CN115044325A - 双层结构转光膜及应用该转光膜的光伏组件 - Google Patents

双层结构转光膜及应用该转光膜的光伏组件 Download PDF

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CN115044325A CN202210833237.2A CN202210833237A CN115044325A CN 115044325 A CN115044325 A CN 115044325A CN 202210833237 A CN202210833237 A CN 202210833237A CN 115044325 A CN115044325 A CN 115044325A
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Abstract

本申请涉及一种双层结构转光膜,包括了一UV光转换层;以及一UV截止层,所述UV截止层形成于所述UV光转换层光线入射侧,其中,280‑380nm波段的紫外光在穿经所述UV截止层以及所述UV光转换层后的平均透过率≤5%;所述UV截止层含有一吸收剂,以吸收波段为240‑320nm紫外光,UV截止层中,相较于每100重量份基础树脂UV吸收剂的添加量为0.1‑2重量份;所述UV光转换层含有一转光粉,以吸收波段为320‑380nm紫外光,UV光转换层中,相较于每100重量份基础树脂转光粉的添加量为0.1‑5重量份。本申请还提供一种光伏组件,其应用了前述双层结构转光膜,经测试组件初始功率为345‑355W,辐照功率累积剂量达UV60kwh/m2后组件功率衰减仅为0.1‑1%、辐照功率累积剂量达UV120kwh/m2后组件功率衰减仅为0.1‑3%。

Description

双层结构转光膜及应用该转光膜的光伏组件
技术领域
本申请涉及光伏组件用胶膜领域,尤其是涉及一种双层结构转光膜及应用该转光膜的光伏组件。
背景技术
紫外线(Ultraviolet,UV)是电磁波谱中频率为750THz-30PHz,对应真空中波段为400nm-10nm辐射的总称,可以分为UVA(波段320-400nm)、UVB(波段280-320nm)、UVC(波段100-280nm)和EUV(10-100nm)4种。
到达地球表面的UV中主要是UVA,部分是UVB,极其少量UVC。其中,UVB和UVC虽然到达量较少,但是其高能会对HJT等不耐受紫外线的电池片以及转光粉造成较大的破坏,UVA同样会对电池片造成损害,其破坏性小于UVB和UVC,但电池片对于该部分波段有一定的吸收利用能力,所以需要将UVA波段进行转光,提升电池片对于UVA波段的利用率。为了在提升对UVA波段利用率的同时减少UVB、UVC波段对电池片及转光粉的破坏,相关技术中尝试将UV吸收剂和光转化添加剂组合使用,以期改善组件性能。
比如,CN108003801A公开了一种光转化POE胶膜,其相较于每100份POE树脂添加了0.1-0.6份紫外光吸收剂以及0.05-0.2份的光转化添加剂,该种光转化POE胶膜一定程度上提高了组件的光电转化效率,但未能有效阻隔有损害波段;CN114058271A公开了一种不同UV吸收波段的胶膜,其相较于每100份基础树脂添加了0.05-2份UV吸收剂以及0.05-2份UV光转换剂,该种胶膜UV波段(280-380nm)透过率为7.02-13.55%,仍然有相当部分UV透过胶膜到达电池片,该部分未被胶膜吸收或转化的UV对于HJT电池会造成紫外光衰减效应,进而加快组件功率衰减。
因此,针对如何开发一种兼具优异转光性和UV截止性的胶膜,还可以有其他的解决方案。
发明内容
为了提供一种兼具优异转光性和UV截止性的胶膜,本申请提供一种双层结构转光膜及应用该转光膜的光伏组件。
第一方面,本申请提供一种双层结构转光膜,采用如下的技术方案:
一种双层结构转光膜,包括了
一UV光转换层; 以及
一UV截止层, 是形成于所述UV光转换层光线入射侧组成,其中, 280-380nm波段的紫外光在穿经所述UV截止层以及所述UV光转换层后的平均透过率≤5%;
