TWI779030B - 用於附接太陽能電池的導電性黏著劑及其用途 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種導電性組合物，包含a)樹脂，其選自由以下組成之群：環氧(甲基)丙烯酸酯、(聚)酯(甲基)丙烯酸酯、胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、矽酮(甲基)丙烯酸酯、聚(異)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)異戊二烯(甲基)丙烯酸酯、聚丁烯(甲基)丙烯酸酯及其混合物；b)丙烯酸類單體；c)導電性填充劑；及d)固化劑。該組合物特別適用於太陽能電池及/或光電模組中，尤其適用於光電模組中，其中該等太陽能電池為疊瓦式。

Description

用於附接太陽能電池的導電性黏著劑及其用途
本發明係關於一種用於將太陽能電池一起附接成疊瓦式光電模組的導電性黏著劑，其中該黏著劑具有所需的電學及力學特性。
太陽能電池或光電電池為一種藉由光電效應將光能直接轉換成電的電裝置。太陽能電池為光電模組之構建組塊，另外稱為太陽能面板，以提高個別太陽能電池所遞送的電壓。
太陽能電池之通用結構說明於圖1中。當今製造的大部分太陽能電池(1)係由晶體矽組成。金屬觸點母線(2)與指狀電極(3)均印刷於矽晶圓上。此等金屬觸點為收集太陽能電池所產生之電流所必需的。圖1a說明三根母線之基本組態且圖1b說明四根母線之基本組態。指狀電極為收集電流以將其遞送至母線的金屬化線性區域，其經由例如條帶(5)直接連接至外部引線。包括條帶(5)的習知太陽能電池說明於圖2中。在習知光電模組中，使用高溫燒製膏作為指狀電極及母線材料，且條帶(5)藉助於焊接製程附接。除焊接之外，亦可使用導電性黏著劑(4)黏結熱敏性異質接面晶體電池(其中存在a-Si層)。在習知光電模組中，條帶位於母線頂上，且在太陽能電池上產生陰影區域，導致光電模組的效率降低。
為了增加習知光電模組的功率輸出，太陽能電池可以疊瓦圖案串聯連接排列。疊瓦典型地如下形成：沿著與各晶圓之長邊緣平行的多條線切割/分割晶體矽電池，以形成多個矩形矽太陽能電池，該等太陽能電池沿著其長軸各自具有基本上相同的長度。以此方式，自最初印刷的電池中切割/分割出更多的疊瓦(六吋晶圓(約156mm)典型地切得5或6片)。電池可呈全正方形以及準正方形，在後者中可以獲得轉角經倒角的切割電池。第一與第二矽太陽能電池在疊瓦結構中具有導電材料(4)之太陽能電池的重疊部分彼此黏結。導電材料可以不同圖案沈積。導電性黏著劑用作將太陽能電池黏結在一起之材料的優點在於，其克服了光電總成中所用不同材料之間因熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion，CTE)錯配而積累的機械應力。圖3說明了一種疊瓦式光電模組。
先前技術描述多種不同種類的導電性黏著劑，其可以用於太陽能電池中以形成光電模組。許多此等導電性黏著劑為基於環氧樹脂或矽酮的黏著劑。然而，對於先前技術中所述的一些黏著劑而言，在該等黏著劑達成其全部力學及電學特性之前，通常需要長固化時間。
光電模組在其壽命週期期間經歷溫度變化及高機械應力。此等因素對光電模組的壽命產生負面影響，且亦給太陽能電池及/或光電電池中所用的導電性黏著劑提出了要求。
先前技術中所述的另一個侷限在於，該等黏著劑可能不具有必需的熱機械特性。導電性黏著劑組合物的必需熱彈性特性為正確模數、指定的玻璃轉移溫度及指定的熱膨脹係數，以便通過針對光電模組所設計的熱機械負荷可靠性測試。若黏著材料剛性太大(模數過高)，則當向模組施加外部應力時(例如，在施加機械負荷之後或熱循環之後)，光電模 組可能會出現功率輸出損失。
因此，仍需要一種導電性黏著劑組合物，其具有改良的長期黏結強度(長期黏著力)，尤其當此類組件及/或基板在其壽命週期期間經歷溫度變化時。另外，亦需要提供上述特性的低成本導電性黏著劑組合物。
本發明係關於一種導電性組合物，包含a)樹脂，其選自由以下組成之群：環氧(甲基)丙烯酸酯、(聚)酯(甲基)丙烯酸酯、胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、矽酮(甲基)丙烯酸酯、聚(異)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)異戊二烯(甲基)丙烯酸酯、聚丁烯(甲基)丙烯酸酯及其混合物；b)丙烯酸類單體；c)導電性填充劑；及d)固化劑。
本發明亦涵蓋本發明之導電性組合物的固化產物。
本發明亦關於本發明之導電性組合物的用途或本發明之固化產物的用途，其用於太陽能電池及/或光電模組中。
