寬光譜太陽能電池材料及其製備方法

2023-09-13 12:59:30 2

寬光譜太陽能電池材料及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種寬光譜太陽能電池材料及其製備方法，組分及各組分質量份數如下：石墨10~20份，碳化矽2~5份，氮化矽3~8份，氧化鉺0.8~1.5份，量子點2~8份，環戊烯並二噻吩20~30份，苯並噻二唑10~15份，1,8-辛二硫醇2~5份，三鹼式硫酸鉛0.15~0.55份，自由基捕獲劑1.5~8.5份，熱穩定劑1~5份，紫外線吸收劑3~10份。還包括炭黑1~3份。該寬光譜太陽能電池材料具有良好的電子堆積性能，較高的載流子遷移率，在150~4000nm範圍內均有吸收峰，可有效提高太陽能電池的光電轉換效率，具有廣闊的應用前景。
【專利說明】寬光譜太陽能電池材料及其製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬於太陽能電池材料【技術領域】，具體涉及一種寬光譜太陽能電池材料及其 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] 太陽能電池最核心的部分是由半導體構成的p-n結。太陽光照在半導體p-n結上， 形成空穴-電子對，在P_n結內電場的作用下，空穴由p區流向n區，電子由n區流向p區， 接通電路後就形成電流。由於半導體都有一定的帶寬，太陽能電池只能將接近半導體帶寬、 能量為hv的光子有效地轉化為電能。能量小於帶寬的光子無法被電池吸收，而能量大於帶 寬的光子則只有一部分能量被電池利用，超出帶寬的部分通過電子_聲子等相互作用轉化 為熱能從而導致能量損失。太陽輻射光譜的99%以上在波長15(T4000nm，其中大約50%的 太陽光為可見光，其餘的為紫外光或紅外光。由於所使用的半導體材料差異，不同太陽能電 池的外部量子效率明顯不一樣。但是對於固定的半導體材料，太陽能電池都只對特定波段 的太陽光進行有效利用。目前即使是光譜響應範圍較寬的單結矽基太陽能電池也只能利用 可見光區的能量，因此如何有效利用太陽光中包括紫外和紅外波段在內的寬光譜能量是目 前太陽能電池研究中一個重要的課題。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是提供一種寬光譜太陽能電池材料及其製備方法，具有良好的電子 堆積性能，較高的載流子遷移率，在15(T4000nm範圍內均有吸收峰，可有效提高太陽能電 池的光電轉換效率，具有廣闊的應用前景。
[0006] 為了實現上述目的，本發明採用的技術手段為： 一種寬光譜太陽能電池材料，組分及各組分質量份數如下：石墨1(T20份，碳化矽 2飛份，氮化矽：T8份，氧化鉺0.8?1.5份，量子點2?8份，環戊烯並二噻吩2(T30份，苯 並噻二唑1(T15份，1，8-辛二硫醇2飛份，三鹼式硫酸鉛0. 15、. 55份，自由基捕獲劑 1.5~8. 5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] 所述碳化矽的粒度為0? 35?0? 7nm。
[0010] 所述自由基捕獲劑為癸二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶酯)。
[0011] 還包括炭黑廣3份。
[0012] 寬光譜太陽能電池材料，組分及各組分質量份數如下：石墨12~18份，碳化矽 3?4份，氮化矽4飛份，氧化鉺f 1.3份，量子點4飛份，環戊烯並二噻吩24?28份，苯並噻 二唑12?14份，1，8-辛二硫醇：T4份，三鹼式硫酸鉛0. 25、. 45份，自由基捕獲劑3. 5?6. 5 份，炭黑2~3份，熱穩定劑1.8~3.3份，紫外線吸收劑5~8份。
[0013] 寬光譜太陽能電池材料的製備方法，包括如下步驟： 1) 將環戊烯並二噻吩、苯並噻二唑與1，8_辛二硫醇混合均勻，加熱至30(T380°C， 100(Tl500rpm轉速下持續攪拌:T8h，得到共聚物； 2) 將石墨、碳化矽、氮化矽、氧化鉺、量子點和三鹼式硫酸鉛混合，在6(T8(TC下攪拌 20^40min ； 3) 將步驟2)的物料加入到步驟1)的共聚物中，加入過程中，先以3(T80rpm的低速攪 拌，控制加料速度為l~l〇g/min，加料結束，以:TlO°C /min的升溫速率升溫至50(T700°C，攪 拌速度提高至40(T600rpm，加入剩餘組分，繼續攪拌3(T60min，得到寬光譜太陽能電池材 料。