所述UV截止层含有一吸收剂, 以吸收波段为240-320nm紫外光, UV截止层中,相较于每100重量份基础树脂UV吸收剂的添加量为0.1-2重量份;
所述UV光转换层含有一转光粉, 以吸收波段为320-380nm紫外光,UV光转换层中,相较于每100重量份基础树脂转光粉的添加量为0.1-5重量份。
相关技术中,在胶膜中同时添加UV吸收剂和转光粉,以期可以选择性阻隔UV光波段,阻隔对电池片有损害的波段、保留无损害的波段穿过,提高了电池片组件的功率。该种方式可使得UV波段(280~380nm)在胶膜的透过率达到7.02-13.55%。但是,UV吸收剂和转光粉均具有较宽的可吸收波段,且两者的最佳吸收波段范围存在一定重合。转光粉的吸光量有饱和度,两者在胶膜中同时存在时会竞争吸最佳吸收波段范围的UV,因此无法最大程度上利用转光剂的对于紫外光的吸收,同时配以最准确且经济的UV吸收剂的种类及添加量。
理论上,在添加转光粉的同时,可以同时添加UVB吸收剂和UVC吸收剂,以减少转光粉与UV吸收剂最佳吸收波段的重合。但转光粉和UV吸收剂对UV的吸收是同步的,该种方式并不能完全隔绝UVB、UVC高能波段对转光粉的破坏。因而,从增益角度考量,需要增加转光粉添加量,以弥补被UV破坏转光粉的增益损失;亦或者,需要增加UV吸收剂添加量以尽可能削弱UVB、UVC高能波段对转光粉的破坏,这无疑会使胶膜成本上升,不利于商业推广。
为此申请人提供了一种新的解决方案,申请人经过反复研究实验制得了前述具有280-380nm波段平均透过率≤5%效果的双层结构转光膜。相较于相关技术的胶膜,本申请转光膜中转光粉添加比例更低,转光膜成本更低,更适于商业推广。本申请的双层结构转光膜的UV截止层由于添加有UV吸收剂,其能够吸收部分绝大部分UVB和UVC、以及少部分UVA,使到达UV光转换层的UV以UVA为主、只含有极少量UVB和UVC;继而UV光转换层能充分利用该部分透过UV截止层的UVA并将吸收的紫外光转化成可见光带来的增益,同时吸收接收到的极少部分UVB和UVC,并最终使得透过转光膜的UV总量不超过5%、几乎无UVB/UVC透过转光膜。无特别说明的前提下,本申请中“最佳吸收波段”是指UV吸收剂对UV的吸光度大于或等于最大吸收长(λmax)处吸光度(Amax)二分之一区间的波段范围。
由于本申请的双层结构转光膜可将280-380nm波段的UV的平均透过率降低至5%以下且几乎无UVB和UVC透过,应用于光伏电池时,可最大程度减少透过胶膜的、未被利用的UV造成的紫外光衰减效应,尤其适用于HJT电池等不耐UV电池片的光伏组件。实验结果表明:280-380nm波段UV在本申请双层结构胶膜透过率低至0.01%-5%,优选方案中280-380nm波段UV透过率低至0.01%-2%;应用了该种双层结构胶膜的光伏组件的初始功率为345-355W,辐照功率累积剂量达UV60kwh/m2后组件功率衰减仅为0.1-1%、辐照功率累积剂量达UV120kwh/m2后组件功率衰减仅为0.1-3%。
[UV截止层]
UV截止层形成于UV光转换层光线入射侧,其是保证胶膜粘结性、机械强度以及配合UV光转层使得280-380nm波段UV在转光膜上的透过率≤5%的重要功能层。
UV截止层与UV光转换层的厚度比需要控制在(1.5-9):1,优选(2-8):1,进一步优选(3-7):1,进一步优选(4-6):1,具体可以是1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1、6:1、6.5:1、7:1、7.5:1、8:1、8.5:1或9:1等。
UV截止层具体由基体树脂、过氧化物交联剂、助交联剂、偶联剂和UV吸收剂制成。其中,作为基体树脂EVA或POE也可用其他光伏领域常见的、具有一定光透过性的树脂材料替代,可根据实际需要选择;过氧化物交联剂、助交联剂和偶联剂为光伏用胶膜领域常规助剂,具体种类根据实际需要选择。添加量按每100重量份基础树脂,过氧化物交联剂0.1-3重量份、助交联剂0.1-2重量份和偶联剂1-5重量份的比例添加即可;此外,为了提升转光膜的抗老化性能,还可以按每100重量份基础树脂、0-1重量份抗老剂的比例添加适量抗老化剂。
