CN103563011B

CN103563011B - 导电材料

Info

Publication number: CN103563011B
Application number: CN201280025626.7A
Authority: CN
Inventors: 鹤冈恭生; 野尻刚; 足立修郎; 足立修一郎; 福富隆广; 井上和歌; 竹村贤三; 宇留野道生
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Lishennoco Co ltd
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-07-20
Also published as: MY173371A; WO2013012071A1; JPWO2013012071A1; CN103563011A; JP6167900B2

Abstract

本发明提供一种用于连接太阳能电池单元的电极和配线部件的导电材料，其含有树脂粘合剂和分散于该树脂粘合剂的导电粒子，该导电粒子含有含磷率为0.01质量%～8质量%的含磷铜合金。

Description

导电材料

技术领域

本发明涉及导电材料。

背景技术

近年来，作为解决严重化的地球变暖和化石能源枯竭等问题的方法，太阳能电池受到关注。该太阳能电池，通常通过将多个太阳能电池单元进行串联或并联连接来形成。在该太阳能电池单元的表面（受光面），相互平行地形成多根用于得到输出功率的Ag构成的直线状的电极（指状电极）。另外，在背面，以覆盖其整面的形式形成由Al构成的背面电极。并且，在邻接的太阳能电池单元中，在一方的太阳能电池单元的受光面以与全部的指状电极相互垂直的形式连接金属配线部件（TAB线），进而通过将该TAB线连接于其他的太阳能电池单元的背面电极，邻接的太阳能电池单元被相互连接。在该连接中，以往使用显示良好的导电性的焊锡。（专利文献1、2）。

另一方面，从环境保护等观点出发，正在研究不使用焊锡进行太阳能电池单元的电极与TAB线的连接的方法。例如下述专利文献3～8中，提出使用糊状或薄膜状的导电性粘接剂（导电材料）来将太阳能电池单元的电极与TAB线进行电连接的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-263880号公报

专利文献2：日本特开2004-204256号公报

专利文献3：日本特开2000-286436号公报

专利文献4：日本特开2001-357897号公报

专利文献5：日本特开平7-147424号公报

专利文献6：日本特开2005-101519号公报

专利文献7：日本特开2007-158302号公报

专利文献8：日本特开2007-214533号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，将焊锡用于太阳能电池用TAB线的连接时，有必要将微细的图案进行个别连接，另外，由于施加约220℃以上的热度，因此产生连接工序的成品率降低和连接构成部件的省空间化的极限。

另外，使用上述的导电材料时，能一定程度解除这些问题。作为各向异性导电性材料或导电材料，以往，为了连接后的连接电阻的降低及稳定性，使用以金或镍为主成分的导电粒子。由此，能实现装置小型化和防止使用中的腐蚀造成不良。

但是，在金的场合，存在制造成本增加这样的问题。另外，镍的场合，存在对于环境的负荷增加这样的问题。另外，使用以它们以外的金属为主成分的导电粒子时，难以得到与使用镍等时同等的稳定的连接电阻。

本发明为了解决这样的课题而完成，目的在于提供一种导电材料，其能以稳定的连接电阻、且低温下进行连接，而且能抑制制造成本的增加。

解决课题的方法

通过该导电材料，能以稳定的连接电阻、低温且精度良好地进行连接，而且能抑制制造成本的增加。

上述导电粒子的平均粒径优选为0.4μm～30μm。另外，在本说明书中所谓“平均粒径”，是指累计的重量为50%时的粒径（以下，也称为“D50”。）。另外，关于导电粒子的粒径，在导电粒子的形状为球形以外时，将外接于导电粒子的最小的球直径作为导电粒子的粒径。

上述导电粒子优选为使用水雾化法制造的导电粒子。

本发明还涉及：含有树脂粘合剂和分散于该树脂粘合剂的导电粒子、该导电粒子含有含磷率为0.01质量%～8质量%的含磷铜合金的组合物作为用于连接太阳能电池单元的电极和配线部件的导电材料的应用；或该组合物用于制造连接太阳能电池单元的电极和配线部件的导电材料的应用。