本發明亦關於一種光電模組，其包含一串以疊瓦圖案串聯連接的兩個或超過兩個光電電池，該兩個或超過兩個太陽光電電池之間具有導電性接合，其中該導電性接合係用本發明之導電性組合物形成。
1:太陽能電池
2:金屬觸點母線
3:指狀電極
4:導電性黏著劑
5:條帶
圖1說明普通矽太陽能電池的結構。
圖2說明一種習知的光電模組。
圖3說明了一種疊瓦式光電模組。
本發明更詳細地描述於以下段落中。除非明確相反地說明，否則如此描述之各態樣可與任何其他態樣組合。特定言之，指明為較佳或有利之任何特徵可與指明為較佳或有利之任何其他特徵組合。
在本發明之上下文中，除非上下文另外規定，否則根據以下定義解釋所用術語。
除非上下文另外明確指明，否則如本文所用，單數形式「一(a/an)」及「該」包括單數個與複數個提及物。
如本文所用，術語「包含(comprising)」、「包含(comprises)」及「包含(comprised of)」與「包括(including)」、「包括(includes)」或「含有(comntaining)」、「含有(contains)」同義，且為包括性的或開放端的，且不排除其他未述成員、元件或方法步驟。
數值端點之列舉包括相應範圍內所包含之所有數值及分數，以及所述端點。
除非另外指明，否則本文提及之所有百分比、份數、比例及其類似者均以重量計。
當量、濃度或其他值或參數係以範圍、較佳範圍或較佳上限值與較佳下限值之形式表示時，應瞭解，藉由將任何上限值或較佳值與任何下限值或較佳值組合而獲得的任何範圍係具體地揭示，而不考慮上下文中是否明確提及所得範圍。
本說明書中引用的所有參考文獻均以全文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之所有術語(包括技術及科學術語)具有一般熟習本發明所屬技術者通常所瞭解之含義。藉助於 進一步提供指導，術語定義係為了更好地理解本發明之教示而包括在內。
在下文中，術語(甲基)丙烯酸酯涵蓋丙烯酸酯與甲基丙烯酸酯。
本發明係關於一種導電性組合物，包含a)樹脂，其選自由以下組成之群：環氧(甲基)丙烯酸酯、(聚)酯(甲基)丙烯酸酯、胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、矽酮(甲基)丙烯酸酯、聚(異)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)異戊二烯(甲基)丙烯酸酯、聚丁烯(甲基)丙烯酸酯及其混合物；b)丙烯酸類單體；c)導電性填充劑；及d)固化劑。
本申請人已驚人地發現，本發明之導電性組合物向矽太陽能電池之金屬部件提供快速固化、應力釋放、長期黏結強度，向太陽能電池之金屬部件提供可靠的連接及較低的電接觸電阻，儘管具有低至中等的銀含量。此等態樣中的一些說明於圖3中。
本發明之導電性組合物包含選自由以下組成之群的樹脂：環氧(甲基)丙烯酸酯、(聚)酯(甲基)丙烯酸酯、胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、矽酮(甲基)丙烯酸酯、聚(異)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)異戊二烯(甲基)丙烯酸酯、聚丁烯(甲基)丙烯酸酯及其混合物。
上文所列之熱固性丙烯酸酯樹脂的優點在於，其可以在極具剛性至極具撓性的材料之間變更。另外，較佳為具有低Tg值的樹脂，原因在於具有低Tg值的樹脂向組合物提供所需撓性，以便通過太陽能模組可靠性測試。
較佳地，本發明中所用之樹脂具有15℃或低於15℃的Tg值。
然而，黏著劑的撓性不能太大，原因是難以維持與太陽能 電池的穩定電接觸。因此，所形成的觸點需要具有足夠的撓性，但具有某種程度的剛性以向結構提供穩定性。另外已知，在-40℃與85℃之間的熱循環期間及/或在高濕度環境(85%濕度)中、在85℃老化期間，黏著劑與太陽能電池的接觸電阻傾向於增加。在此等可靠性條件期間，此正引起模組功率輸出下降。因此，提供具有所需撓性的黏著劑具有重要作用。
較佳地，樹脂為(聚)(異)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)異戊二烯(甲基)丙烯酸酯或胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯，更優選脂族或芳族胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯或脂族聚酯類胺基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯寡聚物，更優選脂族胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯或脂族聚酯類胺基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯寡聚物或其混合物。