UV截止层所含UV吸收剂的最佳吸收波段在240-320nm范围,使得入射光在穿过UV截止层时几乎所有UVB和UVC能够被UV截止层吸收截留,使得到达UV光转换层的UV是转光粉能利用UVA波段为主。在UV截止层和UV光转层的配合下,能使得最终控制达到电池片的UV不超过5%(透过率≤5%),且几乎无UVB和UVC透过。
UV吸收剂可以自制或者购买市售商品型UV吸收剂,比如欧稳德® UV3035(CAS:5232-99-5)、欧稳德® UV6198、欧稳德® UV234(CAS:70321-86-7)、欧稳德® UV312(CAS:23949-66-8)、欧稳德® UV328(CAS:21615-49-6)、欧稳德® UV400(CAS:153519-44-9)或欧稳德® UV3039(CAS:6197-30-4)等,具体可根据实际需要选择。优选地,UV吸收剂选择至少一种最佳吸收波段在280-320nm范围的UVB吸收剂和至少一种最佳吸收波段在240-280nm范围UVC吸收剂的混合物。
UV吸收剂在UV截止层中的添加量需控制在特定范围,按每100重量份基础树脂添加0.1-2重量份UV吸收剂,优选0.5-1.5重量份吸收剂,可以是0.1重量份、0.2重量份、0.4重量份、0.5重量份、0.6重量份、0.8重量份、1重量份、1.2重量份、1.4重量份、1.5重量份、1.6重量份、1.8重量份或2.0重量份等。
[UV光转换层]
UV光转换层具体由基体树脂、过氧化物交联剂、助交联剂、偶联剂和转光粉制成。其中,基体树脂可以是EVA或POE,也可用其他光伏领域常见的、具有一定光透过性的树脂材料代替,具体根据实际需要选择即可;交联剂、助交联剂和偶联剂均为光伏用胶膜领域常规助剂,具体种类根据实际需要选择,添加量按每100重量份基础树脂,过氧化物交联剂0-3重量份、助交联剂0.1-2重量份和偶联剂1-5重量份。此外,为了提升转光膜的抗老化性能,还可以按每100重量份基础树脂、0-1重量份抗老剂的比例添加适量抗老化剂。
UV光转换层含有最佳吸收波段在320-380nm范围的转光粉,并将吸收的紫外光转化成可见光带来的增益。转光粉按每100重量份基础树脂、0.1-5重量份转光粉的比例添加。转光粉可以选择无机转光粉,也可以选择有机转光粉或者含有有机配体的转光粉。
具体地,无机转光粉可以自制或者购买市售商品型转光粉,比如金华利进无机转光粉(UV-365)等。
有机转光粉或者含有有机配体的转光粉同样可以自制或者购买市售商品型转光粉,比如:
(1)结构如式Ⅰ、式Ⅱ或式Ⅲ所示的转光剂:
Figure 104223DEST_PATH_IMAGE002
其中, R1、R2、R3和R4相同或不同,且各自独立地选自氢原子、卤素原子、氰基、C1-C8的直链烷基、C1-C8的支链烷基、卤素取代的C1-C8的直链烷基和卤素取代的C1-C8的支链烷基中的一种,R5选自C1-C18的直链烷基、C1-C18的支链烷基、苯基、萘基和含有取代基的苯基中的一种;
(2)结构如式Ⅳ、式V所示的转光剂:
Figure 167994DEST_PATH_IMAGE004
当R为分子量大于30的基团时,受到位阻的影响,所述转光剂的结构如式Ⅴ所示:
Figure 179944DEST_PATH_IMAGE006
其中,R6、R7、R8、R9和R10相同或不同,且各自独立地选自氢原子、卤素原子、氰基、C1-C18的直链烷基和C1-C18的支链烷基中的一种,M1为抗衡阳离子;
(3)结构如式Ⅵ所示的转光剂:
Figure 442298DEST_PATH_IMAGE007
其中,R11、R12、R13、R14和R15相同或不同,且各自独立地选自氢原子、卤素原子、氰基、C1-C8的直链烷基、C1-C8的支链烷基、卤素取代的C1-C8的直链烷基和卤素取代的C1-C8的支链烷基中的一种,Ln1代表稀土离子,M2为抗衡阳离子;
(4)结构如式Ⅶ所示的转光剂:
Figure 278404DEST_PATH_IMAGE008
其中,R16、R17、R18和R19相同或不同,且各自独立地选自氢原子、卤素原子、氰基、C1-C8的直链烷基、C1-C8的支链烷基、卤素取代的C1-C8的直链烷基和卤素取代的C1-C8的支链烷基中的一种,Ln2代表稀土离子,R20的结构如化学式一、化学式二、化学式三或化学式四所示:
Figure 376942DEST_PATH_IMAGE009
R21、R22、R23、R24和R25相同或不同,且各自独立地选自氢原子、卤素原子、氰基、C1-C8的直链烷基、C1-C8的支链烷基、卤素取代的C1-C8的直链烷基和卤素取代的C1-C8的支链烷基中的一种等;
(5)结构如式Ⅷ所示的转光剂:
Figure 222275DEST_PATH_IMAGE010
式Ⅷ
R26和R27相同或不同,且各自独立地选自C1-C10的烷基。
转光粉可以是单一组分,也可以是多种转光剂的混合物。需要注意的是,当选择无机转光粉时,氧化物交联剂的添加量可以是每100重量份基础树脂、0-3重量份过氧化物交联剂;当选择有机转光粉时,则不添加过氧化物交联剂。
UV光转换层的厚度可以是50-200μm。当UV光转换层原料含过氧化物交联剂时,其厚度可以为50-200μm,具体可以是50μm、60μm、80μm、100μm、120μm、140μm、160μm、180μm或200μm等;当UV光转换层原料不含过氧化物交联剂时,其厚度可以为50-100μm,具体可以是50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm或100μm等。
第二方面,本申请提供一种光伏组件,其应用了前述双层结构转光膜,经测试:初始功率为345-355W,辐照功率累积剂量达UV60 kwh/m2后组件功率衰减仅为0.1-1%、辐照功率累积剂量达UV120kwh/m2后组件功率衰减仅为0.1-3%。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例1
一种双层结构转光膜,其由UV光转换层和形成于UV光转换层光线入射侧的UV截止层构成。UV光转换层的厚度为50μm,UV截止层的厚度为450μm。UV光转化层和UV截止层按照表1配比的原料经共挤制得。
表1.实施例1各层原料配比(kg)
Figure 886606DEST_PATH_IMAGE012
本实施例中,UV 吸收剂为市售UVB吸收剂和UVC吸收剂的混合物,具体由欧稳德®UV6198和欧稳德® UV328按质量比1:1混合而成;转光粉为市售无机转光粉,具体为转光粉UV-365(金华利进)。
实施例2-6
实施例2-6均以实施例1为基础,与实施例1的区别仅在于:
UV吸收剂和转光粉的添加量不同,以及UV截止层与UV光转换层的厚度不同,具体见表2。
表2.实施例1-6中UV吸收剂/转光粉添加量及各层厚度
Figure 961790DEST_PATH_IMAGE014
实施例7-10
实施例7-10均以实施例1为基础,与实施例1的区别仅在于:
不添加叔丁基过氧碳酸-2-乙基己酯;用等量2,5-二甲基-2,5-二氢呋喃(有机转光粉)代替转光粉UV-365(无机转光粉);
UV吸收剂和转光粉的添加量不同,以及UV截止层与UV光转换层的厚度不同,具体见表3。
表3.实施例7-10中UV吸收剂/转光粉添加量及各层厚度
Figure 547624DEST_PATH_IMAGE016
对照例1-4
对照例1涉及一种转光膜,以实施例1为基础,其为单层结构胶膜且与实施例1的双层结构转光膜厚度相同,区别在于:相较于每100kg基础树脂,添加了0.1kgUV吸收剂和5kg转光粉。
对照例2涉及一种转光膜,以实施例6为基础,其为单层结构胶膜且与实施例6的双层结构转光膜厚度相同,区别在于:相较于每100kg基础树脂,添加了1.5kgUV吸收剂和2kg转光粉。
对照例3涉及一种转光膜,以实施例9为基础,其为单层结构胶膜且与实施例9的双层结构转光膜厚度相同,区别在于:相较于每100kg基础树脂,添加了2kg UV吸收剂和1kg转光粉。
