薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜及其制備方法
【專利摘要】一種薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜及其制備方法，主要有下述質(zhì)量百分比的如下組分制成：聚酰亞胺樹脂溶液（樹脂固含量1-10%）8-12%；納米鋁粉0.0001-0.1；余量為溶劑。上述材料共混后經(jīng)過濾導(dǎo)入流延模頭，經(jīng)冷卻、欠伸、卷取等工序得到太陽能電池用聚酰亞胺膜。本發(fā)明所制作出來的產(chǎn)品，附于薄膜太陽能電池受光表面或做太陽能電池的上封裝膜，直接提高柔性或薄膜太陽能電池的發(fā)電效率。
【專利說明】薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜及其制備方法，通過使用該膜封裝在柔性或薄膜太陽能電池入光面的表面，直接提高柔性或薄膜太陽能電池的效率。
【背景技術(shù)】
[0002]在太陽能的有效利用項(xiàng)目當(dāng)中:光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域。一般太陽能電池的制作主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電轉(zhuǎn)換反應(yīng)發(fā)電。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為:1、硅太陽能電池；2、以無機(jī)鹽如砷化鎵II1-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的太陽能電池；3、以功能高分子材料制備的太陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)工作效率最高的是以II1-V族半導(dǎo)體無機(jī)材料為原材料的產(chǎn)品。例如:砷化鎵/鍺單一接面型的量子井陷晶結(jié)構(gòu)，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)>18 % ;而多重接面量子井陷晶結(jié)構(gòu)之太陽電池，例如:磷化銦鎵/砷化鎵/鍺，其光電轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)>30 %。目前應(yīng)用最廣，以硅為主:包括非晶硅，光電轉(zhuǎn)換效率約9 % ;多晶硅，光電轉(zhuǎn)換效率約14 % ；單晶硅，光電轉(zhuǎn)換效率約17 %。雖然在價(jià)格上，VI族元素Si要比II1-V族半導(dǎo)體GaAs便宜，但其制造的價(jià)格，與高分子有機(jī)太陽能電池相比，還是昂貴許多；而在應(yīng)用上，質(zhì)輕又無破裂之虞的全塑化有機(jī)太陽能電池可經(jīng)由印刷的加工實(shí)現(xiàn)，除價(jià)格降低外，更適合可攜式電子產(chǎn)品的需求，且在室內(nèi)或陰天均能正常使用(這是硅質(zhì)太陽能電池所無法達(dá)到的)，使得它的實(shí)用性及市場應(yīng)用廣度更加提升。
[0004]太陽能電池是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，會(huì)推進(jìn)更清潔的能源生產(chǎn)。但是太陽能電池的成本問題，降低了太陽能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)競爭力。為克服這個(gè)問題，薄膜太陽能電池是目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)，可以大量減少昂貴半導(dǎo)體材料的使用量，但薄膜太陽能電池的光吸收量較低，性能比不上傳統(tǒng)的太陽能電池。
[0005]薄膜太陽能模塊是由玻璃基板、金屬層、透明導(dǎo)電層、電器功能盒、膠合材料、半導(dǎo)體層等所構(gòu)成的。有機(jī)-無機(jī)復(fù)合太陽能電池是基于有機(jī)共軛高分子-無機(jī)納米晶復(fù)合材料體系的太陽能電池，因同時(shí)具有機(jī)高分子材料成膜性好，能級(jí)結(jié)構(gòu)及帶隙易于調(diào)節(jié)，可以通過濕法制備低成本、大面積、柔性太陽能電池器件以及無機(jī)納米晶材料高穩(wěn)定性，高遷移率，可構(gòu)筑有序納米結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，而成為近年來太陽能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。金屬納米粒子可以引導(dǎo)光更好地進(jìn)入太陽能電池，防止光逃逸。在傳統(tǒng)的“厚膜”太陽能電池中，納米粒子沒有什么效果，因?yàn)樗械墓饩€吸收都是通過這種膜，這就依賴它的厚度。然而，對(duì)于薄膜而言，納米粒子就可以發(fā)揮很大作用。它們的散射增加了光停留在薄膜中的時(shí)間，使總體吸收的光達(dá)到一種水平，可以媲美傳統(tǒng)的太陽能電池。
[0006]鋁與銀納米粒子在可見部分的頻譜中，可以很好地聚焦光線進(jìn)入太陽能電池。但是光學(xué)共振也會(huì)導(dǎo)致納米粒子吸收光，這就意味著太陽能電池的效率會(huì)較低。銀納米粒子共振正好處在太陽能電 池關(guān)鍵吸收光譜部分，所以光的吸收是相當(dāng)可觀的。鋁納米粒子共振超出了太陽能電池關(guān)鍵光譜部分。對(duì)能量的損耗較小，此外，鋁粒子很容易鈍化，雖然會(huì)改變形狀和大小，鈍化后納米粒子屬性變化很小。納米粒子有凹凸不平的表面，散射光線會(huì)更多地進(jìn)入廣譜波長范圍。這會(huì)帶來更大的吸收，從而提高電池的整體效率。
[0007]有機(jī)聚合物材料如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)和聚碳酸酯(PC)都具有非常優(yōu)異的在可見光波長范圍內(nèi)的光透明性，因此這些材料常被用作光學(xué)器件。但是通用的聚合物材料的耐溫性往往不夠，限制了其在高溫環(huán)境下的使用。
[0008]耐高溫透明材料是指可以經(jīng)受250 °C以上加工處理的透明材料，主要用于柔性太陽能電池底板、液晶顯示器的ITO底板以代替易碎的玻璃、液晶顯示取向膜、用于通信連接的光波導(dǎo)材料及用于平面光線路的半波板。在目前可用的材料中，聚酰亞胺(PI)應(yīng)當(dāng)是首選材料。
