用於空間薄膜太陽能電池的聚合物透明基板材料

《用於空間薄膜太陽能電池的聚合物透明基板材料》是依託華中科技大學，由屠國力擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：用於空間薄膜太陽能電池的聚合物透明基板材料
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：屠國力
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

本項目旨在開發玻璃化轉變溫度達到370℃、1%熱失重達到500℃、可見至近紅外光區（400-1000nm）平均透光率85%以上、熱膨脹和收縮係數小於20ppm/℃，可在太空使用的透明高分子薄膜，為製備空間薄膜太陽能電池提供基板。通過兩個亞甲基橋連的非共軛六元環構建剛性二酐，以三氟甲基提高亞甲基橋的空間穩定性。利用此剛性二酐單體與三氟甲基取代的聯苯二胺及其同分異構體共聚獲得含氟聚醯亞胺。二胺單體中氨基的位置變化用來調控高分子主鏈的扭曲，提高薄膜的透光率。通過多個二胺單體的共聚調節透明薄膜的熱膨脹和收縮率，獲得耐高溫、耐低溫、耐輻照的聚合物透明基板，為我國發展空間太陽能電池奠定材料基礎。

結題摘要

高能量/重量比是空間薄膜太陽能電池的關鍵指標，用高分子材料作基板和蓋板才能獲得高能量/重量比的空間薄膜太陽能電池。聚醯亞胺（PI）是唯一能夠在空間使用、作為空間薄膜太陽能電池基材或者蓋板的聚合物材料。本研究目標是開發高玻璃化轉變和熱失重溫度、高透光率和低熱膨脹係數的透明聚醯亞胺薄膜。借鑑廣泛應的傳統六氟二酐（6FDA）提高聚醯亞胺薄膜透光率和穩定性的思路，我們提出了構建剛性半脂環結構透明聚醯亞胺的方法。通過兩個亞甲基橋連兩個苯環構建剛性半脂環二酐。用-CF3和-F取代亞甲基氫，以三氟甲基提高亞甲基橋穩定性的二酐8FDA。以此剛性二酐單體為基礎，與剛性二胺共聚獲得含氟聚醯亞胺薄膜。通過篩選共聚二胺單體，調節透明薄膜的玻璃化轉變溫度和熱膨脹收縮率。與6FDA對比，8FDA的平面性比由季碳橋連6FDA的平面性好，其線性程度、鏈間相互作用均明顯優於6FDA。因此，基於8FDA聚醯亞胺具有更高的玻璃化轉變溫度和熱分解溫度，更好的尺寸穩定性和機械性能。對比6FDA與TFDB（三氟甲基取代聯苯二胺）共聚的薄膜（玻璃化轉變溫度達到315℃、1%熱失重達到488℃、熱膨脹和收縮係數小於49ppm/℃），基於8FDA-TFDB的新材料，其玻璃化轉變溫度達到401℃、1%熱失重達到518℃、薄膜可見至近紅外光區（400-750nm）平均透光率85%以上、薄膜熱膨脹和收縮係數小於15ppm/℃。基於8FDA,透明聚醯亞胺薄膜的耐高溫性能和尺寸穩定性均有大幅提升，這也是目前公開報導的綜合性能最好的透明聚醯亞胺材料。