|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Изобретение относится к солнечной энергетике, конкретно к люминесцентным солнечным концентраторам (ЛСК), назначение которых - увеличение эффективности солнечных батарей, за счет собирания и концентрирования солнечного света на солнечные батареи, а также за счет смещения части падающего излучения в более длинноволновую область спектра - более пригодную для работы солнечных батарей. Цель изобретения - разработка полимерных композиций органических красителей для использования в качестве ЛСК в солнечной энергетике. Область применения - полученные композиции представляют собой люминесцентные солнечные концентраторы, находящие основное применение в фотовольтаике, сцинтилляционной технике и т.д.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Изобретение относится к солнечной энергетике, конкретно к люминесцентным солнечным концентраторам (ЛСК), назначение которых - увеличение эффективности солнечных батарей, за счет собирания и концентрирования солнечного света на солнечные батареи, а также за счет смещения части падающего излучения в более длинноволновую область спектра - более пригодную для работы солнечных батарей. Цель изобретения - разработка полимерных композиций органических красителей для использования в качестве ЛСК в солнечной энергетике. Область применения - полученные композиции представляют собой люминесцентные солнечные концентраторы, находящие основное применение в фотовольтаике, сцинтилляционной технике и т.д.
Евразийское (21) 201700342 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2018.11.30
(22) Дата подачи заявки 2017.05.25
(51) Int. Cl.
C09K11/06 (2006.01) C09K11/08 (2006.01) C09D 5/32 (2006.01) C09D 5/38 (2006.01) B82Y30/00 (2011.01) B82Y40/00 (2011.01) H01L 31/054 (2014.01)
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОСЛОЙНЫХ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ СОЛНЕЧНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА, СОДЕРЖАЩЕЙ ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ КРАСИТЕЛЬ И НАНОЧАСТИЦЫ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ
(96) KZ2017/024 (KZ) 2017.05.25
(71) Заявитель:
ТОВАРИЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ
"ЦЕНТР ИССЛЕДОВАНИЯ
ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ" (KZ)
(72) Изобретатель:
Иргибаева Ирина Смаиловна (KZ), Барашков Николай Николаевич (RU), Алдонгаров Ануар Акылханович, Мантель Артур Игоревич, Шаутенбаева Назерке Кайрболатовна, Мукатаев Искандер Рамазанович
(KZ)
(57) Изобретение относится к солнечной энергетике, конкретно к люминесцентным солнечным концентраторам (ЛСК), назначение которых - увеличение эффективности солнечных батарей, за счет собирания и концентрирования солнечного света на солнечные батареи, а также за счет смещения части падающего излучения в более длинноволновую область спектра - более пригодную для работы солнечных батарей. Цель изобретения - разработка полимерных композиций органических красителей для использования в качестве ЛСК в солнечной энергетике. Область применения - полученные композиции представляют собой люминесцентные солнечные концентраторы, находящие основное применение в фотовольтаике, сцинтилля-ционной технике и т.д.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
"Способ получения тонкослойных люминесцентных солнечных концентраторов на основе полимерной матрицы поливинилового спирта, содержащей флуоресцентный краситель и наночастицы
переходных металлов"
Изобретение относится к солнечной энергетике, конкретно к люминесцентным солнечным концентраторам (ЛСК), назначение которых -увеличение эффективности солнечных батарей, за счет собирания и концентрирования солнечного света на солнечные батареи, а также за счет смещения части падающего излучения в более длинноволновую область спектра - более пригодную для работы солнечных батарей.
В изобретении в качестве полимерной матрицы используется поливиниловый спирт, который отвечает всем требованиям, предъявляемым материалу матрицы: высокая прозрачность на всем видимом диапазоне спектра, минимальное рассеяние падающего света, термостойкость в условиях эксплуатации солнечных батарей, фотостабильность, достаточная для работы в течение 20-25 лет.
