さらなるアップコンバージョン材料は、米国特許第６，６５４，１６１号および同第６，１３９，２１０号、Ｉｎｄｉａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、第３３巻、１６９〜１７８ページ（１９９５）に記載されており、その全体が本明細書に参考により組み込まれる。
【００２１】
封入構造のある実施形態では、発色団の少なくとも１つは、ダウンコンバージョン染料またはダウンシフトする染料であり、高エネルギー（短波長）の光子を低エネルギー（長波長）の光子にシフトさせる発色団を意味する。
【００２２】
封入構造のある実施形態では、波長変換材料は、光学的に透明なポリマーマトリックスから構成される。ある実施形態では、光学的に透明なポリマーマトリックスは、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル、エチレンテトラフルオロエチレン、ポリイミド、アモルファスポリカーボネート、ポリスチレン、シロキサンゾル−ゲル、ポリウレタン、ポリアクリレート、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される物質から形成される。
【００２３】
封入構造のある実施形態では、光学的に透明なポリマーマトリックスは、１を超えるポリマーを含む。ある実施形態では、光学的に透明なポリマーマトリックスは、１種類のホストポリマー、ホストポリマーおよびコポリマー、または複数のポリマーを含む。ある実施形態では、ポリマーマトリックス材料の屈折率は、約１．４〜約１．７の範囲にある。ある実施形態では、ポリマーマトリックス材料の屈折率は、約１．４５〜約１．５５の範囲にある。
【００２４】
ある実施形態では、発光染料または発色団は、ポリマーマトリックス中、約０．０１重量％〜約３重量％の量で存在する。ある実施形態では、発色団は、ポリマーマトリックス中、約０．０５重量％〜約１重量％の量で存在する。
【００２５】
ある実施形態では、一般式Ｉ−ａ、Ｉ−ｂ、ＩＩ−ａ、ＩＩ−ｂ、ＩＩＩ−ａ、ＩＩＩ−ｂ、ＩＶ、およびＶによって表される発色団は、波長変換膜を含む種々の用途において蛍光染料として有用である。上の式で示されるように、染料は、ベンゾヘテロ環系またはペリレン誘導体染料を含む。本発明の範囲を限定するものではないが、使用可能な化合物の種類に関するさらなる詳細および例を以下に記載する。
【００２６】
本明細書で使用する場合、「電子供与基」は、２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール系の電子密度を増加させる任意の基であると定義される。
【００２７】
「電子供与リンカー」は、２個の２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール系を接続し、π軌道を共役させることができる任意の基であると定義され、これにより、接続した２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾールの電子密度を増加させるか、または中立な影響を与えることもできる。
【００２８】
「電子受容基」は、２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール系の電子密度を減少させる任意の基であると定義される。電子受容基の位置は、２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール環系のＮ−２位である。
【００２９】
用語「アルキル」は、分枝鎖または直鎖の完全に飽和した非環状脂肪族炭化水素基を指す（すなわち、二重結合または三重結合を含まず、炭素および水素で構成される）。アルキルとしては、限定されないが、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、三級ブチル、ペンチル、ヘキシルなどが挙げられる。
【００３０】
本明細書で使用される用語「シクロアルキル」は、３個〜２０個の炭素原子を有する飽和脂肪族環系基を指し、限定されないが、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルなどが挙げられる。
【００３１】
本明細書で使用される用語「アルケニル」は、炭素二重結合を含有する２〜２０個の炭素原子を含む一価の直鎖または分枝鎖の基を指し、限定されないが、１−プロペニル、２−プロペニル、２−メチル−１−プロペニル、１−ブテニル、２−ブテニルなどが挙げられる。
【００３２】
本明細書で使用される用語「アルキニル」は、炭素三重結合を含有する２〜２０個の炭素原子を含む一価の直鎖または分枝鎖の基を指し、限定されないが、１−プロピニル、１−ブチニル、２−ブチニルなどが挙げられる。
【００３３】
本明細書で使用される用語「アリール」は、単環であるか複数の縮合環であるかにかかわらず、単素環芳香族基を指す。アリール基の例としては、限定されないが、フェニル、ナフチル、フェナントレニル、ナフタセニル、フルオレニル、ピレニルなどが挙げられる。さらなる例としては、以下のものが挙げられる。
【化１】
0005553873.tif 000002
【００３４】
本明細書で使用される用語「アルカリール」または「アルキルアリール」は、アルキル置換されたアリール基を指す。アルカリールの例としては、限定されないが、エチルフェニル、９，９−ジヘキシル−９Ｈ−フルオレンなどが挙げられる。
【００３５】
本明細書で使用される用語「アラルキル」または「アリールアルキル」は、アリール置換されたアルキル基を指す。アラルキルの例としては、限定されないが、フェニルプロピル、フェニルエチルなどが挙げられる。
【００３６】
本明細書で使用される用語「ヘテロアリール」は、単環であるか複数の縮合環であるかにかかわらず、１個以上の環原子がヘテロ原子である芳香族環系基を指す。２個以上のヘテロ原子が存在する場合、ヘテロ原子は同じであってもよく、異なっていてもよい。縮合環系では、１個以上のヘテロ原子が、環の１個のみに存在していてもよい。ヘテロアリール基の例としては、限定されないが、ベンゾチアジル、ベンゾオキサジル、キナゾリニル、キノリニル、イソキノリニル、キノキサリニル、ピリジニル、ピリダジニル、ピリミジニル、ピラジニル、ピロリル、オキサゾリル、インドリル、チアジルなどが挙げられる。置換および非置換のヘテロアリール環のさらなる例としては、以下のものが挙げられる。
【化２】
0005553873.tif 000003
【００３７】
本明細書で使用される用語「アルコキシ」は、−Ｏ−結合を介して親原子に共有結合した直鎖または分枝鎖のアルキル基を指す。アルコキシ基の例としては、限定されないが、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、ｎ−ブトキシ、ｓｅｃ−ブトキシ、ｔ−ブトキシなどが挙げられる。
【００３８】
本明細書で使用される用語「ヘテロ原子」は、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）、およびＯ（酸素）を指す。
【００３９】
本明細書で使用される用語「環状アミノ」は、環状部分にある二級アミンまたは三級アミンのいずれかを指す。環状アミノ基の例としては、限定されないが、アジリジニル、ピペリジニル、Ｎ−メチルピペリジニルなどが挙げられる。
【００４０】
本明細書で使用される用語「環状イミド」は、イミド基の２個のカルボニル炭素が炭素鎖によって接続しているようなイミドを指す。環状イミド基の例としては、限定されないが、１，８−ナフタルイミド、ピロリジン−２，５−ジオン、１Ｈ−ピロール−２，５−ジオンなどが挙げられる。
【００４１】
本明細書で使用される用語「アリールオキシ」は、−Ｏ−結合を介して親分子に共有結合したアリール基を指す。
【００４２】
本明細書で使用される用語「アシルオキシ」は、Ｒ−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−基を指す。
【００４３】
本明細書で使用される用語「カルバモイル」は、−ＮＨＣ（＝Ｏ）Ｒを指す。
【００４４】
本明細書で使用される用語「ケト」および「カルボニル」は、Ｃ＝Ｏを指す。
【００４５】
本明細書で使用される用語「カルボキシ」は、−ＣＯＯＨを指す。
【００４６】
本明細書で使用される用語「エステル」は、Ｃ（＝Ｏ）Ｏを指す。
【００４７】
本明細書で使用される用語「アミド」は、−ＮＲＣ（＝Ｏ）Ｒ’を指す。
【００４８】
本明細書で使用される用語「アミノ」は、−ＮＲ’Ｒ”を指す。
【００４９】
