太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材及其製備方法
2023-08-02 13:26:36
太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材及其製備方法，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺3~6份，聚對苯乙撐2~5份，WO32~5份，8-羥基喹啉鋰8~15份，碳酸銫2~8份，聚苯乙烯磺酸0.18~0.76份，十二烷基磺酸鈉0.3~1.6份，亞磷酸酯0.1~0.6份，碳化矽0.45~0.85份，三氧化鉬0.5~1.5份，碳纖維粉1~5份，熱穩定劑1~5份，紫外線吸收劑3~10份。在太陽能電池陰極陽極之間增加界面修飾層膜材，可以提高陰極陽極界面之間的電流轉換，減少電荷的損失，提高太陽能電池的光電轉換效率。
【專利說明】太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於太陽能電池材料【技術領域】，具體涉及一種太陽能電池陰極陽極界面修 飾層膜材及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 短缺的能源已嚴重影響人們的生活和制約社會的發展。豐富的太陽能是重要的清 潔能源，是取之不盡、用之不竭、無汙染、廉價、人類能夠自由利用的能源。第一次石油危機 之後，各國競相開展太陽能、水能、風能等清潔和可再生能源的應用研究，尤其是太陽能的 應用研究最為廣泛。
[0003] 太陽能作為一種綠色能源對環境沒有任何無汙染性，而且它的來源簡單，可以說 是在人類的生存年限內其是取之不盡用之不竭的。太陽能不僅是一次性能源，還是清潔能 源，它資源豐富、普遍存在、無需運輸、還可免費使用、最重要的是對環境沒有任何汙染。太 陽能電池也因太陽能的特殊性具有許多其他發電方式所不具備的優點：不受地域限制、不 消耗燃料、規模可大可小、靈活性大、無汙染、無噪音、安全可靠、建設周期短、維護簡單、最 具有大規模應用的可能性。所以很多專家把太陽能能源作為可替代的能源去開發，希望太 陽能夠造福於人類。現如今所使用的太陽能有很大一部分是由太陽電池轉換得來的。因為 太陽能電池對光有感應，能夠把照射在其表面的光能轉換為電能。目前，在有關專家的努 力下，太陽能電池己經走向了商業化和產業化。
[0004] 太陽能發電種類很多，目前，較為成熟的有太陽能光伏發電和太陽能熱發電。光 伏太陽能電池主要是以半導體材料為基礎，由半導體材料的光伏效應產生電能的器件。根 據光伏活性層半導體材料的不同，光伏太陽能電池可分為無機太陽能電池、染料敏化太陽 能電池及有機薄膜太陽能電池三大類。有機太陽能電池由於可大面積實現太陽能轉換，可 作為具有應用前景的低成本的可再生能源。而迄今為止，報導的有機光伏太陽能電池均是 由一層聚合物給體和富勒烯衍生物受體共混的本體異質結夾在透明導電電極(如IT0)和 金屬電極之間組成的。為了提高有機太陽能電池的性能，研究者們通常會在光敏活性層和 電極之間引入載流子收集層。該層的加入一般是為了在兩個電極之間建立歐姆接觸從而有 效提高在電極處的電荷提取。活性層和電極之間幾十毫伏的勢壘高度可導致大量的電荷積 累，從而導致重大的電荷複合損失和較差的光伏性能。因此，活性層和陰極陽極之間的界面 修飾對電荷的傳輸和提取非常重要，這也就決定了器件的性能和長期穩定性。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材及其製備方法，在 太陽能電池陰極陽極之間增加界面修飾層膜材，可以提高陰極陽極界面之間的電流轉換， 減少電荷的損失，提高太陽能電池的光電轉換效率，同時在該膜材的加入可以延長太陽能 電池的使用壽命。
[0006] 為了實現上述目的，本發明採用的技術手段為： 一種太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺:T6 份，聚對苯乙撐2飛份，W03 2飛份，8-羥基喹啉鋰8?15份，碳酸銫2?8份，聚苯乙烯磺酸 0. 18?0. 76份，十二烷基磺酸鈉0. 3?1. 6份，亞磷酸酯0. 1?0. 6份，碳化矽0. 45、. 85份，三 氧化鑰0. 51. 5份，碳纖維粉1飛份，熱穩定劑1飛份，紫外線吸收劑：T10份。
