[發明專利]薄膜太陽能電池用氟化聚酰亞胺膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201210589288.1
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103897393A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 張迎晨;吳紅艷
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08K3/08;B29C47/92;H01L31/048
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 張紹琳;孫詩雨

技術領域

本發明涉及一種柔性或薄膜太陽能電池用氟化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

在太陽能的有效利用項目當中：光電利用是近些年來發展最快，最具活力的研究領域。?一般太陽能電池的制作主要是以半導體材料為基礎，利用光電材料吸收光能后發生光電轉換反應發電。根據所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；2、以無機鹽如砷化鎵III-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。

現有技術工作效率最高的是以III-V族半導體無機材料為原材料的產品。?例如:?砷化鎵/鍺單一接面型的量子井陷晶結構，其光電轉換效率可達>18?%?；而多重接面量子井陷晶結構之太陽電池，例如:?磷化銦鎵/砷化鎵/鍺，其光電轉換效率可高達>30?%。目前應用最廣，以硅為主：包括非晶硅，光電轉換效率約9?%；多晶硅，光電轉換效率約14?%；單晶硅，光電轉換效率約17?%。雖然在價格上，VI族元素Si要比III-V族半導體GaAs便宜，但其制造的價格，與高分子有機太陽能電池相比，還是昂貴許多；而在應用上，質輕又無破裂之虞的全塑化有機太陽能電池可經由印刷的加工實現，除價格降低外，更適合可攜式電子產品的需求，且在室內或陰天均能正常使用（這是硅質太陽能電池所無法達到的），使得它的實用性及市場應用廣度更加提升。

太陽能電池是一項關鍵技術，會推進更清潔的能源生產。但是太陽能電池的成本問題，降低了太陽能技術的經濟競爭力。為克服這個問題，薄膜太陽能電池是目前廣泛應用的技術，可以大量減少昂貴半導體材料的使用量，但薄膜太陽能電池的光吸收量較低，性能比不上傳統的太陽能電池。

薄膜太陽能模塊是由玻璃基板、金屬層、透明導電層、電器功能盒、膠合材料、半導體層等所構成的。有機-無機復合太陽能電池是基于有機共軛高分子-無機納米晶復合材料體系的太陽能電池，因同時具有機高分子材料成膜性好，能級結構及帶隙易于調節，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納米晶材料高穩定性，高遷移率，可構筑有序納米結構等優點，而成為近年來太陽能電池領域的研究熱點。金屬納米粒子可以引導光更好地進入太陽能電池，防止光逃逸。在傳統的“厚膜”太陽能電池中，納米粒子沒有什么效果，因為所有的光線吸收都是通過這種膜，這就依賴它的厚度。然而，對于薄膜而言，納米粒子就可以發揮很大作用。它們的散射增加了光停留在薄膜中的時間，使總體吸收的光達到一種水平，可以媲美傳統的太陽能電池。

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入太陽能電池。但是光學共振也會導致納米粒子吸收光，這就意味著太陽能電池的效率會較低。銀納米粒子共振正好處在太陽能電池關鍵吸收光譜部分，所以光的吸收是相當可觀的。鋁納米粒子共振超出了太陽能電池關鍵光譜部分。對能量的損耗較小，此外，鋁粒子很容易鈍化，雖然會改變形狀和大小，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，散射光線會更多地進入廣譜波長范圍。這會帶來更大的吸收，從而提高電池的整體效率。

有機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)都具有非常優異的在可見光波長范圍內的光透明性，因此這些材料常被用作光學器件。但是通用的聚合物材料的耐溫性往往不夠，限制了其在高溫環境下的使用。耐高溫透明材料是指可以經受?250?℃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材料及用于平面光線路的半波板。在目前可用的材料中，氟化聚酰亞胺(PI)應當是首選材料。

由于高技術材料芳香族均苯型聚酰亞胺（PI）樹脂具有不溶、難熔、最高級別的耐熱性、耐寒性、抗氧化性、耐輻射性、耐化學性、良好的機械和電氣特性，被廣泛應用于諸多領域。特別是光學透明的ＰＩ膜在一些領域中有特殊應用，如柔性太陽能輻射保護材料、太陽能電池基板材料、柔性透明導電膜基板材料、液晶顯示器的取向膜材料、通訊領域中的光波導材料和平面光波電路的光學半波板等。