本明細書で使用する場合、置換された基は、置換されていない親構造から誘導され、１個以上の水素原子が別の原子または基と交換されている。置換される場合、置換基は、個々に独立して、Ｃ１〜Ｃ６アルキル、Ｃ１〜Ｃ６アルケニル、Ｃ１〜Ｃ６アルキニル、Ｃ３〜Ｃ７シクロアルキル（ハロ、アルキル、アルコキシ、カルボキシル、ハロアルキル、ＣＮ、−ＳＯ２−アルキル、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３で場合により置換された）、ジェミナル結合したシクロアルキル、Ｃ１〜Ｃ６ヘテロアルキル、Ｃ３〜Ｃ１０ヘテロシクロアルキル（例えば、テトラヒドロフリル）（ハロ、アルキル、アルコキシ、カルボキシル、ＣＮ、−ＳＯ２−アルキル、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３で場合により置換された）、アリール（ハロ、アルキル、Ｃ１〜Ｃ６アルキルで場合により置換されたアリール、アリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、カルボキシル、アミノ、イミド、アミド（カルバモイル）、場合により置換された環状イミド、環状アミド、ＣＮ、−ＮＨ−Ｃ（＝Ｏ）−アルキル、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３で場合により置換された）、アリールアルキル（ハロ、アルキル、アルコキシ、アリール、カルボキシル、ＣＮ、−ＳＯ２−アルキル、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３で場合により置換された）、ヘテロアリール（ハロ、アルキル、アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、アラルキル、カルボキシル、ＣＮ、−ＳＯ２−アルキル、−ＣＦ３、−ＯＣＦ３で場合により置換された）、ハロ（例えば、クロロ、ブロモ、ヨード、およびフルオロ）、シアノ、ヒドロキシ、場合により置換された環状イミド、アミノ、イミド、アミド、−ＣＦ３、Ｃ１〜Ｃ６アルコキシ、アリールオキシ、アシルオキシ、スルフヒドリル（メルカプト）、ハロ（Ｃ１〜Ｃ６）アルキル、Ｃ１〜Ｃ６アルキルチオ、アリールチオ、モノおよびジ（Ｃ１〜Ｃ６）アルキルアミノ、四級アンモニウム塩、アミノ（Ｃ１〜Ｃ６）アルコキシ、ヒドロキシ（Ｃ１〜Ｃ６）アルキルアミノ、アミノ（Ｃ１〜Ｃ６）アルキルチオ、シアノアミノ、ニトロ、カルバモイル、ケト（オキシ）、カルボニル、カルボキシ、グリコリル、グリシル、ヒドラジノ、グアニル、スルファミル、スルホニル、スルフィニル、チオカルボニル、チオカルボキシ、スルホンアミド、エステル、Ｃ−アミド、Ｎ−アミド、Ｎ−カルバメート、Ｏ−カルバメート、尿素、およびこれらの組み合わせから選択される１つ以上の基である。ある置換基が「場合により置換された」と記載されている場合はいつでも、その置換基は、上述の置換基で置換されていてもよい。
【００５０】
（式Ｉ−ａおよび式Ｉ−ｂ）
ある実施形態は、以下の構造のいずれかを有する発色団を提供し、
【化３】
0005553873.tif 000004
式中、Ｄ１およびＤ２は、電子を供与する基であり、Ｌｉは、電子供与リンカーであり、Ａ０およびＡｉは、電子受容基である。ある実施形態では、１を超える電子供与基が存在する場合、他方の電子供与基は、別の電子供与部、水素原子または別の中性置換基によって占められていてもよい。ある実施形態では、Ｄ１、Ｄ２、Ｌｉのうち、少なくとも１つは、結合した２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール系の電子密度を増加させる基である。
【００５１】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂでは、ｉは、０〜１００の範囲内にある整数である。ある実施形態では、ｉは、０〜５０、０〜３０、０〜１０、０〜５、または０〜３の範囲内にある整数である。ある実施形態では、ｉは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である。
【００５２】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂでは、Ａ０およびＡｉは、それぞれ独立して、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアルケニル、場合により置換されたヘテロアルキル、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリール、場合により置換されたアミノ、場合により置換されたアミド、場合により置換された環状アミド、場合により置換された環状イミド、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたカルボキシ、および場合により置換されたカルボニルからなる群から選択される。
【００５３】
ある実施形態では、Ａ０およびＡｉは、それぞれ独立して、場合により置換されたヘテロアリール、場合により置換されたアリール、場合により置換された環状イミド、場合により置換されたＣ１〜８アルキル、および場合により置換されたＣ１〜８アルケニルからなる群から選択され；場合により置換されたヘテロアリールの置換基は、アルキル、アリール、およびハロゲンからなる群から選択され；場合により置換されたアリールの置換基は、−ＮＲ１−Ｃ（＝Ｏ）Ｒ２または場合により置換された環状イミドであり、Ｒ１およびＲ２は、上述のとおりである。
【００５４】
ある実施形態では、Ａ０およびＡｉは、それぞれ独立して、−ＮＲ１−Ｃ（＝Ｏ）Ｒ２および場合により置換された環状イミドからなる群から選択される部分で置換されたフェニルであり、Ｒ１およびＲ２は、上述のとおりである。
【００５５】
ある実施形態では、Ａ０およびＡｉは、それぞれ独立して、場合により置換されたヘテロアリールまたは場合により置換された環状イミドであり；場合により置換されたヘテロアリールおよび場合により置換された環状イミドの置換基は、アルキル、アリール、およびハロゲンからなる群から選択される。ある実施形態では、Ａ０およびＡｉのうち少なくとも１つは、場合により置換されたピリジニル、場合により置換されたピリダジニル、場合により置換されたピリミジニル、場合により置換されたピラジニル、場合により置換されたトリアジニル、場合により置換されたキノリニル、場合により置換されたイソイキノリニル、場合により置換されたキナゾリニル、場合により置換されたフタラジニル、場合により置換されたキノキサリニル、場合により置換されたナフチリジニル、および場合により置換されたプリニルからなる群から選択される。
【００５６】
他の実施形態では、Ａ０およびＡｉは、それぞれ、場合により置換されたアルキルである。他の実施形態では、Ａ０およびＡｉは、それぞれ、場合により置換されたアルケニルである。ある実施形態では、Ａ０およびＡｉのうち少なくとも１つは、
【化４】
0005553873.tif 000005
および
【化５】
0005553873.tif 000006
からなる群から選択され、Ｒは、場合により置換されたアルキルである。
【００５７】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂでは、Ａ２は、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレン、ケトン、エステル、および
【化６】
0005553873.tif 000007
からなる群から選択され；Ａｒは、場合により置換されたアリールまたは場合により置換されたヘテロアリールである。Ｒ１は、Ｈ、アルキル、アルケニル、アリール、ヘテロアリール、アラルキル、アルカリールからなる群から選択され；Ｒ２は、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレン、ケトン、およびエステルからなる群から選択されるか；または、Ｒ１とＲ２とが一緒に接続されて環を形成していてもよい。
【００５８】
ある実施形態では、Ａ２は、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレン、および
【化７】
0005553873.tif 000008
からなる群から選択され、Ａｒ、Ｒ１およびＲ２は、上述のとおりである。
【００５９】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂでは、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、水素、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたアリールオキシ、場合により置換されたアシルオキシ、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリール、場合により置換されたアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群から選択され、但し、Ｄ１およびＤ２は両方ともが水素ではない。