[0014] 步驟1)中攪拌速度為1200rpm，攪拌5h。
[0015] 步驟3)中加料速度為5g/min，升溫速率為6°C /min。
[0016] 有益效果：本發明提供的寬光譜太陽能電池材料及其製備方法，具有良好的電子 堆積性能，較高的載流子遷移率，在15(T4000nm範圍內均有吸收峰，可有效提高太陽能電 池的光電轉換效率，具有廣闊的應用前景。

【具體實施方式】
[0017] 實施例1 一種寬光譜太陽能電池材料，組分及各組分質量份數如下：石墨20份，碳化矽5份，氮 化矽8份，氧化鉺1. 5份，量子點8份，環戊烯並二噻吩30份，苯並噻二唑15份，1，8-辛 二硫醇5份，三鹼式硫酸鉛0. 55份，自由基捕獲劑癸二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶 酯）8. 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。碳化娃 的粒度為〇? 35?0? 7nm。
[0018] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將環戊烯並二噻吩、苯並噻二唑與1，8-辛二硫醇混合均勻，加熱至340°C，1200rpm 轉速下持續攪拌5h，得到共聚物； 2) 將石墨、碳化矽、氮化矽、氧化鉺、量子點和三鹼式硫酸鉛混合，在70°C下攪拌 30min ； 3)將步驟2)的物料加入到步驟1)的共聚物中，加入過程中，先以50rpm的低速攪拌， 控制加料速度為5g/min，加料結束，以6°C /min的升溫速率升溫至600°C，攪拌速度提高至 500rpm，加入剩餘組分，繼續攪拌45min，得到寬光譜太陽能電池材料。
[0019] 實施例2 一種寬光譜太陽能電池材料，組分及各組分質量份數如下：石墨10份，碳化矽2份， 氮化矽3份，氧化鉺0.8份，量子點2份，環戊烯並二噻吩20份，苯並噻二唑10份， 1，8-辛二硫醇2份，三鹼式硫酸鉛0.15份，自由基捕獲劑癸二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲 基-4-哌啶酯)1. 5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。 碳化矽的粒度為〇? 35?0? 7nm。
[0020] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將環戊烯並二噻吩、苯並噻二唑與1，8-辛二硫醇混合均勻，加熱至340°C，1200rpm 轉速下持續攪拌5h，得到共聚物； 2) 將石墨、碳化矽、氮化矽、氧化鉺、量子點和三鹼式硫酸鉛混合，在70°C下攪拌 30min ； 3) 將步驟2)的物料加入到步驟1)的共聚物中，加入過程中，先以50rpm的低速攪拌， 控制加料速度為5g/min，加料結束，以6°C /min的升溫速率升溫至600°C，攪拌速度提高至 500rpm，加入剩餘組分，繼續攪拌45min，得到寬光譜太陽能電池材料。
[0021] 實施例3 一種寬光譜太陽能電池材料，組分及各組分質量份數如下：石墨17份，碳化矽4份， 氮化矽5. 5份，氧化鉺1. 1份，量子點4. 9份，環戊烯並二噻吩25. 3份，苯並噻二唑13. 9 份，1，8-辛二硫醇3. 3份，三鹼式硫酸鉛0.3份，自由基捕獲劑癸二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲 基-4-哌陡酯）6. 5份，熱穩定劑二月桂酸二丁基錫4份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯6. 5 份。碳化矽的粒度為〇? 35?0? 7nm。
