一种光转换胶膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于胶膜，具体涉及一种光转换胶膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着科学技术的不断发展和进步，人类对资源的需求量不断增加，不可再生资源的不断减少使人类将目光投向了太阳能。太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置，太阳能具有环保、无污染等优点，是最有研究和开发潜力的能源之一。太阳能电池的发展到目前为止经历了三代，第一代光伏电池以硅基太阳能电池为代表，包含单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池，这类电池发展较成熟，已在商业和民用领域得到广泛应用，电池的效率高达26.7％；第二代光伏电池为多元化合物薄膜太阳能电池，拥有制作成本低、光电转换效率较高、易于大规模生产等优点；第三代太阳能电池包含染料敏化太阳能电池(dsscs)和钙钛矿太阳能电池，这类电池具有原料丰富、成本低等优点，有极大的发展空间。作为一种将太阳能转化为电能的装置，不管是基于能源利用还是商业价值也好，当然是希望其转换效率越高越好，对太阳能电池效率的因影响因素很多，包括工艺的优化，材料本身的特质，光的强度，对光的吸收范围等。

2、目前，太阳能电池对光吸收以及表面复合方面存在不足，从而导致其光电转换效率低，尤其是紫外波段，300～400nm的光吸收较少。以晶硅薄膜为例，大部分的太阳光，尤其是高能的紫外光(200～300nm)几乎不能被吸收。为了解决这一问题，增加材料的光吸收范围成为必然的选择之一，即通过转光荧光材料将高能紫外区或长波长远红外光转化为太阳能电池可吸收的可见光。

3、碳点作为一种新型碳纳米荧光材料，具有下转换转光作用。cn116496722a公开了一种光伏组件用绝缘转光膜及其制备方法、光伏组件；该发明提供的光伏组件用绝缘转光膜的制备包括碳量子点的绝缘包覆和共混配料、流延成膜，提高了胶膜对紫外光的转换率，提高了组件的发电效率，且降低了老化后组件发电效率的衰减；但是该发明提供的碳点作为转光材料制备时需要进行高温下的流延成膜，而碳点由于有机属性，无法耐受高温环境，容易造成结构破坏而失效，进而导致转光效果不佳或无作用。

4、因此，为解决上述技术问题，急需开发一种能够增强太阳能电池对太阳光谱吸收范围，提升光伏组件光电转换效率的光转换胶膜。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种光转换胶膜及其制备方法和应用，所述光转换胶膜通过在基膜表面吸附能够进行光转换的荧光碳点，进而具有能将太阳光中的紫外光转换为可见光的效果，进而应用于太阳能光伏组件中，能有效提高所述太阳能光伏组件的光电转换效率；且所述光转换胶膜的制备过程比较简单，不涉及高温等复杂流程，不会破坏荧光碳点的结构，能够充分发挥荧光碳点的光转换性能。

2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种光转换胶膜，所述光转换胶膜包括基膜，所述基膜的表面吸附有能够进行光转换的荧光碳点。

4、经本发明的发明人研究发现，荧光碳点在200～400nm波长范围内具有非常强的吸收峰，其共轭sp2域核态主导的π-π*跃迁在200～300nm范围内，进而使其能够将高能量的紫外光转换成可见光。

5、本发明提供的光转换胶膜通过在基膜的表面吸附能够进行光转换的荧光碳点，使所述光转换胶膜具有将太阳光中的紫外光转换为可见光的功能，进而应用于太阳能光伏组件的封装胶膜时，能够有效提高所述太阳能光伏组件的光电转换效率。

6、优选地，所述基膜包括eva基膜或epe基膜。

7、优选地，所述荧光碳点通过氢键作用力吸附在基膜表面。

8、优选地，所述荧光碳点表面具有羧基、羟基或氨基中的任意一种或至少两种的组合。

9、在本发明中，由于所采用的荧光碳点表面具有丰富的氨基、羟基或羧基等官能团，使其可以直接通过氢键作用力吸附在基膜表面(例如：荧光碳点表面的羟基可以与eva胶膜表面的羰基通过氢键键合)，进而使所述光转换封装胶膜的制备过程比较简单，不涉及高温等复杂步骤，进而不会破坏荧光碳点的结构，能够更加充分地发挥光荧光碳点的光转换性能。

10、优选地，所述碳点的发射波长为540～650nm，吸收波长为200～350nm。

11、优选地，所述荧光碳点的前驱体包括苯胺类化合物和苯羧酸类化合物。

12、作为本发明的优选技术方案，采用所述苯胺类化合物和苯羧酸类化合物作为荧光碳点的n源和c源，二者可以在溶剂中交联聚合，由于所选用的n源和c源都是含有大共轭苯环分子的物质，在交联聚合碳化形成荧光碳点时更容易形成具有大共轭分子碳核，使得荧光碳点的带隙小且发射波长较长；且苯羧酸类化合物可以使制备得到的荧光碳点表面具有丰富的羧基官能团，有利于与胶膜的吸附；苯胺类化合物则有利于在荧光碳点表面形成具有水溶性较好的氨基官能团，有利于在水中与胶膜形成键连；此外，本发明优选所述苯胺类化合物作为n源，还可以使得制备得到的荧光碳点具有较好的核态发射。

13、优选地，所述苯胺类化合物和苯羧酸类化合物的摩尔比为1:(0.5～5)，例如1:1、1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4或1:4.5等。

14、在本发明中，通过控制前驱体中苯胺类化合物和苯羧酸类化合物的摩尔比，可以调控合成得到的荧光碳点中的n/c比，而荧光碳点中n源的占比较高，则会使荧光碳点的碳核sp2域大，带隙窄，发射红移，但是对后续得到的太阳能光伏组件的光转换性能影响不大。

