一种高效的稀土配合物发光薄膜及其制备方法及其应用技术

本发明专利技术为一种高效的稀土配合物发光薄膜及其制备方法及其应用。该薄膜的组成为掺杂介质Ln

【技术实现步骤摘要】
一种高效的稀土配合物发光薄膜及其制备方法及其应用


[0001]本专利技术隶属于稀土发光材料应用领域，涉及一类具有高效发光的稀土四元配合物发光薄膜的制备方法以及在太阳能电池上的应用。

技术介绍

[0002]随着当今世界经济的飞速发展，传统的化石能源根基变得不再稳固，现在世界各国都在致力于新技术开发各种可再生新能源。在各种可再生能源中，由于常年充足的阳光和捕捉光能技术的进步，太阳能已然成为最重要的可再生能源。多年来，太阳能光伏电池已成为太阳能的主要利用方式，因为它不仅可再生，而且安全、无污染。其中各类型硅基太阳能电池已经实现了大规模的市场化应用，但是我国太阳能光伏行业的现状相比于国外仍有较大差距，主要原因是上游产品成本相对较高，技术落后导致本身光伏电池效率低等。另外，现在的光伏电池在户外的安装会占据大规模的用地面积，并且还要考虑到阳光能否充分照射，这使得光伏产品大多应用于偏远地区，限制了其长足的发展。因此，从技术角度出发，提高现有硅基太阳能电池的光电转换效率，增加发电功率，解决电池在地域上的限制问题是能源
的重点研究方向。
[0003]硅基太阳能电池的禁带宽度为1000nm，与标准太阳能辐射光谱(GlobeAM1.5)呈现出一定的不匹配，特别是在紫外光波段，明显的光谱不匹配使得硅太阳能电池对紫外光的利用率不高，它们以晶格热振动的形式损耗，导致硅太阳能电池在紫外光区域具有较低的外量子效率。另外，紫外光对于传统封装太阳能电池组件所用的EVA会造成一定程度的老化发黄现象，最终导致在电池使用过程中发生电池效率降低和寿命衰减等情况。因此，通过一定的手段将太阳光中的短波长部分的光转换为500
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900nm波长的光，将是提高电池的转换效率的一种有效手段。
[0004]稀土配合物是一种能够将紫外光转换为可见光或近红外光的一种发光材料，其呈现出有机配体摩尔消光系数大、发光效率高、Stokes位移大、发光寿命长等优点，因而在照明、显示、能源、生物等领域展现出广泛的应用前景。稀土配合物应用于硅基太阳能电池需要满足以下几点：1)在紫外区300nm以后的宽带吸收以及较高的量子效率；2)能够并入高分子基质中并保持较好的透明度；3)较好的光稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了实现稀土配合物在硅基太阳能电池上的应用，提供一种高效的稀土配合物发光薄膜的制备方法及其在太阳能电池上的应用方式。本专利技术将四苯基膦抗衡阳离子功能化的一系列Ln
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四元
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β
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二酮配合物与各类型高分子基质聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、乙烯
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醋酸乙烯共聚物(EVA)混合，制备成相应的稀土配合物发光薄膜并应用于硅基太阳能电池。薄膜与硅基太阳能电池有两种耦合方式：一种是将现成的EVA发光薄膜直接与硅基太阳能电池组件进行封装；另一种是将所制得的发光薄膜前驱体溶液采用滴涂或者旋涂的方式置于亚克力玻璃或者光伏玻璃表面，之后将硅基太
阳能电池耦合于玻璃侧面制成太阳能聚光器。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]一种高效的稀土配合物发光薄膜，其组成为掺杂介质Ln
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四元
‑
β
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二酮
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四苯基膦阳离子配合物和高分子基质；其中，掺杂介质的质量为高分子基质薄膜质量的0.01％～90％；
[0008]所述的掺杂介质Ln(β
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二酮)4‑
膦盐抗衡阳离子配合物的结构式如下，其中，β
‑
二酮配体和稀土元素组成配合物阴离子部分，带有正电荷四苯基膦抗衡阳离子作为阳离子部分；
[0009][0010]其中，R1或R2相同或不同，分别为H、CH3、CF3、苯、噻吩或萘。
[0011]所述的稀土元素Ln具体为：Sm、Eu、Tm、Yb、Tb、Gd和Er中的一种或多种。
[0012]所述的高分子基质为EVA、PMMA或PVB。
[0013]当高分子基质为EVA时，掺杂介质在高分子基质中的掺杂比例0.01％～1％；当高分子基质为PMMA时，掺杂介质在高分子的基质中掺杂比例为1％～90％；当高分子基质为PVB时，掺杂介质为在高分子基质中掺杂比例为1％～5％。
[0014]所述的发光薄膜的厚度范围是50μm～400μm。
[0015]所述的有机β
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二酮配体优选为：
