DE102010028186A1 - Fluoreszenzkonversionssolarzelle Lacke - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kombination aus Fluoreszenzkonversionsfarbstoffen in einer Beschichtung auf Kunststoffformkörpern aus Polymethyl(meth)acrylat, die dazu eingesetzt werden, die natürliche Sonneneinstrahlung in für die Solarzellen nutzbares Licht umzuwandeln.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Kombination aus Fluoreszenzkonversionsfarbstoffen in einer Beschichtung auf transparenten Kunststoffformkörpern, die dazu eingesetzt werden, die natürliche Sonneneinstrahlung in für die Solarzellen nutzbares Licht umzuwandeln.
  • Stand der Technik
  • Photovoltaikzellen können das eingestrahlte Sonnenlicht nur zum Teil in nutzbare elektrische Energie umwandeln, ein großer Teil der Energie geht in Form von Wärme verloren. So kann beispielsweise eine Silizium-Solarzelle alle Photonen absorbieren, die eine Energie oberhalb der Bandkante von 1,1 eV des kristallinen Siliziums aufweisen. Dies entspricht einer Wellenlänge < 1.100 nm. Die überschüssige Energie der absorbierten Photonen wird in Wärme umgewandelt und führt zu einer Aufheizung der Photozelle, der Wirkungsgrad der Photozelle wird erniedrigt.
  • Der Aufbau und die Wirkung von Fluoreszenzkonversionssolarzellen ist aus der US 4,110,123 (Fraunhofer) oder aus Appl. Phys. 14, 123 ff (1977) bekannt.
  • WO 2007/031446 (BASF AG) beschreibt Fluoreszenzkonversionssolarzellen, aufgebaut aus einer oder mehreren Glasplatten, die mit einem Fluoreszenzfarbstoff beschichtet sind. Als Fluoreszenzfarbstoff werden Farbstoffe auf der Basis von Terrylencarbonsäurederivaten oder Kombinationen dieser Farbstoffe mit anderen Fluoreszenzfarbstoffen verwendet. Nachteilig sind hier das hohe Gewicht und die Zerbrechlichkeit der Glasplatten.
  • Konzentrator-Systeme mit Linsen oder Spiegeln
  • Optische Systeme basierend auf Linsen oder Spiegeln zur Konzentration des Lichts auf die Solarzellen sind bekannt, es werden Konzentrationsfaktoren von bis zu 1.000-fach erreicht. Nachteilig bei den optischen Lösungen ist allerdings, daß das gesamte elektromagnetische Spektrum des Lichts konzentriert wird, so daß nicht nur das wirksame Licht konzentriert wird, sondern auch das das photovoltaisch unwirksame Licht. Dies führt zu einer unerwünschten thermischen Belastung der Solarzellen und zu einer Verringerung des Wirkungsgrads. Um die Temperaturen nicht zu hoch werden zu lassen, kann man die Solarzellen aktiv oder passiv kühlen. Darüber hinaus müssen die Linsen oder die Linsensysteme aufwendig mechanisch dem Sonnenstand nachgeführt werden, ferner können sie nur das direkt auftreffende Licht abbilden. Diffuses Licht trägt wenig oder gar nicht zur Energiegewinnung bei. (siehe US-PS 5,489,297 )
  • Aufgabe
  • Es bestand angesichts des oben diskutierten Standes der Technik die Aufgabe, Konzentrationswege für die optische Strahlung der Sonne zu entwickeln, die in der Lage sind,
    • • diffuses Licht zu nutzen und daher ohne aufwendige Nachführmechanik auskommen,
    • • ein auf das Absorptionsspektrum der verwendeten Solarzelle (beispielsweise Si oder GaAs) abgestimmtes Licht zu liefern,
    • • einen den optischen Konzentratoren vergleichbaren Konzentrationsgrad zu erzielen,
    • • einfach und preiswert hergestellt zu werden,
    • • die Wärmebelastung der Solarzellen und den damit verbundenen Wirkungsgradverlust zu verringern,
    • • die aktive Solarzellenfläche zu verringern,
    • • beständig gegen Witterungseinflüsse zu sein und im Laufe des Betriebs die optischen Eigenschaften praktisch nicht verändern,
    • • als Lack oder als flüssige Beschichtung aufgetragen zu werden,
    • • die Beschichtung soll schnelltrocknend sein, z. B. durch Aushärtung mittels UV-Licht oder Wärmeeinfluß.
  • Lösung
  • Die Lösung der oben aufgeführten Aufgabe gelingt durch eine Verwendung verschiedener Fluoreszenzkonversionsfarbstoffe in Lacken, deren Spektren so aufeinander abgestimmt sind, daß das eingestrahlte Licht gezielt mit solchen Wellenlängen abgestrahlt wird, die auf die jeweilige Solarzelle abgestimmt sind.
  • Die Lösung umfaßt ferner die Einarbeitung der Farbstoffe oder der Farbstoffgemische in eine Lackformulierung, die anschließend auf einen transparenten Kunststoffformkörper aus einem thermoplastischen Kunststoff, beispielsweise aus Polymethyl(meth)acrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC), in Form einer Schicht aufgetragen wird und aushärtet. Die Aushärtung der Beschichtung kann sowohl thermisch als auch photochemisch angeregt erfolgen.
  • Der Kunststoffformkörper in Form der Beschichtung kann ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein und mindestens eine oder mehrere Schichten umfassen, die unterschiedliche Farbstoffe oder Farbstoffgemische enthalten.
  • Die erfindungsgemäße Lösung bietet folgende Vorteile:
    • – Das eingestrahlte Sonnenlicht wird in für Silizium-Photovoltaikzellen optimale Wellenlängen umgewandelt,
    • – Die Herstellung der Fluoreszenzkonversionssolarzellen kann nach bekannten Verfahren erfolgen,
    • – Die Solarzellen werden vor Vandalismus geschützt,
    • – die Konversionsraten sind überraschend hoch,
    • – der Kunststoffformkörper ist einfach an die geometrischen und statischen Erfordernisse der Solarzelle anpassbar,
    • – der Kunststoffformkörper ist leichter als eine vergleichbare Anordnung aus Mineralglas,
    • – der Kunststoffformkörper kann schlagzäh ausgerüstet sein, so daß die Solarzellenanordnung gegen Hagel geschützt ist.
  • Die Herstellung des Kunststoffformkörpers
  • Die Monomere
  • Die (Meth)acrylate
  • Eine besonders bevorzugte Gruppe von Monomeren stellen (Meth)acrylate das. Der Ausdruck (Meth)acrylate umfaßt Methacrylate und Acrylate sowie Mischungen aus beiden.
