一种彩色封装胶膜、太阳能电池及其制备方法
阅读说明：本技术 一种彩色封装胶膜、太阳能电池及其制备方法 (Colored packaging adhesive film, solar cell and preparation method thereof ) 是由 邢泽咏 王储劼 季泽良 郑策 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种彩色封装胶膜、太阳能电池及其制备方法,所述彩色封装胶膜含有稀土元素掺杂的钙钛矿量子点,所述钙钛矿量子点的化学式为ABCl-(x)Br-(y)I-(3-x-y),x≥0,y≤3,x+y≤3,A为一价阳离子,B为二价阳离子。所述彩色封装胶膜制备得到的太阳能电池具有良好的使用寿命以及优异的转换效率,同时可以自由改变外观颜色。(The invention provides a colored packaging adhesive film, a solar cell and a preparation method thereof, wherein the colored packaging adhesive film contains rare earth element doped perovskite quantum dots, and the chemical formula of the perovskite quantum dots is ABCL x Br y I 3‑x‑y X is more than or equal to 0, y is less than or equal to 3, x + y is less than or equal to 3, A is monovalent cation, and B is divalent cation. The color packageThe solar cell prepared from the adhesive film has the advantages of long service life, excellent conversion efficiency and free change of appearance color.)
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，涉及一种彩色封装胶膜及其制备方法，尤其涉及一种彩色封装胶膜、太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着工业发展，石油、煤炭、天然气等资源的逐渐枯竭，太阳能作为一种清洁的可再生能源受到广泛的关注，太阳能光伏发电技术得到飞速发展。光伏建筑一体化(BIPV)是一种太阳能发电的新形式，通过在建筑外围结构的表面安装光伏组件提供电力，同时作为建筑结构的功能部分，取代部分传统建筑结构如屋顶板、瓦、窗户、建筑立面、遮雨棚等，实现更多的功能。
光伏建筑一体化(BIPV)理念的发展，使建筑市场对太阳能电池组件提出了更高的性能和美观要求，为太阳能电池的发展提供了全新的方向，然而，目前仍存在较多限制BIPV太阳能电池组件发展的因素：(1)作为建筑材料的一种，需要BIPV太阳能电池具备丰富的色彩，目前的太阳能电池多为晶硅本体的湛蓝色或黑色，不能满足市场对装饰、美观的需求；(2)BIPV太阳能电池在作为建筑材料时，对散热的需求进一步增加；(3)作为建筑材料，BIPV太阳能电池的成本受到广泛关注，过于复杂的制备方法，昂贵的原材料均受到成本的限制；(4)彩色层在持续的太阳光照射下，对稳定性的要求提高。现有技术如通过改变减反层的厚度和折射率来改变颜色，工艺复杂、成本及精度要求高；通过彩色填料实现多变的色彩则会导致太阳能电池吸收减少，效率降低；若使用多彩太阳能电池片制备BIPV电池，电池寿命则成为很大的制约因素。
综上，目前市场上的太阳能电池多为晶硅电池，晶硅电池在紫外区域的吸收强度非常弱，无法有效将紫外光转变为电能加以利用；并且，紫外光会大幅缩减晶硅电池及封装材料寿命，使光伏组件难以满足使用需求。现有光伏组件颜色单一，多为湛蓝色或黑色，对于BIPV光伏建筑一体化来说，应用场景受到了很大的限制，不能满足市场对装饰、美观的需求。用染料实现多彩的太阳能电池会对入射光的可见光部分造成严重的遮挡，导致电池效率出现明显的下降；而通过改变膜层材料的折射率、厚度等方法实现的彩色太阳能电池则工艺、步骤复杂，精度要求及成本过高。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种彩色封装胶膜、太阳能电池及其制备方法，所述彩色封装胶膜制备得到的太阳能电池具有良好的使用寿命以及优异的转换效率，同时可以自由改变外观颜色。
为达到上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
本发明目的之一在于提供一种彩色封装胶膜，所述彩色封装胶膜含有稀土元素掺杂的钙钛矿量子点，所述钙钛矿量子点的化学式为ABClxBryI3-x-y，x≥0，y≤3，x+y≤3，A为一价阳离子，B为二价阳离子。
其中，x可以是0.2、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0、2.2、2.5或2.8等，y可以是0.2、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.0、2.2、2.5或2.8等，但并不仅限于所列举的数值，上述各数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，钙钛矿量子点可以吸收紫外光，延长太阳能电池的使用寿命，同时将紫外光转变为太阳能电池可吸收波段的光，再次供太阳能电池吸收，提高转换效率。并且，稀土掺杂的钙钛矿量子点具有量子剪切的特性，可以使一定数目的紫外光子转变为更多的可见/红外光子从而被太阳能电池吸收，进一步提升转换效率。稀土掺杂的钙钛矿量子点能吸收能量较高的短波段光，转变为能量较低的长波段光，减少了太阳能电池的热弛豫，提高了太阳能电池的转换效率和寿命。钙钛矿量子点可根据组分以及浓度方便快捷地调整封装胶膜颜色，满足生产需要，制备不同颜色的太阳能电池。
