CN112809245A - 锡膏用活性剂及其制备方法、助焊膏、低温锡膏及光伏组件的制备方法 - Google Patents

锡膏用活性剂及其制备方法、助焊膏、低温锡膏及光伏组件的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种锡膏用活性剂及其制备方法、助焊膏、低温锡膏及光伏组件的制备方法，该锡膏用活性剂的制备方法包括以下步骤：将活性剂颗粒粉碎至10μm以下粒径；所述活性剂为有机酸；将囊壁材料制成溶液，并采用喷雾包膜法将其包覆在粉碎后活性剂颗粒表面，制成微胶囊颗粒状所述锡膏用活性剂；所述囊壁材料为PVB、EVA或SGP。采用喷雾包膜法将囊壁材料包覆在粉碎后有机酸颗粒表面，制成微胶囊颗粒状锡膏用活性剂，使得由该活性剂形成的锡膏能够在组件层压的相同工艺条件下焊接银浆与汇流带，同时控制焊料与银浆的反应程度、避免“过焊”问题出现，保证了产品服役期间的可靠性。

Description

锡膏用活性剂及其制备方法、助焊膏、低温锡膏及光伏组件的 制备方法
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种锡膏用活性剂及其制备方法、助焊膏、低温锡膏及光伏组件的制备方法。
背景技术
随着光伏太阳能对光电转换效率不断提升，电池片的结构也随之改变，异质结、MWT应运而生。同时对于成本和效率的平衡考虑，电池片正面银浆的使用量正在逐步减少。生产光伏组件时使用低温焊料连接正面银浆与汇流带同时将焊接与层压的工艺统一为一步工艺的技术是未来的技术趋势。由于银浆层厚度一般不超过10μm，普通锡膏在焊接时会产生“过焊”现象，即“焊料吃银”，使得与电池片 Si层上的Ag浆被消耗从而导致功能失效，尤其是在服役期间经受环境冷热温度循环的考验后失效率更高。该现象的本质是锡膏易与银浆形成金属间化合物IMC。因此控制焊料与银浆的反应速率是关键技术。
微胶囊技术是一种利用化合物壳包裹芯材从而达到芯材物质缓慢释放的目的。该技术可用于控制锡膏与银浆的反应速率。微胶囊的制备方法一般分为物理方法和化学方法两类。其中物理方法包括：喷雾干燥、喷雾包膜、挤出技术等。化学方法包括：复合凝聚、复合沉淀和原位聚合等。
目前已公开的微胶囊活性剂制备方法中，有些是将二元酸作为助焊剂中的活性剂，松香树脂作为囊壁材料，但该方法由于松香树脂的粘度很大，微胶囊的制备难度大，活性剂颗粒的表面包裹均匀性难以控制；有些是将丙烯酸树脂单体作为成膜材料，柠檬酸和苹果酸作为助焊剂中的活性剂，但该方法包覆率较低，且制得的微胶囊性能有待提高；还有些是将有机聚合物单体加热、冷却、重结晶，囊壳材料发生界面聚合反应将有机酸活性剂芯材包覆形成微胶囊。但该方法步骤多，工艺复杂。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种锡膏用活性剂及其制备方法、助焊膏、低温锡膏及光伏组件的制备方法，采用喷雾包膜法将囊壁材料包覆在粉碎后有机酸颗粒表面，制成微胶囊颗粒状锡膏用活性剂，使得由该活性剂形成的锡膏能够在组件层压的相同工艺条件下焊接银浆与汇流带，同时控制焊料与银浆的反应程度、避免“过焊”问题出现，保证了产品服役期间的可靠性，以解决现有技术中的制备方法制得的活性剂微胶囊颗粒包覆均匀性难以控制，并且形成的锡膏在焊接时产生过焊现象的技术问题。
为了实现上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种锡膏用活性剂的制备方法。
该锡膏用活性剂的制备方法包括以下步骤：
将活性剂颗粒粉碎至10μm以下粒径；所述活性剂为有机酸；
将囊壁材料制成溶液，并采用喷雾包膜法将其包覆在粉碎后活性剂颗粒表面，制成微胶囊颗粒状所述锡膏用活性剂；所述囊壁材料为PVB(聚乙烯醇缩丁醛)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)或SGP (离子性中间膜)。
