(57)【要約】  ガラスプレートとガラスプレート上の波長変換層とを含む波長変換デバイスであって、太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスに適用してこれらのデバイスの太陽光捕集効率を向上させることができるものである波長変換デバイスを本明細書に開示する。前記波長変換デバイスの波長変換層は、ポリマーマトリックスと、特定の波長の光子をより望ましい波長に変換する１つの、または多数の、ルミネセンス色素とを含有する。【選択図】図１
2015513212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変換デバイスであって、
ガラスプレートと、
前記ガラスプレート上の第一の波長変換層と
を含み、前記波長変換層が、少なくとも１つの発色団とポリマーマトリックスとを含有するものである、波長変換デバイス。
【請求項２】
前記ポリマーマトリックスが、光学的に透明である、請求項１に記載の波長変換デバイス。
【請求項３】
前記ポリマーマトリックスが、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、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、非晶質ポリカーボネート、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より選択される物質から形成される、請求項１または２に記載の波長変換デバイス。
【請求項４】
前記ポリマーマトリックスが、ホストポリマー、コポリマー、ホストポリマーとコポリマー、多数のポリマー、多数のポリマーと多数のコポリマー、および多数のコポリマーからなる群より選択される、少なくとも１つのポリマーを含有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項５】
前記ポリマーマトリックスが、約１．４から約１．７の間の屈折率を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項６】
前記少なくとも１つの発色団が、前記第一の波長変換層のポリマーマトリックス中に約０．０１重量％から約３重量％の間の量で存在する、請求項１から５のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項７】
前記少なくとも１つの発色団が、前記第一の波長変換層のポリマーマトリックス中に約０．０５重量％から約２重量％の間の量で存在する、請求項１から５のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項８】
前記少なくとも１つの発色団が、前記第一の波長変換層のポリマーマトリックス中に約０．１重量％から約１重量％の間の量で存在する、請求項１から５のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項９】
前記第一の波長変換層が、２つ以上の発色団を含有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの発色団が、上方変換発色団である、請求項１から９のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの発色団が、ダウンシフト発色団である、請求項１から９のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項１２】
第二の波長変換層をさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項１３】
前記第二の波長変換層が、前記第一の波長変換層中の前記少なくとも１つの発色団と同じであるまたは異なる少なくとも１つの発色団を含有する、請求項１２に記載の波長変換デバイス。
【請求項１４】
前記第一の波長変換層中の前記少なくとも１つの発色団が、有機色素である、請求項１から１３のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項１５】
前記第一の波長変換層中の前記少なくとも１つの発色団が、ペリレン色素、ベンゾトリアゾール色素、およびベンゾチアジアゾール色素からなる群より選択される、請求項１から１４のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項１６】
前記第一の波長変換層中の前記少なくとも１つの発色団が、式（Ｉ−ａ）または（Ｉ−ｂ）：
【化１】
2015513212.tif 000017
（これらの式中、
ｉは、０から１００の範囲の整数であり；
Ａ０およびＡｉは、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアルケニル（ａｌｋｙｅｎｙｌ）、場合により置換されているヘテロアルキル、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、場合により置換されているアミノ、場合により置換されているアミド、場合により置換されているシクロアミド、場合により置換されているシクロイミド、場合により置換されているアルコキシ、および場合により置換されているカルボキシ、および場合により置換されているカルボニルからなる群より各々独立して選択され；
Ａ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレン、ケトン、エステル、および
【化２】
2015513212.tif 000018
（この式中、Ａｒは、場合により置換されているアリール、または場合により置換されている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より選択され；およびＲ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレン、ケトンおよびエステルからなる群より選択され；またはＲ１およびＲ２は、環を形成するように互いに接続されていてもよい）
からなる群より選択され；
Ｄ１およびＤ２は、水素、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているアリールオキシ、場合により置換されているアシルオキシ、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、場合により置換されているアミノ、アミド、シクロアミド、およびシクロイミドからなる群より独立して選択されるが、ただし、Ｄ１およびＤ２が両方とも水素でないことを条件とし；ならびに
Ｌｉは、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアルキニレン、場合により置換されているアリーレン、および場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より独立して選択される）
によって表される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項１７】
前記第一の波長変換層中の前記少なくとも１つの発色団が、式（ＩＩ−ａ）または（ＩＩ−ｂ）：
【化３】
2015513212.tif 000019
（これらの式中、
ｉは、０から１００の範囲の整数であり；
Ａｒは、場合により置換されているアリール、または場合により置換されているヘテロアリールであり；
Ｒ４は、
【化４】
2015513212.tif 000020
または場合により置換されている環状イミドであり；
Ｒ１は、Ｈ、アルキル、アルケニル、アリール、ヘテロアリール、アラルキルおよびアルカリールからなる群より各々独立して選択され；
Ｒ３は、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアルケニル、場合により置換されているアリール、および場合により置換されているヘテロアリールからなる群より各々独立して選択され；またはＲ１およびＲ３は、環を形成するように互いに接続されていてもよく；
Ｒ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より選択され；
Ｄ１およびＤ２は、水素、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているアリールオキシ、場合により置換されているアシルオキシ、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、場合により置換されているアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群より各々独立して選択されるが、ただし、Ｄ１およびＤ２が両方とも水素でないことを条件とし；ならびに
Ｌｉは、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアルキニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より独立して選択される）
によって表される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項１８】
前記第一の波長変換層中の前記少なくとも１つの発色団が、式（ＩＩＩ−ａ）または（ＩＩＩ−ｂ）：
【化５】
2015513212.tif 000021
（これらの式中、
ｉは、０から１００の範囲の整数であり；
Ａ０およびＡｉは、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアルケニル、場合により置換されているヘテロアルキル、場合により置換されているアミド、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているカルボニル、および場合により置換されているカルボキシからなる群より各々独立して選択され；
各Ｒ５は、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているアリールオキシ、場合により置換されているアシルオキシ、およびアミノからなる群より独立して選択され；
Ａ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレン、ケトン、エステル、および
【化６】
2015513212.tif 000022
（この式中、Ａｒは、場合により置換されているアリールまたは場合により置換されている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より選択され；およびＲ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレン、ケトンおよびエステルからなる群より選択され；またはＲ１およびＲ２は、環を形成するように互いに接続されていてもよい）
からなる群より選択され；ならびに
Ｌｉは、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアルキニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より独立して選択される）
によって表される、請求項１から１７のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項１９】
前記第一の波長変換層中の前記少なくとも１つの発色団が、式（ＩＶ）：
【化７】
2015513212.tif 000023
（式中、
ｉは、０から１００の範囲の整数であり；
ＺおよびＺｉは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｓｅ−、−Ｔｅ−、−ＮＲ６−、−ＣＲ６＝ＣＲ６−、および−ＣＲ６＝Ｎ−からなる群より各々独立して選択され、前記Ｒ６は、水素、場合により置換されているＣ１−Ｃ６アルキル、または場合により置換されているＣ１−Ｃ１０アリールであり；ならびに
Ｄ１およびＤ２は、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているアリールオキシ、場合により置換されているアシルオキシ、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、場合により置換されているアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群より独立して選択され；