【００６０】
ある実施形態では、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、水素、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリール、およびアミノからなる群から選択され、但し、Ｄ１およびＤ２は両方ともが水素ではない。ある実施形態では、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、水素、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリール、およびジフェニルアミノからなる群から選択され、但し、Ｄ１およびＤ２は両方ともが水素ではない。
【００６１】
ある実施形態では、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、場合により置換されたアリールである。ある実施形態では、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、アルコキシまたはアミノで場合により置換されたフェニルである。他の実施形態では、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、水素、場合により置換されたベンゾフラニル、場合により置換されたチオフェニル、場合により置換されたフラニル、ジヒドロチエノジオキシニル、場合により置換されたベンゾチオフェニル、および場合により置換されたジベンゾチオフェニルから選択され、但し、Ｄ１およびＤ２は両方ともが水素ではない。
【００６２】
ある実施形態では、場合により置換されたアリールおよび場合により置換されたヘテロアリールの置換基は、アルコキシ、アリールオキシ、アリール、ヘテロアリール、およびアミノからなる群から選択されてもよい。
【００６３】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂでは、Ｌｉは、独立して、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアルキニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択される。ある実施形態では、Ｌｉは、場合により置換されたヘテロアリーレンおよび場合により置換されたアリーレンからなる群から選択される。
【００６４】
ある実施形態では、Ｌｉの少なくとも１つは、１，２−エチレン、アセチレン、１，４−フェニレン、１，１’−ビフェニル−４，４’−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、ナフタレン−１，４−ジイル、９Ｈ−フルオレン−２，７−ジイル、ペリレン−３，９−ジイル、ペリレン−３，１０−ジイル、またはピレン−１，６−ジイル、１Ｈ−ピロール−２，５−ジイル、フラン−２，５−ジイル、チオフェン−２，５−ジイル、チエノ［３，２−ｂ］チオフェン−２，５−ジイル、ベンゾ［ｃ］チオフェン−１，３−ジイル、ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン−２，８−ジイル、９Ｈ−カルバゾール−３，６−ジイル、９Ｈ−カルバゾール−２，７−ジイル、ジベンゾ［ｂ，ｄ］フラン−２，８−ジイル、１０Ｈ−フェノチアジン−３，７−ジイル、および１０Ｈ−フェノチアジン−２，８−ジイルからなる群から選択され；各部分は、場合により置換されている。
【００６５】
（式ＩＩ−ａおよび式ＩＩ−ｂ）
ある実施形態は、以下の構造のいずれかを有する発色団を提供し、
【化８】
0005553873.tif 000009
式中、ｉは、０〜１００の範囲内にある整数である。ある実施形態では、ｉは、０〜５０、０〜３０、０〜１０、０〜５、または０〜３の範囲内にある整数である。ある実施形態では、ｉは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である。
【００６６】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂでは、Ａｒは、場合により置換されたアリールまたは場合により置換されたヘテロアリールである。ある実施形態では、２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール環系のＮ−２位でアミド基または環状イミド基で置換されたアリールは、予測できない改善された利益を与える。
【００６７】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂでは、Ｒ４は、
【化９】
0005553873.tif 000010
または場合により置換された環状イミドであり；Ｒ１は、それぞれ独立して、Ｈ、アルキル、アルケニル、アリール、ヘテロアリール、アラルキル、アルカリールからなる群から選択され；Ｒ３は、それぞれ独立して、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアルケニル、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリールからなる群から選択されるか；または、Ｒ１とＲ３とが一緒に接続されて環を形成していてもよい。
【００６８】
ある実施形態では、Ｒ４は、以下からなる群
【化１０】
0005553873.tif 000011
0005553873.tif 000012
および
【化１１】
0005553873.tif 000013
から選択される、場合により置換された環状イミドであり；Ｒ’は、それぞれ、場合により置換されたアルキルまたは場合により置換されたアリールであり；Ｘは、場合により置換されたヘテロアルキルである。
【００６９】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂでは、Ｒ２は、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択される。
【００７０】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂでは、Ｄ１およびＤ２は、それぞれ独立して、水素、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたアリールオキシ、場合により置換されたアシルオキシ、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリール、場合により置換されたアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群から選択され、但し、Ｄ１およびＤ２は両方ともが水素ではない。
【００７１】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂでは、Ｌｉは、独立して、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアルキニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択される。
【００７２】
ある実施形態では、Ｌｉの少なくとも１つは、１，２−エチレン、アセチレン、１，４−フェニレン、１，１’−ビフェニル−４，４’−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、ナフタレン−１，４−ジイル、９Ｈ−フルオレン−２，７−ジイル、ペリレン−３，９−ジイル、ペリレン−３，１０−ジイル、またはピレン−１，６−ジイル、１Ｈ−ピロール−２，５−ジイル、フラン−２，５−ジイル、チオフェン−２，５−ジイル、チエノ［３，２−ｂ］チオフェン−２，５−ジイル、ベンゾ［ｃ］チオフェン−１，３−ジイル、ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン−２，８−ジイル、９Ｈ−カルバゾール−３，６−ジイル、９Ｈ−カルバゾール−２，７−ジイル、ジベンゾ［ｂ，ｄ］フラン−２，８−ジイル、１０Ｈ−フェノチアジン−３，７−ジイル、および１０Ｈ−フェノチアジン−２，８−ジイルからなる群から選択され；各部分は、場合により置換されている。
【００７３】
（式ＩＩＩ−ａおよび式ＩＩＩ−ｂ）
ある実施形態は、以下の構造のいずれかを有する発色団を提供する。
【化１２】
0005553873.tif 000014
【００７４】
