CN104409638A - 太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材及其制备方法，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺3~6份，聚对苯乙撑2~5份，WO32~5份，8-羟基喹啉锂8~15份，碳酸铯2~8份，聚苯乙烯磺酸0.18~0.76份，十二烷基磺酸钠0.3~1.6份，亚磷酸酯0.1~0.6份，碳化硅0.45~0.85份，三氧化钼0.5~1.5份，碳纤维粉1~5份，热稳定剂1~5份，紫外线吸收剂3~10份。在太阳能电池阴极阳极之间增加界面修饰层膜材，可以提高阴极阳极界面之间的电流转换，减少电荷的损失，提高太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池材料技术领域，具体涉及一种太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材及其制备方法。
背景技术
短缺的能源已严重影响人们的生活和制约社会的发展。丰富的太阳能是重要的清洁能源,是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。第一次石油危机之后,各国竞相开展太阳能、水能、风能等清洁和可再生能源的应用研究,尤其是太阳能的应用研究最为广泛。
太阳能作为一种绿色能源对环境没有任何无污染性,而且它的来源简单,可以说是在人类的生存年限内其是取之不尽用之不竭的。太阳能不仅是一次性能源,还是清洁能源,它资源丰富、普遍存在、无需运输、还可免费使用、最重要的是对环境没有任何污染。太阳能电池也因太阳能的特殊性具有许多其他发电方式所不具备的优点:不受地域限制、不消耗燃料、规模可大可小、灵活性大、无污染、无噪音、安全可靠、建设周期短、维护简单、最具有大规模应用的可能性。所以很多专家把太阳能能源作为可替代的能源去开发,希望太阳能够造福于人类。现如今所使用的太阳能有很大一部分是由太阳电池转换得来的。因为太阳能电池对光有感应,能够把照射在其表面的光能转换为电能。目前,在有关专家的努力下,太阳能电池己经走向了商业化和产业化。
太阳能发电种类很多,目前,较为成熟的有太阳能光伏发电和太阳能热发电。光伏太阳能电池主要是以半导体材料为基础，由半导体材料的光伏效应产生电能的器件。根据光伏活性层半导体材料的不同，光伏太阳能电池可分为无机太阳能电池、染料敏化太阳能电池及有机薄膜太阳能电池三大类。有机太阳能电池由于可大面积实现太阳能转换，可作为具有应用前景的低成本的可再生能源。而迄今为止，报道的有机光伏太阳能电池均是由一层聚合物给体和富勒烯衍生物受体共混的本体异质结夹在透明导电电极（如 ITO）和金属电极之间组成的。为了提高有机太阳能电池的性能，研究者们通常会在光敏活性层和电极之间引入载流子收集层。该层的加入一般是为了在两个电极之间建立欧姆接触从而有效提高在电极处的电荷提取。活性层和电极之间几十毫伏的势垒高度可导致大量的电荷积累，从而导致重大的电荷复合损失和较差的光伏性能。因此，活性层和阴极阳极之间的界面修饰对电荷的传输和提取非常重要，这也就决定了器件的性能和长期稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材及其制备方法，在太阳能电池阴极阳极之间增加界面修饰层膜材，可以提高阴极阳极界面之间的电流转换，减少电荷的损失，提高太阳能电池的光电转换效率，同时在该膜材的加入可以延长太阳能电池的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺3~6份，聚对苯乙撑 2~5份，WO3 2~5份，8-羟基喹啉锂 8~15份，碳酸铯2~8份，聚苯乙烯磺酸 0.18~0.76份，十二烷基磺酸钠 0.3~1.6份，亚磷酸酯 0.1~0.6份，碳化硅0.45~0.85份，三氧化钼0.5~1.5份，碳纤维粉1~5份，热稳定剂 1~5份，紫外线吸收剂 3~10份。
