TW202113011A - 具有高黏著強度之導電聚矽氧組合物 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種導電組合物，其包含：包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂；具有至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑；導電顆粒；溶劑；黏著促進劑；觸媒；及抑制劑，其中Si-H基與乙烯基之間的比為等於或大於1.3但等於或小於10。

Description

具有高黏著強度之導電聚矽氧組合物
本發明係關於一種導電聚矽氧組合物，其係用於將太陽能電池連接在一起，較佳呈疊瓦式光伏打模組，其中該黏著劑具有所需電氣性質及機械性質。
太陽能電池或光伏打電池係一種藉由光伏打效應將光能直接轉化為電之電氣裝置。太陽能電池係光伏打模組(另外稱為太陽能面板)之建構區段，以便增加藉由單個太陽能電池遞送的電壓。太陽能電池之一般結構說明於圖1中。當今生產的大多數太陽能電池(1)係由結晶矽組成。金屬接觸件匯流條(2)及指狀件(3)均係印刷在矽晶圓上。此等金屬接觸件係收集藉由太陽能電池產生的電流所必需的。圖1a說明具有三個匯流條之基本組態及圖1b說明具有四個匯流條之基本組態(此等圖僅用於說明目的，及具有不同數目之匯流條及/或指狀件之不同設計係可能的)。指狀件係金屬化之線性區域，其收集電流以將其遞送至匯流條，該等匯流條係例如經由帶(5)直接連接至外部引線。一種習知太陽能電池(包括帶(5))說明於圖2中。在習知光伏打模組中，高溫燒製膏劑係用作指狀件及匯流條材料，及帶(5)係藉助於焊接製程進行連接。除焊接外，可使用導電黏著劑(4)以接合標準電池，特別是熱敏異質接面(或薄(＜150微米))結晶矽電池。帶係位於習知光伏打模組中之匯流條頂部上且可對太陽能電池造成陰影區域從而降低光伏打模組之效率。
規避後一問題之一種方法係生產前側上沒有或具有極有限量的金屬接觸件之背接觸式電池。此類電池之實例係金屬包裹貫穿式(MWT)太陽能電池或叉指背接觸式(IBC)太陽能電池。導電黏著劑可用於將此類電池連接成模組。此可藉由如以上所述的帶來完成，其中該等帶係僅位於背側上。在另一種背接觸式模組設計中，可以圖案化方式將導電黏著劑施加在電池之背側上或導電背板上及如此將該電池及導電背板電互連在一起。
增加習知光伏打模組之功率輸出之一種更有效的方式係將太陽能電池以重疊疊瓦圖案串聯連接配置。疊瓦通常係藉由沿著平行於每個晶圓長邊之複數個線切割/切塊結晶矽電池以形成各沿著其長軸具有實質上相同長度之複數個矩形矽太陽能電池而製成。依此方式，可自原始電池切割/切塊更多塊疊瓦(對於六英寸晶圓(約156 mm)，通常係5或6塊)。電池可係全正方形以及假正方形，在後者中，可獲得具有倒角之切割電池(cut cell)。在疊瓦結構中，第一矽太陽能電池及第二矽太陽能電池係在太陽能電池之重疊部分利用導電材料(4)彼此前後接合。導電材料可以不同圖案沉積。作為將太陽能電池接合在一起之材料之導電黏著劑具有克服機械應力之優點，該等機械應力由於用於光伏打總成中之不同材料之間的CTE (熱膨脹係數)不匹配而積聚。圖3說明疊瓦式光伏打模組。在該圖中，描繪具有匯流條(2)之疊瓦，但亦描繪在使用導電黏著劑之情況下，具有中斷匯流條、假匯流條或甚至沒有匯流條之電池結構係可能的，因為後者可收集自光伏打電池產生的電流。
先前技術描述各種導電黏著劑，其可用於互連太陽能電池以形成光伏打模組。此等導電黏著劑中之許多係環氧基黏著劑、丙烯酸酯基黏著劑或聚矽氧基黏著劑。然而，其等可不具有恰當機械性質來克服可靠性產生的應力，例如在溫度-40℃與85℃之間之熱循環(亦詳細描述於下文中)中，或其等可不具有足夠高的黏著強度。
光伏打模組在其生命週期中會經受溫度變化及高機械應力。此等因素對光伏打模組之壽命具有負面影響且針對於用於太陽能電池上及/或用於光伏打模組中之導電黏著劑設置要求。
導電黏著劑組合物之所需機械性質係恰當模量、指定玻璃化轉變溫度及指定熱膨脹係數以便通過針對光伏打模組設計之熱機械負載可靠性測試。若黏著材料過於堅硬(過高模量)，則在對模組施加外應力時(例如在施加機械負載後或在熱循環之後)可發生光伏打模組之功率輸出損失。
因此，仍需要一種導電黏著劑組合物，其具有改良之初始以及長期、接合強度(長期黏著)、及低體電阻率及接觸電阻率，特別是在此類組分及/或基板在其生命週期中會經歷溫度變化之情況下。此外，亦需要可以高速度(例如，絲網印刷或模版印刷或噴射、時間壓力或螺旋分配)施用之可撓性導電黏著劑。
本發明係關於一種導電組合物，其包含a)包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂；b)具有至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑；c)導電顆粒；d)溶劑；e)黏著促進劑；f)觸媒；及g)抑制劑，其中Si-H基與乙烯基之間的比係等於或大於1.3但等於或小於10。
本發明亦關於根據本發明之導電組合物之固化產物。
本發明包涵一種根據本發明之導電組合物或固化產物於太陽能電池上及/或光伏打模組中之用途。
本發明亦包涵一種光伏打模組，其包括呈疊瓦圖案之兩個或更多個太陽能電池之串聯連接串，其在該兩個或更多個太陽能電池之間具有導電接合，其中該導電接合係以根據本發明之導電組合物形成。
在以下段落中，更詳細地描述本發明。如此描述之每個態樣可與任何一或多個其他態樣組合，除非明確地相反指出。特定言之，指示為較佳或有利之任何特徵可與指示為較佳或有利之任何一或多個其他特徵組合。