ｊは、０、１または２であり、およびｋは、０、１または２であり；
Ｙ１およびＹ２は、場合により置換されているアリール、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているシクロアルキル、場合により置換されているアルコキシ、および場合により置換されているアミノからなる群より独立して選択され；ならびに
Ｌｉは、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアルキニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より独立して選択される）
によって表される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項２０】
前記第一の波長変換層中の前記少なくとも１つの発色団が、式（Ｖ−ａ）および式（Ｖ−ｂ）：
【化８】
2015513212.tif 000024
（これらの式において、
式（Ｖ−ａ）中のＲ１およびＲ１’は、水素、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１０アルコキシ、Ｃ６−Ｃ１８アリール、およびＣ６−Ｃ２０アラルキルからなる群より各々独立して選択され；式（Ｖ−ａ）中のｍおよびｎは、各々独立して、１から５の範囲であり；ならびに式（Ｖ−ｂ）中のＲ２およびＲ２’は、Ｃ６−Ｃ１８アリールおよびＣ６−Ｃ２０アラルキルからなる群より各々独立して選択される）
によって表される、請求項１から１９のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項２１】
前記第一の波長変換層が、１つ以上の増感剤をさらに含有する、請求項１から２０のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項２２】
前記１つ以上の増感剤が、ナノ粒子、ナノ金属、ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、フラーレン、場合により置換されているフラーレン、場合により置換されているフタロシアニン、場合により置換されているペリレン、場合により置換されているポルフィリン、場合により置換されているテリレン、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項２１に記載の波長変換デバイス。
【請求項２３】
前記１つ以上の増感剤が、場合により置換されているＣ６０、場合により置換されているＣ７０、場合により置換されているＣ８４、場合により置換されている単層カーボンナノチューブ、および場合により置換されている多層カーボンナノチューブからなる群より選択される、請求項２２に記載の組成物。
【請求項２４】
前記１つ以上の増感剤が、フラーレンであり、該フラーレンが、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル、［６，６］−フェニル−Ｃ７１−酪酸メチルエステル、および［６，６］−フェニル−Ｃ８５−酪酸メチルエステルからなる群より選択される、請求項２３に記載の組成物。
【請求項２５】
前記増感剤を、前記組成物の総重量に基づき約０．０１重量％から約５重量％の範囲の量で含有する、請求項２１から２４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項２６】
前記第一の波長変換層が、１つ以上の可塑剤をさらに含有する、請求項１から２５のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項２７】
前記可塑剤が、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より選択される、請求項２６に記載の波長変換デバイス。
【請求項２８】
前記第一の波長変換層が、ＵＶ安定剤、酸化防止剤またはＵＶ吸収剤をさらに含有する、請求項１から２７のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項２９】
ガラスシート、除去可能なライナー、縁止めテープ、枠材、ポリマー材料、および接着層からなる群より各々選択される１つ以上の追加の層をさらに含む、請求項１から２８のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項３０】
前記ガラスプレートと前記第一の波長変換層の間に接着層をさらに含む、請求項１から２９のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項３１】
前記接着層が、アクリル樹脂、エチレン酢酸ビニル、またはポリウレタンを含有する、請求項３０に記載の波長変換デバイス。
【請求項３２】
前記接着層の厚みが、約１μｍと約１００μｍの間である、請求項３０または３１に記載の波長変換デバイス。
【請求項３３】
前記接着層の屈折率が、約１．４から約１．７の範囲である、請求項３０から３２のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項３４】
前記接着層の屈折率が、約１．４５から約１．５５の範囲である、請求項３３に記載の波長変換デバイス。
【請求項３５】
ＵＶ吸収剤を含有する追加のポリマー層をさらに含む、請求項１から３４のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項３６】
前記第一の波長変換層の厚みが、約１０μｍと約２ｍｍの間である、請求項１から３５のいずれかに記載の波長変換デバイス。
【請求項３７】
前記ガラスプレートが、低鉄ガラス、ホウケイ酸ガラス、またはソーダ石灰ガラスから選択される材料を含有する、請求項１から３６のいずれかに記載の波長変換デバイス。
【請求項３８】
前記ガラスプレートが、ＵＶ吸収剤をさらに含有する、請求項１から３７のいずれかに記載の波長変換デバイス。
【請求項３９】
前記ガラスプレートの厚みが、約５０μｍと約５ｍｍの間である、請求項１から３８のいずれかに記載の波長変換デバイス。
【請求項４０】
少なくとも１つの除去可能なライナーをさらに含む、請求項１から３９のいずれかに記載の波長変換デバイス。
【請求項４１】
前記除去可能なライナーが、前記第一の波長変換層、前記ガラスプレート、または両方に付着している、請求項４０に記載の波長変換デバイス。
【請求項４２】
前記除去可能なライナーが、プラスチックフィルムを含む、請求項４０または４１に記載の波長変換デバイス。
【請求項４３】
前記除去可能なライナーが、フルオロポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリブテン、ポリブタジエン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニルコポリマー、ポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔａｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）、ポリウレタン、エチレン−酢酸ビニル、グラシン紙、コート紙、ラミネート紙、布地、不織布シート、および金属箔からなる群より選択される、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項４４】
前記除去可能なライナーの厚みが、約１０μｍと約１００μｍの間である、請求項４０から４３のいずれか一項に記載の波長変換デバイス。
【請求項４５】
請求項１から４４のいずれかに記載の波長変換デバイスを形成する方法であって、
溶剤に溶解されたポリマー材料と少なくとも１つの発色団とを含有する溶液を配合する工程；
前記溶液をガラスプレートに直接スピンコーティングして波長変換層を得る工程；および
前記波長変換デバイスをオーブンで乾燥させることにより前記波長変換層から前記溶剤を除去する工程
を含む方法。
【請求項４６】
請求項１から４４のいずれかに記載の波長変換デバイスを形成する方法であって、
粉末ポリマー材料と１つ以上の発色団を混合して混合物を形成する工程；
押出機を使用して前記混合物を加熱して波長変換層を形成する工程；および
ラミネータを使用して前記波長変換層をガラスプレートに直接適用する工程
を含む方法。
【請求項４７】
太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスの性能を改善する方法であって、
請求項１から４４のいずれかに記載の波長変換デバイスを前記太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスの光入射面に直接適用する工程
を含む方法。
【請求項４８】
前記ソーラーパネルまたは太陽電池が、シリコン系デバイス、ＩＩＩ−ＶもしくはＩＩ−ＶＩ  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、および硫化カドミウム／テルル化カドミウム（ＣｄＳ／ＣｄＴｅ）薄膜デバイスからなる群より選択される少なくとも１つのデバイスを含有する、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
前記太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスの光入射面が、ガラスまたはポリマーを含有する、請求項４７から４８のいずれかに記載の方法。
【請求項５０】
接着層を使用して、前記ガラスプレートを太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスの光入射面に接着させる、請求項４６から４９のいずれかに記載の方法。
【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、２０１２年２月１日に出願された米国特許仮出願第６１／５９３，６８３号の優先権の恩典を主張するものである。前述の出願は、あらゆる目的のために参照により全面的に援用されている
【０００２】
本発明は、一般に、基板層上の波長変換層を含む波長変換デバイスに関する。本発明の実施形態は、太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスのための、ならびに波長変換を必要とする他のデバイスおよび用途のための波長変換層として有用である。
【背景技術】
【０００３】
太陽エネルギーの利用により、旧来の化石燃料に対する有望な代替エネルギー源が得られる。それ故、太陽エネルギーを電気に変換するデバイス、例えば、光起電力デバイス（太陽電池としても公知）は、近年、有意に注目されている。幾つかの異なるタイプの熟慮された光起電力デバイスが開発されている。例としては、シリコン系デバイス、ＩＩＩ−ＶもしくはＩＩ−ＶＩ  ＰＮ接合デバイス、銅−インジウム−ガリウム−セレン（Ｃｏｐｐｅｒ−Ｉｎｄｉｕｍ−Ｇａｌｌｉｕｍ−Ｓｅｌｅｎｉｕｍ：ＣＩＧＳ）薄膜デバイス、有機増感剤デバイス、有機薄膜デバイス、および硫化カドミウム／テルル化カドミウム（ＣｄＳ／ＣｄＴｅ）薄膜デバイスはもちろん、他のものもあげられる。これらのデバイスに関するさらに詳しい情報は、Ｌｉｎら、「Ｈｉｇｈ  Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌ  Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ／Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ  Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ」（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  ２０１１）などの文献の中で見つけることができる。しかし、多くの現行の光起電力デバイスの光電変換効力を、エネルギー生産が改善される結果となるように改善することができよう。
【０００４】
光起電力デバイスの効率の１つの改善法は、該デバイスへの波長ダウンシフトフィルムの適用である。幾つかの光起電力デバイスの欠陥は、それらが光の全スペクトルを有効に利用することができないことである。これらの光起電力デバイスにいて光を吸収するウインドウは、光に、それを電気に変換することができる光導電材料層を通過させるのではなく、光の一定の波長（典型的には、より短いＵＶ波長）を吸収する。したがって、一部の放射エネルギーは、そのデバイス自体に奪われる。より短い波長の光子を吸収してそれらをより好適なより長い波長で再び放出する（その後、それらの光子は、そのデバイス中の光導電層によって吸収され得る）波長ダウンシフトフィルムの適用は、電気へのより高い変換率を可能にする。
【０００５】
この現象は、薄膜ＣｄＳ／ＣｄＴｅおよびＣＩＧＳ太陽電池において観察されることが多く、前記太陽電池は、両方とも、ウインドウ層としてＣｄＳを用いる。これらの薄膜太陽電池の低コストおよび高効率は、近年、有意に注目されており、典型的な商用電池は、１０〜１６％の光電変換効率を有する。これらのデバイスに伴う１つの問題点は、ＣｄＳのエネルギーギャップ、おおよそ２．４１ｅＶ、であり、このエネルギーギャップに起因して、５１４ｎｍ未満の光は、それをエネルギーに変換することができる光導電層を通過するのではなく、ＣｄＳによって吸収される。光の全スペクトルを効率的に利用できないことが、前記デバイスの総合光電変換効率を低下させる。
【０００６】
光起電力デバイスの性能を改善するための波長ダウンシフト材料の利用を開示している非常に多くの報告書がある。例えば、米国特許出願公開第２００９／０１５１７８５号明細書は、波長ダウンシフト無機リン光材料を含有するシリコン系太陽電池を開示している。米国特許出願公開第２０１１／００１１４５５号明細書は、プラズモン層と、波長変換層と、光起電力層とを含む集積型太陽電池を開示している。米国特許第７，７９１，１５７号明細書は、量子ドット化合物を含有する波長変換層を有する太陽電池を開示している。米国特許出願公開第２０１０／０２９４３３９号明細書は、ルミネセンスダウンシフト材料を含有する集積型光起電力デバイスを開示しているが、実施形態例は作成されなかった。米国特許出願公開第２０１０／００１２１８３号明細書は、波長ダウンシフト光ルミネセンス媒体を有する薄膜太陽電池を開示しているが、実施例は提供されていない。米国特許出願公開第２００８／０２３６６６７号明細書は、無機蛍光粉末を含有する薄膜ポリマーの形態で作られた、向上したスペクトル変換フィルムを開示している。しかし、これらの開示の各々は、波長変換フィルムを太陽電池デバイスに適用するために特別なツールセットを必要とし得る、時間がかかり、時として複雑であり、かつ費用が嵩む技法を用いる。これらの技法としては、スピンコーティング、ドロップキャスティング、沈降、溶剤蒸発、化学蒸着、物理蒸着などがあげられる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
高い波長変換効率のために構成した材料を提供する。一部の実施形態において、前記材料は、太陽放射線の一部を、太陽エネルギー変換デバイスに使用可能な波長に変換するのに有用である。幾つかの実施形態は、ガラスプレート上の波長変換層を含むデバイスを提供する。かかるデバイスを、太陽電池、ソーラーパネルおよび光起電力デバイスに適用して、それらのデバイスの光入射面に適用したときに太陽光捕集効率を向上させるように構成ことができる。幾つかの実施形態において、前記デバイスは、ガラスプレート上の波長変換層を含み、該波長変換層は、透明ポリマーマトリックスおよび少なくとも１つの発色団を含有する。幾つかの実施形態において、前記発色団は、第一の波長を有する少なくとも１つの光子をインプットとして受け取り、その第一のものとは異なる第二の波長を有する少なくとも１つの光子をアウトプットとして与える。
【０００８】
本明細書に記載の、波長変換層とガラスプレートとを含む波長変換デバイスは、追加の層を含むことがある。例えば、前記波長変換デバイスは、前記ガラスプレートと波長変換層の間に接着層を含むことがある。幾つかの実施形態において、前記波長変換デバイスはまた、追加の保護層であって、前記波長変換層を保護するとともに前記波長変換層への酸素および水分浸透を防止するように設計されている保護層を、前記波長変換層の上に含むことがある。前記変換デバイスは、ＵＶ吸収剤を含有するポリマー層であって、有害な高エネルギー光子が前記波長変換層と接触するのを防止するように設計されているポリマー層をさらに含むことがある。加えて、前記構造体は、前記波長変換層、前記ガラスプレート、または両方に付着している１つ以上の除去可能なライナーを含むことがある。幾つかの実施形態において、前記除去可能なライナーは、前記構造体が、太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイス上に取り付けられるまで、光分解されないように保護するように設計されている。
【０００９】
本発明のもう１つの態様は、本明細書に記載する構造体を形成する方法であって、ａ）溶剤に溶解されたポリマー材料と少なくとも１つの発色団とを含有する溶液を配合する工程、ｂ）前記溶液をガラスプレートに直接スピンコーティングして波長変換層を得る工程、およびｃ）前記構造体をオーブンで乾燥させることにより前記波長変換層から前記溶剤を除去する工程による方法に関する。
【００１０】
本発明のもう１つの態様は、前記構造体を形成する方法であって、ａ）ポリマー材料と少なくとも１つの発色団との粉末混合物を配合する工程、ｂ）押出機を使用して前記混合物を加熱し、波長変換層を形成する工程、およびｃ）ラミネータを使用して前記波長変換層をガラスプレートに直接適用する工程による方法である。
【００１１】
本発明のもう１つの態様は、光起電力デバイス、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の改善する方法であって、本明細書に記載の構造体を前記デバイスの光入射面に適用する段階を含む方法に関する。様々なデバイス、例えば、シリコン系デバイス、ＩＩＩ−ＶもしくはＩＩ−ＶＩ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、または硫化カドミウム／テルル化カドミウム（ＣｄＳ／ＣｄＴｅ）薄膜デバイスの太陽光捕集効率を改善することができる。
【００１２】
波長変換層とガラスプレートとを含む前記構造体を、より小さい個々の太陽電池、またはソーラーパネル全体、に対応するために様々な長さおよび幅で提供することができる。幾つかの実施形態では、透明接着材を使用して、前記構造体を太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスの光入射面に接着させることがきる。
【００１３】
関連技術と比較して本発明の態様および達成される利点を要約するために、本発明の一定の目的および利点を本開示に記載する。もちろん、かかる目的または利点の必ずしもすべてが、本発明の任意の特定の実施形態に従って達成され得るとは限らないことは、理解されるはずである。したがって、例えば、本明細書において教示するような１つの利点または利点群を達成するまたは最適化するが、本明細書において教示または提案する他の目的または利点を必ずしも達成しない様式で、本発明を実施するまたは行うことができることは、当業者にはわかるであろう。
【００１４】
これらおよび他の実施形態を下でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ガラスプレート上の波長変換層を含む波長変換デバイスの実施形態を図示する。
【００１６】
【図２】図２は、ガラスプレート上の波長変換層を含み、前記波長変換層と前記ガラスプレートの間に接着層を有する、波長変換デバイスの実施形態を図示する。
【００１７】
【図３】図３は、ガラスプレート上の波長変換層を含み、前記波長変換層の上に保護層を有する、波長変換デバイスの実施形態を図示する。前記保護層は、前記波長変換層への酸素および水分浸透を防止するように構成されている。
【００１８】
【図４】図４は、ガラスプレート上の波長変換層を含み、前記波長変換層の上に保護層を有する、波長変換デバイスの実施形態を図示する。前記保護層は、有害な高エネルギー光子が前記波長変換層と接触するのを防止するＵＶ吸収剤を含有する。
【００１９】
【図５】図５は、ガラスプレート上の波長変換層を含み、前記波長変換層の上に除去可能なライナーを有する、波長変換デバイスの実施形態を図示する。幾つかの実施形態において、前記除去可能なライナーは、前記波長変換デバイスへの太陽光照射を防止する。
【００２０】
【図６】図６は、ガラスプレート上の波長変換層を含み、前記波長変換層の上に除去可能なライナーをおよび前記ガラスプレートの下に除去可能なライナーを有する、波長変換デバイスの実施形態を図示する。幾つかの実施形態において、前記除去可能なライナーは、前記波長変換デバイスへの太陽光照射を防止する。
【００２１】
【図７】図７は、ソーラーパネルに適用された、ガラスプレート上の波長変換層を含む波長変換デバイスの実施形態を図示する。幾つかの実施形態において、前記波長変換デバイスは、前記ソーラーパネルの太陽光捕集効率を向上させる。
【００２２】
【図８】図８は、ソーラーパネルに適用された、ガラスプレート上の波長変換層を含む波長変換デバイスの実施形態を図示する。幾つかの実施形態において、前記波長変換デバイスは、前記ソーラーパネルの太陽光捕集効率を向上させる。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
ガラスプレート上の波長変換層を含む波長変換デバイスを提供する。前記波長変換デバイスを太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスの光入射面に適用すると、その光電変換効率は向上される。本発明者らは、作製することおよび太陽電池の光入射面に適用することができる、基板プレート上の波長変換層を含む波長変換デバイスを発見した。幾つかの実施形態において、ガラスプレート上の波長変換層を含む本波長変換デバイスの適用は、太陽電池デバイスの太陽光捕集効率を向上させる。前記波長変換デバイスの一部の実施形態は、シリコン系デバイス、ＩＩＩ−ＶもしくはＩＩ−ＶＩ  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、色素増感デバイスなどをはじめとする、様々なタイプおよびサイズの太陽電池およびソーラーパネルに対応し得るように構成することができる、ガラスプレート上の波長変換層を含む。本発明の実施形態は、非晶質シリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池および結晶シリコン太陽電池に対応し得るように構成することができる、基板プレート上の波長変換層を含む。加えて、前記波長変換デバイスを、さらなるデバイスまたは現在存在するデバイス、既に稼働中のデバイスに適用することが可能である。一部の実施形態では、前記波長変換デバイスを、必要に応じて前記デバイスに合うようなカスタムサイズに切断するまたは製造することができる。
【００２４】
前記波長変換デバイスの幾つかの実施形態において、前記波長変換層は、ポリマーマトリックスを含む。一部の実施形態において、前記波長変換層のポリマーマトリックスは、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、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、非晶質ポリカーボネート、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より選択される物質から形成される。
【００２５】
前記波長変換デバイスの幾つかの実施形態において、前記ポリマーマトリックスは、１つのホストポリマーで作られていてもよく、ホストポリマーおよびコポリマーで作られていてもよく、または多数のポリマーで作られていてもよい。
【００２６】
好ましくは、前記波長変換層に使用するポリマーマトリックス材料は、約１．４から約１．７の範囲の屈折率を有する。幾つかの実施形態において、前記波長変換層に使用するポリマーマトリックス材料の屈折率は、約１．４５から約１．５５の範囲である。
【００２７】
上述の発色団は、苛酷な環境条件において現在利用可能な波長変換発色団より驚くほど安定であるため、太陽電池用途での使用に特に適している。この安定性により、これらの発色団は、太陽電池用の波長変換材料としてのそれらの使用が有利になる。かかる光安定性がなければ、これらの発色団は、分解して有効性を失うことになる。
【００２８】
好ましくは、前記少なくとも１つの発色団は、前記波長変換層のポリマーマトリックス中に、該ポリマーマトリックスに対する重量で約０．０１重量％から約１０重量％の範囲の量で存在する。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの発色団は、前記波長変換層のポリマーマトリックス中に、該ポリマーマトリックスに対する重量で約０．０１重量％から約３重量％の範囲の量で存在する。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの発色団は、前記波長変換層のポリマーマトリックス中に、該ポリマーマトリックスに対する重量で約０．０５重量％から約２重量％の範囲の量で存在する。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの発色団は、前記波長変換層のポリマーマトリックス中に、該ポリマーマトリックスに対する重量で約０．１重量％から約１重量％の範囲の量で存在する。
【００２９】
発色団化合物は、ルミネセンス色素または蛍光色素と呼ばれることがある化合物であって、特定の波長または波長範囲の光子を吸収して異なる波長または波長範囲でその光子を再び放出する化合物である。フィルム媒体に使用される発色団は、太陽光捕集デバイスの性能を大いに向上させることができる。しかし、かかるデバイスは、極端な環境条件に長期間、例えば２０年以上、曝露されることが多い。それ故、その発色団の長期間にわたる安定性の維持は重要である。幾つかの実施形態では、ワン・サン（ＡＭ１．５Ｇ）照射下で長期間、例えば２０，０００時間以上、分解が１０％未満である良好な光安定性を有する発色団化合物を、本明細書に記載するガラスプレート上の波長変換層を含む構造体に好ましくは使用する。
【００３０】
幾つかの実施形態では、前記発色団を、第一の波長の入射光子を異なる第二の波長に変換するように構成する。様々な発色団を使用することができる。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの発色団は、有機色素である。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの発色団は、ペリレン誘導体色素、ベンゾトリアゾール誘導体色素、ベンゾチアジアゾール誘導体色素、およびこれらの組み合わせから選択される。
【００３１】
一部の実施形態において、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、波長変換フィルムをはじめとする様々な用途において蛍光色素として有用である。前記式で示されるように、前記色素は、一部の実施形態では、ベンゾ複素環系を含有する。一部の実施形態では、ペリレン誘導体色素を使用することがある。本発明の範囲を限定しない、使用することができる化合物のタイプに関するさらなる詳細および例は、下で説明する。
【００３２】
本明細書において用いる場合、「電子供与体基」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と定義する。
【００３３】
「電子供与体リンカー」は、２つの２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール系を連結させてそれらのπ軌道の共役を生じさせることができる基であって、それらが接続される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ことまたは該電子密度に対する中和効果を有することもできる任意の基と定義する。
【００３４】
「電子受容体基」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と定義する。２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール系のＮ−２位での電子受容体基の置換。
【００３５】
用語「アルキル」は、分岐または直鎖の完全飽和非環式脂肪族炭化水素基（すなわち、二重または三重結合を含有しない、炭素および水素で構成されたもの）を指す。アルキルには、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、第三級ブチル、ペンチル、ヘキシル、およびこれらに類するものが含まれるが、それらに限定されない。
【００３６】
本明細書において用いる用語「ヘテロアルキル」は、１個以上のヘテロ原子を含有するアルキル基を指す。２個以上のヘテロ原子が存在するとき、それらは、同じであってもよいし、または異なってもよい。
【００３７】
本明細書において用いる用語「シクロアルキル」は、３から２０個の炭素原子を有する飽和脂肪族環系ラジカルを指し、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、およびこれらに類するものを含むが、それらに限定されない。
【００３８】
本明細書において用いる用語「アルケニル」は、炭素二重結合を含有する炭素原子数２から２０の一価直鎖または分岐鎖ラジカルを指し、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、およびこれらに類するものを含むが、それらに限定されない。
【００３９】
本明細書において用いる用語「アルキニル」は、炭素三重結合を含有する炭素原子数２から２０の一価直鎖または分岐鎖ラジカルを指し、１−プロピニル、１−ブチニル、２−ブチニル、およびこれらに類するものを含むが、それらに限定されない。
【００４０】
本明細書において用いる用語「アリール」は、１つの環であろうと、多数の縮合した環であろうと、単素環式芳香族ラジカルを指す。アリール基の例としては、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、およびこれらに類するものがあげられるが、それらに限定されない。さらなる例としては、次のものがあげられる：
【化１】
2015513212.tif 000003
【００４１】
本明細書において用いる用語「ヘテロアリール」は、１つの環であろうと、多数の縮合した環であろうと、１個以上のヘテロ原子を含有する芳香族基を指す。２個以上のヘテロ原子が存在するとき、それらは、同じであってもよいし、または異なってもよい。縮合環系の場合、前記１個以上のヘテロ原子は、それらの環のうちの１つだけに存在することもある。ヘテロアリール基の例としては、ベンゾチアジル、ベンゾオキサゾリル（ｂｅｎｚｏｘａｚｙｌ）、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、ピロリル、オキサゾリル、インドリル、チアジルおよびこれらに類するものがあげられるが、それらに限定されない。
【００４２】
本明細書において用いる用語「アルカリール」または「アルキルアリール」は、アルキル置換アリールラジカルを指す。アルカリールの例としては、エチルフェニル、９，９−ジヘキシル−９Ｈ−フルオレン、およびこれらに類するものがあげられるが、それらに限定されない。
【００４３】
本明細書において用いる用語「アラルキル」または「アリールアルキル」は、アリール置換アルキルラジカルを指す。アラルキルの例としては、フェニルプロピル、フェニルエチル、およびこれらに類するものがあげられるが、それらに限定されない。
【００４４】
本明細書において用いる用語「ヘテロアリール」は、１つの環であろうと、多数の縮合した環であろうと、１個以上の環原子がヘテロ原子である芳香族環系ラジカルを指す。２個以上のヘテロ原子が存在するとき、それらは、同じであってもよいし、または異なってもよい。縮合環系の場合、前記１個以上のヘテロ原子は、それらの環のうちの１つだけに存在することもある。ヘテロアリール基の例としては、ベンゾチアジル、ベンゾオキサゾリル（ｂｅｎｚｏｘａｚｙｌ）、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、およびこれらに類するものがあげられるが、それらに限定されない。置換および非置換ヘテロアリールのさらなる例としては、次のものがあげられる：
【化２】
2015513212.tif 000004
【００４５】
本明細書において用いる用語「アルコキシ」は、親分子に−−Ｏ−−連結によって共有結合されている直鎖または分岐鎖アルキルラジカルを指す。アルコキシ基の例としては、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−ブトキシおよびこれらに類するものがあげられるが、それらに限定されない。
【００４６】
本明細書において用いる用語「ヘテロ原子」は、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）、およびＯ（酸素）を指す。
【００４７】
本明細書において用いる用語「環状アミノ」は、環状部分における第二級または第三級アミンを指す。環状アミノ基の例としては、アジリジニル、ピペリジニル、Ｎ−メチルピペリジニル、およびこれらに類するものがあげられるが、それらに限定されない。
【００４８】
本明細書において用いる用語「環状イミド」は、２個のカルボニル炭素が炭素鎖によって接続されているラジカルにおけるイミドを指す。環状イミド基の例としては、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、およびこれらに類するものがあげられるが、それらに限定されない。
【００４９】
本明細書において用いる用語「アリールオキシ」は、親分子に−−Ｏ−−連結によって共有結合されているアリールラジカルを指す。
【００５０】
本明細書において用いる用語「アシルオキシ」は、Ｒ−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−を指す。
【００５１】
本明細書において用いる用語「カルバモイル」は、−ＮＨＣ（＝Ｏ）Ｒを指す。
【００５２】
本明細書において用いる用語「ケト」および「カルボニル」は、Ｃ＝Ｏを指す。
【００５３】
本明細書において用いる用語「カルボキシ」は、−ＣＯＯＲを指す。
【００５４】
本明細書において用いる用語「エステル」は、−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−を指す。
【００５５】
本明細書において用いる用語「アミド」は、−ＮＲＣ（＝Ｏ）Ｒ’を指す。
【００５６】
本明細書において用いる用語「アミノ」は、−ＮＲ’Ｒ”を指す。
【００５７】
本明細書において用いる場合、置換されている基は、非置換親構造から誘導され、該親構造における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。置換されている場合、置換基（単数または複数）は、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、および−ＯＣＦ３で場合により置換されている）、ジェミナルに結合しているシクロアルキル、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、および−ＯＣＦ３で場合により置換されている）、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ているアリール、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ている環状イミド、環状アミド、ＣＮ、−ＮＨＣ（＝Ｏ）−アルキル、−ＣＦ３、および−ＯＣＦ３で場合により置換されている）、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、および−ＯＣＦ３で場合により置換されている）、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、および−ＯＣＦ３で場合により置換されている）、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ている環状イミド、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、第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個々にかつ独立して選択される１つ以上の基である。置換基が「場合により置換されている」と記載されているときはいつでも、その置換基は、上記置換基で置換されている場合がある。
【００５８】
（式Ｉ−ａおよびＩ−ｂ）
一部の実施形態は、下記の構造の一方を有する発色団を提供する：
【化３】
2015513212.tif 000005
（これらの式中、Ｄ１およびＤ２は、電子供与基であり、Ｌｉは、電子供与体リンカーであり、ならびにＡ０およびＡｉは、電子受容体基である）。一部の実施形態において、１つより多くの電子供与体基が存在する場合、その他の電子供与体基は、別の電子供与体、水素原子、または別の中性置換基によって占有されていることがある。一部の実施形態において、Ｄ１、Ｄ２およびＬｉのうちの少なくとも１つは、それが結合している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。