进一步的，所述活性剂为己二酸、辛二酸、庚二酸、水杨酸和二羟基丙酸中的一种或多种。
进一步的，所述囊壁材料溶液的溶剂为甲苯和丙酮中的至少一种。
为了实现上述目的，根据本发明的第二方面，提供了一种锡膏用活化剂。
该锡膏用活化剂采用上述的锡膏用活性剂的制备方法制备得到，其中：所述微胶囊颗粒状锡膏用活性剂的粒径为1～10μm。
为了实现上述目的，根据本发明的第三方面，提供了一种助焊膏。
该助焊膏包括以下原料：上述的制备方法制成的锡膏用活性剂以及成膜剂、缓蚀剂、有机溶剂和触变剂，其中：所述成膜剂的质量百分比为5～15％，所述锡膏用活化剂的质量百分比为5～20％，所述缓蚀剂的质量百分比为1～10％，所述触变剂的质量百分比为 3～8％，其余为所述有机溶剂。
进一步的，所述成膜剂为松香；所述缓蚀剂为苯并三氮唑和甲基苯并三氮唑中的一种或两种。
为了实现上述目的，根据本发明的第四方面，提供了一种低温锡膏。
该低温锡膏包括低温焊料和上述的助焊膏，其中：
所述低温焊料为熔点在150℃以下的合金。
进一步的，所述低温焊料为SnPbBi、SnBi、SnBiAg、SnIn或 SnBiSb系列合金中的一种。
进一步的，所述低温焊料为Sn43Pb43Bi14、Sn42Bi58、Sn42Bi57Ag1、 Sn42.7Bi57Ag0.4、Sn42.6Bi57Ag0.3或Sn48In52。
为了实现上述目的，根据本发明的第五方面，提供了一种光伏组件的制备方法。
该光伏组件的制备方法包括：
采用上述的低温锡膏，低温锡膏焊接与光伏组件层压步骤同时进行，所述低温锡膏的焊接温度为150～160℃，焊接时间为 10～60min。
本发明制备的低温锡膏使用的焊接工艺与光伏组件层压温度相同(温度为150～160℃，时间为10～60min)，减少工艺流程，节能环保。
在本发明中，锡膏在焊接时由于活性剂被微胶囊包裹，起到了缓慢释放作用，从而能控制锡膏与银浆的反应程度，避免锡膏与银浆过度反应导致的“过焊”问题。低温焊接也能够避免层压物料与焊料、银浆和电池片的热膨胀系数不匹配问题。同时锡膏焊后的残留物与层压结构基本相同保证了焊接层与层压结构之间的连接强度，提升了抗冲击性能，最终使产品的可靠性得到保障。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例中光伏组件用低温锡膏的制备流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明公开了一种锡膏用助焊膏，该助焊膏包括以下原料：成膜剂、锡膏用活性剂、缓蚀剂、有机溶剂和触变剂，其中：成膜剂的质量百分比为5～15％，锡膏用活性剂的质量百分比为5～20％，缓蚀剂的质量百分比为1～10％，触变剂的质量百分比为3～8％，其余为有机溶剂。
在上述实施例中，锡膏用活性剂以有机酸和囊壁材料为原料，将囊壁材料制成稀溶液并包覆在有机酸颗粒表面，稀溶液中的溶剂在后续烘烤工艺中快速挥发从而形成表面均匀致密包裹一层囊壁材料的活性剂微胶囊颗粒。而且，锡膏用活化剂的粒径控制在1～10μm，这种微胶囊颗粒状锡膏活化剂由于结构与光伏组件用的层压结构相同，在锡膏焊接(也就是层压)时会缓慢将包裹的有机酸颗粒释放出来从而控制焊料与银浆的反应程度，同时结合缓蚀剂起到保护银浆层的效果，避免“过焊”现象的发生。
作为本发明的另一种实施例，囊壁材料可以为PVB(聚乙烯醇缩丁醛)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)或SGP(离子性中间膜)。
作为本发明的另一种实施例，囊壁材料溶解用的溶剂可以为甲苯和丙酮中的一种或两种。