Растворимые в воде краситель кумарин 7 и квантовые точки QDs 525, используемые в данном изобретении в качестве люминофоров, также обладают качествами, отвечающими требованиям, предъявляемым в технике ЛСК к люминофорам:
• квантовый выход люминесценции близкий к единице;
• широкая полоса поглощения в области спектра, где эффективность фотоэлементов низкая;
• узкая полоса излучения в области спектра, где эффективность фотоэлементов высокая;
• высокий коэффициент поглощения;
• большой стоксовый сдвиг для минимизации перепоглощения;
• низкая стоимость
• высокая фотостабильность.
Известно изобретение, раскрытое в патенте RU 2587530 С2 МПК H01L 31/054 (2014.01), опубл. 20.06.2016, в котором описывается фотоэлектрическое устройство, содержащее контейнер, кольцеобразную структуру из трапецеидального ЛСК и фотоэлектрическую панель, на которой установлены вышеуказанные фотоэлектрические устройства. Данное изобретение, используя обычный кремний в качестве материала, направлено на использование в максимально возможной степени оставшихся приблизительно 50% неиспользуемого солнечного излучения. В качестве недостатков можно привести сложность утройства, что делает способ его получения относительно дорогим, а также необходимость слежения за солнцем.
Также известен люминесцентный композитный материал и светоизлучающее устройство на его основе, описанный в патенте RU 2500715 С2 опубл. 10.12.2013.
Люминесцентный композитный материал, описанный в данном изобретении, испльзуется в светодиодах для получения белого света. В основе люминесцентного композитного материала лежит полимер из оптически прозрачного полимерного материала и многослойная полимерная пленка, содержащая люминофоры. Технический результат сотоит в повышении срока службы светодиодного источника белого света, а также в повышении фото- и термической стабильности, устойчивости к воздействию окружающей среды люминесцентного композитного материала за счет использования в его составе нового типа люминесцентных полупроводниковых нанокристаллов, относящихся к следующему типу: "ядро/первая полупроводниковая оболочка/вторая полупроводниковая оболочка". Данное изобретение имеет несколько недостатков, в том числе высокие инвестиционные затраты и высокую себестоимость технического обслуживания.
В изобретении RU 2397574 С2 опубл. 20.08.2010 описывается люминесцентный объект, содержащий люминесцентный слой или сердцевину, содержащую в себе фотолюминесцентный материал, и избирательное по длине волны зеркало; при этом люминесцентный слой или люминесцентная сердцевина оптически присоединена к избирательному по длине волны зеркалу, упомянутое избирательное по длине волны зеркало является по меньшей мере на 50% прозрачным для света, поглощаемого фотолюминесцентным материалом, и по меньшей мере на 50% отражательным для излучения, которое испускается фотолюминесцентным материалом. Технический результат даного изобретения заключается в том, что изобретение дает возможность высокоэффективного переноса излучения, излучаемого фотолюминесцентным материалом. Однако использование только одного люминесцентного слоя не позволяет полностью перекрыть диапазон солнечного спектра и, соответсвенно, наблюдаются потери при поглощении солнечного света.
Таким образом, целью настоящего изобретения является разработка полимерных композиций органических красителей для использования в качестве ЛСК в солнечной энергетике.
Технический результат состоит в разработке способа получения тонкослойных люминесцентных солнечных концентраторов, который не требует использования токсичных, канцерогенных, легковоспламеняющихся и др. опасных органических растворителей, а заменяет их на безопасную для экологии и здоровья человека дистиллированную воду.
Особенностью полученных концентраторов является то, что в их структуре осуществляется перенос энергии по принципу донор-акцептор от флуоресцентного красителя к квантовой точке, повышая тем самым интенсивность свечения последней. Данный эффект переноса заметно
усиливается в присутствии в структуре наночастиц серебра. Этот эффект усиления объясняется образованием тройного комплекса между флуоресцентным красителем, квантовыми точками и наночастицами серебра, в котором перенос энергии идет более эффективно, чем в двойной системе "флуоресцентный краситель - квантовая точка".
В дальнейшем изобретение иллюстрируется приведенными ниже примерами, подтверждающими возможность его осуществления с достижением необходимого технического результата.
Пример 1.