  • Diese Monomere sind weithin bekannt. Zu diesen gehören unter anderem (Meth)acrylate, die sich von gesättigten Alkoholen ableiten, wie beispielsweise Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Isopropyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat, Butoxymethyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, Heptyl(meth)acrylat, Octyl(meth)acrylat, Isooctyl(meth)acrylat, Isodecyl(meth)acrylat, Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat und 2-Ethylhexyl(meth)acrylat; (Meth)acrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie beispielsweise Oleyl(meth)acrylat, 2-Propinyl(meth)acrylat, Allyl(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat; Aryl(meth)acrylate, wie beispielsweise Benzyl(meth)acrylat oder Phenyl(meth)acrylat, wobei die Arylreste jeweils unsubstituiert oder bis zu vierfach substituiert sein können; Cycloalkyl(meth)acrylate, wie beispielsweise 3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat, Bornyl(meth)acrylat; Isobornyl(meth)acrylat, Hydroxylalkyl(meth)acrylate, wie beispielsweise 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 3,4-Dihydroxybutyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat; Glycoldi(meth)acrylate, wie beispielsweise 1,4-Butandiol(meth)acrylat, (Meth)acrylate von Etheralkoholen, wie beispielsweise Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat, Vinyloxyethoxyethyl(meth)acrylat; Amide und Nitrile der (Meth)acrylsäure, wie beispielsweise N-(3-Dimethylaminopropyl)(meth)acrylamid, N-(Diethylphosphono)(meth)acrylamid, 1-Methacryloylamido-2-methyl-2-propanol; schwefelhaltige Methacrylate, wie beispielsweise Ethylsulfinylethyl(meth)acrylat, 4-Thiocyanatobutyl(meth)acrylat, Ethylsulfonylethyl(meth)acrylat, Thiocyanatomethyl(meth)acrylat, Methylsulfinylmethyl(meth)acrylat, Bis((meth)acrylbyloxyethyl)sulfid; mehrwertige (Meth)acrylate, wie beispielsweise Trimethyloylpropantri(meth)acrylat.
  • Diese Monomere können einzeln oder als Mischung verwendet werden. Hierbei sind Mischungen besonders bevorzugt, die Methacrylate und Acrylsäureester enthalten.
  • Die Radikalbildner
  • Die Polymerisation wird im allgemeinen mit bekannten Radikalinitiatoren gestartet. Zu den bevorzugten Initiatoren gehören unter anderem die in der Fachwelt weithin bekannten Azoinitiatoren, wie AIBN und 1,1-Azobiscyclohexancarbonitril, sowie Peroxyverbindungen, wie Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid, Dilaurylperoxyd, tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, Ketonperoxid, Methylisobutylketonperoxid, Cyclohexanonperoxid, Dibenzoylperoxid, tert.-Butylperoxybenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat, 2,5-Bis(2-ethylhexanoyl-peroxy)-2,5-dimethylhexan, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert.-Butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoat, Dicumylperoxid, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan, Cumylhydroperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Bis(4-tert.-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat, Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen miteinander sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen mit nicht genannten Verbindungen, die ebenfalls Radikale bilden können.
  • Diese Verbindungen werden häufig in einer Menge von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise von 0,025 bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, eingesetzt.
  • Die Schlagzähmodifier
  • Bevorzugte schlagzähe Gußkörper, die zur Herstellung des Polymethylmethacrylat-Formkörper dienen können, enthalten 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bevorzugt 2 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 Gew.-% bis 15 Gew.-%, insbesondere 5 Gew.-% bis 12 Gew.-% Gew.-% eines Schlagzähmodifizierungsmittels, welches eine Elastomerphase aus vernetzten Polymerisatteilchen darstellt.
  • Das Schlagzähmodifizierungsmittel kann in an sich bekannter Weise durch Peripolymerisation oder durch Emulsionspolymerisation erhalten werden. Bevorzugte Schlagzähmodifizierungsmittel stellen vernetzte Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 50 bis 1.000 nm, bevorzugt 60 bis 500 nm und besonders bevorzugt 80 bis 120 nm dar.
  • Derartige Partikel können beispielsweise durch die radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten werden, die in der Regel mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt 50 Gew.-% bis 70 Gew.-% Methylmethacrylat, 20 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bevorzugt 25 Gew.-% bis 35 Gew.-% Butylacrylat sowie 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 1 Gew.-% eines vernetzenden Monomeren, z. B. einem mehrfunktionellen (Meth)acrylat, wie z. B. Allylmethacrylat und Comonomeren, die mit den zuvor genannten Vinylverbindungen copolymerisiert werden können.
  • Zu den bevorzugten Comonomeren gehören unter anderem C1-C4-Alkyl(meth)acrylaten, wie Ethylacrylat oder Butylmethacrylat, bevorzugt Methylacrylat, oder anderen vinylisch polymerisierbaren Monomeren wie z. B. Styrol. Die Mischungen zur Herstellung der zuvor genannten Partikel können vorzugsweise 0 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% Comonomere umfassen.
  • Besonders bevorzugte Schlagzähmodifizierungsmittel sind Polymerisatteilchen, die einen zwei-, besonders bevorzugt einen dreischichtigen Kern-Schale-Aufbau aufweisen. Derartige Kern-Schale-Polymerisate sind unter anderem in EP-A 0 113 924 , EP-A 0 522 351 , EP-A 0 465 049 und EP-A 0 683 028 beschrieben.
  • Besonders bevorzugte Schlagzäh-Modifier auf Basis von Acrylatkautschuk haben unter anderem folgenden Aufbau:
    Kern: Polymerisat mit einem Methylmethacrylatanteil von mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Kerns.
    Schale 1: Polymerisat mit einem Butylacrylatanteil von mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der ersten Schale.
    Schale 2: Polymerisat mit einem Methylmethacrylatanteil von mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der zweiten Schale.
  • Der Kern sowie die Schalen können neben den genannten Monomeren jeweils weitere Monomere enthalten. Diese wurden zuvor dargelegt, wobei besonders bevorzugte Comonomere vernetzend wirken.
  • Beispielsweise kann ein bevorzugter Acrylatkautschuk-Modifier folgenden Aufbau aufweisen:
    Kern: Copolymerisat aus Methylmethacrylat
    (95,7 Gew.-%), Ethylacrylat (4 Gew.-%) und Allylmethacrylat (0,3 Gew.-%),
    S1: Copolymerisat aus Butylacrylat (81,2 Gew.-%), Styrol (17,5 Gew.-%) und Allylmethacrylat (1,3 Gew.-%),
    S2: Copolymerisat aus Methylmethacrylat (96 Gew.-%) und Ethylacrylat (4 Gew.-%)
  • Das Verhältnis von Kern zu Schale(n) der Acrylatkautschuk-Modifier kann in weiten Bereichen schwanken. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis Kern zu Schale K/S im Bereich von 20:80 bis 80:20, bevorzugt von 30:70 zu 70:30 bis Modifiern mit einer Schale bzw. das Verhältnis von Kern zu Schale 1 zu Schale 2 K/S1/S2 im Bereich von 10:80:10 bis 40:20:40, besonders bevorzugt von 20:60:20 bis 30:40:30 bei Modifiern mit zwei Schalen.
  • Die Partikelgröße der Kern-Schale-Modifier liegt üblich im Bereich von 50 bis 1.000 nm, vorzugsweise 100 bis 500 nm und besonders bevorzugt von 150 bis 450 nm, ohne daß hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.
  • Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist der Polymethyl(meth)acrylat-Formkörper ein E-Modul von mindestens 2.800 N/mm2, vorzugsweise mindestens 3.300 N/mm2 gemäß ISO 527/2 auf.