胺基甲酸酯丙烯酸酯，具體言之，脂族胺基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯，因其具有低Tg值且其可以向組合物提供所需撓性而為較佳的。
適用於本發明中之市售樹脂包括(但不限於)得自Allnex的Ebecryl 8232、Ebecryl 230、Ebecryl 4744、Ebecryl 3639、Ebecryl 3708；得自Rahn的Genomer 2253、Genomer 3457、Genomer 4215及Genomer 4230；及得自Arkema的CN9002、CN9021、CN9014、SR 307、CN 307；得自Kaneka的EPION 400V及得自Kuraray的UC-102、UC-102M、UC-203及UC-203M。
本發明之導電性組合物包含組合物總重量之10至65重量%、較佳10至55%、更佳11至45%及甚至更佳12至35%的樹脂。
若樹脂量過高，則所得組合物使得所填充的調配物(關於導電性填充劑)極低，且導電特性受到不利影響。另一方面，樹脂量過低不 能提供必需的黏著強度。
本發明之導電性組合物包含丙烯酸類單體，該丙烯酸類單體為且充當反應性稀釋劑。適用於本發明中之丙烯酸類單體可為一種類型之丙烯酸類單體單體的混合物或不同種類之丙烯酸類單體的混合物。
在一個實施例中，丙烯酸類單體為至少一種具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團的(甲基)丙烯酸酯單體。
或者，在另一個實施例中丙烯酸類單體為至少一種具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體與(甲基)丙烯酸酯官能化磷酸酯的混合物。
或者，又在另一個實施例中，丙烯酸類單體為至少一種具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體與至少一種具有一個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體與(甲基)丙烯酸酯官能化磷酸酯的混合物。
由於官能化磷酸酯丙烯酸類單體的存在促進黏著，且兩個或超過兩個丙烯酸類基團的存在促進理想的固化收縮且因而提供低電阻，因此上文所列之丙烯酸類單體組合為較佳的。
適用於本發明中之具有一個(甲基)丙烯酸酯基團的(甲基)丙烯酸酯單體較佳選自由以下組成之群：丙烯酸異冰片烷酯、甲基丙烯酸異冰片烷酯、丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸酯、環狀三羥甲基丙烷縮甲醛丙烯酸酯、丙烯酸4-第三丁基環己酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸四氫呋喃酯、丙烯酸3,3,5-三甲基環己酯及其混合物。
此等單官能(甲基)丙烯酸酯單體由於其對本發明之組合物 具有良好的稀釋特性及良好的相容性而為較佳的。特定言之，甲基丙烯酸異冰片烷酯由於其對本發明之組合物具有理想的稀釋特性而為較佳的。
適用於本發明中之具有一個(甲基)丙烯酸酯基團的市售(甲基)丙烯酸酯單體包括(但不限於)得自Arkema的SR256、SR489、SR395、SR440、SR335、SR285、SR423D、SR550；得自Miwon Specialty Chemical Co.,Ltd.的Miramer M170、M1084；得自Osaka Organic Chemical Ind.的IBXA；得自Rahn的Genomer 121,Genomer 121M；及得自Osaka Organic Chemical ltd.的IBOA。
適用於本發明中之具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團的(甲基)丙烯酸酯單體較佳選自由以下組成之群：1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷(EO)3三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷(EO)9三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、雙-三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、新戊二醇丙氧基化二丙烯酸酯、聚乙二醇400二丙烯酸酯、四(乙二醇)二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯及其混合物。
