本申請(qǐng)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(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng)，光伏產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了快速發(fā)展的機(jī)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(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，不可避免地會(huì)受到紫外線的侵蝕，這不僅會(huì)加速材料的老化，還可能導(dǎo)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(jiǎn)單的工藝流程和低環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，成為下一代硅晶光伏發(fā)展的主流方向。與其它類(lèi)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(huì)驟然降低。目前解決硅晶光伏電池紫外線敏感性問(wèn)題的方案是在封裝膜中添加紫外吸收材料，在光到達(dá)硅晶材料之前將紫外線截止掉。這種方法可以有效地保護(hù)硅晶光伏電池免受紫外線侵蝕，但同時(shí)紫外線帶來(lái)的電能也會(huì)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(lèi)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(jiàn)光。即在有效阻擋紫外線的同時(shí)，提高硅晶光伏的太陽(yáng)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(yīng)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(guò)減少能量損失來(lái)提升效率，而是通過(guò)增強(qiáng)太陽(yáng)光的利用率，在現(xiàn)有理論極限之上進(jìn)一步提升光電轉(zhuǎn)換效率，為光伏行業(yè)帶來(lái)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(jī)（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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光強(qiáng)度的紫外線照射下容易發(fā)生降解，從而導(dǎo)致其紫外吸收性能和光轉(zhuǎn)性能下降。其使用年限遠(yuǎn)小于硅晶光伏電池的壽命，這會(huì)限制其在硅晶光伏中的應(yīng)用。還有研究人員提出了一種稀土有機(jī)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(wèn)題。為了提高該類(lèi)材料的抗氧化能力，有研究人員利用pmma微球封裝稀土有機(jī)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(wèn)題。另外，稀土有機(jī)配體本身已經(jīng)是納/微米尺度，容易對(duì)可見(jiàn)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(diǎn)摻雜的二氧化硅膠體，該光轉(zhuǎn)換材料最大的問(wèn)題是吸收波長(zhǎng)較短，吸收范圍不能覆蓋uva區(qū)域，不能對(duì)硅晶光伏電池實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)。因此，開(kāi)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(gè)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(yīng)用于光轉(zhuǎn)換膜的另一個(gè)關(guān)鍵因素。由于光轉(zhuǎn)換材料開(kāi)發(fā)的滯后，目前多數(shù)報(bào)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(kāi)發(fā)要兼顧到其與封裝膜材料的相容性，這也是本領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)一直難以解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)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(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

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

3、本申請(qǐng)的第一個(gè)方面提供了一種金屬螯合物，其化學(xué)式為mlxaybz，其中m至少選自主族金屬離子、過(guò)渡金屬離子或稀土金屬離子，l選自具有2個(gè)以上供電子官能團(tuán)的剛性螯合劑，a選自含有1~3個(gè)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(yáng)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(shí)為0。

4、本申請(qǐng)的第二個(gè)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(wú)水極性溶劑的混合物在50~110℃反應(yīng)，制得光轉(zhuǎn)換材料mlxaybz；

5、其中，m為三價(jià)金屬離子，并至少選自主族金屬離子、過(guò)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(gè)以上供電子官能團(tuán)的剛性螯合劑，a選自含有1~3個(gè)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(yáng)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(shí)為0。

6、本申請(qǐng)的第三個(gè)方面提供了所述金屬螯合物在制備光轉(zhuǎn)換材料、光伏設(shè)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(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二波長(zhǎng)的光，所述第二波長(zhǎng)大于第一波長(zhǎng)。

7、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本申請(qǐng)?zhí)峁┑慕饘衮衔锟梢詰?yīng)用為新型的光轉(zhuǎn)換材料，并在紫外區(qū)展現(xiàn)出很強(qiáng)的光吸收能力，并能高效的將紫外光轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)波長(zhǎng)的可見(jiàn)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(shí)，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。基于該光轉(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(yīng)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(xué)式為mlxaybz，其中m至少選自主族金屬離子、過(guò)渡金屬離子或稀土金屬離子，l選自具有2個(gè)以上具有供電子官能團(tuán)的剛性螯合劑，a選自含有1~3個(gè)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(yáng)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(shí)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(jià)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(wú)水極性溶劑的混合物在50~110℃反應(yīng)，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(yīng)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(xiàng)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(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為第二波長(zhǎng)的光，所述第二波長(zhǎng)大于第一波長(zhǎng)。

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(zhǎng)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(xiàng)所述的金屬螯合物。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)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(shè)備、防偽結(jié)構(gòu)或發(fā)光結(jié)構(gòu)中的用途。

11.一種光學(xué)結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)組分和分散在所述基礎(chǔ)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(xiàng)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(xué)結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包含0.2wt‰~5wt‰光轉(zhuǎn)換劑；

13.一種光學(xué)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(shè)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(xiàng)所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)。

16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光伏設(shè)備，其特征在于：所述光伏電池包括硅太陽(yáng)能電池、鈣鈦礦光伏電池、有機(jī)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(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)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(yīng)用。該金屬螯合物的化學(xué)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(guò)渡金屬離子或稀土金屬離子，L為具有2個(gè)以上供電子官能團(tuán)的剛性螯合劑，A為含有1~3個(gè)脂肪族或芳香族取代基的氧化膦化合物，B為烷基陽(yáng)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(jiàn)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。基于該金屬螯合物制備的光轉(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(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)研發(fā)人員：宋波,徐攀,張澤龍
受保護(hù)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