作为本发明优选的技术方案，所述A包括Cs+、MA+(CH3NH3 +)或FA+(CH(NH2)2 +)中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述B包括Pb2+、Sn2+或Mn2+中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：Pb2+和Sn2+的组合、Sn2+和Mn2+的组合、Sn2+和Pb2+的组合或Pb2+、Sn2+和Mn2+的组合等。
优选地，所述稀土元素包括Yb、Ce、Pr、Eu或Lu中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：Yb和Ce的组合、Ce和Pr的组合、Pr和Eu的组合、Eu和Lu的组合、Lu和Yb的组合或Yb、Ce和Pr的组合等，优选为Yb、Pr或Ce中的任意一种。
优选地，所述稀土元素的掺杂量为所述钙钛矿量子点总摩尔数的1％～20％，如1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％或19％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为13％。
作为本发明优选的技术方案，所述彩色封装胶膜还含有透明树脂。
优选地，所述透明树脂包括PVB、POE或EVA中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：PVB和POE的组合、POE和EVA的组合、EVA和PVB的组合或PVB、POE和EVA的组合等，进一步优选为POE。
作为本发明优选的技术方案，所述稀土元素掺杂的钙钛矿量子点的添加量为所述透明树脂总质量的0.1～40％，如0.5％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％或35％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为0.5～10％。
作为本发明优选的技术方案，所述彩色封装胶膜的厚度为200～800μm，如250μm、300μm、350μm、400μm、450μm、500μm、550μm、600μm、650μm、700μm或750μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为350～500μm。
本发明目的之二在于提供一种上述彩色封装胶膜的制备方法，所述制备方法包括：
将所述稀土元素掺杂的钙钛矿量子点与透明树脂混合后通过密炼剪切-层压或熔融挤出制备得到所述彩色封装胶膜。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括：将所述稀土元素掺杂的钙钛矿量子点与透明树脂混合后通过双螺杆熔融挤出制备得到所述彩色封装胶膜。
作为本发明优选的技术方案，所述熔融挤出的压力为30～50MPa，如32MPa、35MPa、38MPa、40MPa、42MPa、45MPa或48MPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为45MPa。
优选地，所述熔融挤出的温度为150～300℃，如160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃、250℃、260℃、270℃、280℃或290℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为260℃。
本发明目的之三在于提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括由上述彩色封装胶膜形成的封装胶膜层。
优选地，所述太阳能电池包括由背板层依次连接的第一封装胶膜层、太阳能电池层、第二封装胶膜层以及第一玻璃层。
优选地，所述背板层为第二玻璃层。
优选地，所述第一封装胶膜层为透明封装胶膜层或彩色封装胶膜层。
优选地，所述太阳能电池层为碲化镉电池、铜铟镓硒电池、晶硅电池、钙钛矿电池、钙钛矿-晶硅叠层电池或钙钛矿-铜铟镓硒叠层电池中的任意一种，优选为晶硅电池。
优选地，所述第二封装胶膜层为彩色封装胶膜层。
本发明中，所述太阳能电池的玻璃边缘设置有橡胶层，优选丁基橡胶层，橡胶层的厚度以及宽度可根据太阳电池的尺寸以及使用环境晶型适当调整，在此不做具体限定。
本发明目的之四在于提供一种上述太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：将所述背板层、第一封装胶膜层、太阳能电池层、第二封装胶膜层以及第一玻璃层依次层叠后进行真空压合；
优选地，所述真空压合的压力为30～70kPa，如35kPa、40kPa、45kPa、50kPa、55kPa、60kPa或65kPa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50kPa。
优选地，所述真空压合的温度为80～200℃，如90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃或190℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为120℃。
优选地，所述真空压合的时间为5～20min，如6min、7min、8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min、16min、17min、18min或19min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为10min。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供一种彩色封装胶膜及其制备方法，所述彩色封装胶膜含有稀土元素掺杂的钙钛矿量子点，可以提高太阳能电池的转化效率，使转化效率提高至25％，并提高太阳能电池的使用寿命；