作为本发明的另一种实施例，成膜剂可以为松香。
作为本发明的另一种实施例，缓蚀剂可以为苯并三氮唑和甲基苯并三氮唑中的一种或两种。
作为本发明的另一种实施例，锡膏用活性剂的制备方法具体为：将有机酸颗粒粉碎至10μm以下粒径；将囊壁材料与溶剂按质量比 1:1混合加热再冷却制成溶液，并采用喷雾包膜法将其包覆在粉碎后有机酸颗粒表面，制成微胶囊颗粒状锡膏用活性剂。
在本发明的一些实施例中，锡膏用活性剂的粒径可以为1μm、 2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。
在本发明的一些实施例中，松香的质量百分比可以为5％、6％、 7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％。
在本发明的一些实施例中，锡膏用活性剂的质量百分比可以为 5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、 17％、18％、19％或20％。
在本发明的一些实施例中，缓蚀剂的质量百分比可以为1％、 2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％。
作为本发明的另一种实施例，活性剂为有机酸，并且该有机酸可以为己二酸、辛二酸、庚二酸、水杨酸和二羟基丙酸中的一种或多种。
本发明中还公开了一种光伏组件用低温锡膏，该低温锡膏包括低温焊料和上述的锡膏用助焊膏，其中：低温焊料为熔点在150℃以下的合金。
在上述实施例中，助焊膏与低温焊料混合搅拌制成低温锡膏，并且形成上述低温锡膏的低温焊料为熔点在150℃以下的合金。
作为本发明的另一种实施例，低温焊料可以为SnPbBi、SnBi、 SnBiAg、SnIn或SnBiSb系列合金中的一种。
在本发明的具体实施例中，低温焊料可以为Sn43Pb43Bi14、 Sn42Bi58、Sn42Bi57Ag1、Sn42.7Bi57Ag0.4、Sn42.6Bi57Ag0.3或Sn48In52。
本发明还公开了一种光伏组件的制备方法，该制备方法包括：采用上述的低温锡膏，并且低温锡膏焊接与光伏组件层压步骤同时进行，低温锡膏的焊接温度在150～160℃范围内，焊接时间在 10～60min范围内。
本发明的低温锡膏适用于光伏组件的制造，能通过微胶囊技术缓慢释放有机酸颗粒，控制焊料与银浆的反应程度，避免“过焊”现象的发生。
在本发明的一些实施例中，低温锡膏的具体焊接温度可以为 150℃、151℃、152℃、153℃、154℃、155℃、156℃、157℃、158℃、159℃或160℃；焊接时间可以为10min、20min、30min、40min、50min 或60min。
如图1所示，本发明还提供了一种光伏组件用低温锡膏的制备方法，包括以下步骤：将有机酸颗粒进行粉碎，粒度控制在10μm 以下；采用喷雾工艺将囊壁材料与有机酸颗粒进行包覆制成活性剂微胶囊颗粒；将制备的活性剂微胶囊颗粒与松香、缓蚀剂、有机溶剂和触变剂混合制备助焊膏；最后将助焊膏与低温焊料混合制备锡膏。
以下将通过具体实施例对本发明中的光伏组件用低温锡膏的制备方法进行详细说明。
实施例1：
将活性剂已二酸、庚二酸和水杨酸粉碎至1μm；将囊壁材料(聚乙烯醇缩丁醛)与丙酮按质量比1:1混合加热再冷却制成溶液，并采用喷雾包膜法将其包覆在粉碎后有机酸颗粒表面，制成微胶囊颗粒状锡膏用活性剂，微胶囊尺寸控制在2μm；将制备的活性剂微胶囊(15％)与松香(10％)、苯并三氮唑(5％)、触变剂(3％)和有机溶剂混合制备助焊膏；最后将助焊膏与低温焊料Sn42Bi58混合制备锡膏。
使用制备的低温锡膏在层压工艺的155℃条件下焊接汇流带与银浆，时间为40min。
结果显示，焊后无“过焊”现象，-40℃/120℃冷热循环400次无缺陷。
实施例2：
