转光层材料、转光层与太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及转光层材料、转光层与太阳能电池。
【背景技术】
[0002]光伏制造业是新兴的高技术产业，光伏产品转换效率的提升可以直接降低系统平衡成本，组件效率每提高一个百分点，系统平衡成本可下降5?7个百分点。如何充分利用太阳光提高太阳能电池的光电转换效率是各国科学家竞相研宄开发的重要课题。为解决这一问题，在不改变太阳能电池结构和不增加外部设备的条件下，目前开发的相关技术主要有组件前板玻璃减反射、组件前板玻璃减薄以及组件前板玻璃上引入转光层。
[0003]其中组件前板玻璃上引入转光层技术简单易行，即通过转光层对入射光谱进行调整提高电池的光谱响应特性。早在20世纪70年代末，Hovel等就提出了荧光下转移(LDS)的概念，在太阳能电池上面放置含有转光材料的转光层来提高电池的光电转化效率。大量的理论计算、模拟分析以及实验结果都显示转光层能够提高太阳能电池的光电转换效率。
[0004]转光层由光谱转换材料及其载体材料组成。诸多研宄的关键点在于光谱转换材料，欲通过选择不同的光谱转换材料提高转光层的光电转换效率。研宄表明，光谱转换材料可以是有机材料，也可以是无机材料，其均是利用光谱转换材料的特性实现转光层的下转换或上转换，将太阳能电池不能有效响应的紫外光或红外光转换为电池能够有效响应的可见光，从而提高电池的光电转化率。文献《Ti02/Sm3+下转换薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用》中报道采用溶胶-凝胶法制备了 Ti02/Sm3+下转换薄膜，利用其下转换特性将紫外光转换为可见光，提高了可见光光照强度，使电池短路电流提高了 13.2%，光电车专换率提高了 16.2 % ο 文献〈〈Improving spectral response of monocrystallinesilicon photovoltaic modules using high efficient luminescent down-shiftingEu3+complexes》报道了一种通过光谱下转换技术提高太阳能电池在紫外(UV)区光谱响应的方法，优化了 Eu3+配合物对于单晶硅(c-Si)光伏(PV)组件的LDS特性，将这种配合物加入聚醋酸乙烯酯(PVAc)制成薄膜覆盖在c-Si光伏组件上增加了 UV区的外量子效率，PV组件的效率从16.05%增加到16.37%。文献《下转换发光粉体SrAl2O4:Eu2+，Dy3+在硅太阳能电池中的应用》采用化学共沉淀法结合水热处理方法制备了颗粒尺寸约为40nm的发光粉体SrAl2O4: Eu2+，Dy3+，将质量分数10%的SrAl2O4: Eu2+，Dy3+与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在N，N-二甲基甲酰胺溶剂中充分混合后，采用丝网印刷技术将其涂覆于市售硅太阳能电池板上形成覆盖下转换薄膜的太阳能电池，电池的开路电压和短路电流均得到提高，电池的光电转化效率从7.96 %提高至8.96 %，提高了 I %。
[0005]转光层材料中的光谱转换材料固然十分重要，但是载体材料也会对转光层性能造成影响。转光层所选用的载体材料首先要具有高的透光率(尤其是对电池光谱响应性好的波长范围内的光子)和低的光散射率；其次，能够使转光材料在载体中很好地分散；最后，具有一定的耐热、耐光稳定性。上述文献以及现有技术中，转光层材料常用的载体材料为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA (俗称有机玻璃)、聚醋酸乙烯酯PVAc以及各种玻璃等。但是PMMA与PVAc只能用有机溶剂溶解配制浆料，溶剂挥发对环境造成污染；最重要的是其与太阳能电池组件前板玻璃的结合力差；随着使用时间的延长，可导致转光层的应力开裂。
【发明内容】
[0006]本发明解决的技术问题在于提供一种转光层材料，本申请提供的转光层材料形成的转光层与玻璃结合力强，且具有良好的力学稳定性。
[0007]有鉴于此，本申请提供了一种转光层材料，包括:光谱转换材料和载体材料，所述载体材料为水性丙烯酸树脂。
[0008]优选的，所述水性丙烯酸树脂为丙烯酸树脂乳液或丙烯酸树脂水分散体；所述丙稀酸树脂乳液的固含量为20wt %?60wt %，所述丙稀酸树脂水分散体的固含量为
20wt %?60wt % ο
[0009]优选的，所述丙烯酸树脂乳液按照下述方法制备得到:
[0010]在引发剂作用下，油性烯类单体在水中发生乳液聚合反应；
[0011]所述丙烯酸树脂水分散体按照溶液聚合法得到。
[0012]优选的，所述光谱转换材料的含量为lwt%? 10wt%，所述水性丙稀酸树脂的含量为90wt%? 99wt%，所述水性丙稀酸树脂的固含量为20wt%? 60wt%。
[0013]优选的，所述光谱转换材料选自有机光谱转换材料与无机光谱装换材料中的一种或两种。
[0014]优选的，所述光谱转换材料为有机光谱转换材料和无机光谱转换材料；所述有机光谱转换材料为中心离子为稀土 Eu3+的有机配合物，所述无机光谱转换材料为含稀土 Eu元素的无机光谱转换材料。
[0015]本申请还提供了上述方案所述的转光层材料形成的转光层。
[0016]优选的，所述转光层的厚度为10?200 μ m。