[0009]無色透明PI可廣泛應(yīng)用于微電子以及光電子等高【技術(shù)領(lǐng)域】。例如在光通訊領(lǐng)域中用作光波導(dǎo)材料、濾光片、光纖、光電封裝材料、二階非線性光學(xué)材料、光折變材料、光敏材料以及光電材料等。在液晶顯示領(lǐng)域用作取向膜材料，負(fù)性補(bǔ)償膜、柔性有機(jī)電致發(fā)光顯示器的塑料基板等。在航空航天領(lǐng)域用作太陽能電池陣列的基板材料以及天線反射/收集器材料等，還可用作大面積無縫焊接的無色表面涂層材料。由于可以具有較高的折射率且在可見光范圍內(nèi)具有優(yōu)良的透明性，還可用作透鏡材料。但是一般的PI都是黃棕色的透明材料，通過降低分子內(nèi)和分子間作用力來減少電荷轉(zhuǎn)移絡(luò)合物(CTC)的形成是設(shè)計(jì)無色透明PI的一個(gè)主要途徑。
[0010]為適應(yīng)聚酰亞胺膜做為太陽能電池應(yīng)用的封裝用膜等工業(yè)需求，我們發(fā)明了柔性或薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜。該膜既可以使用于薄膜太陽能電池的背光板處，也可以使用于薄膜太陽能電池的入光膜表面，同時(shí)也可以使用于薄膜太陽能電池的中間層，提高太陽能電池的光吸收效率。提高太陽能電池的發(fā)電效率。
[0011]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是提供一種薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜及其制備方法，通過使用該膜封裝在柔性或薄膜太陽能電池入光面的表面，直接提高柔性或薄膜太陽能電池的效率。并具經(jīng)封裝的柔性或薄膜太陽能電池具有自清潔的作用。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:本發(fā)明的薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜主要有下述質(zhì)量百分比的如下組分制成:
聚酰亞胺樹脂溶液(樹脂固含量1-10%) 8-12% ；
納米鋁粉0.0001-0.1 ；
余量為溶劑。
[0013]所述的聚酰亞胺樹脂為經(jīng)引入含氟、硅、磷的基團(tuán)或羥基或引入體積較大的取代基(如圈形結(jié)構(gòu)及其他大的 側(cè)基或在聯(lián)苯的2，2 ' —位引入取代基以產(chǎn)生非共平面結(jié)構(gòu))破壞較大范圍的共軛或使大分子鏈彎曲，引入脂肪，尤其是脂環(huán)結(jié)構(gòu)單元或采用能使主鏈彎曲的單體(如3，4 ' 一和3，3 ' —二酐，間位取代的二胺)等改性的聚酰亞胺樹脂
比如中國專利 CN102504255A、CN1970603A、CN102558556A, CN1018183B 公開的聚酰亞胺樹脂；或者文獻(xiàn):1.顏善銀等，新型含吡啶環(huán)二胺及其可溶透明性氟化聚酰亞胺的合成與表征，合成技術(shù)及應(yīng)用2010年第03期5-12，2.何曼等，含苯并噻唑氟化聚酰亞胺制備及非線性光學(xué)性質(zhì)，物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26，3073-3079公開的聚酰亞胺樹脂。
[0014]所述的溶劑為醇、酯、醚、胺、酮、或芳烴中的一種或幾種。[0015]所述的醇為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、己醇，或上述醇的氟化醇中的一種或多種。
[0016]所述的酮為丙酮、環(huán)已酮，甲乙酮、甲異丙酮、甲基乙基酮、二異丁基酮、二丙酮醇、N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
[0017]所述的酯為醇醚酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一種或多種。
[0018]所述的醚為二乙醚、二丙醚、四氫呋喃、二惡烷、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚中的一種或多種。
[0019]本發(fā)明的薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜制備方法，包括如下步驟:
(1)將聚酰亞胺樹脂；溶劑用乳化器在(Tl40°c溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將納米鋁粉加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在80-90V，擠出物經(jīng)過濾、計(jì)量擠出、流延、冷卻、牽伸、牽引、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜。
[0020]本發(fā)明的有益效果:納米金屬鋁粒子很容易鈍化，雖然會(huì)改變形狀和大小，鈍化后納米粒子屬性變化很小。納米粒子有凹凸不平的表面，散射光線會(huì)更多地進(jìn)入廣譜波長范圍。這會(huì)帶來更大的吸收，從而提高電池的整體效率。金屬鋁納米粒子的散射增加了光停留在薄膜中的時(shí)間，使總體吸收的光達(dá)到一種水平，可以媲美傳統(tǒng)的太陽能電池。經(jīng)使用本發(fā)明聚酰亞胺膜處理的薄膜太陽能電池比未經(jīng)本聚酰亞胺膜的薄膜太陽能電池性能提高3-15%。薄膜太陽能電池使用該用光固化聚酰亞胺膜后，金屬鋁納米粒子可以引導(dǎo)光較好地進(jìn)入太陽能電池，防止光逃逸。解決傳統(tǒng)的“厚膜”太陽能電池中，納米粒子沒有什么效果而所有的光線吸收必需依賴厚度解決的問題。
【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1:(1)將聚酰亞胺樹脂溶液(樹脂固含量10%，長春應(yīng)用化學(xué)所)8kg;91.999kg丙酮混合，在0°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將納米鋁粉0.0001 kg加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在8(T90°C，
擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計(jì)量擠出(計(jì)量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、10°C空氣冷卻、4倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜。
[0022]經(jīng)使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高12.8%。
