CN112020749B - 用于附接太阳能电池的导电粘合剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及导电组合物，其包含：a)选自环氧(甲基)丙烯酸酯、(聚)酯(甲基)丙烯酸酯、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、有机硅(甲基)丙烯酸酯、聚(异)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)异戊二烯(甲基)丙烯酸酯、聚丁烯(甲基)丙烯酸酯及它们的混合物的树脂；b)丙烯酸类单体；c)导电填料；以及d)固化剂。该组合物特别适合于在太阳能电池和/或光伏模块中使用，尤其是在光伏模块中使用，其中太阳能电池是叠瓦形式的。

Description

用于附接太阳能电池的导电粘合剂
技术领域
本发明涉及用于在叠瓦(shingled)光伏模块中将太阳能电池附接在一起的导电粘合剂，其中，该粘合剂具有所需的电气性能和机械性能。
背景技术
太阳能电池或光伏电池是将光能通过光伏效应直接转换为电能的电气装置。太阳能电池是光伏模块(也称为太阳能电池板)的构件块，目的是提高单个太阳能电池传递的电压。
太阳能电池的一般结构在图1中示出。如今生产的太阳能电池的大部分(1)由晶体硅构成。金属触点——汇流条(busbar)(2)和指状件(finger)(3)——均印刷在硅晶片上。这些金属触点是收集太阳能电池产生的电流所必需的。图1a示出了具有三条汇流条的基本配置，图1b示出了具有四条汇流条的基本配置。指状件是金属化的线性区域，其收集电流以将所述电流传递至汇流条，这些汇流条例如通过带材(5)直接连接至外部引线。图2中示出了包括带材(5)的常规太阳能电池。在常规光伏模块中，将高温烧结膏用作指状件和汇流条材料，并且将带材(5)通过焊接工艺进行附接。除焊接外，还可使用导电粘合剂(4)来粘合热敏异质结晶体电池(存在a-Si层)。这些带材位于常规光伏模块中的汇流条顶部，并造成太阳能电池的阴影区域，从而降低了光伏模块的效率。
为了增加常规光伏模块的功率输出，可以将太阳能电池以重叠的叠瓦形式串联布置。叠瓦通常通过以下方式制备：将晶体硅电池沿平行于每个晶片的长边缘的多条线切割/切片(dicing)以形成多个矩形硅太阳能电池，其中每个所述硅太阳能电池沿其长轴的长度基本相同。以这种方式，将更多个叠瓦(对于6英寸的晶片(约156mm)，通常为5或6个叠瓦)从最初印刷的电池中切割/切片下来。电池可以是正方形(full square)，也可以是伪正方形(pseudo-square)；在后者中，可获得带有倒角的切割电池。将第一硅太阳能电池和第二硅太阳能电池以叠瓦结构在所述太阳能电池的重叠部分处用导电材料(4)彼此结合。可以将该导电材料以不同的图案沉积。导电粘合剂作为将太阳能电池粘合在一起的材料具有以下优点：它们克服了因光伏组件中使用的不同材料之间的CTE(热膨胀系数)不匹配而形成的机械应力。图3示出了叠瓦光伏模块。
现有技术描述了可用于太阳能电池中以及用以形成光伏模块的各种不同类型的导电粘合剂。这些导电粘合剂中的许多粘合剂是基于环氧树脂或有机硅(silicone)的粘合剂。然而，对于现有技术中描述的一些粘合剂而言，在所述粘合剂达到其充分的机械性能和电气性能之前，常常需要长的固化时间。
光伏模块在其整个寿命周期中会经受温度变化和高机械应力。这些因素对光伏模块的寿命具有负面影响，并且还设定了对用于太阳能电池和/或光伏电池中的导电粘合剂的要求。
现有技术中描述的另一个限制是，所述粘合剂可能不具有所需的热机械性能。导电粘合剂组合物所需的热弹性性能是正确的模量、指定的玻璃化转变温度和指定的热膨胀系数，以便通过为光伏模块所设计的热机械负载可靠性测试。如果粘合剂材料刚性太高(模量太高)，则光伏模块的功率输出损耗会在向所述模块施加外部应力时(例如，在施加机械负载后，或在热循环后)发生。
因此，仍然需要具有改善的长期粘合强度(长期粘合性)的导电粘合剂组合物，特别是在此类成分和/或基材在其寿命周期内经历温度变化的情况下如此。此外，还需要提供上述性能的低成本导电粘合剂组合物。
附图说明
图1示出了普通硅太阳能电池的结构。
图2示出了常规的光伏模块。
图3示出了叠瓦光伏模块。
发明内容
本发明涉及导电组合物，其包含：a)选自环氧(甲基)丙烯酸酯、(聚)酯(甲基)丙烯酸酯、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、有机硅(甲基)丙烯酸酯、聚(异)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)异戊二烯(甲基)丙烯酸酯、聚丁烯(甲基)丙烯酸酯及它们的混合物的树脂；b)丙烯酸类单体；c)导电填料；以及d)固化剂。
本发明还涵盖根据本发明的导电组合物的固化产物。
本发明还涉及根据本发明的导电组合物或根据本发明的固化产物用于太阳能电池和/或光伏模块中的用途。