[0007] 所述熱穩定劑為二月桂酸二丁基錫或者月桂酸馬來酸二丁基錫。
[0008] 所述紫外線吸收劑為水楊酸苯酯。
[0009] 所述碳化娃的粒度為0? 2?0? 35mm。
[0010] 還包括硫代二丙酸二月桂酯〇? 51. 5份。
[0011] 所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺 4飛份，聚對苯乙撐3?4份，W03 3?4份，8-羥基喹啉鋰1(T13份，碳酸銫4飛份，聚苯乙烯 磺酸0. 4、. 6份，十二烷基磺酸鈉0. 8?1. 5份，亞磷酸酯0. 3f〇. 48份，碳化矽0. 6?0. 72 份，三氧化鑰0.81. 2份，碳纖維粉21份，熱穩定劑2?3份，紫外線吸收劑51份，硫代二 丙酸二月桂酯1~1. 5份。
[0012] 所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺 4. 5份，聚對苯乙撐3.5份，W03 3. 5份，8-羥基喹啉鋰11. 8份，碳酸銫5份，聚苯乙烯磺酸 0. 5份，十二烷基磺酸鈉1. 2份，亞磷酸酯0. 44份，碳化矽0. 69份，三氧化鑰1份，碳纖維 粉3份，熱穩定劑2. 6份，紫外線吸收劑6. 5份，硫代二丙酸二月桂酯1.2份。
[0013] 所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材的製備方法，包括如下步驟： 1) 將聚苯胺、聚對苯乙撐和聚苯乙烯磺酸混合均勻，加熱至12(Tl80°C，10(T200rpm轉 速下持續攪拌3~8h，製得膜基體材料，備用； 2) 將W03、8-羥基喹啉鋰、碳酸銫、十二烷基磺酸鈉、亞磷酸酯、碳化矽、三氧化鑰、碳纖 維粉、在室溫下混合均勻，然後加入熱穩定劑和紫外線吸收劑，繼續攪拌，在攪拌過程中加 入步驟1)得到的膜基體材料，升溫至18(T220°C，保溫廣3h ; 3) 將步驟2)保溫後的物料經單螺杆擠出造粒，然後將造好的粒料由單螺杆吹膜成 型；其中，擠出造粒條件為：一段200°C，二段210°C，三段230°C，四段250°C，口膜溫度 為250°C;吹膜成型條件為：一段220°C，二段240°C，三段250°C，四段260°C，口膜溫度為 240。。。
[0014] 步驟1)中加熱至160°C，180rpm轉速下持續攪拌5h。
[0015] 步驟2)中升溫至200°C，保溫2h。
[0016] 有益效果：本發明提供的一種太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材及其製備方 法，在太陽能電池陰極陽極之間增加界面修飾層膜材，可以提高陰極陽極界面之間的電流 轉換，減少電荷的損失，提高太陽能電池的光電轉換效率，同時在該膜材的加入可以延長太 陽能電池的使用壽命。
【具體實施方式】 [0017] 實施例1 一種太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺3份， 聚對苯乙撐2份，W03 2份，8-羥基喹啉鋰8份，碳酸銫2份，聚苯乙烯磺酸0. 18份，十二 烷基磺酸鈉〇. 3份，亞磷酸酯0. 1份，碳化矽0. 45份，三氧化鑰0. 5份，碳纖維粉1份， 熱穩定劑二月桂酸二丁基錫1份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯3份。碳化矽的粒度為 0. 2~0. 35mm。
[0018] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將聚苯胺、聚對苯乙撐和聚苯乙烯磺酸混合均勻，加熱至160°c，180rpm轉速下持續 攪拌5h，製得膜基體材料，備用； 2) 將W03、8-羥基喹啉鋰、碳酸銫、十二烷基磺酸鈉、亞磷酸酯、碳化矽、三氧化鑰、碳纖 維粉、在室溫下混合均勻，然後加入熱穩定劑和紫外線吸收劑，繼續攪拌，在攪拌過程中加 入步驟1)得到的膜基體材料，升溫至200°C，保溫2h ; 3) 將步驟2)保溫後的物料經單螺杆擠出造粒，然後將造好的粒料由單螺杆吹膜成 型；其中，擠出造粒條件為：一段200°C，二段210°C，三段230°C，四段250°C，口膜溫度 為250°C;吹膜成型條件為：一段220°C，二段240°C，三段250°C，四段260°C，口膜溫度為 240。。。
