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CN118184646A - 用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料及其制备方法和应用 - Google Patents

用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料及其制备方法和应用 Download PDF

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CN118184646A
CN118184646A CN202410593694.8A CN202410593694A CN118184646A CN 118184646 A CN118184646 A CN 118184646A CN 202410593694 A CN202410593694 A CN 202410593694A CN 118184646 A CN118184646 A CN 118184646A
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CN
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light conversion
photovoltaic
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pyrazoline derivative
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CN202410593694.8A
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王同心
徐颖
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Suzhou Hongdao New Material Co ltd
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Suzhou Hongdao New Material Co ltd
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Abstract

本发明提供了一种用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料及其制备方法和应用，属于光转化材料技术领域。其制备方法为：（1）向5‑溴水杨醛和1‑溴代烷基的混合物中加入无水碳酸钾和DMF的混合液，氮气保护下，反应过夜，反应结束后过滤，蒸去DMF，粗产品纯化后得中间体1；（2）向4‑溴苯乙酮和中间体1的混合物中加入乙醇和氢氧化钠的混合液，在常温下反应，得中间体2；（3）中间体2、2‑肼基苯并噻唑和乙二醇单乙醚混合，在氮气保护下加热回流，得到吡唑啉衍生物光转换材料。该光转换材料可应用于在光伏胶膜，通过本发明的制备方法可以得到光转换材料具有较高的量子效率，可以提高太阳能电池的光转换效率。

Description

用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于光转化材料技术领域，具体涉及一种用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料及其制备方法和应用。
背景技术
太阳能电池可利用的太阳光波长范围在300nm到1100nm之间，然而，紫外线(220-400nm)对太阳能电池是有害的，能加速太阳能电池的老化，降低其转化效率，尤其对新一代异质结和钙钛矿电池破坏性更大，大大限制了异质结和钙钛矿电池应用推广。所以，最近在太阳能电池片封装的时候，在胶膜中引入光转换剂，不仅可以吸收220-400nm紫外线，能够阻挡紫外线，且还可以将紫外光转为红、绿、蓝等可见光，从而保证太阳能电池板的寿命能够达到20年以上，同时弥补因为紫外光被阻挡导致光转化效率降低的问题。
吡唑啉是用途广泛的中药五元杂环化合物，目前已发现一些吡唑啉的生物活性，如抗菌、抗病毒、杀真菌、抑制免疫以及杀灭软体动物等。1,3,5-三芳基-2-吡唑啉具有很好的荧光产率和蓝光发光特性，可用作纺织品的荧光增白剂、染料、荧光探针、电致发光器件以及具有光活化除草活性剂。
目前以吡唑啉衍生物作为荧光探针分子的报道也屡见不鲜。如：化合物Ⅰ利用吡啶和吡唑环上的三个氮原子的配位作用实现对Hg2+的逻辑开或关；Kazuyuki Kasuga合成的化合物Ⅱ利用吡唑和吡啶上的两个氮原子提供一个双齿配体，以2:1与Zn2+作用，选择性荧光增强并红移。
但是针对吡唑啉衍生物作为光转化材料用于光伏胶膜中的报道却很少，公开号为CN 106470988 A的专利中公开了一种新颖的吡唑啉化合物、使用其的光电转换元件及太阳电池，其中，使用该吡唑啉化合物的光电转换元件及太阳电池具有转换效率高且廉价的特征。
