含有悬浮ZNO颗粒的水性组合物制造技术

本发明专利技术涉及一种水性组合物，所述水性组合物包含ZnO颗粒悬浮液和具有羧酸官能团和羧酸盐官能团的聚合物稳定剂。

Aqueous compositions containing suspended ZNO particles

The present invention relates to an aqueous composition comprising a ZnO particle suspension and a polymer stabilizer having a carboxylic acid functional group and a carboxylic acid functional group.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种水性组合物，其包含在存在具有羧酸和羧酸盐官能团的稳定剂的情况下悬浮的ZnO颗粒。本专利技术的应用领域具体地讲涉及光伏电池。
技术介绍
由于太阳能是可在世界上所有地区自由使用的可再生能源，将其转换为电能将是未来数十年的主要问题。通常，允许这种类型的转换的器件具体地讲是基于硅的光伏电池、薄膜器件、异质结电池或混合无机/有机电池。在这些各种技术中，基于硅的器件仍然是主要的。然而，这些仍然需要改进，因为它们的能量产率(太阳能/电转化)通常不超过25％，而理论限值为约33.5％。该产率损失(<25％与33.5％)是因为结晶有机硅只能吸收通常在300和1100nm之间的可见光域和近红外域中的光子，最大吸收波长为600nm。因此，来自太阳的电磁辐射仅部分地被硅吸收。因此，与提高有机硅基电池的产率有关的问题之一在于吸收至少一部分紫外或红外辐射。事实上，问题是吸收紫外域或红外域中的光子，然后在硅吸收的可见光域中发射光子。因此，该技术包括改变光子的能量。为了实现这一点，可用一层透明材料覆盖硅，该材料可以在紫外域或红外域中吸收并在可见光域中再发射。就此而言，已证实氧化锌ZnO允许光子在紫外域中被吸收并在可见光域中再发射。然而，并非所有ZnO颗粒都能获得这些特性；所述特性具体地讲取决于颗粒的表面状态以及所用的有机稳定剂/配体。此外，使用这种类型的材料需要具有随时间推移和在使用条件下稳定的包装。这种材料还必须是透明的，并且易于使用。本专利技术涉及一种悬浮在水性介质中的ZnO颗粒的稳定组合物，其解决了与改善硅基光伏电池的产率相关的技术问题，同时随时间推移保持稳定。
技术实现思路
本专利技术涉及一种悬浮ZnO颗粒的水性组合物，其呈现出与现有技术的组合物相关的增加的稳定性，还具有使其特别适合用于光伏领域的发光产率。申请人已经发现使用特定的稳定剂可以制备ZnO颗粒的稳定水性悬浮液。更具体地讲，本专利技术涉及一种水性组合物，其包含ZnO颗粒悬浮液和具有羧酸官能团和羧酸盐官能团的聚合物稳定剂。聚合物稳定剂使悬浮的ZnO颗粒得以保持并且随时间推移提供必要的稳定性。这些特性源于羧酸和羧酸盐官能团的组合存在。聚合物稳定剂有利地是水溶性的。换句话讲，它在使用条件下有利地溶于水中。与现有技术的组合物相比，该悬浮液可以脱水形成粉末形式的组合物。粉末形式的组合物之后可以再分散在水中，并且仍具有初始的稳定特性。聚合物稳定剂具体地讲可以基于以下单体：丙烯酸和/或甲基丙烯酸、丙烯酸盐和/或甲基丙烯酸盐。它具体地讲可以是以下组合之一：-丙烯酸；丙烯酸盐；-甲基丙烯酸；丙烯酸盐；-丙烯酸；甲基丙烯酸盐；-甲基丙烯酸；甲基丙烯酸盐。它还可以是丙烯酸和甲基丙烯酸及它们的相应盐的混合物。根据一个具体实施例，聚合物稳定剂具体地讲可以是(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸盐共聚物。表述(甲基)丙烯酸表示丙烯酸或甲基丙烯酸或丙烯酸+甲基丙烯酸的混合物。表述(甲基)丙烯酸盐表示丙烯酸盐或甲基丙烯酸盐或丙烯酸盐+甲基丙烯酸盐的混合物。在这种情况下，聚合物稳定剂可以是通过具有羧酸官能团的单体和具有羧酸盐官能团的单体的共聚获得的嵌段共聚物。因此，它可以包含至少一个具有羧酸官能团的嵌段和至少一个具有羧酸盐官能团的嵌段的嵌段共聚物的形式存在。它也可以由聚合物(例如聚(丙烯酸)或聚(甲基丙烯酸))的羧酸官能团的部分中和得到。根据一个具体实施例，聚合物稳定剂可以是(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸盐聚合物的混合物。羧酸盐和丙烯酸盐分别被理解为是指羧酸盐官能团-C(＝O)O-A+和丙烯酸盐官能团CH2＝CH-C(＝O)O-A+，其中抗衡离子A+有利地是碱金属或铵阳离子(季铵、叔铵、仲铵或伯铵)。抗衡离子有利地选自K+、Na+、Li+和季铵，例如NR4，其中R＝含有1至18个碳原子的烷基。有利的是，稳定剂是(甲基)丙烯酸均聚物和(甲基)丙烯酸盐均聚物的混合物。它具体地讲可以是聚(丙烯酸)和聚(丙烯酸钠)的混合物。羧酸官能团与羧酸盐官能团的摩尔比有利地包括在25/75和75/25之间，更有利地在35/65和65/35之间，甚至更有利地在45/55和55/45之间，有利地为大约50/50。