一種具有高光轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池封裝膠膜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于太陽(yáng)能電池封裝的膠膜組合物，尤其涉及一種同時(shí)具有光下 轉(zhuǎn)移功能和光上轉(zhuǎn)換功能的封裝膠膜，屬于新能源領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源及環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，尋求一種清潔、可持續(xù)的新能源迫在眉睫?；诠怆娹D(zhuǎn) 換效應(yīng)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)正逐漸進(jìn)入人類能源結(jié)構(gòu)。然而，目前廣泛使用的硅基太陽(yáng) 能電池其光電轉(zhuǎn)換效率的理論最大值僅為31 % (Shockly-Queisser極限），實(shí)際上工業(yè)化 的硅基太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)換效率僅為17. 5%左右，因?yàn)樘?yáng)光譜中能量小于硅太陽(yáng)能電池能隙 (Eg = I. IeV)的光子，即波長(zhǎng)大于IlOOnm的光是不能被太陽(yáng)能電池吸收的，而能量大于2 倍能隙的光子，即波長(zhǎng)小于550nm的光對(duì)硅基太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，響應(yīng)性較差。載流子-聲子 的能量交換也造成了一定量光能的損失。
[0003] 改進(jìn)太陽(yáng)能電池對(duì)短波光和長(zhǎng)波光的響應(yīng)性從而提高光電轉(zhuǎn)換效率成為了學(xué)術(shù) 界和產(chǎn)業(yè)界普遍關(guān)心的問(wèn)題。目前有兩種方法可以到達(dá)這一目的，一是對(duì)太陽(yáng)能電池自 身進(jìn)行改進(jìn)，例如第三代太陽(yáng)能電池中的"多結(jié)（multi-junction) "結(jié)構(gòu)（S. M. Bedair, et al. A two-junction cascade solar-cell structure, Appl. Phys. Lett. 34 (I) (1979)38 - 39)、"異質(zhì)結(jié)（heterojunction)"結(jié)構(gòu)（M.Taguchi，et al. HITTM cells-high-efficiency crystalline Si cells with novel structure, Prog. Photovoltaics 8 (5) (2000)503 - 513)和"中間帶隙（intermediate band gap)" 結(jié)構(gòu)（A. Luque，et al. Increasing the efficiency of ideal solar cells by photon induced transitions at intermediate levels, Phys. Rev. Lett. 78 (1997) 5014 - 5017)。但是，在實(shí)現(xiàn)和第一代、第二代太陽(yáng)能電池 競(jìng)爭(zhēng)前，這些概念還存在很大的技術(shù)壁皇須要克服。
[0004] 另外一種方法是在現(xiàn)有的太陽(yáng)能電池表面增加一層光轉(zhuǎn)換層或是直接在封裝材 料中添加光轉(zhuǎn)換劑，其能夠使入射光中太陽(yáng)能電池響應(yīng)較差（量子效率低）的波段轉(zhuǎn)換成 響應(yīng)較好（量子效率高）的波段。這樣，在不改變太陽(yáng)能電池自身結(jié)構(gòu)的前提下實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng) 光的最大利用。如中國(guó)專利CN102732160A公開(kāi)了一種添加了有機(jī)熒光劑的EVA封裝膠膜。 有機(jī)熒光劑能夠吸收特定波長(zhǎng)的紫外線，發(fā)射可見(jiàn)光。但是有機(jī)熒光劑的吸收譜帶較窄，對(duì) 光譜的利用率不高，而且有機(jī)熒光劑的光穩(wěn)定性不佳，長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)變色等現(xiàn)象，影響膠 膜的透光率。稀土離子如三價(jià)的銪離子被報(bào)道可以吸收特定波長(zhǎng)的紫外線，發(fā)射紅光。但 稀土離子自身的吸收系數(shù)不高，即發(fā)光量子效率較低，往往須要借助有機(jī)配位體配位，如中 國(guó)專利CN103237865A公開(kāi)了一種含稀土離子-有機(jī)配合物的球形熒光體，其可以提高太陽(yáng) 能電池的功率，但是有機(jī)配位體作為能量的傳遞基團(tuán)，在長(zhǎng)時(shí)間的紫外照射下仍然有黃變 的問(wèn)題，且稀土離子的吸收帶也較窄。半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有光穩(wěn)定性好，吸收帶寬，發(fā)射光譜 在500-11OOnm范圍內(nèi)可根據(jù)量子點(diǎn)尺寸不同而調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)引起學(xué)者的關(guān)注，如中國(guó)專利 CN101567406A公開(kāi)了 一種含CdS或CdTe量子點(diǎn)的二氧化硅溶膠體，將其涂裝在硅基太陽(yáng)能 電池的表面可形成一層光轉(zhuǎn)換層，但是其制備工藝較復(fù)雜。上述專利及資料所報(bào)道光轉(zhuǎn)換 物質(zhì)僅僅涉及到下轉(zhuǎn)移（down-shift)功能，即將短波部分的紫外光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光或近紅 外光，而對(duì)于太陽(yáng)光譜中大于IlOOnm的近紅外光并沒(méi)有轉(zhuǎn)換作用，因此AML 5中20%的能 量被白白浪費(fèi)。
[0005] 中國(guó)專利CN103709946A公布了一種含稀土金屬-有機(jī)配合物的EVA膠膜，其具有 紫外下轉(zhuǎn)換和近紅外上轉(zhuǎn)換功能，但是其制備方法是將EVA和稀土金屬-有機(jī)配合物在有 機(jī)溶劑中進(jìn)行分散復(fù)合，烘干后成膜，這對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)來(lái)說(shuō)并不現(xiàn)實(shí)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種光穩(wěn)定性好，透光率高，且光譜轉(zhuǎn)換效率高即同時(shí)具有 下轉(zhuǎn)移（將波長(zhǎng)為300nm-500nm的一個(gè)入射光子轉(zhuǎn)化成為一個(gè)波長(zhǎng)為500nm-1100nm的 光子）和上轉(zhuǎn)換（將兩個(gè)或兩個(gè)以上波長(zhǎng)大于IlOOnm的入射光子轉(zhuǎn)化成為一個(gè)波長(zhǎng)為 500nm-1100nm的光子）功能的太陽(yáng)能電池封裝膠膜。且這種膠膜是通過(guò)簡(jiǎn)單的方法制備而 得，可進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
[0007] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種具有高光轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池封裝膠膜， 通過(guò)以下方法制備得到：將100重量份的基體樹(shù)脂、0. 1~2重量份的光下轉(zhuǎn)移劑、0. 01~ 1重量份的光上轉(zhuǎn)換劑、〇. 01~1. 5重量份的過(guò)氧化物引發(fā)劑、0. 5~10重量份的助交聯(lián) 劑、0. 1~5重量份的增粘劑、0. 01~5重量份光穩(wěn)定劑、0. 05~5重量份的抗氧劑混合均 勻后，用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，將造好的粒子用單螺桿擠出機(jī)擠出流延成膜，或是壓延成 膜。
[0008] 進(jìn)一步地，所述的光下轉(zhuǎn)移劑為一種或多種量子點(diǎn)按照任意配比組成的混合物， 所述的量子點(diǎn)的平均尺寸小于l〇nm，尺寸的標(biāo)準(zhǔn)差大于平均尺寸的10%且小于平均尺寸 的30% ;所述量子點(diǎn)通過(guò)表面改性劑進(jìn)行表面改性，所述的表面改性劑一端與量子點(diǎn)進(jìn)行 化學(xué)反應(yīng)或物理偶聯(lián)，另外一端和基體樹(shù)脂相容；所述量子點(diǎn)選自IV-A族元素單質(zhì)量子 點(diǎn)、由IV -A族元素的單質(zhì)組成的合金量子點(diǎn)、由III -A族任意一種元素和V -A族任意一種 元素組成的化合物量子點(diǎn)、由II -B族任意一種元素和VI -A族任意一種元素組成的化合物 量子點(diǎn)。
[0009] 進(jìn)一步地，所述的光下轉(zhuǎn)移劑為Si量子點(diǎn)、GaAS量子點(diǎn)、CdS量子點(diǎn)、CdSe量子 點(diǎn)、CdTe量子點(diǎn)、ZnS量子點(diǎn)、ZnSe量子點(diǎn)或ZnTe量子點(diǎn)中的任意一種或由其中多種按照 任意比例混合組成。
[0010] 進(jìn)一步地，所述的基體樹(shù)脂由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-α烯烴共聚物、乙 烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯醇縮丁醛中的任意一種或多種按照任意配比組成；所 述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，醋酸乙烯酯的含量為15~35wt% ;所述的乙烯-α烯烴共 聚物中，α烯烴的摩爾含量為10%~50%，α烯烴為1-戊烯、1-己烯、4-甲基-1-己烯、 1-辛條、1_癸條、1_十二條、4_乙基-1-己條或5_甲基-1-庚條。