此等多官能(甲基)丙烯酸酯單體由於其對本發明之組合物具有良好的稀釋特性及良好的相容性而為較佳的。
適用於本發明中之具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團的市售(甲基)丙烯酸酯單體包括(但不限於)得自Arkema的SR238、SR833S、SR834、SR355、SR 285、SR 248、SR 259、SR 9003及SR494；及得自Miwon Specialty Chemical Co.Ltd的Miramer M202、M220、M222、M232。
本發明中可以使用(甲基)丙烯酸酯官能化磷酸酯作為丙烯 酸類單體。(甲基)丙烯酸酯的適合磷酸酯可具有以下通用結構
Figure 107115370-A0305-02-0011-1
適用於本發明之(甲基)丙烯酸酯磷酸酯的特定非限制性實例為：
Figure 107115370-A0305-02-0011-2
適用於本發明中之(甲基)丙烯酸酯磷酸酯為磷酸甲基丙烯酸2-羥基乙酯。磷酸甲基丙烯酸2-羥基乙酯由於其稀釋特性且其另外提供良好的黏著特性而為尤其較佳的。
適用於本發明中之市售(甲基)丙烯酸酯磷酸酯包括(但不限於)得自Allnex之Ebecryl 168、Ebecryl 170、Ebecryl 171；得自Nippon Kayaku co.Ltd之Kayamer PM-2、Kayamer PM-21；得自Rahn之Genorad 40；得自Arkema之SR9050、SR9051、SR9054；及得自Rodia之PAM100、PAM200。
在一個實施例中，丙烯酸類單體為至少一種具有兩個或超 過兩個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體，其選自由以下組成之群：1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷(EO)3三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷(EO)9三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、雙-三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、新戊二醇丙氧基化二丙烯酸酯、聚乙二醇400二丙烯酸酯、四(乙二醇)二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯及其混合物。
在另一個實施例中，丙烯酸類單體為至少一種具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體與(甲基)丙烯酸酯官能化磷酸酯的混合物，該至少一種(甲基)丙烯酸酯單體選自由以下組成之群：1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷(EO)3三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷(EO)9三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、雙三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、新戊二醇丙氧基化二丙烯酸酯、聚乙二醇400二丙烯酸酯、四(乙二醇)二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯及其混合物，且該(甲基)丙烯酸酯官能化磷酸酯選自
Figure 107115370-A0305-02-0012-3