Внедрение водорастворимого флуоресцентного красителя кумарин 7 (С-7) в полимерную матрицу водорастворимого поливинилового спирта (ПВС).
Общая методика введения люминофоров в полимерные матрицы:
Готовят исходный раствор полимера известной концентрации в воде.
Исходный раствор ПВС в воде (Aq) концентрацией 4,18% разливают в 4 пробирки в приблизительно равных количествах. В полученные рабочие растворы добавляют разные количества раствора красителя С-7 в воде, концентрацией 0,61%, а также чистой воды в пропорциях, представленных в таблице 1.
Из рабочих растворов были получены образцы пленок по следующей методике: полученные рабочие растворы наносят равномерным слоем на стеклянные подложки. Площадь нанесения - 25x25 мм2, объем наносимого раствор - 0,4 мл. После нанесения образцы оставляют под вытяжкой до полного испарения растворителя - в результате получают тонкие пленки полимера площадью 25x25 мм2, толщина которых зависит от концентрации полимера в рабочем растворе. Концентрация люминофора в пленке (образце) равна массовой доле люминофора по отношению к массе полимера соответствующем рабочем растворе.
Структура красителя С-7 показана на рисунке 1.
Спектрально-люминесцентые свойства полученных образцов пленок представлены на рисунке 2 и 3. Номера образцов указаны в легенде.Полученные пленки показали высокую прозрачность и яркую желто-зеленую флуоресценцию. Средняя толщина пленок - 7.9 мкм.
Рисунок 3 - Спектры люминесценции образцов ПВС с С-7
Данные спектров поглощения показывают увеличение интенсивности поглощения с ростом концентрации красителя, при этом форма спектра меняется. Для 2-х малых концентраций 0,39 и 0,74 % наблюдается только один пик поглощения в области 450 нм. Дальнейший рост концентрации приводит к появлению уже двух пиков в области 410 и 460 нм. Это может указывать на образование агрегатов молекул красителя С-7 в ПВС. На это указывает так же то, что интенсивность свечения сначала растет с концентрацией, а затем спадает при достижении максимальной концентрации. При этом форма спектра почти не меняется. Поэтому можно считать концентрацию в области 1% красителя С-7 в ПВС оптимальной для ЛСК.
Пример 2.
Внедрение суспензии квантовых точек CdSe/ZnS в воде с максимумом свечения в 525 нм (КТ-525) в полимерную матрицу поливинилового спирта (ПВС).
В качестве полупроводников для внедрения в мартицу ПВС были использованы квантовые точки с максимумом флуоресценции, близким к максимуму флуоресценции С-7 и находящиеся в водний суспензии.
Суспензию квантовых точек CdSxSel-x/ZnS в воде с максимумом свечения в 525 нм и размером частиц: 5,5 - 6,5 нм (КТ-525), концентрацией 0,005 г/мл внесли в разных количествах в 4-е пробирки (таблица 3). В пробирки добавили раствор ПВС в воде концентрацией 9,52% и воды в пропорциях указанных в таблице 2.
Из рабочих растворов были получены образцы пленок, свойства которых представлены на рисунках 6 и 7. Получены прозрачные ярко-желтые пленки со средней толщиной 15.6 мкм.
450
500 550 600
Длина волны (нм)
650
Рисунок 5 - Спектры флуоресценции образцов ПВС с КТ-525
Полученные данные показывают равномерный рост интенсивности поглощения и свечения с ростом концентрации КТ-525. Формы спектров при этом не меняются, что указывает на отсутствие агрегирования КТ-525 в ПВС.
Пример 3.
Получение полимерной композиции флуоресцентного красителя кумарин (С-7), суспензии квантовых точек CdSe/ZnS в воде с максимумом свечения в 525 нм (КТ-525), наночастицы серебра (AgNPs) в поливиниловом спирте (ПВС).
Исходный раствор ПВС в воде концентрацией 9.52% массой 0,8124 г разбавиляют водой массой 0,4941 г. Полученный разбаленный раствор (G) разделяют на 4 части. В полученные рабочие растворы добавляют разные количества раствора красителя С-7 в воде, концентрацией 0,61%, а также чистой воды, суспензию AgNPs в воде, а также суспензию КТ-525 в воде пропорциях, приведенных в таблице 3.
