[发明专利]一种柔性透明聚酰亚胺薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性透明聚酰亚胺薄膜材料及制备方法。

背景技术

近年来，柔性衬底非晶硅太阳能电池日益受到人们重视。它可以任意弯曲，安装携带方便，在航空、航天领域取得广泛应用，是邻近空间动力飞艇不可或缺的能源组件。

由于金属衬底非晶硅太阳能电池的衬底不透明，透明导电膜只能沉积在非晶硅膜上，很难制备高透过率、低电阻率并且对非晶硅膜无劣化影响的透明导电膜，从而降低了电池的转换效率。采用透明聚合物薄膜作为衬底，在衬底薄膜表面形成ITO透明导电膜、非晶硅、铝电极结构可以使光线高效率照射在非晶硅层，从而获得高光电转换效率。

作为太阳电池衬底的聚合物薄膜必须满足以下几个条件。首先薄膜必须有良好的透光性，厚度在25微米对500nm以上波长光线透过率大于90％；其次要有良好的耐热性，非晶硅镀膜工艺温度在200℃，这就要求薄膜的玻璃化转变温度最好在250℃以上，以保证薄膜具有足够的机械强度；另外特别要求薄膜表面光洁、平整、无针孔，以防止薄膜电池断路或短路现象发生。

目前已有许多聚合物应用于柔性衬底方面的研究，如聚酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、高温尼龙(PPA)等，但由于不耐紫外线、吸水率太高、不能满足高温加工工艺或与无机材料机械性能不匹配等原因在应用上受到限制。聚酰亚胺(PI)在耐热性、介电性、柔韧性、轻质、高强度方面所表现出的优秀性能，使其在航空、航天、微电子及电工绝缘方面得到非常广泛的应用。但传统的聚酰亚胺薄膜为黄色，对500nm光线透过率不到40％，这严重限制了其在光电领域应用。聚酰亚胺带色被认为是由于在大分子主链中交替的二酐残基羰基中的吸电子作用和二胺残基的给电子作用产生的分子内与分子间的电荷转移络合物(CTC)所引起的。这样给电子能力越强的二胺与吸电子能力越强的二酐聚合所形成的聚酰亚胺的颜色越深。改变分子结构降低或消除电荷转移复合物的形成，就可以获得浅色甚至无色的聚酰亚胺薄膜。从上世纪80年代开始，通过引入含氟结构、脂肪侧基、脂环结构等方法合成了上百种不同结构的聚酰亚胺，对其透光性与分子结构之间关系已比较明晰，通过阻断共轭、引入桥连结构，可以得到透光性非常好的聚酰亚胺薄膜。

在是目为“Polyimide Derived from 2，2’-Bis(trifluoromethyl)-4，4’-diaminobiphenyl.1.Synthesis and Characterization ofpolyimide with 2，2-Bis(3，4-dicarboxyphenyl)hexafluoropropaneDianhydride or Pyromellitic Dianhydride(Macromolecules 1991，24，5001-5005)文献中，作者将含有六氟二酐与含有六氟的二胺聚合，将形成的聚酰胺漆进行涂膜制备出透明的聚酰亚胺薄膜。这种薄膜在可见光区有很高的透明度，在近红外区光的损耗低，同时具有低的介电常数，低的折光率，高的溶解性及低的吸水率。

在题目为Perfluorinated polyimide Synthesis(Macromolecules1992，

25，5858-5860)文献中，作者用全氟代的二酐和二胺聚合制备聚酰亚胺薄膜，这种薄膜在整个光通信波长范围有很高的透明度，同时玻璃化转变温度在300℃以上。但这种全氟代的聚酰亚胺是橙色或褐色的，因此，使用高氟代的原料并不一定能得到无色的聚酰亚胺。而且这种高氟代的聚酰亚胺薄膜的力学强度较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性透明聚酰亚胺薄膜材料及制各方法。

本发明的柔性透明聚酰亚胺薄膜材料，具有如下结构式：

式中，Ar为芳香族二胺残基；n为大于15的整数。

本发明提供的一种柔性透明聚酰亚胺薄膜材料的制备方法的步骤和条件如下：

所用的材料为：

芳香族二酐为4，4’-三苯二醚四酸二酐(HQDPA)；

芳香族二胺为2，2’-双三氟甲基-4，4’-联苯二胺(TFDB)、3，3’-二氨基二苯砜(DDS)和3，3’二甲基-4，4’-二氨基二苯基甲烷(DMMDA)中的一种；

溶剂为γ-丁内酯、二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺中的一种；

芳香族二胺与芳香族二酐为等摩尔配比；生成聚酰胺酸漆的固含量为20wt％。