２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール環系のＮ−２位において式（ＩＩＩ−ａ）および（ＩＩＩ−ｂ）のアルキル基を置き換えると、Ｃ−４位およびＣ−７位の置換されたフェニルと合わせ、予測できない改善された利益を与える。式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂでは、ｉは、０〜１００の範囲内にある整数である。ある実施形態では、ｉは、０〜５０、０〜３０、０〜１０、０〜５、または０〜３の範囲内にある整数である。ある実施形態では、ｉは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である。
【００７５】
式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂでは、Ａ０およびＡｉは、それぞれ独立して、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアルケニル、場合により置換されたヘテロアルキル、場合により置換されたアミド、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたカルボニル、および場合により置換されたカルボキシからなる群から選択される。
【００７６】
ある実施形態では、Ａ０およびＡｉは、それぞれ独立して、非置換アルキルであるか、または、−ＮＲＲ”、−ＯＲ、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮＨＲ、−ＣＯＮＲＲ”、ハロ、および−ＣＮからなる群から選択される部分によって置換されたアルキルであり；Ｒは、Ｃ１〜Ｃ２０アルキルであり、Ｒ”は、水素またはＣ１〜Ｃ２０アルキルである。ある実施形態では、場合により置換されたアルキルは、場合により置換されたＣ１〜Ｃ４０アルキルであってもよい。ある実施形態では、Ａ０およびＡｉは、それぞれ独立して、Ｃ１〜Ｃ４０アルキルまたはＣ１〜Ｃ２０ハロアルキルである。
【００７７】
ある実施形態では、Ａ０およびＡｉは、それぞれ独立して、Ｃ１〜Ｃ２０ハロアルキル、Ｃ１〜Ｃ４０アリールアルキル、またはＣ１〜Ｃ２０アルケニルである。
【００７８】
式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂでは、各Ｒ５は、独立して、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたアリールオキシ、場合により置換されたアシルオキシ、およびアミノからなる群から選択される。ある実施形態では、Ｒ５は、フェニル環にオルト位および／またはパラ位で接続していてもよい。ある実施形態では、Ｒ５は、独立して、Ｃ１〜Ｃ４０アルコキシから選択される。
【００７９】
式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂでは、Ａ２は、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されヘテロアリーレン、ケトン、エステル、および
【化１３】
0005553873.tif 000015
からなる群から選択され；Ａｒは、場合により置換されたアリールまたは場合により置換されたヘテロアリールであり、Ｒ１は、Ｈ、アルキル、アルケニル、アリール、ヘテロアリール、アラルキル、アルカリールからなる群から選択され；Ｒ２は、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレン、ケトン、およびエステルからなる群から選択されるか；または、Ｒ１とＲ２とが一緒に接続されて環を形成していてもよい。
【００８０】
式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂでは、Ｌｉは、独立して、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアルキニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択される。
【００８１】
ある実施形態では、Ｌｉの少なくとも１つは、１，２−エチレン、アセチレン、１，４−フェニレン、１，１’−ビフェニル−４，４’−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、ナフタレン−１，４−ジイル、９Ｈ−フルオレン−２，７−ジイル、ペリレン−３，９−ジイル、ペリレン−３，１０−ジイル、またはピレン−１，６−ジイル、１Ｈ−ピロール−２，５−ジイル、フラン−２，５−ジイル、チオフェン−２，５−ジイル、チエノ［３，２−ｂ］チオフェン−２，５−ジイル、ベンゾ［ｃ］チオフェン−１，３−ジイル、ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン−２，８−ジイル、９Ｈ−カルバゾール−３，６−ジイル、９Ｈ−カルバゾール−２，７−ジイル、ジベンゾ［ｂ，ｄ］フラン−２，８−ジイル、１０Ｈ−フェノチアジン−３，７−ジイル、および１０Ｈ−フェノチアジン−２，８−ジイルからなる群から選択され；各部分は、場合により置換されている。
【００８２】
（式ＩＶ）
ある実施形態は、以下の構造を有する発色団を提供し、
【化１４】
0005553873.tif 000016
式中、ｉは、０〜１００の範囲内にある整数である。ある実施形態では、ｉは、０〜５０、０〜３０、０〜１０、０〜５、または０〜３の範囲内にある整数である。ある実施形態では、ｉは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である。
【００８３】
式ＩＶでは、ＺおよびＺｉは、それぞれ独立して、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｓｅ−、Ｔｅ−、ＮＲ６−、−ＣＲ６＝ＣＲ６−、および−ＣＲ６＝Ｎ−からなる群から選択され、Ｒ６は、水素、場合により置換されたＣ１〜Ｃ６アルキル、または場合により置換されたＣ１〜Ｃ１０アリールである。
【００８４】
式ＩＶでは、Ｄ１およびＤ２は、独立して、場合により置換されたアルコキシ、場合により置換されたアリールオキシ、場合により置換されたアシルオキシ、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたアリール、場合により置換されたヘテロアリール、場合により置換されたアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群から選択され；ｊは、０、１または２であり、ｋは、０、１または２である。ある実施形態では、−Ｃ（＝Ｏ）Ｙ１基および−Ｃ（＝Ｏ）Ｙ２基は、Ｄ１およびＤ２について場合により置換された部分の置換基に接続していてもよい。
【００８５】
式ＩＶでは、Ｙ１およびＹ２は、独立して、場合により置換されたアリール、場合により置換されたアルキル、場合により置換されたシクロアルキル、場合により置換されたアルコキシ、および場合により置換されたアミノからなる群から選択される。
【００８６】
式ＩＶでは、Ｌｉは、独立して、場合により置換されたアルキレン、場合により置換されたアルケニレン、場合により置換されたアルキニレン、場合により置換されたアリーレン、場合により置換されたヘテロアリーレンからなる群から選択される。
【００８７】
ある実施形態では、Ｌｉの少なくとも１つは、１，２−エチレン、アセチレン、１，４−フェニレン、１，１’−ビフェニル−４，４’−ジイル、ナフタレン−２，６−ジイル、ナフタレン−１，４−ジイル、９Ｈ−フルオレン−２，７−ジイル、ペリレン−３，９−ジイル、ペリレン−３，１０−ジイル、またはピレン−１，６−ジイル、１Ｈ−ピロール−２，５−ジイル、フラン−２，５−ジイル、チオフェン−２，５−ジイル、チエノ［３，２−ｂ］チオフェン−２，５−ジイル、ベンゾ［ｃ］チオフェン−１，３−ジイル、ジベンゾ［ｂ，ｄ］チオフェン−２，８−ジイル、９Ｈ−カルバゾール−３，６−ジイル、９Ｈ−カルバゾール−２，７−ジイル、ジベンゾ［ｂ，ｄ］フラン−２，８−ジイル、１０Ｈ−フェノチアジン−３，７−ジイル、および１０Ｈ−フェノチアジン−２，８−ジイルからなる群から選択され；各部分は、場合により置換されている。
【００８８】
上のいずれかの式のＬｉに関し、電子リンカーは、共役電子系をあらわし、中性であってもよく、それ自体が電子供与部として機能してもよい。ある実施形態では、以下にいくつかの例を提供しているが、さらに接続する置換基を含有していてもよく、含有していなくてもよい。
【化１５】
0005553873.tif 000017
【００８９】
（式Ｖ−ａおよび式Ｖ−ｂ）
