CN107393987A - 封装材料以及光电器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种封装材料，主要适用于柔性薄膜太阳能电池的前端封装。该封装材料具有基材层、波长转换层、阻隔层和耐候层，具有较高的水汽阻隔性能，且具有在户外长时间使用而不会使高分子材料发生老化的特点，此外封装材料中特有的波长转换层，使得该封装材料能够将紫外波段的太阳光转换为可见光例如蓝光部分，从而能被下层的光伏器件吸收并转化为电能，将紫外光的能量充分利用，提高了光伏器件的发电效率。

Description

封装材料以及光电器件
技术领域
本发明涉及光伏电池技术领域，尤其涉及一种封装材料以及光电器件。
背景技术
太阳能电池是一种将太阳能直接转换为电能的半导体器件，是当前一种比较清洁的新能源形式。该类器件能产生电的主要原理是：通过太阳光谱中固定波长范围内的光照射在太阳能电池上，并被电池器件的界面层吸收激发形成电子-空穴对，利用半导体器件的内建电场将电子和空穴分离而得到电流。
图1是在大气质量为1.5的标准条件下测得的太阳能光谱，从图1中可以看出标准的太阳光谱中大部分能量是分布在400-800nm的可见光范围，还有一部分分布在800-2400nm的红外波段，这些波段的能量几乎都能对发电起到作用，但是在280-400nm波段的紫外光却无法用来产生电能，反而还会对太阳能电池中的高分子材料部分(例如：太阳能电池中的PET、EVA、粘合剂等)产生破坏并使其发生老化现象，影响了电池的使用寿命和稳定性。另外针对有些类别的太阳能电池(例如OPV电池)，紫外光还会对电池的核心发电部分产生致命性损坏，直接导致电池失效。
有些太阳能电池设计时会直接在封装光伏器件的材料中加入紫外吸收剂，将紫外光直接吸收来减少紫外光对电池的影响，但是这样相当于是将紫外光波段的能量直接损耗了，这对于太阳能电池发电效率的提高是不利的。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种封装材料以及光电器件，制备的封装材料能够将紫外光的能量充分利用，具有较高的发电效率。
本发明提供了一种封装材料，包括：
基材层；
阻隔层，设置于所述基材层的任一表面上；
耐候层，设置于所述阻隔层的远离所述基材层的表面上；以及
波长转换层，设置于所述基材层的远离所述阻隔层的表面上或所述基材层与所述阻隔层之间或所述阻隔层与所述耐候层之间；
其中，所述波长转换层用于将波长范围为200～410nm的光转化成波长范围为450nm～700nm的光。
优选的，所述基材层为PET或PEN。
优选的，所述波长转换层包含光转换剂，所述光转换剂为掺杂稀土的无机氧化物。
优选的，所述掺杂稀土的无机氧化物为Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、YPO4:Tb和LaPO4:Tm中的一种或多种。
优选的，所述波长转换层的厚度为3μm～100μm。
优选的，所述阻隔层为无机氧化物。
优选的，所述无机氧化物为氧化钛或者氧化铝。
优选的，所述耐候层为氟化物。
优选的，所述耐候层为氟碳涂料或者为粘结层与含氟膜的复合层。
本发明还提供了一种光电器件，包括封装材料，所述封装材料为上述封装材料。
本发明提供了一种封装材料，主要适用于柔性薄膜太阳能电池的前端封装。该封装材料具有基材层、波长转换层、阻隔层和耐候层，具有较高的水汽阻隔性能，且具有在户外长时间使用而不会使高分子材料发生老化的特点，此外封装材料中特有的波长转换层，使得该封装材料能够将紫外波段的太阳光转换为可见光例如蓝光部分，从而能被下层的光伏器件吸收并转化为电能，将紫外光的能量充分利用，提高了光伏器件的发电效率。
附图说明
图1为在大气质量为1.5的标准条件下测得的太阳能光谱；
图2为本发明实施例1提供的具有四层结构的封装材料的结构示意图；
图3为本发明实施例2提供的具有四层结构的封装材料的结构示意图；
图4为本发明实施例3提供的具有四层结构的封装材料的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种封装材料，包括：
基材层；
阻隔层，设置于所述基材层的任一表面上；
耐候层，设置于所述阻隔层的远离所述基材层的表面上；以及
波长转换层，设置于所述基材层的远离所述阻隔层的表面上或所述基材层与所述阻隔层之间或所述阻隔层与所述耐候层之间；
其中，所述波长转换层用于将波长范围为200～410nm的光转化成波长范围为450nm～700nm的光。
本发明中，所述基材层优选为PET或PEN材质的基材层。该层能够提高光伏电池的电气绝缘性能。所述基材层的厚度优选为25～100μm，光学透过率优选为90％以上。