在另一個實施例中，丙烯酸類單體為至少一種具有兩個或 超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體(選自由以下組成之群：1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷(EO)3三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷(EO)9三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、雙-三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、新戊二醇丙氧基化二丙烯酸酯、聚乙二醇400二丙烯酸酯、四(乙二醇)二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、羥基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、三環癸烷二甲醇二丙烯酸酯及其混合物)與至少一種具有一個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體(選自由以下組成之群：丙烯酸異冰片烷酯、甲基丙烯酸異冰片烷酯、丙烯酸2-(2-乙氧基乙氧基)乙酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸酯、環狀三羥甲基丙烷縮甲醛丙烯酸酯、丙烯酸4-第三丁基環己酯、丙烯酸2-苯氧基乙酯、甲基丙烯酸2-苯氧基乙酯、丙烯酸四氫呋喃酯、丙烯酸3,3,5-三甲基環己酯及其混合物)與(甲基)丙烯酸酯官能化磷酸酯的混合物，該(甲基)丙烯酸酯官能化磷酸酯選自
Figure 107115370-A0305-02-0013-4
本發明之導電性組合物包含組合物總重量之1至65重量%、較佳5至60%、更佳10至55%且甚至更佳15至50%的丙烯酸類單體。
若丙烯酸類單體的量小於1%，則對組合物不存在物理效 應。另一方面，若該量超過65%，則組合物將受到不利地影響：除氣、滲出、無交聯(更多地發生均聚合)且因此，結構不能積累，且另外，組合物的黏度不理想。
本發明之導電性組合物包含導電性填充劑。
適用於本發明中之導電性填充劑可以多種形狀存在，例如大體上球形顆粒、形狀不規則的顆粒、長方形顆粒、片狀(例如扁平的單晶薄片)及其類似形狀。導電性填充劑可為例如球形顆粒與片狀顆粒的混合物。
適用於本發明中之導電性填充劑較佳具有300nm至50微米範圍內的平均粒度，較佳為500nm至40微米且更佳為500nm至30微米。
藉由粒度分析儀量測粒度，且藉由掃描電子顯微鏡分析顆粒形狀。簡而言之，藉由偵測器陣列來偵測顆粒之散射雷射光。進行理論計算來擬合所量測之散射光強度分佈。在擬合過程中，推導出粒度分佈且相應地計算D10、D50、D90等值。
適用於本發明中之導電性填充劑可為具有較小粒度之顆粒與具有較大粒度之顆粒的混合物。
適合的導電性填充劑選自由以下組成之群：銀、鎳、碳、碳黑、石墨、石墨烯、銅、金、鉑、鋁、鐵、鋅、鈷、鉛、錫合金、塗銀的銅、塗銀的石墨、塗銀的聚合物、塗銀的鋁、塗銀的玻璃、塗銀的碳、塗銀的氮化硼、塗銀的氧化鋁、塗銀的氫氧化鋁及其混合物。
塗銀聚合物可為丙烯酸類聚合物及/或基於矽酮的聚合物。
導電性填充劑較佳選自由以下組成之群：銀、碳黑、石墨、石墨烯、銅、塗銀的銅、塗銀的石墨、塗銀的聚合物、塗銀的鋁、塗 銀的玻璃、塗銀的碳、塗銀的氮化硼、塗銀的氧化鋁、塗銀的氫氧化鋁及其混合物，導電性填充劑更佳選自由以下組成之群：銀、塗銀的銅、塗銀的石墨、塗銀的聚合物、塗銀的鋁、塗銀的玻璃及其混合物。
銀因其良好的電學效能而較佳。塗銀的填充劑因其成本較低(相較於銀)而較佳。另外，此等較佳的導電性填充劑當用於自由基固化丙烯酸類調配物中時無使用期問題。
適用於本發明中之市售導電性填充劑包括(但不限於)銀：得自Metalor的AA3462、AA-5124、AA-192N、C-1284P、C-0083P、P543-14；得自Ames Goldsmidth的KP84、KP74、KP29；塗銀的銅：得自Dowa的CGF-DAB-121B；得自Ames Goldsmidth的AgCu0810或AgCu0305；塗銀的玻璃：得自Potters Industries Inc.的CONDUCT-O-FILTM SG15F35；塗銀的聚合物：得自Mosaic Solutions的SphericaTM 30.22；塗銀的石墨：得自Metalor的P594-5；塗銀的Al：得自Potters Industries Inc的CONDUCT-O-FILTM SA325S20。
本發明之導電性組合物包含組合物總重量之10至70重量%、較佳20至65%且更佳30至60%的導電性填充劑。
若導電性填充劑的量低於10%，則組合物不提供所需的導電性。另一方面，若導電性填充劑的量高於70%，則組合物不再具成本效益。另外，導電性填充劑的量總體降低使太陽能電池/光電模組的總體重量降低，且使總體成本降低。
本申請人已發現，藉由減少導電性填充劑的量及增加樹脂基質的量甚至可以進一步調節黏著劑的撓性。本發明之組合物能夠克服光電模組中累積的機械應力。