在本發明之上下文中，除非上下文另有指示，否則根據以下定義來解釋所使用的術語。
如本文所用，單數形式「一」、「一個」及「該」包括單數及複數指示物，除非上下文另外明確指出。
如本文所用，術語「包括(comprising/comprises/comprised of)」係與「包含(including/includes)」或「含有(containing/contains)」相同，且係包含性或開放式，並不排除另外、未列舉之成員、要素或方法步驟。
數值端點之敘述包括被包含於各自範圍內之所有數值及分數、以及所列舉的端點。
除非另有指示，否則本文所提及的所有百分比、份數、比例及類似者均係基於重量計。
當以範圍、較佳範圍、或較佳上限值及較佳下限值之形式表示量、濃度或其他值或參數時，其應理解為特定揭示藉由將任何上限或較佳值與任何下限或較佳值組合獲得的任何範圍，無需考慮所獲得的範圍是否明確於上下文中提及。
本說明書中所引述的所有參考文獻之全文均係以引用之方式併入本文中。
除非另外定義，否則用於揭示本發明中之所有術語(包括技術術語及科學術語)均具有如本發明所屬技術之一般技術者通常所理解的含義。藉助進一步指導，包括術語定義以更佳地明瞭本發明之教示。
根據本發明之導電組合物包含a)包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂；b)具有至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑；c)導電顆粒；d)溶劑；e)黏著促進劑；f)觸媒；及g)抑制劑，其中Si-H基與乙烯基之間的比係等於或大於1.3但等於或小於10。
在太陽能電池上及/或光伏打模組中使用導電黏著劑之優點在於其等可與熱敏電池(諸如具有存在之a-Si層之異質接面結晶矽電池)組合使用或利於使用更薄電池，因為與焊接互連相比其等為較低應力互連。
申請人已發現，藉由根據本發明之導電組合物，可達成高黏著強度及在可靠性方面之電穩定性。申請人已發現，藉由減少導電顆粒的量及增加樹脂基質的量，可克服太陽能模組中之累積機械應力問題。根據本發明之組合物具有高黏著強度，同時在諸如-40至85℃及85℃/85% RH之條件下之耐久性測試期間提供兩個太陽能電池之間的穩定電接觸及穩定電性能。另外，與非聚矽氧黏著劑相比，根據本發明之組合物在可撓性及應力釋放方面具有改良之性能。
熱固性樹脂之優點在於其等可自極堅硬至極可撓性之材料變化。然而，材料不能過於可撓性，因為過於可撓性之材料會對穩定電接觸具有不利效應。尤其地，在-40℃與85℃之間的熱循環期間及/或在高濕度(85%)下在85℃下老化期間，用於太陽能面板中之黏著劑之接觸電阻傾向於增加。
根據本發明之導電黏著劑包含包含至少一個乙烯基之聚氧矽樹脂。適用於本發明中之包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂較佳具有200至100000道耳頓(Da)之重量分子量(Mw )，其中該分子量係藉由凝膠滲透層析法(GPC)測量。GPC測試方法詳細描述於以下實例部分中。
在式1至7中，不同聚矽氧亞單元a至j及x不一定以本文所示的順序存在。亞單元a至j及x可以每種可能的組合隨機分佈在聚矽氧主鏈中。
適用於本發明中之包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂較佳係選自由以下組成之群：
Figure 02_image001
其中a為1至1000，較佳係2至650，且R1 、R2 、R3 、R4 係相同或不同且獨立地選自由甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
Figure 02_image003
其中b + c + x為1至1000，較佳係2至650，且R5 、R6 、R7 、R8 、R9 及R10 係相同或不同且獨立地選自由甲基及乙基、苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
Figure 02_image005
其中d + e為1至1000，較佳係2至650，且R11 、R12 、R13 、R14 、R15 、R16 、R17 係相同或不同且獨立地選自由甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
Figure 02_image007
其中f為1至1000，較佳係2至650，且R18 、R19 、R20 、R21 、R22 、R23 、R24 、R25 、R26 、R27 、R28 係相同或不同且獨立地選自由甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
Figure 02_image009
其中g + h為1至1000，較佳係2至650，且R29 、R30 、R31 、R32 係相同或不同且獨立地選自由甲基及苯基組成之群；
Figure 02_image011
其中R’係選自由乙烯基、甲基、乙基、苯基及其混合物組成之群，R’’係選自由甲基、乙基、苯基、乙烯基及其混合物組成之群，其中至少一個R’’為乙烯基，較佳地，R’為甲基，且R’’為甲基、乙烯基及其混合物，其中至少一個R’’為乙烯基；
Figure 02_image013
其中i + j為1至1000，較佳係2至650，且R33 、R34 、R35 、R36 、R37 、R38 、R39 、R40 、R41 係相同或不同且獨立地選自由甲基及苯基組成之群； 及其混合物。
適用於本發明中之市售包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂包括但不限於來自Momentive Performance Materials之Silopren U grundmishung H6、來自AB specialty silicones之Andisil VQM 1、Andisil VQM 2050及Andisil VQM 6、及來自Siltech corporation之Silmer VQ20。
包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂可以該組合物總重量之10至70重量%，較佳11至50重量%，及更佳12至35重量%的量存在於根據本發明之導電黏著劑中。
若包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂的量為大於70%，則電導率水平可能不夠高，而小於10%的量可導致聚合物基質，其不夠堅強，意指黏著強度可能過於低，及/或該組合物可具有過於高的黏度，此對組合物之適用性具有負面影響。
根據本發明之導電黏著劑包含具有至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑。適用於本發明中之包含至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑較佳具有200至100000道耳頓(Da)之重量分子量(Mw )，其中該分子量係藉由GPC測量。GPC測試方法詳細描述於以下實例部分中。
在式8至14中，不同聚矽氧亞單元k至s不一定以本文所示的順序存在。亞單元k至s可以每種可能的組合隨機分佈在聚矽氧主鏈中。
適用於本發明中之具有至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑較佳係選自由以下組成之群：
Figure 02_image015
其中k為1至1000，較佳係2至650，且R42 及R43 係相同或不同且獨立地選自由H、甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
Figure 02_image017
其中l為1至1000，較佳係2至650，且R44 係選自由H、甲基、乙基、苯基及其混合物組成之群，較佳係選自甲基、苯基及其混合物，
Figure 02_image019
；
Figure 02_image021
其中m為1至1000，較佳係2至650；
Figure 02_image023
其中n + o為1至1000，較佳係2至650，且R45 、R46 、R47 係相同或不同且獨立地選自由H、甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
Figure 02_image025
其中p + q為1至1000，較佳係2至650，且R48 及R49 係相同或不同且選自由H、甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
Figure 02_image027
其中r + s為1至1000，較佳係2至650，且R50 、R51 、R52 、R53 、R54 、R55 、R56 、R57 、R58 、R59 、R60 、R61 係相同或不同且獨立地選自由H、甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基； 及其混合物。
適用於本發明中之市售具有至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑包括但不限於來自Momentive Performance Materials之Silopren U vernetzer 430、來自Siltech corporation之Silmer HQ20、來自Gelest之HQM-105及HQM-107、來自Dow Corning之SYL-OFF™ SL 7028交聯劑及SYL-OFF™ SL 7672交聯劑。
包含至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑可以該組合物總重量之0.1至30重量%，較佳0.5至20重量%，及更佳0.5至16重量%的量存在於根據本發明之導電黏著劑中。
若聚矽氧交聯劑的量為小於0.1%，則該組合物之交聯密度及強度可能過於低，而若聚矽氧交聯劑的量為大於30%，則組合物可能過於堅硬且脆性。
Si-H基與乙烯基之間的比為等於或大於1.3但等於或小於10，較佳地，該比為1.4至10，更佳係1.4至5及甚至更佳係1.4至3。在此範圍內，根據本發明之組合物在黏著強度與電性質之間具有良好平衡。
根據本發明之導電組合物包含導電顆粒。
適用於本發明中導電顆粒係選自由銀、鎳、碳、碳黑、石墨、石墨烯、銅、金、鉑、鋁、鐵、鋅、鈷、鉛、錫合金、塗覆銀之銅、塗覆銀之石墨、塗覆銀之聚合物、塗覆銀之鋁、塗覆銀之玻璃、塗覆銀之碳、塗覆銀之氮化硼、塗覆銀之氧化鋁、塗覆銀之氫氧化鋁及其混合物組成之群，較佳地，導電顆粒係選自由銀、碳黑、石墨、石墨烯、銅、塗覆銀之銅、塗覆銀之石墨、塗覆銀之聚合物、塗覆銀之鋁、塗覆銀之玻璃、塗覆銀之碳、塗覆銀之氮化硼、塗覆銀之氧化鋁、塗覆銀之氫氧化鋁及其混合物組成之群，更佳地，導電顆粒係選自由銀、塗覆銀之銅、塗覆銀之石墨、塗覆銀之聚合物、塗覆銀之鋁、塗覆銀之玻璃及其混合物組成之群，最佳地，導電顆粒係銀。