发明效果

通过本发明，能提供一种导电材料，其能以稳定的连接电阻、低温且精度良好地进行连接，而且能抑制制造成本的增加。

附图说明

图1是表示可通过本发明的导电材料连接的太阳能电池单元的一实施方式的受光面的俯视示意图。

图2是表示可通过本发明的导电材料连接的太阳能电池单元的一实施方式的受光面的俯视示意图。

图3是表示可通过本发明的导电材料连接的太阳能电池单元的一实施方式的受光面的俯视示意图。

图4是表示将多个太阳能电池单元进行连接的状态的立体示意图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的一实施方式进行详细说明。另外，附图中，对于相同或相当部分赋予相同符号，省略重复说明。

本发明的导电材料，含有树脂粘合剂和分散于该树脂粘合剂的导电粒子。

上述导电粒子包括含铜和磷的含磷铜合金。该含磷铜合金的含磷率为0.01质量%～8质量%。通过使上述含磷率为8质量%以下，能达成更低的电阻率，另外，含磷铜合金的生产率优异。另外，通过使上述含磷率为0.01质量%以上，能达成更优异的耐氧化性。从耐氧化性和低电阻率的观点出发，上述含磷率优选为0.5质量%～7.8质量%，更优选为1质量%～7.5质量%。另外，就含磷率而言，如果为在示差热-热重分析中显示最大面积的发热峰的峰值温度为280℃以上这样的含有率则更加优选。

上述含磷铜合金为含有铜和磷的合金，也可进一步含有其他原子。作为其他原子，例如可举出Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Sn、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Ni、Au等。这些物质中，从耐氧化性、熔点等特性调整的观点出发，优选Al。

另外，含磷铜合金含有其他原子时的其含有率，例如可为3质量%以下，从耐氧化性和低电阻率的观点出发，优选为1质量%以下。

作为上述导电粒子的粒径，平均粒径（D50）优选为0.4μm～30μm，更优选为1μm～10μm。通过为0.4μm以上可更有效地提高耐氧化性。另外通过为30μm以下可更有效地获得长期的连接稳定性。

另外作为导电粒子的形状没有特别限制，可以是近似球状、扁平状、块状、板状、鳞片状等中的任一种。从耐氧化性和低电阻率的观点出发，导电粒子的形状优选为近似球状、扁平状或板状。

含磷铜合金可通过通常使用的方法来制造。另外，就导电粒子而言，能够使用制备成期望的含磷率的含磷铜合金利用制备金属粉末的通常方法来制备，例如，可使用水喷雾法通过常规方法来制造。另外，水喷雾法的详细情况记载于金属便览（《金属便覧》、丸善（株）出版事业部）等。

具体地说，例如，熔化含磷铜合金，将其通过喷嘴喷雾进行粉末化后，将得到的粉末进行干燥、分级，由此能制造期望的导电粒子。另外，通过适当选择分级条件能制造具有期望粒径的导电粒子。

另外，上述导电粒子也可以是在由上述的含磷合金制造的导电粒子的外侧被覆银、钯、金等金属或金属合金的粒子。就被覆的金属而言，从成本的观点出发，优选以银为主成分的金属。作为被覆的方法，可使用镀敷、蒸镀等以往的方法。被覆的厚度没有特别限定，例如从成本的观点出发，可设为1μm以下，进一步优选为0.5μm以下。

另外上述导电粒子可单独使用1种、2种以上，或将含有含磷铜合金以外的导电粒子的2种以上组合使用。

上述导电材料所含有的上述导电粒子的含有率，例如可以为0.1～20体积%，优选为1～20体积%，更优选为1～15体积%。上述含有率小于0.1体积%时，与在上述范围内时相比，作为导电材料的连接电阻的初期值增加。另外，上述含有率超过20体积%时，与在上述范围内时相比，作为导电材料的长期的连接稳定性降低。

进而，上述含有率为1～15体积%时，即使太阳能电池单元的汇流条（busbar）细时或没有时（无汇流条），或没有汇流条且指状电极细时，也能更充分地发挥长期的连接稳定性。