所述热稳定剂为二月桂酸二丁基锡或者月桂酸马来酸二丁基锡。
所述紫外线吸收剂为水杨酸苯酯。
所述碳化硅的粒度为0.2~0.35mm。
还包括硫代二丙酸二月桂酯 0.5~2.5份。
所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺4~5份，聚对苯乙撑 3~4份，WO3 3~4份，8-羟基喹啉锂 10~13份，碳酸铯4~6份，聚苯乙烯磺酸 0.4~0.6份，十二烷基磺酸钠 0.8~1.5份，亚磷酸酯 0.31~0.48份，碳化硅0.6~0.72份，三氧化钼0.8~1.2份，碳纤维粉2~4份，热稳定剂 2~3份，紫外线吸收剂 5~8份，硫代二丙酸二月桂酯 1~1.5份。
所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺4.5份，聚对苯乙撑 3.5份，WO3 3.5份，8-羟基喹啉锂 11.8份，碳酸铯5份，聚苯乙烯磺酸 0.5份，十二烷基磺酸钠 1.2份，亚磷酸酯 0.44份，碳化硅0.69份，三氧化钼1份，碳纤维粉3份，热稳定剂 2.6份，紫外线吸收剂 6.5份，硫代二丙酸二月桂酯 1.2份。
所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材的制备方法，包括如下步骤：
1)将聚苯胺、聚对苯乙撑和聚苯乙烯磺酸混合均匀，加热至120~180℃，100~200rpm转速下持续搅拌3~8h，制得膜基体材料，备用；
2）将WO3、8-羟基喹啉锂、碳酸铯、十二烷基磺酸钠、亚磷酸酯、碳化硅、三氧化钼、碳纤维粉、在室温下混合均匀，然后加入热稳定剂和紫外线吸收剂，继续搅拌，在搅拌过程中加入步骤1）得到的膜基体材料，升温至180~220℃，保温1~3h；
3）将步骤2）保温后的物料经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型；其中，挤出造粒条件为：一段 200℃，二段 210℃，三段 230℃，四段 250℃，口膜温度为250℃；吹膜成型条件为：一段 220℃，二段 240℃，三段 250℃，四段 260℃，口膜温度为240℃。
步骤1）中加热至160℃，180rpm转速下持续搅拌5h。
步骤2）中升温至200℃，保温2h。
有益效果：本发明提供的一种太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材及其制备方法，在太阳能电池阴极阳极之间增加界面修饰层膜材，可以提高阴极阳极界面之间的电流转换，减少电荷的损失，提高太阳能电池的光电转换效率，同时在该膜材的加入可以延长太阳能电池的使用寿命。
具体实施方式
实施例1
一种太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺3份，聚对苯乙撑 2份，WO3 2份，8-羟基喹啉锂 8份，碳酸铯2份，聚苯乙烯磺酸 0.18份，十二烷基磺酸钠 0.3份，亚磷酸酯 0.1份，碳化硅0.45份，三氧化钼0.5份，碳纤维粉1份，热稳定剂 二月桂酸二丁基锡 1份，紫外线吸收剂 水杨酸苯酯 3份。碳化硅的粒度为0.2~0.35mm。
制备方法，包括如下步骤：
1)将聚苯胺、聚对苯乙撑和聚苯乙烯磺酸混合均匀，加热至160℃，180rpm转速下持续搅拌5h，制得膜基体材料，备用；
2）将WO3、8-羟基喹啉锂、碳酸铯、十二烷基磺酸钠、亚磷酸酯、碳化硅、三氧化钼、碳纤维粉、在室温下混合均匀，然后加入热稳定剂和紫外线吸收剂，继续搅拌，在搅拌过程中加入步骤1）得到的膜基体材料，升温至200℃，保温2h；
3）将步骤2）保温后的物料经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型；其中，挤出造粒条件为：一段 200℃，二段 210℃，三段 230℃，四段 250℃，口膜温度为250℃；吹膜成型条件为：一段 220℃，二段 240℃，三段 250℃，四段 260℃，口膜温度为240℃。
实施例2