本发明还涉及光伏模块，其包括两个或更多个太阳能电池以叠瓦形式的串联连接串(string)，在所述两个或更多个太阳能电池之间具有导电结合，其中，所述导电结合用根据本发明的导电组合物形成。
具体实施方式
在以下段落中，将对本发明进行更详细的描述。如此描述的每个方面都可以与任何其它一个或多个方面组合，除非明确指出不能组合。特别地，指示为优选或有利的任何特征均可以与指示为优选或有利的任何其它一个或多个特征组合。
在本发明的上下文中，除非上下文另有指示，否则将根据以下定义来解释所使用的术语。
如本文所使用的，单数形式的“一个”、“一种”、“该”和“所述”包括单数和复数指代对象，除非上下文另外明确指出。
如本文所使用的，术语“包含”和“含”与“包括”或“含有”同义，是包含性的或开放式的，不排除另外的、未列举的成员、要素或方法步骤。
数值端点的描述包括归在相应范围内的所有数字和分数，以及所列举的端点。
除非另外指出，否则本文中提及的所有百分比、份数、比例以及类似物均基于重量计。
当量、浓度或者其它值或参数以范围、优选范围、或优选上限值和优选下限值的形式表示时，应理解为，具体公开了通过将任何上限值或优选值与任何下限值或优选值组合而获得的任何范围，不考虑所获得的范围是否在上下文中被明确提及。
本说明书中引用的所有参考文献的全部内容在此均通过援引加入的方式纳入本文。
除非另有定义，否则公开本发明中所用的所有术语(包括科技术语)均具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义。通过进一步指引，包括术语定义以更好地理解本发明的教导。
在下文中，术语(甲基)丙烯酸酯涵盖丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
本发明涉及导电组合物，其包含a)选自环氧(甲基)丙烯酸酯、(聚)酯(甲基)丙烯酸酯、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、有机硅(甲基)丙烯酸酯(silicone(meth)acrylate)、聚(异)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)异戊二烯(甲基)丙烯酸酯、聚丁烯(甲基)丙烯酸酯及它们的混合物的树脂；b)丙烯酸类单体；c)导电填料；以及d)固化剂。
令人惊奇地，本申请的申请人发现，根据本发明的导电组合物提供快速固化、应力松弛(stress release)、对硅太阳能电池的金属部分的长期粘合强度、可靠的连接以及对太阳能电池的金属部分的低接触电阻(electrical contact resistance)(即使银量为低至中等水平)。这些方面中的一些方面在图3中示出。
根据本发明的导电组合物包含选自环氧(甲基)丙烯酸酯、(聚)酯(甲基)丙烯酸酯、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、有机硅(甲基)丙烯酸酯、聚(异)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)异戊二烯(甲基)丙烯酸酯、聚丁烯(甲基)丙烯酸酯及它们的混合物的树脂。
上面列出的热固性丙烯酸酯树脂的优点在于，它们可以在非常刚性的材料至非常柔性的材料之间变化。此外，具有低Tg值的树脂是优选的，这是因为具有低Tg值的树脂为组合物提供了所需的柔韧性，以便通过太阳能模块可靠性测试。
优选地，本发明中所用的树脂的Tg值为15℃或更低。
然而，所述粘合剂不能太柔韧，因为会难以维持与太阳能电池的稳定电接触。因此，所形成的触点需要足够柔韧，但要具有一定的刚性，以提供结构的稳定性。此外，已知，在高湿度环境(85％湿度)下，在-40℃至85℃之间进行热循环期间和/或在85℃下进行老化期间，粘合剂与太阳能电池的接触电阻往往会增大。这造成了模块的功率输出在这些可靠性条件期间降低。因此，提供具有所需柔韧性的粘合剂是重要的。
优选地，该树脂是(聚)(异)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)异戊二烯(甲基)丙烯酸酯或氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯，更优选为脂肪族或芳香族氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、或脂肪族基于聚酯的氨基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯低聚物(aliphatic polyester basedurethane di(meth)acrylate oligomer)，更优选为脂肪族氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯或脂肪族基于聚酯的氨基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯低聚物或它们的混合物。
