Матеріал люмінесцентного сонячного концентратору

УКРАЇНА 09) UA 01) (ІЗ) (5і)5 С 09 К 9/02, С 09 В 23/06 ОПИСДО ПАТЕНТУ ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД (54) МАТЕРІАЛ ЛЮМІНЕСЦЕНТНОГО СОНЯЧНОГО КОНЦЕНТРАТОРУ 1 (20)94270933,22.04.93 (21)4868452/05 * (22)24.09.90, SU (46)29.12.94. Бюл. № 8-І (56) Левин М.Б. и др. - ЖПХ, 1987, т. 46, fsfc 3. с. 432-437. Комаров И.В. и др. - ЖОХ: 1989, т. 59 № 10, с. 2356-2361 (прототип). (71) Інститут органічної хімії АН УРСР, Інститут хімії високомолекулярних сполук АН УРСР, Кубанський державний університет (72) Дерев'янко Надія Олексіївна, Добро Людмила Федорівна, іщенко Олександр Олександрович, Карабанова Людмила Василівна, Луцик Олена Дмитрівна, Муравйова Тетяна Михайлівна, Попов Віктор Васильович, Сергеева Людмила Михайлівна (73) Інститут органічної хімії АН України (UA) (57) Материал люминесцентного солнечного концентратора на основе красителя в полимере, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он содержит в качестве красителя тетрафторборат ІДЗ-триметил-гІЗ-С^З-дигидро-ІДЗтриметил-2Н-2-индолилиден)-1-пропенил] -ЗН-индолия, а в качестве полимера - полиуретан при следующем соотношении компонентов (мае. %): Изобретение относится к окрашенным полимерам, в частности к новому материалу на основе цианинового красителя тетрэфторбората 1,3,3-триметил-2-{3-(1-3-дигидро1,3,3-триметил-2Н-2-индолилиден)-1-пропенил]- ЗН-индолия и полиуретана. Этот материал может быть использован в гелиоэнергетике в качестве люминесчетного солнечного концентратора (ЛСК) для повышения мощности электрического тока, генерируемого фотоэлектрическими преобразователями (ФЭП) солнечных батарей. В настоящее время во всем мире к ФЭП проявляется большой интерес. Особенно популярны кремниевые ФЭП. На их основе создаются солнечные батареи и гелиоэнергетические станции, работающие на наибо лее экологически чистой и дешевой солнечной энергии. Более широкое развитие гелиоэнергетики в мире сдерживается пока еще низкой эффективностью преобразования солнечной энергии в электрическую ФЭПами. Для повышения эффективности ФЭП используют их в контакте с ЛСК, Роль последних сводится к усилению светового потока, падающего на ФЭП, что приводит к увеличению мощности вырабатываемого им электрического тока. Важнейшей характеристикой ЛСК является коэффициент энергетической концентрации Сэ, показывающий, во сколько раз возрастает мощность электрического тока на выходе'ФЭЛ при его контакте с ЛСК Известны ЛСК на основе неорганических стекол, содержащих редкоземельные тетрафторборат 1,3,3-триметил-2[ЗЧ1,3-дигидро-1,3,3триметил-2Н-2-индолилиден)-1-пропенил) -ЗНиндолия 0,005-0,3 полиуретан остальное. о со 6803 .2+ .3+ ионы (Eu^, Sm*+, Nd 3 + , yb3+) и их смеси. У этих стекол величину Сэудэлось повысить до 3,5. Однако такое повышение недостаточно для их широкого практического применения. Кроме того, технология изготовления 5 упомянутых стекол сложна, что делает их труднодоступными и дорогостоящими. Более доступными и дешевыми являются ЛСК на основе полимерных матриц, окрашенных органическими люминофорами. 10 Такие материалы по технической сущности близки к заявляемому материалу. Лучшие результаты для кремниевых ФЭП дает материал на основе красителя родамина 6Ж (Р6Ж), введенного в полиметилметакрилат 15 (ПММА). Он позволил повысить Сэ до 4,5. Однако величина этого коэффициента все же недостаточна дня широкого практического применения ЛСК на основе РбЖ. Примерз. Окрашенный полиуретан ПУ-3. К20 г (49,999 мае %)полиоксипропиленгликолч прибавляют раствор0,0008 г(0,002 мас.%) красителя в 35 мл смеси сухого хлористого метилена и очищенного ацетонитрила в соотношении 2:1, размешивают 3-5 мин до образования прозрачного раствора. Добавляют 20 г {49,999 мас.%) аддукта триметилолпропана с толуилендиизоцианатом и далее как в примере 1. П р и м е р 4. Окрашенный полиуретан ПУ-4. К 20 г (49,999 мас.%) олигодиэтиленадипината прибавляют раствор 0,0008 г (0,002 мас.%) красителя в 35 мл смеси сухого хлористого метилена и очищенного ацетонитрила в соотношении 2:1, размешивают 3-5 мин до образования прозрачного раствора. Целью настоящего изобретения являет- 20 Добавляют 20 г (49,999 мас.%) аддукта трися создание нового материала ЛСК для увеметилолпропана с толуилендиизоцианатом личения коэффициента энергетической и далее как в примере 1. концентрации П р и м е р5. Указанная цель достигается введением Окрашенный полиуретан ПУ-5. цианинового красителя тотрафторбората 25 К 20 г (49,999 мас.%) макродиизоциана1,3,3-триметил-2-{3-(1,3-дигидро-1,3,3-три-, та прибавляют раствор 0,0008 г (0,002 метил-2Н-2-индолилиден}-1- пропенил]-ЗНмас.%) красителя в 35 мл смеси сухого хлоиндолия(ТТД1) в полиуретан в соотношении ристого метилена и очищенного ацетонитингредиентов (мас.%): краситель 0,005-0,3, рила в соотношении 2:1, размешивают 3-5 полиуретан - остальное. 30 мин до образования прозрачного раствора. Сущность изобретения иллюстрируется Добавляют 20т (49,999 мас.%)триметилолпследующими примерами. р^ііана и далее как в примере 1. П р и м е р 1. Примере. Окрашенный полиуретан ПУ-1. Окрашенный ПММА. К 20 г (49,999 мас.%) сополимера окиси 35 В 40 г метилметакрилата (99,998 мас.%) пропилена с тетрагидрофураном прибавлярастворяютО,0008г(0,002мас.%)красителя. ют раствор красителя 0,0008 г (0,002 мас.%) Смесь заливается в плоскопарзллельнуго в 35 мл смеси сухого хлористого метилена и форму из силикатного стекла и полимеризуочищенного ацетонитрила в соотношении ется при 50°С в течение 12 ч, затем при 2:1, размешивают 3-5 мин до образования 40 115°С в течение 1 ч. После этого окрашенпрозрачного раствора. Добавляют 20 г ный полимер отделяется от стекла. (49,999 мас.%) полиизоцианата и перемешиОкрашенные полимеры с большей конвают до образования гомогенного раствоцентрацией красителей получались аналора. После чего выливают в гично примерам 1-6. Для достижения ллоскопараллельную форму из силикатного 45 концентрации красителя как ТТД1, так и стекла площадью 484 см2. Сушат на воздухе Р6Ж 0,005; 0,02; 0,3; 0,5 мас.% брались сопри температуре 25°С в течение 60 ч. После ответственно навески 0,002; 0,008; 0,12; 0,2 этого окрашенный полимер отделяют от г при тех же навесках исходных полимерных стекла. компонентов. 50 Испытание образцов, полученных в вышеописанных примерах, проводились слеП р и м е р 2. Окрашенный полиуретан ПУ-2. дующим образом. К 20 г (49,999 мас.%) полиокеитетрамеПластины ЛСК на основе нового и изветилена прибавляют раствор 0,0003 г (0,002 мас.%) красителя в 35 мл смеси сухого хло- 55 стиого материалов одинаковых размеров ристого метилена и очищенного ацетонит(длина 6,2 см) прикреплялись торцевой рила в соотношении 2:1, размешивают 3-5 гранью к светочувствительной поверхности мин до образования прозрачного раствора. кремниевого ФЭП. Наружная сторона ЛСК Добавляют 20 г (49,999 мас.%) полиизоциаравномерно освещалась рассеянным солната и далее как в примере 1. нечным светом. 6803 Коэффициент энергетической концентрации Сэ определялся по формуле (1): энергетической концентрации Значение Сэ этого материала превышает аналогичную величину материала на основе Р6Ж лучшего C 3 =W C K / W°, красителя для кремниевых ФЭП в 2,6 раза 0) при одинаковых размерах пластин и 2 в рагде: Wnc* и W° соответственно электричеза, когда пластина последнего в 4 раза длинские мощности ФЭП в присутствии и отсутнее и имеет имерсионный слой. Увеличение ствии ЛСК. Значения W ncK и W 0 измерялись коэффициента энергетической концентраприбором Щ 302. ции при замене материала ЛСК на основе В таблице приведены эксперименталь- 10 Р6Ж и ПММА новым материалом, состоящим из ТТД1 и полиуретана, приводит к ные величины Сэ ЛСК на основе ТТД1 и Р6Ж росту мощности электрического тока, генев полиуретанах (ПУ 1-5) и ПММА при разрируемого кремниевыми ФЭП соответстличных концентрациях красителей. венна в 2,6 и 2 раза. Поэтому Из табл. видно, что краситель ТТД1 обгелиоустройство с таким ЛСК может замеладает значительно большим коэффициен- 15 нить солнечная батарея из Sl-элемента в 2,6 том Сэ, чем Р6Ж как в полиуретанах, так и в и 2 раза соответственно большей мощности. ПММА. Замена ПММА полиуретаном у обоЭтот результат позволит расширить сферу их красителей также приводит к увеличению практического использования кремниевых Сэ. Поэтому новый материал ЛСК, состоящий из ТТД1 и полиуретана, обеспечивает 20 ФЭП и гелиоэнергетических установок на их основе. максимальные значения коэффициента 25 Краситель Полимер ТТДІ полиуретан ПУ-1 ТТДІ полиуретан ПУ-2 ттді полиуретан ПУ-3 * Содержание красителя в полимере в мае, % 0,5 0,5 0,5 Коэффидиент энергетической концентрации 1 » 1,64 5,5 9,0 6,0 1,5 1 1 1,4 5,5 9,0 6,0 1.5 1 1 1,3 5,4 8,9 5,8 1.4 1 6803 Продолжение таблицы Краситель ТТДІ Полимер олиуретан ПУ-4 Содержание красителя в полимере в мас. % Коэффициент энергетической концентрации 0,5 0,5 0,5 0,5 1 1 1,2 3,4 6,7 3,8 1,3 1 1