[0016][0017]所述的高效的稀土配合物发光薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0018](1)将等摩尔量的氢氧化钠乙醇溶液加入到β
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二酮配体的乙醇溶液中，在室温条件下反应5～20分钟之后再加入EuCl3溶液，55～65℃下回流反应，30～120分钟后，加入四苯基氯化膦的水溶液，继续反应30～180分钟，最后加水进行萃取，得到白色沉淀，对白色沉
淀洗涤干燥即得到稀土配合物；其中，物料配比为摩尔比β
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二酮配体：EuCl3：四苯基氯化膦＝4：1：1；氢氧化钠乙醇溶液的浓度为0.05～1mol/L；EuCl3溶液的浓度为0.05～0.1mol/L；四苯基氯化膦的水溶液为5ml水中加入四苯基氯化膦0.2～0.8g。
[0019](2)按照所述的掺杂比例，在室温～80℃条件下，将稀土配合物的溶液加入到高分子基质溶液中，溶解完成后冷却至室温，涂覆到基材上，在室温～110℃固化成膜；薄膜厚度约50μm～400μm。
[0020]溶解高分子基质的溶剂为：EVA对应甲苯溶剂，PMMA对应DMF溶剂，PVB对应丙酮溶剂。理论上能将高分子基质溶解即可，1g高分子基质用10～20ml对应溶剂进行溶解。
[0021]所述的基材为亚克力玻璃或光伏玻璃。
[0022]所述的稀土配合物溶液的溶剂为水、乙醇、甲醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氢呋喃、N,N
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二甲基甲酰胺、乙醚或正己烷；溶液的浓度为0.01％～90％；
[0023]所述的稳定的稀土配合物发光薄膜的应用：用于太阳能电池中的电池组件封装的粘合剂或者涂覆于亚克力玻璃或者光伏玻璃表面，得到太阳能聚光器。
[0024]本专利技术的实质性特点为：
[0025](1)本专利技术将四苯基膦抗衡阳离子功能化的一系列Ln(β
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二酮)4‑
四苯基膦阳离子配合物与各类型高分子基质混合，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇缩丁醛酯(PVB)、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物(EVA)，可获得不同光学性能、稳定性能的配合物发光薄膜。
[0026](2)所制备的薄膜与硅基太阳能电池有两种耦合方式：(一)将所制备的稀土配合物发光EVA薄膜直接与硅基太阳能电池组件进行封装；由于配合物的转光作用，可以减弱太阳光中紫外线对EVA薄膜以及硅基电池片的损伤，同时改善电池在紫外光区的弱响应问题，进一步提高光电转换效率。(二)将所制得的发光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效的稀土配合物发光薄膜，其特征为该薄膜的组成为掺杂介质Ln
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四元
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β
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二酮
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四苯基膦阳离子配合物和高分子基质；其中，掺杂介质的质量为高分子基质薄膜质量的0.01％～90％；所述的掺杂介质Ln(β
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二酮)4‑
膦盐抗衡阳离子配合物的结构式如下，其中，β
‑
二酮配体和稀土元素组成配合物阴离子部分，带有正电荷四苯基膦抗衡阳离子为阳离子部分；其中，R1或R2相同或不同，分别为H、CH3、CF3、苯、噻吩或萘。2.如权利要求1所述的高效的稀土配合物发光薄膜，其特征为所述的稀土元素Ln具体为：Sm、Eu、Tm、Yb、Tb、Gd和Er中的一种或多种。3.如权利要求1所述的高效的稀土配合物发光薄膜，其特征为高效的稀土配合物发光薄膜，其特征为所述的高分子基质为EVA、PMMA或PVB。4.如权利要求1所述的高效的稀土配合物发光薄膜，其特征为当高分子基质为EVA时，掺杂介质在高分子基质中的掺杂比例0.01％～1％；当高分子基质为PMMA时，掺杂介质在高分子的基质中掺杂比例为1％～90％；当高分子基质为PVB时，掺杂介质为在高分子基质中掺杂比例为1％～5％。5.如权利要求1所述的高效的稀土配合物发光薄膜，其特征为所述的发光薄膜的厚度范围是50μm～400μm。6.如权利要求1所述的高效的稀土配合物发光薄膜，其特征为所述的有机β
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二酮配...

【专利技术属性】
技术研发人员：李焕荣，王元，尹健，张光睿，张秀荣，李璐，赵长玉，彭维，
申请(专利权)人：天津包钢稀土研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：