  • Der Kunststoffformkörper kann auch aus Polycarbonat (PC), Polystyrol (PS), Polyamid (PA), Polyester (PE), thermoplastischem Polyurethan (PU), Polyethersulfon, Polysulfonen, Vinylpolymeren, wie beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), aufgebaut sein.
  • Lichtschutzmittel
  • Als Lichtschutzmittel werden UV-A und/oder UV-B-Absorber eingesetzt. Als Beispiele für Stoffklassen, die eingesetzt werden können, seien die HALS-Verbindungen genannt. Unter HALS-Verbindungen werden sterisch gehinderte Amine verstanden, wie sie beispielsweise in der JP 0347856 beschrieben sind. Diese „hindered amine light stabilizers” fangen die Radikale ab, die sich bei Strahlenbelastung bilden. In den Handel werden diese Produkte durch Ciba unter der Marke TINUVIN® 123, TINUVIN® 571, TINUVIN® 770 und TINUVIN® 622 gebracht.
  • Ferner können Lichtschutzmittel auf der Basis von Benzophenon-Derivaten eingesetzt werden. In den Handel werden diese Produkte durch BASF unter der Marke UVINUL® 5411 gebracht.
  • Lichtschutzmittel auf der Basis von Benzotriazolen können ebenfalls verwendet werden. In den Handel werden diese Produkte durch Cytec unter der Marke CYASORB® UV 5411 oder von Ciba unter der Marke TINUVIN® P, Tinuvin® 571 und TINUVIN® 234 gebracht.
  • Oxidationsschutzmittel
  • Als Oxidationsschutzmittel können sterisch gehinderte Phenole oder Phosphite oder Phosphonite eingesetzt werden. In den Handel werden diese Produkte durch Ciba unter den Marken Irganox® und Irgafos® gebracht.
  • Die erfindungsgemäßen Kunststoffformkörper können beispielsweise aus Formmassen der zuvor genannten Polymere hergestellt werden. Hierbei werden im allgemeinen thermoplastische Formgebungsverfahren eingesetzt, wie Extrusion oder Spritzguss.
  • Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw der erfindungsgemäß als Formmasse zur Herstellung der Kunststoffsubstrate zu verwendenden Homo- und/oder Copolymere kann in weiten Bereichen schwanken, wobei das Molekulargewicht üblicherweise auf den Anwendungszweck und die Verarbeitungsweise der Formmasse abgestimmt wird. Im Allgemeinen liegt es aber im Bereich zwischen 20 000 und 1 000 000 g/mol, vorzugsweise 50 000 bis 500 000 g/mol und besonders bevorzugt 80 000 bis 300 000 g/mol, ohne dass hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll. Diese Größe kann beispielsweise mittels Gel-Permeations-Chromatographie bestimmt werden.
  • Des Weiteren können die Kunststoffsubstrate durch Gusskammerverfahren erzeugt werden. Hierbei werden beispielsweise geeignete (Meth)acrylmischungen in einer Form gegeben und polymerisiert. Derartige (Meth)acrylmischungen weisen im Allgemeinen die zuvor dargelegten (Meth)acrylate, insbesondere Methylmethacrylat auf. Des Weiteren können die (Meth)acrylmischungen die zuvor dargelegten Copolymere sowie, insbesondere zur Einstellung der Viskosität, Polymere, insbesondere Poly(meth)acrylate, enthalten.
  • Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw der Polymere, die durch Gusskammerverfahren hergestellt werden, ist im allgemeinen höher als das Molekulargewicht von Polymeren, die in Formmassen verwendet werden. Hierdurch ergeben sich eine Reihe bekannter Vorteile. Im allgemeinen liegt das Gewichtsmittel des Molekulargewichts von Polymeren, die durch Gusskammerverfahren hergestellt werden im Bereich von 500 000 bis 10 000 000 g/mol, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.
  • Bevorzugte Kunststoffsubstrate können von Evonik Röhm GmbH kommerziell unter dem Handelsnamen PLEXIGLAS® erhalten werden. Die Abmessungen der Kunststoffsubstrate betragen beispielsweise (Länge X Breite X Dicke) zwischen 2 m Länge, 3 m Breite und die Dicke kann zwischen 1,5 mm bis 200 mm betragen, bevorzugt sind Platten mit dem Dickenbereich zwischen 2 mm und 20 mm, besonders bevorzugt sind Platten im Dickenbereich von 3 mm bis 10 mm.
  • Die Polycarbonate
  • Polycarbonate sind in der Fachwelt bekannt. Polycarbonate können formal als Polyester aus Kohlensäure und aliphatischen oder aromatischen Dihydroxy-Verbindungen betrachtet werden. Sie sind leicht zugänglich durch Umsetzung von Diglykolen oder Bisphenolen mit Phosgen bzw. Kohlensäurediestern durch Polykondensations- bzw. Umesterungsreaktionen.
  • Hierbei sind Polycarbonate bevorzugt, die sich von Bisphenolen ableiten. Zu diesen Bisphenolen gehören insbesondere 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A), 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-butan (Bisphenol B), 1,1-Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan (Bisphenol C), 2,2'-Methylendiphenol (Bisphenol F), 2,2-Bis(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)propan (Tetrabrombisphenol A) und 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)propan (Tetramethylbisphenol A).
  • Üblich werden derartige aromatische Polycarbonate durch Grenzflächenpolykondensation oder Umesterung hergestellt, wobei Einzelheiten, in Encycl. Polym. Sci. Engng. 11, 648–718 dargestellt sind.
  • Bei der Grenzflächenpolykondensation werden die Bisphenole als wäßrige, alkalische Lösung in inerten organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise Methylenchlorid, Chlorbenzol oder Tetrahydrofuran, emulgiert und in einer Stufenreaktion mit Phosgen umgesetzt. Als Katalysatoren gelangen Amine, bei sterisch gehinderten Bisphenolen auch Phasentransferkatalysatoren zum Einsatz. Die resultierenden Polymere sind in den verwendeten organischen Lösungsmitteln löslich.
  • Über die Wahl der Bisphenole können die Eigenschaften der Polymere breit variiert werden. Bei gleichzeitigem Einsatz unterschiedlicher Bisphenole lassen sich in Mehrstufen-Polykondensationen auch Block-Polymere aufbauen.
  • Beschichtung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Beschichtungsmittel zur Herstellung von fluoreszierenden Beschichtungen, mit diesen Beschichtungsmitteln beschichtete Formkörper mit einer fluoreszierenden Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung der beschichteten Formkörper.
  • Den erfindungsgemäßen Beschichtungen können weiteren Erfordernissen angepasst werden. Beispielhaft seien hier eine erhöhte Kratzfestigkeit, erhöhte Licht- und Wetterechtheit sowie angepasste optische Eigenschaften genannt.
  • Komponente A
  • Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel zur Herstellung von fluoreszierenden Beschichtungen umfassen 1 Gew.-%–30 Gew.-%, vorzugsweise 2 Gew.-%–25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Beschichtungsmittels, eines Präpolymerisats, erhältlich durch radikalische Polymerisation einer Mischung umfassend
    • A1) 1–10 Gewichtsteile, vorzugsweise 2–6 Gewichtsteile mindestens einer Schwefelverbindung enthaltend mindestens drei Thiolgruppen und
    • A2) 90–99 Gewichtsteile, vorzugsweise 94–98 Gewichtsteile Alkyl(meth)acrylate.