【００５９】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂにおいて、ｉは、０から１００の範囲の整数である。一部の実施形態において、ｉは、０から５０、０から３０、０から１０、０から５、または０から３の範囲の整数である。一部の実施形態において、ｉは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である。
【００６０】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂにおいて、Ａ０およびＡｉは、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアルケニル、場合により置換されているヘテロアルキル、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、場合により置換されているアミノ、場合により置換されているアミド、場合により置換されている環状アミド、場合により置換されている環状イミド、場合により置換されているアルコキシ、および場合により置換されているカルボキシ、および場合により置換されているカルボニルからなる群より各々独立して選択される。
【００６１】
一部の実施形態において、Ａ０およびＡｉは、場合により置換されているヘテロアリール、場合により置換されているアリール、場合により置換されている環状イミド、場合により置換されているＣ１―８アルキル、および場合により置換されているＣ１―８アルケニルからなる群より各々独立して選択され；前記場合により置換されているヘテロアリールについての置換基は、アルキル、アリールおよびハロゲンからなる群より選択され；前記場合により置換されているアリールについての置換基は、−ＮＲ１−Ｃ（＝Ｏ）Ｒ２または場合により置換されている環状イミドであり、前記Ｒ１およびＲ３は、上で説明したとおりである。
【００６２】
一部の実施形態において、Ａ０およびＡｉは、各々独立して、−ＮＲ１−Ｃ（＝Ｏ）Ｒ２および場合により置換されている環状イミドからなる群より選択される部分で置換されているフェニルであり、前記Ｒ１およびＲ２は、上で説明したとおりである。
【００６３】
一部の実施形態において、Ａ０およびＡｉは、各々独立して、場合により置換されているヘテロアリールまたは場合により置換されている環状イミドであり、前記場合により置換されているヘテロアリールおよび場合により置換されている環状イミドについての置換基は、アルキル、アリールおよびハロゲンからなる群より選択される。一部の実施形態において、Ａ０およびＡｉの少なくとも一方は、場合により置換されているピリジニル、場合により置換されているピラジニル、場合により置換されているピリミジニル、場合により置換されているピラジニル、場合により置換されているトリアジニル、場合により置換されているキノリニル、場合により置換されているイソキノリニル、場合により置換されているキナゾリニル、場合により置換されているフタラジニル、場合により置換されているキノキサリニル、場合により置換されているナフチリジニル、および場合により置換されているプリニルからなる群より選択される。
【００６４】
他の実施形態において、Ａ０およびＡｉは、各々、場合により置換されているアルキルである。他の実施形態において、Ａ０およびＡｉは、各々、場合により置換されているアルケニルである。一部の実施形態において、Ａ０およびＡｉの少なくとも一方は、次のものからなる群より選択される：
【化４】
2015513212.tif 000006
（これらの式中、Ｒは、場合により置換されているアルキルである）。
【００６５】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂにおいて、Ａ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレン、ケトン、エステル、および
【化５】
2015513212.tif 000007
（この式中のＡｒは、場合により置換されているアリールまたは場合により置換されている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より選択され；およびＲ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレン、ケトン、およびエステルから選択され；またはＲ１およびＲ２は、環を形成するように互いに接続されていることがある）
からなる群より選択される。
【００６６】
一部の実施形態において、Ａ２は、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレン、および
【化６】
2015513212.tif 000008
（この式中、Ａｒ、Ｒ１およびＲ２は、上で説明したとおりである）
からなる群より選択される。
【００６７】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂにおいて、Ｄ１およびＤ２は、水素、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているアリールオキシ、場合により置換されているアシルオキシ、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、場合により置換されているアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群より各々独立して選択されるが、ただし、Ｄ１およびＤ２が両方とも水素でないことを条件とする。
【００６８】
一部の実施形態において、Ｄ１およびＤ２は、水素、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、およびアミノからなる群より各々独立して選択されるが、ただし、Ｄ１およびＤ２が両方とも水素でないことを条件とする。一部の実施形態において、Ｄ１およびＤ２は、水素、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、およびジフェニルアミノからなる群より各々独立して選択されるが、ただし、Ｄ１およびＤ２が両方とも水素でないことを条件とする。
【００６９】
一部の実施形態において、Ｄ１およびＤ２は、各々独立して、場合により置換されているアリールである。一部の実施形態において、Ｄ１およびＤ２は、各々独立して、アルコキシまたはアミノによって場合により置換されているフェニルである。他の実施形態において、Ｄ１およびＤ２は、水素、場合により置換されているベンゾフラニル、場合により置換されているチオフェニル、場合により置換されているフラニル、ジヒドロチエノジオキシニル、場合により置換されているベンゾチオフェニル、および場合により置換されているジベンゾチオフェニルから各々独立して選択されるが、ただし、Ｄ１およびＤ２が両方とも水素でないことを条件とする。
【００７０】
一部の実施形態では、場合により置換されているアリールおよび場合により置換されているヘテロアリールについての置換基を、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より選択することができる。
【００７１】
式Ｉ−ａおよびＩ−ｂにおいて、Ｌｉは、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアルキニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より独立して選択される。一部の実施形態において、Ｌｉは、場合により置換されているヘテロアリーレンおよび場合により置換されているアリーレンからなる群より選択される。
【００７２】
一部の実施形態において、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（ｃａｒｂｏｚｏｌｅ）−３，６−ジイル、９Ｈ−カルバゾール（ｃａｒｂｏｚｏｌｅ）−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−ジイルからなる群より選択され、前記各々の部分は、場合により置換されている。
【００７３】
（式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂ）
一部の実施形態は、下記の構造の一方を有する発色団を提供する：
【化７】
2015513212.tif 000009
（これらの式中、ｉは、０から１００の範囲の整数である）。一部の実施形態において、ｉは、０から５０、０から３０、０から１０、０から５、または０から３の範囲の整数である。一部の実施形態において、ｉは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である。
【００７４】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂにおいて、Ａｒは、場合により置換されているアリールまたは場合により置換されているヘテロアリールである。一部の実施形態において、２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール環系のＮ−２位におけるアミドまたは環状イミドで置換されたアリールは、予想外の改善された恩恵をもたらす。
【００７５】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂにおいて、Ｒ４は、
【化８】
2015513212.tif 000010
または場合により置換されている環状イミドであり；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より各々独立して選択され；Ｒ３は、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアルケニル、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリールからなる群より各々独立して選択され；またはＲ１およびＲ３は、環を形成するように互いに接続されていることがある。
【００７６】
一部の実施形態において、Ｒ４は、
【化９】
2015513212.tif 000011
からなる群より選択される、場合により置換されている環状イミドであり；これらの式中のＲ’は、各々、場合により置換されているアルキルまたは場合により置換されているアリールであり；およびＸは、場合により置換されているヘテロアルキルである。
【００７７】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂにおいて、Ｒ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より選択される。
【００７８】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂにおいて、Ｄ１およびＤ２は、水素、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているアリールオキシ、場合により置換されているアシルオキシ、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、場合により置換されているアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群より各々独立して選択されるが、ただし、Ｄ１およびＤ２が両方とも水素でないことを条件とする。
【００７９】
式ＩＩ−ａおよびＩＩ−ｂにおいて、Ｌｉは、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアルキニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より独立して選択される。
【００８０】
一部の実施形態において、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（ｃａｒｂｏｚｏｌｅ）−３，６−ジイル、９Ｈ−カルバゾール（ｃａｒｂｏｚｏｌｅ）−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−ジイルからなる群より選択され、前記各々の部分は、場合により置換されている。
