[發明專利]轉光層材料、轉光層與太陽能電池

在審

• 申請號: 201510319316.1
• 申請日: 2015-06-09
• 公開（公告）號: CN104882506A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 閆慧忠;琚建勇;張忠義;申孟林;張立業;孔祥薇;秦曉婷;敖琛
• 申請（專利權）人: 天津包鋼稀土研究院有限責任公司;包頭稀土研究院
• 主分類號: H01L31/055
• 分類號: H01L31/055
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，尤其涉及轉光層材料、轉光層與太陽能電池。

背景技術

光伏制造業是新興的高技術產業，光伏產品轉換效率的提升可以直接降低系統平衡成本，組件效率每提高一個百分點，系統平衡成本可下降5～7個百分點。如何充分利用太陽光提高太陽能電池的光電轉換效率是各國科學家競相研究開發的重要課題。為解決這一問題，在不改變太陽能電池結構和不增加外部設備的條件下，目前開發的相關技術主要有組件前板玻璃減反射、組件前板玻璃減薄以及組件前板玻璃上引入轉光層。

其中組件前板玻璃上引入轉光層技術簡單易行，即通過轉光層對入射光譜進行調整提高電池的光譜響應特性。早在20世紀70年代末，Hovel等就提出了熒光下轉移(LDS)的概念，在太陽能電池上面放置含有轉光材料的轉光層來提高電池的光電轉化效率。大量的理論計算、模擬分析以及實驗結果都顯示轉光層能夠提高太陽能電池的光電轉換效率。

轉光層由光譜轉換材料及其載體材料組成。諸多研究的關鍵點在于光譜轉換材料，欲通過選擇不同的光譜轉換材料提高轉光層的光電轉換效率。研究表明，光譜轉換材料可以是有機材料，也可以是無機材料，其均是利用光譜轉換材料的特性實現轉光層的下轉換或上轉換，將太陽能電池不能有效響應的紫外光或紅外光轉換為電池能夠有效響應的可見光，從而提高電池的光電轉化率。文獻《TiO₂/Sm³⁺下轉換薄膜的制備及其在染料敏化太陽能電池中的應用》中報道采用溶膠-凝膠法制備了TiO₂/Sm³⁺下轉換薄膜，利用其下轉換特性將紫外光轉換為可見光，提高了可見光光照強度，使電池短路電流提高了13.2％，光電轉換率提高了16.2％。文獻《Improving?spectral?response?of?monocrystalline?silicon?photovoltaic?modules?using?high?efficient?luminescent?down-shifting?Eu³⁺complexes》報道了一種通過光譜下轉換技術提高太陽能電池在紫外(UV)區光譜響應的方法，優化了Eu³⁺配合物對于單晶硅(c-Si)光伏(PV)組件的LDS特性，將這種配合物加入聚醋酸乙烯酯(PVAc)制成薄膜覆蓋在c-Si光伏組件上增加了UV區的外量子效率，PV組件的效率從16.05％增加到16.37％。文獻《下轉換發光粉體SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺在硅太陽能電池中的應用》采用化學共沉淀法結合水熱處理方法制備了顆粒尺寸約為40nm的發光粉體SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺，將質量分數10％的SrAl₂O₄:Eu²⁺，Dy³⁺與聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在N，N-二甲基甲酰胺溶劑中充分混合后，采用絲網印刷技術將其涂覆于市售硅太陽能電池板上形成覆蓋下轉換薄膜的太陽能電池，電池的開路電壓和短路電流均得到提高，電池的光電轉化效率從7.96％提高至8.96％，提高了1％。

轉光層材料中的光譜轉換材料固然十分重要，但是載體材料也會對轉光層性能造成影響。轉光層所選用的載體材料首先要具有高的透光率(尤其是對電池光譜響應性好的波長范圍內的光子)和低的光散射率；其次，能夠使轉光材料在載體中很好地分散；最后，具有一定的耐熱、耐光穩定性。上述文獻以及現有技術中，轉光層材料常用的載體材料為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA(俗稱有機玻璃)、聚醋酸乙烯酯PVAc以及各種玻璃等。但是PMMA與PVAc只能用有機溶劑溶解配制漿料，溶劑揮發對環境造成污染；最重要的是其與太陽能電池組件前板玻璃的結合力差；隨著使用時間的延長，可導致轉光層的應力開裂。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種轉光層材料，本申請提供的轉光層材料形成的轉光層與玻璃結合力強，且具有良好的力學穩定性。

有鑒于此，本申請提供了一種轉光層材料，包括：光譜轉換材料和載體材料，所述載體材料為水性丙烯酸樹脂。

優選的，所述水性丙烯酸樹脂為丙烯酸樹脂乳液或丙烯酸樹脂水分散體；所述丙烯酸樹脂乳液的固含量為20wt％～60wt％，所述丙烯酸樹脂水分散體的固含量為20wt％～60wt％。