[0017]优选的，所述转光层的制备按照下述过程进行:
[0018]将有机光谱转换材料与无机光谱转换材料中的一种或两种与水性丙烯酸树脂混合，得到浆液；
[0019]将所述浆液涂刷或喷涂于太阳能电池组件的前板玻璃表面，干燥后得到转光层。
[0020]本申请还提供了一种太阳能电池，包括:前板玻璃表面沉积有上述方案所述转光层的太阳能电池组件。
[0021]本申请提供了一种转光层材料，包括光谱转换材料和载体材料，所述载体材料为水性丙烯酸树脂。本申请转光层材料以水性丙烯酸树脂为载体材料，其使转光层为柔性薄膜，与玻璃的结合力强，具有高的透光率率与低的光散射率；具有较好的耐候稳定性，并且本申请的载体材料通过溶剂水形成，对环境友好。实验结果表明，本发明提供的转光层材料作为转光层透过率多90%，使用一年后转光层不脱落。
【具体实施方式】
[0022]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
[0023]本发明实施例公开了一种转光层材料，包括:光谱转换材料和载体材料，所述载体材料为水性丙烯酸树脂。
[0024]本申请采用水性丙烯酸树脂作为光谱转换材料的载体，在太阳能电池组件前板玻璃上制备转光层。本申请转光层由于转光层材料的载体通过溶剂水挥发形成，对环境友好，所制备的转光层为柔性薄膜，与玻璃的结合力强；具有高的透光率与低的光散射率；具有一定的耐热、耐光稳定性、不脆化、不变黄；具有较好的力学稳定性，不易燃。
[0025]光谱转换材料一般是固体粉末，无法直接应用到电池上，因此，需要用一种有机高分子材料作为载体，把光谱转换材料粉末分散到这种高分子材料中形成一种薄膜覆盖到太阳能电池表面的玻璃板上。本申请转光层材料的载体材料水性丙烯酸树脂优选为丙烯酸树脂乳液或丙烯酸树脂水分散体；所述丙烯酸树脂乳液优选为作为丙烯颜料粘结剂的聚丙烯酸乳液。所述丙烯酸树脂乳液优选由油性烯类单体在水中乳化在水性自由基引发剂引发下合成。所述丙烯酸树脂水分散体的合成可以采用溶液聚合法。所述溶液聚合法具体为:所述丙烯酸树脂水分散体(亦称水可稀释丙烯酸)，其溶剂与水互溶，在单体配方中含有羧基，碱中和后得到盐基，强烈搅拌下加水得到阴离子型丙烯酸树脂水分散体；或单体配方中含有叔胺基单体，采用酸中和后得到季铵盐基，在强烈搅拌下加水得到阳离子型丙烯酸树脂水分散体。本申请作为转光层载体的水性丙烯酸树脂可以采用市售产品，也可以按现有技术制备。
[0026]本申请中所述转光层材料中光谱转换材料的含量优选为lwt%? 10wt%，在一些实施例中，所述光谱转换材料的含量更优选为2.5wt%? 5wt% ;所述水性丙稀酸树脂的含量优选为90wt %?99wt %，在一些实施例中，所述水性丙烯酸树脂的含量更优选为95wt%?97.5wt%，所述水性丙稀酸树脂的固含量优选为20wt%? 60wt%。本申请所述光谱转换材料优选为有机光谱转换材料和无机光谱转换材料中的一种或两种。所述有机光谱转换材料优选为中心离子为Eu3+的有机配合物，所述无机光谱转换材料优选为含稀土 Eu元素的无机光谱转换材料。本申请对所述光谱转换材料没有特别的限制为本领域技术人员熟知的光谱转换材料即可。本申请还提供了上述转光层材料形成的转光层。本申请中转光层中的载体材料水性丙烯酸树脂是主体材料，其用量决定了转光层的厚度，最终决定转光层的性质。本申请中所述转光层的厚度优选为10?200 μm，在一些实施例中，所述转光层的厚度更优选为50?150 μ m。
[0027]本申请所述转光层的制备按照下述制备方法得到:
[0028]将有机光谱转换材料与无机光谱转换材料中的一种或两种与水性丙烯酸树脂混合，得到浆液；
[0029]将所述浆液涂刷或喷涂于太阳能电池组件的前板玻璃表面，干燥后得到转光层。
[0030]本申请还提供了一种太阳能电池，其包括前板玻璃表面沉积有转光层的太阳能电池组件。
[0031]本申请提供了一种转光层材料，包括光谱转换材料与载体材料，所述载体材料为水性丙烯酸树脂。本申请转光层材料以水性丙烯酸树脂为载体材料，其使转光层为柔性薄膜，与玻璃的结合力强，具有高的透光率率与低的光散射率；具有较好的耐候稳定性。实验结果表明，本发明提供的转光层材料作为转光层透过率多90%，使用一年后转光层不脱落。
[0032]为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的转光层材料与转光层进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
[0033]以下实施例中采用的共同试验条件:试验用太阳能电池组件规格为1650X990，多晶硅电池的功率为250W，单晶硅电池的功率为270W。丙烯酸树脂的相对密度0.90，转光层厚度为ΙΟΟμπι。光谱转换材料选择中心离子为稀土 Eu3+的有机配合物粉末(Eu(TTA)3Pheru Eu (acac) 3Phen等)以及含稀土 Eu元素的无机光谱转换材料(SrAl2O4:Eu2+0.04, Dy3+0.02, Y(Moa5Wa5):Eu3+等)。使用模拟光源按GB/T9535-1998《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》测定太阳能电池组件涂覆转光层前后的开路电压(Voc)、短路电流(Isc)、工作电压(Vmp)、工作电流(Imp)、最大功率(Pmax)。用涂覆转