CN109517382A - 一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜,它是由下述重量份的原料组成的:苯胺110‑130、石墨烯10‑14、过氧化二苯甲酰3‑4、乙酰丙酮锌0.1‑0.2、均苯四酸二酐20‑30、过硫酸铵0.5‑0.6、三烯丙基异氰脲酸酯1‑2、8‑羟基喹啉0.1‑0.2、氨丙基三乙氧基硅烷1‑2、单硬脂酸甘油酯1‑2、聚丙烯酰胺0.8‑1,本发明的薄膜力学稳定性高,导电性好,综合性能优越,特别适合作为太阳能电池领域使用。

Description

一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于导电薄膜领域,具体涉及一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜及其制备方法。
背景技术
导电薄膜是一种非常重要的光电材料,它具有低电阻的特点,被广泛用于太阳能电池、电极材料、显示器等各种光电材料中,目前应用较多的为无机氧化物薄膜,其透光性好,电阻率低,化学温度性好,但是作为无机填料,其薄膜的脆性较大、韧性较差,合成温度较高,这些都限制了它们的进一步发展,因此,市场逐渐出现了高分子导电材料,包括聚苯胺、聚吡啶等,聚苯胺由于其在空气中的稳定性好,原料易得、单体价格便宜、合成方法简便,电导率容易调节等优点而被广泛应用,例如电极材料、电致变色材料、金属防腐材料、电磁屏蔽材料、防静电材料、分子器件等,但是由于聚苯胺链的刚强性和链间的强的相互作用使它的溶解性极差,几乎不溶于溶剂中,因而限制它在技术上的广泛应用,同时聚苯胺存在机械强度较低、力学性能较差缺点;
因此,本发明的目的就是为了改善聚苯胺在有机溶剂中的溶解性,以提高成品的均匀稳定性,提高原料的利用率,同时增强将无机氧化物掺杂到高分子聚合物的基体中,以此来提高薄膜表面强度,增强其力学性能。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足,提供一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜及其制备方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜,它是由下述重量份的原料组成的:
苯胺110-130、石墨烯10-14、过氧化二苯甲酰3-4、乙酰丙酮锌0.1-0.2、均苯四酸二酐20-30、过硫酸铵0.5-0.6、三烯丙基异氰脲酸酯1-2、8-羟基喹啉0.1-0.2、氨丙基三乙氧基硅烷1-2、单硬脂酸甘油酯1-2、聚丙烯酰胺0.8-1。
一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)取过硫酸铵,加入到其重量26-30倍的去离子水中,搅拌均匀;
(2)取8-羟基喹啉,加入到其重量5-7倍的异丙醇中,搅拌均匀,升高温度为60-65℃,加入单硬脂酸甘油酯,保温搅拌10-20分钟,得异丙醇分散液;
(3)取苯胺,加入到其重量14-20倍的去离子水中,搅拌均匀,与上述异丙醇分散液混合,超声3-4分钟,得苯胺分散液;
(4)取乙酰丙酮锌、均苯四酸二酐混合,加入到混合料重量26-30倍的去离子水中,搅拌均匀,送入到反应釜中,通入氮气,调节反应釜温度为65-70℃,加入上述过硫酸铵水溶液,保温搅拌4-5小时,出料,得聚酸酐溶液;
(5)取氧化石墨烯、聚丙烯酰胺混合,加入到混合料重量20-27倍的去离子水中,在50-55℃下保温搅拌1-2小时,得石墨烯酰胺溶液;
(6)取氨丙基三乙氧基硅烷,加入到其重量6-10倍的无水乙醇中,搅拌均匀,与上述石墨烯酰胺溶液混合,超声30-40分钟,蒸馏除去乙醇,得氨基改性石墨烯酰胺溶液;
(7)取过氧化二苯甲酰,加入到其重量16-20倍的异丙醇中,搅拌均匀;
(8)取聚酸酐溶液、氨基改性石墨烯酰胺溶液混合,搅拌均匀,送入到60-65℃的恒温水浴中,保温搅拌2-3小时,得改性石墨烯酰胺溶液;
(9)取上述苯胺分散液,送入到反应釜中,通入氮气,调节反应釜温度为70-75℃,加入上述过氧化二苯甲酰的异丙醇溶液,搅拌均匀,加入上述改性石墨烯酰胺溶液,保温搅拌4-5小时,出料,过滤,将沉淀水洗,干燥,得复合材料;