  • Schwefelverbindungen mit mehr als zwei Thiolgruppen im Molekül sind z. B. aus US 4 521 567 bekannt. Zur Ausführung der Erfindung werden Schwefelverbindungen mit mindestens drei, vorzugsweise vier Thiolgruppen im Molekül verwendet. Vorzugsweise enthalten die Schwefelregler mindestens 3, vorzugsweise mindestens 6 Kohlenstoffatome im Molekül, jedoch nicht über 40. Vorteilhaft ist die Anwesenheit eines oder vorzugsweise mehrerer α-Mercapto-carbonsäureester-Gruppen im Molekül, vorzugsweise ausgehend von Polyolen, wie Glycerin oder Pentaerythrit. Geeignete Schwefelregler mit mehr als drei Thiolgruppen sind z. B. 1,2,6-Hexantrioltrithioglycolat, Trimethylolethan-trithioglycolat, Pentaerythritol-tetrakis-(2-mercaptoacetat), Trimethylolethantri-(3-mercaptopropionat), Pentaerythritol-tetrakis-(3-mercaptopropionat), Trimethylolpropan-trithioglycolat, Trimethylolpropan-tri-(3-mercaptopropionat), Tetrakis-(3-mercaptopropionat)-Pentaerytritol, 1,1,1-Propanetriyl-tris(mercaptoacetat), 1,1,1-Propanetriyl-tris-(3-mercaptopropionat), Dipentaerythritol-hexa-(3-mercatopropionat). Gut geeignet ist insbesondere das Pentaerythritol- tetrakis-(2-mercaptoacetat) (Pentaerythrittetrathioglycolat).
  • Die erfindungsgemäß zur Herstellung des Präpolymerisats einsetzbaren Acryl(meth)acrylate sind an sich bekannt, wobei der Ausdruck (Meth)acrylat für Acrylate, Methacrylate sowie für Mischungen aus beiden steht. Die Alkyl(meth)acrylate weisen vorzugsweise 1–20, insbesondere 1–8 Kohlenstoffatome auf.
  • Beispiele für die C1- bis C8-Alkylester der Acrylsäure bzw. der Methacrylsäure sind Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Isopropylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, n-Hexylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Propylmethacrylat, Isopropylmethacrylat und Butylmethacrylat. Bevorzugte Monomere sind Methylmethacrylat und n-Butylacrylat.
  • Zur Herstellung des Präpolymerisats werden vorzugsweise Mischungen von Alkyl(meth)acrylaten verwendet, die mindestens 10 Gew.-% Methyl(meth)acrylat und/oder Ethylacrylat und mindestens 2 Gew.-% Alkyl(meth)acrylate mit 3–8 Kohlenstoffatomen umfassen. Bevorzugt werden z.B. Methylmethacrylat-Anteile von 50 Gew.-%–99 Gew.-%, Butylmethacrylatanteile von 5 Gew.-% bis 40 Gew.-% und Acrylatanteile von 2 Gew.-% bis 50 Gew.-%.
  • Bei der Herstellung der verdickenden Polymeren können die Verhältnisse von Regler zu Monomeren variiert werden. Die Polymerisation von Reglern und Monomeren kann in an sich bekannter Weise als Substanz-, Suspensions- oder Perl-, Lösungs- oder Emulsionspolymerisation mit Hilfe von Radikalstartern durchgeführt werden. Beispielweise kann aus DE 33 29 765 C2 / US 4 521 567 ein geeignetes Verfahren zur Perlpolymerisation (Polymerisationsschritt Stufe A) entnommen bzw. abgeleitet werden.
  • Als Radikalstarter kommen z. B. peroxidische oder Azoverbindungen in Frage ( US-PS 2 471 959 ). Genannt seien z. B. organische Peroxide wie Dibenzoylperoxid, Laurylperoxid oder Perester wie tert.-Butly-per-2-ethylhexanoat, ferner Azoverbindungen wie Azobisisobutyronitril.
  • Die erhaltenen Verdicker-Polymere können je nach Polymerisationsverfahren und Regleranteil Molekulargewichte von ca. 2.000 bis 50.000 aufweisen. Das Molekulargewicht kann insbesondere über Viskosimetrie ermittelt werden, wobei das Präpolymerisat A) vorzugsweise eine Viskositätszahl gemäß DIN ISO 1628-6 im Bereich von 8 bis 15 ml/g, insbesondere 9 bis 13 ml/g und besonders bevorzugt 10 bis 12 ml/g gemessen in CHCl3 bei 20°C aufweist.
  • Als Verdicker sind auch andere Polymere oder Oligomere möglich. Besonders geeignet sind solche Verbindungen auf Basis von aliphatischen Urethanacrylaten. Diese sind z. B. unter den Markennamen Laromer von BASF, Ebecryl von CYTEC, CN-Typen von Sartomer oder Genomer von Rahn AG bekannt.
  • 1. Komponente B
  • Zur Herstellung einer fluoreszierenden Beschichtung werden erfindungsgemäß vernetzende Monomere dem Beschichtungsmittel zugefügt. Diese besitzen mindestens zwei polymerisationsfähige Einheiten z. B. Vinylgruppen pro Molekül (vgl. Brandrup-Immergut-Polymerhartdbook). Diese werden erfindungsgemäß in Mengen von 20 Gew.-%–80 Gew.-% vorzugsweise 50 Gew.-%–70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung, eingesetzt.
  • Genannt seien die Diester und höheren Ester der Acryl- bzw. Methacrylsäure von mehrwertigen Alkoholen wie Glykol, Glycerin, Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Diglycerin, Dimethylolpropan, Ditrimethylolethan, Dipentaerythrit, Trimethylhexandiol-1,6, Cyclohexandiol-1,4. Beispiele für derartige vernetzende Monomere sind u. a. Ethylenglykoldiacrylat, Ethylenglykoldimethacrylat, Propylenglykoldiacrylat, Propylenglykoldimethacrylat, 1,3-Butandioldiacrylat, 1,3-Butandioldimethacrylat, Neopentylglykoldiacrylat, Neopentylglykoldimethacrylat, Diethylenglykoldiacrylat, Diethylenglykoldimethacrylat, 4-Thioheptanol-2,6-diacrylat, 4-Thio-heptanol-2,6-dimethacrylat, Tetraethylenglykoldiacrylat, Tetraethylenglykoldimethacrylat, Pentandioldiacrylat, Pentandioldimethacrylat, Hexandioldiacrylat, Hexandioldimethacrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Ditrimethylolpropantetraacrylat, Ditrimethylolpropantetramethacrylat, Dipentaerythrithexaacrylat und Dipentaerythrithexamethacrylat, Pentaerythrittriacrylat und Pentaerythrittetraacrylat.
