本發(fā)明屬于光伏材料
技術(shù)領(lǐng)域:
,具體涉及一種柔性滲透鈣鈦礦光伏材料。
背景技術(shù):
:光伏材料是指能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的材料,主要為能夠通過(guò)“光生伏特效應(yīng)”將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體材料,包括單晶硅、多晶硅、非晶硅、gaas、inp、cds、cdte等。其中硅基材料的光電轉(zhuǎn)化率相對(duì)較高,但同時(shí)其制造成本也較高,而砷化鎵等半導(dǎo)體材料原料稀少、制備效率低、穩(wěn)定性差,在實(shí)際應(yīng)用中受到了較大的限制。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料于2009年起首次作為光伏材料應(yīng)用,其原料一般為廉價(jià)的鉛、鹵素、及胺鹽,材料的禁帶寬度較小,表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景,其光電轉(zhuǎn)化率從最初的3.8%發(fā)展到15.9%僅用了不到5年的時(shí)間,已經(jīng)逐步接近硅基光伏材料的效率,部分學(xué)者進(jìn)一步預(yù)言了其光電轉(zhuǎn)化效率將很快超過(guò)單晶硅類(lèi)的光伏材料,達(dá)到30%。現(xiàn)有技術(shù)所制備的太陽(yáng)能電池均為硬質(zhì)的太陽(yáng)能電池,而現(xiàn)在的電子設(shè)備多朝著小型化、柔性化的趨勢(shì)發(fā)展,因此很多基礎(chǔ)材料都朝著柔性化的趨勢(shì)發(fā)展,如撓性板、柔性半導(dǎo)體等的出現(xiàn)與壯大,若希望太陽(yáng)能電池能應(yīng)用于柔性設(shè)備上,則將其各個(gè)部件柔性化是必然的過(guò)程。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的是提供一種柔性滲透鈣鈦礦光伏材料,保持了一般鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的光伏材料的光電轉(zhuǎn)化率,其光電轉(zhuǎn)化率可在15%以上。本發(fā)明的技術(shù)目的是通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的:一種柔性滲透鈣鈦礦光伏材料,其步驟如下:步驟1,將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中,加入穩(wěn)定劑與分散劑,超聲均勻后得到鈦酸醇液;步驟2,將氯化鈣加入至去離子水中,并緩慢加入鈦酸醇液中,攪拌均勻后得到鈣鈦混合液;步驟3,將鈣鈦混合液放入反應(yīng)釜中,通入氨氣進(jìn)行曝氣反應(yīng)2-3h,冷卻后得到混合懸濁液;步驟4,在混合懸濁液進(jìn)行加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)2-4h,然后減壓蒸餾1-2h,得到濃縮液;步驟5,將滲透劑與流平劑加入至濃縮液中,超聲攪拌均勻后形成鍍膜前驅(qū)液;步驟6,將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基板進(jìn)行表面粗糙化處理,然后將鍍膜前驅(qū)液噴涂在基板表面,放入反應(yīng)釜中密封反應(yīng)2-4h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦粗片;步驟7,將鍍膜前驅(qū)液二次噴涂,然后進(jìn)行加壓加溫反應(yīng)1-3h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦光伏材料。所述步驟1中鈦酸正丁酯濃度為0.1-0.3mol/l,所述穩(wěn)定劑采用乙酰丙酮,所述穩(wěn)定劑的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的0.02-0.04,所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的混合物,所述聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的配比為3:2,所述分散劑的加入量是鈦酸正丁酯的2-4%,所述超聲頻率為1.5-3.5khz,超聲時(shí)間為5-10min。該步驟將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中,然后將穩(wěn)定劑加入,防止水解,達(dá)到穩(wěn)定的目的,分散劑的作用主要能夠提供溶液的分散體系,作用至鈦酸正丁酯表面。