本申請涉及一種光轉(zhuǎn)換材料，具體涉及一種金屬螯合物、其制備方法及用途，例如在制備光轉(zhuǎn)換材料中的應用。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L，光伏產(chǎn)業(yè)迎來了快速發(fā)展的機遇。硅晶光伏技術(shù)以其成熟的生產(chǎn)工藝和較高的光電轉(zhuǎn)換效率，已成為綠色可持續(xù)能源的主流選擇。然而，光伏組件在戶外長期運行時，不可避免地會受到紫外線的侵蝕，這不僅會加速材料的老化，還可能導致發(fā)電效率的顯著下降。以hjt電池為例，它具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率、良好的弱光性能、較低的溫度系數(shù)、簡單的工藝流程和低環(huán)境污染等優(yōu)點，成為下一代硅晶光伏發(fā)展的主流方向。與其它類型的硅晶光伏電池相比，hjt電池更容易受到紫外線侵蝕，其表面的si-h鍵一旦被紫外線破壞，電池的性能會驟然降低。目前解決硅晶光伏電池紫外線敏感性問題的方案是在封裝膜中添加紫外吸收材料，在光到達硅晶材料之前將紫外線截止掉。這種方法可以有效地保護硅晶光伏電池免受紫外線侵蝕，但同時紫外線帶來的電能也會隨之損失。

2、光轉(zhuǎn)換材料為這一難題提供了創(chuàng)新的解決方案。這類材料可以將有害且低效利用的紫外光轉(zhuǎn)換為高效利用的可見光。即在有效阻擋紫外線的同時，提高硅晶光伏的太陽光利用率，獲得更高的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，光轉(zhuǎn)換材料的應用突破了肖克利-奎伊瑟理論效率極限的束縛，不再局限于通過減少能量損失來提升效率，而是通過增強太陽光的利用率，在現(xiàn)有理論極限之上進一步提升光電轉(zhuǎn)換效率，為光伏行業(yè)帶來了一種全新的效率提升與成本降低的思路。

3、有研究人員提出了一種有機（聚合物或寡聚物）光轉(zhuǎn)換材料，這種材料展現(xiàn)出較高的發(fā)光量子效率（接近100%），相應的光轉(zhuǎn)換膜能夠顯著提高硅晶光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，這種材料抗紫外線漂白性能不夠好，在標準太陽光強度的紫外線照射下容易發(fā)生降解，從而導致其紫外吸收性能和光轉(zhuǎn)性能下降。其使用年限遠小于硅晶光伏電池的壽命，這會限制其在硅晶光伏中的應用。還有研究人員提出了一種稀土有機配體納/微米下轉(zhuǎn)換材料，該材料同樣具有抗紫外線漂白性能差的問題。為了提高該類材料的抗氧化能力，有研究人員利用pmma微球封裝稀土有機配體納/微米下轉(zhuǎn)換材料。這種操作在一定程度上可以改善材料的穩(wěn)定性，但不能在根本上解決材料本身的抗紫外線漂白性能差的問題。另外，稀土有機配體本身已經(jīng)是納/微米尺度，容易對可見光產(chǎn)生散射，從而降低光的利用率。另外有研究人員提出了一種量子點摻雜的二氧化硅膠體，該光轉(zhuǎn)換材料最大的問題是吸收波長較短，吸收范圍不能覆蓋uva區(qū)域，不能對硅晶光伏電池實現(xiàn)有效的保護。因此，開發(fā)既兼具卓越的光轉(zhuǎn)換性能和出色的抗紫外線漂白性能的光轉(zhuǎn)換材料，仍是一個亟待克服的重要挑戰(zhàn)。

4、另外，光轉(zhuǎn)換材料與封裝膜材料的相容性是決定其是否能否應用于光轉(zhuǎn)換膜的另一個關(guān)鍵因素。由于光轉(zhuǎn)換材料開發(fā)的滯后，目前多數(shù)報道主要集中在截止材料和相關(guān)添加劑在封裝膜中的優(yōu)化方面。因此，新型光轉(zhuǎn)換材料的開發(fā)要兼顧到其與封裝膜材料的相容性，這也是本領域長期以來一直難以解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的主要目的在于提供一種金屬螯合物、其制備方法及在制備光轉(zhuǎn)換材料中的應用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請采用的技術(shù)方案包括：

3、本申請的第一個方面提供了一種金屬螯合物，其化學式為mlxaybz，其中m至少選自主族金屬離子、過渡金屬離子或稀土金屬離子，l選自具有2個以上供電子官能團的剛性螯合劑，a選自含有1~3個脂肪族取代基或芳香族取代基的氧化膦化合物，b選自烷基陽離子表面活性劑，x=2~4，(y+z)=0~4，x為整數(shù)，y、z均大于或等于0，并且y、z不同時為0。

4、本申請的第二個方面提供了一種金屬螯合物的制備方法，其包括：使包含mx3、l、a、b和無水極性溶劑的混合物在50~110℃反應，制得光轉(zhuǎn)換材料mlxaybz；

5、其中，m為三價金屬離子，并至少選自主族金屬離子、過渡金屬離子或稀土金屬離子，x選自鹵素離子，l選自具有2個以上供電子官能團的剛性螯合劑，a選自含有1~3個脂肪族取代基或芳香族取代基的氧化膦化合物，b選自烷基陽離子表面活性劑，x=2~4，(y+z)=0~4，x為整數(shù)，y、z均大于或等于0，并且y、z不同時為0。

6、本申請的第三個方面提供了所述金屬螯合物在制備光轉(zhuǎn)換材料、光伏設備、防偽結(jié)構(gòu)或發(fā)光結(jié)構(gòu)等之中的用途。所述光轉(zhuǎn)換材料能夠?qū)⑽盏牡谝徊ㄩL的光轉(zhuǎn)換為第二波長的光，所述第二波長大于第一波長。

