CN111028980A

CN111028980A - 一种导电颗粒组合

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Publication number: CN111028980A
Application number: CN201911045200.8A
Authority: CN
Inventors: 段晶晶; 张磊; 郭明波
Original assignee: Shanghai Runshi Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Runshi Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: CN111028980B

Abstract

本申请提供了一种导电颗粒组合，包括：粒度呈多峰分布的导电颗粒，且较小导电颗粒填充到较大导电颗粒之间的空隙中。本申请的导电颗粒组合，与单峰分布或者双峰分布的导电颗粒相比，多峰分布的导电颗粒组合可以将树脂中导电颗粒的重量填充量提高到95％而不影响导电胶的操作性能和固化后的机械强度，从而降低导电胶电阻率及增大导热系数，获得更好的导电导热性能。

Description

一种导电颗粒组合

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体涉及一种太阳能电池用导电胶的导电颗粒组合。

背景技术

导电胶(导电浆料)通常由导电颗粒分散在热固化树脂中形成，可以在两个电子部件之间提供导电性和导热性，目前已在电子电气领域中广泛使用。一种特别重要的电气设备是太阳能电池，代表性地，如具有非晶硅层的异质结太阳能电池，主要使用低温导电浆料即导电胶制造表面电极。为了得到较好的电池性能，需要使用具有极高导电性的导电胶产品，通常是在热固化性树脂之间尽可能地填充高导电性颗粒，如银粉。但是，通过这样的方法得到的导电胶，其体积电阻率一般在10E-4Ω·cm～10E-5Ω·cm，小于高温烧结型导电浆料能达到的 10E-5Ω·cm～10E-6Ω·cm体积电阻率。因此，有必要发展新的高导电性导电胶。

现有技术中，一种导电胶是使用大尺寸和小尺寸导电颗粒的组合，在不影响导电胶操作性能和机械性能的前提下，尽可能填充足量的导电颗粒，以达到较好的导电性。如公开号为CN104769682B的专利文献，名称是在电极制备中的包含Ag纳米颗粒和球形Ag微米颗粒的导电浆料，它使用双峰分布的纳米银与微米银组合作为导电填料。但是，该文献提出的双峰分布并不能满足最大限度提高银粉填充量的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种导电胶用导电颗粒组合，可以将树脂中导电颗粒的重量填充量提高到95％而不影响导电胶的操作性能和固化后的机械强度，从而获得更好的导电导热性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种导电颗粒组合，包括：粒度呈多峰分布的导电颗粒，且较小导电颗粒填充到较大导电颗粒之间的空隙中。

在一种优选实施例中，所述导电颗粒组合中的导电颗粒平均粒径为0.01μm ～100μm、优选为0.05～95μm、优选为0.1～90μm、优选为0.5～85μm、优选为 1～80μm的范围内。

更优选地，所述导电颗粒组合中的导电颗粒优选为球形。或者，至少50重量％、优选至少80重量％、更优选至少90重量％的导电颗粒为球形的。

在一种优选实施例中，所述多峰分布是指至少为双峰分布，但也可以是三峰、四峰或更多峰分布。

在一种优选实施例中，所述导电颗粒组合的导电颗粒，粒度为双峰分布，包括较大第一导电颗粒、较小的第二导电颗粒，其中，

较大第一导电颗粒的峰值直径是较小第二导电颗粒的峰值直径的2～4倍；

较大第一导电颗粒的体积总和是较小第二导电颗粒的体积总和的2～10倍。

所述导电颗粒的粒度分布、峰值直径以及任意分布峰内颗粒的体积总和可通过激光粒度仪的方式测定。

在一种优选实施例中，所述导电颗粒组合的导电颗粒，粒度为三峰分布，包括颗粒峰值直径分布依次减小的第一导电颗粒、第二导电颗粒和第三导电颗粒；其中，所述第一导电颗粒的峰值直径是第二导电颗粒的峰值直径的2～4倍，第二导电颗粒的峰值直径是第三导电颗粒的峰值直径的2～4倍，所述第一导电颗粒的体积总和是第二导电颗粒的体积总和的2～10倍，第二导电颗粒的体积总和是第三导电颗粒的体积总和的2～10倍。

上述导电颗粒的种类不仅限于两种、三种或四种，可以根据需要更多设置，但必须保证较小颗粒的数量不会减小较大颗粒形成的导电性。

在一种优选实施例中，所述导电颗粒组合的导电颗粒，粒度为N峰分布，N 为≥4的自然数，包括颗粒峰值直径分布依次减小的第一导电颗粒、第二导电颗粒、……第N-1导电颗粒和第N导电颗粒，其中，所述第一导电颗粒的峰值直径是第二导电颗粒的峰值直径的2～4倍，所述第一导电颗粒的体积总和是第二导电颗粒的体积总和的2～10倍；……第N-1导电颗粒的峰值直径是第N导电颗粒的峰值直径的2～4倍，第N-1导电颗粒的体积总和是第N导电颗粒的体积总和的2～10倍。

