太阳能电池用微孔ito纳米材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种太阳能电池用微孔ITO纳米材料的制备方法，采用本发明的以超临界流体熔喷纺丝制备聚合物微孔ITO类纤维的方法，制得超细（20-9000nm）的微孔ITO类纤维。通过优化工艺，控制微孔结构和分子链取向得到性能优良的微孔ITO类纤维。以满足太阳能电池功能性玻璃和宽频谱轻质伪装隐身材料等军事难题等方面的需求。
【专利说明】太阳能电池用微孔ITO纳米材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发电纤维【技术领域】，具体涉及一种太阳能电池用微孔ITO纳米材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米技术作为21世纪的一个重要新兴科技领域，在理论与实践上正经历着高速的发展。大量新型纳米材料与器件不断被开发出来，并在生物医学、国防以及人们日常生活的各个领域中展现出前所未有的应用前。然而，纳米技术发展到今日，大量的研究都集中于开发高灵敏度，高性能的纳米器件，几乎还没有任何关于纳米尺度的电源系统研究。
[0003]随着信息技术和光电产品的飞跃发展，η型半导体材料掺锡氧化铟纳米微粉以其良好的导电性能、较高的可见光范围内的透光率和化学稳定性以及与基体的良好结合性能，已越来越受到广泛关注，逐渐成为一种重要的新型功能材料，已在很多领域得到广泛应用，如平面显示(液晶显示器(IXD)、有机电致发光显示器(OLED))、太阳能电池、传感器、、电致变色灵巧窗、汽车挡风玻璃、冰柜的透明隔热层、微波屏蔽和防护镜以及太阳能电池等功能性玻璃和军事航空等方面。此外，因为ITO粉末具有高可见光透过率和中远外波段优良的红外反射性能及微波衰减性能:对可见光的透过率达95%以上，对红外光的发射率大于70%，对紫外的吸收率大于85%，对微波的衰减达85%以上，这种新型材料有可能实现红外和雷达及可见光隐身的一体化，可望解决宽频谱轻质伪装隐身材料难题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种太阳能电池用微孔ITO纳米材料的制备方法。
[0005]为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下:
本发明的太阳能电池用微孔ITO纳米材料的制备方法，其特征在于:包括如下步骤:
(1)将铟前躯体、锡前躯体、表面活性剂和有机粘结剂一起混合在溶剂中，铟、锡的离子比为90:10-80:20，其中金属离子浓度调整在0.6M-0.7M之间，将以上材料导入装有内衬的高压反应釜内均匀搅拌混合得到共混物；其中表面活性剂添加量为0.1_1%，有机粘结剂添加量为1-5% ；
(2)将超临界流体导入高压反应釜内，与上述共混物混合并维持一定压力为7-17MPa，在50-380°C度下搅拌使原料混合均匀，同时在超临界流体中反应20-28小时；
(3)将上述均匀混合材料定量喂入螺杆，在螺杆进料段被输送和均匀共混，继而经螺杆压缩段压实并逐渐成均相体；
(4)在过滤器部分，均相体经过过滤介质，滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂；
(5)在计量泵部分，均相体经齿轮计量泵进行熔体计量，以精确控制纤维细度和均匀度；
(6)均相体经熔喷模头入口区、孔流区和膨化区从模头喷丝孔挤出； (7)从模头喷丝孔挤出的均相体体细流因环境压力突然降低发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细；同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细微孔类纤维；
(8)经自然冷却后得到纤维放入烘箱，将其加热到95-105°C左右进行烘干，再经高温6000C - 1000°C锻烧5-25小时，使其氧化成In2O3和SnO 2，随炉冷却至室温，制备出浅黄色微孔ITO纳米纤维。
[0006]所述的铟前躯体为丁氧基铟、异丙氧基铟、五水硝酸铟、甲醇铟、乙醇铟或异丁醇铟中的任意一种。
[0007]所述的锡前躯体为丁氧基锡、异丙氧基锡、氯化锡、乙醇锡、丙醇锡、正丁醇锡中的任意一种。
[0008]所述的溶剂为乙醇、丁醇、异丙醇或乙酰丙酮中的任意一种。
[0009]所述的表面活性剂吐温-80。
[0010]所述的有机粘结剂为聚乙烯醇或聚乙二醇。
[0011]所述超临界流体为超临界N2或者超临界C02。
[0012]所述超临界流体为超临界队时，其温度为50~380°C，压力为7~40MPa，超临界\与共混物的质量比为1:400-1 =10