[0019] 實施例2 一種太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺6份， 聚對苯乙撐5份，W03 5份，8-輕基喹啉鋰15份，碳酸銫8份，聚苯乙烯磺酸0.76份，十二 烷基磺酸鈉1. 6份，亞磷酸酯0. 6份，碳化矽0. 85份，三氧化鑰1. 5份，碳纖維粉5份， 熱穩定劑二月桂酸二丁基錫5份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯10份。碳化矽的粒度為 0. 2~0. 35mm。
[0020] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將聚苯胺、聚對苯乙撐和聚苯乙烯磺酸混合均勻，加熱至160°c，180rpm轉速下持續 攪拌5h，製得膜基體材料，備用； 2) 將W03、8-羥基喹啉鋰、碳酸銫、十二烷基磺酸鈉、亞磷酸酯、碳化矽、三氧化鑰、碳纖 維粉、在室溫下混合均勻，然後加入熱穩定劑和紫外線吸收劑，繼續攪拌，在攪拌過程中加 入步驟1)得到的膜基體材料，升溫至200°C，保溫2h ; 3) 將步驟2)保溫後的物料經單螺杆擠出造粒，然後將造好的粒料由單螺杆吹膜成 型；其中，擠出造粒條件為：一段200°C，二段210°C，三段230°C，四段250°C，口膜溫度 為250°C;吹膜成型條件為：一段220°C，二段240°C，三段250°C，四段260°C，口膜溫度為 240。。。
[0021] 實施例3 一種太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺4. 5 份，聚對苯乙撐3份，W03 3份，8-輕基喹啉鋰11份，碳酸銫4份，聚苯乙烯磺酸0.56份， 十二烷基磺酸鈉〇. 7份，亞磷酸酯0. 35份，碳化矽0. 6份，三氧化鑰0. 9份，碳纖維粉3 份，熱穩定劑二月桂酸二丁基錫3份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯5份。碳化矽的粒度為 0. 2~0. 35mm。
[0022] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將聚苯胺、聚對苯乙撐和聚苯乙烯磺酸混合均勻，加熱至160°C，180rpm轉速下持續 攪拌5h，製得膜基體材料，備用； 2) 將W03、8-羥基喹啉鋰、碳酸銫、十二烷基磺酸鈉、亞磷酸酯、碳化矽、三氧化鑰、碳纖 維粉、在室溫下混合均勻，然後加入熱穩定劑和紫外線吸收劑，繼續攪拌，在攪拌過程中加 入步驟1)得到的膜基體材料，升溫至200°C，保溫2h ; 3)將步驟2)保溫後的物料經單螺杆擠出造粒，然後將造好的粒料由單螺杆吹膜成 型；其中，擠出造粒條件為：一段200°C，二段210°C，三段230°C，四段250°C，口膜溫度 為250°C;吹膜成型條件為：一段220°C，二段240°C，三段250°C，四段260°C，口膜溫度為 240。。。
[0023] 實施例4 太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺4份，聚對 苯乙撐3份，W03 3份，8-羥基喹啉鋰10份，碳酸銫4份，聚苯乙烯磺酸0. 4份，十二烷基 磺酸鈉〇. 8份，亞磷酸酯0. 31份，碳化矽0. 6份，三氧化鑰0. 8份，碳纖維粉2份，熱穩定 劑月桂酸馬來酸二丁基錫2份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯5份，硫代二丙酸二月桂酯1 份。碳化矽的粒度為0. 2~0. 35mm。
[0024] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將聚苯胺、聚對苯乙撐和聚苯乙烯磺酸混合均勻，加熱至160°C，180rpm轉速下持續 攪拌5h，製得膜基體材料，備用； 2) 將W03、8-羥基喹啉鋰、碳酸銫、十二烷基磺酸鈉、亞磷酸酯、碳化矽、三氧化鑰、碳纖 維粉、在室溫下混合均勻，然後加入熱穩定劑和紫外線吸收劑，繼續攪拌，在攪拌過程中加 入步驟1)得到的膜基體材料，升溫至200°C，保溫2h ; 3) 將步驟2)保溫後的物料經單螺杆擠出造粒，然後將造好的粒料由單螺杆吹膜成 型；其中，擠出造粒條件為：一段200°C，二段210°C，三段230°C，四段250°C，口膜溫度 為250°C;吹膜成型條件為：一段220°C，二段240°C，三段250°C，四段260°C，口膜溫度為 240。。。