优选地，上述内容中，任意导电颗粒选用金属颗粒、金属合金颗粒、金属包覆颗粒等中的一种或者多种组合。

更优选地，所述低温金属合金为导电粉末，包含两种或两种以上选自Sn、 Bi、Ag、Cu和Sb的金属，更优选为银粉。

在一种优选实施例中，所述低温金属合金为导电粉末，选自Sn_x1Bi_y1、Sn_x2Bi_y2Ag_z1、Sn_x3Ag_z2Cu_sSb_t中的任意一种或更多种；其中，x1、x2、x3、y1、 y2、z1、z2、s、t分别独立地为实数。

在一种优选实施例中，x1︰y1＝(35-45)︰(55-65)，更优选为x1︰y1＝(40-45) ︰(55-60)，更优选为x1︰y1＝(42-45)︰(55-58)。

在一种优选实施例中，(x2+y2)︰z1＝(90-110)︰1，更优选为(x2+y2)︰ z1＝(95-105)︰1，更优选为(x2+y2)︰z1＝(98-100)︰1。

在一种优选实施例中，x2︰y2︰z1＝(35-45)︰(55-65)︰1，更优选为x2︰y2 ︰z1＝(40-45)︰(55-60)︰1，更优选为x2︰y2︰z1＝(42-45)︰(55-57)︰1。

在一种优选实施例中，x3︰(z2+s+t)＝(90-100)︰(0.1-10)，更优选为x3︰ (z2+s+t)＝(92-100)︰(0.5-8)，更优选为x3︰(z2+s+t)＝(94-98)︰(2-6)。

在一种优选实施例中，x3︰z2︰s︰t＝(90-100)︰(1-5)︰(0.5-1.5)︰(0.1-1)，更优选为x3︰z2︰s︰t＝(92-100)︰(1.5-4)︰(0.5-1.2)︰(0.1-0.8)，更优选为x3 ︰z2︰s︰t＝(94-98)︰(2-3)︰(0.7-1)︰(0.3-0.6)。

将上述导电颗粒组合与粘合性树脂混合，可以得到性能优良的导电胶。粘合性树脂可以是热塑性树脂，也可以是热固性树脂。

本申请二个方面提供一种导电胶，包含本申请第一个方面所述任一导电颗粒组合。优选地，还包括粘合性树脂。

在一种优选实施例中，粘合性树脂是热固性树脂，可选自环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、有机硅树脂等热固性树脂中的一种或者多种组合。

在一种优选实施例中，所述热固性树脂是环氧树脂。

在一种优选实施例中，所述环氧树脂包括环氧树脂，环氧该型机和固化剂。

在一种优选实施例中，所述导电颗粒组合与粘合性树脂的重量比例为(80-95) ︰(5-20)。

一种太阳能电池，所述太阳能电池的电极包含本申请第二个方面所述导电胶。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益效果：

本申请提供了一种多峰分布的导电颗粒组合，与单峰分布或者双峰分布的导电颗粒相比，多峰分布的导电颗粒组合可以将树脂中导电颗粒的重量填充量提高到95％而不影响导电胶的操作性能和固化后的机械强度，从而降低导电胶电阻率及增大导热系数，获得更好的导电导热性能。

具体实施方式

本发明提供一种多峰分布的导电颗粒组合，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

太阳能电池是一种特别重要的电气设备，代表性地，如具有非晶硅层的异质结太阳能电池，主要使用低温导电浆料即导电胶制造表面电极。为了得到较好的电池性能，需要使用具有极高导电性的导电胶产品。导电胶通常将导电颗粒分散在热固化树脂中形成，可以在两个电子部件之间提供导电性和导热性。

导电颗粒

本发明优选的导电颗粒为显示出金属导电性或者在加热时获得显示出金属导电性的物质。存在于导电胶中的金属颗粒赋予在加热时导电胶烧结而形成的固体电极金属导电性。优选有利于有效附着并得到具有高导电性和低接触电阻的金属颗粒。本领域技术人员已知且认为适合本发明的所有金属颗粒可用作导电胶中的导电颗粒。本发明优选的金属颗粒包括金属颗粒、金属合金颗粒、金属包覆颗粒等中的一种或者多种组合。。