ある実施形態は、以下の一般式（Ｖ−ａ）または一般式（Ｖ−ｂ）によって表されるペリレンジエステル誘導体を提供し、
【化１６】
0005553873.tif 000018
式（Ｉ）のＲ１およびＲ１’は、それぞれ独立して、水素、Ｃ１〜Ｃ１０アルキル、Ｃ３〜Ｃ１０シクロアルキル、Ｃ２〜Ｃ１０アルコキシアルキル、Ｃ６〜Ｃ１８アリール、およびＣ６〜Ｃ２０アラルキルからなる群から選択され；式（Ｉ）のｍおよびｎは、それぞれ独立して、１〜５の範囲内にあり；式（ＩＩ）のＲ２およびＲ２’は、それぞれ独立して、Ｃ６〜Ｃ１８アリールおよびＣ６〜Ｃ２０アラルキルからなる群から選択される。一実施形態では、式（ＩＩ）のシアノ基の１つがペリレン環の４位に存在する場合、他のシアノ基は、ペリレン環の１０位には存在しない。一実施形態では、式（ＩＩ）のシアノ基の１つがペリレン環の１０位に存在する場合、他のシアノ基は、ペリレン環の４位には存在しない。
【００９０】
一実施形態では、Ｒ１およびＲ１’は、独立して、水素、Ｃ１〜Ｃ６アルキル、Ｃ２〜Ｃ６アルコキシアルキル、およびＣ６〜Ｃ１８アリールからなる群から選択される。一実施形態では、Ｒ１およびＲ１’は、それぞれ独立して、イソプロピル、イソブチル、イソヘキシル、イソオクチル、２−エチル−ヘキシル、ジフェニルメチル、トリチル、およびジフェニルからなる群から選択される。一実施形態では、Ｒ２およびＲ２’は、独立して、ジフェニルメチル、トリチル、およびジフェニルからなる群から選択される。一実施形態では、式（Ｉ）のｍおよびｎは、それぞれ独立して、１〜４の範囲内にある。
【００９１】
ある実施形態では、封入構造の発光波長変換材料は、１種類以上の増感剤をさらに含む。ある実施形態では、増感剤は、ナノ粒子、ナノ金属、ナノワイヤまたはカーボナノチューブを含む。ある実施形態では、増感剤は、フラーレンを含む。ある実施形態では、フラーレンは、場合により置換されたＣ６０、場合により置換されたＣ７０、場合により置換されたＣ８４、場合により置換された単層カーボンナノチューブ、および場合により置換された複数層カーボンナノチューブからなる群から選択される。ある実施形態では、フラーレンは、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−ブタン酸−メチルエステル、［６，６］−フェニル−Ｃ７１−ブタン酸−メチルエステル、および［６，６］−フェニル−Ｃ８５−ブタン酸−メチルエステルからなる群から選択される。ある実施形態では、増感剤は、場合により置換されたフタロシアニン、場合により置換されたペリレン、場合により置換されたポルフィリン、および場合により置換されたテリレンからなる群から選択される。ある実施形態では、封入構造の発光波長変換材料は、増感剤の組み合わせをさらに含み、増感剤の組み合わせは、場合により置換されたフラーレン、場合により置換されたフタロシアニン、場合により置換されたペリレン、場合により置換されたポルフィリン、および場合により置換されたテリレンからなる群から選択される。
【００９２】
ある実施形態では、封入構造の発光波長変換材料は、組成物の合計重量を基準として、増感剤を約０．０１％〜約５％の量で含む。
【００９３】
ある実施形態では、封入構造の発光波長変換材料は、１種類または複数の可塑剤をさらに含む。ある実施形態では、可塑剤は、Ｎ−アルキルカルバゾール誘導体およびトリフェニルアミン誘導体から選択される。
【００９４】
ある実施形態では、発光波長変換材料の組成物は、ＵＶ安定化剤、酸化防止剤または吸収剤をさらに含む。ある実施形態では、純粋なポリマー封入物の組成物は、ＵＶ安定化剤、酸化防止剤または吸収剤をさらに含む。
【００９５】
ある実施形態では、環境カバーとして用いるガラスまたはプラスチックのシートは、有害な高エネルギー放射線を遮断するために強いＵＶ吸収剤をさらに含む。ある実施形態では、さらなる材料または層を、ガラスシート、反射バックシート、エッジシーリングテープ、フレーム材料、ポリマー材料またはこのシステムにさらなる層を付着するための接着剤層として使用してもよい。
【００９６】
本発明の別の態様は、本明細書に開示されている封入構造を用い、太陽電池、ソーラーストリング、ソーラーパネル、または光起電デバイスを封入することを含む、これらのデバイスの性能を改善する方法である。
【００９７】
この方法のある実施形態では、ソーラーパネルは、硫化カドミウム／テルル化カドミウム太陽電池を含む少なくとも１つの光起電デバイスまたは太陽電池を含む。ある実施形態では、光起電デバイスまたは太陽電池は、銅インジウムガリウムジセレニド太陽電池を含む。ある実施形態では、光電池または太陽電池は、ＩＩＩ−Ｖ型またはＩＩ−ＶＩ型のＰＮ接合デバイスを含む。ある実施形態では、光電池または太陽電池は、有機増感剤デバイスを含む。ある実施形態では、光電池または太陽電池は、有機薄膜デバイスを含む。ある実施形態では、光起電デバイスまたは太陽電池は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池を含む。ある実施形態では、光起電デバイスまたは太陽電池は、微晶質シリコン（μｃ−Ｓｉ）太陽電池を含む。ある実施形態では、光起電デバイスまたは太陽電池は、結晶性シリコン（ｃ−Ｓｉ）太陽電池を含む。
【００９８】
この方法のある実施形態では、封入構造にさらなる材料層を使用してもよい。例えば、さらに環境を保護するために、ガラスまたはプラスチックのシートを使用してもよい。太陽電池によって吸収されない光子を反射し、屈折させるために、バックシートを使用してもよい。また、接着剤層が必要な場合もある。例えば、発光波長変換材料およびガラスシートという２つの層を接着するために、発光波長変換材料とガラスシートとの間に接着剤層が用いられる。また、ソーラーモジュールの光電変換効率をさらに向上させるために、他の層が含まれていてもよい。例えば、封入構造の上部にまたは発光波長変換材料とガラスシートとの間に、微細構造をもつ層が設けられていてもよく、該層は、吸収され、波長変換された後に、ソーラーモジュールデバイスの光電変換層から離れる方向に発色団から光子が再放出されることが多い、環境に失われてしまう光子を減らすことによって、ソーラーモジュールの太陽光捕集効率をさらに向上させるように設計される。表面に種々の微細構造（すなわち、ピラミッドまたは円錐）をもつ層は、太陽電池デバイスの光電変換層内への光子の内部反射および内部屈折を増加させ、さらに、デバイスの太陽光捕集効率を向上させる場合がある。
【００９９】
太陽光を捕集するデバイスは、剛性であってもよく、可撓性であってもよい。剛性デバイスとしては、シリコン系太陽電池が挙げられる。可撓性ソーラーデバイスは、有機薄膜から作られることが多く、布地、テント、または他の可撓性基材上で用いられてよい。したがって、ある実施形態では、封入構造を、剛性デバイスまたは可撓性デバイスに適用することができる。
【０１００】
封入構造の一実施形態を図１に示し、１個の太陽電池デバイス１００を含んでおり、この太陽電池デバイス１００が、発光波長変換材料１０１の膜を電池の両側に積層することによって封入され、光学的に透明なポリマーマトリックスと、少なくとも１つの発色団１０２とを含む。ガラスまたはプラスチックの膜を環境保護カバー１０３として用いてもよく、酸素および水分の侵入を防ぐため、側部にシーリングテープ１０４が貼られている。
【０１０１】
封入構造の別の実施形態を図２に示し、複数個の太陽電池デバイス１００を示しており、この太陽電池デバイス１００が、発光波長変換材料１０１の膜を電池の両側に積層することによって封入され、光学的に透明なポリマーマトリックスと、少なくとも１つの発色団１０２とを含み、ガラスまたはプラスチックの膜を環境保護カバー１０３として用い、酸素および水分の侵入を防ぐため、側部にシーリングテープ１０４が貼られている。
【０１０２】
封入構造の別の実施形態を図３に示し、複数個の太陽電池デバイス１００を示しており、この太陽電池デバイス１００が、純粋なポリマー封入物１０５を電池の両側に積層し、次いで、この純粋なポリマー封入物の上部に発光波長変換材料１０１を積層することによって封入される。発光波長変換材料１０１は、光学的に透明なポリマーマトリックスと、少なくとも１つの発色団１０２とを含み、ガラスまたはプラスチックの膜を環境保護カバー１０３として用い、酸素および水分の侵入を防ぐため、側部にシーリングテープ１０４が貼られている。
【０１０３】
封入構造の別の実施形態を図４に示し、複数個の太陽電池デバイス１００を示しており、この太陽電池デバイス１００が、発光波長変換材料１０１の膜を電池の光入射面に積層することによって封入され、光学的に透明なポリマーマトリックスと、少なくとも１つの発色団１０２とを含む。バックシート１０６は、太陽電池の下側で使用され、ガラスまたはプラスチックの膜を環境保護カバー１０３として用いてもよく、酸素および水分の侵入を防ぐため、側部にシーリングテープ１０４が貼られている。
