太陽光譜轉(zhuǎn)換樹脂及其制備方法與應(yīng)用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光功能樹脂技術(shù)領(lǐng)域，具體為太陽光譜轉(zhuǎn)換高分子樹脂，簡稱轉(zhuǎn)光樹月旨，涉及一種固態(tài)的轉(zhuǎn)光PVB樹脂膠膜和一種液態(tài)的光固化轉(zhuǎn)光玻璃樹脂，以及它們的制備方法和應(yīng)用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在垂直入射到地面的太陽光譜中，主要成分集中在400-720 nm范圍，其中綠光成分約占太陽輻射總能量的50%。植物光合作用是利用太陽能的最普遍的一種方式。將太陽光中綠光和近紫外光成分轉(zhuǎn)換為植物葉綠素所能吸收的藍(lán)光和紅光，可極大地提高植物對太陽能的利用率，實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)增收。合理提高太陽能利用率成為相關(guān)太陽能應(yīng)用設(shè)備所需解決的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003]在已經(jīng)研發(fā)的農(nóng)用轉(zhuǎn)光設(shè)施中，主要是將具有轉(zhuǎn)光功能的熒光粉(即轉(zhuǎn)光劑)摻入PE或EVA塑料中，形成轉(zhuǎn)光農(nóng)膜。但是農(nóng)膜不是永固性設(shè)施，并容易帶來環(huán)境污染。
[0004]夾層玻璃采用高分子樹脂為夾層，在低溫加熱或光照條件下，粘合雙層玻璃制備合成。作為夾層的樹脂，一般分為兩類:一類是固態(tài)PVB膜膠片，平鋪于兩片玻璃中間，固定夾緊，低溫加熱使膠片熔融將兩層玻璃黏附在一起，同時(shí)施加一定壓力排除氣泡；另一類是液態(tài)光固化玻璃樹脂，在固定好的兩層玻璃之間注入玻璃樹脂，在太陽光照條件下，液態(tài)玻璃樹脂膠慢慢固化，將兩層玻璃牢牢黏附在一起。由于彈性中間層有吸收沖擊的作用，即使受到外來撞擊，夾層玻璃也不易受損，若受損破裂玻璃片也不會脫落，具有較高的安全性倉泛。
[0005]如果在樹脂中添加轉(zhuǎn)光劑，則可以得到分散有轉(zhuǎn)光劑的樹脂，可以稱之為轉(zhuǎn)光樹月旨。采用轉(zhuǎn)光樹脂制備而成的夾層玻璃，則為具有光能轉(zhuǎn)換功能的夾層玻璃，稱為轉(zhuǎn)光夾層玻璃。轉(zhuǎn)光夾層玻璃可用來建造永固性農(nóng)用設(shè)施。
[0006]太陽能電池技術(shù)日益成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在建筑體表層或室外大規(guī)模發(fā)電站。然而，除了利用建筑體發(fā)電外，還要考慮建筑物的安全，歐洲一些國家已經(jīng)制定新的建筑法規(guī)，越來越多的國家開始采用PVB膜作為封裝材料的雙玻璃光伏組件，并且已不允許采用EVA膜制作的層壓玻璃用在建筑蒂墻上。
[0007]所以，如果能夠在PBV膜中添加熒光粉，形成轉(zhuǎn)光PVB玻璃樹脂，與太陽能電池組件一步壓制成型，完全可以實(shí)現(xiàn)在降低成本和提高安全性能的同時(shí)，又提高太陽能電池的光電效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及一類具有太陽光譜轉(zhuǎn)換功能的樹脂，簡稱轉(zhuǎn)光樹脂，具體為一種固態(tài)的轉(zhuǎn)光PVB樹脂膜和一種液態(tài)的光固化轉(zhuǎn)光玻璃樹脂。分別在固體PVB樹脂原料和液態(tài)光固化玻璃樹脂中，按比例添加1-2種太陽光譜轉(zhuǎn)換材料，通過不同工藝過程制備而成。