(2)本发明提供一种彩色封装胶膜及其制备方法，所述彩色封装胶膜可通过调节钙钛矿量子点的组份以及浓度方便快捷地调整封装胶膜颜色，满足生产需要，制备不同颜色的太阳能电池。
附图说明
图1为本发明
具体实施方式
提供的彩色封装胶膜的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式提供的太阳能电池的结构示意图；
图3为本发明实施例1和6以及对比例1制备得到的彩色封装胶膜的透光率测试图；
图中：1-稀土掺杂的钙钛矿量子点，2-透明树脂，3-第一玻璃层，4-第二封装胶膜层，5-第二封装胶膜层，6-第一封装胶膜层，7-背板层。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种彩色封装胶膜的制备方法，所述制备方法包括：
将稀土掺杂钙钛矿量子点CsPbBr3:Yb(7％)10g与500gPOE母料均匀混合，将所述原料加入双螺杆熔融挤出机中，升温至260℃，在45MPa压力下挤出并流延，流延速度2m/min，得到500μm厚度的绿色POE封装胶膜。
本实施例提供一种太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
将铝合金背板、透明POE封装胶膜、晶硅电池片、绿色POE封装胶膜以及超白玻璃依次层叠，玻璃边缘设置有丁基胶层，丁基胶层厚度为500μm，宽度为5mm；于120℃及50kPa下真空压合10min得到所述太阳能电池。
实施例2
本实施例提供一种彩色封装胶膜的制备方法，所述制备方法包括：
将稀土掺杂钙钛矿量子点CsPbBr3:Yb(7％)0.5g与500gPOE母料均匀混合，将所述原料加入双螺杆熔融挤出机中，升温至150℃，在50MPa压力下挤出并流延，流延速度2m/min，得到200μm厚度的绿色POE封装胶膜。
本实施例提供一种太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
将铝合金背板、透明POE封装胶膜、晶硅电池片、绿色POE封装胶膜以及超白玻璃依次层叠，玻璃边缘设置有丁基胶层，丁基胶层厚度为500μm，宽度为5mm；于80℃及70kPa下真空压合10min得到所述太阳能电池。
实施例3
本实施例提供一种彩色封装胶膜的制备方法，所述制备方法包括：
将稀土掺杂钙钛矿量子点CsPbBr3:Yb(7％)50g与500gPOE母料均匀混合，将所述原料加入双螺杆熔融挤出机中，升温至300℃，在30MPa压力下挤出并流延，流延速度2m/min，得到800μm厚度的绿色POE封装胶膜。
本实施例提供一种太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：
将铝合金背板、透明POE封装胶膜、晶硅电池片、绿色POE封装胶膜以及超白玻璃依次层叠，玻璃边缘设置有丁基胶层，丁基胶层厚度为500μm，宽度为5mm；于200℃及30kPa下真空压合10min得到所述太阳能电池。
实施例4
本实施例除了将POE替换为等质量的PVB外，其余条件均与实施例1相同。
实施例5
本实施例除了将POE替换为等质量的EVA外，其余条件均与实施例1相同。
实施例6
本实施例除了使用的钙钛矿量子点为5g绿色钙钛矿量子点CsPbBr3:Yb(7％)以及5g红色钙钛矿量子点CsPbBrI2:Yb(7％)Ce(2％)外，其余条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例除了使用的钙钛矿量子点为CsPbBr3:Yb(7％)Pr(4％)外，其余条件均与实施例1相同。
实施里8
本实施例除了使用的钙钛矿量子点为CsPbBr3:Yb(6％)Pr(4％)Ce(3％)外，其余条件均与实施例1相同。
实施例9
本实施例除了使用的钙钛矿量子点为CsPbBr1.5I1.5:Yb(6％)Pr(4％)Ce(3％)外，其余条件均与实施例1相同。
实施例10
本实施例除了使用的钙钛矿量子点为CsPbI3:Yb(6％)Pr(4％)Ce(3％)外，其余条件均与实施例1相同。
对比例1
本对比例除了不添加钙钛矿量子点外，其余条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例除了将钙钛矿量子点替换为等质量的CsPbBr3外(即不进行稀土元素掺杂)，其余条件均与实施例1相同。
对比例3
本对比例除了将钙钛矿量子点替换为绿色CdSe/ZnS量子点外，其余条件均与实施例1相同。
对实施例1-13以及对比例1-3提供的太阳能电池的转化效率以及短路电流进行测试，其结果如表1所示。
通过IV测试仪测试其转化效率和短路电流。
表1
从表1的测试结果可以看出，本发明实施例1-10提供了彩色封装胶膜，并提供了使用上述封装胶膜制备得到的太阳能电池，太阳能电池的转化效率可达25％以上，且短路电流可达44.0mA/cm2，具备优异的性能。而对比例1采用未添加钙钛矿量子点的封装胶膜，其转化效率仅为22.0％，短路电流为39.0mA/cm2；对比例2使用为进行稀土元素掺杂的钙钛矿量子点CsPbBr3，其转化效率仅为20.5％，短路电流为36.0mA/cm2，性能甚至比未使用量子点的对比例1更低；对比例3其转化效率仅为22.0％，短路电流为39.0mA/cm2，转化效率仅为20.4％，短路电流为35.8mA/cm2，性能与对比例2相近。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
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