可降解型光电材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种可降解型光电材料及其制备方法，组分及各组分质量份数如下：酞菁锰10~20份，二氧化硅8~15份，二甲亚砜1~6份，聚苯胺2~8份，聚乳酸20~40份，硬酯酸锌1~8份，乙烯基咔唑2~8份，N,N'-二正丙基-1,6,7,12-四苯氧基-3,4,9,10-苝四羧酸亚胺(PTC) 5~15份，甲胺1.2~3.7份，光稳定剂0.18~1.25份，紫外吸收剂1.8~3.5份。还包括苝四酸二酰亚胺0.31~1.92份。可降解型光电材料具有双重导电性能，毒性小，环境污染小，可降解，光电转换效率高，并且重量相对较轻，制备方法简单易行，生产成本低。
【专利说明】可降解型光电材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池材料【技术领域】，具体涉及一种可降解型光电材料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 短缺的能源已严重影响人们的生活和制约社会的发展。丰富的太阳能是重要的清 洁能源，是取之不尽、用之不竭、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。第一次石油危机 之后，各国竞相开展太阳能、水能、风能等清洁和可再生能源的应用研究，尤其是太阳能的 应用研究最为广泛。
[0003] 太阳能作为一种绿色能源对环境没有任何无污染性，而且它的来源简单，可以说 是在人类的生存年限内其是取之不尽用之不竭的。太阳能不仅是一次性能源，还是清洁能 源，它资源丰富、普遍存在、无需运输、还可免费使用、最重要的是对环境没有任何污染。太 阳能电池也因太阳能的特殊性具有许多其他发电方式所不具备的优点：不受地域限制、不 消耗燃料、规模可大可小、灵活性大、无污染、无噪音、安全可靠、建设周期短、维护简单、最 具有大规模应用的可能性。所以很多专家把太阳能能源作为可替代的能源去开发，希望太 阳能够造福于人类。现如今所使用的太阳能有很大一部分是由太阳电池转换得来的。因为 太阳能电池对光有感应，能够把照射在其表面的光能转换为电能。目前，在有关专家的努 力下，太阳能电池己经走向了商业化和产业化。
[0004] 太阳能电池是实现光电转换的重要装置，其中利用到的最重要的原理就是光生 伏特效应，所以太阳能电池也被称为光伏电池。当太阳光或是其他光福射到半导体材料上 时，价带电子会吸收一部分的光子能量，电子得到能量后受激发跃迁到导带，这样就会在 价带形成一个空穴，而导带多出一个电子，形成电子空穴对。由于当P型半导体和N型半 导体相接触时形成P-N结，多子的扩散会在P型半导体和N型半导体接触处形成空间电荷 区，并且出现一个不断增强的由N型指向P型的内建电场，从而产生少子的漂移电流。当 多子的扩散电流和少子的漂移电流相等时，形成动态平衡。因此太阳能电池中起着关键作 用的光电材料决定着太阳能的效率。目前对于太阳能电池材料研究越来越深入，大多致力 于提高太阳能电池的光电转换效率，但是各种含铬、锡等重金属元素的电机材料严重污染 环境，废弃太阳能电池的回收是值得研究的问题，因此急需开发新型可降解性光电材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种可降解型光电材料及其制备方法，具有双重导电性能， 毒性小，环境污染小，可降解，光电转换效率高，并且重量相对较轻，制备方法简单易行，生 产成本低。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为： 一种可降解型光电材料，组分及各组分质量份数如下：酞菁锰1(T20份，二氧化硅 8?15份，二甲亚砜1飞份，聚苯胺2?8份，聚乳酸2(T40份，硬酯酸锌广8份，乙烯基咔唑 2?8份，N，N' -二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺（PTC) 5?15份， 甲胺1. 2~3. 7份，光稳定剂0. 18~1. 25份，紫外吸收剂1. 8~3. 5份。
[0007] 所述光稳定剂为光稳定剂770或者光稳定剂GW-540。