[0023]實(shí)施例2: (1)將聚酰亞胺樹脂(樹脂固含量8%，購于長春應(yīng)用化學(xué)所)9kg ；41.9kg乙酸乙酯、50 kg四氫呋喃混合，在20°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將納米鋁粉0.1 kg加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在8(T90°C，擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計(jì)量擠出(計(jì)量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、10°C空氣冷卻、4倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜。
[0024]經(jīng)使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高9.6%。
[0025]實(shí)施例3: (I)將聚酰亞胺樹脂(樹脂固含量5%，寧波今山電子材料有限公司)IOkg ；89.95 kg四氫呋喃,在140°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將納米鋁粉0.05 kg加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在8(T90°C，
擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計(jì)量擠出(計(jì)量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、10°C空氣冷卻、4倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜。[0026]經(jīng)使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高3.8%。
[0027]實(shí)施例4:(1)將聚酰亞胺樹脂(樹脂固含量3%，寧波今山電子材料有限公司)Ilkg ；28.998kg乙二醇乙醚、30kg甲基乙基酮、30kg二醇醚乙酸酯,在80°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將納米鋁粉0.002 kg加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在8(T90°C，
擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計(jì)量擠出(計(jì)量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、10°C空氣冷卻、4倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜。
[0028]經(jīng)使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高9.6%。
[0029]實(shí)施例5: (I)將聚酰亞胺樹脂(樹脂固含量1%，寧波今山電子材料有限公司)12kg ；47.992 kg N-甲基吡咯烷酮、47kg丙酸甲酯混合，在40°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將納米鋁粉0.008 kg加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在8(T90°C，
擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計(jì)量擠出(計(jì)量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、10°C空氣冷卻、4倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜。
[0030]經(jīng)使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高11.2%。
【權(quán)利要求】
1.一種薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜，其特征在于:主要有下述質(zhì)量百分比的如下組分制成: 聚酰亞胺樹脂溶液(樹脂固含量1-10%) 8-12% ； 納米鋁粉0.0001-0.1 ； 余量為溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜，其特征在于:所述的聚酰亞胺樹脂為經(jīng)引入含氟、硅、磷的基團(tuán)或羥基或引入體積較大的取代基破壞較大范圍的共軛或使大分子鏈彎曲，引入脂肪結(jié)構(gòu)單元或采用能使主鏈彎曲的單體改性的聚酰亞胺樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜，其特征在于:所述的溶劑為醇、酯、醚、胺、酮、或芳烴中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜，其特征在于:所述的醇為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、己醇，或上述醇的氟化醇中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜，其特征在于:所述的酮為丙酮、環(huán)已酮，甲乙酮、甲異丙酮、甲基乙基酮、二異丁基酮、二丙酮醇、N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜，其特征在于:所述的酯為醇醚酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜，其特征在于:所述的醚為二乙醚、二丙醚、四氫呋喃、二惡烷、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚中的一種或多種。
8.權(quán)利要求1所述的薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將聚酰亞胺樹脂溶液；溶劑用乳化器在(Tl40°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻； (2)在室溫下將納米鋁粉加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物； (3)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在8(T90°C，擠出物經(jīng)過濾、計(jì)量擠出、流延、冷卻、牽伸、牽引、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用聚酰亞胺膜。
【文檔編號(hào)】H01L51/48GK103904220SQ201210587657
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】張迎晨, 吳紅艷 申請(qǐng)人:中原工學(xué)院