一种太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺6份，聚对苯乙撑 5份，WO3 5份，8-羟基喹啉锂 15份，碳酸铯8份，聚苯乙烯磺酸 0.76份，十二烷基磺酸钠 1.6份，亚磷酸酯 0.6份，碳化硅0.85份，三氧化钼1.5份，碳纤维粉5份，热稳定剂 二月桂酸二丁基锡 5份，紫外线吸收剂 水杨酸苯酯 10份。碳化硅的粒度为0.2~0.35mm。
制备方法，包括如下步骤：
1)将聚苯胺、聚对苯乙撑和聚苯乙烯磺酸混合均匀，加热至160℃，180rpm转速下持续搅拌5h，制得膜基体材料，备用；
2）将WO3、8-羟基喹啉锂、碳酸铯、十二烷基磺酸钠、亚磷酸酯、碳化硅、三氧化钼、碳纤维粉、在室温下混合均匀，然后加入热稳定剂和紫外线吸收剂，继续搅拌，在搅拌过程中加入步骤1）得到的膜基体材料，升温至200℃，保温2h；
3）将步骤2）保温后的物料经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型；其中，挤出造粒条件为：一段 200℃，二段 210℃，三段 230℃，四段 250℃，口膜温度为250℃；吹膜成型条件为：一段 220℃，二段 240℃，三段 250℃，四段 260℃，口膜温度为240℃。
实施例3
一种太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺4.5份，聚对苯乙撑 3份，WO3 3份，8-羟基喹啉锂 11份，碳酸铯4份，聚苯乙烯磺酸 0.56份，十二烷基磺酸钠 0.7份，亚磷酸酯 0.35份，碳化硅0.6份，三氧化钼0.9份，碳纤维粉3份，热稳定剂 二月桂酸二丁基锡 3份，紫外线吸收剂 水杨酸苯酯 5份。碳化硅的粒度为0.2~0.35mm。
制备方法，包括如下步骤：
1)将聚苯胺、聚对苯乙撑和聚苯乙烯磺酸混合均匀，加热至160℃，180rpm转速下持续搅拌5h，制得膜基体材料，备用；
2）将WO3、8-羟基喹啉锂、碳酸铯、十二烷基磺酸钠、亚磷酸酯、碳化硅、三氧化钼、碳纤维粉、在室温下混合均匀，然后加入热稳定剂和紫外线吸收剂，继续搅拌，在搅拌过程中加入步骤1）得到的膜基体材料，升温至200℃，保温2h；
3）将步骤2）保温后的物料经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型；其中，挤出造粒条件为：一段 200℃，二段 210℃，三段 230℃，四段 250℃，口膜温度为250℃；吹膜成型条件为：一段 220℃，二段 240℃，三段 250℃，四段 260℃，口膜温度为240℃。
实施例4
太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺4份，聚对苯乙撑 3份，WO3 3份，8-羟基喹啉锂 10份，碳酸铯4份，聚苯乙烯磺酸 0.4份，十二烷基磺酸钠 0.8份，亚磷酸酯 0.31份，碳化硅0.6份，三氧化钼0.8份，碳纤维粉2份，热稳定剂 月桂酸马来酸二丁基锡 2份，紫外线吸收剂 水杨酸苯酯 5份，硫代二丙酸二月桂酯 1份。碳化硅的粒度为0.2~0.35mm。
制备方法，包括如下步骤：
1)将聚苯胺、聚对苯乙撑和聚苯乙烯磺酸混合均匀，加热至160℃，180rpm转速下持续搅拌5h，制得膜基体材料，备用；
2）将WO3、8-羟基喹啉锂、碳酸铯、十二烷基磺酸钠、亚磷酸酯、碳化硅、三氧化钼、碳纤维粉、在室温下混合均匀，然后加入热稳定剂和紫外线吸收剂，继续搅拌，在搅拌过程中加入步骤1）得到的膜基体材料，升温至200℃，保温2h；
3）将步骤2）保温后的物料经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型；其中，挤出造粒条件为：一段 200℃，二段 210℃，三段 230℃，四段 250℃，口膜温度为250℃；吹膜成型条件为：一段 220℃，二段 240℃，三段 250℃，四段 260℃，口膜温度为240℃。
实施例5