[0008] 还包括茈四酸二酰亚胺0.31?1.92份。
[0009] 所述紫外吸收剂为水杨酸苯酯或者UV-317。
[0010] 可降解型光电材料，组分及各组分质量份数如下：酞菁锰12~18份，二氧化硅 1(T13份，二甲亚砜2飞份，聚苯胺4飞份，聚乳酸25?35份，硬酯酸锌2飞份，乙烯基咔 唑4?7份，N，N' -二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺9?13份，甲胺 1.8?3份，光稳定剂0.6、.9份，茈四酸二酰亚胺0.8?1.5份，紫外吸收剂2?3份。
[0011] 可降解型光电材料，组分及各组分质量份数如下：酞菁锰15份，二氧化硅12份， 二甲亚砜4份，聚苯胺5份，聚乳酸30份，硬酯酸锌4份，乙烯基咔唑5.5份，N，N'_二正 丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺11份，甲胺2份，光稳定剂0.8份， 茈四酸二酰亚胺1.3份，紫外吸收剂2. 4份。
[0012] 可降解型光电材料的制备方法，包括如下步骤： 1 )、将酞菁锰与乙烯基咔唑混匀，抽真空，在氮气保护下，加入聚苯胺和聚乳酸，搅拌， 升温至8(n〇(TC，制得悬浊液； 2) N，N'-二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺溶于二甲亚砜中， 加热至完全溶解，然后滴加甲胺，滴加速度为l~5mL/min，加热至9(Tl20°C，反应l~3h，放置 冷却至室温，30(T5(K) rpm转速搅拌下加入二氧化硅、硬酯酸锌，持续搅拌2飞h，得混溶液； 3) 将步骤2)的混溶液加入到步骤1)的悬浊液中，然后加入光稳定剂和紫外吸收剂，置 于微波反应釜中，微波功率80(Tl200W，微波反应时间为2~8min，反应结束，以蒸馏水洗涤， 干燥得产品可降解型光电材料。
[0013] 步骤1)中升温至90°C。
[0014] 步骤2)中滴加速度为2mL/min。
[0015] 步骤3)中微波功率1000W，微波反应时间为4min。
[0016] 有益效果：本发明提供的一种可降解型光电材料及其制备方法，具有双重导电性 能，毒性小，环境污染小，可降解，光电转换效率高，并且重量相对较轻，制备方法简单易行， 生产成本低。
【具体实施方式】
[0017] 实施例1 一种可降解型光电材料，组分及各组分质量份数如下：酞菁锰10份，二氧化硅8份， 二甲亚砜1份，聚苯胺2份，聚乳酸20份，硬酯酸锌1份，乙烯基咔唑2份，N，N'_二正丙 基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺（PTC) 5份，甲胺1. 2份，光稳定剂770 〇. 18份，紫外吸收剂水杨酸苯酯1. 8份。
[0018] 制备方法，包括如下步骤： 1 )、将酞菁锰与乙烯基咔唑混匀，抽真空，在氮气保护下，加入聚苯胺和聚乳酸，搅拌， 升温至90°C，制得悬浊液； 2) N，N'_二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺溶于二甲亚砜中， 加热至完全溶解，然后滴加甲胺，滴加速度为2mL/min，加热至100°C，反应2h，放置冷却至 室温，400rpm转速搅拌下加入二氧化娃、硬酯酸锌，持续搅拌3h，得混溶液； 3)将步骤2)的混溶液加入到步骤1)的悬浊液中，然后加入光稳定剂和紫外吸收剂，置 于微波反应釜中，微波功率1000W，微波反应时间为4min，反应结束，以蒸馏水洗涤，干燥得 产品可降解型光电材料。
[0019] 实施例2 一种可降解型光电材料，组分及各组分质量份数如下：酞菁锰20份，二氧化硅15份， 二甲亚砜6份，聚苯胺8份，聚乳酸40份，硬酯酸锌8份，乙烯基咔唑8份，N，N'_二正丙 基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺（PTC) 15份，甲胺3. 7份，光稳定剂770 1. 25份，紫外吸收剂水杨酸苯酯3. 5份。