[0022] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將環戊烯並二噻吩、苯並噻二唑與1，8-辛二硫醇混合均勻，加熱至340°C，1200rpm 轉速下持續攪拌5h，得到共聚物； 2) 將石墨、碳化矽、氮化矽、氧化鉺、量子點和三鹼式硫酸鉛混合，在70°C下攪拌 30min ； 3) 將步驟2)的物料加入到步驟1)的共聚物中，加入過程中，先以50rpm的低速攪拌， 控制加料速度為5g/min，加料結束，以6°C /min的升溫速率升溫至600°C，攪拌速度提高至 500rpm，加入剩餘組分，繼續攪拌45min，得到寬光譜太陽能電池材料。
[0023] 實施例4 寬光譜太陽能電池材料，組分及各組分質量份數如下：石墨18份，碳化矽4份，氮化 矽6份，氧化鉺1.3份，量子點6份，環戊烯並二噻吩28份，苯並噻二唑14份，1，8_辛二 硫醇4份，三鹼式硫酸鉛0. 45份，自由基捕獲劑癸二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶酯） 6. 5份，炭黑3份，熱穩定劑月桂酸馬來酸二丁基錫3. 3份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯8 份。碳化矽的粒度為〇? 35?0? 7nm。
[0024] 製備方法，包括如下步驟： 1)將環戊烯並二噻吩、苯並噻二唑與1，8-辛二硫醇混合均勻，加熱至340°C，1200rpm 轉速下持續攪拌5h，得到共聚物； 2) 將石墨、碳化矽、氮化矽、氧化鉺、量子點和三鹼式硫酸鉛混合，在70°C下攪拌 30min ； 3) 將步驟2)的物料加入到步驟1)的共聚物中，加入過程中，先以50rpm的低速攪拌， 控制加料速度為5g/min，加料結束，以6°C /min的升溫速率升溫至600°C，攪拌速度提高至 500rpm，加入剩餘組分，繼續攪拌45min，得到寬光譜太陽能電池材料。
[0025] 實施例5 寬光譜太陽能電池材料，組分及各組分質量份數如下：石墨12份，碳化矽3份，氮化 矽4份，氧化鉺1份，量子點4份，環戊烯並二噻吩24份，苯並噻二唑12~份，1，8-辛二 硫醇3份，三鹼式硫酸鉛0. 25份，自由基捕獲劑癸二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶酯） 3. 5份，炭黑2份，熱穩定劑月桂酸馬來酸二丁基錫1.8份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯5 份。碳化矽的粒度為〇? 35?0? 7nm。
[0026] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將環戊烯並二噻吩、苯並噻二唑與1，8-辛二硫醇混合均勻，加熱至340°C，1200rpm 轉速下持續攪拌5h，得到共聚物； 2) 將石墨、碳化矽、氮化矽、氧化鉺、量子點和三鹼式硫酸鉛混合，在70°C下攪拌 30min ； 3) 將步驟2)的物料加入到步驟1)的共聚物中，加入過程中，先以50rpm的低速攪拌， 控制加料速度為5g/min，加料結束，以6°C /min的升溫速率升溫至600°C，攪拌速度提高至 500rpm，加入剩餘組分，繼續攪拌45min，得到寬光譜太陽能電池材料。
[0027] 實施例6 寬光譜太陽能電池材料，組分及各組分質量份數如下：石墨15份，碳化矽3. 3份，氮 化矽4. 2份，氧化鉺1. 1份，量子點4. 4份，環戊烯並二噻吩25份，苯並噻二唑12. 7份， 1，8-辛二硫醇3. 2份，三鹼式硫酸鉛0.28份，自由基捕獲劑癸二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲 基-4-哌啶酯）4份，炭黑2. 6份，熱穩定劑月桂酸馬來酸二丁基錫2. 5份，紫外線吸收劑 水楊酸苯酯6. 1份。碳化娃的粒度為0. 35~0. 7nm。
[0028] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將環戊烯並二噻吩、苯並噻二唑與1，8-辛二硫醇混合均勻，加熱至340°C，1200rpm 轉速下持續攪拌5h，得到共聚物； 2) 將石墨、碳化矽、氮化矽、氧化鉺、量子點和三鹼式硫酸鉛混合，在70°C下攪拌 30min ； 3) 將步驟2)的物料加入到步驟1)的共聚物中，加入過程中，先以50rpm的低速攪拌， 控制加料速度為5g/min，加料結束，以6°C /min的升溫速率升溫至600°C，攪拌速度提高至 500rpm，加入剩餘組分，繼續攪拌45min，得到寬光譜太陽能電池材料。