[0013]所述超临界流体为超临界0)2时，其温度为50~380°C，临界压力为7~40MPa，超临界CO2与共混物的质量比为1:100~1:10ο
[0014]所述的均相体与外界的压力差为7~40MPa，熔喷速率为10~2000cm3/s。
[0015]采用本发明的以超临界流体熔喷纺丝制备聚合物微孔ITO类纤维的方法，制得超细(20-9000nm)的微孔ITO类纤维。通过优化工艺，控制微孔结构和分子链取向得到性能优良的微孔ITO类纤维。以满足太阳能电池功能性玻璃和宽频谱轻质伪装隐身材料等军事难题等方面的需求。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
将以In(NO3)3.4.5H20和SnCl.5Η20为前驱物，将其溶于硝酸中，然后加入氨水，经过搅拌和洗涤处理，得到白色凝胶状沉淀，再加入适量硝酸得到溶胶，再加入适量去离子水，将溶胶中的金属离子浓度调整在0.6Μ.0.7Μ之间，导入装有内衬的高压反应釜内均匀混合。将温度为50-380°C，压力为7-40MPa的超临界C02导入高压反应釜内与上述材料均匀混合，超临界C02与共混物的质量比为1:100~1:10。在上述保温温度下搅拌使原料混合均匀，超临界流体中反应合成时间为24小时。将上述均匀混合材料定量喂入螺杆，在螺杆进料段被输送和均匀共混，继而经螺杆压缩段压实并逐渐均相体。均相体应经过过滤介质，滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。均相体经齿轮计量泵进行熔体计量，以精确控制纤维细度和均匀度。均相体经熔喷模头入口区、孔流区和膨化区从模头喷丝孔挤出，熔喷速率为10-2000 cm3/s。从模头喷丝孔挤出的均相体体细流因环境压力突然降低发生膨化胀大的同时，受到两侧90°C高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细微孔类纤维。将其加热到100°C左右进行烘干，再经高温600°C - 1000°C锻烧5-25小时，使其氧化成In2O3和SnO 2，随炉冷却至室温，制备出浅黄色纳米ITO超细微孔类纤维。
[0017]实施例2
将五水硝酸铟晶体加入乙酰丙酮，以DTA作为溶胶稳定助剂形成液体，氯化锡溶解在微量乙醇形成液体,将以上液体同时导入装有内衬的高压反应釜内均匀混合。将80°C，16MPa超临界C02导入高压反应釜内与上述材料均匀混合。在上述保温温度下搅拌使原料混合均匀，超临界流体中反应合成时间为24小时。高压反应釜上述均匀混合材料定量喂入螺杆，在螺杆进料段被输送和均匀共混，继而经螺杆压缩段压实并逐渐均相体；均相体应经过过滤介质，滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂；均相体经齿轮计量泵进行熔体计量，以精确控制纤维细度和均匀度；均相体经熔喷模头入口区、孔流区和膨化区从模头喷丝孔挤出；从模头喷丝孔挤出的均相体体细流因环境压力突然降低发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细微孔类纤维；将其加热到100°C左右进行烘干，再经高温600°C - 1000°C锻烧5-25小时，使其氧化成In2O3和SnO 2，随炉冷却至室温，制备出浅黄色纳米ITO超细微孔类纤维。
[0018]实施例3
将三氯化铟和二氯化锡为前驱物，将其分别溶于乙酰丙酮和无水乙醇中，而后同时导入装有内衬的高压反应釜内均匀混合。将50°C，7MPa超临界N2导入高压反应釜内与上述材料均匀混合。在上述保温温度下搅拌使原料混合均匀，超临界流体中反应合成时间为24小时。高压反应釜上述均匀混合材料定量喂入螺杆，在螺杆进料段被输送和均匀共混，继而经螺杆压缩段压实并逐渐均相体。均相体应经过过滤介质，滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂。均相体经齿轮计量泵进行熔体计量，以精确控制纤维细度和均匀度。均相体经熔喷模头入口区、孔流区和膨化区从模头喷丝孔挤出。从模头喷丝孔挤出的均相体体细流因环境压力突然降低发生膨化胀大的同时，受到两侧290°C高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细微孔类纤维。将其加热到100°C左右进行烘干，再经高温600°C- 1000°C锻烧5-25小时，使其氧化成In2O3和SnO 2，随炉冷却至室温，制备出浅黄色纳米ITO超细微孔类纤维。
[0019]实施例4
将利用三氯化铟和二氯化锡(铟锡摩尔比按4:1)的乙醇溶液，添加聚乙烯醇PVA及表面活性剂吐温-80等形成溶液，导入装有内衬的高压反应釜内均匀混合。将80°C，16 MPa超临界N2导入高压反应釜内与上述材料均匀混合。在上述保温温度下搅拌使原料混合均匀，超临界流体中反应合成时间为24小时。高压反应釜上述均匀混合材料定量喂入螺杆，在螺杆进料段被输送和均匀共混，继而经螺杆压缩段压实并逐渐均相体；均相体应经过过滤介质，滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂；均相体经齿轮计量泵进行熔体计量，以精确控制纤维细度和均匀度；均相体经熔喷模头入口区、孔流区和膨化区从模头喷丝孔挤出；从模头喷丝孔挤出的均相体体细流因环境压力突然降低发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细。同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细微孔类纤维；将其加热到100°C左右进行烘干，再经高温600°C - 1000°C锻烧5-25小时，使其氧化成In2O3和SnO 2，随炉冷却至室温，制备出浅黄色纳米ITO超细微孔类纤维。
【权利要求】
1.一种太阳能电池用微孔110纳米材料的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)将铟前躯体、锡前躯体、表面活性剂和有机粘结剂一起混合在溶剂中，铟、锡的离子比为90:10-80:20，其中金属离子浓度调整在0.61-0.71之间，将以上材料导入装有内衬的高压反应釜内均匀搅拌混合得到共混物；其中表面活性剂添加量为0.1-1%，有机粘结剂添加量为1-5% ； (2)将超临界流体导入高压反应釜内，与上述共混物混合并维持一定压力为7-17^^，在50-3801度下搅拌使原料混合均匀，同时在超临界流体中反应20-28小时； (3)将上述均匀混合材料定量喂入螺杆，在螺杆进料段被输送和均匀共混，继而经螺杆压缩段压实并逐渐成均相体； (4)在过滤器部分，均相体经过过滤介质，滤去杂质； (5)在计量泵部分，均相体经齿轮计量泵进行熔体计量，以精确控制纤维细度和均匀度； (6)均相体经熔喷模头入口区、孔流区和膨化区从模头喷丝孔挤出； (7)从模头喷丝孔挤出的均相体体细流因环境压力突然降低发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细；同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细微孔类纤维； (8)经自然冷却后得到纤维放入烘箱，将其加热到95-1051左右进行烘干，再经高温60000 - 10001锻烧5-25小时，使其氧化成111203和&10 2，随炉冷却至室温，制备出浅黄色微孔110纳米纤维。
2.根据权要求1所述的太阳能电池用微孔110纳米材料的制备方法，其特征在于:所述的铟前躯体为丁氧基铟、异丙氧基铟、五水硝酸铟、甲醇铟、乙醇铟或异丁醇铟中的任意一种。
3.根据权要求1所述的太阳能电池用微孔110纳米材料的制备方法，其特征在于:所述的锡前躯体为丁氧基锡、异丙氧基锡、氯化锡、乙醇锡、丙醇锡、正丁醇锡中的任意一种。
4.根据权要求1太阳能电池用微孔110纳米材料的制备方法，其特征在于:所述的溶剂为乙醇、丁醇、异丙醇或乙酰丙酮中的任意一种。
5.根据权要求1所述的太阳能电池用微孔110纳米材料的制备方法，其特征在于:所述的表面活性剂吐温-80。
6.根据权要求1所述的太阳能电池用微孔110纳米材料的制备方法，其特征在于:所述的有机粘结剂为聚乙烯醇或聚乙二醇。
7.根据权要求1所述的太阳能电池用微孔110纳米材料的制备方法，其特征在于:所述超临界流体为超临界％或者超临界⑶2。
8.根据权要求1所述的太阳能电池用微孔110纳米材料的制备方法，其特征在于:所述超临界流体为超临界队时，其温度为50~3801，压力为7~401？?超临界化与共混物的质量比为 1:400-1:10。
9.根据权要求1所述的太阳能电池用微孔110纳米材料的制备方法，其特征在于:所述超临界流体为超临界(?时，其温度为50~3801，临界压力为7~401？?超临界⑶2与共混物的质量比为1:100~1:10。
10.根据权要求1所述的压电式发电机用微孔110纳米纤维的制备方法，其特征在于: 所述的均相体与外界的压力差为7~40腿^，熔喷速率为10~20006111378。
【文档编号】B82Y40/00GK104445374SQ201410660638
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】王晓云, 史敬天, 郭道勤, 郝斐, 王一鸣, 张磊, 程坤鹏 申请人:国网河南省电力公司濮阳供电公司, 国家电网公司