对照例4涉及一种转光膜,以实施例1为基础,其为单层结构胶膜且与实施例1的双层结构转光膜厚度相同,区别在于:相较于每100kg基础树脂,添加了0.4kg UV吸收剂和0.4kg转光粉。
表4.对照例1-3UV吸收剂及转光粉添加量(kg)
Figure 196649DEST_PATH_IMAGE018
本实施例中,UV 吸收剂为市售UVB吸收剂和UVC吸收剂的混合物,具体由欧稳德®UV6198和欧稳德® UV328按质量比1:1混合而成;转光粉为市售无机转光粉,具体为转光粉UV-365(金华利进)。
对照例5
对照例5与实施例1的区别仅在于:UV截止层厚度为200μm,UV光转换层厚度为200μm。
应用例1-15
应用例1-15均涉及一种光伏组件,其由从上至下依次层压布置的上层玻璃、光转化膜、HJT电池片、封装膜和下层玻璃构成,区别在于:各应用例依次选择实施例1-10的双层结构转光膜、对照例1-5的转光膜作为光转化膜。光转化膜的来源选择具体见表5。
表5.应用例1-15光转化膜选择
Figure 715486DEST_PATH_IMAGE020
参照GB/T29848-2018分别测试实施例1-10双层结构转光膜、对照例1-5转光膜的透过率;参照IEC61215-2:2016中4.10的规定测试组件的初始功率和紫外老化(紫外光谱分布在波段280nm~380nm,辐照强度为100W/m2,试验箱内试样表面温度保持在60±5℃)后功衰减率,分别记录组件辐照功率累积剂量达60kwh/m2、120kwh/m2时的功率衰减率【功率衰减率=(初始功率-老化后功率)/初始功率*100%】。测试结果见表6。
表6.透过率、初始功率及老化后功率衰减率测试结果表
Figure 378548DEST_PATH_IMAGE022
由表6数据可知:
本申请的双层结构转光膜具有优异的UV拦截性能,其使得UV(280-380nm)透过率≤5%,远低于现有技术。前述优选的实施例/应用例中UV(280-380nm)透过率则低至0.01-1.14%,最大程度减少了未被利用的UV对电池片的损害,使得本申请的双层结构转光膜尤其适用于含不耐紫外电池片的光伏组件。同时,实验数据表明本申请各优选应用例的初始组件功率高达345-355W,且组件具有良好的耐紫外老化衰减性能。实验数据表明:辐照功率累积剂量达60kwh/m2时,组件功率衰减仅0.01-0.94%,不超过1%;辐照功率累积剂量达120kwh/m2时,组件功率衰减仅0.01-2.99%,未超过3%。
将UV吸收剂和转光粉分别添加于转光膜的不同层,相较于同时添加于胶膜,更利于降低UV(280-380nm)透过率、有助于减少有害UV造成的电池片功率衰减。降低UV截止层相较于UV光转换层的厚度不利于UV拦截,对照例5的UV(280-380nm)透过率增加明显,相应应用例15的组件功率衰减显著升高,耐紫外老化性变差。因此,本申请的双层结构转光膜的UV截止层和UV光转换层的厚度比控制在(1.5-9):1范围最佳。
实施例11-13
实施例11-13均以实施例3为基础,与实施例7的区别仅在于:
实施例11中,UV吸收剂由欧稳德® UV6198和欧稳德® UV328按质量比1:0.1混合而成;
实施例12中,UV吸收剂由欧稳德® UV6198和欧稳德® UV328按质量比0.1:1混合而成;
实施例13中,UV吸收剂由欧稳德® UV6198和欧稳德® UV3039按质量比1:1混合而成。
实施例14-16
实施例14-16均以实施例3为基础,与实施例7的区别仅在于:
实施例14中转光剂采用具有如下分子结构的三齿阴离子配体(4-羟基-6-二乙基膦氧基-1,5-萘啶):
Figure DEST_PATH_IMAGE023
实施例15中转光粉采用具有如下分子结构的三齿阴离子配体(3-氰基-4-羟基-6-正辛基亚砜基-1,5-萘啶):
Figure 481371DEST_PATH_IMAGE024
实施例16中转光粉采用具有如下分子结构的三齿阴离子配体(4-羟基-6-二苯基膦氧基-1,5-萘啶):