但是现有的吡唑啉化合物其不能很好的满足吸收紫外光来保护太阳能电池，同时发出波长大于400nm的光供太阳能电池使用，且太阳能电池的光转换效率不好，为此需要提供一种具有高量子效率的光转换材料，该材料能够在吸收紫外光来保护太阳能电池的同时，发出波长大于400nm的光供太阳能电池使用，且可以提高太阳能电池的光转换效率。
发明内容
基于现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料及其制备方法和应用。该光转换材料可应用于在光伏胶膜，通过本发明的制备方法可以得到光转换材料具有较高的量子效率，可以提高太阳能电池的光转换效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料的制备方法，包括如下步骤：
第一步：向5-溴水杨醛和1-溴代烷基的混合物中加入无水碳酸钾和DMF的混合液，氮气保护下，反应过夜，反应结束后过滤，蒸去DMF，粗产品纯化后得中间体1；
第二步：向4-溴苯乙酮和中间体1的混合物中加入乙醇和氢氧化钠的混合液，在常温下反应，反应完毕后过滤，洗涤，粗产品重结晶得中间体2；
第三步：中间体2、2-肼基苯并噻唑和乙二醇单乙醚混合，在氮气保护下加热回流，反应完毕后过滤，粗产品重结晶得到吡唑啉衍生物光转换材料。
其中，
第一步中所述的1-溴代烷基为1-溴代C1-12烷基，优选为1-溴己烷或1-溴十二烷。
第一步中所述的5-溴水杨醛和1-溴代烷基的摩尔比为1:1；
第一步中所述的无水碳酸钾和DMF的体积比为1:6-10；
第一步中所述的反应温度为70℃-150℃；
第一步中所述的纯化为采用柱色谱提纯。
第二步中所述的4-溴苯乙酮和中间体1的摩尔比为1:1；
第二步中所述的氢氧化钠和乙醇的体积比为1:8-10；
第二步中所述的氢氧化钠的浓度为30%；
第二步中所述的反应时间为1-4h；
第二步中所述的重结晶为采用乙醇重结晶。
第三步中所述的中间体2、2-肼基苯并噻唑和乙二醇单乙醚的摩尔比为1:1:32；
第三步中所述的回流时间为1-4h；
第三步中所述的重结晶为采用无水乙醇重结晶。
另一方面，本发明还提供了一种由上述方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料。
再一方面，本发明还提供了由上述方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料在光伏装置或太阳能电池中的应用。
再一方面，本发明还提供了一种的光伏胶膜，包含上述制备方法制备得到的吡唑啉衍生物光转换材料0.05-0.2份、树脂100份，主交联剂 0.4-1份，助交联剂 0.3-1份，偶联剂0.1-0.5份，抗老化助剂0.05-0.4份。
所述树脂选自EVA和/或POE；
所述主交联剂为过氧化物类交联剂；
所述的过氧化物类交联剂选自过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯、过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯、过氧化二异丙苯、1,1-双（叔丁基过氧）-3,3,5-三甲基环己烷和聚醚聚过氧化碳酸叔丁酯中的至少一种。
所述助交联剂为烯丙基类交联剂；
所述的烯丙基类交联剂选自三烯丙基异氰脲酸酯、三甲代烯丙基异氰酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。
所述的偶联剂为硅烷偶联剂，
所述的偶联剂选自乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、异氰酸酯基硅烷偶联剂、含硫硅烷偶联剂、环氧类硅烷偶联剂和酞酸酯类偶联剂中的至少一种。
所述的抗老化助剂选自抗氧剂、稳定剂、紫外截止剂、耐水解助剂、金属离子捕捉剂中的一种或几种。
再一方面，本发明还提供了一种包含吡唑啉衍生物光转换材料的光伏胶膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将上述制备方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料与助剂混合均匀，得混合料1；
（2）将步骤（1）得到的混合料1喷洒至树脂粒子上，并充分搅拌，得到混合料2；
（3）将混合料2经流延机流延成膜，即得到所述的光伏胶膜。
步骤（2）中所述的搅拌温度为30-50℃，搅拌时间2-6h。
步骤（3）中所述的流延成膜的温度为60-100℃
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的吡唑啉化合物能够很好的满足吸收紫外光来保护太阳能电池，同时发出波长大于400nm的光供太阳能电池使用，且太阳能电池的光转换效率高。
附图说明
图1为材料A的紫外和荧光性能图；
图2为材料B的紫外和荧光性能图；