【０１０４】
封入構造の別の実施形態を図５に示し、複数個の太陽電池デバイス１００を示しており、この太陽電池デバイス１００が、純粋なポリマー封入物１０５を電池の両側に積層し、次いで、この純粋なポリマー封入物の上部に発光波長変換材料１０１を積層することによって封入される。発光波長変換材料は、光学的に透明なポリマーマトリックスと、少なくとも１つの発色団１０２とを含む。バックシート１０６は、太陽電池の下側で使用され、ガラスまたはプラスチックの膜を環境保護カバー１０３として用いてもよく、酸素および水分の侵入を防ぐため、側部にシーリングテープ１０４が貼られている。
【０１０５】
封入構造の別の実施形態を図６に示し、複数個の太陽電池デバイス１００を示しており、この太陽電池デバイス１００が、純粋なポリマー封入物１０５を電池の片側に積層し、次いで、この純粋なポリマー封入物の上部に発光波長変換材料１０１を積層することによって封入される。発光波長変換材料１０１は、光学的に透明なポリマーマトリックスと、少なくとも１つの発色団１０２とを含む。さらなる純粋なポリマー封入層１０５は、有害な高エネルギー放射線を遮断するために強いＵＶ吸収剤をさらに含んでいてもよく、発光波長変換材料の上部に積層されており、ガラスまたはプラスチックの膜を環境保護カバー１０３として用いてもよく、酸素および水分の侵入を防ぐため、側部にシーリングテープ１０４が貼られている。
【０１０６】
封入構造の別の実施形態を図７に示し、１個の太陽電池デバイス１００を示しており、この太陽電池デバイス１００が、発光波長変換材料１０１に封入され、光学的に透明なポリマーマトリックスと、少なくとも１つの発色団１０２とを含み、この発光波長変換材料が、酸素および水分が電池に浸透するのに対する環境保護材としても作用する。
【０１０７】
封入構造の別の実施形態を図８に示し、複数個の太陽電池デバイス１００を示しており、この太陽電池デバイス１００が、発光波長変換材料１０１に封入され、光学的に透明なポリマーマトリックスと、少なくとも１つの発色団１０２とを含み、この発光波長変換材料が、酸素および水分が電池に浸透するのに対する環境保護材としても作用する。
【０１０８】
封入構造の別の実施形態を図９に示し、複数個の太陽電池デバイス１００を示しており、この太陽電池デバイス１００が、純粋なポリマー封入物１０５を電池の光入射側に積層し、次いで、この純粋なポリマー封入物の上部に発光波長変換材料１０１を積層することによって封入される。発光波長変換材料１０１は、光学的に透明なポリマーマトリックスと、少なくとも１つの発色団１０２とを含み、この発光波長変換材料が、酸素および水分が電池に浸透するのに対する環境保護材としても作用する。ガラスまたはプラスチックの膜を環境保護カバー１０３として用い、酸素および水分の侵入を防ぐため、側部にシーリングテープ１０４が貼られている。
【０１０９】
封入構造の別の実施形態を図１０に示し、数個の太陽電池デバイス１００、この太陽電池デバイスを封入する発光波長変換材料１０１を用いて構築されたソーラーパネルを示しており、ガラス底部シート１０３およびガラス上部シート１０３を、環境保護カバー１０３として用い、バックシート１０６は、太陽電池の下側で使用され、フレーム１０７は、モジュールを一緒に保持する。
【０１１０】
封入構造の別の実施形態を図１１に示し、数個の太陽電池デバイス１００、この太陽電池デバイスを封入する発光波長変換材料１０１を用いて構築されたソーラーパネルを示しており、バックシート１０６は、太陽電池デバイスの光入射面より下にあり、ガラス上部シート１０３は、モジュールの上部に付着しており、フレーム１０７は、モジュールを一緒に保持する。
【０１１１】
ある実施形態では、少なくとも１つの発色団と光学的に透明なポリマーマトリックスとを含む発光波長変換材料を、まず、染料／ポリマー溶液を液体またはゲルの形態で合成し、この染料／ポリマー溶液を、標準的な適用方法、例えば、スピンコーティングまたはドロップキャスト法を用いて、除去可能な基材に配置された太陽電池マトリックスに適用し、次いで、この染料／ポリマー溶液を配合設計によって決定されるように固体形態になるまで硬化させる（すなわち、熱処理、ＵＶ露光など）ことによって太陽電池デバイスに適用する。
【０１１２】
別の実施形態では、少なくとも１つの発色団と光学的に透明なポリマーマトリックスとを含む発光波長変換材料を、まず、染料／ポリマー薄膜を合成し、次いで、この染料／ポリマー薄膜を、光学的に透明で光に安定な接着剤および／または積層材を用いて、太陽電池デバイスに接着させることによって太陽電池デバイスに適用する。染料／ポリマー薄膜を、まず、太陽電池の上部に、次いで底部に適用し、電池を完全に封入することができる。また、染料／ポリマー薄膜を上面だけに適用してもよく、太陽電池の底面は基材（例えば、バックシート）に固定されており、染料／ポリマー薄膜を太陽電池の上面と、太陽電池が接続していない基材部分とに適用する。
【０１１３】
封入構造を形成する合成方法は制限されない。発光波長変換材料の合成方法は制限されないが、以下に詳細に記載するスキーム１およびスキーム２に記載されているような例となる合成手順にしたがってもよい。
【０１１４】
＜スキーム１：ＷＬＣ材料を形成する湿式加工による一般的な手順＞
ある実施形態では、少なくとも１つの発色団１０２と光学的に透明なポリマーマトリックスとを含む発光波長変換材料１０１を膜構造に加工する。波長変換層は、（ｉ）テトラクロロエチレン（ＴＣＥ）、シクロペンタノン、ジオキサンなどのような溶媒に所定の比で溶解したポリマー粉末を含むポリマー溶液を調製し、（ｉｉ）ポリマー溶液と、発色団とを所定の重量比で混合し、染料を含有するポリマー溶液を得ることによって、ポリマー混合物を含有する発色団溶液を調製し、（ｉｉｉ）染料を含有するポリマー溶液をガラス基材に直接キャストすることによって染料／ポリマー膜を形成し、次いで、基材を室温から１００℃まで２時間熱処理し、１３０℃で一晩、さらに真空加熱することによって残存溶媒を完全に除去し、（ｉｖ）染料／ポリマー膜を水中で剥がし、次いで、使用前に、自立性のポリマー膜を乾燥させることによって加工され、（ｖ）染料／ポリマー溶液の濃度および蒸発速度を変えることによって、膜の厚みを０．１μｍ〜約１ｍｍに制御することができる。
【０１１５】
＜スキーム２：ＷＬＣ材料を形成する乾式加工による一般的な手順＞
ある実施形態では、少なくとも１つの発色団１０２と光学的に透明なポリマーマトリックスとを含む発光波長変換材料１０１を膜構造に加工する。波長変換層は、（ｉ）ミキサーによって、特定の温度でポリマー粉末またはポリマーペレットと発色団粉末とを所定の比で一緒に混合し、（ｉｉ）特定の温度で１〜８時間、混合物を脱気し、（ｉｉｉ）次いで、押出成形機を用いて層を形成することによって加工され、（ｖ）押出成形機は、層の厚みを１μｍ〜１ｍｍに制御する。
【０１１６】
発光波長変換封入膜が形成されたら、光学的に透明で光に安定な接着剤を用い、ソーラーモジュールデバイスに接着させることができる。
【０１１７】
本発明の態様、および関連技術を超えて達成される利点をまとめる目的で、本発明の特定の目的および利点を本開示内容で記載する。もちろん、このような全ての目的または利点が、本発明の任意の特定の実施形態によって必ずしも達成されなくてもよいことを理解すべきである。したがって、例えば、当業者は、本発明が、本明細書に教示または示唆されているような他の目的または利点を必ずしも達成しなくても、本明細書に教示されているような１つの利点または利点群を達成するか、または最適化する様式で実施または実行されてもよいことを認識するだろう。
【０１１８】
本発明のさらなる態様、特徴、および利点は、以下の詳細な実施例から明らかになるだろう。
【実施例】
【０１１９】
以下の実施形態は、本発明を限定することを意図していない。この開示内容において、列挙した置換基は、別途特定しない限り、さらに置換された基および置換されていない基の両方を含む。さらに、条件および／または構造が特定されていない本開示内容において、当業者は、本明細書における教示に照らして、かかる条件および／または構造を容易に提供することができる。
【０１２０】
＜発色団の合成＞
（化合物１および２）
以下のスキームにしたがって発色団の合成を行った。
【化１７】
0005553873.tif 000019
【０１２１】