聚乙烯吡咯烷酮作為一種非離子型高分子化合物,在無(wú)水乙醇中具有良好的溶解效果,同時(shí)提高了乙醇溶液的粘稠性,同時(shí)聚乙烯吡咯烷酮具有良好的膠體保護(hù)作用,便于二氧化鈦粒子的前驅(qū)膠體的保護(hù)作用;聚陰離子纖維素具有良好的耐熱穩(wěn)定性,在80-100℃之間仍然能夠保證其性能,同時(shí)也具有良好的光穩(wěn)定性,保質(zhì)期比較長(zhǎng)。兩者相結(jié)合,聚乙烯吡咯烷酮保證了膠體結(jié)構(gòu)的保護(hù),聚陰離子纖維素保證膠體的分散效果,保證其均勻分散性,同時(shí)保證無(wú)水乙醇的粘稠效果。所述步驟2中的氯化鈣濃度為0.2-0.3mol/l,所述氯化鈣的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的1.01-1.13倍,所述緩慢滴加的速度為10-15ml/min,攪拌速度為1000-1500r/min,該步驟將氯化鈣溶液加入至鈦酸醇液中,在加入過(guò)程中破壞原來(lái)的膠體保護(hù)體系,形成鈦酸與鈣離子的結(jié)合,采用緩慢滴加的方式能夠防止鈦酸水解帶來(lái)的二氧化鈦團(tuán)聚。所述步驟3中的氨氣通入氣體為10-15ml/min,曝氣反應(yīng)溫度為60-80℃,該步驟采用曝氣反應(yīng)的方式將對(duì)于的氯化鈣轉(zhuǎn)化為氯化銨,并在曝氣反應(yīng)中,將氯化銨轉(zhuǎn)化為氨氣與氯化氫直接排除,減少氯離子對(duì)后期鍍膜反應(yīng)的影響,減少氯離子對(duì)鈣鈦礦材料的影響。所述步驟4的加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)的溫度為80-100℃,壓力為10-15mpa,曝氣流速為20-25ml/min,減壓蒸餾反應(yīng)的壓力為大氣壓的50-70%,所述減壓蒸餾的溫度為70-80℃,所述濃縮液的體積是混合懸濁液的30-40%,該步驟采用加壓內(nèi)循環(huán)反應(yīng)的方式將鈦酸與鈣離子反應(yīng)形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的顆粒,并且在聚乙烯吡咯烷酮和聚陰離子纖維素的作用形成良好的分散性與粒徑的均勻效果。所述步驟5中的滲透劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚,所述流平劑采用聚二甲基硅氧烷,所述滲透劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的1-3%,流平劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的1-3%,超聲頻率為10-15khz,超聲時(shí)間為30-45min。該步驟采用超生的方式將滲透劑與流平劑加入至濃縮液中并均勻分布在溶液中,超聲不僅能夠起到較好的分散作用,而且在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的顆粒表面形成鈍化處理。所述步驟6中的粗糙化處理是采用1mol/l的氫氧化鉀涂覆5-10min,然后沖洗干凈。所述步驟6中的噴涂量是10-15mg/cm2,所述密封反應(yīng)溫度為120-150℃,壓力為5-9mpa,采用噴涂的方式均勻分布在柔性基材聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯上,采用120-150℃的條件下,滲透劑與流平劑能夠保證鈣鈦礦材料均勻分布在基材表面,并且在該壓力下緩慢分解,去除有機(jī)材料及溶劑,得到柔性結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦材料。步驟7中的二次噴涂量為0.5-0.8mg/cm2,加溫加壓反應(yīng)的壓力為2-5mpa,溫度為100-110℃;該步驟采用二次噴涂的方式將粗片表面的縫隙填補(bǔ),得到平整結(jié)構(gòu),同時(shí)在壓力與溫度作用下,易分解材料完全降解,保證光伏性能。本方案以鈦酸正丁酯和氯化鈣作為原材料,分別加入穩(wěn)定劑和分散劑,以無(wú)水乙醇與去離子水為溶劑,經(jīng)氨氣曝氣反應(yīng)、加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)和減壓蒸餾得到濃縮液;然后將滲透劑與流平劑加入濃縮液配置成鍍膜前驅(qū)液,最后噴涂在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基板上經(jīng)密封反應(yīng)和加溫加壓反應(yīng),得到柔性滲透鈣鈦礦光伏材料。綜上所述,本發(fā)明具有如下有益效果:本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單可行,實(shí)踐性和通用性強(qiáng)。