另外，如本發明所述之導電性填充劑、樹脂及丙烯酸類單體混合物之低至中範圍量之組合對賦予良好電學特性及良好黏著特性、此外良好塗覆特性而言起關鍵作用。同時，導電性填充劑的低至中範圍量使總體成本降低。
適用於本發明之導電性填充劑亦包括塗/鍍銀微粒，其中下伏粒子可為多種材料中之任一者，只要銀塗層/鍍層基本上塗佈下伏微粒，使所得組合物包含遍佈於其中的覆銀顆粒即可。
在導電性填充劑為塗銀顆粒的情況下，銀的量為導電性填充劑總重量的10至70重量%，較佳10至65%且更佳10至60%。
較佳地，導電性填充劑具有0.7g/cm3至6.0g/cm3、較佳1.0g/cm3至5.5g/cm3、更佳1.0g/cm3至4.0g/cm3的敲緊密度。
根據ISO 3953，典型地使用25cm3有刻度玻璃量筒來測定敲緊密度。所指定方法之原理為借助輕敲設備輕敲容器中之指定量之粉末，直至粉末體積不出現進一步減小。將粉末質量除以測試之後的其體積得到其敲緊密度。
本申請人已驚人地發現，脂族胺基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸類單體混合物與低至中範圍量的導電性填充劑之組合一起發揮良好的作用以向矽太陽能電池之金屬部件提供較低的電接觸電阻、應力釋放、對矽太陽能電池之金屬部件的長期黏結強度及快速固化。
本發明之導電性組合物包含固化劑。
本發明可以使用適用於(甲基)丙烯酸酯樹脂的任何習知固化劑。適用於本發明中之固化劑實例為過氧化物及偶氮化合物。本發明中所用之固化劑較佳為過氧化物。
適用於本發明中之過氧化物選自由以下組成之群：過氧基2-乙基己酸第三丁酯、二第三丁基過氧化物、過氧苯甲酸第三丁酯、過氧基新癸酸第三丁酯、2,5-二甲基-2,5(第三丁基過氧基)己烷、二異丙苯基過氧化物、第三戊基-過氧基新癸酸酯二(4-第三丁基環己基)過氧基二碳酸酯、二-第二丁基過氧基二碳酸酯、二異丙基過氧基二碳酸酯、二(2-乙基己基)過氧基二碳酸酯、二鯨蠟基過氧基二碳酸酯、二肉豆蔻基過氧基二碳酸酯)及其混合物。
過氧基新癸酸第三丁酯因其具有與組合物的良好相容性且其提供理想的快速固化速度而為一種較佳過氧化物。
適用於本發明中之市售過氧化物包括(但不限於)得自Arkema的Luperox 10、Luperox 26、Luperox DI、Luperox P及二異丙苯基過氧化物；及得自AzkoNobel的Trigonox 101。
本發明之導電性組合物包含組合物總重量之0.1重量%至3重量%、較佳0.2至2%的過氧化物。
本發明之導電性組合物可以進一步包含助黏劑。
適用於本發明中之助黏劑選自由以下組成之群：環氧基官能性矽烷、(甲基)丙烯酸類官能性矽烷、羧酸酯及其混合物。
適用於本發明中之市售助黏劑包括(但不限於)得自Momentive的Silquest A-187、Silquest A-1100、Silquest A-1106、Silquest A-1110、Silquest A1120、Silquest A1130、Silquest A-1170、Silquest A2120、Silquest A-174(丙烯酸類官能性矽烷)及Silquest A-186；及得自Altana的BYK 4509、4510、4511、4512。
本發明之導電性組合物可以包含組合物總重量之0.01重量 %至10重量%、較佳0.05至5%且更佳0.1至3.5%的助黏劑。
若助黏劑的量超過10%，則組合物的其他特性將受到不利的影響，導致黏著強度降低及電導率減小。
本發明之導電性組合物可以進一步包含流變添加劑，諸如膨潤土(諸如得自Elemenits Specialities的膨潤土27、膨潤土38及膨潤土SD-2)、二氧化矽、煙霧狀二氧化矽(得自Evonik的Aerosil 200、Aerosil 300、Aerosil COK 84、Aerosil R711及Aerosil R7200)、熔融二氧化矽(諸如得自DENKA的FB-5SDC、FB-7SDC及FB-9454)及氧化鋁(諸如得自Admatechs Co.,LTD的AE 9104以及得自Evonik的Aeroxide Alu C、Aeroxide Alu 130及Aeroxide Alu 65)。
本發明之導電性組合物可以進一步包含濕潤劑及分散劑，諸如得自Altana的BYK W903。
本發明之導電性組合物可以進一步包含流變添加劑，諸如得自Altana的BYK-411、BYK E-411、BYK-430、BYK-430、BYK-431及BYK-R605；及得自Elementis的Thixatrol P220X-MF、Thixatrol Plus及Thixatrol PM 8054。