  • Die mehrfunktionellen Acrylate bzw. Methacrylate können ebenso auch Oligomere oder Polymere sein, die ggf. noch weitere funktionelle Gruppen enthalten. Genannt seien insbesondere Urethandi- bzw. -triacrylate oder entsprechende Esteracrylate.
  • 2. Komponente C
  • Zur Polymerisation bzw. Härtung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmittels werden bekannte Initiatoren eingesetzt, die der Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von 0,01 Gew.-%–10 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-%–3 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtungszusammensetzung, zugegeben werden.
  • Zu den bevorzugten Initiatoren gehören unter anderem die in der Fachwelt weithin bekannten Azoinitiatoren, wie AIBN und 1,1-Azobiscyclohexancarbonitril, sowie Peroxyverbindungen, wie Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid, Dilaurylperoxyd, tert.-Butylper-2-ethylhexanoat, Ketonperoxid, Methylisobutylketonperoxid, Cyclohexanonperoxid, Dibenzoylperoxid, tert.-Butylperoxybenzoat, tert.-Butylperoxyisopropylcarbonat, 2,5-Bis(2-ethylhexanoylperoxy)-2,5-dimethylhexan, tert.-Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert.-Butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoat, Dicumylperoxid, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)cyclohexan, 1,1-Bis(tert.-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexan, Cumylhydroperoxid, tert.-Butylhydroperoxid, Bis(4-tert.-butylcyclohexyl)peroxydicarbonat, Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen miteinander sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen mit nicht genannten Verbindungen, die ebenfalls Radikale bilden können.
  • Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden zur Härtung Photoinitiatoren, wie z. B. UV-Initiatoren eingesetzt. Es handelt sich um Verbindungen, die unter Einstrahlung von sichtbarem oder UV-Licht Radikale abspalten und so die Polymerisation des Beschichtungsmittels initiieren. Gebräuchliche UV-Initiatoren sind gemäß der DE-OS 29 28 512 z. B. Benzoin, 2-Methylbenzoin, Benzoinmethyl-, -ethyl oder -butylether, Acetoin, Benzil, Benzildimethylketal oder Benzophenon. Derartige UV-Initiatoren sind beispielsweise kommerziell von Ciba AG unter den Handelsbezeichnungen ®Darocur 1116, ®Irgacure 184, ®Irgacure 907 und von BASF AG unter dem Markennamen ®Lucerin TPO erhältlich. Beispiele für Photoinitiatoren, die im kurzwelligen sichtbaren Bereich des Lichts absorbieren sind ®Lucirin TPO und ®Lucirin TPO-L der Firma BASF, Ludwigshafen.
  • 3. Komponente D
  • Als Verdünner können sowohl organische Lösungsmittel und/oder monofunktionelle Reaktivverdünner verwendet werden. Im allgemeinen enthalten die Beschichtungsmittel 2 Gew.-% bis 75 Gew.-%, vorzugsweise 6 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Beschichtungsmittels, Verdünner, die auch als Mischung eingesetzt werden können.
  • Mit Hilfe der Verdünner kann eine Viskosität des Beschichtungsmittels im Bereich von ca. 10 bis ca. 3.000 mPa·s eingestellt werden. Für Beschichtungsmittel, die für Flut- oder Tauchbeschichtungen vorgesehen sind, sind eher niedrige Viskositäten von etwa 1–20 mPa·s gebräuchlich. Bei diesen Lacken können vor allem organische Lösungsmittel in Konzentrationen bis zu 75 Gew.-% eingesetzt werden. Für Rakelbeschichtungen oder Walzenauftragsbeschichtungen liegen die geeigneten Viskositäten im Bereich von 50 bis 3.000 mPa·s, bevorzugt zwischen 100 bis 1.500 mPa·s. Die angegebenen Werte sind lediglich als Richtwerte zu verstehen und beziehen sich auf die Messung der Viskosität bei 20°C mit einem Rotationsviscosimeter gemäß DIN 53 019.
  • Bei Lacken für Walzenauftragsverfahren werden bevorzugt monofunktionelle Reaktivverdünner eingesetzt. Übliche Konzentrationen liegen zwischen 5 Gew.-% und 25 Gew.-%. Alternativ oder in Kombination können jedoch auch organische Lösungsmittel als Verdünner verwendet werden.
  • Die monofunktionellen Reaktivverdünner tragen zu guten Verlaufseigenschaften des Lackes und damit zu einer guten Verarbeitbarkeit bei. Die monofunktionellen Reaktivverdünner besitzen eine radikalisch polymerisierbare Gruppe, in der Regel eine Vinyl-Funktion.
  • Hierzu gehören unter anderem 1-Alkene, wie Hexen-1, Hegten-1; verzweigte Alkene, wie beispielsweise Vinylcyclohexan, 3,3-Dimethyl-1-propen, 3-Methyl-1-diisobutylen, 4-Methylpenten-1;
    Acrylnitril; Vinylester, wie Vinylacetat; Styrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten in der Seitenkette, wie z. B. α-Methylstyrol und α-Ethylstyrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten am Ring, wie Vinyltoluol und p-Methylstyrol, halogenierte Styrole, wie beispielsweise Monochlorstyrole, Dichlorstyrole, Tribromstyrole und Tetrabromstyrole; heterocyclische Vinylverbindungen, wie 2-Vinylpyridin, 3-Vinylpyridin, 2-Methyl-5-vinylpyridin, 3-Ethyl-4-vinylpyridin, 2,3-Dimethyl-5-vinylpyridin, Vinylpyrimidin, Vinylpiperidin, 9-Vinylcarbazol, 3-Vinylcarbazol, 4-Vinylcarbazol, 1-Vinylimidazol, 2-Methyl-1-vinylimidazol, N-Vinylpyrrolidon, 2-Vinylpyrrolidon, N-Vinylpyrrolidin, 3-Vinylpyrrolidin, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylbutyrolactam, Vinyloxolan, Vinylfuran, Vinylthiophen, Vinylthiolan, Vinylthiazole und hydrierte Vinylthiazole, Vinyloxazole und hydrierte Vinyloxazole; Vinyl- und Isoprenylether; Maleinsäurederivate, wie beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Methylmaleinsäureanhydrid, Maleinimid und Methylmaleinimid; und (Meth)acrylate, wobei (Meth)acrylate besonders bevorzugt sind.
  • Der Ausdruck (Meth)acrylate umfasst Methacrylate und Acrylate sowie Mischungen aus beiden.
  • Diese Monomere sind weithin bekannt. Zu diesen gehören unter anderem (Meth)acrylate, die sich von gesättigten Alkoholen ableiten, wie beispielsweise Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat und 2-Ethylhexyl(meth)acrylat; (Meth)acrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie z. B. Oleyl(meth)acrylat, 2-Propinyl(meth)acrylat, Allyl(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat; Aryl(meth)acrylate, wie Benzyl(meth)acrylat oder Phenyl(meth)acrylat, wobei die Arylreste jeweils unsubstituiert oder bis zu vierfach substituiert sein können; Cycloalkyl(meth)acrylate, wie 3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat, Bornyl(meth)acrylat; Hydraxylalkyl(meth)acrylate, wie 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 3,4-Dihydroxybutyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat; Glycoldi(meth)acrylate, wie 1,4-Butandioldi(meth)acrylat, (Meth)acrylate von Etheralkoholen, wie Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat, Vinyloxyethoxyethyl(meth)acrylat; Amide und Nitrile der (Meth)acrylsäure, wie N-(3-Dimethylaminopropyl)(meth)acrylamid, N-(Diethylphosphono)(meth)acrylamid, 1-Methacryloylamido-2-methyl-2-propanol; schwefelhaltige Methacrylate, wie Ethylsulfinylethyl(meth)acrylat, 4-Thiocyanatobutyl(meth)acrylat, Ethylsulfonylethyl(meth)acrylat, Thiocyanatomethyl(meth)acrylat, Methylsulfinylmethyl(meth)acrylat und Bis((meth)acryloyloxyethyl)sulfid.