[0025] 實施例5 太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺5份，聚對 苯乙撐4份，W03 4份，8-羥基喹啉鋰13份，碳酸銫6份，聚苯乙烯磺酸0. 6份，十二烷基 磺酸鈉1. 5份，亞磷酸酯0. 48份，碳化矽0. 72份，三氧化鑰1. 2份，碳纖維粉4份，熱穩 定劑月桂酸馬來酸二丁基錫3份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯8份，硫代二丙酸二月桂酯 1. 5份。碳化矽的粒度為0. 2?0. 35mm。
[0026] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將聚苯胺、聚對苯乙撐和聚苯乙烯磺酸混合均勻，加熱至160°C，180rpm轉速下持續 攪拌5h，製得膜基體材料，備用； 2) 將W03、8-羥基喹啉鋰、碳酸銫、十二烷基磺酸鈉、亞磷酸酯、碳化矽、三氧化鑰、碳纖 維粉、在室溫下混合均勻，然後加入熱穩定劑和紫外線吸收劑，繼續攪拌，在攪拌過程中加 入步驟1)得到的膜基體材料，升溫至200°C，保溫2h ; 3) 將步驟2)保溫後的物料經單螺杆擠出造粒，然後將造好的粒料由單螺杆吹膜成 型；其中，擠出造粒條件為：一段200°C，二段210°C，三段230°C，四段250°C，口膜溫度 為250°C;吹膜成型條件為：一段220°C，二段240°C，三段250°C，四段260°C，口膜溫度為 240。。。
[0027] 實施例6 太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，組分及各組分質量分數如下：聚苯胺4. 5份，聚 對苯乙撐3.5份，W03 3. 5份，8-羥基喹啉鋰11. 8份，碳酸銫5份，聚苯乙烯磺酸0.5份， 十二烷基磺酸鈉1. 2份，亞磷酸酯0. 44份，碳化矽0. 69份，三氧化鑰1份，碳纖維粉3份， 熱穩定劑二月桂酸二丁基錫2. 6份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯6. 5份，硫代二丙酸二月 桂酯1.2份。碳化矽的粒度為0.2?0. 35mm。
[0028] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將聚苯胺、聚對苯乙撐和聚苯乙烯磺酸混合均勻，加熱至160°C，180rpm轉速下持續 攪拌5h，製得膜基體材料，備用； 2) 將W03、8-羥基喹啉鋰、碳酸銫、十二烷基磺酸鈉、亞磷酸酯、碳化矽、三氧化鑰、碳纖 維粉、在室溫下混合均勻，然後加入熱穩定劑和紫外線吸收劑，繼續攪拌，在攪拌過程中加 入步驟1)得到的膜基體材料，升溫至200°C，保溫2h ; 3) 將步驟2)保溫後的物料經單螺杆擠出造粒，然後將造好的粒料由單螺杆吹膜成 型；其中，擠出造粒條件為：一段200°C，二段210°C，三段230°C，四段250°C，口膜溫度 為250°C;吹膜成型條件為：一段220°C，二段240°C，三段250°C，四段260°C，口膜溫度為 240。。。
[0029] 將實施例1飛中製備得到的太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材應用到有機光 伏太陽能電池上，考察其器件能量轉換效率，對其使用壽命進行計算機模擬，結果見表1。
[0030] 器件的製備：倒置有機光伏太陽能電池是在表面電阻為20 Q每平方的IT0基 底上製備的。製備器件之前，IT0玻璃基底先用Dec〇n90超聲波清洗，再用去離子水衝洗， 隨後放在乾燥箱中烘乾。將實施例1飛中製備得到的太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材 覆蓋在陰極陽極之間，膜厚為30nm，以未覆蓋修飾層膜材的作為對照，結果見表1。