图3为材料C的紫外和荧光性能图；
图4为材料D的紫外和荧光性能图；
图5为材料E的紫外和荧光性能图；
图6为实施例1制备得到的材料A的氢谱；
图7为实施例1制备得到的材料B的氢谱。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1一种用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料的制备方法：
包括如下步骤：
第一步中间体1的合成：将5-溴水杨醛， 1-溴己烷，按1:1投料，再加入体积比为1：7的无水碳酸钾和溶剂DMF的混合液，氮气保护下，在加热到80℃至130℃范围下反应12小时，反应结束后过滤，旋蒸去溶剂DMF，粗产品用柱色谱提纯得中间体1，产率为75%。
第二步中间体2的合成：将4-溴苯乙酮和中间体1按照1:1投料，加入体积比为1：10的30%的氢氧化钠溶液和乙醇，在常温下搅拌1到4小时，过滤。滤饼用水和甲醇依次洗涤后，粗产品用乙醇重新结晶，过滤得中间体2，产率为80%。
第三步材料A的合成：加入中间体2和2-肼基苯并噻唑以及乙二醇单乙醚按照摩尔比1:1:32投料，氮气保护下加热回流1到4小时，过滤，滤饼用无水乙醇重结晶，过滤得到材料A，产率为71%。
材料A结构式为：
实施例2一种用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料的制备方法：
包括如下步骤：
第一步中间体1的合成：将 5-溴水杨醛和1-溴十二烷按1:1投料，再加入积比为1：7无水碳酸钾和溶剂DMF的混合液，氮气保护下加热至80℃至130℃范围内反应12小时，反应结束后过滤，旋蒸去溶剂DMF，粗产品用柱色谱提纯得到中间体1，产率为78%。
第二步中间体2的合成：将4-溴苯乙酮和中间体1按1:1料，加入体积比为1：10的30%的氢氧化钠溶液和乙醇，在常温下剧烈搅拌1到4小时，过滤。滤饼用水和甲醇依次洗涤，粗产品用乙醇重新结晶，过滤得中间体2，产率为83%。
第三步材料B的合成：将中间体2和2-肼基苯并噻唑以及乙二醇单乙醚按照摩尔比1:1:32投料，氮气保护下加热回流1到4小时，过滤，滤饼用无水乙醇重结晶，过滤得到材料B，产率为85%。
材料B结构式为：
根据图1和图2可知：
材料A和材料B吸收均在波长400nm内有较好的吸收，同时在紫外波长的激发光下，两种材料在波长400nm以外具有较好的荧光发光现象。
对比例1
与实施例1的区别在于：第一步中：5-溴水杨醛和1-溴己烷的摩尔比为1:2，其他步骤和操作与实施例1相同，最终得到材料C。
对比例2
与实施例1的区别在于：第一步中：反应温度为160℃，其他步骤和操作与实施例1相同，最终得到材料D。
对比例3
与实施例1的区别在于：第一步中：无水碳酸钾和DMF的体积比为1:5，其他步骤和操作与实施例1相同，最终得到材料E。
应用实施例1一种包含吡唑啉衍生物光转换材料的光伏胶膜的制备方法：
包括如下组分：吡唑啉衍生物光转换材料0.1份、树脂100份，主交联剂 0.4份，助交联剂 0.3份，偶联剂0.1份，抗老化助剂0.05份。
所述树脂选自EVA；
所述主交联剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯。
所述助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯。
所述的偶联剂乙烯基硅烷偶联剂。
所述的抗老化助剂为抗氧剂。
制备方法包括如下步骤：
（1）将上述实施例1制备方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料与主交联剂，助交联剂，偶联剂和抗老化助剂混合均匀，得混合料1；
（2）将步骤（1）得到的混合料1喷洒至EVA粒子上，并在30℃条件下充分搅拌6h，得到混合料2；
（3）将混合料2经流延机在60℃条件下流延成膜，即得到所述的光伏胶膜。
应用实施例2一种包含吡唑啉衍生物光转换材料的光伏胶膜的制备方法：
包括如下组分：吡唑啉衍生物光转换材料0.1份、树脂100份，主交联剂1份，助交联剂1份，偶联剂0.5份，抗老化助剂0.4份。
所述树脂为POE；
所述主交联剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯。
所述助交联剂三烯丙基异氰脲酸酯。
所述的偶联剂乙烯基硅烷偶联剂。
所述的抗老化助剂为抗氧剂。
制备方法包括如下步骤：
（1）将上述实施例2制备方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料与主交联剂，助交联剂，偶联剂和抗老化助剂混合均匀，得混合料1；
（2）将步骤（1）得到的混合料1喷洒至POE粒子上，并在50℃条件下充分搅拌3h，得到混合料2；
（3）将混合料2经流延机在100℃条件下流延成膜，即得到所述的光伏胶膜。
应用对比例1