  • Besonders bevorzugte monofunktionelle Reaktivverdünner sind z. B. Butylacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, 2-Ethoxy-ethylmethacrylat oder 2,2,3,3-Tetrafluorpropylmethacrylat, Methylmethacrylat, tert-Butylmethacrylat, Isobornylmethacrylat.
  • In EP 0 035 272 werden gebräuchliche organische Lösungsmittel für Beschichtungsmittel für Kratzfestlacke beschrieben, die als Verdünner verwendet werden können. Geeignet sind z. B. Alkohole wie Ethanol, Isopropanol, n-Propanol, Isobutylalkohol und n-Butylalkohol, Methoxypropanol, Methoxyethanol. Ebenso können aromatische Lösungsmittel wie z. B. Benzol, Toluol oder Xylol verwendet werden. Ketone wie z. B. Aceton oder Methylethylketon sind geeignet. Ebenso können Etherverbindungen wie Diethylether oder Esterverbindungen wie z. B. Ethylacetat, n-Butylacetat oder Ethylpropionat verwendet werden. Die Verbindungen können allein oder in Kombination eingesetzt werden.
  • Komponente E
  • Unter üblichen Additiven sollen für die erfindungsgemäßen Beschichtungsmittel gebräuchlichen Zusätze verstanden werden, die optional in Mengen von 0 Gew.-%–40 Gew.-%, insbesondere 0 Gew.-% bis 20 Gew.-% enthalten sein können. Die Verwendung dieser Additive wird als nicht kritisch für die Erfindung angesehen.
  • Hier sind z. B. oberflächenaktive Substanzen zu nennen, mit deren Hilfe die Oberflächenspannung der Beschichtungsformulierung reguliert und gute Auftragseigenschaften erreicht werden können. Hierfür können gemäß der EP 0 035 272 z. B. Silikone, wie verschiedene Polymethylsiloxane-Typen in Konzentrationen von 0,0001 Gew.-% bis 2 Gew.-% verwendet werden.
  • Ein weiteres, sehr gebräuchliches Additiv sind UV-Absorber, die in Konzentrationen von z. B. 0,2 Gew.-% bis 20 Gew.-%, vorzugsweise von 2 Gew.-% bis 8 Gew.-% enthalten sein können. UV-Absorber können z. B. aus der Gruppe der Hydroxybenzotriazole, Triazine und Hydroxybenzophenone ausgewählt werden (siehe z. B. EP 247 480 ).
  • Die verwendeten Farbstoffe
  • Fluoreszierende Farbstoffe
  • Als Farbstoffe können Farbstoffe der Typen Perylen-, Terylen- und Rylenderivate aus der Lumogen®-Reihe der BASF, Rhodamine, LDS®-Reihe von Exciton, substituierte Pyrane (z. B. DCM), Coumarine (z. B. Coumarin 30, Coumarin 1, Coumarin 102, usw.) Oxazine (z. B. Nilblau oder auch als Nilblau A bezeichnet), Pyridine, Styrylderivate, Dioxazine, Naphthalimide, Thiazine, Stilbene und Cyanine (z. B. DODCI) von z. B. Lambdachrome® und Exciton® eingesetzt werden. Die Typen der Perylen-, Terylen- und Rylenderivate Farbstoffe sind in der WO 2007/031446 beschrieben.
  • Auch Komplexverbindungen der Lanthanide sowie nanoskopische Halbleiterstrukturen, sogenannte Quantum Dots, z. B. auf Basis Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid, Zinksulfid, Bleiselenid, Bleisulfid u. a. sind dafür geeignet. Herstellung und Verwendung der Quantum Dots sind in US 2007/0132052 , US 2007/0174939 , WO 0229140 , WO 2004022637 , WO 2006065054 und WO 2007073467 beschrieben.
  • Komplexverbindungen der Lanthanide sind in CA 20072589575 , EP 0767912 und in WO 9839822 sowie in Appl. Phys. Lett. 91, 051903 (2007), 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, 700 (2008), Am. Chem. Soc. (2007), DOI 10.1021/ja070058e beschrieben.
  • Die photonische Schicht
  • Die photonische Schicht ist auf den Kunststoffformkörper angeordnet, so daß das Sonnenlicht diese Schicht erst durchdringen muß, bevor die Fluoreszenzfarbstoffe im Kunststoffformkörper zur Fluoreszenz angeregt werden können
  • Als photonische Schicht bzw. wellenlängenabhängige Spiegel sind z. B. Interferenzfilter (Stack Filter, Rugate Filter, Notch Filter usw.), die als Bandpaßfilter oder Kantenfilter aufgebaut sein können, bekannt. Diese werden z. B. durch abscheiden mehrerer dünner dielektrischer Schichten mit verschiedenen Brechzahlen auf ein Substrat hergestellt. (s. Olaf Stenzel, "The Physics of Thin Film Optical Spectra", Springer-Verlag) und (N. Kaiser, H. K. Pulker, "Optical Interference Coatings", Springer-Verlag).
  • Die Schichtdicke der einzelnen Schicht ist dabei in der Regel kleiner als die Lichtwellenlänge.
  • Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von photonischen Kristallen, die in folgenden Anmeldungen beschrieben werden ( DE 10024466 , DE 10204338 , DE 10227071 , DE 10228228 , DE 10 2004 055 303 , US 6,863,847 , WO 0244301 , DE 10357681 , DE 10 2004 009 569 , DE 10 2004 032 120 , WO 2006045567 , DE 10245848 , DE 10 2006 017 163 )
  • Dabei handelt es sich um kleine transparente kugelförmige anorganische oder organische Körper, die in der dichtesten Kugelpackung angeordnet sind. Je nach Größe und Abstand der Kugeln reflektieren diese Licht in einer definierten Band breite und lassen das übrige Licht nahezu vollständig durch diese Schicht durch. Es können auch hohlkugelförmige Strukturen eingesetzt werden. Dann handelt es sich um inverse Opale. Die einzelnen kugelförmigen oder hohlkugelförmigen Strukturen haben dabei den Durchmesser von ca. 1/3 der zu reflektierenden Lichtwellenlänge (Abhängig vom Einfallswinkel des Lichtes und dem Abstand der Kugeln).
  • Der Reflektor
  • Unter dem Kunststoffformkörper kann gegebenenfalls zur Ausbeuteerhöhung noch ein optisch reflektierender Formkörper, z. B. ein Spiegel oder eine weiße Folie oder eine Platte angeordnet sein.
