太陽光譜轉換樹脂及其制備方法與應用方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光功能樹脂技術領域，具體為太陽光譜轉換高分子樹脂，簡稱轉光樹月旨，涉及一種固態的轉光PVB樹脂膠膜和一種液態的光固化轉光玻璃樹脂，以及它們的制備方法和應用方法。
【背景技術】
[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換為植物葉綠素所能吸收的藍光和紅光，可極大地提高植物對太陽能的利用率，實現作物增產增收。合理提高太陽能利用率成為相關太陽能應用設備所需解決的關鍵技術。
[0003]在已經研發的農用轉光設施中，主要是將具有轉光功能的熒光粉(即轉光劑)摻入PE或EVA塑料中，形成轉光農膜。但是農膜不是永固性設施，并容易帶來環境污染。
[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，同時施加一定壓力排除氣泡；另一類是液態光固化玻璃樹脂，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光劑，則可以得到分散有轉光劑的樹脂，可以稱之為轉光樹月旨。采用轉光樹脂制備而成的夾層玻璃，則為具有光能轉換功能的夾層玻璃，稱為轉光夾層玻璃。轉光夾層玻璃可用來建造永固性農用設施。
[0006]太陽能電池技術日益成熟，已經廣泛應用在建筑體表層或室外大規模發電站。然而，除了利用建筑體發電外，還要考慮建筑物的安全，歐洲一些國家已經制定新的建筑法規，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，完全可以實現在降低成本和提高安全性能的同時，又提高太陽能電池的光電效率。
【發明內容】
[0008]本發明涉及一類具有太陽光譜轉換功能的樹脂，簡稱轉光樹脂，具體為一種固態的轉光PVB樹脂膜和一種液態的光固化轉光玻璃樹脂。分別在固體PVB樹脂原料和液態光固化玻璃樹脂中，按比例添加1-2種太陽光譜轉換材料，通過不同工藝過程制備而成。
[0009]轉光樹脂的太陽能光轉換功能來自所添加的太陽光譜轉換材料，簡稱轉光劑，轉光劑能夠吸收近紫外光或/和綠光發射藍或/和紅光:吸收綠光發射紅光的轉光劑稱為綠轉紅轉光劑，同時吸收近紫外光和綠光并同時發射藍光和紅光的轉光劑稱為紅藍雙轉光齊U，吸收近紫外光發射藍光稱為紫轉藍轉光劑，吸收近紫外光發射紅光稱為紫轉紅轉光劑。本發明所指代的綠轉紅轉光劑的為硫化物熒光粉CaS:Eu2+，紅藍雙轉光劑為硫化物熒光粉CaSiEu2+, Cu+，紫轉藍轉光劑為鋁酸鹽熒光粉BaA12O19: Eu2+，紫轉紅轉光劑為鈦酸鹽熒光粉CaT13: Pr3+。
[0010]轉光劑經過表面改性處理，表面改性劑分子一端的水解官能團與無機熒光粉界面發生化合反應，在化學鍵合作用下，包覆于無機熒光粉表面；另一端的有機分子鏈端與高分子樹脂鏈偶聯，使轉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，將具有太陽光譜轉換功能的轉光劑與高分子樹脂通過化學鍵連接起來，使轉光劑可以均勻分散在高分子樹脂中，且不發生下沉或團聚，同時不影響轉光劑的光能轉換功能，使制備的轉光樹脂及以之制備的轉光夾層玻璃具有轉光劑的太陽光譜轉換性質。
[0011]轉光劑表面改性處理具體為:取一定質量的平均粒徑為0.01-5.0 μπι的粉末狀熒光粉 CaS: Eu2+XaS: Eu2+，Cu.'BaA12O19: Eu2+或 CaT1 3: Pr3+，加入質量分數為熒光粉 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與無機熒光粉界面充分發生化合反應，在化學鍵合作用下，包覆于無機熒光粉表面；至乙醇揮發干凈并研磨均勻后，封裝備用。表面改性劑為甲基硅油、硅烷偶聯劑ΚΗ-570或硬脂酸中的一種或兩種。分別對綠轉紅轉光劑CaS: Eu2+、紅藍雙轉光劑CaS: Eu2+，Cu+、紫轉藍轉光劑BaA12O19 = Eu2+和紫轉紅轉光劑CaT13: Pr3+進行表面改性。
[0012]兩種轉光樹脂的制備過程和應用方法分別如下所述:
(一)、一種太陽光譜轉換PVB高分子樹脂膠膜，簡稱轉光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光劑，混合均勻后用擠出機流延擠出PVB膜，即為轉光PVB樹脂膜。轉光劑為轉光樹脂中的有效轉光成分，可以是綠轉紅轉光劑硫化物熒光粉CaS:Eu2+、紅藍雙轉光劑硫化物熒光粉CaS:Eu2+，Cu+、紫轉藍轉光劑鋁酸鹽熒光粉BaA12O19: Eu2+或紫轉紅轉光劑鈦酸鹽熒光粉CaT1 3: Pr3+中的一種或兩種，在PVB中所占的質量百分比為0.05%—5.0%。PVB膜厚度控制在工業常用厚度0.38mm和0.76 mm ;農用轉光膠膜的透光率大于85%,光伏發電膠膜的透光率大于91%。
[0013]轉光PVB樹脂膜的具體制備過程為:
取一定量的PVB樹脂，加入質量分數為20%-40%的增塑劑3G8，添加質量分數為
0.05%—5.0%的轉光劑；混合均勻后用雙向螺桿擠出機流延擠出PVB膜，即為轉光PVB樹脂膜。機身溫度在100?140 °C，機頭溫度在130 °C左右，擠出機轉速為25?30 r/min ；PVB膜厚度為0.38 mm或0.76 mm。所添加轉光劑可以是上述表面改性后的綠轉紅、紅藍雙轉光、紫轉藍和紫轉紅轉光劑中的一種或兩種。轉光劑表面包覆層的有機分子鏈端與高分子樹脂鏈偶聯，使轉光劑均勻分散在高分子樹脂中，制備得到的轉光PVB樹脂膜具有與所添加轉光劑相同的太陽光譜轉換功能。
[0014]本發明的優點在于:在擠出PVB膜的固體樹脂顆粒原料中，添加少量的經過表面改性的轉光劑，轉光劑粒徑范圍在0.05-5.0 ym,經過表面包覆，能夠完全與樹脂原料顆粒混合均勻，并均勻分散于擠出的PVB膜中，對PVB膜擠出工藝沒有特殊要求；轉光PVB樹脂制備方法簡單、易于實施，除了轉光劑本身不增加其他成本；所占質量百分比為0.05%-5.0%的轉光劑對產品的物理性能不產生影響，同時使PVB膜具有光能轉換性能，拓寬了其應用范圍。
[0015]所制備的轉光PVB樹脂膜具有太陽光譜轉換功能，根據其所含轉光劑成分不同，可以應用在不同的領域，具體可以有:
(I)轉光夾層玻璃:這種太陽光譜轉換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換功能的夾層玻璃，簡稱轉光夾層玻璃。轉光夾層玻璃依據其夾層中所含轉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/和綠光成分轉為能夠被植物葉綠素吸收的藍光或/和紅光成分，架建玻璃大棚作為農用轉光設施，促進植物的光合作用；控制轉光劑種類和用量，可