优选氨基甲酸酯丙烯酸酯以及尤其是脂肪族氨基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯，因为它们具有低的Tg值，并且它们可以为组合物提供所需的柔韧性。
适合用于本发明中的市售可得树脂包括但不限于：来自Allnex的Ebecryl 8232、Ebecryl 230、Ebecryl 4744、Ebecryl 3639、Ebecryl 3708；来自Rahn的Genomer 2253、Genomer 3457、Genomer 4215和Genomer 4230；来自Arkema的CN9002、CN9021、CN9014、SR307、CN 307；来自Kaneka的EPION 400V；以及来自Kuraray的UC-102、UC-102M、UC-203和UC-203M。
根据本发明的导电组合物包含占该组合物总重量的10至65重量％、优选10至55重量％、更优选11至45重量％、甚至更优选12至35重量％的树脂。
如果树脂的量太高，则所得的组合物会导致配制物所具有的导电填料填充量非常低，导电性会受到负面影响。另一方面，太低的树脂量不能提供所需的粘合强度。
根据本发明的导电组合物包含丙烯酸类单体，其为活性稀释剂并且充当活性稀释剂。适合用于本发明中的丙烯酸类单体可以是一种类型的丙烯酸类单体的混合物或不同种类的丙烯酸类单体的混合物。
在一个实施方案中，该丙烯酸类单体是至少一种具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体。
或者，在另一个实施方案中，该丙烯酸类单体是至少一种具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体与(甲基)丙烯酸酯官能化的磷酸酯的混合物。
或者，然而在又一个实施方案中，该丙烯酸类单体是至少一种具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体和至少一种具有一个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体与(甲基)丙烯酸酯官能化的磷酸酯的混合物。
上面列出的丙烯酸类单体的组合是优选的，因为官能化的磷酸酯丙烯酸类单体的存在促进了粘合，并且两个或更多个丙烯酸类基团的存在促进了理想的固化收缩，并因此提供低电阻。
适合用于本发明中的具有一个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体优选选自：丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、4-叔丁基环己基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸四氢糠酯、3,3,5-三甲基环己基丙烯酸酯及它们的混合物。
这些单官能(甲基)丙烯酸酯单体是优选的，因为它们具有良好的稀释性能，且与根据本发明的组合物具有良好的相容性。特别地，优选甲基丙烯酸异冰片酯，因为其对于根据本发明的组合物具有理想的稀释性能。
适合用于本发明中的市售可得的具有一个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体包括但不限于：来自Arkema的SR256、SR489、SR395、SR440、SR335、SR285、SR423D、SR550；来自Miwon Specialty Chemical Co.,Ltd.的Miramer M170、M1084、来自OsakaOrganic Chemical Ind.的IBXA；来自Rahn的Genomer 121、Genomer 121M；以及来自OsakaOrganic Chemical Ind.的IBOA。
适合用于本发明中的具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体优选选自：1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(EO)3三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(EO)9三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化的季戊四醇四丙烯酸酯、新戊二醇丙氧基化合物二丙烯酸酯、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、羟基新戊酸新戊二醇二丙烯酸酯(hydroxyl pivalic neopentyl glycol diacrylate)、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯及它们的混合物。
