DE2851513A1 - Lichtsammelsysteme - Google Patents

Description

• Lichtsammelsysteme
• Lichtsammelsysteme (fluorescent collectors) können beispielsweise in Verbindung mit Solarzellen zur Umwandlung der Sonnenenergie in andere Energiearten dienen. Die ökonomische Verwendbarkeit eines Lichtsammelsystems wird in hohem Maße von der Brauchbarkeit des in ihm als Lichtwandler eingesetzten Farbstoffs bestimmt. An die optische Qualität dieses Farbstoffs werden extreme Anforderungen gestellt ppl. Phys. 14, 123 - 139 (1977)2.
• Die vorliegende Erfindung betrifft neue Lichtsammelsysteme, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie als Lichtwandler einen Farbstoff der Formel in der R Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoff- oder heterocyclischen Rest, Y Sauerstoff oder -NR, mit der vorstehend angegebenen Bedeutung von R und 0 R1 Wasserstoff oder die Gruppe -C-Y-R, in der Y und R die oben angegebene Bedeutung haben und n 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 oder 16 bezeichnen, wobei für den Fall, daß R1 -C-Y-R bedeutet, die je-Co weils peri-ständigen Reste -C-Y-R auch unter Ausbildung einer cyclischen Imidstruktur zusarmrentreten können, enthalten, mit der Maßgabe, daß das Farbstoffmolekül 0 bis 16 Chloratane aufweist.
• Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Verbindungen der Formel (I) als Lichtwandler in Lichtsammelsystemen sind Verbindungen der Formel in der einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoff oder heterocyclischen Rest bezeichnet, wobei die genannten Reste durch in der Farbstoffchemie übliche wasserlöslichmachende Gruppen oder Atome substituiert sein können, gut geeignet; R' steht bevorzugt für C1-C5-Alkyl wie Methyl, n- und i-Propyl, t-Butyl; besonders bevorzugt steht R' für Ethyl und#i-Butyl.
• Weiterhin sind für die erfindungsgemäße Verwendung Farbstoffe der Formel in der R und n die oben anaegebene Bedeutung haben und das Farbstoffmolekül O bis 16 Chloratome aufweist, gut geeignet.
• In Formel III steht R bevorzugt für gegebenenfalls durch Halogen, Trifluormethyl, Alkyl, Halogenalkyl, Alkoxy substituiertes Phenyl, Alkylpyridyl, Alkyl, Alkoxyalkyl, Alkoxyamino, Arylamino, Aryloxy, wobei unter Alkyl insbesondere C1-C6-Alkyl, unter Halogen Chlor, Brom, Fluor, unter Alkoxy C1-C6-AlkOxy, unter Aryl Phenyl und Naphthyl zu verstehen sind.
• Die in die neuen Lichtsammelsysteme einsetzbaren Verbindungen sind bekannt as. z.B. Ullmann, 3. Aufl., S. 722 ff; DE-OS 2 451 781; DE-OS 2 451 782; DE-OS 2 139 6827.
• Die neuen Lichtsammelsysteme, bei denen es sich um Systeme der genannten Farbstoffe in Matrizen geeigneter Geometrie, d.h. optischen Systemen, bei denen das Verhältnis von Emissions- zu Absorptionsflächen 1:100 bis 1:1000 betragen kann, hdndelt, sind geeignet, einfallende diffuse-elektromagnetische Strahlung zu absorbieren und in einem gegenüber der Umgebung optisch dichteren Medium nahezu verlustlos zu emittieren, wobei der Hauptteil des Emissionslichtes total reflektiert im Medium verbleibt.
• Nur der Anteil des emittierten Lichtes, dessen Emissionsbande weit#gehend frei von Absorption ist, ist für den erfindungsgemäßen Zweck nutzbar.
• Deshalb ist es zweckmäßig, die Farbstoffe der Formel (I) vor Einsatz in die Lichtsammelsysteme besonders zu reinigen. Die Erfindung betrifft demnach bevorzugt Lichtsammelsysteme, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie einen Farbstoff der Formel I bzw. II und III enthalten, der in einer Lösung, die 0,5 - 2 mM der erfindungsgemäß einsetzbaren Farbstoffe im Liter enthält, in Schichtdicken von 10 cm einen Anstieg der Transmission von 0 auf 100 % bei einer Xnderung der Wellenlänge von 25 - 200 nm, vorzugsweise 35 - 100 nm, aufweisen.
• Die Reinigung der Farbstoffe kann in günstigen Fällen durch mehrfache sorgf#ltige Kristallisation erfolgen.
• Zumeist ist eine säulenchromatographische Trennung an festen Trägern wie Al203 oder SiO2-erforderlich. Besonders schonend erhält man hohe Reinheitsgrade verteilungschromatographisch, z.B. durch Steady-State-(O'Keefe)- oder Gegenstromverteilung nach Craig.
• Die neuen Lichtsammelsysteme können z.B. in Verbindung mit Solarzellen zur Nutzbarmachung der Sonnenenergie und in Szintillatoren bekannter Art Cs. z.B.
• J.B. Birks: The Theory and Practice of Scintillation Counting (Pergamon Press, London 1964); J. Opt. Am.
• 39, 912 (1949); J. Appl. Phys. 40, 3544 (1969); Nuclear Instruments a. Methode 87, 111 - 123 (1970L7 Verwendung finden. Darüber hinaus eignen sie sich in Verbindung mit elektronischen Steuerungen als Anzeigevorrichtungen mit sehr geringem Energieverbrauch. Darüber hinaus eignen sie sich ohne elektronische Bauteile für vielerlei Anzeige-, Hinweis- und Markierungszwecke, z.B. in passiven Anzeigeelementen, Hinweis- und Verkehrszeichen wie Ampeln.
• Die erfindungsgemäßen Lichtsammelsysteme enthalten den Farbstoff in einer Flüssigkeit oder einem Festkörper gelöst, wobei je nach Einsatzgebiet des Lichtsammelsystems, verschiedenste geometrische Formen in Frage kommen. Geeignete feste Medien wie sie z.B. zum Sammeln von Licht in Verbindung mit Solarzellen und in passiven Anzeigeelementen eingesetzt werden sind z.B. lichtdurchlässige, optisch verwendbare Kunststoffe wie Homo und Copolymerisate der Acrylsäure(derivate) oder Polycarbonate. Des weiteren können die Lichtsammelsysteme den Farbstoff auch in einer Flüssigkeit-z.B.
• Alkohol, Keton Halogenkohlenwasserstoff, Ether -gelöst enthalten. Gut geeignete Lösungsmittel sind z.B.
• Ethanol, Propanol, Methyl-ethyl-keton, Aceton, Cyclohexamon, Chloroform, Perchlorethylen, Glykolmonomethylether.
• Die erfindungsgemäße Verwendung der Farbstoffe der Formel (I) ist im hohen Maße vorteilhaft, da sie neben einer guten Quantenausbeute und einem hohen Verstärkungsfaktor ausgezeichnete Lichtechtheit aufweisen und damit eine ökonomische Verwendbarkeit der neuen Lichtsammelsysteme gewährleisten.
• Es muß als überraschend bezeichnet werden, daß die Farbstoffe der Formel (I) sich zur vorteilhaften Verwendung in Lichtsammelsysteme eignen, da zahlreiche hervorragende fluoreszierende Farbstoffe wie z.B. Rhodamin G nicht brauchbar sind. Ebenso sind die schon sehr weitgehenden Forderungen, die an die optische Qualität von Laserfarbstoffen gestellt werden, in vielen Fällen nicht ausreichend, um die Verwendung dieser Farbstoffe in Lichtsammelsystemen zu empfehlen.
• Beispiel 1 Zur Reinigung werden 2 g 3,9-Perylendicarbonsäure-di-ibutylester coloristisch geeigneter Qualität in Chloroform gelöst. Diese Lösung wird auf eine Säule (8 cm ~) aufgebracht, die 1 kg Kieselgel (Herst. Merck> enthält. Man eluiert mit Chloroform: Methanol = 5:2. Die ersten schmutzig blauvioletten Farbstoffanteile werden verworfen.
• Die Hauptfraktion des Eluats wird eingedampft und aus Chloro#form umkristallisiert. Man erhält leuchtend orangerote Kristalle vom Fp. 1980C.
• Das so erhaltene Produkt wird zu 0,05 % in haridelsübliches Polymethacrylat eingearbeitet und das Gemisch zu Platten vergossen. Das System ergibt bei einer Anregungswellenlange von 430 nm eine Quantenausbeute von 82 %. Die Transmission beträgt 0 % bei 525 nm und 100 % bei 535 nm. Diese Platte liefert einen Verstärkungsfaktor von Gute Lichtsammelsysteme erhält man auch, wenn nach obigen Angaben 3, 9-Perylendicarbonsäure-diethylester und -dinonylester an Stelle des Di-i-butylesters eingesetzt werden.
• Effektive Lichtsammelsyster erhält man auch unter Verwendung der nachfolgend aufgeführten Farbstoffe anstelle von 3,9-Perylendicarbonsäure-di-i-butylester gemäß Beispiel 1.

