[发明专利]一种柔性聚酰亚胺薄膜及其制备方法、聚酰亚胺薄膜太阳能电池

说明书

本发明提供了一种柔性聚酰亚胺薄膜及其制备方法、聚酰亚胺薄膜太阳能电池，涉及柔性太阳能电池材料技术领域。本发明的柔性聚酰亚胺薄膜由包括以下组分的原料经聚合、热固化制备得到：芳香二酐、苯并二咪唑二胺、硅氧烷改性氧化锌、封端剂和有机溶剂。本发明采用对称和刚性结构的芳香二酐和二胺，所得聚酰亚胺薄膜的膨胀系数14.1ppm/℃、介电常数2.7～3.2、杨氏模量7.6～8.7GPa；初始热分解温度达593℃，可满足太阳能电池最优生长温度大于550℃的要求，制得的太阳能电池具有有优异开路电压、短路电流、填充因子，太阳能电池效率达16.7％。同时，本发明提供的柔性聚酰亚胺薄膜的制备方法简单。

技术领域

本发明涉及柔性太阳能电池材料技术领域，尤其涉及一种柔性聚酰亚胺薄膜及其制备方法、聚酰亚胺薄膜太阳能电池。

背景技术

太阳能作为新能源中最重要的可再生能源，在未来的能源结构中占有举足轻重的地位，薄膜太阳能电池的研究越来越受到世界各国的青睐。柔性太阳能电池由于具有更高的重量比功率、更低的面密度，并保持高效、可卷曲、优异耐空间环境适应性的特点，可以制成便携式移动电源、便携式小型电站，特别适合于临近空间装备及信息化装备野外供/充电，可满足航空航天领域中无人机、飞艇、卫星、航空航天器等的电力需求，可彻底解决在野外紧急情况下重要装备、医疗设备、夜间照明、网络通信、可穿戴电子、光伏农业、绿色屋顶等因无电源而无法使用的难题。

目前，柔性太阳能电池衬底以聚酰亚胺薄膜为主，其未来的发展趋势更倾向于高耐热，高尺寸稳定性，超薄高柔性以及轻质化，以聚酰亚胺薄膜为基底的柔性聚酰亚胺薄膜太阳能电池则需具有高效率、长寿命、更轻、更柔和高附加值的优势。不过，聚酰亚胺薄膜基底上柔性电池的制备具有很高的技术门槛，尽管常规的聚酰亚胺具有突出的高耐热性、优异的尺寸稳定性、优良的力学性能以及在相当宽的温度范围内具有低介电常数，而且是目前耐热性最好的有机薄膜，但其500℃左右的耐热性依然无法满足CIGS最优生长温度大于550℃的技术瓶颈，当然更不能获得高效率的柔性太阳能电池。

因此，提供一种聚酰亚胺薄膜以满足CIGS最优生长温度大于550℃的要求，进而得到聚酰亚胺性CIGS太阳能电池为太阳能电池领域中热门研究趋势。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种柔性聚酰亚胺薄膜及其制备方法、聚酰亚胺薄膜太阳能电池。本发明提供的柔性聚酰亚胺薄膜优异的耐热性和低膨胀系数；能够满足CIGS太阳能电池的最优生长温度大于550℃的要求，提高太阳能电池制备效率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种柔性聚酰亚胺薄膜，由包括以下组分的原料经聚合、热固化制备得到：芳香二酐、苯并二咪唑二胺、硅氧烷改性氧化锌、封端剂和有机溶剂。

优选地，所述芳香二酐和苯并二咪唑二胺的物质的量之比为1～1.1：1。

优选地，所述芳香二酐和苯并二咪唑二胺的质量之和与硅氧烷改性氧化锌的质量比为70～100：(0，30]。

优选地，所述芳香二酐和封端剂的质量比为31～32：0.1～0.16。

优选地，所述封端剂包括邻苯二甲酸酐。

本发明还提供了上述技术方案所述柔性聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括以下步骤：

将芳香二酐、苯并二咪唑二胺、硅氧烷改性氧化锌和有机溶剂混合后，进行聚合反应，然后加入封端剂进行封端，得到聚酰胺酸溶液；

将所述聚酰胺酸溶液流延成膜后进行干燥，得到凝胶膜；

将所述凝胶膜热固化，得到所述柔性聚酰亚胺薄膜。

优选地，所述聚合反应的温度为室温，时间为8～24h；所述凝胶膜的固含量为50～90％；所述热固化的温度为为80～500℃，时间为0.5～8h。