４，７−ジブロモベンゾ［２，１，３］チアジアゾール（１３．２ｇ、４５ｍｍｏｌ）、４−（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）フェニルホウ酸（３０．０ｇ、１０４ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム（２１．２ｇ、２００ｍｍｏｌ）の水（８０ｍＬ）溶液、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）（５．０ｇ、４．３ｍｍｏｌ）、ｎ−ブタノール（８００ｍＬ）、およびトルエン（４００ｍＬ）の混合物をアルゴン下で撹拌し、１００℃で２０時間加熱した。室温まで冷却した後、混合物を水（６００ｍＬ）で希釈し、２時間撹拌した。最後に、反応混合物をトルエン（２Ｌ）で抽出し、揮発性物質を減圧下で除去した。残渣に対し、シリカゲルおよび溶出液としてヘキサン／ジクロロメタン（１：１）を用いたクロマトグラフィーを行い、２６．９６ｇ（４３．３ｍｍｏｌ、９６％）の４，７−ビス［（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）フェニル）］ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール（中間体Ａ）を得た。
【０１２２】
中間体Ａ（２２．０ｇ、３５．３ｍｍｏｌ）のジクロロメタン（８００ｍＬ）溶液をアルゴン下で撹拌し、氷／水浴で冷却したものに、少量の４−ｔ−ブチルベンゾイルクロリド（９７．４ｍＬ、５００ｍｍｏｌ）および塩化亜鉛の１Ｍエチルエーテル溶液（７００ｍＬ、７００ｍｍｏｌ）を加えた。得られた混合物を撹拌し、４４℃で６８時間加熱した。反応混合物を砕いた氷（２ｋｇ）に注ぎ、撹拌し、飽和炭酸ナトリウムを用いてｐＨ８になるまで処理し、ジクロロメタン（２Ｌ）で希釈し、大気圧で、ガラスフリット漏斗によって濾過した。ジクロロメタン層を分離し、硫酸マグネシウムで乾燥させ、溶媒を蒸発させた。残渣のカラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／ジクロロメタン／酢酸エチル、４８：５０：２）、次いで、エタノールから再結晶化し、純粋な発光染料化合物１を第１フラクションとして得た（７．７２ｇ（２８％））。１Ｈ  ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ  ７．９４（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），７．８７（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），７．７４（ｍ，６Ｈ），７．４７（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），７．３６（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），７．３１（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），７．２７（ｍ，６Ｈ），７．１９（ｍ，７Ｈ），７．１３（ｄ，２Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），７．０６（ｔ，２Ｈ，Ｊ＝７．３Ｈｚ），１．３５（ｓ，９Ｈ）。ＵＶ−可視光スペクトル：λｍａｘ＝４４８ｎｍ（ジクロロメタン），４５６ｎｍ（ＰＶＢ膜）。蛍光分光法：λｍａｘ＝６１８ｎｍ（ジクロロメタン），５６２ｎｍ（ＰＶＢ膜）。
【０１２３】
第２フラクションから、発色団化合物２を得た（１２．３５ｇ（収率３７％））。１Ｈ  ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ  ７．９５（ｄ，４Ｈ，Ｊ＝８．４Ｈｚ），７．７９−７．７３（ｍ，１０Ｈ），７．４８（ｄ，４Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），７．３６（ｔ，４Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），７．３１（ｄ，４Ｈ，Ｊ＝８．４Ｈｚ），７．２５（ｄ，４Ｈ，Ｊ＝７．７Ｈｚ），７．１８（ｔ，Ｊ＝７．３，２Ｈ，Ｐｈ），７．１４（ｄ，４Ｈ，Ｊ＝８．８Ｈｚ），１．３５（ｓ，１８Ｈ）。ＵＶ−可視光スぺクトル：λｍａｘ＝４３７ｎｍ（ジクロロメタン），４５５ｎｍ（ＰＶＢ膜）。蛍光分光法：λｍａｘ＝６０７ｎｍ（ジクロロメタン），５４７ｎｍ（ＰＶＢ膜）。
【０１２４】
＜中間体Ｂ＞
共通の中間体Ｂを２工程プロセスで合成する。
【化１８】
0005553873.tif 000020
工程１：２−（４−ニトロフェニル）−２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾールの合成
４−クロロニトロベンゼン（５５．０ｇ、３４９ｍｍｏｌ）、ベンゾトリアゾール（５０．０ｇ、４２０ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（２００ｇ、５００ｍｍｏｌ）、およびＮＭＰ（５００ｍＬ）の混合物をアルゴン下に１３０℃で５時間撹拌および加熱した。反応の進行を薄層クロマトグラフィーで監視した。反応混合物を砕いた氷（２ｋｇ）に注いだ。全ての氷が融けた後、固体を濾別し、水（２００ｍＬ）で洗浄した。生成物をメタノール（１．５Ｌ）に懸濁し、３０分撹拌した。結晶を濾別し、真空オーブン中で乾燥した。得られた材料に対し、シリカゲルと、溶出液として酢酸エチル（１％）の熱トルエン溶液とを用いたカラムクロマトグラフィーを行い、２−（４−ニトロフェニル）−２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール（２４．２４ｇ、収率３０％）を得た。１Ｈ  ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ  ８．５７（ｄ、Ｊ＝９．２Ｈｚ、２Ｈ、４−ニトロフェニル）、８．４４（ｄ、Ｊ＝９．２Ｈｚ、２Ｈ、４−ニトロフェニル）、７．９３（ｍ、２Ｈ、ベンゾトリアゾール）、７．４７（ｍ、２Ｈ、ベンゾトリアゾール）。
【０１２５】
工程２：４，７−ジブロモ−２−（４−ニトロフェニル）−２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール（中間体Ｂ）の合成
２−（４−ニトロフェニル）−２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール（７．７０ｇ、３１．２ｍｍｏｌ）、臭素（４．８ｍＬ、９４ｍｍｏｌ）、および４８％  ＨＢｒ（１２０ｍＬ）の混合物を、ＨＢｒトラップを接続した還流冷却器下に、１３０℃で２０時間加熱した。反応混合物を砕いた氷（８００ｇ）に注ぎ、Ｎａ２ＳＯ３の５％溶液を用いて脱色し、室温に２時間放置した。沈殿を濾別し、水（２００ｍＬ）で洗浄し、次いで２％  ＮａＨＣＯ３（２００ｍＬ）、および再び水（２００ｍＬ）で洗浄した。この物質を真空オーブン中で乾燥し、４，７−ジブロモ−２−（４−ニトロフェニル）−２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール（中間体Ｂ、１３．４７ｇ）を純度９０％で得た。収率９７％。１Ｈ  ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ  ８．６５（ｍ，２Ｈ，４−ニトロフェニル），８．４４（ｍ，２Ｈ，４−ニトロフェニル），７．５４（ｓ，２Ｈ，ベンゾトリアゾール）。
【０１２６】
＜中間体Ｃ＞
以下の反応スキームにしたがって中間体Ｃを合成した。
【化１９】
0005553873.tif 000021
中間体Ｂ（３．９８ｇ、１０．０ｍｍｏｌ）、４−イソブトキシフェニルホウ酸（５．００ｇ、２５．７ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム（５．３０ｇ、５０ｍｍｏｌ）の水（４０ｍＬ）溶液、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（０）（２．００ｇ）、ｎ−ブタノール（６０ｍＬ）、およびトルエン（３０ｍＬ）の混合物をアルゴン下で撹拌し、１００℃で４時間加熱した。この反応混合物を水（２００ｍＬ）に注ぎ、３０分撹拌し、トルエン（５００ｍＬ）で抽出した。抽出物を水（２００ｍＬ）で洗浄し、容積が１００ｍＬになるまで濃縮し、ジクロロメタン（２００ｍＬ）およびメタノール（２００ｍＬ）で希釈した。得られた溶液を、１０％Ｐｄ／Ｃ（２ｇ）上で５０ｐｓｉにおいて２０分間水素化し、セライト層で濾過し、溶媒を減圧下で除去した。残渣に対し、クロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／ジクロロメタン／酢酸エチル、３５：５０：５）を行い、４，７−ビス（４−イソブトキシフェニル）−２−（４−アミノフェニル）−２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール（中間体Ｃ）を得た（３．８０ｇ、７５％）。１Ｈ  ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ  ８．２２（ｄ，Ｊ＝８．４Ｈｚ，２Ｈ，４−アミノフェニル），８．０９（ｄ，Ｊ＝８．７Ｈｚ，４Ｈ，４−ｉ−ＢｕＯＣ６Ｈ４），７．５７（ｓ，２Ｈ，ベンゾトリアゾール），７．０６（ｄ，Ｊ＝８．７Ｈｚ，４Ｈ，４−ｉ−ＢｕＯＣ６Ｈ４），６．７９（ｄ，Ｊ＝８．５Ｈｚ，２Ｈ，４−アミノフェニル），３．９０（ｂｓ，２Ｈ，ＮＨ２），３．８１（ｄ，Ｊ＝６．６Ｈｚ，４Ｈ，ｉ−ＢｕＯ），２．１４（ｍ，２Ｈ，ｉ−ＢｕＯ），１．０６（ｄ，Ｊ＝７．０Ｈｚ，１２Ｈ，ｉ−ＢｕＯ）。