  • Die Solarzellen
  • Die Solarzelle kann aus den üblichen Materialen aufgebaut sein, wie beispielsweise
    • • Siliziumsolarzellen Monokristallines Silizium (c-Si), multikristallines Silizium (mc-Si), amorphes Silizium (a-Si), ebenso Tandemzellen aus multikristallinem und amorphem Silizium
    • • III-V-Halbleiter Solarzellen Galliumarsenid (GaAs), Gallium-Indium-Phosphid (GaInP), Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs),Gallium-Indium-Arsen-Phosphid (GaInAsP), Gallium-Indium-Phosphid (GaInP), Galliumantimonid (GaSb) Ebenso Tandemzellen (Mehrfachsolarzelle) aus Gallium-Indium-Phosphid und Galliumarsenid, aus Gallium-Indium-Arsenid und Gallium-Indium-Arsen-Phosphid, aus Gallium-Indium-Phosphid und Gallium-Indium-Arsenid, aus Galliumarsenid und Galliumantimonid oder aus Gallium-Arsenid und Germanium bzw. Tripelzellen (3-fach Solarzelle) aus Gallium-Indium-Phosphid, Galliumarsenid und Germanium oder aus Gallium-Indium-Phosphid, Gallium-Indium-Arsenid und Galliumantimonid
    • • II-VI-Halbleiter Solarzellen Cadmiumtellurid (CdTe), Cadmiumsulfid (CdS)
    • • I-III-V-Halbleiter Solarzellen CIS-Zellen: Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2) bzw. Kupfer-Indium-Disulfid (CuInS2) CIGS-Zellen: Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CuInGaSe2) Kupfer-Gallium-Diselenid (CuGaSe2), Kupfer-Gallium-Disulfid (CuGaS2)
    • • Außerdem gibt es noch neuere Entwicklungen von Solarzellen auf der Basis von organischen Werkstoffen.
  • Die folgende Tabelle zeigt einige Beispiele von Halbleitern für Solarzellen. Die angegebene Wellenlänge entspricht der Wellenlänge des Lichtes, das die Energie liefert, die gleich der Energie der Energielücke des Halbleiters ist, d. h. mit diesem Licht arbeitet der Halbleiter als Solarzelle am effektivsten (Die Fluoreszenzkonversionszelle wird auf diese Wellenlänge abgestimmt).
    Zellmaterial Energielücke [eV] Wellenlänge [nm]
    Ge 0,66 1879
    GaSb 0,73 1708
    CuInSe2 1,0 1240
    Si 1,12 1107
    GaInAs 1,24–1,39 998–891
    GaAs 1,42 873
    CuInS2 1,55 800
    CdTe 1,56 795
    GaInP 1,64–1,81 756–687
    CuGaSe2 1,68 738
    a-Si:H 1,7 729
    Cu GaS2 2,30 539
    CdS 2,42 512
  • Durchführung der Erfindung
  • Beschreibung der Herstellung von lumineszierenden Solarkonzentratoren durch Beschichtung von PMMA-Platten mit Lacken Beispiel 1: Basislack 1
    80,2% HDDA (Hexandioldiacrylat)
    7,8% Pentaerythrittetraacrylat
    10,00% PLEX 8770-F
    2,00% Irgacure 184
  • Die erforderlichen Bestandteile werden eingewogen und intensiv miteinander gemischt bis eine klare homogene Lösung entsteht. Die %-Angaben bedeuten im Folgenden immer Gew.-%. Beispiel 2: Basislack 2
    49,00% HDDA (Hexandioldiacrylat)
    24,50% EBECRYL 8210
    24,50% EBECRYL 350
    2,00% IRGACURE 184
  • Die erforderlichen Bestandteile werden eingewogen und intensiv miteinander gemischt bis eine klare homogene Lösung entsteht.
  • Beschichtung und Aushärtung
  • Die zu beschichteten PMMA-Platten, z. B. PLEXIGLAS® XT Farblos 0A000 mit den Maßen 200 mm × 150 mm und 3 mm Dicke werden mit Isopropanol gereinigt und im Wärmeschrank bei 50°C getrocknet.
  • Die vorbehandelten Platten werden mit einem Ziehrakel mit 25 μm, 100 μm oder 200 μm Nassfilmdicke appliziert und mit der Print Concept UV-Anlage unter Stickstoffatmosphäre bei einem Vorschub von 3 m/min. und 90% Lampenleistung ausgehärtet. Die Trockenschichtdicken der Beschichtungen liegen bei 70–75% der Nassfilmdicken.
  • Beispiel 3: Fluoreszierend Rot beschichtete PMMA-Platte
  • In 99,6% Basislack 1 werden 0,4% Lumogen F Rot 305 zugegeben und intensiv gemischt bis eine klare Lösung entsteht.
  • Anschließend werden PMMA-Platten mit 100 μm und 200 μm nach obigen Angaben beschichtet und ausgehärtet.
  • Beispiel 4: Fluoreszierend Orange beschichtete PMMA-Platte
  • In eine Mischung aus
    50% Basislack 1
    48% HDDA (Hexandioldiacrylat) und
    2,00% IRGACURE 184
    werden 0,2% Lumogen F Orange 240 zugegeben und intensiv gemischt bis eine klare Lösung entsteht.
  • Anschließend werden PMMA-Platten mit 100 μm und 200 μm nach obigen Angaben beschichtet und ausgehärtet.
  • Beispiel 5: Fluoreszierend Gelb beschichtete PMMA-Platte
  • In eine Mischung aus
    50% Basislack 1
    48% HDDA (Hexandioldiacrylat) und
    2,00% IRGACURE 184
    werden 0,2% Lumogen F Gelb 083 zugegeben und intensiv gemischt bis eine klare Lösung entsteht.
  • Anschließend werden PMMA-Platten mit 100 μm und 200 μm nach obigen Angaben beschichtet und ausgehärtet.
  • Von den Versuchen nach Bsp. 3, Bsp. 4 und Bsp. 5 wurden Proben in den Abmessungen von 10 × 50 mm geschnitten und an allen Kanten poliert. Anschließend wurde die Fluoreszenzintensität an einem Fluoreszenz Spektralphotometer LS-55 (Perkin Elmer) vermessen. Zur Anregung wurde eine tageslichtähnliche Xenonlichtquelle eingesetzt.
  • Die maximalen Intensitäten und die zugehörigen Wellenlängen sind in Tabelle 1 erfasst Tabelle 1
    Versuch Schichtdicke Wellenlänge in nm Rel. Intensität
    Bsp. 3 100 μm 648 64
    200 μm 654 105
    Bsp. 4 100 μm 590 14
    200 μm 597 45
    Bsp. 5 100 μm 545 36
    200 μm 565 60
  • Beispiel 6:
  • Eine PMMA-Platte wird mit dem Lacksystem nach Bsp. 3 mit 25 μm Dickenbeschichtet und ausgehärtet. Darauf kommt eine Schicht in 25 μm mit dem Lacksystem nach Bsp. 4 und abschließend eine Beschichtung in 25 μm mit dem Lacksystem nach Bsp. 5.
