[发明专利]包含下转换材料的透光热塑性树脂及其在光伏模块中的用途

说明书

本申请要求2011年3月31日提交的临时申请序列号61/470184的优先权，其通过参考全文结合于此。

本发明涉及包含下转换材料的透光热塑性树脂。在另一种实施方式中，本发明还涉及此类树脂作为光伏(“PV”)模块中膜或层的用途。本发明的树脂具有改善的光伏模块耐久性、能量转换和成本效率的组合。

如人们所知，光伏模块主要在可见光谱范围或近可见光谱范围将电磁辐射转化为电能。将光或光子转化为电流的效率也称作“量子效率”。已知人们使用“下转换”材料尝试通过将较短波长光转化为较长波长光来改善光伏模块对较高能量、较短波长光的光谱响应的面积。下转换材料通常是一种或多种已知的有机或无机材料，该材料能够吸收较高能量、短波长光(即，在PV电池显示低的外部量子效率的范围内)并以较低能量、较长波长(即，在PV电池显示较高的外部量子效率的范围内)再发射该光。

许多文献描述了该“下转换”(有时也称作“下位移(down-shifting))效应和提议材料，所述文献例如包括：W02007/043496；W02009/002943；W02009/157879W02003/079457；US2005/0265935；US2006/0169971；以及US2010/0186801。

人们已知，光伏模块需要能够经受长时间(例如，超过20年)直接暴露于紫外(UV)辐射下的运行。已知所选类型的热塑性聚合物树脂可提供光学、电学和物理性质之间良好且低成本的平衡，并且在许多应用中具有良好表现，但是难以将它们用于光伏模块应用中所经受的严苛暴露条件。当使用热塑性聚合物树脂时，许多类型的热塑性聚合物树脂需要保护其免受紫外辐射的稳定化添加剂，已知紫外辐射会造成许多类型的热塑性聚合物树脂的降解，否则这些热塑性聚合物树脂在经历长时间的紫外辐射过程中会快速降低该聚合物性质。

当要求热塑性聚合物树脂的紫外稳定性时，人们通常希望能够阻隔、吸收和/或降低较短波长紫外辐射的透过，或者可以将该较短波长紫外辐射“下转换”并且以对于光伏电池有用的辐射形式透过，用于转化成电能。由于紫外稳定化会破坏所需的下转换效应，因此，不希望这种紫外稳定的热塑性树脂有效包含和使用下转换材料。但是，在不进行稳定化的条件下，在下转换过程中紫外辐射会透入层中至少一段有限的距离，并使聚合物降解。

因此，人们希望获得紫外稳定的(至少部分透紫外光的)热塑性树脂和该树脂的膜或层，所述热塑性树脂包含至少一种下转换材料，该片材在光伏模块中具有良好的转换效率。人们还希望获得包含此类热塑性聚合物树脂材料的光伏模块以及其制备方法。因此，本发明的一个目的在于提供这些和其它结果。

发明内容

本发明提供了上述和各种其它期望结果中的一个或多个，在一种实施方式中，本发明是一种用作光伏模块中透光层的热塑性树脂制剂，该制剂包含：

(a)透光热塑性树脂；

(b)至少一种下转换材料，该材料在280-500纳米范围内具有入射辐射吸收的最大值，在400-900纳米范围的较长波长下具有辐射发射的最大值，并且该材料改善了光伏模块中光伏电流产生的效率；以及

(c)光稳定剂添加剂，其透射至少约40％波长范围约为280-380纳米的紫外(UV)电磁辐射。

在其它替代性实施方式中，本发明是如上所述的热塑性树脂制剂，其中，所述下转换材料在300-500纳米的光谱范围内具有电磁辐射的吸收最大值，和/或在400-600纳米的光谱范围内具有电磁辐射的发射最大值。在其它替代性实施方式中，本发明的热塑性树脂制剂包含选自下组的光稳定剂：Cyasorb3346；Cyasorb3529；Chimassorb944LD；Tinuvin622；Univul4050；Univul5050；以及Hostavin N30和Chimassorb119。

其它替代性实施方式包括如本文另外描述的这种热塑性树脂制剂，其中所述下转换材料包含选自下组的材料：

(a)选自下组的无机纳米颗粒：

(i)含有选自下组的光致发光镧系阳离子的化合物的纳米颗粒：La、Ce、Pr、Eu、Nd、Pm、Sm、Tb、Dy、Ho、Er、Tm和Yb；以及

(ii)选自半导体纳米晶体化合物的量子点，所述半导体纳米晶体化合物可由日光的一个高能光子产生不止一个激子；

并且所述无机纳米颗粒包括具有芯-壳结构的复合材料，该复合材料包含一种或多种上述纳米颗粒(i)或半导体纳米晶体化合物(ii)，所述纳米颗粒或纳米晶体的尺寸范围约为1-200纳米；以及