【０１２７】
（化合物３）
化合物３を以下の反応スキームにしたがって合成した。
【化２０】
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中間体Ｃ（０．９２ｇ，１．８２ｍｍｏｌ）、３，３−ジメチル無水グルタル酸（２８４ｍｇ、２．０ｍｍｏｌ）の１，２−ジクロロエタン（２０ｍＬ）溶液を還流冷却器下に８０℃で２０時間加熱した。室温まで冷却した後、塩化アセチル（０．２８ｍＬ、４．０ｍｍｏｌ）を加え、混合物を８０℃で１時間加熱した。反応混合物をジクロロメタン（２００ｍＬ）で希釈し、飽和ＮａＨＣＯ３（１００ｍＬ）で洗浄した。この溶液をＭｇＳＯ４で乾燥し、揮発性物質を減圧下で除去した。粗生成物をカラムクロマトグラフィー（シリカゲル、ヘキサン／ジクロロメタン／酢酸エチル、３７：６０：３）で精製し、エタノールから結晶化させ、１−（４−（４，７−ビス（４−イソブトキシフェニル）−２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール−２−イル）フェニル）−４，４−ジメチルピペリジン−２，６−ジオン（化合物３、５５１ｍｇ、収率４８％）を薄い黄色の針状物として得た。１Ｈ  ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、ＣＤＣｌ３）：δ  ８．５３（ｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，２Ｈ，４−イミドフェニル），８．０８（ｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，４Ｈ，４−ｉ−ＢｕＯＣ６Ｈ４），７．６１（ｓ，２Ｈ，ベンゾトリアゾール），７．２６（ｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，２Ｈ，４−イミドフェニル），７．０７（ｄ，Ｊ＝８．８Ｈｚ，４Ｈ，４−ｉ−ＢｕＯＣ６Ｈ４），３．８２（ｄ，Ｊ＝６．６Ｈｚ，４Ｈ，ｉ−ＢｕＯ），２．７２（ｓ，４Ｈ，４，４−ジメチルピペリジン−２，６−ジオン），２．１４（ｍ，２Ｈ，ｉ−ＢｕＯ），１．２４（ｓ，６Ｈ，４，４−ジメチルピペリジン−２，６−ジオン），１．０６（ｄ，Ｊ＝７．０Ｈｚ，１２Ｈ，ｉ−ＢｕＯ）。ＵＶ−可視光スペクトル（ＰＶＢ）：λｍａｘ＝３８８ｎｍ。蛍光分光法（ＰＶＢ）：λｍａｘ＝４７８ｎｍ。
【０１２８】
〔実施例１〕
（ｉ）シクロペンタノンにポリマー粉末を溶解して、２０重量％ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）（Ａｌｄｒｉｃｈ、受領したまま使用）ポリマー溶液を調製し、（ｉｉ）ＰＶＢポリマー溶液と合成した化合物１とを重量比（化合物１／ＰＶＢ）０．３重量％で混合して、発色団を含有するポリマー溶液を得ることによって、発色団を含有するＰＶＢマトリックスを調製し、（ｉｉｉ）染料を含有するポリマー溶液をガラス基材上に直接キャストすることによって、染料／ポリマー膜を形成し、次いで、基材を室温から１００℃まで２時間熱処理し、１３０℃で一晩、さらに真空加熱することによって残存溶媒を完全に除去し、（ｉｖ）染料／ポリマー膜を水中で剥がし、次いで、使用前に、自立性のポリマー膜を乾燥させることによって、波長変換層を加工する。膜を乾燥した後、ホットプレスして、約５００μｍの厚みの発光波長変換シートにする。
【０１２９】
次いで、ある実施形態では、発光波長変換シート、市販の５インチの単結晶シリコン太陽電池、および純粋なＰＶＢポリマー封入物を、真空中、発光波長変換シートを前面として備え、図８に示す構造と同様に、厚み約３ｍｍのガラスシートに１３０℃で積層する。積層前および後に太陽電池の出力を測定すると、約１２．５％の相対的改善が達成される。
【０１３０】
〔実施例２〕
化合物１の代わりに化合物２を用い、純粋なＰＶＢポリマー封入物の代わりに純粋なエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）ポリマー封入物を用いることを除き、実施例１に与えたのと同じ方法を用いて実施例２を合成する。積層前および後に太陽電池の出力を測定すると、約８．９％の相対的改善が観察される。
【０１３１】
〔実施例３〕
図３に示す構造と同様にして、構造を厚み約３ｍｍの２枚のガラスシート間で挟んで積層することを除いて、実施例２と同様に実施例３を合成し、層の順序は、以下のとおりである：上部ガラスシート、発光波長変換シート、純粋なＥＶＡポリマーに封入された太陽電池、底部ガラスシート。積層前および後に太陽電池の出力を測定すると、約７．５％の相対的改善が観察される。
【０１３２】
〔実施例４〕
図５に示す構造と同様にして、構造を厚み約３ｍｍのガラスシートとバックシート（Ｍａｄｉｃｏ，Ｉｎｃ．によって製造された厚み２５４μｍのＭａｄｉｃｏ  Ｐｒｏｔｅｋｔ（登録商標）ＴＦＢ  ＰＶ  Ｂａｃｋｓｈｅｅｔ）とで挟んで積層することを除いて、実施例２と同様に実施例４を合成し、層の順序は、以下のとおりである：上部ガラスシート、発光波長変換シート、純粋なＥＶＡポリマーに封入された太陽電池、バックシート。積層前および後に太陽電池の出力を測定すると、約７．８％の相対的改善が観察される。
【０１３３】
〔実施例５〕
化合物３を重量比（化合物３／ＥＶＡ）０．１％で波長変換層に使用し、５インチ×５インチの単結晶性シリコン太陽電池の代わりに１インチ×１インチの結晶性シリコン太陽電池を用いることを除いて、実施例３と同様に実施例５を合成する。この構造を、図３に示す構造と同様にして、厚み約３ｍｍの２枚のガラスシートに挟んで積層し、層の順序は以下のとおりである：上部ガラスシート、発光波長変換シート、純粋なＥＶＡポリマーに封入された太陽電池、底部ガラスシート。積層前および後に太陽電池の出力を測定すると、約２．６％の相対的改善が観察される。
【０１３４】
〔実施例６〕
波長変換層で化合物３を重量比（化合物３／ＥＶＡ）０．２％で使用することを除いて、実施例５と同様に実施例６を合成する。積層前および後に太陽電池の出力を測定すると、約２．８％の相対的改善が観察される。
【０１３５】
〔実施例７〕
波長変換層で化合物３を重量比（化合物３／ＥＶＡ）０．３％で使用することを除いて、実施例５と同様に実施例７を合成する。積層前および後に太陽電池の出力を測定すると、約１．６％の相対的改善が観察される。
【０１３６】
〔比較例８〕
発光化合物を用いないことを除いて実施例５と同様に実施例８を合成し、層の順序は以下のとおりである：上部ガラスシート、純粋なＥＶＡシート、純粋なＥＶＡポリマーに封入された太陽電池、底部ガラスシート。積層前および後に太陽電池の出力を測定し、約０．７％の相対的改善が観察される。
【０１３７】
この本発明の目的は、太陽電池、光起電デバイス、ソーラーモジュール、およびソーラーパネルを封入するのに好適であり得る発光波長変換材料を備える封入構造を提供することである。上の例に示されているように、この材料を使用すると、太陽電池の光変換効率が改善される。
【０１３８】
本発明の態様、および関連技術を超えて達成される利点をまとめる目的で、本発明の特定の目的および利点を本開示内容で記載する。もちろん、このような全ての目的または利点が、本発明の任意の特定の実施形態によって必ずしも達成されなくてもよいことを理解すべきである。したがって、例えば、当業者は、本発明が、本明細書に教示または示唆されているような他の目的または利点を必ずしも達成しなくても、本明細書に教示されているような１つの利点または利点群を達成するか、または最適化する様式で実施または実行されてもよいことを認識するだろう。当業者は、本発明の精神を逸脱することなく多数の種々の変更がなされ得ることを理解するだろう。したがって、本発明の形態が、単に説明的であって、本発明の範囲を限定することは意図されていないことが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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