太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺5份，聚对苯乙撑 4份，WO3 4份，8-羟基喹啉锂 13份，碳酸铯6份，聚苯乙烯磺酸 0.6份，十二烷基磺酸钠 1.5份，亚磷酸酯 0.48份，碳化硅0.72份，三氧化钼1.2份，碳纤维粉4份，热稳定剂 月桂酸马来酸二丁基锡 3份，紫外线吸收剂 水杨酸苯酯 8份，硫代二丙酸二月桂酯 1.5份。碳化硅的粒度为0.2~0.35mm。
制备方法，包括如下步骤：
1)将聚苯胺、聚对苯乙撑和聚苯乙烯磺酸混合均匀，加热至160℃，180rpm转速下持续搅拌5h，制得膜基体材料，备用；
2）将WO3、8-羟基喹啉锂、碳酸铯、十二烷基磺酸钠、亚磷酸酯、碳化硅、三氧化钼、碳纤维粉、在室温下混合均匀，然后加入热稳定剂和紫外线吸收剂，继续搅拌，在搅拌过程中加入步骤1）得到的膜基体材料，升温至200℃，保温2h；
3）将步骤2）保温后的物料经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型；其中，挤出造粒条件为：一段 200℃，二段 210℃，三段 230℃，四段 250℃，口膜温度为250℃；吹膜成型条件为：一段 220℃，二段 240℃，三段 250℃，四段 260℃，口膜温度为240℃。
实施例6
太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，组分及各组分质量分数如下：聚苯胺4.5份，聚对苯乙撑 3.5份，WO3 3.5份，8-羟基喹啉锂 11.8份，碳酸铯5份，聚苯乙烯磺酸 0.5份，十二烷基磺酸钠 1.2份，亚磷酸酯 0.44份，碳化硅0.69份，三氧化钼1份，碳纤维粉3份，热稳定剂 二月桂酸二丁基锡 2.6份，紫外线吸收剂 水杨酸苯酯 6.5份，硫代二丙酸二月桂酯 1.2份。碳化硅的粒度为0.2~0.35mm。
制备方法，包括如下步骤：
1)将聚苯胺、聚对苯乙撑和聚苯乙烯磺酸混合均匀，加热至160℃，180rpm转速下持续搅拌5h，制得膜基体材料，备用；
2）将WO3、8-羟基喹啉锂、碳酸铯、十二烷基磺酸钠、亚磷酸酯、碳化硅、三氧化钼、碳纤维粉、在室温下混合均匀，然后加入热稳定剂和紫外线吸收剂，继续搅拌，在搅拌过程中加入步骤1）得到的膜基体材料，升温至200℃，保温2h；
3）将步骤2）保温后的物料经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型；其中，挤出造粒条件为：一段 200℃，二段 210℃，三段 230℃，四段 250℃，口膜温度为250℃；吹膜成型条件为：一段 220℃，二段 240℃，三段 250℃，四段 260℃，口膜温度为240℃。
将实施例1~6中制备得到的太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材应用到有机光伏太阳能电池上，考察其器件能量转换效率，对其使用寿命进行计算机模拟，结果见表1。
器件的制备：倒置有机光伏太阳能电池是在表面电阻为 20 Ω 每平方的 ITO 基底上制备的。制备器件之前，ITO 玻璃基底先用 Decon90 超声波清洗，再用去离子水冲洗，随后放在干燥箱中烘干。将实施例1~6中制备得到的太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材覆盖在阴极阳极之间，膜厚为30nm，以未覆盖修饰层膜材的作为对照，结果见表1。
表1：
| 能量转换效率 | 模拟使用寿命 | |
| 实施例1 | 8.98% | 12855h |
| 实施例2 | 11.30% | 13623h |
| 实施例3 | 10.92% | 12986h |
| 实施例4 | 20.36% | 23145h |
| 实施例5 | 18.54% | 22694h |
| 实施例6 | 26.75% | 27819h |
| 对照 | 4.38% | 8871h |
Claims (10)