优选这些多官能(甲基)丙烯酸酯单体，因为它们具有良好的稀释性能，并且与根据本发明的组合物具有良好的相容性。
适合用于本发明中的市售可得的具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体包括但不限于：来自Arkema的SR238、SR833S、SR834、SR355、SR 285、SR248、SR 259、SR 9003和SR494；以及来自Miwon Specialty Chemical Co.Ltd.的MiramerM202、M220、M222、M232。
(甲基)丙烯酸酯官能化的磷酸酯可作为丙烯酸类单体用于本发明中。合适的(甲基)丙烯酸酯的磷酸酯可具有以下通式结构：
适合用于本发明中的(甲基)丙烯酸酯的磷酸酯的具体非限制性实例为：
以及
适合用于本发明中的(甲基)丙烯酸酯的磷酸酯是磷酸2-羟乙基甲基丙烯酸酯。磷酸2-羟乙基甲基丙烯酸酯因其稀释特性是特别优选的，并且另外其还提供良好的粘合性能。
适合用于本发明中的市售可得的(甲基)丙烯酸酯的磷酸酯包括但不限于：来自Allnex的Ebecryl 168、Ebecryl 170、Ebecryl 171；来自Nippon Kayaku co.Ltd的KayamerPM-2、Kayamer PM-21；来自Rahn的Genorad 40；来自Arkema的SR9050、SR9051、SR9054；以及来自Rodia的PAM100、PAM200。
在一个实施方案中，丙烯酸类单体为选自以下的至少一种具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体：1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(EO)3三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(EO)9三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化的季戊四醇四丙烯酸酯、新戊二醇丙氧基化合物二丙烯酸酯、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、羟基新戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯及它们的混合物。
在另一个实施方案中，丙烯酸类单体为至少一种具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体与(甲基)丙烯酸酯官能化的磷酸酯的混合物，其中所述至少一种具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体选自1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(EO)3三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(EO)9三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化的季戊四醇四丙烯酸酯、新戊二醇丙氧基化合物二丙烯酸酯、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、羟基新戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯及它们的混合物，所述(甲基)丙烯酸酯官能化的磷酸酯选自
以及
在另一个实施方案中，丙烯酸类单体为至少一种具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体、至少一种具有一个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体与(甲基)丙烯酸酯官能化的磷酸酯的混合物，其中所述至少一种具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体选自1,6-己二醇二丙烯酸酯、三甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(EO)3三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷(EO)9三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化的季戊四醇四丙烯酸酯、新戊二醇丙氧基化合物二丙烯酸酯、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、羟基新戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯及它们的混合物，所述至少一种具有一个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体选自丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯、4-叔丁基环己基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、2-苯氧基乙基甲基丙烯酸酯、丙烯酸四氢糠酯、3,3,5-三甲基环己基丙烯酸酯及它们的混合物，所述(甲基)丙烯酸酯官能化的磷酸酯选自