Claims (3)

1. Patentansprüche 1. Lichtsammelsysteme, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Farbstoff der Formel in der R Wasserstoff oder einen gegebenenfalls substituierten Kohlenwasserstoff- oder heterocyclischen Rest, Y Sauerstoff oder -NR, mit der vorstehend angegebenen Bedeutung von R und 0 R1 Wasserstoff oder die Gruppe -C-Y-R, in der Y und R die oben angegebene Bedeutung haben und n 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 oder 16 bezeichnen, wobei für den Fall, daß R1 -C-Y-R bedeutet, die o 0 jeweils peri-ständigen Reste -C-Y-R auch unter Ausbildung einer cyclischen Vlidstruktur zusammentreten können, enthalten, mit der Maßgabe, daß das Farbstoffmolekül 0 bis 16 Chloratome aufweist.
2. 2. Lichtsammelsysteme gemäß Anspruch 1 enthaltend einen Farbstoff der Formel in der R' einen gegebenenfalls substituierten Xohlenwasserstoff oder heterocyclischen Rest bezeichnet, wobei die genannten Reste durch in der Farbstoffchemie übliche wasserlöslichmachende Gruppen oder Atome substituiert sein können.
3. 3. Lichtsammelsysteme gemäß Anspruch 1 enthaltend einen Farbstoff der Formel 4. #Lichtsammelsystem, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Farbstoff gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 enthält, der in einer 0,5 - 2 mM-Lösung, in Schichtdicken von 10 cm einen Anstieg der Transmission von O auf 100 % bei einer Anderung der Wellenlänge von 25 - 200 nm, vorzugsweise 35 - 100 nm aufweist.