[发明专利]一种太阳能电池封装用稀土离子掺杂EVA胶膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池封装用稀土离子掺杂EVA胶膜的制备方法。

背景技术

太阳能作为一种可永续利用的清洁能源，有着巨大的开发应用潜力。太阳能光伏发电技术的开发始于20世纪50年代，在其发展初期曾由于成本太高而受到限制，但随着技术的进步，光电转换效率得到显著的提高，成本不断下降，应用范围越来越广。在目前全球能源形势日趋紧张的形势下，太阳能光伏发电作为一种可持续的能源替代方式，近年来得到各国政府的重视，其发展势头非常迅猛。然而，与其它能源相比，目前太阳能发电的成本还是相对较高，难与常规能源竞争。太阳能电池只有在使用寿命相当长的情况下，价格上才能与其它能源进行竞争。目前占据光伏市场份额80％以上的晶体硅太阳能电池组件中的核心部分(硅电池)完全可以达到30年以上的使用寿命，但对电池片起到固定、密封和保护作用的透明高分子EVA胶膜在室外恶劣的天候环境中容易老化变黄、甚至脱胶龟裂，使电池组件破裂或受到天候侵蚀，从而导致使整个电池组件的光电转化效率下降或者是短路损坏而失效。因此，封装材料的性质对电池组件的长期性能是非常重要的，太阳能电池的寿命不得不受电池组件中寿命最短的EVA胶膜的工作寿命所限制，这就是通常所说的“短板原理”。EVA胶膜的工作寿命或耐天候老化性能便成为决定电池组件寿命的关键因素之一，在电池组件中，它是一个易被忽视但在实用中是决不能轻视的部件。由此可见，在降低电池片成本，提高光电转换效率的同时，研究在自然天候条件(昼夜和季节性温度变化、紫外光辐射、湿气、空气污染等)下，光、电和力学性能稳定可靠，使用寿命长的EVA胶膜是太阳能光伏利用中不容忽视的一个方面，也是开发性价比良好的太阳能电池组件产品和降低太阳能发电成本的重要途径之一。

由于太阳电池的禁带宽度的限制，如非晶硅薄膜电池的禁带宽度大约在1.7eV左右，微晶硅薄膜电池的禁带宽度可在1.1eV～1.4eV之间调节。因此电池只能吸收太阳光谱中可见光至近红光部分，紫外线波段以及红外线波段的太阳光则不能被有效地吸收。掺杂后的EVA是一种能将不可吸收波段转化为可吸收波段的封装材料。提高电池封装材料光转换率，已成为太阳能利用的一个迫切需要解决的问题。

稀土发光材料具有许多优点：发光谱带窄、光吸收能力强、转换效率高、发射波长分布区域宽、物理和化学性能稳定、耐高温、可承受高能辐射和强紫外光的作用。正是这些优异的性能，使稀土化合物成为探寻高新技术材料的主要研究对象。目前使用的结晶硅太阳能电池的特点是：太阳光在波长750nm为主的波长范围内发电效率较高。因此，存在着不能利用250～400nm的太阳紫外光，不能有效利用所有波段的太阳光的问题。通过开发的波长变换材料，则能够有效利用各种波长的太阳光。研究最多的是以铕为中心离子的一系列有机配合物或无机化合物，同时因在紫外光的照射下能发出很强的特征红光，所制成的转光剂在农膜上已有较成功的应用，特别是与塑料相容性较好的有机配合物类转光剂。但是这种稀土转光剂在太阳能电池的封装材料-EVA胶膜上的应用很少有报道。如果在EVA胶膜中也加入稀土转光剂，可以把太阳光中的紫外光部分转换成易于被单晶硅太阳能电池吸收的红光，则能够有效利用各种波长的太阳光，提高电池的转换效率。

由于稀土中很多元素都有奇特的性质，所以我们将尝试采用成本低技术同时在EVA中掺入铕和铒两种稀土元素，制成的新的EVA封装膜可以将不可吸收红外波长和紫外波长的光转化为硅太阳能电池可吸收的波长，从而提高太阳能电池的工作效率。

现有技术方案

由于稀土金属离子具有很多的d或f空轨道，它们在聚合物的形成过程中容易缔合。如果直接用铕或铒的氧化物或无机盐与EVA直接混合，它们将不能相容，很难制备成对可见光透明的材料，从而影响了材料的透明性。而且，稀土与EVA的亲和性较小，它们很难均匀地分散于EVA基质中，容易造成局部富集而发生荧光碎灭，因此不同的聚合方式对稀土属聚合物材料的各种性能有很大的影响。一般而言，稀土聚合物分为掺杂型和键合型，掺杂型是指稀土或稀土化合物直接与聚合物共混，而键合型是指通过某种方式将稀土或稀土化合物与聚合物发生化学反应，使它们之间形成化学键，在分子水平上进行共混。目前稀土铕掺杂的EVA薄膜合成方法，有以下几种，但是稀土铒掺杂的EVA薄膜合成方法，据申请人所知，还未见报道。

1简单掺杂法