作为上述树脂粘合剂，只要是显示粘接性的物质则没有特别限定，从进一步提高连接性的观点出发，优选含有热固性树脂的树脂组合物。

作为热固性树脂，可使用公知的物质，例如可举出环氧树脂、苯氧树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂。这些热固性树脂，可单独1种或组合2种以上使用。这些物质中，从进一步提高连接可靠性的观点出发，优选选自环氧树脂、苯氧树脂及丙烯酸树脂的1种以上的热固性树脂。

另外，作为粘接剂成分的树脂组合物，除了上述热固性树脂以外，作为任意成分还可含有公知的固化剂及固化促进剂。

另外，为了改善对于被粘接体的粘接性及润湿性，该树脂组合物可含有硅烷系偶联剂、钛酸酯系偶联剂、铝酸酯系偶联剂等改性材料，为了提高导电粒子的均匀分散性，也可含有磷酸钙及碳酸钙等分散剂。

为了控制弹性模量、胶粘性，该树脂组合物还可含有丙烯酸橡胶、硅橡胶、聚氨酯等橡胶成分，为了抑制被粘接体所含有的金属及导电粒子所含有的金属（特别是银及铜）的迁移，可含有螯合材料等。

在导电材料中，在不阻碍达成本发明的课题的范围内并根据需要，可以与上述的树脂粘合剂及导电粒子一起并用例如增量剂、软化剂（增塑剂）、粘接着性提高剂、抗氧化剂（抗老化剂）、热稳定剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、着色剂、阻燃剂、有机溶剂等各种添加剂的1种或2种以上。

就导电材料而言，对于其形状没有特别限定。作为其具体例，可举出（各向异性）导电糊、（各向异性）导电油墨、（各向异性）导电粘接着剂、（各向异性）导电薄膜、（各向异性）导电片。

图1～3是表示可通过本发明的导电材料连接的太阳能电池单元的受光面的俯视示意图。

如图1所示，多个太阳能电池单元100进行电串联或并联而形成1个太阳能电池组件，太阳能电池单元100具有基板2。该基板2呈大致正方形状，其四角为圆弧状。基板2的一面成为受光面21。基板2由例如硅单晶单元、多晶单元、非晶硅单元、及异质结元件中至少一个构成。就基板2而言，受光面21侧可以是n型半导体，也可以是p型半导体。就基板2而言，例如，相对的两边的距离为125mm。

在受光面21的表面，多根（例如48根）直线状的指状电极3相互平行地分离配置。进而，以与指状电极3正交的形式配置有汇流条6A。指状电极3及汇流条6A通过银等金属糊、电解析出导电膜、导电薄膜等来形成。

在使用上述的导电材料连接这样的太阳能电池单元100时，在粘接区域SF配置导电材料，进而在其上配置配线部件。进而，根据需要，可进行加热加压。作为加热加压的条件，例如可举出140～220℃、1～30分钟、0.1～0.3MPa的条件。

另外，导电材料为液态时，可将导电材料通过分配法、丝网印刷法、冲压法等进行涂布来配置。

作为配线部件（TAB线），没有特别限定。具体地说，可使用：用有铅焊锡、无铅焊锡、银、锡等被覆厚度0.1mm～0.4mm、宽为0.5mm～10.0mm的以铜为主的带的表面的TAB线等。另外，还可使用：使表面的形状为光扩散面，使照射TAB线的太阳光线漫反射，通过太阳能电池组件的玻璃与大气的界面使其循环反射型的TAB线。

另外，图2的太阳能电池单元为汇流条细（汇流条6B）的单元，图3的太阳能电池单元为没有汇流条的单元。任一种情况下，都可通过将导电材料配置于粘接区域SF，进行太阳能电池单元的电极和配线部件的连接。

通过上述的方法，连接多个太阳能电池单元时，如图4的立体示意图所示，可获得多个太阳能电池单元连接成的连接体。在图4的连接体中，太阳能电池单元100A～D通过配线部件4进行连接，太阳能电池单元的电极与配线部件4通过上述的导电材料进行连接。

实施例

以下通过实施例进一步详细地进行说明，但本发明并不限定于此。

<导电粒子1>

制备含磷铜合金，将其熔化并通过水雾化法进行粉末化后，进行干燥、分级。混合分级的粉末，进行脱氧、脱水分处理，制作含有1质量%磷的含磷铜合金粒子（导电粒子1）。另外，含磷铜合金粒子的平均粒径（D50）为1.5μm。