本发明提供的一种导电颗粒组合，包括：较大导电颗粒和相继的较小导电颗粒，较小导电颗粒填充到较大导电颗粒之间的空隙中，且较大导电颗粒到相继较小导电颗粒的粒度呈多峰分布；其中，较大导电颗粒的峰值直径是较小导电颗粒的峰值直径的2～4倍；较大导电颗粒的体积总和是较小导电颗粒的体积总和的 2～10倍。

例如，所述导电颗粒包括颗粒直径分布依次减小的第一导电颗粒、第二导电颗粒和第三导电颗粒；其中，所述第一导电颗粒的峰值直径是第二导电颗粒的峰值直径的2～4倍，第二导电颗粒的峰值直径是第三导电颗粒的峰值直径的2～4 倍，所述第一导电颗粒的体积总和是第二导电颗粒的体积总和的2～10倍，第二导电颗粒的体积总和是第三导电颗粒的体积总和的2～10倍。依次类推，上述导电颗粒的种类不仅限于两种、三种或四种，可以根据需要依次填充更多更小的导电颗粒，但必须保证较小颗粒的数量不会减小较大颗粒形成的导电性。

本领域技术人员熟知金属颗粒可显示出多种形状、表面、尺寸等。一些实例为球形、有角的、细长的(棒或针状)和平的(片状)。金属颗粒也可以作为不同形状的颗粒的组合存在。在本发明中，银颗粒优选的均匀形状为球形。

在一种实施例方案中，至少50重量％，优选至少80重量％，更优选至少 90重量％的银颗粒为球形的，特别地，优选为球形微米银粉，其平均粒径在 0.01μm～100μm的范围内。

本领域技术人员可以选择金属颗粒的直径分布以更利于优化太阳能电池的电性能和物理性能。根据本发明优选银颗粒、和/或合金颗粒，且其直径分布的不同，因此显示出多峰直径分布。

导电胶

本发明的导电胶，其原料包括上述的导电颗粒、以及环氧树脂、其余为改性剂、固化剂、添加剂等。将上述原料按预设的配方，通过行星式搅拌器或者三辊轧机等方式混合，得到膏状导电胶。

本发明的导电胶，以重量份计其组成为：

导电颗粒组合：80-95％；

环氧树脂：5-18％；

其余为其它改性剂、固化剂、添加剂。

在一种优选实施例中，所述导电胶，以重量份计其组成为：

导电颗粒组合：90-95％；

环氧树脂：5-8％；

其余为其它改性剂、固化剂、添加剂。

上述组分中的改性剂、固化剂、添加剂均为市售工业级产品。

在一种优选实施例中，导电颗粒组合的总重量基于导电胶的总重量为多于 80重量％，优选为多于85重量％，优选为多于90重量％，最优选为95重量％。

实施例一：

导电颗粒组合选用峰值粒径为10μm的银粉和峰值粒径为3μm的银粉。

导电胶的各组分重量为：

银粉，10μm：63.33kg；

银粉，3μm：31.67kg；

环氧树脂E51：4.25kg；

环氧改性剂CF2403：0.5kg；

三氟化硼邻甲基苯胺：0.25kg。

实施例二：

导电颗粒组合选用峰值粒径分别为10μm、3μm和1μm的银粉。

导电胶的各组分重量为：

银粉，10μm：54.28kg；

银粉，3μm：27.14kg；

银粉，1μm：13.58kg；

环氧树脂E51：4.25kg；

环氧改性剂CF2403：0.5kg；

三氟化硼邻甲基苯胺：0.25kg。

对比例一：

导电颗粒选用峰值粒径为10μm的银粉，银粉具有颗粒直径的单峰分布。

导电胶的各组分重量为：

银粉，10μm：93kg；

环氧树脂E51：5.95kg；

环氧改性剂CF2403：0.7kg；

三氟化硼邻甲基苯胺：0.35kg。

对比例二：

导电胶的各组分重量为：

银粉，10μm：95kg；

环氧树脂E51：4.25kg；

环氧改性剂CF2403：0.5kg；

三氟化硼邻甲基苯胺：0.25kg。

对比例三：

导电颗粒选用峰值粒径为3μm的银粉，银粉具有颗粒直径的单峰分布。

导电胶的各组分重量为：

银粉，3μm：95kg；

环氧树脂E51：4.25kg；

环氧改性剂CF2403：0.5kg；

三氟化硼邻甲基苯胺：0.25kg。

对比例四：

导电颗粒选用峰值粒径为1μm的银粉，银粉具有颗粒直径的单峰分布。

导电胶的各组分重量为：

银粉，1μm：95kg；

环氧树脂E51：4.25kg；

环氧改性剂CF2403：0.5kg；

三氟化硼邻甲基苯胺：0.25kg。

对比例五：

导电颗粒选用峰值粒径分别为10μm和3μm的银粉，该银粉组合具有颗粒直径的双峰分布。

导电胶的各组分重量为：

银粉，10μm：47.5kg；

银粉，3μm：47.5kg；

环氧树脂E51：4.25kg；

环氧改性剂CF2403：0.5kg；

三氟化硼邻甲基苯胺：0.25kg。

将上述列举的实施例和对比例中的导电胶应用于太阳能电池上。按照预设的测试方法，以获得表示太阳能电池电特性的填充因子，从而对太阳能电池性能进行评估。具体测试方法如下：