所述阻隔层优选为无机氧化物材质的阻隔层，其主要作用是对水汽及氧气进行阻隔，起到对外部环境阻隔的功能，防止外部水汽及氧气对光伏器件产生损坏。其可以通过电子束蒸发、磁控溅射、原子层沉积(ALD)或化学气相沉积(CVD)方法得到，所述无机氧化物优选为氧化钛或者氧化铝；所述阻隔层的厚度优选为9～90nm。
所述耐候层优选为氟化物材质的耐候层，其作用是提高封装材料的户外耐老化的性能。所述氟化物优选为氟碳涂料，更优选为四氟乙烯(TFE)或偏氟乙烯(VdF)。
本发明中，所述耐候层还可以为粘结层和含氟膜的复合结构。所述含氟膜优选为PVF(聚偏氟乙烯)、THV(四氟乙烯、六氟丙烯、偏氟乙烯共聚物)、PVDF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、聚酰亚胺、改性PET(聚对苯二甲酸乙二酯)。所述粘结层优选为EVA粘结层。
所述耐候层的厚度优选为100～150μm。所述耐候层可以直接利用精密涂布的方式得到。
所述波长转换层能够将波长范围为200～410nm的光转化成波长范围为450nm～700nm的光，供下方的发电器件发电，其包含光转换剂，所述光转换剂为掺杂稀土的无机氧化物。所述掺杂稀土的无机氧化物优选为Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、YPO4:Tb和LaPO4:Tm中的一种或多种。所述掺杂稀土的无机氧化物的粒径优选为50nm～10μm。所述波长转换层的厚度优选为3μm～100μm。
本发明中，所述波长转换层中的光转换剂与耐候层中的氟化物的质量比优选为(1～5)：100，在本发明的某些具体实施例中，所述比例为5:100。
具体的，当所述波长转换层设置于所述基材层与所述阻隔层之间时，本发明提供的封装材料包括：
基材层；
波长转换层，设置于所述基材层的任一表面上；
阻隔层，设置于所述波长转换层的远离所述基材层的表面上；
耐候层，设置于所述阻隔层的远离所述波长转换层的表面上。
结构参见图2，图2为本发明实施例1提供的具有四层结构的封装材料的结构示意图，包括基材层101、波长转换层102、阻隔层103和耐候层104。
本发明优选的，所述基材层101的下表面远离波长转换层的一侧还包括封装剂，所述封装剂优选为EVA、PVA或POE材质的封装剂，其作用是将封装材料和下方的柔性光伏电池进行贴合，使得封装材料能起到保护电池组件的作用。
当所述波长转换层设置于所述基材层的远离所述阻隔层的表面上时，所述封装材料包括：
基材层；
阻隔层，设置于所述基材层的任一表面上；
耐候层，设置于所述阻隔层的远离所述基材层的表面上；
波长转换层，设置于所述基材层的远离所述阻隔层的表面上。
结构参见图3，图3为本发明实施例2提供的具有四层结构的封装材料的结构示意图，包括波长转换层201、基材层202、阻隔层203和耐候层204。
当所述波长转换层设置于所述阻隔层与所述耐候层之间时，所述封装材料包括：
基材层；
阻隔层，设置于所述基材层的任一表面上；
波长转换层，设置于所述阻隔层的远离所述基材层的表面上；
耐候层，设置于所述波长转换层的远离所述阻隔层的表面上。
结构参见图4，图4为本发明实施例3提供的具有四层结构的封装材料的结构示意图，包括基材层301、阻隔层302、波长转换层303和耐候层304。
本发明优选的，所述基材层301的下表面远离波长转换层的一侧还包括封装剂，所述封装剂优选为EVA、PVA或POE材质的封装剂，其作用是将封装材料和下方的柔性光伏电池进行贴合，使得封装材料能起到保护电池组件的作用。
本发明通过在光伏电池中，特别是柔性光伏电池中添加波长转换层，能够将紫外光的能量充分利用，具有较高的发电效率。
本发明提供的封装材料，主要适用于柔性薄膜太阳能电池的前端封装。该封装材料具有基材层、波长转换层、阻隔层和耐候层，具有较高的水汽阻隔性能，且具有在户外长时间使用而不会使高分子材料发生老化的特点，此外封装材料中特有的波长转换层，使得该封装材料能够将紫外波段的太阳光转换为可见光例如蓝光部分，从而能被下层的光伏器件吸收并转化为电能，将紫外光的能量充分利用，提高了光伏器件的发电效率。
本发明还提供了一种光电器件，包括封装材料，所述封装材料为上述封装材料。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的封装材料以及光电器件进行详细描述。
实施例1
选取50μm厚度的PET作为基材层101，该基材层正反两面经过电化学预处理以提高表面附着力；
在基材层101的上表面复合波长转换层102，厚度为50μm，选取Sr5(PO4)3Cl:Eu2+作为光转换剂，其中颗粒粒径范围分布在80nm～100nm之间；
在波长转换层102的上表面通过磁控溅射的方式沉积一层氧化钛作为阻隔层103，厚度为30nm；
在阻隔层103上表面利用精密涂布的方式涂覆一层120μm氟化物涂料层作为耐候层104，其中氟化物为偏氟乙烯(VdF)。波长转换层102中的光转换剂与耐候层104中氟化物涂料的质量比为5：100。