以及
根据本发明的导电组合物包含占该组合物总重量的1至65重量％、优选5至60重量％、更优选10至55重量％、甚至更优选15至50重量％的丙烯酸类单体。
如果丙烯酸类单体的量小于1重量％，则对该组合物没有物理效果。另一方面，如果所述量超过65重量％，则该组合物会受到不利影响：将会存在脱气、渗出、无交联(发生更多的均聚反应)；因此，结构不增长(building up)；以及此外，该组合物的粘度会不理想。
根据本发明的导电组合物包含导电填料。
适合用于本发明中的导电填料可以以各种形状存在，例如，作为基本上球形的颗粒、作为不规则形状的颗粒、椭圆形颗粒、片(例如，薄的、扁平的、单晶的片)等。该导电填料可以是例如球形颗粒和片颗粒的混合物。
适合用于本发明中的导电填料的平均粒度优选地在300nm至50微米的范围内，优选为500nm至40微米，更优选为500nm至30微米。
通过粒度分析仪测量粒度，并通过扫描电子显微镜分析粒形。简而言之，通过检测器阵列检测来自颗粒的散射激光。进行理论计算以拟合所测量的散射光强度的分布。在拟合过程中，推导出粒度分布，并据此计算D10、D50、D90等值。
适合用于本发明中的导电填料可以是具有小粒度的颗粒和具有较大粒度的颗粒的混合物。
合适的导电填料选自：银、镍、碳、炭黑、石墨、石墨烯、铜、金、铂、铝、铁、锌、钴、铅、锡合金、银涂布的铜、银涂布的石墨、银涂布的聚合物、银涂布的铝、银涂布的玻璃、银涂布的碳、银涂布的氮化硼、银涂布的氧化铝、银涂布的氢氧化铝及它们的混合物。
银涂布的聚合物可以是丙烯酸类聚合物和/或基于有机硅的聚合物。
优选地，导电填料选自银、炭黑、石墨、石墨烯、铜、银涂布的铜、银涂布的石墨、银涂布的聚合物、银涂布的铝、银涂布的玻璃、银涂布的碳、银涂布的氮化硼、银涂布的氧化铝、银涂布的氢氧化铝及它们的混合物；更优选地，导电填料选自银、银涂布的铜、银涂布的石墨、银涂布的聚合物、银涂布的铝、银涂布的玻璃及它们的混合物。
优选银，因为它具有良好的电气性能。优选银涂布的填料，因为(与银相比)它们的成本较低。此外，当用于自由基固化丙烯酸类配制物中时，这些优选的导电填料没有有效期问题。
适合用于本发明中的市售可得导电填料包括但不限于：
银：来自Metalor的AA3462、AA-5124、AA-192N、C-1284P、C-0083P、P543-14；来自Ames Goldsmidth的KP84、KP74、KP29；
银涂布的铜：来自Dowa的CGF-DAB-121B；来自Ames Goldsmidth的AgCu0810或AgCu0305；
银涂布的玻璃：来自Potters Industries Inc.的CONDUCT-O-FILTM SG15F35；
银涂布的聚合物：来自Mosaic Solutions的SphericaTM 30.22；
银涂布的石墨：来自Metalor的P594-5；
银涂布的Al：来自Potters Industries Inc.的CONDUCT-O-FILTM SA325S20。
根据本发明的导电组合物包含占该组合物总重量的10至70重量％、优选20至65重量％、更优选30至60重量％的导电填料。
如果导电填料的量低于10％，则该组合物不能提供所需的导电性。另一方面，如果导电填料的量大于70％，则该组合物不再具有成本效益。此外，通常较低的导电填料量会降低太阳能电池/光伏模块的总重量，并降低总体成本。
本申请的申请人发现，通过减少导电填料的量并增加树脂基体的量，甚至可以进一步改善粘合剂的柔韧性。根据本发明的组合物能够克服光伏模块中累积的机械应力。
此外，本发明中描述的低至范围中点(mid-range)量的导电填料、树脂和丙烯酸类单体混合物的组合，除了对于良好的施用性能具有关键作用外，还对导致良好的电气性能和良好的粘合性能具有关键作用。同时，低至范围中点量的导电填料降低了总体成本。
适合用于本发明中的导电填料还包括银涂布/镀银的微粒，其中位于下面的微粒可以是各种各样的材料，只要银涂布/镀银基本上涂布位于下面的微粒，从而使得所得的组合物包括分布各处的银覆盖的颗粒。
在导电填料是银涂布的颗粒的情况下，银量为导电填料总重量的10至70重量％，优选为10至65重量％，更优选为10至60重量％。
优选地，导电填料的振实密度为0.7g/cm3至6.0g/cm3，优选为1.0g/cm3至5.5g/cm3，更优选为1.0g/cm3至4.0g/cm3。
振实密度通常根据ISO 3953使用25cm3的刻度玻璃量筒确定。指定方法的原理是将指定量的粉末在容器中通过振实装置轻振，直到粉末的体积不再减少为止。粉末的质量除以其测试后的体积即得到其振实密度。