適用於本發明中導電顆粒之形狀可係薄片形狀、粉末形狀、薄層(platelet)形狀或其混合物。
在極佳實施例中，導電顆粒係薄片形狀顆粒及粉末形狀顆粒之混合物。
申請人已發現，薄片形狀及粉末之組合將提供更佳導電率性能。
一般而言，薄片形狀顆粒及薄層形狀顆粒具有不同於粉末之顆粒尺寸，然而，顆粒尺寸重疊，意指某些薄片或薄層形狀顆粒與粉末形狀顆粒為相同尺寸。
在一個較佳實施例中，導電顆粒具有100微米之最大顆粒尺寸，較佳係0.4至100微米，更佳係0.45至80微米，甚至更佳係0.5至65微米之顆粒尺寸。
顆粒尺寸係藉由使用顆粒尺寸分佈(PSD)方法來測量。在本發明中，平均顆粒尺寸係透過雷射繞射測定法較佳使用自Malvern Instruments Ltd.獲得之Malvern Mastersizer 2000或Malvern Mastersizer 3000或自Horiba Ltd獲得之Horiba LA-950V2來測量。在該技術中，基於應用夫朗和斐(Fraunhofer)或米氏(Mie)理論，使用雷射束之繞射，來測量懸浮液或乳液中顆粒之尺寸。在本發明中，應用非球形顆粒之米氏理論或改進之米氏理論及顆粒尺寸係關於相對於入射雷射束成0.02至135度角之散射量測值。
適用於本發明中之市售導電顆粒包括但不限於來自Metalor之AA192N、GA23825、K1332P、AA-4077、AA-3462、AAM-54314及RA 0076、及來自Ames Goldsmith corporation之KP 29、KP74、KP84、SF 22、SF 25、SF 134及XJ 12、及來自Technic, Inc.之Silflake 95-237。
導電顆粒可以該組合物總重量之30至75重量%，较佳50至70重量%及更佳54至69重量%的量存在於根據本發明之導電黏著劑中。
當導電顆粒的量為大於75%時，導電顆粒與樹脂之間的平衡可能不係理想的，及因此，在可靠性方面之電穩定性亦可能不係理想的。另外，高顆粒量增加黏著劑之成本。而量少於30%可導致導電率性能很差。
根據本發明之導電組合物包含黏著促進劑。
適用於本發明中黏著促進劑係選自由含環氧官能基之矽烷、脂環族環氧矽烷、含(甲基)丙烯酸系官能基之矽烷、羧酸酯及其混合物組成之群。
適用於本發明中之市售黏著促進劑包括但不限於來自Dow corning之Silane Xiameter OFS-6040或DOW CORNING® Z-6040 SILANE、DOW CORNING® Z-6341 SILANE、來自Momentive Performance Materials之Silquest A187、Siquest A186、Silquest A174、Silquest A171、來自Nippon Oil & Fat Corporation (NOF)之Blemmer GS及來自Qingdao Hengda Zhong Cheng Technology Co.之KH-570。
黏著促進劑可以該組合物總重量之0.05至2.5重量%，較佳0.1至2重量%及更佳0.2至0.8重量%的量存在於根據本發明之導電黏著劑中。
當黏著促進劑的量大於2.5%時，黏著劑可顯示一些滲出，而小於0.05%的量可黏著促進很差。
根據本發明之導電組合物包含溶劑，其中該溶劑在1 atm (760 mm Hg)下具有75℃或更高之沸點。
較佳係具有沸點75℃或更高之溶劑，因為具有較低沸點之溶劑將在組裝及使用期間自組合物蒸發，及因此將對組合物之性質具有負面影響。
較佳地，適用於本發明中之溶劑係選自由以下組成之群：具有一般結構R62 (Si(R62 )2 O)t R62 之溶劑，其中R62 為C1-C10烷基鏈、卡比醇(carbitol)乙酸酯、聚卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、經氫化處理之輕質餾出物(石油)及其混合物且t為1至10之整數，較佳地，溶劑係選自由聚矽酸酯、聚矽酸甲酯、聚矽酸乙酯、聚矽酸丁酯、卡必醇乙酸酯、聚卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、經氫化處理之輕質餾出物(石油)及其混合物。
適用於本發明中之市售溶劑包括但不限於來自Dow Chemical之丁基卡必醇乙酸酯(BCA)、來自Miosonio Co. Ltd.之Solvent Oil D60、來自Redox Pty Ltd之D60、來自Silbond Corporation之Silbond 40及來自Evonik之Dynasyl 40。
溶劑可以該組合物總重量之0.1至10重量%，較佳0.15至5重量%及更佳0.2至4重量%的量存在於根據本發明之導電黏著劑組合物中。
若溶劑的量過於高，則此可導致黏著性質很差，固化期間大量的脫氣及組合物滲出，而少於0.1%的量可導致非所需效應及過高黏度。
根據本發明之導電組合物包含觸媒。
適用於本發明中觸媒係選自由鉑錯合物觸媒、銠錯合物觸媒及其混合物組成之群，較佳地，該觸媒係鉑錯合物觸媒，及更佳地，該觸媒係選自由鉑-二乙烯基四甲基二矽氧烷錯合物、H2 PtCl6 .[Cp2 PtCl2 ]、Pt羰基環乙烯基甲基矽氧烷錯合物；Pt–環乙烯基甲基矽氧烷錯合物及其混合物組成之群。
適用於本發明中之市售觸媒包括但不限於來自Gelest之SIP 6829.2及SIP 6831.2。
觸媒可以該組合物總重量之0.01至2重量%，較佳0.05至1重量%及更佳0.07至0.5重量%的量存在於根據本發明之導電黏著劑中。