本發(fā)明制備的柔性光伏材料具有良好的應(yīng)用前景,便于保存,使用方便。本發(fā)明制備的光伏材料保持了一般鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的光伏材料的光電轉(zhuǎn)化率,其光電轉(zhuǎn)化率可在15%以上。具體實(shí)施方式實(shí)施例1一種柔性滲透鈣鈦礦光伏材料,其步驟如下:步驟1,將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中,加入穩(wěn)定劑與分散劑,超聲均勻后得到鈦酸醇液;步驟2,將氯化鈣加入至去離子水中,并緩慢加入鈦酸醇液中,攪拌均勻后得到鈣鈦混合液;步驟3,將鈣鈦混合液放入反應(yīng)釜中,通入氨氣進(jìn)行曝氣反應(yīng)2h,冷卻后得到混合懸濁液;步驟4,在混合懸濁液進(jìn)行加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)2h,然后減壓蒸餾1h,得到濃縮液;步驟5,將滲透劑與流平劑加入至濃縮液中,超聲攪拌均勻后形成鍍膜前驅(qū)液;步驟6,將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基板進(jìn)行表面粗糙化處理,然后將鍍膜前驅(qū)液噴涂在基板表面,放入反應(yīng)釜中密封反應(yīng)2h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦粗片;步驟7,將鍍膜前驅(qū)液二次噴涂,然后進(jìn)行加壓加溫反應(yīng)1h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦光伏材料。所述步驟1中鈦酸正丁酯濃度為0.1mol/l,所述穩(wěn)定劑采用乙酰丙酮,所述穩(wěn)定劑的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的0.02,所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的混合物,所述聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的配比為3:2,所述分散劑的加入量是鈦酸正丁酯的2%,所述超聲頻率為1.5khz,超聲時(shí)間為5min。所述步驟2中的氯化鈣濃度為0.2mol/l,所述氯化鈣的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的1.01倍,所述緩慢滴加的速度為10ml/min,攪拌速度為1000r/min。所述步驟3中的氨氣通入氣體為10ml/min,曝氣反應(yīng)溫度為60℃。述步驟4的加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)的溫度為80℃,壓力為10mpa,曝氣流速為20ml/min,減壓蒸餾反應(yīng)的壓力為大氣壓的50%,所述減壓蒸餾的溫度為70℃,所述濃縮液的體積是混合懸濁液的30%。所述步驟5中的滲透劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚,所述流平劑采用聚二甲基硅氧烷,所述滲透劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的1%,流平劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的1%,超聲頻率為10khz,超聲時(shí)間為30min。所述步驟6中的粗糙化處理是采用1mol/l的氫氧化鉀涂覆5min,然后沖洗干凈。所述步驟6中的噴涂量是10mg/cm2,所述密封反應(yīng)溫度為120℃,壓力為5-9mpa。步驟7中的二次噴涂量為0.5mg/cm2,加溫加壓反應(yīng)的壓力為2mpa,溫度為100℃。實(shí)施例2一種柔性滲透鈣鈦礦光伏材料,其步驟如下:步驟1,將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中,加入穩(wěn)定劑與分散劑,超聲均勻后得到鈦酸醇液;步驟2,將氯化鈣加入至去離子水中,并緩慢加入鈦酸醇液中,攪拌均勻后得到鈣鈦混合液;步驟3,將鈣鈦混合液放入反應(yīng)釜中,通入氨氣進(jìn)行曝氣反應(yīng)3h,冷卻后得到混合懸濁液;步驟4,在混合懸濁液進(jìn)行加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)4h,然后減壓蒸餾2h,得到濃縮液;步驟5,將滲透劑與流平劑加入至濃縮液中,超聲攪拌均勻后形成鍍膜前驅(qū)液;步驟6,將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基板進(jìn)行表面粗糙化處理,然后將鍍膜前驅(qū)液噴涂在基板表面,放入反應(yīng)釜中密封反應(yīng)4h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦粗片;步驟7,將鍍膜前驅(qū)液二次噴涂,然后進(jìn)行加壓加溫反應(yīng)3h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦光伏材料。