<导电粒子2>

制备含磷铜合金，将其熔化并通过水雾化法进行粉末化后，进行干燥、分级。混合分级的粉末，进行脱氧、脱水分处理，制作含有6.57质量%磷的含磷铜合金粒子（导电粒子2）。另外，含磷铜合金粒子的平均粒径（D50）为4.4μm。

<导电粒子3>

制备含磷铜合金，将其熔化并通过水雾化法进行粉末化后，进行干燥、分级。混合分级的粉末，进行脱氧、脱水分处理，制作含有7.95质量%磷的含磷铜合金粒子（导电粒子3）。另外，含磷铜合金粒子的平均粒径（D50）为4.8μm。

<导电粒子4>

在导电粒子1上以0.1μm的厚度镀敷银，制作银被覆含磷铜合金粒子（导电粒子4）。

<导电粒子5>

准备市售的平均粒径（D50）5μm的镍粒子（导电粒子5）。

<导电粒子6>

准备市售的粒径6μm的银被覆铜粒子（导电粒子6）。铜中仅含有小于0.01质量%的磷。

实施例1

（1）导电材料层的制作：

使含有苯氧树脂（高分子量环氧树脂）和微囊型潜在性固化剂的液态环氧树脂（环氧当量185）的质量比为30/70，使它们溶解于乙酸乙酯，得到乙酸乙酯的30质量%溶液。

在该溶液中，添加8质量%（以液态导电材料总量为基准）的上述导电粒子1，进行混合分散，得到液态导电材料。将该液态导电材料用棒涂机涂布于隔板（硅酮处理聚对苯二甲酸乙二酯薄膜，厚度50μm），在80℃干燥10分钟，得到形成有厚度25μm的导电材料层的层叠体。

其后，将该层叠体裁断为1.5mm宽，得到在带状的隔板上设有导电材料层（厚度25μm）的导电材料。

（2）连接：

将太阳能电池单元（硅基板、125mm见方、厚度0.2mm、表面及背面汇流条各2根）的全汇流条和TAB线（焊锡镀覆铜线、宽1.5mm、厚度0.2mm），通过剥离了隔板的上述导电材料夹持进行电连接。连接方法是：配置各材料，其后，使用压接工具（日化设备工程公司制，商品名“AC-S300”），在加热温度180℃、加压压力2MPa、加热加压时间10秒钟的条件下，进行加热及加压。对于太阳能电池单元的全部汇流条，用导电材料进行连接，得到带TAB线太阳能电池单元。

（3）评价：

使用太阳光模拟器（株式会社Wacom电创制，商品名：WXS-155S-10，AM:1.5G）测定所得到的带TAB线太阳能电池单元的IV曲线，导出曲线因子（填充因数，以下简称为F.F）。进而此时同时还导出变换效率（η）。进而，判定长期的连接稳定性：在85℃、85RH%的恒温恒湿环境中暴露1000小时的试验前后，变换效率（η）的变动在5%以内的场合为“良”，超过5%的场合为“不良”。将其结果示于表1。

实施例2

添加4质量%（以液态导电材料总量为基准）上述导电粒子2代替上述导电粒子1，除此以外，与实施例1同样操作，得到导电材料。其后，与实施例1同样操作，进行连接、评价。将其结果示于表1。

实施例3

添加15质量%（以液态导电材料总量为基准）上述导电粒子2代替上述导电粒子1，除此以外，与实施例1同样操作，得到导电材料。其后，与实施例1同样操作，进行连接、评价。将其结果示于表1。

实施例4

添加1质量%（以液态导电材料总量为基准）上述导电粒子3代替上述导电粒子1，除此以外，与实施例1同样操作，得到导电材料。其后，与实施例1同样操作，进行连接、评价。将其结果示于表1。

实施例5

添加9质量%（以液态导电材料总量为基准）上述导电粒子2代替上述导电粒子1，而且使导电材料层的厚度为35μm，除此以外，与实施例1同样操作，得到导电材料。

其后，使用表面没有汇流条的太阳能电池单元，除此以外，与实施例1同样操作，进行连接、评价。将其结果示于表1。

实施例6

添加3质量%（以液态导电材料总量为基准）上述导电粒子4代替上述导电粒子1，除此以外，与实施例1同样操作，得到导电材料。其后，与实施例1同样操作，进行连接、评价。将其结果示于表1。

