[发明专利]一种薄膜太阳能电池用聚酰亚胺膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜太阳能电池用聚酰亚胺膜及其制备方法，通过使用该膜封装在柔性或薄膜太阳能电池入光面的表面，直接提高柔性或薄膜太阳能电池的效率。

背景技术

有机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)都具有非常优异的在可见光波长范围内的光透明性,因此这些材料常被用作光学器件。但是通用的聚合物材料的耐温性往往不够,限制了其在高温环境下的使用。耐高温透明材料是指可以经受 250 ℃以上加工处理的透明材料,主要用于柔性太阳能电池底板、液晶显示器的ITO底板以代替易碎的玻璃、液晶显示取向膜、用于通信连接的光波导材料及用于平面光线路的半波板。在目前可用的材料中,聚酰亚胺(PI)应当是首选材料。无色透明 PI可广泛应用于微电子以及光电子等高技术领域。例如在光通讯领域中用作光波导材料、滤光片、光纤、光电封装材料、二阶非线性光学材料、光折变材料、光敏材料以及光电材料等。在液晶显示领域用作取向膜材料,负性补偿膜、柔性有机电致发光显示器的塑料基板等。在航空航天领域用作太阳能电池阵列的基板材料以及天线反射/收集器材料等,还可用作大面积无缝焊接的无色表面涂层材料。由于可以具有较高的折射率且在可见光范围内具有优良的透明性,还可用作透镜材料。但是一般的 PI都是黄棕色的透明材料,通过降低分子内和分子间作用力来减少电荷转移络合物(CTC)的形成是设计无色透明 PI的一个主要途径。

在太阳能的有效利用项目当中：光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域。 一般太阳能电池的制作主要是以半导体材料为基础，利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应发电。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的太阳能电池；3、以功能高分子材料制备的太阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。

现有技术工作效率最高的是以III-V族半导体无机材料为原材料的产品。 例如: 砷化镓/锗单一接面型的量子井陷晶结构，其光电转换效率可达>18 %；而多重接面量子井陷晶结构之太阳电池，例如：磷化铟镓/砷化镓/锗，其光电转换效率可高达>30 %。目前应用最广，以硅为主：包括非晶硅，光电转换效率约9 %；多晶硅，光电转换效率约14 %；单晶硅，光电转换效率约17 %。虽然在价格上，VI族元素Si要比III-V族半导体GaAs便宜，但其制造的价格，与高分子有机太阳能电池相比，还是昂贵许多；而在应用上，质轻又无破裂之虞的全塑化有机太阳能电池可经由印刷的加工实现，除价格降低外，更适合可携式电子产品的需求，且在室内或阴天均能正常使用（这是硅质太阳能电池所无法达到的），使得它的实用性及市场应用广度更加提升。

太阳能电池是一项关键技术，会推进更清洁的能源生产。但是太阳能电池的成本问题，降低了太阳能技术的经济竞争力。为克服这个问题，薄膜太阳能电池是目前广泛应用的技术，可以大量减少昂贵半导体材料的使用量，但薄膜太阳能电池的光吸收量较低，性能比不上传统的太阳能电池。

薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层等所构成的。有机-无机复合太阳能电池是基于有机共轭高分子-无机纳米晶复合材料体系的太阳能电池，因同时具有机高分子材料成膜性好，能级结构及带隙易于调节，可以通过湿法制备低成本、大面积、柔性太阳能电池器件以及无机纳米晶材料高稳定性，高迁移率，可构筑有序纳米结构等优点，而成为近年来太阳能电池领域的研究热点。金属纳米粒子可以引导光更好地进入太阳能电池，防止光逃逸。在传统的“厚膜”太阳能电池中，纳米粒子没有什么效果，因为所有的光线吸收都是通过这种膜，这就依赖它的厚度。然而，对于薄膜而言，纳米粒子就可以发挥很大作用。它们的散射增加了光停留在薄膜中的时间，使总体吸收的光达到一种水平，可以媲美传统的太阳能电池。

铝与银纳米粒子在可见部分的频谱中，可以很好地聚焦光线进入太阳能电池。但是光学共振也会导致纳米粒子吸收光，这就意味着太阳能电池的效率会较低。银纳米粒子共振正好处在太阳能电池关键吸收光谱部分，所以光的吸收是相当可观的。铝纳米粒子共振超出了太阳能电池关键光谱部分。对能量的损耗较小，此外，铝粒子很容易钝化，虽然会改变形状和大小，钝化后纳米粒子属性变化很小。纳米粒子有凹凸不平的表面，散射光线会更多地进入广谱波长范围。这会带来更大的吸收，从而提高电池的整体效率。

发明内容