本發明之導電性組合物可以進一步包含自由基穩定劑，諸如丁基化羥基甲苯(butylated hydroxytoluene，BHT)或替代的自由基穩定劑，諸如得自Rahn的Genorad 16、Genorad 18、Genorad 21及Genorad 22。
本發明之導電性組合物可以利用任一種以下技術塗覆：時間壓力分配、射流分配、螺旋輸送器分配、模板印刷及絲網印刷。
本發明之導電性組合物的黏度需要加以調節以適用於所選 塗覆方法。一般而言，模板或絲網印刷所能耐受的黏度可以稍微高於分配方法中所需的黏度。可以藉由稍微增加/減少丙烯酸類單體的量或藉由使用少量流變添加劑來使流變學最佳化，從而使其適用於靶向塗覆。
若黏度過高(25℃下的黏度高於100Pa.s或100,000cPoise，如藉由流變儀在15s-1所量測)，則在高速製程中塗覆導電性黏著劑將成為問題。
本發明係關於本發明之導電性組合物的固化產物。本發明之組合物可以熱固化。
具有所需電學及力學特性之本發明導電性黏著劑可以用於疊瓦式光電模組中，其中基於晶體矽的太陽能疊瓦藉由使用該導電性黏著劑而彼此附接。
本發明涵蓋本發明之導電性組合物用於太陽能電池及/或光電模組的用途。
本發明涵蓋本發明之固化導電性組合物用於太陽能電池及/或光電模組的用途。
較佳地，本發明之導電性組合物用作光電模組中的互連材料，其中太陽能電池為疊瓦式。疊瓦式結構說明於圖3中。
在一個實施例中，本發明之導電性組合物可以用於將條帶黏結至太陽能電池，如圖2中所示。
本發明亦關於一種光電模組，其包含一串以疊瓦圖案串聯連接的兩個或超過兩個太陽能電池，該兩個或超過兩個太陽能電池之間具有導電性接合，其中該導電性接合係用本發明之導電性組合物形成。疊瓦結構說明於圖3中。
本發明之導電性組合物可以藉由分配、噴射或印刷來塗覆於太陽能電池上。
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而製備。
測試方法：
黏度係在得自TA instruments的流變儀Rheometer HR-1或Q-2000上量測，該流變儀使用板直徑為2cm、間隙為200微米的板-板幾何形狀，及1.5s-1或15s-1的剪切速率。黏度單位係以Pa.s報導。
體積電阻率(VR)如下量測：
根據上述實例製備組合物之樣品且沈積於玻璃板上(藉由在玻璃載片之表面上牽拉成材料條，其具有長度為約5cm、寬度為5mm且厚度為約50微米的條尺寸)且固化且乾燥(根據所用樹脂的需求)。量測之前，將玻璃板冷卻至室溫。
利用如下方程式計算體積電阻率：VR=(樣品寬度(cm)×樣品厚度(cm)×電阻(Ohm))/樣品長度(cm)。其中使用Keithley 2010萬用錶及2點電阻探針量測電阻(ohm)。體積電阻率單位係以Ohm.cm報導。
電接觸電阻(CR)
藉由將導電性黏著劑分配於c-Si晶圓之1.5mm寬母線上的TLM結構中來測定電接觸電阻。藉由使7個鍍銀的銅突片(2mm寬，1微米銀塗層) 與測試層接觸來獲得TLM結構，其中接觸突片展現接觸突片之間的距離增加，自約3mm增至約18mm。相鄰接觸突片之間的電阻藉由使用Keithley四點探針及Keithley 2750萬用錶量測且相對於距離作圖。接觸電阻值為自彼圖獲得之曲線之截距的一半。平均接觸電阻(算術平均值)係以mohm報導。若因歐姆接觸不良(意謂rsq值小於0.9)而無法發現線性關係，則提及「不擬合」(no fit)。
Figure 107115370-A0305-02-0021-5
電接觸電阻的穩定性係使用如上文所述的TLM測試裝置、藉由加速老化測試(85℃，85%相對濕度及-40、85℃熱循環)測定。
DSC已藉由使用TA Instruments的動態掃描量熱設備Q2000量測。此技術潛在的基本原理在於，當樣品經歷相轉變時，為了使參考物與樣品保持相同的溫度，需要的熱量比參考物更多或更少。是否必需更少或更多的熱量流動至樣品視過程是否為放熱或吸熱而定。樣品盤中之所分析未固化材料的重量為5至20mg。使用敞開的鋁樣品盤且對樣品進行動態加熱，其中樣品在50mL/min連續氮氣流下、以10℃/min加熱速率自室溫加熱至250℃。由此允許追蹤作為放熱反應的固化行為。放熱反應之峰值溫度係以℃報導。
使用TA instruments DMA Q800或DMA 2980進行動態力學分析(DMA)，以量測作為材料彈性反應的儲存模數(E-模數)值。儲存模數單位係以MPa報導。
藉由使用膜張力鉗來量測具有以下尺寸的薄膜樣品：寬度8-10mm、長度13-15mm及厚度150-200微米。樣品在150或180℃固化15分鐘。
小型模組之功率輸出：
