Eu配合物/EVA复合膜的制备及在晶体硅太阳能电池中的应用研究

摘要

稀土有机配合物发光具有单色性好、发光效率高、斯托克位移大等特点，其中铕配合物能将紫外光转化为612nm左右的红光，可以通过掺杂、键合等方式引入到乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中得到EVA转光膜。EVA转光膜可以作为封装材料应用于晶体硅太阳能电池前表面的封装，既能够吸收紫外光以防止晶体硅太阳能电池组件过早老化，又能够改善晶体硅太阳能电池在紫外光区域的光谱响应，提高太阳能电池组件的转换效率。然而，铕配合物引入到EVA中会额外带来光损失造成EVA膜的可见光透过率下降，不利于太阳能电池转换效率的提高。因此需要研究制备出既有良好的可见光透过率又有高荧光强度的EVA复合膜，以切实应用到太阳能电池上。本文制备了几种含铕配合物的EVA复合膜，对EVA复合膜的紫外-可见光透过率和荧光强度进行了测试表征，并分析了膜表面的微观形态，将EVA复合膜分别涂覆于同一块晶体硅太阳能电池表面，研究分析EVA复合膜的可见光透过率和荧光强度对电池转换效率的影响。
　　(1)采用溶液浇铸法制备热塑性EVA膜，确定了所用溶剂、成膜温度、成膜时间等工艺条件;将热塑性EVA粗膜交联固化得到交联型EVA膜，确定了固化温度、固化时间、交联剂的添加量等工艺条件，从而得到平整均一、透明性优良的热塑性EVA膜和交联型EVA膜。测试了EVA膜的透过率和涂覆EVA膜的晶体硅太阳能电池的I-V特性，结果分析表明EVA膜的可见光透过率对转换效率的影响是直接而显著的。
　　(2)合成两种典型的β-二酮类铕配合物Eu(DBM)3Phen(EuDP)和Eu(TTA)3Phen(EuTP)。通过溶液浇铸法将两种配合物分别掺杂到EVA膜中制备出两种EVA复合膜，对复合膜的紫外-可见光透过率和荧光性能进行了表征。EuDP/EVA膜的可见光透过率高于EuTP/EVA膜，而EuTP/EVA膜的荧光强度较高。通过SEM分析EVA复合膜的表面微观形态，发现EuDP与EVA的相容性显著优于EuTP。分别将不同EVA复合膜涂覆在同一块多晶硅太阳能电池的表面上，测试电池的I-V特性，结果表明，涂覆EuDP/EVA膜时电池的转换效率明显高于涂覆EuTP/EVA膜时的转换效率。
　　(3)引入十四酸为配体合成了四元铕配合物Eu(DBM)2Phen(TA)(EuDPT)，通过红外光谱、核磁共振氢谱和元素分析进行了表征，并用XRD分析其聚集态结构，结果表明EuDPT转变为部分无定形态，结晶能力显著降低。通过溶液浇铸法将该配合物掺杂到EVA膜中，测定了EVA复合膜的紫外-可见光透过率和荧光性能，相对于EuDP/EVA膜，EuDPT/EVA膜的可见光透过率明显提高，而荧光强度略有下降。通过SEM和AFM分析EVA复合膜的表面微观形态，发现EuDPT均匀分散在EVA膜中，膜表面呈鳞片状形貌，EuDPT与EVA的相容性优于EuDP。分别将不同EVA复合膜涂覆在同一块多晶硅太阳能电池的表面上，测试电池的I-V特性，结果表明，涂覆EuDPT/EVA膜时电池的转换效率高于涂覆EuDP/EVA膜时的转换效率，仅比涂覆纯EVA膜时的转换效率略低。
　　(4)通过溶液浇铸法将硅烷偶联剂KH570改性的SiO2与配合物EuDPT共掺杂到EVA膜中，表征了EVA复合膜的紫外-可见光透过率和荧光性能，发现在一定SiO2含量内，EVA复合膜的荧光得到增强，而可见光透过率下降不明显。通过SEM和AFM分析EVA复合膜的表面微观形态，观察到膜表面均匀分散着许多微小褶曲，因此分析认为荧光增强的原因很可能是膜中改性SiO2包裹在EuDPT的表面，从而增强EuDPT分子结构的刚性。分别将不同EVA复合膜涂覆在同一块多晶硅太阳能电池的表面上，测试电池的I-V特性，结果表明，涂覆KH570-SiO2/EuDPT/EVA膜时电池的转换效率超过了涂覆纯EVA膜时的转换效率，提高了0.14％。
　　(5)引入丙烯酸为配体合成了可聚合的配合物Eu(DBM)2Phen(AA)(EuDPA)。将EuDPA加入EVA中，交联固化得到键合型的EuDPA-EVA复合膜。测试EuDPA单体的转化率，只有20％左右的EuDPA参与交联。表征了EVA复合膜的紫外-可见光透过率和荧光性能，对比于掺杂型的交联型EuDP/EVA膜，可以看出EuDPA-EVA膜的可见光透过率有所提高，而荧光强度稍有下降。通过SEM分析EVA复合膜的表面微观形态，发现EuDPA与EVA的键合有利于改善配合物和EVA的相容性。分别将不同EVA复合膜涂覆在同一块多晶硅太阳能电池的表面上，测试电池的I-V特性，结果表明，涂覆EuDPA-EVA膜时电池的转换效率稍高于涂覆交联型EuDP/EVA膜时的转换效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 硅太阳能电池

