用于钙钛矿薄膜太阳能电池的疏水增透阻隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于薄膜封装技术领域，具体涉及一种用于钙钛矿薄膜太阳能电池的疏水增透阻隔膜及其制备方法。该疏水增透阻隔膜是三明治结构，包括柔性基材，水汽阻隔层和微纳结构疏水增透层，其中，水汽阻隔层与微纳结构疏水增透层分置于柔性基材两侧。该阻隔膜不仅能够提高封装后钙钛矿薄膜太阳能电池的水汽阻隔性，即钙钛矿薄膜太阳能电池的寿命，同时微纳结构疏水增透层的引入一方面解决由光线反射造成的太阳能电池的效率损失，另一方面具有耐划伤、疏水、增透和自清洁的效果，可同时替代钙钛矿薄膜太阳能电池外敷含氟膜的工艺，既简化了工艺，提升了电池的性能，又提高了阻隔膜整体的可靠性。可靠性。

【技术实现步骤摘要】
用于钙钛矿薄膜太阳能电池的疏水增透阻隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于薄膜封装
，具体涉及一种用于钙钛矿薄膜太阳能电池的疏水增透阻隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]量子点膜、有机光伏、钙钛矿电池、量子点发光器件、有机电致发光等器件近几年来得到了高速发展，但器件寿命问题一直是产业化过程中的巨大挑战。在产业化应用中，器件需要长时间暴露于水氧，而器件中的有机功能材料和金属电极对水氧极为敏感，很容易与其发生反应，导致器件性能变差、寿命衰减甚至失效。因此必须对器件进行封装，以避免外界的直接物理损伤及其各种化学侵蚀，特别是水氧对器件寿命造成的严重影响。
[0003]目前，高端显示封装用阻隔膜产品的水汽阻隔WVTR可达到10
‑6g/m2/day，完全应用于未来的OLED柔性屏，但其价格都非常昂贵。首先是制备高阻隔膜的设备本身比较昂贵，另外也是由于阻隔层复杂的多层结构及产品的稳定可靠性导致生产的成本也非常高。而且在实际应用中，阻隔膜本身是不耐刮伤的，还需要额外在阻隔层外涂布一层含氟涂层或复合一层氟膜，来进一步降低水汽在阻隔膜表面的凝结，并提高抗刮伤性能。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中阻隔膜存在的技术问题，本专利技术提供了一种具有耐划伤、疏水、增透和自清洁的阻隔膜，可兼具阻隔膜和氟膜两者优势，同时具有减少光线反射，降低太阳能效率损失的效果，且工艺流程简单，生产成本较低，可靠性好。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：/>[0006]本专利技术提供了一种疏水增透阻隔膜，该疏水增透阻隔膜为三明治结构，包括微纳结构疏水增透层、柔性基材、水汽阻隔层；
[0007]其中，所述微纳结构疏水增透层为阵列式的凸点疏水结构，通过卷对卷模版转印工艺制作以形成；
[0008]微纳结构疏水增透层采用的材料为超疏水聚合物材料。该材料和结构的优点在于一方面解决由光线反射造成的太阳能电池的效率损失，另一方面具有耐划伤、疏水、增透和自清洁的效果，可同时替代太阳能电池封装膜外敷含氟膜的工艺，既简化了工艺，提升了电池的性能，又提高了可靠性。
[0009]柔性基材，材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)等有机聚合物材料中的至少一种，柔性的基材具有轻、薄、柔的优势，且更适用于柔性太阳能电池的封装。
[0010]水汽阻隔层为有机物和无机纳米材料的共混层；
[0011]其中，无机纳米材料为氧化硅(SiOx)，氮化硅(SiNx)，三氧化二铝(Al2O3)中的至少一种。有机物为SiCxHyO
Z
、Parylene中的至少一种。
[0012]该阻隔层的优点在于，多叠层的有机/无机水汽阻隔膜不仅具有无机阻隔膜的结
构致密、化学惰性以及化学稳定性高的特点，同时具有柔性与可延展性的特点，因此，该水汽阻隔层适用于柔性太阳能电池的封装，可使电池在挠曲弯折的情况下长期使用，并能保证低的水汽氧气透过率。
[0013]该阻隔膜特殊的三明治结构，透光率高于88％，雾度优于5％，兼具疏水、增透、高阻隔和柔性的优势，能够在提高太阳能电池光学性能的同时，改善其稳定性及延长使用寿命。
[0014]本专利技术还提供了一种疏水增透阻隔膜的制备方法，该方法包括：
[0015]步骤1：制备水汽阻隔层，在柔性基材表面通过化学气相沉积的方法分别制备1μm厚度的有机层，30nm
‑
100nm厚度的无机层，通过有机/无机多层循环，获得至少3个有机/无机叠层结构的水汽阻隔层。有机层的优势在于提供阻隔膜柔性，弥补无机层的内部缺陷，但由于有机层的水汽阻隔性相对较差(＞1g/m2/day)，厚度需控制在1μm以内，以消除水汽从阻隔层侧边渗入的影响。无机层的优势在于提供阻隔膜的高阻隔性，大于30nm的无机层就能获得低于10
‑2g/m2/day的水汽阻隔性，但随着无机层厚度增加，无机膜内部应力增加，且无机膜生长过程中一些晶格、孔隙的缺陷并不能随着无机膜厚度的增加而消失，特别是当无机层厚度超过100nm以后，其阻隔性增加并不明显，但更容易开裂，缺乏柔性。因此必须使用有机/无机的叠层结构，通过一定厚度的有机层来弥补无机层的内部缺陷，延长水汽渗透路径，进一步提升阻隔性和柔性。