[0011] 進(jìn)一步地，所述的光上轉(zhuǎn)換劑是由稀土離子摻雜的無(wú)機(jī)熒光體和包覆無(wú)機(jī)熒光 體的透明聚合物包覆層組成；所述透明聚合物的熔點(diǎn)大于140°C，為丙烯酸樹(shù)脂、甲基丙 烯酸樹(shù)脂、氨基甲酸酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、苯乙烯類樹(shù)脂中的任意一種；所述的摻雜有稀土離 子的無(wú)機(jī)熒光體由 Aei_nX2:RE 3+n、R1-J3=RE 3+n、AR1-J4=RE 3+n、Aei_n_mX2:RE 3+n，RE' 3+m、RitmX3: RE3+n, RE' 3VARmX4iRE 3+n, RE' '中的一種或多種按照任意配比組成，式中，n為主體材料中 RE3+所占的摩爾百分?jǐn)?shù)，η的范圍為0.0 l~0. 5, m為主體材料中RE' 3+所占的摩爾百分?jǐn)?shù)， m的范圍為0. 0001~0. 001 ;Ae表示堿土金屬元素，R表示4f軌道上沒(méi)有電子或是全充滿 電子的具有光學(xué)惰性的稀土元素，X表示鹵素元素，A表示堿金屬元素；RE3+和RE' 3+為不同 的摻雜離子，均為4f軌道電子數(shù)為8~13的重稀土離子；
[0012] 進(jìn)一步地，所述的摻雜有稀土離子的無(wú)機(jī)熒光體由Aei_nX 2:RE3+n、RpnX3iRE3V AR1J4iRE 3+"中的一種或多種按照任意配比組成；所述的RE 3+為Tb 3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm 3+、 Yb3+中任意一種，優(yōu)選為Ho 3+和Er 3+中的任意一種，最優(yōu)選為Er 3+。η的范圍為0. 1~0. 3， 更優(yōu)選范圍為0. 15~0.25。
[0013] 進(jìn)一步地，所述的摻雜有稀土離子的無(wú)機(jī)熒光體由Aei_n_mX 2:RE 3+n，RE' 3+m、R1^X3: RE3+n，RE' 3+m、ARitmX4iRE 3+n，RE' '中的一種或多種按照任意配比組成；所述的RE 3+為Er 3+， RE'3+為Dy 3+和Tm 3+中的任意一種。
[0014] 進(jìn)一步地，所述Ae為Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra中的任意一種，優(yōu)選Ca、Sr、Ba中的任 意一種；X為F、Cl、Br、I中的任意一種，優(yōu)選為F、C1中的任意一種；A為L(zhǎng)i、Na、K、Rb、Cs、 Fr中的任意一種，優(yōu)選為L(zhǎng)i、Na中的任意一種；R為Y、La、Lu中的任意一種，優(yōu)選為Y。
[0015] 進(jìn)一步地，所述的過(guò)氧化物引發(fā)劑由下列一種或多種按照任意配比混合組成：叔 丁基過(guò)氧化碳酸異丙酯、2, 5-二甲基-2, 5-雙（叔丁過(guò)氧基）己烷、1-雙（過(guò)氧化叔丁 基）-3, 3, 5-三甲基環(huán)己烷、叔丁基過(guò)氧化碳酸-2-乙基己酯、2, 5-二甲基-2, 5-二（叔 丁基過(guò)氧化）己烷、1，1-雙（叔丁基過(guò)氧）_3, 3, 5-三甲基環(huán)己烷、1，1_雙（叔戊基過(guò) 氧）-3, 3, 5-三甲基環(huán)己烷、1，1-雙（叔戊基過(guò)氧）環(huán)己烷、1，1-雙（叔丁基過(guò)氧）環(huán)己烷、 2, 2-雙（叔丁基過(guò)氧）丁烷、過(guò)氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、2, 5-二甲基2, 5-雙（苯甲 酰過(guò)氧）_己烷、過(guò)氧化碳酸叔戊酯、過(guò)氧化3, 3, 5三甲基己酸叔丁酯；所述的助交聯(lián)劑由多 官能團(tuán)的丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯中的一種或多種按照任意配比混合組成；所述的增粘劑 為硅烷偶聯(lián)劑。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明涉及的太陽(yáng)能電池封裝膠膜同時(shí) 具有上轉(zhuǎn)換功能和下轉(zhuǎn)移功能，對(duì)光譜的利用效率高；本發(fā)明涉及的太陽(yáng)能電池封裝膠膜 其光轉(zhuǎn)換物質(zhì)不涉及到有機(jī)配體，因此光穩(wěn)定性好，長(zhǎng)期使用不影響膠膜的透光性；本發(fā)明 涉及的太陽(yáng)能電池封裝膠膜可通過(guò)成熟的工業(yè)化設(shè)備進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明一種具有高光轉(zhuǎn)換效率的太陽(yáng)能電池封裝膠膜，由