实施例2
选取50μm厚度的PET作为基材层202，该基材层正反两面经过电化学预处理以提高表面附着力；
在基材层202的下表面复合波长转换层201，厚度为50μm，选取YPO4:Tb作为光转换剂，其中颗粒粒径范围分布在80nm～100nm之间；
在基材层202的上表面通过磁控溅射的方式沉积一层氧化铝层作为阻隔层203，厚度为30nm；
在阻隔层203上表面利用精密涂布的方式涂上一层120μm氟化物涂料层作为耐候层204，其中氟化物为偏氟乙烯(VdF)。波长转换层201中的光转换剂与耐候层204中氟化物涂料的质量比为5：100。
实施例3
选取50μm厚度的PET作为基材层301，该基材层正反两面经过电化学预处理以提高表面附着力；
在基材层301的上表面通过磁控溅射的方式沉积一层氧化铝层作为阻隔层302，厚度为30nm；
在阻隔层302的上表面复合波长转换层303，厚度为50μm，选取LaPO4:Tm作为光转换剂，其中颗粒粒径范围分布在80nm～100nm之间；
在阻隔层302上表面利用精密涂布的方式涂上一层120μm氟化物涂料层作为耐候层304，其中氟化物为四氟乙烯(TFE)。波长转换层303中的光转换剂与耐候层304中氟化物涂料的质量比为5：100。
比较例1
选取50μm厚度的PET作为基材层，该基材层正反两面经过电化学预处理以提高表面附着力；
在基材的上表面通过磁控溅射的方式沉积一层氧化铝层作为阻隔层，厚度为30nm；
在阻隔层上表面利用精密涂布的方式涂上一层120μm氟化物涂料层作为耐候层，其中氟化物为四氟乙烯(TFE)。
性能检测：
将实施例1～3、比较例1制备的封装材料分成A、B两组：A组的4种封装材料直接与光伏发电器件整合，放置在太阳光模拟器中进行发电效率测试，效率测试的条件为：测试温度为25℃，测试表面辐照度为1000W/m2，大气质量为AM1.5；B组的4种封装材料先同时放置在紫外老化试验箱进行紫外老化，紫外老化条件为：辐照温度为60℃，辐照度为185W/m2，辐照时间为150h，老化后再将这4种封装材料与光伏发电器件整合，并放置在太阳光模拟器中进行发电效率测试，效率测试的条件为：测试温度为25℃，测试表面辐照度为1000W/m2，大气质量为AM1.5。A、B两组测试得到的发电效率见表1，表1是本发明发电效率测试结果：
表1本发明发电效率测试结果
实施例 A组发电效率η B组发电效率η
实施例1 10.10％ 10.07％
实施例2 10.07％ 10.01％
实施例3 9.98％ 9.99％
比较例1 9.35％ 8.90％
由上述实施例及比较例可知，本发明在柔性光伏电池中添加波长转换层，能够将紫外光的能量充分利用，提高了其发电效率，同时更耐老化。
本发明所公开的封装材料，不仅可以用于柔性光伏电池，还可以应用于户外使用的电子器件，如OLED显示器。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种封装材料，其特征在于，包括：
基材层；
阻隔层，设置于所述基材层的任一表面上；
耐候层，设置于所述阻隔层的远离所述基材层的表面上；以及
波长转换层，设置于所述基材层的远离所述阻隔层的表面上或所述基材层与所述阻隔层之间或所述阻隔层与所述耐候层之间；
其中，所述波长转换层用于将波长范围为200～410nm的光转化成波长范围为450nm～700nm的光。
2.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述基材层为PET或PEN。
3.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述波长转换层包含光转换剂，所述光转换剂为掺杂稀土的无机氧化物。
4.根据权利要求3所述的封装材料，其特征在于，所述掺杂稀土的无机氧化物为Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、YPO4:Tb和LaPO4:Tm中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述波长转换层的厚度为3μm～100μm。
6.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述阻隔层为无机氧化物。
7.根据权利要求6所述的封装材料，其特征在于，所述无机氧化物为氧化钛或者氧化铝。
8.根据权利要求1所述的封装材料，其特征在于，所述耐候层为氟化物。
9.根据权利要求8所述的封装材料，其特征在于，所述耐候层为氟碳涂料或者为粘结层与含氟膜的复合层。
10.一种光电器件，包括封装材料，其特征在于，所述封装材料为权利要求1～7任一项所述的封装材料。
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