所述步驟1中鈦酸正丁酯濃度為0.3mol/l,所述穩(wěn)定劑采用乙酰丙酮,所述穩(wěn)定劑的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的0.04,所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的混合物,所述聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的配比為3:2,所述分散劑的加入量是鈦酸正丁酯的4%,所述超聲頻率為3.5khz,超聲時(shí)間為10min。所述步驟2中的氯化鈣濃度為0.3mol/l,所述氯化鈣的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的1.13倍,所述緩慢滴加的速度為15ml/min,攪拌速度為1500r/min。所述步驟3中的氨氣通入氣體為15ml/min,曝氣反應(yīng)溫度為80℃。述步驟4的加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)的溫度為100℃,壓力為15mpa,曝氣流速為25ml/min,減壓蒸餾反應(yīng)的壓力為大氣壓的70%,所述減壓蒸餾的溫度為80℃,所述濃縮液的體積是混合懸濁液的40%。所述步驟5中的滲透劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚,所述流平劑采用聚二甲基硅氧烷,所述滲透劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的3%,流平劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的3%,超聲頻率為15khz,超聲時(shí)間為45min。所述步驟6中的粗糙化處理是采用1mol/l的氫氧化鉀涂覆10min,然后沖洗干凈。所述步驟6中的噴涂量是15mg/cm2,所述密封反應(yīng)溫度為150℃,壓力為9mpa。步驟7中的二次噴涂量為0.8mg/cm2,加溫加壓反應(yīng)的壓力為5mpa,溫度為110℃。實(shí)施例3一種柔性滲透鈣鈦礦光伏材料,其步驟如下:步驟1,將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中,加入穩(wěn)定劑與分散劑,超聲均勻后得到鈦酸醇液;步驟2,將氯化鈣加入至去離子水中,并緩慢加入鈦酸醇液中,攪拌均勻后得到鈣鈦混合液;步驟3,將鈣鈦混合液放入反應(yīng)釜中,通入氨氣進(jìn)行曝氣反應(yīng)2h,冷卻后得到混合懸濁液;步驟4,在混合懸濁液進(jìn)行加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)3h,然后減壓蒸餾2h,得到濃縮液;步驟5,將滲透劑與流平劑加入至濃縮液中,超聲攪拌均勻后形成鍍膜前驅(qū)液;步驟6,將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基板進(jìn)行表面粗糙化處理,然后將鍍膜前驅(qū)液噴涂在基板表面,放入反應(yīng)釜中密封反應(yīng)3h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦粗片;步驟7,將鍍膜前驅(qū)液二次噴涂,然后進(jìn)行加壓加溫反應(yīng)2h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦光伏材料。所述步驟1中鈦酸正丁酯濃度為0.2mol/l,所述穩(wěn)定劑采用乙酰丙酮,所述穩(wěn)定劑的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的0.03,所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的混合物,所述聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的配比為3:2,所述分散劑的加入量是鈦酸正丁酯的3%,所述超聲頻率為2.5khz,超聲時(shí)間為8min。所述步驟2中的氯化鈣濃度為0.2mol/l,所述氯化鈣的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的1.08倍,所述緩慢滴加的速度為12ml/min,攪拌速度為1200r/min。