【００８１】
（式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂ）
一部の実施形態は、下記の構造のうちの一方を有する発色団を提供する：
【化１０】
2015513212.tif 000012
式（ＩＩＩ−ａ）および（ＩＩＩ−ｂ）中の２Ｈ−ベンゾ［ｄ］［１，２，３］トリアゾール系のＮ−２位におけるアルキル基の置換とともにＣ−４およびＣ−７位における置換フェノールの置換は、予想外の改善された恩恵をもたらす。式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂにおいて、ｉは、０から１００の範囲の整数である。一部の実施形態において、ｉは、０から５０、０から３０、０から１０、０から５、または０から３の範囲の整数である。一部の実施形態において、ｉは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である。
【００８２】
式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂにおいて、Ａ０およびＡｉは、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアルケニル、場合により置換されているヘテロアルキル、場合により置換されているアミド、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているカルボニル、および場合により置換されているカルボキシからなる群より各々独立して選択される。
【００８３】
一部の実施形態において、Ａ０およびＡｉは、各々独立して、非置換アルキルであるか、−ＮＲＲ”、−ＯＲ−、−ＣＯＯＲ、−ＣＯＲ、−ＣＯＮＨＲ、−ＣＯＮＲＲ”、ハロ、および−ＣＮからなる群より選択される部分によって置換されているアルキルであり；前記Ｒは、Ｃ１−Ｃ２０アルキルであり、および前記Ｒ”は、水素またはＣ１−Ｃ２０アルキルである。一部の実施形態において、前記場合により置換されているアルキルは、場合により置換されているＣ１−Ｃ４０アルキルであってもよい。一部の実施形態において、Ａ０およびＡｉは、各々独立して、Ｃ１−Ｃ４０アルキルまたはＣ１−Ｃ２０ハロアルキルである。
【００８４】
一部の実施形態において、Ａ０およびＡｉは、各々独立して、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。
【００８５】
式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂにおいて、各Ｒ５は、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているアリールオキシ、場合により置換されているアシルオキシ、およびアミノからなる群より独立して選択される。一部の実施形態において、Ｒ５は、フェニル環のオルト位に結合していることもあり、および／またはパラ位に結合していることもある。一部の実施形態において、Ｒ５は、式ＯＣｎＨ２ｎ＋１（式中、ｎ＝１〜４０）によって表されるアルコキシであってもよい。一部の実施形態において、Ｒ５は、次の式によって表されるアリールオキシであってもよい：ＡｒＯまたはＯ−ＣＲ−ＯＡｒ（式中、Ｒは、アルキル、置換アルキル、アリール、またはヘテロアリールであり、およびＡｒは、任意の置換もしくは非置換アリール、または置換もしくは非置換ヘテロアリールである）。一部の実施形態において、Ｒ５は、式ＯＣＯＣｎＨ２ｎ＋１（式中、ｎ＝１〜４０）によって表されるアシルオキシであってもよい。
【００８６】
式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂにおいて、Ａ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレン、ケトン、エステル、および
【化１１】
2015513212.tif 000013
（この式中、Ａｒは、場合により置換されているアリールまたは場合により置換されている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より選択され；およびＲ２は、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレン、ケトンおよびエステルからなる群より選択され；またはＲ１およびＲ２は、環を形成するように互いに接続されていてもよい）
からなる群より選択される。
【００８７】
式ＩＩＩ−ａおよびＩＩＩ−ｂにおいて、Ｌｉは、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアルキニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より独立して選択される。
【００８８】
一部の実施形態において、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（ｃａｒｂｏｚｏｌｅ）−３，６−ジイル、９Ｈ−カルバゾール（ｃａｒｂｏｚｏｌｅ）−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−ジイルからなる群より選択され、前記各々の部分は、場合により置換されている。
【００８９】
（式ＩＶ）
一部の実施形態は、下記の構造を有する発色団を提供する：
【化１２】
2015513212.tif 000014
（式中、ｉは、０か１００の範囲の整数である）。一部の実施形態において、ｉは、０から５０、０から３０、０から１０、０から５、または０から３の範囲の整数である。一部の実施形態において、ｉは、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０である
【００９０】
式ＩＶにおいて、ＺおよびＺｉは、−Ｏ−、−Ｓ−、−Ｓｅ−、−Ｔｅ−、−ＮＲ６−、−ＣＲ６＝ＣＲ６−、および−ＣＲ６＝Ｎ−からなる群より各々独立して選択され、前記Ｒ６は、水素、場合により置換されているＣ１−Ｃ６アルキル、または場合により置換されているＣ１−Ｃ１０アリールである；および
【００９１】
式ＩＶにおいて、Ｄ１およびＤ２は、場合により置換されているアルコキシ、場合により置換されているアリールオキシ、場合により置換されているアシルオキシ、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているアリール、場合により置換されているヘテロアリール、場合により置換されているアミノ、アミド、環状アミド、および環状イミドからなる群より独立して選択され；ｊは、０、１または２であり、およびｋは、０、１または２である。一部の実施形態において、−Ｃ（＝Ｏ）Ｙ１および−Ｃ（＝Ｏ）Ｙ２基は、Ｄ１およびＤ２についての場合により置換されている部分の置換基（単数または複数）に結合していることがある。
【００９２】
式ＩＶにおいて、Ｙ１およびＹ２は、場合により置換されているアリール、場合により置換されているアルキル、場合により置換されているシクロアルキル、場合により置換されているアルコキシ、および場合により置換されているアミノからなる群より独立して選択され；および
【００９３】
式ＩＶにおいて、Ｌｉは、場合により置換されているアルキレン、場合により置換されているアルケニレン、場合により置換されているアルキニレン、場合により置換されているアリーレン、場合により置換されているヘテロアリーレンからなる群より独立して選択される。
【００９４】
一部の実施形態において、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（ｃａｒｂｏｚｏｌｅ）−３，６−ジイル、９Ｈ−カルバゾール（ｃａｒｂｏｚｏｌｅ）−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−ジイルからなる群より選択され、前記各々の部分は、場合により置換されている。
【００９５】
上記の式のいずれにおいても、Ｌｉに関して、電子リンカーは、共役電子系を表し、該共役電子系は、中性であることもあり、またはそれ自体が電子供与体としての役割を果たすこともある。一部の実施形態に関して、一部の例を下に提供する。これらは、追加の結合されている置換基を含有することもあり、しないこともある。
【化１３】
2015513212.tif 000015
【００９６】
（式Ｖ−ａおよびＶ−ｂ）
一部の実施形態は、次の一般式（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する：
【化１４】
2015513212.tif 000016
（これらの式において、式（Ｖ−ａ）中のＲ１およびＲ１’は、水素、Ｃ１−Ｃ１０アルキル、Ｃ３−Ｃ１０シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１０アルコキシ、Ｃ６−Ｃ１８アリール、およびＣ６−Ｃ２０アラルキルからなる群より各々独立して選択され；式（Ｖ−ａ）中のｍおよびｎは、各々独立して、１から５の範囲であり；ならびに式（Ｖ−ｂ）中のＲ２およびＲ２’は、Ｃ６−Ｃ１８アリールおよびＣ６−Ｃ２０アラルキルからなる群より各々独立して選択される）。一部の実施形態において、式（Ｖ−ｂ）上のシアノ基の一方がペリレン環の４位に存在する場合には、他方のシアノ基は、そのペリレン環の１０位に存在しない。一部の実施形態において、式（Ｖ−ｂ）上のシアノ基の一方がペリレン環の１０位に存在する場合には、他方のシアノ基は、そのペリレン環の４位に存在しない。
【００９７】
一部の実施形態において、Ｒ１およびＲ１’は、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より独立して選択される。一部の実施形態において、Ｒ１およびＲ１’は、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より各々独立して選択される。一部の実施形態において、Ｒ２およびＲ２’は、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より独立して選択される。一部の実施形態において、式（Ｖ−ａ）中の各ｍおよびｎは、独立して、１から４の範囲である。
【００９８】
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、国際公開第２０１２／０９４４０９号パンフレット（この内容は、それら全体が参照により本明細書に援用されている）に記載されているものなどの公知の方法によって作ることができる。
【００９９】
幾つかの実施形態において、前記波長変換層は、１つより多くの発色団、例えば、少なくとも２つの異なる発色団を含有する。前記構造体を付着させることになるソーラーモジュールに依存して、前記波長変換層中に多数の光安定性発色団を有することが望ましいことがある。例えば、約５００ｎｍ波長で最適な光電変換を有するソーラー・モジュール・システムでは、他の波長の光子を５００ｎｍ波長へと変換することによって、かかるシステムの効率を改善することができる。かかる場合、第一の発色団は、約４００ｎｍから約４５０ｎｍの範囲の波長を有する光子を約５００ｎｍの波長の光子に変換するように作用することができ、および第二の発色団は、約４５０ｎｍから約４７５ｎｍの範囲の波長を有する光子を約５００ｎｍの波長の光子に変換するように作用することができる。用いる発色団（単数または複数）に基づいて、特定の波長制御を選択することができる。
【０１００】
幾つかの実施形態では、同じ層内に、例えば前記波長変換層中などに、２つ以上の発色団を一緒に混入させる。幾つかの実施形態では、２つ以上の発色団を前記構造体内の別々の層または下層に配置する。例えば、前記波長変換層は、第一の発色団を含有し、および前記ガラスプレートと前記波長変換層の間の追加のポリマー下層は、第二の発色団を含有する。
【０１０１】