[0029] 實施例7 寬光譜太陽能電池材料，組分及各組分質量份數如下：石墨14份，碳化矽3.5份，氮 化矽5份，氧化鉺1. 1份，量子點5份，環戊烯並二噻吩26份，苯並噻二唑13份，1，8-辛 二硫醇3. 5份，三鹼式硫酸鉛0. 35份，自由基捕獲劑癸二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶 酯）5份，炭黑2. 7份，熱穩定劑二月桂酸二丁基錫2. 9份，紫外線吸收劑水楊酸苯酯7 份。碳化矽的粒度為〇? 35?0? 7nm。
[0030] 製備方法，包括如下步驟： 1) 將環戊烯並二噻吩、苯並噻二唑與1，8-辛二硫醇混合均勻，加熱至340°C，1200rpm 轉速下持續攪拌5h，得到共聚物； 2) 將石墨、碳化矽、氮化矽、氧化鉺、量子點和三鹼式硫酸鉛混合，在70°C下攪拌 30min ； 3) 將步驟2)的物料加入到步驟1)的共聚物中，加入過程中，先以50rpm的低速攪拌， 控制加料速度為5g/min，加料結束，以6°C /min的升溫速率升溫至600°C，攪拌速度提高至 500rpm，加入剩餘組分，繼續攪拌45min，得到寬光譜太陽能電池材料。
[0031] 將實施例1~7中製備得到的寬光譜太陽能電池材料應用到有機光伏太陽能電池 上，考察其器件能量轉換效率，載流子傳遞效率與載流子遷移率，結果見表1。
[0032] 表 1 :

【權利要求】
1. 一種寬光譜太陽能電池材料，其特徵在於組分及各組分質量份數如下：石墨1(T20 份，碳化矽2飛份，氮化矽：T8份，氧化鉺0.8~1. 5份，量子點2~8份，環戊烯並二噻吩 20?30份，苯並噻二唑1(T15份，1，8-辛二硫醇2?5份，三鹼式硫酸鉛0. 15、. 55份，自由 基捕獲劑1.5~8. 5份，熱穩定劑1飛份，紫外線吸收劑：T10份。
2. 根據權利要求1所述寬光譜太陽能電池材料，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所述寬光譜太陽能電池材料，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所述寬光譜太陽能電池材料，其特徵在於：所述碳化矽的粒度為 0? 35 ?0? 7nm。
5. 根據權利要求1所述寬光譜太陽能電池材料，其特徵在於：所述自由基捕獲劑為癸 二酸雙（2, 2, 6, 6-四甲基-4-哌啶酯)。
6. 根據權利要求1所述寬光譜太陽能電池材料，其特徵在於：還包括炭黑1~3份。
7. 根據權利要求6所述寬光譜太陽能電池材料，其特徵在於組分及各組分質量份數如 下：石墨12?18份，碳化矽：T4份，氮化矽4飛份，氧化鉺f 1.3份，量子點4飛份，環戊烯 並二噻吩24?28份，苯並噻二唑12?14份，1，8_辛二硫醇：T4份，三鹼式硫酸鉛0.25、. 45 份，自由基捕獲劑3. 5飛.5份，炭黑2?3份，熱穩定劑1. 81 3份，紫外線吸收劑5?8份。
8. 權利要求1所述寬光譜太陽能電池材料的製備方法，其特徵在於包括如下步驟： 1) 將環戊烯並二噻吩、苯並噻二唑與1，8_辛二硫醇混合均勻，加熱至30(T380°C， 100(Tl500rpm轉速下持續攪拌:T8h，得到共聚物； 2) 將石墨、碳化矽、氮化矽、氧化鉺、量子點和三鹼式硫酸鉛混合，在6(T8(TC下攪拌 20^40min ； 3) 將步驟2)的物料加入到步驟1)的共聚物中，加入過程中，先以3(T80rpm的低速攪 拌，控制加料速度為l~l〇g/min，加料結束，以:TlO°C /min的升溫速率升溫至50(T700°C，攪 拌速度提高至40(T600rpm，加入剩餘組分，繼續攪拌3(T60min，得到寬光譜太陽能電池材 料。
9. 根據權利要求8所述寬光譜太陽能電池材料的製備方法，其特徵在於：步驟1)中攪 拌速度為1200rpm，攪拌5h。
10. 根據權利要求8所述寬光譜太陽能電池材料的製備方法，其特徵在於：步驟3)中 加料速度為5g/min，升溫速率為6°C /min。
【文檔編號】H01L51/46GK104409640SQ201410637962
【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