1.一种太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，其特征在于组分及各组分质量分数如下：聚苯胺3~6份，聚对苯乙撑 2~5份，WO3 2~5份，8-羟基喹啉锂 8~15份，碳酸铯2~8份，聚苯乙烯磺酸 0.18~0.76份，十二烷基磺酸钠 0.3~1.6份，亚磷酸酯 0.1~0.6份，碳化硅0.45~0.85份，三氧化钼0.5~1.5份，碳纤维粉1~5份，热稳定剂 1~5份，紫外线吸收剂 3~10份。
2.根据权利要求1所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，其特征在于：所述热稳定剂为二月桂酸二丁基锡或者月桂酸马来酸二丁基锡。
3.根据权利要求1所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，其特征在于：所述紫外线吸收剂为水杨酸苯酯。
4.根据权利要求1所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，其特征在于：所述碳化硅的粒度为0.2~0.35mm。
5.根据权利要求1所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，其特征在于：还包括硫代二丙酸二月桂酯 0.5~2.5份。
6.根据权利要求5所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，其特征在于组分及各组分质量分数如下：聚苯胺4~5份，聚对苯乙撑 3~4份，WO3 3~4份，8-羟基喹啉锂 10~13份，碳酸铯4~6份，聚苯乙烯磺酸 0.4~0.6份，十二烷基磺酸钠 0.8~1.5份，亚磷酸酯 0.31~0.48份，碳化硅0.6~0.72份，三氧化钼0.8~1.2份，碳纤维粉2~4份，热稳定剂 2~3份，紫外线吸收剂 5~8份，硫代二丙酸二月桂酯 1~1.5份。
7.根据权利要求6所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材，其特征在于组分及各组分质量分数如下：聚苯胺4.5份，聚对苯乙撑 3.5份，WO3 3.5份，8-羟基喹啉锂 11.8份，碳酸铯5份，聚苯乙烯磺酸 0.5份，十二烷基磺酸钠 1.2份，亚磷酸酯 0.44份，碳化硅0.69份，三氧化钼1份，碳纤维粉3份，热稳定剂 2.6份，紫外线吸收剂 6.5份，硫代二丙酸二月桂酯 1.2份。
8.权利要求1所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)将聚苯胺、聚对苯乙撑和聚苯乙烯磺酸混合均匀，加热至120~180℃，100~200rpm转速下持续搅拌3~8h，制得膜基体材料，备用；
2）将WO3、8-羟基喹啉锂、碳酸铯、十二烷基磺酸钠、亚磷酸酯、碳化硅、三氧化钼、碳纤维粉、在室温下混合均匀，然后加入热稳定剂和紫外线吸收剂，继续搅拌，在搅拌过程中加入步骤1）得到的膜基体材料，升温至180~220℃，保温1~3h；
3）将步骤2）保温后的物料经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型；其中，挤出造粒条件为：一段 200℃，二段 210℃，三段 230℃，四段 250℃，口膜温度为250℃；吹膜成型条件为：一段 220℃，二段 240℃，三段 250℃，四段 260℃，口膜温度为240℃。
9.根据权利要求8所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材的制备方法，其特征在于：步骤1）中加热至160℃，180rpm转速下持续搅拌5h。
10.根据权利要求8所述太阳能电池阴极阳极界面修饰层膜材的制备方法，其特征在于：步骤2）中升温至200℃，保温2h。
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