Figure DEST_PATH_IMAGE025
应用例16-21
应用例16-21均涉及一种光伏组件,其由从上至下依次层压布置的上层玻璃、光转化膜、HJT电池片、封装膜和下层玻璃构成,区别在于:各应用例依次选择实施例11-16的双层结构转光膜作为光转化膜。光转化膜的来源选择具体见表7。
表7.应用例16-21光转化膜选择
Figure DEST_PATH_IMAGE027
参照GB/T29848-2018分别测试实施例11-16双层结构转光膜的UV(280-380nm)透过率;参照IEC61215-2:2016中4.10的规定测试应用例16-21的光伏组件的初始功率和紫外老化(紫外光谱分布在波段280nm~380nm,辐照强度为100W/m2,试验箱内试样表面温度保持在60±5℃)后功衰减,分别记录组件辐照功率累积剂量达60kwh/m2、120kwh/m2时的功率衰减率【功率衰减率=(初始功率-老化后功率)/初始功率*100%】。测试结果见表8。
表8.透过率、初始功率及老化后功率衰减率测试结果表
Figure DEST_PATH_IMAGE029
由表8数据可知:至少一种UVB吸收剂和至少一种UVC吸收剂混合作为UV吸收剂、改变UVB吸收剂与UVC吸收剂的添加比、亦或者替换其他类型的转光粉均具有良好的效果,可使得双层结构转光膜的UV(280-380nm)透过率≤5%,初始组件功率可达345-355W,辐照功率累积剂量达60kwh/m2时组件功率衰减不超过1%,辐照功率累积剂量达120kwh/m2时组件功率衰减不超过3%。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双层结构转光膜,其特征在于:包括了
一UV光转换层; 以及
一UV截止层, 所述UV截止层形成于所述UV光转换层光线入射侧,其中, 280-380nm波段的紫外光在穿经所述UV截止层以及所述UV光转换层后的平均透过率≤5%;
所述UV截止层含有一吸收剂, 以吸收波段为240-320nm紫外光, UV截止层中,相较于每100重量份基础树脂UV吸收剂的添加量为0.1-2重量份;
所述UV光转换层含有一转光粉, 以吸收波段为320-380nm紫外光,UV光转换层中,相较于每100重量份基础树脂转光粉的添加量为0.1-5重量份。
2.根据权利要求1所述的双层结构转光膜,其特征在于:
所述UV截止层与UV光转换层厚度比为(1.5-9):1;
所述UV截止层的基础树脂为EVA或POE;
所述UV光转换层的基础树脂为EVA或POE。
3.根据权利要求2所述的双层结构转光膜,其特征在于:
所述UV截止层的制备原料中含有过氧化物交联剂,其厚度为300-450μm。
4.根据权利要求3所述的双层结构转光膜,其特征在于:
所述转光粉为无机转光粉。
5.根据权利要求4所述的双层结构转光膜,其特征在于:
所述UV光转换层的制备原料含有过氧化物交联剂,其厚度为50-200μm;
所述UV光转换层的制备原料不含有过氧化物交联剂,其厚度为50-100μm。
6.根据权利要求3所述的双层结构转光膜,其特征在于:
所述转光粉为有机转光粉或含有有机配体的转光粉,所述UV光转换层的制备原料不含有过氧化物交联剂。
7.根据权利要求6所述的双层结构转光膜,其特征在于:所述UV光转换层的厚度为50-100μm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的双层结构转光膜,其特征在于:280-380nm波段的紫外光在穿经所述UV截止层以及所述UV光转换层后的平均透过率为0.01%-2%。
9.根据权利要求1-7任一项所述的双层结构转光膜,其特征在于:所述UV吸收剂包含至少一种用于吸收280-320nm波段紫外光的UVB吸收剂和至少一种用于吸收240-280nm波段紫外光的UVC吸收剂。
10.应用权利要求1-9任一项所述的双层结构转光膜的光伏组件。
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