15、优选地，所述苯胺类化合物包括邻苯二胺、对苯二胺、2-甲氨基苯酚或3-氨基苯酚中的任意一种或至少两种的组合。

16、优选地，所述苯羧酸类化合物包括4-羧基苯乙酸、4-羧基苯氧乙酸、间羧基苯磺酰胺或间羧基苯磺酰甲胺中的任意一种或至少两种的组合。

17、优选地，所述荧光碳点通过微波法制备得到，所述“微波法”指的是在微波炉升温的条件下进行荧光碳点的制备，选择所述微波法合成荧光碳点，具有合成时间短的优势，仅需要几分钟即可，且合成过程中不涉及高温、高压以及惰性气体保护等苛刻环境。

18、优选地，所述微波法所采用的溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和/或二甲基亚砜；溶剂的种类不同，也会对制备得到的荧光碳点的光谱产生影响。

19、优选地，所述荧光碳点通过如下方法制备得到，所述方法包括如下步骤：

20、(1)将苯羧酸类化合物溶于溶剂，得到混合溶液；

21、(2)将苯胺类化合物和步骤(1)得到的到混合溶液进行混合，得到前驱体溶液；

22、(3)将步骤(2)得到的前驱体溶液置于微波中进行升温，经冷却透析和冷冻干燥，得到所述荧光碳点。

23、作为本发明的优选技术方案，通过上述方法制备得到的光转换荧光碳点相对于常规的荧光碳点具有带隙较多、长波长发射以及表面具有丰富的羧基、氨基、羟基等官能团的优势，同时能够在水溶液中具有良好的分散性，并且与胶膜形成键连。

24、作为本发明的优选技术方案，所述制备方法是将荧光碳点溶液经冷冻干燥后得到荧光碳点粉末的，而非烘干等方式，因为荧光碳点表面具有很多官能团以及烷烃链，在烘干过程中表面官能团和烷基链会形成键连无法称量甚至不可恢复性荧光猝灭，如果直接烘干的话会得到油状胶体而不是粉末，不利于精确浓度分散。

25、优选地，所述微波的功率为500～1000w，例如550w、600w、650w、700w、750w、800w、850w、900w或950w等，进一步优选为700w。

26、优选地，所述微波的时间为3～10min，例如4min、5min、6min、7min、8min或9min等，进一步优选为5min。

27、优选地，所述微波的温度为中温。

28、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述光转换胶膜的制备方法，所述制备方法包括：将基膜浸泡在含荧光碳点的溶液中，待荧光碳点吸附在基膜上后，取出并干燥，得到所述光转换胶膜。

29、本发明提供的光转换胶膜的制备方法仅需将基膜浸泡在含荧光碳点的溶液中，荧光碳点即可利用表面所具有的丰富的羧基、羟基和氨基等官能团通过氢键作用吸附在基膜表面，制备过程十分简单，不涉及高温等条件，进而不会破坏碳点，使制备得到的光转换封装胶膜能够具有优异的光转换性能。

30、优选地，所述基膜浸泡的温度为20～30℃，例如21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃或29℃等，进一步优选为常温。

31、优选地，所述基膜浸泡的时间为6～10h，例如6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h或9.5h等。

32、优选地，所述含荧光碳点的水溶液中荧光碳点的浓度为0.05～0.3g/l，例如0.1g/l、0.15g/l、0.2g/l或0.25g/l等。

33、第三方面，本发明提供一种太阳能光伏组件，所述太阳能光伏组件包括如第一方面所述的光转换胶膜。

34、优选地，所述太阳能光伏组件包括依次设置的前板、前封装胶膜、太阳能电池、后封装胶膜和背板；

35、至少所述前封装胶膜为如第一方面所述的光转换胶膜。

36、在本发明中，对所提供的太阳能光伏组件中前板的种类不做特殊要求，使用本领域常规前板即可，优选为钢化玻璃，同样地，对所述背板的种类也不做特殊要求，优选为玻璃背板。

37、优选地，所述太阳能电池为钙钛矿太阳能电池、硅基太阳能电池或碲化镉太阳能电池中的任意一种。

38、此外，本发明还提供上述第三方面所述太阳能光伏组件的制备方法，所述制备方法包括：在前板上依次堆叠前封装胶膜、太阳能电池、后封装胶膜和背板，经层压，得到所述太阳能光伏组件。

39、优选地，所述层压前还包括抽真空5～20min(例如7min、9min、11min、13min、15min、17min或19min等)的步骤。

40、优选地，所述层压的温度为55～80℃，例如60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等。

41、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

42、(1)本发明提供的光转换胶膜包括基膜，所述基膜的表面吸附有能够进行光转换的荧光碳点，通过在基膜表面吸附上述荧光碳点，使所述光转换胶膜能够吸收太阳光中的紫外光，并将其转化为可被太阳能电池利用的可见光，进而作为封装胶膜应用于太阳能光伏组件中，能有效增强太阳能光伏组件中太阳能电池在对太阳光谱的吸收范围，提高所述光伏组件的光电转换效率；

43、(2)本发明提供的光转换胶膜采用荧光碳点作为转光材料，具有价格低廉，制备过程简单、安全以及不具有毒性等优点，适合工业化批量生产；

44、(3)本发明所提供的光转换胶膜的制备方法简单，在室温下即可完成，不需要高温等复杂操作过程，不会影响荧光碳点的结构，能够使其充分发挥光转换性能。