[0020] 制备方法，包括如下步骤： 1 )、将酞菁锰与乙烯基咔唑混匀，抽真空，在氮气保护下，加入聚苯胺和聚乳酸，搅拌， 升温至90°C，制得悬浊液； 2) N，N' -二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺溶于二甲亚砜中， 加热至完全溶解，然后滴加甲胺，滴加速度为2mL/min，加热至KKTC，反应2h，放置冷却至 室温，400rpm转速搅拌下加入二氧化娃、硬酯酸锌，持续搅拌3h，得混溶液； 3) 将步骤2)的混溶液加入到步骤1)的悬浊液中，然后加入光稳定剂和紫外吸收剂，置 于微波反应釜中，微波功率1000W，微波反应时间为4min，反应结束，以蒸馏水洗涤，干燥得 产品可降解型光电材料。
[0021] 实施例3 可降解型光电材料，组分及各组分质量份数如下：酞菁锰12份，二氧化硅10份，二 甲亚砜2份，聚苯胺4份，聚乳酸25份，硬酯酸锌2份，乙烯基咔唑4份，N，N'_二正丙 基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺9份，甲胺1.8份，光稳定剂GW-540 0.6 份，茈四酸二酰亚胺0.8份，紫外吸收剂UV-317 2份。
[0022] 制备方法，包括如下步骤： 1 )、将酞菁锰与乙烯基咔唑混匀，抽真空，在氮气保护下，加入聚苯胺和聚乳酸，搅拌， 升温至90°C，制得悬浊液； 2) N，N' -二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺、茈四酸二酰亚胺 溶于二甲亚砜中，加热至完全溶解,然后滴加甲胺，滴加速度为2mL/min，加热至100°C,反 应2h，放置冷却至室温，400rpm转速搅拌下加入二氧化硅、硬酯酸锌，持续搅拌3h，得混溶 液； 3) 将步骤2)的混溶液加入到步骤1)的悬浊液中，然后加入光稳定剂和紫外吸收剂，置 于微波反应釜中，微波功率1000W，微波反应时间为4min，反应结束，以蒸馏水洗涤，干燥得 产品可降解型光电材料。
[0023] 实施例4 可降解型光电材料，组分及各组分质量份数如下：酞菁锰18份，二氧化硅13份，二 甲亚砜5份，聚苯胺6份，聚乳酸35份，硬酯酸锌6份，乙烯基咔唑7份，N，N'_二正丙 基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺13份，甲胺3份，光稳定剂GW-540 0.9 份，茈四酸二酰亚胺1.5份，紫外吸收剂UV-317 3份。
[0024] 制备方法，包括如下步骤： 1 )、将酞菁锰与乙烯基咔唑混匀，抽真空，在氮气保护下，加入聚苯胺和聚乳酸，搅拌， 升温至90°C，制得悬浊液； 2) N，N' -二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺、茈四酸二酰亚胺 溶于二甲亚砜中，加热至完全溶解,然后滴加甲胺，滴加速度为2mL/min，加热至100°C,反 应2h，放置冷却至室温，400rpm转速搅拌下加入二氧化硅、硬酯酸锌，持续搅拌3h，得混溶 液； 3) 将步骤2)的混溶液加入到步骤1)的悬浊液中，然后加入光稳定剂和紫外吸收剂，置 于微波反应釜中，微波功率1000W，微波反应时间为4min，反应结束，以蒸馏水洗涤，干燥得 产品可降解型光电材料。
[0025] 实施例5 可降解型光电材料，组分及各组分质量份数如下：酞菁锰15份，二氧化硅12份，二甲 亚砜4份，聚苯胺5份，聚乳酸30份，硬酯酸锌4份，乙烯基咔唑5. 5份，N，N' -二正丙 基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺11份，甲胺2份，光稳定剂770 0.8份， 茈四酸二酰亚胺1.3份，紫外吸收剂水杨酸苯酯2. 4份。
[0026] 制备方法，包括如下步骤： 1 )、将酞菁锰与乙烯基咔唑混匀，抽真空，在氮气保护下，加入聚苯胺和聚乳酸，搅拌， 升温至90°C，制得悬浊液； 2) N，N' -二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺、茈四酸二酰亚胺 溶于二甲亚砜中，加热至完全溶解,然后滴加甲胺，滴加速度为2mL/min，加热至100°C,反 应2h，放置冷却至室温，400rpm转速搅拌下加入二氧化硅、硬酯酸锌，持续搅拌3h，得混溶 液； 3) 将步骤2)的混溶液加入到步骤1)的悬浊液中，然后加入光稳定剂和紫外吸收剂，置 于微波反应釜中，微波功率1000W，微波反应时间为4min，反应结束，以蒸馏水洗涤，干燥得 产品可降解型光电材料。