与应用实施例1的区别在于：将上述对比例1制备方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料与主交联剂，助交联剂，偶联剂和抗老化助剂混合均匀，得混合料1；其他步骤和操作与应用实施例1相同。
应用对比例2
与应用实施例1的区别在于：将上述对比例2制备方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料与主交联剂，助交联剂，偶联剂和抗老化助剂混合均匀，得混合料1；其他步骤和操作与应用实施例1相同。
应用对比例3
与应用实施例1的区别在于：将上述对比例3制备方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料与主交联剂，助交联剂，偶联剂和抗老化助剂混合均匀，得混合料1；其他步骤和操作与应用实施例1相同。
效果实验：
1、量子效率：
实施例1-2以及对比例1-3制备的吡唑啉衍生物光转换材料的量子效率数据见下表1。
表1
根据表1的检测数据可知，本发明实施例1-2得到的光转换材料具有较高的量子效率，而对比例1-3中改变了光转换材料制备过程中原料的配比或反应温度，得到的光转换材料的量子效率明显降低。
2、组件功率：
实验方法：按照IEC61215中的方法检测。
具体检测数据见下表2。
表2
综上所述，本发明实施例1-2得到的两种结构的光转换材料可以满足吸收紫外光来保护太阳能电池，同时发出波长大于400nm的光供太阳能电池使用，在一定程度上可以提高太阳能电池的光转换效率。而对比例1-3中改变了光转换材料量子效率交底，将其运用于光伏胶膜后，会影响太阳能电池的光转换效率。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：向5-溴水杨醛和1-溴代烷基的混合物中加入无水碳酸钾和DMF的混合液，氮气保护下，反应过夜，反应结束后过滤，蒸去DMF，粗产品纯化后得中间体1；所述烷基为C1-12烷基；
第二步：向4-溴苯乙酮和中间体1的混合物中加入乙醇和氢氧化钠的混合液，在常温下反应，反应完毕后过滤，洗涤，粗产品重结晶得中间体2；
第三步：中间体2、2-肼基苯并噻唑和乙二醇单乙醚混合，在氮气保护下加热回流，反应完毕后过滤，粗产品重结晶得到吡唑啉衍生物光转换材料；
第一步中所述的5-溴水杨醛和1-溴代烷基的摩尔比为1:1；
第一步中所述的无水碳酸钾和DMF的体积比为1:6-10；
第一步中的反应温度为70℃-150℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第二步中所述的4-溴苯乙酮和中间体1的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第二步中氢氧化钠和乙醇的体积比为1:8-10。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第二步中所述的氢氧化钠的浓度为30%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第二步中的反应时间为1-4h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第三步中所述的中间体2、2-肼基苯并噻唑和乙二醇单乙醚的摩尔比为1:1:32。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：第三步中的回流时间为1-4h。
8.一种由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料。
9.权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料在光伏装置或太阳能电池中的应用。
10.一种的光伏胶膜，其特征在于：包含权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到的吡唑啉衍生物光转换材料0.05-0.2份、树脂100份，主交联剂 0.4-1份，助交联剂 0.3-1份，偶联剂0.1-0.5份，抗老化助剂0.05-0.4份。
11.根据权利要求10所述的光伏胶膜，其特征在于：所述树脂选自EVA和/或POE；所述主交联剂为过氧化物类交联剂；所述助交联剂为烯丙基类交联剂。
12.根据权利要求10所述的光伏胶膜，其特征在于，所述的光伏胶膜的制备方法，包括如下步骤：
（1）将权利要求1-10任一项所述的制备方法制备得到的用于光伏胶膜的吡唑啉衍生物光转换材料与助剂混合均匀，得混合料1；
（2）将步骤（1）得到的混合料1喷洒至树脂粒子上，并充分搅拌，得到混合料2；
（3）将混合料2经流延机流延成膜，即得到所述的光伏胶膜。
13.根据权利要求12所述的光伏胶膜，其特征在于，步骤（2）中的搅拌温度为30-50℃，搅拌时间2-6h；步骤（3）中流延成膜的温度为60-100℃。
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