発色団は、上方変換性である場合もあり、または下方変換性である場合もある。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの発色団は、上方変換発色団であることがあり、これは、光子をより低エネルギー（長波長）からより高エネルギー（短波長）へと変換する発色団を意味する。上方変換色素としては、赤外（ＩＲ）領域内、≒９７５ｎｍ、の波長の光子を吸収して可視省域（４００〜７００ｎｍ）内で再び放出することが判っている希土類材料、例えば、Ｙｂ３＋、Ｔｍ３＋、Ｅｒ３＋、Ｈｏ３＋およびＮａＹＦ４をあげることができる。さらなる上方変換材料は、米国特許第６，６５４，１６１号および同第６，１３９，２１０号明細書に、ならびにＩｎｄｉａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、第３３巻、１６９−１７８頁（１９９５）に記載されており、前記参照資料は、それら全体が参照により本明細書に援用されている。幾つかの実施形態において、前記少なくとも１つの発色団は、ダウンシフト発色団であることがあり、これは、高エネルギー（短波長）の光子をより低エネルギー（長波長）へと変換する発色団を意味する。幾つかの実施形態において、前記ダウンシフト発色団は、上に記載したならびに米国特許仮出願第６１／４３０，０５３号、同第６１／４８５，０９３号、同第６１／５３９，３９２号、および同第６１／５６７，５３４号明細書に記載されているような、ペリレン、ベンゾトリアゾールまたはベンゾチアジアゾールの誘導体であり得る。幾つかの実施形態において、前記波長変換層は、上方変換発色団とダウンシフト発色団の両方を含有する。
【０１０２】
幾つかの実施形態において、前記構造体の波長変換層は、１つ以上の増感剤をさらに含有する。幾つかの実施形態において、前記増感剤は、ナノ粒子、ナノ金属、ナノワイヤまたはカーボンナノチューブを含む。幾つかの実施形態において、前記増感剤は、フラーレンを含む。幾つかの実施形態において、前記フラーレンは、場合により置換されているＣ６０、場合により置換されているＣ７０、場合により置換されているＣ８４、場合により置換されている単層カーボンナノチューブ、および場合により置換されている多層カーボンナノチューブからなる群より選択される。幾つかの実施形態において、前記フラーレンは、［６，６］−フェニル−Ｃ６１−酪酸メチルエステル、［６，６］−フェニル−Ｃ７１−酪酸メチルエステル、および［６，６］−フェニル−Ｃ８５−酪酸メチルエステルからなる群より選択される。幾つかの実施形態において、前記増感剤は、場合により置換されているフタロシアニン、場合により置換されているペリレン、場合により置換されているポルフィリン、および場合により置換されているテリレンからなる群より選択される。幾つかの実施形態において、前記構造体の波長変換層は、増感剤の組み合わせをさらに含有し、前記増感剤の組み合わせは、場合により置換されているフラーレン、場合により置換されているフタロシアニン、場合により置換されているペリレン、場合により置換されているポルフィリン、および場合により置換されているテリレンからなる群より選択される。
【０１０３】
幾つかの実施形態において、前記構造体の波長変換層は、前記増感剤を、その組成物の総重量に基づき約０．０１重量％から約５重量％の範囲の量で含有する。
【０１０４】
幾つかの実施形態において、前記構造体の波長変換層は、１つまたは多数の可塑剤をさらに含有する。幾つかの実施形態において、前記可塑剤は、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なる群より選択される。
【０１０５】
前記構造体の、幾つかの実施形態において、前記ガラスプレートは、低鉄ガラス、ホウケイ酸ガラス、またはソーダ石灰ガラスから選択される組成物を含有し得る。前記ガラスプレートの厚みが、約５０μｍと約５ｍｍの間である、請求項１から３６のいずれかに記載の構造体。前記構造体の、幾つかの実施形態において、前記ガラスプレートの組成物は、前記太陽電池への有害な高エネルギー放射を遮断するための強力なＵＶ吸収剤をさらに含有することもできる。
【０１０６】
前記構造体の、幾つかの実施形態では、追加の材料または層、例えば、ガラス・トップ・シート、除去可能なライナー、縁止めテープ、枠材、ポリマー材料、または前記システムに追加の層を接着するための接着層を使用することがある。幾つかの実施形態において、前記構造体は、ＵＶ吸収剤を含有する追加のポリマー層をさらに含む。
【０１０７】
前記構造体の、幾つかの実施形態において、前記波長変換層の組成物は、ＵＶ安定剤、酸化防止剤、または吸収剤をさらに含有する。幾つかの実施形態において、前記波長変換層の厚みは、約１０μｍと約２ｍｍの間である。
【０１０８】
幾つかの実施形態において、前記構造体は、接着層をさらに含む。幾つかの実施形態において、接着層は、前記波長変換層を前記ガラスプレートに接着する。幾つかの実施形態において、接着層は、前記ガラスプレートを前記太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスの光入射面に接着する。幾つかの実施形態では、接着層を使用して、追加の層、例えば、除去可能なライナーまたはポリマーフィルムを前記構造体に接着する。様々なタイプの接着材を使用することができる。幾つかの実施形態において、前記接着層は、ゴム、アクリル樹脂、シリコーン、ビニルアルキルエーテル、ポリエステル、ポリアミド、ウレタン、フッ素、エポキシ、エチレン酢酸ビニル、およびこれらの組み合わせからなる群より選択される物質を含有する。前記接着材は、永久的なものである場合もあり、または非永久的なものである場合もある。幾つかの実施形態において、前記接着層の厚みは、１μｍと１００μｍの間である。幾つかの実施形態において、前記接着層の屈折率は、約１．４から約１．７の範囲である。
【０１０９】
ガラスプレート上の波長変換層を含む前記構造体は、追加の層も含むことがある。例えば、追加のポリマーフィルム、または接着層を含めることができる。幾つかの実施形態において、前記構造体は、高エネルギー照射を遮断して前記発色団化合物の光分解を防止するように作用することができる、ＵＶ吸収剤を含有する追加のポリマー層をさらに含む。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、他の層を含めることもできる。例えば、前記構造体は、吸収および波長変換後にソーラー・モジュール・デバイスの光電変換層から遠ざかる方向に発色団から再び放出されることが多い光子の環境への損失を減少させることによって前記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ているマイクロ構造層をさらに有することができる（参照により本明細書に援用されている米国特許仮出願第６１／５５５，７９９号明細書を参照されたし）。前記表面上の様々なマイクロ構造（すなわち、角錐または円錐）を有する層は、前記デバイスの光電変換層内への光子の内部反射および屈折を増加させて、前記デバイスの太陽光捕集効率をさらに向上させることができる。前記感圧接着型の波長変換テープに追加の層を組み込むこともできる。
【０１１０】
ガラスプレート上の波長変換層を含む前記構造体は、１つ以上の除去可能なライナーをさらに含むことがあり、前記除去可能なライナー（単数または複数）は、前記波長変換層上に貼りつけられていることがあり、接着および／または前記ガラスプレート上に貼りつけられていることがあり、ならびに前記構造体が太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスに取り付けられると適宜除去される。幾つかの実施形態では、前記除去可能なライナー（単数または複数）を、前記波長変換層を保護するように設計することができる。幾つかの実施形態では、前記除去可能なライナー（単数または複数）を前記構造体への光子透過を防止するように設計することができるので、前記波長変換層の光分解は、前記ライナーを除去するまで起こり得ない。本発明において使用する除去可能なライナーは、除去可能なライナーとしてこれまで使用されてきた部材から、一切の特別な制限なく、適宜選択することができる。前記除去可能なライナーの具体的な例としては、プラスチックフィルム、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートおよびポリエステルフィルム；紙製品、例えば、グラシン紙、コート紙、およびラミネート紙製品；多孔質材料シート、例えば、布地および不織布シート；ならびに様々な薄い物体、例えば、ネット、発泡シート、金属箔、およびそれらのラミネートがあげられる。前記プラスチックフィルムのいずれか１つを好ましくは使用する。表面平坦性および平滑性が優れているからである。前記フィルムは、そのフィルムが前記構造体を保護することができれば、いずれの特別な種類にも限定されない。幾つかの実施形態において、前記除去可能なライナーは、フルオロポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリブテン、ポリブタジエン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニルコポリマー、ポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔａｌｙｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔａｌａｔｅ）、ポリウレタン、エチレン・酢酸ビニル、グラシン紙、コート紙、ラミネート紙、布地、不織布シート、または金属箔から選択される材料からなる。幾つかの実施形態において、前記除去可能なライナーの厚みは、約１０μｍと約１００μｍの間である。
【０１１１】
幾つかの実施形態では、ガラスプレート上の波長変換層を含む構造体であって、前記波長変換層が少なくとも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有するものである構造体を、先ずは前記発色団／ポリマー溶液を液体またはゲルの形態で合成する工程、標準的な塗布方法、例えば、スピンコーティングまたはドロップキャスティングを用いて前記発色団／ポリマー溶液をガラスプレートに塗布する工程、その後、その配合設計により決まるように前記発色団／ポリマー溶液を固体形態に硬化させる工程（すなわち、熱処理、ＵＶ曝露など）によって形成する。
【０１１２】
もう１つの実施形態では、ガラスプレート上の波長変換層を含む構造体であって、前記波長変換層が少なくとも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有するものである構造体を、先ずは発色団／ポリマー薄膜を合成する工程、そしてその後、光学的に透明な光安定性接着材および／またはラミネータを使用して前記発色団／ポリマー薄膜を前記ガラスプレートに接着する工程によって形成する。
【０１１３】
図１に示すような一部の実施形態において、前記構造体は、ガラスプレート１０１上の波長変換層１００を含み、前記波長変換層は、透明ポリマーマトリックスおよび少なくとも１つの発色団を含有する。
【０１１４】
図２に示すような一部の実施形態において、前記構造体は、ガラスプレート１０１上の波長変換層１００を含み、前記波長変換層と前記ガラスプレートの間に接着層１０２をさらに含み、前記波長変換層は、ポリマーマトリックスおよび少なくとも１つの発色団を含有する。
【０１１５】
図３に示すような一部の実施形態において、前記構造体は、ガラスプレート１０１上の波長変換層１００を含み、前記波長変換層への酸素および水分浸透を防止するように設計された保護ポリマー層１０３をさらに含み、前記波長変換層は、ポリマーマトリックスおよび少なくとも１つの発色団を含有する。
【０１１６】
図４に示すような一部の実施形態において、前記構造体は、ガラスプレート１０１上の波長変換層１００を含み、高エネルギー光子が前記波長変換層と接触するのを防止するように設計されたＵＶ吸収剤１０４をさらに含有する保護ポリマー層１０３をさらに含み、前記波長変換層は、ポリマーマトリックスおよび少なくとも１つの発色団を含有する。
【０１１７】
図５に示すような一部の実施形態において、前記構造体は、ガラスプレート１０１上の波長変換層１００を含み、前記波長変換層の上にそれが光分解しないように保護するための除去可能なライナー１０５をさらに含む。前記構造体を太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスに取り付ける直前にまたは取り付けた後に前記除去可能なライナーを除去して、光子による前記デバイスの通過を可能にすることができる。
【０１１８】
図６に示すような一部の実施形態において、前記構造体は、ガラスプレート１０１上の波長変換層１００を含み、除去可能なライナー１０５を前記波長変換層の上に、およびそれが光分解しないように保護するために前記ガラスプレートの下にさらに含む。前記構造体を太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスに取り付ける直前にまたは取り付けた後に前記除去可能なライナーを除去して、光子による前記デバイスの通過を可能にすることができる。