1．1．1 硅太阳能电池的分类

1．1．2 硅太阳能电池组件结构

1．1．3 硅太阳能电池组件的封装材料

1．2 稀土有机配合物

1．2．1 稀土有机配合物的光致发光原理

1．2．2 稀土有机配合物的分类

1．2．3 影响稀土有机配合物发光性能的因素

1．3 稀土聚合物复合材料

1．3．1 掺杂型稀土聚合物

1．3．2 键合型稀土聚合物

1．3．3 有机／无机复合型稀土聚合物

1．4 稀土聚合物转光膜在硅太阳能电池的应用

1．5 本论文的选题意义和研究内容

参考文献

第二章 热塑性及交联型EVA膜的制备研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要原料及试剂

2．2．2 热塑性EVA膜的制备

2．2．3 交联型EVA膜的制备

2．2．4 涂覆EVA膜的多晶硅太阳能电池的I-V特性测试

2．2．5 性能测试及表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同溶剂对EVA膜的影响

2．3．2 成膜温度对EVA膜的影响

2．3．3 成膜时间对EVA膜的影响

2．3．4 固化温度对EVA膜交联度的影响

2．3．5 固化时间对EVA膜交联度的影响

2．3．6 引发剂的量对EVA膜交联度的影响

2．3．7 热塑性及交联型EVA膜的透过率分析

2．3．8 涂覆EVA膜的多晶硅太阳能电池的I-V特性

2．4 本章小结

参考文献

第三章 掺杂三元铕配合物的EVA膜的制备及光学性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1主要原料及试剂

3．2．2三元铕配合物Eu(DBM)3Phen的制备

3．2．3 三元铕配合物Eu(TTA)3Phen的制备

3．2．4 掺杂三元铕配合物的EVA膜的制备

3．2．5 性能测试及表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 三元铕配合物Eu(DBM)3Phen的表征

3．3．2 三元铕配合物Eu(TTA)3Phen的表征

3．3．3 三元铕配合物／EVA膜的透过率分析

3．3．4 三元铕配合物／EVA膜的荧光性能

3．3．5 三元铕配合物／EVA膜的微观形态分析

3．3．6 涂覆EVA复合膜的多晶硅太阳能电池的I．V特性

3．4 本章小结

参考文献

第四章 掺杂四元铕配合物的EVA膜的制备及光学性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要原料及试剂

4．2．2 四元铕配合物Eu(DBM)2Phen(TA)的制备

4．2．3 掺杂铕配合物Eu(DBM)2Phen(TA)的EVA膜的制备

4．2．4 性能测试及表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 四元铕配合物Eu(DBM)2Phen(TA)的表征

4．3．2 EuDPT／EVA膜的透过率分析

4．3．3 EuDPT／EVA膜的荧光性能

4．3．4 EuDPT／EVA膜的微观形态分析

4．3．5 涂覆EVA复合膜的多晶硅太阳能电池的I-V特性

4．4 本章小结

参考文献

第五章 铕配合物和改性SiO2共掺杂EVA膜的制备及光学性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 主要原料及试剂

5．2．3 铕配合物和改性SiO2共掺杂的EVA复合膜的制备

5．2．4 性能测试及表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 KH570改性SiO2的表征

5．3．2 EVA复合膜的透过率分析

5．3．3 KH570-SiO2／EuDPT／EVA膜的荧光性能

5．3．4 KH570-SiO2／EuDPT／EVA膜的微观形态分析

5．3．5 涂覆EVA复合膜的多晶硅太阳能电池的I-V特性

5．4 本章小结

参考文献

第六章 铕配合物键合EVA复合膜的制备及光学性能研究

6．1 引言

6．2 实验部分

6．2．1 主要原料及试剂

6．2．2 铕配合物Eu(DBM)2Phen(AA)的制备

6．2．3 铕配合物Eu(DBM)2Phen(AA)键合EVA的交联型复合膜的制备

6．2．4 性能测试及表征

6．3 结果与讨论

6．3．1 铕配合物Eu(DBM)2Phen(AA)的表征

6．3．2 铕配合物单体的转化率分析

6．3．3 EuDPA-EVA膜的透过率分析

6．3．4 EuDPA-EVA膜的荧光性能

6．3．5 EuDPA-EVA膜的微观形态分析

6．3．6 涂覆EVA复合膜的多晶硅太阳能电池的I-V特性

6．4 本章小结

参考文献

第七章 总结与展望

7．1 论文研究内容总结

7．2 论文的创新与特色

7．3 论文后续工作展望

致谢

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