若觸媒的量為低於0.01%，則此可導致不反應，且黏著性質及固化性質很差，而大於2%的量可導致高成本及脆性固化產物。
根據本發明之導電組合物包含抑制劑。應注意，藉由分析型方法難以評定根據本發明之組合物中抑制劑之存在。
適用於本發明中抑制劑係選自由以下組成之群：HC≡C-C(OH)R63 R64 ，其中R63 為甲基、乙基，且R64 為具有1至10個碳原子之直鏈或分支鏈烷基鏈、或苯基或官能化苯基；HC≡C-C(CH3 )=CHR65 ，其中R65 為具有1至10個碳原子之直鏈或分支鏈烷基鏈；四乙烯基-四甲基環-四矽氧烷、雙(2-乙基己基)馬來酸酯及其混合物，較佳地，該抑制劑係選自由2-甲基-3-丁炔-2-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、3-甲基-3-戊烯-1-炔、3,5-二甲基-3-己烯-1-炔、四乙烯基-四甲基環-四矽氧烷、1-乙炔基-1-環己醇、3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、雙(2-乙基己基)馬來酸酯及其混合物組成之群。
適用於本發明中之市售抑制劑包括但不限於來自Acros之2-甲基-3丁炔-2-醇、來自Sigma Aldrich之3,5-二甲基-1-己炔-3-醇、及來自Celanese之雙2-(乙基己基)馬來酸酯及來自Momentive之乙烯基-甲基-D4。
抑制劑可以該組合物總重量之0.01至2重量%，較佳0.05至1重量%及更佳0.07至0.5重量%的量存在於根據本發明之導電黏著劑中。
若抑制劑的量過於高，則此可導致根本不發生反應且黏著性質很差。另一方面，抑制劑濃度過於低可導致材料之工作壽命及存放期縮短。
根據本發明之導電組合物可進一步包含流變添加劑、電導率促進劑、分散劑、防滲劑、消泡劑及其混合物。
在一個極佳實施例中，根據本發明之導電組合物包含選自由石英、發煙二氧化矽、黏土、聚醯胺、改性聚醯胺及其混合物組成之群之流變添加劑，較佳地，該流變添加劑為發煙二氧化矽。
流變添加劑可以該組合物總重量之0.01至15重量%，較佳0.1至12重量%及更佳0.5至10重量%存在。
當流變添加劑的量過於高時，黏度可增加過於多且可能對電導率具有負面影響，而量過於低可能無法提供所需效應。
本發明亦關於根據本發明之導電組合物之固化產物。
根據本發明之組合物可經熱固化。根據本發明之組合物可在180℃下在90秒內固化。然而，申請人已發現，在50℃至200℃之溫度下之更長固化時間後，黏著強度可甚至進一步發展。
本發明包涵一種根據本發明之導電組合物於太陽能電池上及/或光伏打模組中之用途，較佳作為太陽能電池及/或光伏打模組中之互連材料。
本發明包涵一種根據本發明之經固化之導電組合物於太陽能電池上及/或光伏打模組中之用途，較佳作為太陽能電池及/或光伏打模組中之互連材料。
根據本發明之具有所需電氣性質及機械性質之導電黏著劑可用於疊瓦式光伏打模組中，其中該等結晶矽基太陽能疊瓦係藉由使用導電黏著劑彼此連接。
較佳地，根據本發明之導電組合物係用作光伏打模組中之互連材料，其中該等太陽能電池係疊瓦式。疊瓦式結構說明於圖3中。
本發明亦關於一種光伏打模組，其包括呈疊瓦圖案之兩個或更多個太陽能電池之串聯連接串，其在該兩個或更多個太陽能電池之間具有導電接合，其中該導電接合係以根據本發明之導電組合物形成。
在一個實施例中，根據本發明之導電組合物可用於如圖2中所示將帶接合至太陽能電池或將帶或導電背板連接至背接觸式太陽能電池上。
根據本發明之導電組合物可藉由分配、噴射或印刷來施覆。
本發明包涵根據本發明之光伏打模組，其中該導電組合物係藉由分配、噴射或印刷來施覆。 實例
實例組合物係藉由將所有成分混合在一起以形成均質混合物來製備。測試方法 ： 黏度
黏度係在TA instruments之流變儀Rheometer HR-1或Q-2000上進行測量；發現HR-1或-2或-3，使用具有2 cm直徑板之板-板幾何形狀，在200微米間隙下及1.5 s-1 或15 s-1 之剪切速率下。黏度單位以Pa.s報告。GPC
樣品製備——在2 ml小瓶中稱取約5 mg樣品。添加1 ml甲苯。為確保樣品在甲苯中充分地溶解並弛豫，在室溫下靜置樣品溶液超過12小時。最後，在GPC分析之前，先攪動樣品小瓶。
在由RID-10A折射率偵測器、LC-20AB泵、SIL-20A自動取樣器、CTO-20A管柱烘箱及CBM-20A控制模式組成之Shimadzu HPLC系統(Shimadzu Co.，Kyoto，Japan)上，使用甲苯作為流動相進行凝膠滲透層析(GPC)。該系統配備有一個Polypore保護管柱及兩個Polypore GPC管柱(Agilent Technologies，Santa Clara, CA, USA)。流率設定為1.0 mL/min。管柱烘箱之溫度為35℃。注射體積為100 ml。Empower 3 (Waters Co.，Milford, MA, USA)係用作樣品處理軟體。Si- 乙烯基與 Si-H 比，藉由質子 NMR( 核磁共振 ) 實驗條件 測得
藉由將約1 g ECA懸浮在3 mL CDCl3 中製備NMR樣品，允許在室溫下靜置30分鐘，以3500 rpm離心且除去有機層以用於NMR分析。
在Bruker Avance III HD 400 (9.4 T) NMR光譜儀上，在400.13 MHz下，使用30度rf脈衝、20秒之弛豫延遲及在303K之探針溫度下，獲取質子NMR光譜。