【０１１９】
本発明のもう１つの態様において、太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスの性能を改善する方法は、本明細書に開示する、ガラスプレート上の波長変換層を含む構造体を、太陽電池、ソーラーパネルまたは光起電力デバイスに適用することを含む。前記方法の幾つかの実施形態では、ロールラミネータを使用して前記構造体を前記太陽電池、ソーラーパネルもしくは光起電力デバイスに適用する。幾つかの実施形態では、透明な光安定性接着材を使用して前記構造体を前記太陽電池、ソーラーパネルもしくは光起電力デバイスに適用する。デバイス、例えば、シリコン系デバイス、ＩＩＩ−ＶまたはＩＩ−ＶＩ  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、または硫化カドミウム／テルル化カドミウム（ＣｄＳ／ＣｄＴｅ）薄膜デバイスを改善することができる。前記方法の幾つかの実施形態において、前記ソーラーパネルは、硫化カドミウム／テルル化カドミウムを含有する、少なくとも１つの光起電力デバイスまたは太陽電池を含有する。幾つかの実施形態において、前記光起電力デバイスまたは太陽電池は、銅インジウムガリウム二セレン化物太陽電池を含む。幾つかの実施形態において、前記光起電力デバイスまたは太陽電池は、ＩＩＩ−ＶまたはＩＩ−ＶＩ  ＰＮ接合デバイスを含む。幾つかの実施形態において、前記光起電力デバイスまたは太陽電池は、有機増感剤デバイスを含む。幾つかの実施形態において、前記光起電力デバイスまたは太陽電池は、有機薄膜デバイスを含む。幾つかの実施形態において、前記光起電力デバイスまたは太陽電池は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池を含む。幾つかの実施形態において、前記光起電力デバイスまたは太陽電池は、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）太陽電池を含む。幾つかの実施形態において、前記光起電力デバイスまたは太陽電池は、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）太陽電池を含む。
【０１２０】
図７および図８に示すような一部の実施形態では、ガラスプレート１０１上の波長変換層１００を含む前記構造体を、封止材１０８中に配列された多数の太陽電池１０７を含むソーラーパネル１０６に適用する。前記構造体は、前記ソーラーパネルの太陽光捕集効率を向上させる。
【０１２１】
この本発明の目的は、太陽電池、光起電力デバイス、ソーラーモジュールおよびソーラーパネルへの適用に適し得る、ガラスプレート上の波長変換層を含む構造体を提供することである。この構造体を使用することにより、改善された光変換効率を期待することができる。
【０１２２】
ガラスプレート上の波長変換層を含む前記構造体を形成するための合成方法は限定されないが、スキーム１およびスキーム２として説明する合成手順例に従うことができ、それらを下で詳述する。
【０１２３】
（スキーム１：ＷＬＣ層を形成するための湿式加工処理一般手順）
幾つかの実施形態では、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有する波長変換層１００をガラスプレート上に作製する。前記波長変換層を、（ｉ）ポリマー粉末を溶剤、例えば、テトラクロロエチレン（ＴＣＥ）、シクロペンタノン、ジオキサンなどに所定の比率で溶解してポリマー溶液を調製する工程；（ｉｉ）前記ポリマー溶液と発色団を所定の重量率で混合して発色団含有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する工程、（ｉｉｉ）前記発色団含有ポリマー溶液をガラスプレート上に直接キャストし、その後、その基板を２時間、室温から１００℃まで加熱処理し、１３０℃で一晩のさらなる真空加熱により残存溶剤を完全に除去することによって発色団／ポリマーフィルムを形成する工程により作製し、および（ｉｖ）前記発色団／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層厚を０．１μｍ〜１ｍｍに制御することができる。
【０１２４】
（スキーム２：ＷＬＣ材料を形成するための乾式加工処理一般手順）
幾つかの実施形態では、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有する波長変換層１００をガラスプレート上に作製する。前記波長変換層を、（ｉ）ポリマー粉末またはペレットと発色団粉末を所定の比率でミキサーにより一定の温度で混合する工程；（ｉｉ）前記混合物を１〜８時間の間の時間、一定の温度で脱気する工程；（ｉｉｉ）押出機を使用して層を形成する工程によって作製し；（ｖ）前記押出機がその層厚を１μｍ〜１ｍｍに制御する。
【０１２５】
前記波長変換層を形成されたら、それを前記ガラスプレートに、光学的に透明な光安定性接着材を使用して接着することができる。
【０１２６】
関連技術と比較して本発明の態様および達成される利点を要約するために、本発明の一定の目的および利点を本開示に記載する。もちろん、かかる目的または利点の必ずしもすべてが、本発明の任意の特定の実施形態に従って達成され得るとは限らないことは、理解されるはずである。したがって、例えば、本明細書において教示するような１つの利点または利点群を達成するまたは最適化するが、本明細書において教示または提案する他の目的または利点を必ずしも達成しない様式で、本発明を実施するまたは行うことができることは、当業者にはわかるであろう。
【０１２７】
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であろう。
【実施例】
【０１２８】
本発明を制限することを意図したものではない好ましい実施形態に関して、実施形態を説明することにする。本開示の中で列挙する置換基は、別段の指定がない限り、さらに置換されている基と非置換の基の両方を含む。さらに、本開示の中で条件および／または構造体が指定されていない場合、当業者は、常例的実験として、本開示にかんがみて、かかる条件および／または構造体を容易に規定することができる。
【０１２９】
ａ）発色団化合物の合成
前記ダウンシフト発色団化合物は、米国特許仮出願第６１／４３０，０５３号、同第６１／４８５，０９３号、同第６１／５３９，３９２号、および同第６１／５６７，５３４号明細書に記載されている方法に従って合成することができる。
【０１３０】
ｂ）ガラスプレート上のＷＬＣの湿式プロセス合成
幾つかの実施形態では、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有する波長変換層１００をガラスプレート上に作製する。前記波長変換層を、（ｉ）ポリマー粉末をシクロペンタノンに溶解して２０重量％ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）（Ａｌｄｒｉｃｈ、受け取ったまま使用）ポリマー溶液を調製する工程；（ｉｉ）前記ＰＶＢポリマー溶液と合成された発色団を０．３重量％の重量比（発色団／ＰＶＢ）で混合して発色団含有ポリマー溶液を得ることによって、ＰＶＢマトリックスを含有する発色団溶液を調製する工程、（ｉｉｉ）前記発色団含有ポリマー溶液をガラスプレート上の直接キャストし、その後、その基板を２時間、室温から１００℃まで加熱処理し、１３０℃で一晩のさらなる真空加熱により残存溶剤を完全に除去することによって発色団／ポリマーフィルムを形成する工程、および（ｉｖ）使用前に、水中で前記発色団／ポリマーフィルムを剥がし、その後、自立ポリマー層を乾燥させる工程によって作製する。前記フィルムを乾燥させた後、それをホットプレスして、〜２５０μｍ厚の波長変換層にする。
【０１３１】
ｃ）太陽電池への構造体の適用
次に、幾つかの実施形態では、図７に示す構造に類似して波長変換層を前面として有するように、ラミネータを使用して、ガラスプレート上の波長変換フィルムを含む前記構造体を真空下、１３０℃で商用結晶シリコン太陽電池上にラミネートする。
【０１３２】
ｄ）効率向上の測定
太陽電池光電変換効率をＮｅｗｐｏｒｔ  ４００Ｗフルスペクトル・ソーラー・シミュレータ・システムによって測定した。光の強度を２ｃｍ×２ｃｍ校正済み基準単結晶シリコン太陽電池によってワン・サン（ＡＭ１．５Ｇ）に調整した。その後、その結晶シリコン太陽電池のＩ−Ｖ特性評価を同じ照射下で行った。その効率を、前記シミュレータにインストールされているＮｅｗｐｏｒｔソフトウェアプログラムによって計算する。その電池のスタンドアロン効率の判定後、ガラスプレート上の波長変換層を含む前記構造体での前記電池の向上を測定する。前記結晶シリコン太陽電池の光入射アクティブウインドウの同じ形状およびサイズに前記構造体を切断し、上で説明した方法を用いて前記結晶シリコン太陽電池の光入射側ガラス基板に適用した。
【０１３３】
付着フィルムでの前記太陽電池の効率向上を、次の方程式を用いて決定した。
【０１３４】
効率向上＝（η電池＋フィルム−η電池）／η電池  ＊  １００％
【０１３５】
適用する構造体での効率向上は、前記波長変換フィルムに使用する発色団に依存する。一部の実施形態において、ガラスプレート上の波長変換フィルムを含む前記構造体の適用での前記結晶シリコン太陽電池の効率向上は、２％より大きい。一部の実施形態において、前記効率向上は、４％より大きい。一部の実施形態において、前記効率向上は、５％より大きい。
【０１３６】
〔実施例２〕
実施例２は、下で詳述するように乾式加工処理法を用いて波長変換層を作製したことを除き、実施例１工程ａ〜ｄに与えたのと同じ手順に従った。
【０１３７】
ｂ）ガラスプレート上のＷＬＣの乾式プロセス合成
幾つかの実施形態では、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有する波長変換層１００を、乾式加工処理法を用いてガラスプレート上に作製する。
【０１３８】
前記波長変換層を、（ｉ）ミキサーの中でＰＶＢ粉末と発色団を０．３重量％の所定の比率で、１７０℃で混合する工程；（ｉｉ）前記混合物を１〜８時間の間の時間、１５０℃で脱気する工程；（ｉｉｉ）その後、１２０℃で押出機またはホットプレスを使用して前記層を形成する工程によって作製する；（ｉｖ）層厚は２５０μｍであり、それを前記押出機によって制御した。前記波長変換層を形成したら、ラミネータを使用してその層を≒３ｍｍ厚ガラスプレートにラミネートする。
【０１３９】
実施例２の構造体の効率向上もまた、前記波長変換フィルムに使用する発色団に依存する。一部の実施形態において、ガラスプレート上の波長変換フィルムを含む前記構造体の適用での前記結晶シリコン太陽電池の効率向上は、２％より大きい。一部の実施形態において、前記効率向上は、４％より大きい。一部の実施形態において、前記効率向上は、５％より大きい。
【０１４０】
この本発明の目的は、太陽電池、光起電力デバイス、ソーラーモジュールおよびソーラーパネルの光入射面への直接適用に適し得る、ガラスプレート上の波長変換層を含む構造体を提供することである。上の実施例によって例証されるように、この構造体の使用は、太陽電池光捕集効率を改善する。
【０１４１】
関連技術と比較して本発明の態様および達成される利点を要約するために、本発明の一定の目的および利点を本開示に記載する。もちろん、かかる目的または利点の必ずしもすべてが、本発明の任意の特定の実施形態に従って達成され得るとは限らないことは、理解されるはずである。したがって、例えば、本明細書において教示するような１つの利点または利点群を達成するまたは最適化するが、本明細書において教示または提案する他の目的または利点を必ずしも達成しない様式で、本発明を実施するまたは行うことができることは、当業者にはわかるであろう。
【０１４２】
本発明の精神から逸脱することなく非常に多数のおよび様々な変更を加えることができることは、当業者には理解されるであろう。したがって、本発明の前記形態が、例示に過ぎず、本発明の範囲を制限するためのものではないことは、明確に理解されるはずである。
【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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【国際調査報告】
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