比较例1

添加10质量%（以液态导电材料总量为基准）上述导电粒子5代替上述导电粒子1，除此以外，与实施例1同样操作，得到导电材料。其后，与实施例1同样操作，进行连接、评价。将其结果示于表2。

比较例2

对于在表面没有汇流条的太阳能电池单元使用焊锡尝试TAB线的连接。具体地说，在指状电极上正交配置TAB线，用300℃的烙铁，在供给焊锡的同时，而且在将被覆于TAB线表面的焊锡熔融的同时，尝试连接。但是，部分地产生TAB线的浮起而未能连接。

比较例3

添加10质量%（以液态导电材料总量为基准）上述导电粒子6代替上述导电粒子1，除此以外，与实施例1同样操作，得到导电材料。其后，与实施例1同样操作，进行连接、评价。将其结果示于表2。

[表1]

[表2]

另外，在上述实施方式中，使用薄膜状的导电材料作为导电材料，但液态导电材料也可直接涂布于太阳能电池单元。

符号说明

3…指状电极、4…配线部件、6A，6B…汇流条、21…受光面、100…太阳能电池单元、SF…粘接区域。

Claims

1.一种用于连接太阳能电池单元的电极和配线部件的导电材料，其含有树脂粘合剂和分散于该树脂粘合剂的导电粒子，该导电粒子为含磷率为0.5质量％～8质量％的含磷铜合金，所述导电粒子的平均粒径为0.4μm～30μm。

2.根据权利要求1所述的导电材料，其中，所述含磷率为0.5质量％～7.8质量％。

3.根据权利要求1所述的导电材料，其中，所述含磷率为1质量％～7.5质量％。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的导电材料，其中，所述导电粒子的平均粒径为1μm～10μm。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的导电材料，其中，所述树脂粘合剂为含有热固性树脂的树脂组合物。

6.根据权利要求5所述的导电材料，其中，所述热固性树脂含有环氧树脂或者丙烯酸树脂。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的导电材料，其中，所述含磷铜合金进一步含有选自由Sb、Si、K、Na、Li、Ba、Sr、Ca、Mg、Be、Zn、Pb、Cd、Tl、V、Sn、Al、Zr、W、Mo、Ti、Co、Ni和Au组成的组中的其它原子。

8.根据权利要求7所述的导电材料，其中，以所述含磷铜合金整体的质量为基准，所述其它原子的含有率为3质量％以下。

9.根据权利要求7所述的导电材料，其中，以所述含磷铜合金整体的质量为基准，所述其它原子的含有率为1质量％以下。

10.根据权利要求1～3中任一项所述的导电材料，其中，所述导电粒子被银、钯、金或者它们的合金被覆。

11.根据权利要求10所述的导电材料，其中，所述被覆的厚度为1μm以下。

12.根据权利要求10所述的导电材料，其中，所述被覆的厚度为0.5μm以下。

13.根据权利要求1～3中任一项所述的导电材料，其中，以所述导电材料整体的体积为基准，所述导电粒子的含有率为0.1～20体积％。

14.根据权利要求1～3中任一项所述的导电材料，其中，以所述导电材料整体的体积为基准，所述导电粒子的含有率为1～20体积％。

15.根据权利要求1～3中任一项所述的导电材料，其中，以所述导电材料整体的体积为基准，所述导电粒子的含有率为1～15体积％。

16.根据权利要求1～3中任一项所述的导电材料，其中，所述导电粒子的形状为近似球状、扁平状、块状、板状或者鳞片状。

17.根据权利要求1～3中任一项所述的导电材料，其中，所述导电粒子是使用水雾化法制造的导电粒子。

18.一种太阳能电池组件，其中，利用权利要求1～17中任一项所述的导电材料使得多个太阳能电池单元电串联或并联。

19.权利要求1～17中任一项所述的导电材料用于将多个太阳能电池单元电串联或并联来制造太阳能电池组件的应用。