杂环结构聚酰亚胺薄膜衬底的制备及其在太阳能电池上的应用

发布时间：2020-07-06 06:01

【摘要】：聚酰亚胺(PI)在设计新型、高耐热性方面具有重要的研究意义。本论文通过分子设计将VA唑和咪唑环引入到PI分子主链上,制备了一系列综合性能优良的PI薄膜,探讨了结构和性能之间的关系,并将其作为铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池衬底材料,研究了基于柔性耐高温PI衬底上CIGS太阳能电池用Mo背电极的工艺。具体研究内容如下:1、以4,6-二氨基-1,3联苯二酚为原料,反应合成了高纯度的二胺单体。以含VA唑的二胺单体为原料和二酐单体(s-BPDA)制得聚酰胺酸(PAA);将聚酰胺酸采用流延法刮涂成膜,经高温亚胺化,制备了主链含VA唑环的聚酰亚胺薄膜。利用核磁共振氢谱(1H-NMR)、FT-IR、TGA和拉伸测试等对单体和聚合物的结构、性能进行表征。结果表明:BAPBBOA有预期的结构和较高的纯度;主链含VA唑结构的聚酰亚胺玻璃化转变温度(T_g)高达345℃;氮气氛围下,PI的T_(5%)为595℃;PI薄膜的拉伸强度为295 MPa,断裂伸长率为15~18%;2、以联苯胺和DAPBI为二胺单体与二酐单体(s-BPDA)通过常温聚合制备了聚酰胺酸,刮涂后经热亚胺化制得聚酰亚胺薄膜。通过测试理化数据,得出以下结论:主链含VA唑结构的聚酰亚胺Tg随着咪唑环比例增加而增加。当DAPBI共聚比例达到20%时,其T_g为392℃、拉伸强度为231 MPa、CTE为13.7 ppm/℃,介电常数为3.21。3、以BAPBBOA和DAPBI为二胺单体,与s-BPDA制备了共聚型聚酰亚胺薄膜。热失重分析(TGA)和拉伸测试等对聚合物的性能进行表征。结果表明:共聚薄膜有较高的热力学性能,较低的吸水率;当BAPBBOA:DAPBI=6:4时,T_(5%)为582℃,T_g为385℃,拉伸强度为280 MPa,吸水率为0.5%,相比较联苯型聚酰亚胺薄膜,其耐热性、吸湿性、玻璃化转变温度均有较大的提高;将咪唑环和恶唑环引入聚酰亚胺分子结构中,在保持其优异的综合性能的同时,不仅可以提高PI的吸水性,还能改善PI隔膜材料的热力学性能,可用作耐高温材料,应用于微电子和新能源领域。4、以BAPBBOA和s-BPDA得到的薄膜为基底,利用直流射频磁控溅射,在薄膜表面上沉积钼层。以压强为变量设置对照试验,通过XRD、XRF、SEM测试实验结果。结果表明:Mo薄膜的晶粒尺寸随着沉积压强的增加而减小,Mo薄膜的生长速度随工作压强的增加而降低,电阻率随工作压强的增加而升高。
【学位授予单位】：江西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4;TB383.2
【图文】：

PI合成（a）及PI薄膜制备流程图（b）

图 1-7 聚酰亚胺薄膜的应用：(a)柔性发光二极管(F-LEDs)[67](b)CIGS 太阳能电池(c) CdT太阳能电池(d)柔性薄膜晶体管(F-TFT)[70](e)柔性印刷电路板 (FPCBs)[71](f) 柔性显示(TFT-LCDs)[72](g) 有源矩阵有机发光二极管 (AMOLEDs)[73](h)可穿戴传感器[73]。CIGS 是一种直接带隙半导体材料，其吸收系数在可见光范围内高达 105/c只有 1.5-2.5μm 厚的 CIGS 几乎可以吸收所有入射太阳光，非常适合制备薄膜

（图 1-8 CIGS 薄膜太阳能电池的典型结构铜铟镓硒太阳能电池的制备工艺：首先，在基板上，通过 DC 磁控溅射沉一层金属钼（Mo）作为背电极，然后沉积 p 型 CIGS 吸收层和 CdS 缓冲层，后溅射蒸发一层内在氧化。使用铝掺杂的氧化锌 ZnO：Al（AZO）作为窗口层

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本文编号：2743260