NMR儀器利用在4.4至5.0 ppm之間 (Si-H)及在5.6至6.2 ppm之間(Si-乙烯基)的化學位移之質子量測乙烯基官能基及Si-H官能基之直接莫耳反應。在每個樣品光譜中，Si-乙烯基積分值係指定為1.000及Si-H積分值係相對於該值。
對於實例9，一之Si-乙烯基積分值得到0.668之Si-H積分值及因此確定該材料之Si-H/Si-乙烯基比為2.0(= 3 * 0.668)，意指對於1當量乙烯基(SiC H =C H2 )，黏著劑中存在2當量Si- H 基。體積電阻率 (VR)
製備根據以上實例之組合物之樣品且沉積在玻璃板上(藉由將材料條下拉至載玻片之表面上，其中條尺寸為約5 cm長，5 mm寬及約50微米厚)，然後固化並乾燥(在箱型烘箱中於150℃下維持15分鐘)。在測量之前，將玻璃板冷卻至室溫。
自等式VR=(樣品寬度(cm)×樣品厚度(cm)×電阻(Ohm))/樣品長度(cm)計算得體積電阻率。其中電阻(單位為ohm)係藉由使用Keithley 2010萬用表及2點電阻探針測得。體積電阻率單位以Ohm.cm報告。電接觸電阻 (CR)
電接觸電阻係藉由將導電黏著劑以0.5 cm寬黏著劑跡線沉積在陶瓷板上來測定。TLM結構係藉由將7個鍍Ag之Cu凸片(1.2 mm寬，1微米Ag塗層)與黏著劑跡線接觸來獲得，其中該等接觸凸片展現該等接觸凸片間距離從約3 mm增大至約18 mm。固化(在箱型烘箱中於150℃下維持15分鐘)後，藉由使用Keithley四點探針及Keithley 2750萬用表測量相鄰接觸凸片間的電阻且繪製為距離之函數。接觸電阻值為自該圖獲得的曲線之截距的一半。平均接觸電阻(算術平均值)以mohm報告。若由於不良歐姆接觸而無法找到線性關係，意指rsq值為小於0.9，則提及「未擬合」。
Figure 02_image029
使用如以上所述的TLM測試設置，藉由經加速之老化測試(40,85℃熱循環)，來測定電接觸電阻之穩定性。TC500指示500個循環後的結果，其中一個循環中之溫度自-40℃變為85℃且回至-40℃。 晶粒剪切強度(DSS)
樣品係藉由在陶瓷板上沉積2 mm寬且50微米厚之跡線來製備。利用Fineplacer在0壓力下將12片2 x 2 mm矽晶粒置於黏著劑跡線上。在箱型烤箱中於150℃固化該等樣品15分鐘。
晶粒剪切強度係利用Dage 4000 Optima Bondtester來測量。該測定係基於測量移除晶粒所需的力。
表1列出比較實例1及2及根據本發明之實例3至7之成分。表 1
材料 實例 1 實例 2 實例 3 實例 4 實例 5 實例 6 實例 7
比較例 比較例
化學計量Si-H/乙烯基-理論值 0.8 0.8 1.5 2 2 1.6 2.0
原材料名稱 功能 重量% 重量% 重量% 重量% 重量% 重量% 重量%
Silopren U grundmishung H6，來自Momentive Performance Materials 聚矽氧樹脂 37.419    28.18 24.62 28.86 16.75 23.83
Andisil VQM 1，來自AB speciality silicones    36.74          16.48   
Silmer VQ20，來自Siltech corporation          1.21         
Silopren U vernetzer 430，來自Momentive Performance Materials 聚矽氧交聯劑 2.872 3.062 4.06 6.89 5.91 5.17 4.88
Silmer HQ20，來自Siltech corporation       0.42 0.34         
Silbond 40，來自Silbond Corporation 溶劑    0.77 0.84 0.62 0.54 0.66 0.695 0.55
Silopren S 50，來自Momentive Perfomrance Materials 1.13 1.23 0.91 0.79 0.98 1.02 0.81
SIP 6829.2，來自Gelest 觸媒 0.13 0.14 0.10 0.09 0.11 0.12 0.09
2-甲基-3-丁炔-2-醇，來自Acros 抑制劑    0.04 0.04 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
乙烯基-甲基-D4，來自Momentive 0.51 0.56 0.41 0.36 0.44 0.46 0.36
Silquest A187，來自Momentive Performance Materials 黏著促進劑 0.60    0.48 0.42 0.52 0.54 0.43
SF-22，來自Ames Goldsmith 銀                   49.51
AA364-2，來自Metalor 40.55 40.85 46.48 46.33 44.83 42.66 16.50
KP84，來自Ames Goldsmith 13.52 13.62 15.49 15.44 14.94 14.11   
K1332P，來自Metalor 2.46 2.48 2.82 2.954 2.7 2.57 3.01
表2列出根據本發明之比較實例及實例之性質。表 2
性質 實例 1 實例 2 實例 3 實例 4 實例 5 實例 6 實例 7
比較樣品 比較樣品
化學計量Si-H/乙烯基-理論值    0.8 0.8 1.5 2 2 1.6 2.0
化學計量Si-H/乙烯基- NMR    0.7    1.5 2 2.1 1.5   