[0009]轉(zhuǎn)光樹脂的太陽能光轉(zhuǎn)換功能來自所添加的太陽光譜轉(zhuǎn)換材料，簡稱轉(zhuǎn)光劑，轉(zhuǎn)光劑能夠吸收近紫外光或/和綠光發(fā)射藍(lán)或/和紅光:吸收綠光發(fā)射紅光的轉(zhuǎn)光劑稱為綠轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑，同時(shí)吸收近紫外光和綠光并同時(shí)發(fā)射藍(lán)光和紅光的轉(zhuǎn)光劑稱為紅藍(lán)雙轉(zhuǎn)光齊U，吸收近紫外光發(fā)射藍(lán)光稱為紫轉(zhuǎn)藍(lán)轉(zhuǎn)光劑，吸收近紫外光發(fā)射紅光稱為紫轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑。本發(fā)明所指代的綠轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑的為硫化物熒光粉CaS:Eu2+，紅藍(lán)雙轉(zhuǎn)光劑為硫化物熒光粉CaSiEu2+, Cu+，紫轉(zhuǎn)藍(lán)轉(zhuǎn)光劑為鋁酸鹽熒光粉BaA12O19: Eu2+，紫轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑為鈦酸鹽熒光粉CaT13: Pr3+。
[0010]轉(zhuǎn)光劑經(jīng)過表面改性處理，表面改性劑分子一端的水解官能團(tuán)與無機(jī)熒光粉界面發(fā)生化合反應(yīng)，在化學(xué)鍵合作用下，包覆于無機(jī)熒光粉表面；另一端的有機(jī)分子鏈端與高分子樹脂鏈偶聯(lián)，使轉(zhuǎn)光劑與高分子樹脂有更好的相容性。則表面改性劑起到了橋連作用，將具有太陽光譜轉(zhuǎn)換功能的轉(zhuǎn)光劑與高分子樹脂通過化學(xué)鍵連接起來，使轉(zhuǎn)光劑可以均勻分散在高分子樹脂中，且不發(fā)生下沉或團(tuán)聚，同時(shí)不影響轉(zhuǎn)光劑的光能轉(zhuǎn)換功能，使制備的轉(zhuǎn)光樹脂及以之制備的轉(zhuǎn)光夾層玻璃具有轉(zhuǎn)光劑的太陽光譜轉(zhuǎn)換性質(zhì)。
[0011]轉(zhuǎn)光劑表面改性處理具體為:取一定質(zhì)量的平均粒徑為0.01-5.0 μπι的粉末狀熒光粉 CaS: Eu2+XaS: Eu2+，Cu.'BaA12O19: Eu2+或 CaT1 3: Pr3+，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為熒光粉 5%—40%的表面改性劑；加入少量無水乙醇，研磨，使表面改性劑分子中的水解官能團(tuán)與無機(jī)熒光粉界面充分發(fā)生化合反應(yīng)，在化學(xué)鍵合作用下，包覆于無機(jī)熒光粉表面；至乙醇揮發(fā)干凈并研磨均勻后，封裝備用。表面改性劑為甲基硅油、硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ-570或硬脂酸中的一種或兩種。分別對綠轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑CaS: Eu2+、紅藍(lán)雙轉(zhuǎn)光劑CaS: Eu2+，Cu+、紫轉(zhuǎn)藍(lán)轉(zhuǎn)光劑BaA12O19 = Eu2+和紫轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑CaT13: Pr3+進(jìn)行表面改性。
[0012]兩種轉(zhuǎn)光樹脂的制備過程和應(yīng)用方法分別如下所述:
(一)、一種太陽光譜轉(zhuǎn)換PVB高分子樹脂膠膜，簡稱轉(zhuǎn)光PVB樹脂膜，其主要組成是:以聚乙烯醇縮丁醛(PVB)樹脂和增塑劑為原料，添加表面改性后的轉(zhuǎn)光劑，混合均勻后用擠出機(jī)流延擠出PVB膜，即為轉(zhuǎn)光PVB樹脂膜。轉(zhuǎn)光劑為轉(zhuǎn)光樹脂中的有效轉(zhuǎn)光成分，可以是綠轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑硫化物熒光粉CaS:Eu2+、紅藍(lán)雙轉(zhuǎn)光劑硫化物熒光粉CaS:Eu2+，Cu+、紫轉(zhuǎn)藍(lán)轉(zhuǎn)光劑鋁酸鹽熒光粉BaA12O19: Eu2+或紫轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑鈦酸鹽熒光粉CaT1 3: Pr3+中的一種或兩種，在PVB中所占的質(zhì)量百分比為0.05%—5.0%。PVB膜厚度控制在工業(yè)常用厚度0.38mm和0.76 mm ;農(nóng)用轉(zhuǎn)光膠膜的透光率大于85%,光伏發(fā)電膠膜的透光率大于91%。
[0013]轉(zhuǎn)光PVB樹脂膜的具體制備過程為:
取一定量的PVB樹脂，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%-40%的增塑劑3G8，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
0.05%—5.0%的轉(zhuǎn)光劑；混合均勻后用雙向螺桿擠出機(jī)流延擠出PVB膜，即為轉(zhuǎn)光PVB樹脂膜。機(jī)身溫度在100?140 °C，機(jī)頭溫度在130 °C左右，擠出機(jī)轉(zhuǎn)速為25?30 r/min ；PVB膜厚度為0.38 mm或0.76 mm。所添加轉(zhuǎn)光劑可以是上述表面改性后的綠轉(zhuǎn)紅、紅藍(lán)雙轉(zhuǎn)光、紫轉(zhuǎn)藍(lán)和紫轉(zhuǎn)紅轉(zhuǎn)光劑中的一種或兩種。轉(zhuǎn)光劑表面包覆層的有機(jī)分子鏈端與高分子樹脂鏈偶聯(lián)，使轉(zhuǎn)光劑均勻分散在高分子樹脂中，制備得到的轉(zhuǎn)光PVB樹脂膜具有與所添加轉(zhuǎn)光劑相同的太陽光譜轉(zhuǎn)換功能。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:在擠出PVB膜的固體樹脂顆粒原料中，添加少量的經(jīng)過表面改性的轉(zhuǎn)光劑，轉(zhuǎn)光劑粒徑范圍在0.05-5.0 ym,經(jīng)過表面包覆，能夠完全與樹脂原料顆?；旌暇鶆颍⒕鶆蚍稚⒂跀D出的PVB膜中，對PVB膜擠出工藝沒有特殊要求；轉(zhuǎn)光PVB樹脂制備方法簡單、易于實(shí)施，除了轉(zhuǎn)光劑本身不增加其他成本；所占質(zhì)量百分比為0.05%-5.0%的轉(zhuǎn)光劑對產(chǎn)品的物理性能不產(chǎn)生影響，同時(shí)使PVB膜具有光能轉(zhuǎn)換性能，拓寬了其應(yīng)用范圍。
[0015]所制備的轉(zhuǎn)光PVB樹脂膜具有太陽光譜轉(zhuǎn)換功能，根據(jù)其所含轉(zhuǎn)光劑成分不同，可以應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，具體可以有:
(I)轉(zhuǎn)光夾層玻璃:這種太陽光譜轉(zhuǎn)換PVB高分子樹脂膠膜可用在夾層玻璃中作為玻璃樹脂，制作具有太陽光譜轉(zhuǎn)換功能的夾層玻璃，簡稱轉(zhuǎn)光夾層玻璃。轉(zhuǎn)光夾層玻璃依據(jù)其夾層中所含轉(zhuǎn)光劑性能不同而具有不同的用途，可以吸收太陽光中近紫外或/和綠光成分轉(zhuǎn)為能夠被植物葉綠素吸收的藍(lán)光或/和紅光成分，架建玻璃大棚作為農(nóng)用轉(zhuǎn)光設(shè)施，促進(jìn)植物的光合作用；控制轉(zhuǎn)光劑種類和用量，可