7、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本申請?zhí)峁┑慕饘衮衔锟梢詰脼樾滦偷墓廪D(zhuǎn)換材料，并在紫外區(qū)展現(xiàn)出很強的光吸收能力，并能高效的將紫外光轉(zhuǎn)換為長波長的可見光等，光轉(zhuǎn)換的量子效率為80~100%。而且，該光轉(zhuǎn)換材料不僅具有卓越的光轉(zhuǎn)性能、合適的光吸收范圍，還具有優(yōu)異的抗紫外線漂白性能，同時，該光轉(zhuǎn)換材料與eva（乙烯-醋酸乙烯酯共聚物）、pvb（聚乙烯醇縮丁醛酯）、poe（聚烯烴彈性體）、epe（聚乙烯泡沫）等聚合物材料有極佳的相容性?；谠摴廪D(zhuǎn)換材料的光轉(zhuǎn)換膜能顯著提升硅晶光伏電池等光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，該光轉(zhuǎn)換材料還可以用于制備防偽材料、裝飾照明結(jié)構(gòu)等，應用前景廣闊。

技術(shù)特征：

1.一種金屬螯合物，其特征在于：所述金屬螯合物的化學式為mlxaybz，其中m至少選自主族金屬離子、過渡金屬離子或稀土金屬離子，l選自具有2個以上具有供電子官能團的剛性螯合劑，a選自含有1~3個脂肪族取代基或芳香族取代基的氧化膦化合物，b選自烷基陽離子表面活性劑，x=2~4，(y+z)=0~4，x為整數(shù)，y、z均大于或等于0，并且y、z不同時為0。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬螯合物，其特征在于：m選自三價金屬離子；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬螯合物，其特征在于：m至少選自al3+、ga3+、in3+、mo3+、eu3+、sc3+、gd3+或y3+；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬螯合物，其特征在于：所述飽和烷基包括甲基、乙基、丙基、丁基、己基或辛基，所述飽和烷氧基包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、已氧基或辛氧基，所述芳烴基包括苯基、芐基、噻吩基或吡咯基。

5.一種金屬螯合物的制備方法，其特征在于，包括：使包含mx3、l、a、b和無水極性溶劑的混合物在50~110℃反應，制得光轉(zhuǎn)換材料mlxaybz；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，具體包括：使所述混合物在50~110℃反應1~10h，之后降至室溫，并除去其中的溶劑，制得所述金屬螯合物；

7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的金屬螯合物在制備光轉(zhuǎn)換材料中的用途，所述光轉(zhuǎn)換材料能夠?qū)⑽盏牡谝徊ㄩL的光轉(zhuǎn)換為第二波長的光，所述第二波長大于第一波長。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用途，其特在于：所述第一波長的光包括紫外光。

9.一種下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，其特征在于，包括權(quán)利要求1-4中任一項所述的金屬螯合物。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的金屬螯合物或者權(quán)利要求9所述的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料在制備光伏設備、防偽結(jié)構(gòu)或發(fā)光結(jié)構(gòu)中的用途。

11.一種光學結(jié)構(gòu)，包括基礎組分和分散在所述基礎組分中的光轉(zhuǎn)換劑，其特征在于：所述光轉(zhuǎn)換劑包括權(quán)利要求1-4中任一項所述的金屬螯合物或者權(quán)利要求9所述的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述光學結(jié)構(gòu)包含0.2wt‰~5wt‰光轉(zhuǎn)換劑；

13.一種光學結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的制備方法，其特征在于，具體包括：

15.一種光伏設備，包括光伏電池以及與光伏電池連接的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述封裝結(jié)構(gòu)包括權(quán)利要求11-12中任一項所述的光學結(jié)構(gòu)。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光伏設備，其特征在于：所述光伏電池包括硅太陽能電池、鈣鈦礦光伏電池、有機光伏電池、銅銦硒光伏電池、砷化鎵光伏電池或碲化鎘光伏電池。

17.一種防偽結(jié)構(gòu)，包括基底和分布在基底表面的防偽材料層，其特征在于：所述防偽材料層包括權(quán)利要求1-4中任一項所述的金屬螯合物或者權(quán)利要求9所述的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料。

18.一種發(fā)光裝置，包括光源和與光源配合的光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述光轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)包括權(quán)利要求1-4中任一項所述的金屬螯合物、權(quán)利要求9所述的下轉(zhuǎn)換發(fā)光材料或者權(quán)利要求11-12中任一項所述的光學結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種金屬螯合物、其制備方法及在制備光轉(zhuǎn)換材料中的應用。該金屬螯合物的化學式為ML<subgt;x</subgt;A<subgt;y</subgt;B<subgt;z</subgt;，其中M為主族金屬離子、過渡金屬離子或稀土金屬離子，L為具有2個以上供電子官能團的剛性螯合劑，A為含有1~3個脂肪族或芳香族取代基的氧化膦化合物，B為烷基陽離子表面活性劑。該金屬螯合物可以將紫外光轉(zhuǎn)換為可見光，并具有高發(fā)光量子效率、優(yōu)異熱穩(wěn)定性和突出的抗紫外線漂白性能，且與多種聚合物材料具有出色的相容性?；谠摻饘衮衔镏苽涞墓廪D(zhuǎn)換膜能夠顯著提高光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，該金屬螯合物還可以用于制備防偽材料、裝飾照明結(jié)構(gòu)等，應用前景廣闊。

技術(shù)研發(fā)人員：宋波,徐攀,張澤龍
受保護的技術(shù)使用者：蘇州華堂光為新材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19