黏度，15 s-1 Pa.s 75 12.4 33 29 28 16 12.5
DSS – 15分鐘 150℃ g 366 243 1300 1322 1112 1052 1245
VR -15分鐘 150℃ Ohm.cm 1.8 10-3 5.3 10-3 1.3 10-3 2.0 10-3 1.9 10-3 4.6 10-3 2.5 10-3
CR– 15分鐘 150℃初始 mOhm - - 16 33 11 6 19
CR– 15分鐘 150℃，在TC500後 mOhm - - 28 - 29 - 19
表3列出比較實例8及根據本發明之實例9至10之成分。表 3
材料 實例 8 比較實例 實例 9 實例 10
              
化學計量Si-H/乙烯基-理論值    6 2.0 1.5
原材料名稱 功能 重量% 重量% 重量%
聚矽氧樹脂，來自KunShan BingDE Electronics&Technology Corporation 聚矽氧樹脂 7.51    15.02 17.16
聚矽氧交聯劑，來自KunShan BingDE Electronics&Technology Corporation 聚矽氧交聯劑 22.53    15.02 12.87
BCA，來自Sigma-Aldrich 溶劑       2.73
D60，來自Miosonio Co. Ltd. 2.56 2.56   
SIP 6831.2，來自Gelest 觸媒 0.045 0.045 0.045
Silquest A187，來自Momentive Performance Materials 黏著促進劑 0.15      
KH-570，來自Qingdao hengda Zhong Cheng Technology Co 0.15      
Blemmer GS，來自Nippon Oil & Fat Corporation (NOF)    0.063 0.063
K1322P、AA364-2，來自Metalor，及KP84，來自Ames Goldsmith 銀 67.30 67.30 67.12
表4列出比較實例8及根據本發明之實例9至10之性質。表 4
性質    實例 8 比較實例 實例 9 實例 10
化學計量Si-H/乙烯基-理論值    6 2.0 1.5
化學計量Si-H/乙烯基-NMR       2.0   
黏度，15 s-1 Pa.s 33 40 45
DSS – 90 s 180℃ kg 0.72 1.53 1.46
DSS – 15分鐘 150℃ kg 1.05 2.11 2.08
VR -15分鐘 150℃ Ohm.cm 5.3 10-3 1.5 10-3 2.1 10-4
CR – 15分鐘 150℃ mOhm 97 22 19
1:太陽能電池 2:匯流條 3:指狀件 4:導電黏著劑 5:帶
圖1說明尋常矽太陽能電池之結構。
圖2說明習知光伏打模組。
圖3說明疊瓦式光伏打模組。
2:匯流條
4:導電黏著劑

Claims (16)

  1. 一種導電組合物，其包含 a) 包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂； b) 具有至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑； c) 導電顆粒； d) 溶劑； e) 黏著促進劑； f) 觸媒；及 g) 抑制劑， 其中Si-H基與乙烯基之間的比為等於或大於1.3但等於或小於10。
  2. 如請求項1之導電組合物，其中該包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂係選自由以下組成之群
    Figure 03_image001
    其中a為1至1000，較佳係2至650，且R1 、R2 、R3 、R4 係相同或不同且獨立地選自由甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
    Figure 03_image003
    其中b + c + x為1至1000，較佳係2至650，且R5 、R6 、R7 、R8 、R9 及R10 係相同或不同且獨立地選自由甲基及乙基、苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
    Figure 03_image005
    其中d + e為1至1000，較佳係2至650，且R11 、R12 、R13 、R14 、R15 、R16 、R17 係相同或不同且獨立地選自由甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
    Figure 03_image032
    其中f為1至1000，較佳係2至650，且R18 、R19 、R20 、R21 、R22 、R23 、R24 、R25 、R26 、R27 、R28 係相同或不同且獨立地選自由甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
    Figure 03_image009
    其中g + h為1至1000，較佳係2至650，且R29 、R30 、R31 、R32 係相同或不同且獨立地選自由甲基及苯基組成之群；
    Figure 03_image011