W(rTBC), %
3,77
3,75
3,81
3,81
W(C-7 в ПВС), %
0,8598
0,8325
0,8383
W(KT-525 к С-7), %
32,40
32,09
W(AgNPs к КТ-525), %
3,94
W(AgNPS к С-7), %
1,26
Также проводится измерение спектров поглощения (рисунок 6) и люминесценции (рисунок 7) 4 образцов С-7, КТ-525 и AgNPs в матрице ПВС.
450 500 550 600 650
Дшна волны (нм)
Рисунок 7 - Люминесценция С-7, КТ-525 и AgNPs в ПВС
Последующее добавление AgNPs приводит к росту интенсивности свечения КТ-525. Можно предположить образование некоторого комплекса между С-7, КТ-525 и AgNPs. Полученные данные указывают, на возможность потенциального применения композиций С-7, КТ-525 и AgNPs в ЛСК.
Литература
1. Репетто Маттео (IT) Патент RU 2587530 С2 опубл. 20.08.2015 Бюл. №17
2. Вакштейн М. С. И др. Патент RU 2500715 С2 опубл. 10.12.2013 Бюл. №34
3. Дебейе М. Г. (NL) и др. Патент RU 2397574 С2 опубл. 20.08.2010 Бюл. №23
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ получения тонкослойных люминесцентных солнечных концентраторов на основе полимерной матрицы поливинилового спирта, содержащей флуоресцентный краситель и наночастицы переходных металлов, отличающийся тем, что в их структуре осуществляется перенос энергии по принципу донор-акцептор от флуоресцентного красителя к квантовой точке, повышая тем самым интенсивность свечения последней.
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42 Патентной инструкции к ЕАПК)
Номер евразийской заявки:
201700342
Дата подачи: 25 мая 2017 (25.05.2017)
Дата испрашиваемого приоритета:
Название изобретения: Способ получения тонкослойных люминесцентных солнечных концентратов на основе полимерной матрицы поливинилового спирта, содержащей флуоресцентный краситель и наночастицы переходных металлов
I | Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа) I I Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
Заявитель: ТОВАРИЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ЦЕНТР ИССЛЕДОВАНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ"
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
С09К11/06 С09К11/08 C09D 5/32 C09D 5/38 B82Y 30/00 B82Y 40/00
(2006.01) (2006.01) (2006.01) (2006.01) (2011.01) (2011.01)
H01L 31/054 (2014.01)
Согласно Международной патентной классификации (МПК) или национальной классификации и МПК
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК) С09К 11/00-11/89, C09D 5/00, 5/32, 5/38, B82Y 30/00, 40/00, H01L 31/054
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория'1'
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
US 2017/0137705 Al (STOREDOT LTD.) 18.05.2017, реферат, пар.[0033], [0055]-[0114], [0162], [0169], [0218]-[0220], [0224], [0225]
WO 2015/048164 Al (WORCESTER POLYTECHNIC INSTITUTE) 02.04.2015, реферат, пар. [005], [0084], [0096], [00109], [00133], [00150]
WO 2014/087308 Al (KON1NKLIJKE PHILIPS N.V.) 12.06.2014
ШАМИЛОВ P. P. и др. Усиление фотолюминесценции квантовых точек CdSe/CdS
на кварцевых подложках с наночастицами серебра. Журнал технической физики,
2016, том 86, вып. 11, с. 95-100
последующие документы указаны в продолжении графы В
данные о патентах-аналогах указаны в приложении
Особые категории ссылочных документов: "А" документ, определяющий общий уровень техники "Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения "X" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности
"Y" документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с другими документами той же категории
" &" документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска: 24 октября 2017 (24.10.2017)
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 125993,Москва, Г-59, ГСП-3, Бережковская наб., д. 30-1.Факс: (499) 243-3337, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо :
i^W/ О. В. Кишкович
Телефон № (499) 240-25-91
(19)
(19)
(19)
|