[0027] 对实施例1~5可降解型光电材料进行了热重分析（TG)和差热扫描量热分析（DSC) 的测试，加热速率为20 °C/min，热重分析（TG)热分解温度结果见表1。
[0028] 采用土壤填埋法，称一定质量的可降解型光电材料与一定质量的土壤混匀，记总 质量；然后将混有可降解型光电材料的土壤样品置于环境中，各一段时间称其质量，记录质 量变化，质量减少量比原始可降解型光电材料质量得到降解率，表1中的降解率为一年时 的降解性。
[0029] 表 1 :
【权利要求】
1. 一种可降解型光电材料，其特征在于组分及各组分质量份数如下：酞菁锰1(T20 份，二氧化硅8?15份，二甲亚砜1飞份，聚苯胺2?8份，聚乳酸2(T40份，硬酯酸锌广8 份，乙烯基咔唑2?8份，N，N' -二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺 (PTC) 5?15份，甲胺1. 2?3. 7份，光稳定剂0. 18?1. 25份，紫外吸收剂1. 8?3. 5份。
2. 根据权利要求1所述可降解型光电材料，其特征在于：所述光稳定剂为光稳定剂770 或者光稳定剂GW-540。
3. 根据权利要求1所述可降解型光电材料，其特征在于：还包括茈四酸二酰亚胺 0? 31 ?1. 92 份。
4. 根据权利要求1所述可降解型光电材料，其特征在于：所述紫外吸收剂为水杨酸苯 酯或者UV-317。
5. 根据权利要求1所述可降解型光电材料，其特征在于组分及各组分质量份数如下： 酞菁锰12?18份，二氧化硅1(T13份，二甲亚砜2飞份，聚苯胺4?6份，聚乳酸25?35份， 硬酯酸锌2飞份，乙烯基咔唑4?7份，N，N'_二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈 四羧酸亚胺扩13份，甲胺1.82份，光稳定剂0.6、. 9份，茈四酸二酰亚胺0.81. 5份，紫 外吸收剂2~3份。
6. 根据权利要求5所述可降解型光电材料，其特征在于组分及各组分质量份数如下： 酞菁锰15份，二氧化硅12份，二甲亚砜4份，聚苯胺5份，聚乳酸30份，硬酯酸锌4份， 乙烯基咔唑5.5份，N，N'_二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺11 份，甲胺2份，光稳定剂0.8份，茈四酸二酰亚胺1.3份，紫外吸收剂2. 4份。
7. 权利要求1所述可降解型光电材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤： 1) 、将酞菁锰与乙烯基咔唑混匀，抽真空，在氮气保护下，加入聚苯胺和聚乳酸，搅拌， 升温至8(n〇(TC，制得悬浊液； 2. N，N' -二正丙基-1，6, 7, 12-四苯氧基-3, 4, 9, 10-茈四羧酸亚胺溶于二甲亚砜中， 加热至完全溶解，然后滴加甲胺，滴加速度为l~5mL/min，加热至9(Tl20°C，反应l~3h，放置 冷却至室温，30(T5(K)rpm转速搅拌下加入二氧化硅、硬酯酸锌，持续搅拌2飞h，得混溶液； 3) 将步骤2)的混溶液加入到步骤1)的悬浊液中，然后加入光稳定剂和紫外吸收剂，置 于微波反应釜中，微波功率80(Tl200W，微波反应时间为2~8min，反应结束，以蒸馏水洗涤， 干燥得产品可降解型光电材料。
8. 根据权利要求7所述可降解型光电材料的制备方法，其特征在于：步骤1)中升温至 90。。。
9. 根据权利要求7所述可降解型光电材料的制备方法，其特征在于：步骤2)中滴加速 度为 2mL/min〇
10. 根据权利要求7所述可降解型光电材料的制备方法，其特征在于：步骤3)中微波 功率1000W，微波反应时间为4min。
【文档编号】H01L51/46GK104377305SQ201410641412
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月13日 优先权日:2014年11月13日
【发明者】黄新东, 刘天人 申请人:无锡中洁能源技术有限公司