  • Beispiel 7: Vergleichsversuch zu Bsp. 6
  • Die Lacksysteme nach Bsp. 3, Bsp. 4 und Bsp. 5 werden im Verhältnis 1:1:1 miteinander gemischt. Anschließend werden auf eine PMMA-Platte 3 Schichten mit jeweils 25 μm aufgebracht.
  • Von den Versuchen nach Bsp. 6 und Bsp. 7 wurden Proben in den Abmessungen von 10 × 50 mm geschnitten und an allen Kanten poliert. Anschließend wurde die Fluoreszenzintensität an einem Fluoreszenz Spektralphotometer LS-55 (Perkin Elmer) vermessen. Zur Anregung wurde eine tageslichtähnliche Xenonlichtquelle eingesetzt.
  • Die maximalen Intensitäten und die zugehörigen Wellenlängen sind in Tabelle 2 erfasst Tabelle 2
    Versuch Wellenlänge in nm Rel. Intensität
    Bsp. 6 648 55
    Bsp. 7 644 48
  • Der Versuch nach Bsp 6 zeigt eine höhere Intensität.
  • Beispiel 8: Alternatives Lacksystem
  • In 99,6% Basislack 2 werden 0,4% Lumogen F Rot 305 zugegeben und intensiv gemischt bis eine klare Lösung entsteht.
  • Anschließend werden PMMA-Platten mit 100 μm und 200 μm nach obigen Angaben beschichtet und ausgehärtet.
  • Beispiel 9: Alternatives Beschichtungssubstrat
  • Das Lacksystem nach Bsp. 8 wird auf eine Polycarbonatplatte (Makrolon®) aufgebracht.
  • Von den Versuchen nach Bsp. 8 und Bsp. 9 wurden Proben in den Abmessungen von 10 × 50 mm geschnitten und an allen Kanten poliert. Anschließend wurde die Fluoreszenzintensität an einem Fluoreszenz Spektralphotometer LS-55 (Perkin Elmer) vermessen. Zur Anregung wurde eine tageslichtähnliche Xenonlichtquelle eingesetzt.
  • Die maximalen Intensitäten und die zugehörigen Wellenlängen sind in Tabelle 3 erfasst Tabelle 3
    Versuch Schichtdicke Wellenlänge in nm Rel. Intensität
    Bsp. 8 100 μm 620 43
    200 μm 626 54
    Bsp. 9 100 μm 632 32
    200 μm 638 37
  • Der Versuch nach Bsp. 8 zeigt eine deutlich höhere Intensität.
  • Figurenbeschreibung
  • Figuren
  • 1: Aufbau einer Solarzelle mit dem homogen eingefärbten Fluoreszenzkollektor, hergestellt durch Beschichtung, nach Beispiel 7
  • 2: Aufbau einer Solarzelle mit dem mehrschichtig eingefärbten Fluoreszenzkollektor, hergestellt durch Beschichtung, nach Beispiel 6
  • 1 und 2 zeigen beispielhafte Anordnungen von Solarzellen (4) am Fluoreszenzkollektor (2, 21–24), der auf seiner Oberseite optional mit einem photonischen Formkörper (1) und an seiner Unterseite optional mit einem Reflektor, z. B. Spiegel oder weißen Platte (3) ausgerüstet ist.
  • 3: Prinzipskizze der Fluoreszenzmessung
  • Bezugszeichenliste
  • Figurenbeschreibung
    • 1
    photonische Schicht
    2
    Kunststoffformkörper
    21
    homogen eingefärbte fluoreszierende Beschichtung
    22, 23, 24
    mehrschichtig eingefärbte fluoreszirende Beschichtunge
    3
    Reflektor, z. B. Spiegel oder weiße Platte
    4
    Solarzelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (25)

  1. Kunststoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff mit einer Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mit mindestens einem Fluoreszenzfarbstoff eingefärbt ist.
  2. Kunststoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff mit mehreren einzelnen Beschichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungen mit mindestens einem Fluoreszenzfarbstoff eingefärbt sind.
  3. Kunststoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass er aus mehreren einzelnen Kunststoffformkörpern mit einer Beschichtung, die mit mindestens einem Fluoreszenzfarbstoff eingefärbt sind, aufgebaut ist.
  4. Kunststoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einzelnen verklebten Kunststoffformkörpern mit einer Beschichtung, die mit mindestens einem Fluoreszenzfarbstoff eingefärbt sind, aufgebaut ist.
  5. Kunstoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung nach dem Walzenauftragsverfahren (Roll-Coating) oder dem Rakelverfahren hergestellt ist.
  6. Kunstoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung nach einem der Verfahren der Flut- oder Tauchbeschichtung hergestellt ist.
  7. Kunststoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem organischen Fluoreszenzfarbstoff gefärbt ist.
  8. Kunststoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem organische Fluoreszenzfarbstoff auf der Basis von Rylen, Perylen, Terylen und/oder Quaterylen gefärbt ist.
  9. Kunststoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem Farbstoff auf Basis komplexer Lanthanoidverbindungen gefärbt ist.
  10. Kunststoffformkörper aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit mindestens einem Farbstoff auf Basis nanoskopischer Halbleiterstrukturen (Quantum Dots) gefärbt ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformkörpers einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in einem Extrusionsverfahren ein farbloser Kunststoffformkörper hergestellt wird, welcher anschließend mit einer Beschichtung nach Anspruch 1 bis 6 weiterverarbeitet wird.
  12. Anordnung aus einem Kunststoffformkörper nach Anspruch 1–6 und einer Solarzelle.
  13. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine photonische Schicht auf dem Kunststoffformkörper angeordnet ist.
  14. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine photonische Schicht aus einem dielektrischen Interferenzfilter angeordnet ist.
  15. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine photonische Schicht aus einem dielektrischen Interferenzfilter, der als Kantenfilter ausgebildet ist, angeordnet ist.
  16. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine photonische Schicht aus einem dielektrischen Interferenzfilter, der als Bandpaßfilter ausgebildet ist, angeordnet ist.
  17. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine photonische Schicht, die aus photonischen Kristallen aufgebaut ist, angeordnet ist.
  18. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine photonische Schicht, die als inverser Opal ausgebildet ist, angeordnet ist.
  19. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein flächiger Reflektor unter dem Kunststoffformkörper angeordnet ist.
  20. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflektor ein Spiegel unter dem Kunststoffformkörper angeordnet ist.
  21. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Reflektor eine weiße Folie oder Platte unter dem Kunststoffformkörper angeordnet ist.
  22. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine photonische Schicht auf dem Kunststoffformkörper und ein Reflektor unter dem Kunststoffformkörper angeordnet sind.
  23. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine photonische Schicht nach Anspruch 13 bis 18 auf dem Kunststoffformkörper und ein Reflektor nach Anspruch 19 bis 21 unter dem Kunststoffformkörper angeordnet sind.
  24. Verwendung eines Kunststoffformkörpers nach einem der Patentansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von Solarkollektoren.
  25. Verwendung einer Anordnung nach einem der Patentansprüche 12 bis 23 zur Herstellung von Solarkollektoren.
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