所述步驟3中的氨氣通入氣體為12ml/min,曝氣反應(yīng)溫度為70℃。述步驟4的加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)的溫度為90℃,壓力為12mpa,曝氣流速為22ml/min,減壓蒸餾反應(yīng)的壓力為大氣壓的60%,所述減壓蒸餾的溫度為75℃,所述濃縮液的體積是混合懸濁液的35%。所述步驟5中的滲透劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚,所述流平劑采用聚二甲基硅氧烷,所述滲透劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的2%,流平劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的2%,超聲頻率為12khz,超聲時(shí)間為35min。所述步驟6中的粗糙化處理是采用1mol/l的氫氧化鉀涂覆7min,然后沖洗干凈。所述步驟6中的噴涂量是12mg/cm2,所述密封反應(yīng)溫度為130℃,壓力為7mpa。步驟7中的二次噴涂量為0.6mg/cm2,加溫加壓反應(yīng)的壓力為3mpa,溫度為105℃。實(shí)施例4一種柔性滲透鈣鈦礦光伏材料,其步驟如下:步驟1,將鈦酸正丁酯加入至無(wú)水乙醇中,加入穩(wěn)定劑與分散劑,超聲均勻后得到鈦酸醇液;步驟2,將氯化鈣加入至去離子水中,并緩慢加入鈦酸醇液中,攪拌均勻后得到鈣鈦混合液;步驟3,將鈣鈦混合液放入反應(yīng)釜中,通入氨氣進(jìn)行曝氣反應(yīng)3h,冷卻后得到混合懸濁液;步驟4,在混合懸濁液進(jìn)行加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)3h,然后減壓蒸餾2h,得到濃縮液;步驟5,將滲透劑與流平劑加入至濃縮液中,超聲攪拌均勻后形成鍍膜前驅(qū)液;步驟6,將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基板進(jìn)行表面粗糙化處理,然后將鍍膜前驅(qū)液噴涂在基板表面,放入反應(yīng)釜中密封反應(yīng)3h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦粗片;步驟7,將鍍膜前驅(qū)液二次噴涂,然后進(jìn)行加壓加溫反應(yīng)2h,冷卻后得到柔性鈣鈦礦光伏材料。所述步驟1中鈦酸正丁酯濃度為0.2mol/l,所述穩(wěn)定劑采用乙酰丙酮,所述穩(wěn)定劑的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的0.03,所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的混合物,所述聚乙烯吡咯烷酮與聚陰離子纖維素的配比為3:2,所述分散劑的加入量是鈦酸正丁酯的4%,所述超聲頻率為3.0khz,超聲時(shí)間為7min。所述步驟2中的氯化鈣濃度為0.2mol/l,所述氯化鈣的加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的1.11倍,所述緩慢滴加的速度為13ml/min,攪拌速度為1300r/min。所述步驟3中的氨氣通入氣體為13ml/min,曝氣反應(yīng)溫度為75℃。述步驟4的加壓內(nèi)循環(huán)曝氣反應(yīng)的溫度為90℃,壓力為13mpa,曝氣流速為23ml/min,減壓蒸餾反應(yīng)的壓力為大氣壓的65%,所述減壓蒸餾的溫度為75℃,所述濃縮液的體積是混合懸濁液的35%。所述步驟5中的滲透劑采用脂肪醇聚氧乙烯醚,所述流平劑采用聚二甲基硅氧烷,所述滲透劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的2%,流平劑加入量是鈦酸正丁酯摩爾量的2%,超聲頻率為13khz,超聲時(shí)間為40min。所述步驟6中的粗糙化處理是采用1mol/l的氫氧化鉀涂覆8min,然后沖洗干凈。所述步驟6中的噴涂量是13mg/cm2,所述密封反應(yīng)溫度為140℃,壓力為6mpa。步驟7中的二次噴涂量為0.7mg/cm2,加溫加壓反應(yīng)的壓力為4mpa,溫度為108℃。實(shí)施例5檢測(cè)方式:利用實(shí)施例制備的材料組裝太陽(yáng)能電池,其光電轉(zhuǎn)化率如下表。實(shí)施例光電轉(zhuǎn)化率實(shí)施例115.2%實(shí)施例216.7%實(shí)施例319.2%實(shí)施例418.1%以上所述僅為本發(fā)明的一實(shí)施例,并不限制本發(fā)明,凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案,均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12