(一)粘度

按照GB/T2794-2013的规定进行，用旋转式粘度计，使用固定的转子，选择直径≥15mm的圆柱型容器，导电胶高度≥60mm，确保测试环境温度和导电胶温度在25℃±5℃之内，测试一定转速下的粘度值。

(二)体积电阻率

使用实施例或比较例，在玻璃基板上通过丝网印刷印制尺寸为4mm×40mm 的样条。在150℃烘箱中烘烤2分钟，得到固化的导电粘结剂样品。使用RTS8 型四探针微电阻测试仪(广州四探针科技有限公司制造)测量样品的薄层电阻。同时使用触针轮廓仪测量样品的厚度。该固化样品的体积电阻率由以下等式计算：

ρ(体积电阻率)＝薄层电阻×厚度×几何校正系数

(三)太阳能电池性能评估

一种太阳能电池串，在异质结太阳能电池片的非晶硅层上印刷上述导电胶，并进行低温固化烧结，得到电池电极。再通过焊带链接相邻两片电池片的正负主栅电极，形成太阳能电池串。。

将太阳能电池串与EVA胶膜、玻璃面板与背板层叠，放入真空压机中热压得到太阳能电池模块。使用太阳模拟器测定通过上述测试方法制作的太阳能电池模块的I-V曲线，得到表示太阳能电池电特性的填充因子。测量结果见表1。

通过对比表1中的测量数值得知，与单峰分布或者双峰分布的导电颗粒相比，多峰分布的导电颗粒组合可以将树脂中导电颗粒的重量填充量提高到95％而不影响导电胶的操作性能和固化后的机械强度，采用多峰分布的导电颗粒的导电胶，可以获得更好的导电导热性能，太阳能电池性能更佳。

表1，太阳能电池性能测试结果比对表

本发明的多峰分布颗粒组合同样适用于其他需要由导电颗粒或者导热颗粒堆砌形成导电性或者导热性的导电胶/导热胶应用。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种导电颗粒组合，其特征在于，包括：粒度呈多峰分布的导电颗粒，且较小导电颗粒填充到较大导电颗粒之间的空隙中。

2.根据权利要求1所述的一种导电颗粒组合，其特征在于：所述导电颗粒组合中的导电颗粒平均粒径为0.01μm～100μm的范围内。

3.根据权利要求1所述的一种导电颗粒组合，其特征在于：所述导电颗粒组合中的导电颗粒为球形，或者，至少50重量％的导电颗粒为球形的。

4.根据权利要求1所述的一种导电颗粒组合，其特征在于：所述导电颗粒组合的导电颗粒，粒度为N峰分布，N为≥2的自然数，包括峰值直径依次减小的第一导电颗粒、第二导电颗粒、……第N-1导电颗粒和第N导电颗粒，其中，所述第一导电颗粒的峰值直径是第二导电颗粒的峰值直径的2～4倍，所述第一导电颗粒的体积总和是第二导电颗粒的体积总和的2～10倍；……第N-1导电颗粒的峰值直径是第N导电颗粒的峰值直径的2～4倍，第N-1导电颗粒的体积总和是第N导电颗粒的体积总和的2～10倍。

5.根据权利要求1所述的一种导电颗粒组合，其特征在于：任意导电颗粒金属颗粒、金属合金颗粒、金属包覆颗粒等中的一种或者多种组合。

6.根据权利要求1所述的一种导电颗粒组合，其特征在于：导电颗粒优选为银粉。

7.一种导电胶，其特征在于：含有权利要求1所述的导电颗粒组合、粘合性树脂。

8.根据权利要求7所述导电胶，其中粘合性树脂优先为热固性树脂及固化剂组合物。

9.根据权利要求7所述导电胶，其特征在于：所述导电胶固化后，所述导电颗粒组合与粘合性树脂的重量比例为(80-95)︰(5-20)。

10.一种太阳能电池单元，其特征在于：太阳能电池单元的电极包含权利要求5所述的导电胶。