構建五個疊瓦的小型模組(單一電池模組)。單一電池模組使用單晶體PERC太陽能電池。為了將串線匯流，使用SnPb/Cu帶。每個疊瓦的ECA量為6mg。ECA固化溫度為150℃。小型模組係由玻璃、EVA及背面薄片箔在層壓機中、在140℃維持20分鐘而組裝成。利用Meyer Berger Spotlight電池測試儀測試小型模組效能。在可靠性期間監測五疊瓦模組的功率輸出(Pmax)。為了模擬戶外條件的效應，根據IEC 61215：2005標準，使小型模組在-40℃與85℃之間循環。展示了疊瓦電池模組在初始功率輸出與600個循環-40℃/85℃後之間的差異(△Pmax)。
Figure 107115370-A0305-02-0022-6
 *在以上實例中，藉由使用1.2mm寬塗銀的銅帶(代替2mm)及0.7mm寬的母線(代替1.5mm)來量測接觸電阻(CR)。
Figure 107115370-A0305-02-0023-7
Figure 107115370-A0305-02-0023-12
Figure 107115370-A0305-02-0024-9
Figure 107115370-A0305-02-0024-10
Figure 107115370-A0305-02-0024-11
2:金屬觸點母線
4:導電性黏著劑

Claims (15)

  1. 一種導電性組合物，包含a)脂族胺基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯樹脂；b)反應性稀釋劑，其包含至少一種具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團的(甲基)丙烯酸酯單體；c)導電性填充劑；及d)固化劑。
  2. 如請求項1之導電性組合物，其中該反應性稀釋劑為至少一種具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團的(甲基)丙烯酸酯單體；或至少一種具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體與(甲基)丙烯酸酯官能化磷酸酯的混合物；或至少一種具有兩個或超過兩個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體與至少一種具有一個(甲基)丙烯酸酯基團之(甲基)丙烯酸酯單體與(甲基)丙烯酸酯官能化磷酸酯的混合物。
  3. 如請求項1或2之導電性組合物，其中該反應性稀釋劑係以該組合物之總重量的1至65重量%存在。
  4. 如請求項1或2之導電性組合物，其中該樹脂係以該組合物之總重量的10至65重量%存在。
  5. 如請求項1或2之導電性組合物，其中該導電性填充劑選自由以下組成之群：銀、鎳、碳、碳黑、石墨、石墨烯、銅、金、鉑、鋁、鐵、鋅、鈷、鉛、錫合金、塗銀的銅、塗銀的石墨、塗銀的聚合物、塗銀的鋁、塗銀的玻璃、塗銀的碳、塗銀的氮化硼、塗銀的氧化鋁、塗銀的氫氧化鋁及其混合物。
  6. 如請求項1或2之導電性組合物，其中該導電性填充劑係以該組合物之總重量的10至70重量%存在。
  7. 如請求項1或2之導電性組合物，其中該固化劑為選自由以下組成之群的過氧化物：過氧基2-乙基己酸第三丁酯、二第三丁基過氧化物、過氧基苯甲酸第三丁酯、過氧基新癸酸第三丁酯、2,5-二甲基-2,5(第三丁基過氧基)己烷、二異丙苯基過氧化物、過氧基新癸酸第三戊酯、過氧基二碳酸二(4-第三丁基環己基)酯、過氧基二碳酸二-第二丁酯、過氧基二碳酸二異丙酯、過氧基二碳酸二(2-乙基己基)酯、過氧基二碳酸二鯨蠟酯、過氧基二碳酸二肉豆蔻基酯及其混合物。
  8. 如請求項1或2之導電性組合物，其中該固化劑係以該組合物之總重量的0.1至3重量%存在。
  9. 如請求項1或2之導電性組合物，其中該組合物進一步包含該組合物之總重量之0.01至10重量%的助黏劑。
  10. 如請求項9之導電性組合物，其中該助黏劑選自由以下組成之群：環氧基官能性矽烷、(甲基)丙烯酸類官能性矽烷、羧酸酯及其混合物。
  11. 一種如請求項1至10中任一項之導電性組合物的固化產物。
  12. 一種如請求項1至10中任一項所述之導電性組合物的用途，或如請求項11之固化產物的用途，其用於太陽能電池及/或光電模組中。
  13. 如請求項12之用途，其用作該光電模組中的互連材料，其中該太陽能電池為疊瓦式。
  14. 一種光電模組，其包含一串以疊瓦圖案串聯連接的兩個或超過兩個太陽能電池，該兩個或超過兩個太陽能電池之間具有導電性接合，其中該導電性接合係用如請求項1至10或請求項11中任一項所述之導電性組合物形成。
  15. 如請求項14之光電模組，其中該導電性組合物藉由分配、噴射或印刷而塗覆於太陽能電池上。
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