    其中R’係選自由乙烯基、甲基、乙基、苯基及其混合物組成之群，R’’係選自由甲基、乙基、苯基、乙烯基及其混合物組成之群，其中至少一個R’’為乙烯基，較佳地，R’為甲基，且R’’為甲基、乙烯基及其混合物，其中至少一個R’’為乙烯基；
    Figure 03_image035
    其中i + j為1至1000，較佳係2至650，且R33 、R34 、R35 、R36 、R37 、R38 、R39 、R40 、R41 係相同或不同且獨立地選自由甲基及苯基組成之群； 及其混合物。
  3. 如請求項1或2之導電組合物，其中該包含至少一個乙烯基之聚矽氧樹脂係以該組合物總重量之10至70重量%，較佳11至50重量%，及更佳12至35重量%的量存在。
  4. 如請求項1至3中任一項之導電組合物，其中該包含至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑係選自由以下組成之群：
    Figure 03_image036
    其中k為1至1000，較佳係2至650，且R42 及R43 係相同或不同且獨立地選自由H、甲基、乙基、苯基及其混合物組成之群，較佳係選自甲基、苯基及其混合物；
    Figure 03_image038
    其中l為1至1000，較佳係2至650，且R44 係選自由H、甲基、乙基、苯基及其混合物組成之群，較佳地，R44 為甲基、苯基及其混合物；
    Figure 03_image040
    ；
    Figure 03_image042
    其中m為1至1000，較佳係2至650；
    Figure 03_image023
    其中n + o為1至1000，較佳係2至650，且R45 、R46 、R47 係相同或不同且獨立地選自由H、甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
    Figure 03_image025
    其中p + q為1至1000，較佳係2至650，且R48 及R49 係相同或不同且選自由H、甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基；
    Figure 03_image045
    其中r + s為1至1000，較佳係2至650，且R50 、R51 、R52 、R53 、R54 、R55 、R56 、R57 、R58 、R59 、R60 、R61 係相同或不同且獨立地選自由H、甲基、乙基及苯基組成之群，較佳係選自甲基及苯基； 及其混合物。
  5. 如請求項1或4之導電組合物，其中該包含至少一個Si-H基之聚矽氧交聯劑係以該組合物總重量之0.1至30重量%，較佳0.5至20重量%，及更佳0.5至16重量%的量存在。
  6. 如請求項1或5之導電組合物，其中該等導電顆粒係選自由銀、鎳、碳、碳黑、石墨、石墨烯、銅、金、鉑、鋁、鐵、鋅、鈷、鉛、錫合金、塗覆銀之銅、塗覆銀之石墨、塗覆銀之聚合物、塗覆銀之鋁、塗覆銀之玻璃、塗覆銀之碳、塗覆銀之氮化硼、塗覆銀之氧化鋁、塗覆銀之氫氧化鋁及其混合物組成之群，較佳地，導電顆粒係選自由銀、碳黑、石墨、石墨烯、銅、塗覆銀之銅、塗覆銀之石墨、塗覆銀之聚合物、塗覆銀之鋁、塗覆銀之玻璃、塗覆銀之碳、塗覆銀之氮化硼、塗覆銀之氧化鋁、塗覆銀之氫氧化鋁及其混合物組成之群，更佳地，導電顆粒係選自由銀、塗覆銀之銅、塗覆銀之石墨、塗覆銀之聚合物、塗覆銀之鋁、塗覆銀之玻璃及其混合物組成之群，最佳地，導電顆粒係銀。
  7. 如請求項1至6中任一項之導電組合物，其中該等導電顆粒係以該組合物總重量之30至75重量%，較佳50至70重量%及更佳54至69重量%的量存在。
  8. 如請求項1至7中任一項之導電組合物，其中該黏著促進劑係選自由含環氧官能基之矽烷、脂環族環氧矽烷、含(甲基)丙烯酸官能基之矽烷、羧酸酯、環氧丙烯酸酯及其混合物組成之群。
  9. 如請求項1至8中任一項之導電組合物，其中該黏著促進劑係以該組合物總重量之0.05至2.5重量%，較佳0.1至2重量%及更佳0.2至0.8重量%的量存在。
  10. 如請求項1至9中任一項之導電組合物，其中該溶劑在1 atm (760 mm Hg)下具有75℃或更高之沸點，較佳係選自由卡必醇(carbitol)乙酸酯、聚卡必醇乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、聚矽酸酯、聚矽酸甲酯、聚矽酸乙酯、聚矽酸丁酯、經氫化處理之輕質餾出物(石油)及其混合物組成之群。
  11. 如請求項1至10中任一項之導電組合物，其中該溶劑係以該組合物總重量之0.1至10重量%，較佳0.15至5重量%及更佳0.2至4重量%的量存在。
  12. 一種如請求項1至11中任一項之導電組合物之固化產物。
  13. 一種如請求項1至11中任一項之導電組合物或一種如請求項12之固化產物於太陽能電池上及/或光伏打模組中之用途，較佳作為將太陽能電池連接成光伏打模組之互連材料。
  14. 如請求項13之用途，作為該光伏打模組中之互連材料，其中該等太陽能電池係疊瓦式。
  15. 一種光伏打模組，其包括呈疊瓦圖案之兩個或更多個太陽能電池之串聯連接串，其在該兩個或更多個太陽能電池之間具有導電接合，其中該導電接合係以如請求項1至11或請求項12中任一項之導電組合物形成。
  16. 如請求項15之光伏打模組，其中該導電組合物係藉由分配、噴射或印刷來施覆。
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