将活性剂已二酸、辛二酸和二羟基丙酸粉碎至5μm；将囊壁材料(乙烯-醋酸乙烯共聚物)与甲苯按1:1混合加热再冷却制成溶液，并采用喷雾包膜法将其包覆在粉碎后有机酸颗粒表面，制成微胶囊颗粒状锡膏用活性剂，微胶囊尺寸控制在6μm；将制备的活性剂微胶囊(20％)与松香(5％)、甲基苯并三氮唑(10％)、触变剂(6％) 和有机溶剂混合制备助焊膏；最后将助焊膏与低温焊料LF143S混合制备锡膏。
使用制备的低温锡膏在层压工艺的160℃条件下焊接汇流带与银浆，时间为20min。
结果显示，焊后无“过焊”现象，-40℃/120℃冷热循环1000次无缺陷。
实施例3：
将活性剂庚二酸、水杨酸和二羟基丙酸粉碎至9μm；将囊壁材料(SGP离子性中间膜)与甲苯和丙酮分别按1:0.5:0.5混合加热再冷却制成溶液，并采用喷雾包膜法将其包覆在粉碎后有机酸颗粒表面，制成微胶囊颗粒状锡膏用活性剂，微胶囊尺寸控制在10μm；将制备的活性剂微胶囊(5％)与松香(15％)、苯并三氮唑(3％)和甲基苯并三氮唑(3％)、触变剂(8％)和有机溶剂混合制备助焊膏；最后将助焊膏与低温焊料Sn48In52混合制备锡膏。
使用制备的低温锡膏在层压工艺的150℃条件下焊接汇流带与银浆，时间为60min。
结果显示，焊后无“过焊”现象，-40℃/120℃冷热循环600次无缺陷。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种锡膏用活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将活性剂颗粒粉碎至10μm以下粒径；所述活性剂为有机酸；
将囊壁材料制成溶液，并采用喷雾包膜法将其包覆在粉碎后活性剂颗粒表面，制成微胶囊颗粒状锡膏用活性剂；所述囊壁材料为PVB(聚乙烯醇缩丁醛)、EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)或SGP(离子性中间膜)。
2.根据权利要求1所述的锡膏用活性剂的制备方法，其特征在于，所述活性剂为己二酸、辛二酸、庚二酸、水杨酸和二羟基丙酸中的一种或多种。
3.一种锡膏用活化剂，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的锡膏用活性剂的制备方法制备得到，其中：
所述微胶囊颗粒状锡膏用活性剂的粒径为1～10μm。
4.一种助焊膏，其特征在于，包括以下原料：权利要求3所述的制备方法制成的锡膏用活性剂以及成膜剂、缓蚀剂、有机溶剂和触变剂，其中：
所述成膜剂的质量百分比为5～15％，所述锡膏用活化剂的质量百分比为5～20％，所述缓蚀剂的质量百分比为1～10％，所述触变剂的质量百分比为3～8％，其余为所述有机溶剂。
5.根据权利要求4所述的助焊膏，其特征在于，所述成膜剂为松香；所述缓蚀剂为苯并三氮唑和甲基苯并三氮唑中的一种或两种。
6.一种低温锡膏，其特征在于，包括低温焊料和权利要求4-5任一项所述的助焊膏，其中：
所述低温焊料为熔点在150℃以下的合金。
7.根据权利要求6所述的低温锡膏，其特征在于，所述低温焊料为SnPbBi、SnBi、SnBiAg、SnIn或SnBiSb系列合金中的一种。
8.根据权利要求7所述的低温锡膏，其特征在于，所述低温焊料为Sn43Pb43Bi14、Sn42Bi58、Sn42Bi57Ag1、Sn42.7Bi57Ag0.4、Sn42.6Bi57Ag0.3或Sn48In52。
9.一种光伏组件的制备方法，其特征在于，包括：
采用权利要求6-8任一项所述的低温锡膏，低温锡膏焊接与光伏组件层压步骤同时进行，所述低温锡膏的焊接温度为150～160℃，焊接时间为10～60min。
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