[發明專利]一種高效的稀土配合物發光薄膜及其制備方法及其應用

在審

• 申請號: 202110800965.9
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113637197A
• 公開（公告）日: 2021-11-12
• 發明（設計）人: 李煥榮;王元;尹健;張光睿;張秀榮;李璐;趙長玉;彭維
• 申請（專利權）人: 河北工業大學;天津包鋼稀土研究院有限責任公司
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L23/08;C08L33/12;C08L29/14;C08K5/00;C08K5/50;C09K11/02;C09K11/06;H01L31/055
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

本發明為一種高效的稀土配合物發光薄膜及其制備方法及其應用。該薄膜的組成為摻雜介質Ln?四元?β?二酮?四苯基膦陽離子配合物和高分子基質；其中，摻雜介質的質量為高分子基質薄膜質量的0.01％～90％；所述的摻雜介質Ln(β?二酮)₄?膦鹽抗衡陽離子配合物的結構式如下。本發明所研發的Ln(β?二酮)₄?四苯基膦陽離子配合物發光薄膜具有優異的光學性能，而這一良好的性能能夠提高硅基太陽能電池的光電轉換效率。與此同時，該發光薄膜還能有效的保護EVA因紫外線照射而造成的降解問題。

技術領域

本發明隸屬于稀土發光材料應用領域，涉及一類具有高效發光的稀土四元配合物發光薄膜的制備方法以及在太陽能電池上的應用。

背景技術

隨著當今世界經濟的飛速發展，傳統的化石能源根基變得不再穩固，現在世界各國都在致力于新技術開發各種可再生新能源。在各種可再生能源中，由于常年充足的陽光和捕捉光能技術的進步，太陽能已然成為最重要的可再生能源。多年來，太陽能光伏電池已成為太陽能的主要利用方式，因為它不僅可再生，而且安全、無污染。其中各類型硅基太陽能電池已經實現了大規模的市場化應用，但是我國太陽能光伏行業的現狀相比于國外仍有較大差距，主要原因是上游產品成本相對較高，技術落后導致本身光伏電池效率低等。另外，現在的光伏電池在戶外的安裝會占據大規模的用地面積，并且還要考慮到陽光能否充分照射，這使得光伏產品大多應用于偏遠地區，限制了其長足的發展。因此，從技術角度出發，提高現有硅基太陽能電池的光電轉換效率，增加發電功率，解決電池在地域上的限制問題是能源技術領域的重點研究方向。

硅基太陽能電池的禁帶寬度為1000nm，與標準太陽能輻射光譜(GlobeAM1.5)呈現出一定的不匹配，特別是在紫外光波段，明顯的光譜不匹配使得硅太陽能電池對紫外光的利用率不高，它們以晶格熱振動的形式損耗，導致硅太陽能電池在紫外光區域具有較低的外量子效率。另外，紫外光對于傳統封裝太陽能電池組件所用的EVA會造成一定程度的老化發黃現象，最終導致在電池使用過程中發生電池效率降低和壽命衰減等情況。因此，通過一定的手段將太陽光中的短波長部分的光轉換為500-900nm波長的光，將是提高電池的轉換效率的一種有效手段。

稀土配合物是一種能夠將紫外光轉換為可見光或近紅外光的一種發光材料，其呈現出有機配體摩爾消光系數大、發光效率高、Stokes位移大、發光壽命長等優點，因而在照明、顯示、能源、生物等領域展現出廣泛的應用前景。稀土配合物應用于硅基太陽能電池需要滿足以下幾點：1)在紫外區300nm以后的寬帶吸收以及較高的量子效率；2)能夠并入高分子基質中并保持較好的透明度；3)較好的光穩定性。

發明內容

本發明的目的是為了實現稀土配合物在硅基太陽能電池上的應用，提供一種高效的稀土配合物發光薄膜的制備方法及其在太陽能電池上的應用方式。本發明將四苯基膦抗衡陽離子功能化的一系列Ln-四元-β-二酮配合物與各類型高分子基質聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇縮丁醛酯(PVB)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)混合，制備成相應的稀土配合物發光薄膜并應用于硅基太陽能電池。薄膜與硅基太陽能電池有兩種耦合方式：一種是將現成的EVA發光薄膜直接與硅基太陽能電池組件進行封裝；另一種是將所制得的發光薄膜前驅體溶液采用滴涂或者旋涂的方式置于亞克力玻璃或者光伏玻璃表面，之后將硅基太陽能電池耦合于玻璃側面制成太陽能聚光器。

本發明的技術方案為：

一種高效的稀土配合物發光薄膜，其組成為摻雜介質Ln-四元-β-二酮-四苯基膦陽離子配合物和高分子基質；其中，摻雜介質的質量為高分子基質薄膜質量的0.01％～90％；

所述的摻雜介質Ln(β-二酮)₄-膦鹽抗衡陽離子配合物的結構式如下，其中，β-二酮配體和稀土元素組成配合物陰離子部分，帶有正電荷四苯基膦抗衡陽離子作為陽離子部分；