(10)取上述复合材料,加入到其重量10-15倍的二甲基甲酰胺中,超声1-2小时,均匀的涂覆在玻璃板上,送入烘箱中,在70-75℃下干燥10-13小时,出料冷却,揭膜,即得。
步骤(9)中的干燥过程为真空46-50℃下干燥2-3小时。
本发明的优点:
本发明首先将氧化石墨烯、聚丙烯酰胺共混分散到水中,以氨基硅烷进行改性,之后以均苯四酸二酐为单体聚合,将聚合物乳液与氨基硅烷改性的石墨烯分散液共混反应,之后与苯胺单体共混,过氧化二苯甲酰的引发作用下聚合,改善了石墨烯在聚苯胺间的分散性能,同时改善了聚苯胺的表面塑性,改善了其在二甲基甲酰胺间的分散性能,从而提高了成品薄膜的成膜性和力学稳定性,本发明的薄膜力学稳定性高,导电性好,综合性能优越,特别适合作为太阳能电池领域使用。
具体实施方式
实施例1
一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜,它是由下述重量份的原料组成的:
苯胺130、石墨烯14、过氧化二苯甲酰4、乙酰丙酮锌0.2、均苯四酸二酐30、过硫酸铵0.6、三烯丙基异氰脲酸酯2、8-羟基喹啉0.2、氨丙基三乙氧基硅烷2、单硬脂酸甘油酯1、聚丙烯酰胺1。
一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)取过硫酸铵,加入到其重量30倍的去离子水中,搅拌均匀;
(2)取8-羟基喹啉,加入到其重量7倍的异丙醇中,搅拌均匀,升高温度为65℃,加入单硬脂酸甘油酯,保温搅拌20分钟,得异丙醇分散液;
(3)取苯胺,加入到其重量20倍的去离子水中,搅拌均匀,与上述异丙醇分散液混合,超声4分钟,得苯胺分散液;
(4)取乙酰丙酮锌、均苯四酸二酐混合,加入到混合料重量30倍的去离子水中,搅拌均匀,送入到反应釜中,通入氮气,调节反应釜温度为70℃,加入上述过硫酸铵水溶液,保温搅拌5小时,出料,得聚酸酐溶液;
(5)取氧化石墨烯、聚丙烯酰胺混合,加入到混合料重量27倍的去离子水中,在55℃下保温搅拌2小时,得石墨烯酰胺溶液;
(6)取氨丙基三乙氧基硅烷,加入到其重量10倍的无水乙醇中,搅拌均匀,与上述石墨烯酰胺溶液混合,超声40分钟,蒸馏除去乙醇,得氨基改性石墨烯酰胺溶液;
(7)取过氧化二苯甲酰,加入到其重量20倍的异丙醇中,搅拌均匀;
(8)取聚酸酐溶液、氨基改性石墨烯酰胺溶液混合,搅拌均匀,送入到60-65℃的恒温水浴中,保温搅拌3小时,得改性石墨烯酰胺溶液;
(9)取上述苯胺分散液,送入到反应釜中,通入氮气,调节反应釜温度为70℃,加入上述过氧化二苯甲酰的异丙醇溶液,搅拌均匀,加入上述改性石墨烯酰胺溶液,保温搅拌4小时,出料,过滤,将沉淀水洗,干燥,得复合材料;
(10)取上述复合材料,加入到其重量10倍的二甲基甲酰胺中,超声1小时,均匀的涂覆在玻璃板上,送入烘箱中,在70℃下干燥13小时,出料冷却,揭膜,即得。
步骤(9)中的干燥过程为真空46℃下干燥2小时。
实施例2
一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜,它是由下述重量份的原料组成的:
苯胺110、石墨烯10、过氧化二苯甲酰3、乙酰丙酮锌0.1、均苯四酸二酐20、过硫酸铵0.5、三烯丙基异氰脲酸酯1、8-羟基喹啉0.1、氨丙基三乙氧基硅烷1、单硬脂酸甘油酯1、聚丙烯酰胺0.8。
一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜的制备方法,包括以下步骤:
(1)取过硫酸铵,加入到其重量26倍的去离子水中,搅拌均匀;
(2)取8-羟基喹啉,加入到其重量5倍的异丙醇中,搅拌均匀,升高温度为60℃,加入单硬脂酸甘油酯,保温搅拌10分钟,得异丙醇分散液;
(3)取苯胺,加入到其重量14倍的去离子水中,搅拌均匀,与上述异丙醇分散液混合,超声3分钟,得苯胺分散液;
(4)取乙酰丙酮锌、均苯四酸二酐混合,加入到混合料重量26倍的去离子水中,搅拌均匀,送入到反应釜中,通入氮气,调节反应釜温度为65℃,加入上述过硫酸铵水溶液,保温搅拌4小时,出料,得聚酸酐溶液;
(5)取氧化石墨烯、聚丙烯酰胺混合,加入到混合料重量20倍的去离子水中,在50-55℃下保温搅拌1小时,得石墨烯酰胺溶液;
(6)取氨丙基三乙氧基硅烷,加入到其重量6倍的无水乙醇中,搅拌均匀,与上述石墨烯酰胺溶液混合,超声30分钟,蒸馏除去乙醇,得氨基改性石墨烯酰胺溶液;