[0016]步骤2：制备微纳结构疏水增透层的压印模版
[0017]首先，在玻璃片表面均匀涂覆一层光刻胶掩模层，对光刻胶掩膜层进行曝光、显影，形成光刻掩膜图形结构；
[0018]其次，对光刻掩膜图形结构进行热熔，使得圆柱形光刻胶柱形成球面微透镜形态结构，并紧密排列，为第一级结构；以氦离子束对已形成的微结构进行局部注入，在微透镜表面形成圆柱状的纳米级乳突结构，呈稀疏排列，为第二级结构，这是一种类似昆虫复眼结构的微纳米分级结构，兼具耐划伤、疏水、增透和自清洁的效果；随后继续高温固化，在玻璃基底的表面形成光刻胶微纳米分级结构的图形；
[0019]最后，通过结构表面敏化、银镜反应和电镀工艺，将玻璃基底表面的微纳米分级结构图形转移到硬质镍板表面，通过镍板拼接，可获得大面积微纳结构压印镍模板。
[0020]步骤3：在带有水汽阻隔层的柔性基材另一侧制备微纳结构疏水增透层，将步骤2获得的大面积微纳结构压印镍模板包覆到压印机覆膜辊表面，通过纳米压印工艺将微纳结构通过超疏水聚合物材料转移至步骤1获得的带有水汽阻隔层的柔性基材另一侧进行表面固化，得到疏水增透阻隔膜，该步骤优点在于适合于大面积、卷对卷、批量化生产。
[0021]超疏水聚合物材料，其制备方法包括：
[0022]机械共混，将用于改性的疏水材料与聚合物材料，进行机械搅匀，加入催化剂，反应后得到超疏水聚合物材料可直接用于卷对卷纳米压印工艺，以获得微纳结构疏水增透层；
[0023]或者：表面修饰，将聚合物材料直接以纳米压印获得微纳结构后，利用湿法浸渍、喷涂、热蒸发、化学气相沉积中的至少一种，将疏水材料对微纳结构表面进行疏水处理。
[0024]其优点在于，形成疏水的微纳结构可防止水汽在封装器件表面的附着和凝结。
[0025]超疏水聚合物材料，疏水材料为疏水二氧化硅、硅烷偶联剂、羟基硅油、氟硅烷、
parylene中的一种，聚合物为环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯中的一种，催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、单丁基氧化锡中的一种，催化剂的引入可促使聚合物的疏水改性。
[0026]机械共混方法，疏水材料、聚合物和催化剂的摩尔比为0.2～1.5:1:0.005～0.05
[0027]表面修饰方法，微纳结构表面的疏水层厚度为0.05μm
‑
2μm。在此配比下可以实现聚合物的疏水改性，同时不影响其转印性能，而催化剂的加入则提高了反应速率。
[0028]微纳米分级结构，其中第一级微米半球状密排结构的口径介于10μm～50μm，第二级纳米乳突结构的直径和高度介于100nm～500nm，分布间距介于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种疏水增透阻隔膜，其特征在于：所述疏水增透阻隔膜为三明治结构，包括微纳结构疏水增透层、柔性基材、水汽阻隔层；其中，所述微纳结构疏水增透层采用的材料为超疏水聚合物材料，为阵列式的凸点疏水结构，通过卷对卷模版转印工艺制作形成；所述的水汽阻隔层为有机物和无机纳米材料的共混层。2.根据权利要求1所述的疏水增透阻隔膜，其特征在于：所述的柔性基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)中的至少一种；所述无机纳米材料为氧化硅(SiO
x
)，氮化硅(SiN
x
)，三氧化二铝(Al2O3)中的至少一种，有机物为SiCxHyO
Z
、Parylene中的至少一种；所述超疏水聚合物材料为聚氨酯、聚丙烯酸酯、环氧树脂、Parylene中的至少一种。3.根据权利要求1所述的疏水增透阻隔膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法步骤如下：步骤1：制备水汽阻隔层在柔性基材表面通过化学气相沉积的方法分别制备1μm厚度的有机层，30nm
‑
100nm厚度的无机层，通过有机/无机多层循环，获得至少3个有机/无机叠层结构的水汽阻隔层；步骤2：制备微纳结构疏水增透层的压印模版首先，在玻璃片表面均匀涂覆一层光刻胶掩模层，对光刻胶掩膜层进行曝光、显影，形成光刻掩膜图形结构；其次，对光刻掩膜图形结构进行热熔，使得圆柱形光刻胶柱形成球面微透镜形态结构，并紧密排列，为第一级结构；以氦离子束对已形成的微结构进行局部注入，在微透镜表面形成圆柱状的纳米级乳突结构，呈稀疏排列，为第二级结构；随后继续高温固化，在玻璃基底的表面形成光刻胶微纳米分级结构的图形；最后，通过结构表面敏化、银镜反应和电镀工艺，将玻璃基底表面的微纳米分级结构图形转移到硬质镍板表面，通过镍板拼接，可...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁宁一，王凯丰，费斐，王书博，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：