[0031] 表1:
【權利要求】
1. 一種太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，其特徵在於組分及各組分質量分數如 下：聚苯胺:T6份，聚對苯乙撐2飛份，W03 2飛份，8-羥基喹啉鋰8?15份，碳酸銫2?8 份，聚苯乙烯磺酸0. 18、. 76份，十二烷基磺酸鈉0. 3?1. 6份，亞磷酸酯0. 6份，碳化 矽0. 45、. 85份，三氧化鑰0. 5?1. 5份，碳纖維粉1飛份，熱穩定劑1飛份，紫外線吸收劑 3?10份。
2. 根據權利要求1所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，其特徵在於：所述熱穩 定劑為二月桂酸二丁基錫或者月桂酸馬來酸二丁基錫。
3. 根據權利要求1所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，其特徵在於：所述紫外 線吸收劑為水楊酸苯酯。
4. 根據權利要求1所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，其特徵在於：所述碳化 矽的粒度為〇. 2?0. 35mm。
5. 根據權利要求1所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，其特徵在於：還包括硫 代二丙酸二月桂酯〇.5~2.5份。
6. 根據權利要求5所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，其特徵在於組分及各 組分質量分數如下：聚苯胺4飛份，聚對苯乙撐3?4份，W03 3?4份，8-羥基喹啉鋰1(T13 份，碳酸銫4飛份，聚苯乙烯磺酸0.4、. 6份，十二烷基磺酸鈉0.8~1. 5份，亞磷酸酯 0. 3f〇. 48份，碳化矽0. 6?0. 72份，三氧化鑰0. 8?1. 2份，碳纖維粉2?4份，熱穩定劑2?3 份，紫外線吸收劑5~8份，硫代二丙酸二月桂酯1~1. 5份。
7. 根據權利要求6所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材，其特徵在於組分及各組 分質量分數如下：聚苯胺4. 5份，聚對苯乙撐3.5份，W03 3. 5份，8-羥基喹啉鋰11. 8份，碳 酸銫5份，聚苯乙烯磺酸0.5份，十二烷基磺酸鈉1.2份，亞磷酸酯0.44份，碳化矽0.69 份，三氧化鑰1份，碳纖維粉3份，熱穩定劑2. 6份，紫外線吸收劑6. 5份，硫代二丙酸二月 桂酯1. 2份。
8. 權利要求1所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材的製備方法，其特徵在於包括 如下步驟： 1) 將聚苯胺、聚對苯乙撐和聚苯乙烯磺酸混合均勻，加熱至12(Tl80°C，10(T200rpm轉 速下持續攪拌3~8h，製得膜基體材料，備用； 2) 將W03、8-羥基喹啉鋰、碳酸銫、十二烷基磺酸鈉、亞磷酸酯、碳化矽、三氧化鑰、碳纖 維粉、在室溫下混合均勻，然後加入熱穩定劑和紫外線吸收劑，繼續攪拌，在攪拌過程中加 入步驟1)得到的膜基體材料，升溫至18(T220°C，保溫廣3h ; 3) 將步驟2)保溫後的物料經單螺杆擠出造粒，然後將造好的粒料由單螺杆吹膜成 型；其中，擠出造粒條件為：一段200°C，二段210°C，三段230°C，四段250°C，口膜溫度 為250°C;吹膜成型條件為：一段220°C，二段240°C，三段250°C，四段260°C，口膜溫度為 240。。。
9. 根據權利要求8所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材的製備方法，其特徵在 於：步驟1)中加熱至160°C，180rpm轉速下持續攪拌5h。
10. 根據權利要求8所述太陽能電池陰極陽極界面修飾層膜材的製備方法，其特徵在 於：步驟2)中升溫至200°C，保溫2h。
【文檔編號】H01L51/46GK104409638SQ201410636691
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】黃新東, 劉天人 申請人:無錫中潔能源技術有限公司