(7)取过氧化二苯甲酰,加入到其重量16倍的异丙醇中,搅拌均匀;
(8)取聚酸酐溶液、氨基改性石墨烯酰胺溶液混合,搅拌均匀,送入到60℃的恒温水浴中,保温搅拌2小时,得改性石墨烯酰胺溶液;
(9)取上述苯胺分散液,送入到反应釜中,通入氮气,调节反应釜温度为75℃,加入上述过氧化二苯甲酰的异丙醇溶液,搅拌均匀,加入上述改性石墨烯酰胺溶液,保温搅拌5小时,出料,过滤,将沉淀水洗,干燥,得复合材料;
(10)取上述复合材料,加入到其重量15倍的二甲基甲酰胺中,超声2小时,均匀的涂覆在玻璃板上,送入烘箱中,在75℃下干燥13小时,出料冷却,揭膜,即得。
步骤(9)中的干燥过程为真空50℃下干燥3小时。
性能测试:
本发明实施例1的太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜:
拉伸强度:14.1Mpa;
断裂伸长率:4.0%;
在1A/g的比电容为207.7F/g
本发明实施例2的太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜:
拉伸强度:14.8Mpa;
断裂伸长率:4.5%;
在1A/g的比电容为211.3F/g。

Claims (3)

1.一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜,其特征在于,它是由下述重量份的原料组成的:
苯胺110-130、石墨烯10-14、过氧化二苯甲酰3-4、乙酰丙酮锌0.1-0.2、均苯四酸二酐20-30、过硫酸铵0.5-0.6、三烯丙基异氰脲酸酯1-2、8-羟基喹啉0.1-0.2、氨丙基三乙氧基硅烷1-2、单硬脂酸甘油酯1-2、聚丙烯酰胺0.8-1。
2.一种如权利要求1所述的太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)取过硫酸铵,加入到其重量26-30倍的去离子水中,搅拌均匀;
(2)取8-羟基喹啉,加入到其重量5-7倍的异丙醇中,搅拌均匀,升高温度为60-65℃,加入单硬脂酸甘油酯,保温搅拌10-20分钟,得异丙醇分散液;
(3)取苯胺,加入到其重量14-20倍的去离子水中,搅拌均匀,与上述异丙醇分散液混合,超声3-4分钟,得苯胺分散液;
(4)取乙酰丙酮锌、均苯四酸二酐混合,加入到混合料重量26-30倍的去离子水中,搅拌均匀,送入到反应釜中,通入氮气,调节反应釜温度为65-70℃,加入上述过硫酸铵水溶液,保温搅拌4-5小时,出料,得聚酸酐溶液;
(5)取氧化石墨烯、聚丙烯酰胺混合,加入到混合料重量20-27倍的去离子水中,在50-55℃下保温搅拌1-2小时,得石墨烯酰胺溶液;
(6)取氨丙基三乙氧基硅烷,加入到其重量6-10倍的无水乙醇中,搅拌均匀,与上述石墨烯酰胺溶液混合,超声30-40分钟,蒸馏除去乙醇,得氨基改性石墨烯酰胺溶液;
(7)取过氧化二苯甲酰,加入到其重量16-20倍的异丙醇中,搅拌均匀;
(8)取聚酸酐溶液、氨基改性石墨烯酰胺溶液混合,搅拌均匀,送入到60-65℃的恒温水浴中,保温搅拌2-3小时,得改性石墨烯酰胺溶液;
(9)取上述苯胺分散液,送入到反应釜中,通入氮气,调节反应釜温度为70-75℃,加入上述过氧化二苯甲酰的异丙醇溶液,搅拌均匀,加入上述改性石墨烯酰胺溶液,保温搅拌4-5小时,出料,过滤,将沉淀水洗,干燥,得复合材料;
(10)取上述复合材料,加入到其重量10-15倍的二甲基甲酰胺中,超声1-2小时,均匀的涂覆在玻璃板上,送入烘箱中,在70-75℃下干燥10-13小时,出料冷却,揭膜,即得。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池用聚苯胺石墨烯导电薄膜的制备方法,其特征在于,步骤(9)中的干燥过程为真空46-50℃下干燥2-3小时。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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RJ01 Rejection of invention patent application after publication
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