这个值范围允许优化根据本专利技术的组合物的光致发光特性。羧酸官能团与羧酸盐官能团的摩尔比对应于COOH基团数和COO-基团数之间的比率。根据另一个实施例，羧酸官能团与羧酸盐官能团的摩尔比有利地包括在25/75和75/25之间，更有利地在35/65和65/35之间，甚至更有利地在45/55和55/45之间，有利地为大约50/50。该实施例特别适用于聚合物混合物，例如(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸盐聚合物的混合物。以有利的方式，构成聚合物稳定剂的一种或多种聚合物如果需要彼此独立，则具有包括在500和240,000g/mol之间、更有利地在1000和100,000g/mol之间、并且甚至更有利地在1500和5000g/mol的分子量。使用分子量小于或等于240,000g/mol的聚合物可以优化根据本专利技术的组合物的量子产率。“分子量”被理解为是指聚合物的平均分子量。本领域技术人员的一般理解将使他能够按照常规技术测量分子量。构成聚合物稳定剂的一种或多种聚合物还可包含至少一种不具有羧酸官能团或羧酸盐官能团的额外共聚单体。其具体地讲可以是非离子、阳离子和/或阴离子单体。例如，这种类型的共聚单体具体地讲可以是(甲基)丙烯酰胺或(甲基)丙烯酰胺衍生物。通常，相对于ZnO颗粒的水性组合物的重量，稳定剂可以占0.01重量％至10重量％，更有利地在0.1重量％至3重量％之间，更有利地在0.5重量％至1重量％之间，甚至更有利地在0.5重量％至0.7重量％之间。该百分比表示稳定剂的总质量百分比(浓度)，特别是当其由聚合物的混合物构成时。根据一个有利的实施例，ZnO颗粒的水性组合物包含0.5重量％至1重量％、有利地0.5重量％至0.7重量％的稳定剂，其由以下物质的混合物构成：-聚((甲基)丙烯酸)，其分子量小于或等于240,000g/mol，有利地包括在2000至100,000g/mol之间，更有利地为聚(丙烯酸)；以及-聚((甲基)丙烯酸钠)，其分子量小于或等于240,000g/mol，有利地包括在4000至100,000g/mol之间，更有利地为聚(丙烯酸钠)。此外，ZnO颗粒有利地占水性组合物重量的0.01重量％至20重量％，更有利地在0.05重量％至10重量％之间，甚至更有利地在0.1重量％至2重量％之间。通常，ZnO颗粒的平均直径可小于100纳米，更有利地小于20纳米，甚至更有利地包括在2至15纳米之间。因此，防止了较大颗粒遇到的低透明度的问题。ZnO颗粒有利地具有核/壳的形式，所述核由ZnO和聚合物稳定剂的壳制成。此外，ZnO颗粒有利地为晶体。ZnO颗粒/聚合物稳定剂质量比有利地包括在40％和80％之间，更有利地在50％和60％之间。本专利技术还涉及通过从上述水性组合物中去除水而获得的脱水组合物。所述水具体地讲可以通过冻干或通过蒸发去除。例如，这可以使用旋转蒸发仪在60℃的温度和7MPa(70巴)的压力下完成。所述水可以完全地或部分地去除。目的可以是提高ZnO颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性组合物，包含ZnO颗粒悬浮液和具有羧酸官能团和羧酸盐官能团的聚合物稳定剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.12 FR 14585751.一种水性组合物，包含ZnO颗粒悬浮液和具有羧酸官能团和羧酸盐官能团的聚合物稳定剂。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于所述聚合物稳定剂是(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸盐的共聚物。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于所述聚合物稳定剂是(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸盐聚合物的混合物。4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其特征在于羧酸官能团与羧酸盐官能团的摩尔比包括在25/75和75/25之间。5.根据权利要求1至3中任一项所述的组合物，其特征在于所述聚合物稳定剂是(甲基)丙烯酸聚合物和(甲基)丙烯酸盐聚合物的混合物，其中所述混合物的质量比包括在25/75和75/25之间。6.根据权利要求1至5中任一项所述的组合物，其特征在于相对于所述水性组合物的重量，所述稳定剂占0.01重量％至10重量％。7.根据权利要求1至6中任一项所述的组合物，其特征在于相对于所述水性组合物的重量，所述ZnO颗粒占0.1重量％至20重量％。...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·达妮埃尔，A·瓦莱特，T·科尼尔，
申请(专利权)人：克洛德贝纳尔里昂第一大学，国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR