[发明专利]一种纳米荧光颗粒及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，特别是一种纳米荧光颗粒及其制备方法和应用。

背景技术

太阳能电池光电转换效率偏低，发电成本较高是制约太阳能光伏系统广泛应用的两个主要因素，而导致这两个主要因素的原因是太阳光波谱中的部分波谱对太阳能电池响应度较低或者基本无响应。比如波谱范围为280-2500nm的太阳光，其对传统晶硅太阳能电池最佳响应度的波谱范围在600-980nm，其他波谱范围太阳光的响应度较低或者基本无响应，这就造成了非常大的能量损失。为提高太阳能电池的光电转换效率，当前主要是对太阳能电池本身进行优化，但这一解决方法通常还是会受到技术条件和成本的制约。

目前为止，业内人士提出了各式各样的荧光转换材料，比如稀土材料、荧光有机染料或量子点等，其主要步骤是先将荧光物质掺杂在有机透明基质中，再将基质涂覆于太阳能电池表面或者玻璃、EVA、背板等太阳能组件封装材料上，原理是利用荧光上转换或下转换技术将太阳光转换到太阳能电池有效响应波谱区域，提高太阳能电池的光电转换效率，但是这一方法存在着荧光材料在透明基质中难分散均匀、在使用过程中会发生聚集或扩散、有机透明基质耐候性差、荧光物质易迁移等等问题。CN10787272A公开了一种掺杂有稀土离子的纳米荧光颗粒用于太阳能光伏系统，该纳米荧光颗粒有效提高了荧光转换层的耐候性问题，但仍然存在稀土离子在纳米颗粒及透明基质中分散均匀性及易迁移的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有波长转换功能的新型纳米荧光材料，将在太阳能电池中光电响应度低或者无响应度的太阳光波进行转换，解决传统荧光物质在透明基质中的难分散性和在转换层中的易迁移性的问题，提高太阳能电池的光电转换效率，降低太阳能光伏系统的发电成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纳米荧光颗粒，其粒径为20-200nm，具体包括纳米颗粒和具有荧光功能基团的透明聚合物链。

所述纳米颗粒为二氧化钛或二氧化硅，或者表面具有同等功能基团的其他氧化物，其粒径为10-150nm，质量为纳米荧光颗粒的1％-10％；

具有荧光功能基团的透明聚合物链为含有至少一种荧光功能基团R的丙烯酸类均聚物/共聚物、聚乙烯类均聚物/共聚物、聚苯乙烯类均聚物/共聚物或热塑性聚氨酯，荧光功能基团R在透明聚合物链的主链或/和侧链上；

所述荧光功能基团R含有π离域电子，具体为蒽(Anthracene)、菲(Phenanthrene)、芘(Pyrene)、苝(Perylene)、喹啉(Quinoline)、香豆素(Counarin)、对三联苯(p-Terphenyl)、N-邻羟苯亚甲基苯胺(N-Salicidenceaniline)、α-苯甲酰基肉桂腈(α-Benzoyl-cinnamonitrile)或罗丹明B(Rhodamine B)，其与透明聚合物的摩尔比为0.01％-10％，最佳摩尔比为1-3％。荧光功能基团R可以将太阳光波谱中对太阳能电池响应度较小或无响应度的波段光谱在最佳响应波段范围内发射，以提高太阳能电池的光电转换效率，其自身具有较小的自吸收发射峰和激发峰，自吸收大小由荧光功能基团R占透明聚合物的摩尔比决定；

一种纳米荧光颗粒的制备方法，具有如下制备步骤：

(1)对纳米颗粒进行表面修饰；

(2)选用自由基聚合或者缩合聚合法将含有荧光功能基团的单体或含有荧光功能基团单体的衍生物与经表面修饰的纳米颗粒进行接枝反应，得到纳米荧光颗粒。

一种纳米荧光颗粒在太阳能光伏系统中的应用方法如下：

(1)利用旋涂、电化学沉积或丝网印刷法将纳米荧光颗粒涂布于封装玻璃的外表面或内表面、太阳能电池表面、背板内侧；

(2)采用共混法将纳米荧光颗粒掺杂在EVA封装胶膜中。

本发明的纳米荧光颗粒是一种具有波长转换功能的新型有机无机杂化纳米荧光材料，其能够将在太阳能电池中光电响应度低或者无响应度的太阳光波进行转换，并有效解决传统荧光物质在透明基质中的难分散性和在转换层中的易迁移性的问题，从而提高太阳能电池的光电转换效率，降低太阳能光伏系统的发电成本。

本发明提供一种能将太阳光转换到太阳能电池有效响应区域的有效材料和方式，其相对于传统有机透明基质具有较强的耐热和耐候性，在太阳能电池组件工作的室外环境中具有强抗老化性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1为本发明的纳米荧光颗粒结构示意图；