本申请的申请人令人惊奇地发现，脂肪族氨基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯、丙烯酸类单体混合物和低至范围中点量的导电填料的组合一起良好地起作用，以提供与硅太阳能电池的金属部分的低接触电阻、应力松弛、对硅太阳能电池金属部分的长期粘合强度以及快速固化。
根据本发明的导电组合物包含固化剂。
适合于(甲基)丙烯酸酯树脂的任何常规固化剂均可用于本发明中。适合用于本发明中的固化剂的实例是过氧化物和偶氮化合物。优选地，本发明中使用的固化剂是过氧化物。
适合用于本发明中的过氧化物选自过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化新癸酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-(叔丁基过氧化)己烷、过氧化二枯基、过氧化新癸酸叔戊酯双(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯(tert-amyl-peroxyneodecanoate di(4-tert-butylcyclohexyl)peroxydicarbonate)、过氧化二碳酸二仲丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧化二碳酸联十六烷酯、过氧化二碳酸双肉豆蔻酯及它们的混合物。
过氧化新癸酸叔丁酯是一种优选的过氧化物，因为其与该组合物具有良好的相容性，并且其可以提供理想的快速固化速度。
适合用于本发明中的市售可得过氧化物包括但不限于：来自Arkema的Luperox10、Luperox 26、Luperox DI、Luperox P和过氧化二枯基；以及来自AzkoNobel的Trigonox101。
根据本发明的导电组合物包含占该组合物总重量的0.1至3重量％、优选0.2至2重量％的过氧化物。
根据本发明的导电组合物可进一步包含增粘剂。
适合用于本发明中的增粘剂选自环氧官能硅烷、(甲基)丙烯酸类官能硅烷、羧酸酯及它们的混合物。
适合用于本发明中的市售可得增粘剂包括但不限于：来自Momentive的SilquestA-187、Silquest A-1100、Silquest A-1106、Silquest A-1110、Silquest A1120、SilquestA1130、Silquest A-1170、Silquest A2120、Silquest A-174(丙烯酸类官能硅烷)和Silquest A-186；以及来自Altana的BYK 4509、4510、4511、4512。
根据本发明的导电组合物可包含占该组合物总重量的0.01至10重量％、优选0.05至5重量％、更优选0.1至3.5重量％的增粘剂。
如果增粘剂的量超过10％，则该组合物的其它性能将受到不利影响，从而导致粘合强度下降和导电性下降。
根据本发明的导电组合物可进一步包含流变添加剂，例如膨润土(bentone)(例如，来自Elemenits Specialities的Bentone 27、Bentone 38和Bentone SD-2)、硅石、热解硅石(例如，来自Evonik的Aerosil 200、Aerosil300、Aerosil COK 84、Aerosil R711和Aerosil R7200)、熔融石英(例如，来自DENKA的FB-5SDC、FB-7SDC和FB-9454)以及氧化铝(例如，来自Admatechs Co.,LTD的AE 9104，和来自Evonik的Aeroxide Alu C、AeroxideAlu 130和Aeroxide Alu 65)。
根据本发明的导电组合物可进一步包含润湿剂和分散剂，例如来自Altana的BYKW903。
根据本发明的导电组合物可进一步包含流变添加剂，例如：来自Altana的BYK-411、BYK E-411、BYK-430、BYK-430、BYK-431和BYK-R605；以及来自Elementis的ThixatrolP220X–MF、Thixatrol Plus和Thixatrol PM8054。
根据本发明的导电组合物可进一步包含自由基稳定剂，例如：BHT(丁基化羟基甲苯)或者替代性的(alternative)自由基稳定剂，例如来自Rahn的Genorad 16、Genorad 18、Genorad 21和Genorad 22。
根据本发明的导电组合物可以通过使用以下技术中的任何一种来施加：时间压力分配、喷射分配、螺旋分配、模版印刷(stencil printing)和丝网印刷。
需要对根据本发明的导电组合物的粘度进行调节以使其适合于所选择的施用方法。通常，模版或丝网印刷所容许的粘度可能略高于分配方法中所需的粘度。可以通过略微增加/减少丙烯酸类单体的量或者通过使用少量流变添加剂来优化流变性以使其适合目标施用。
如果粘度太高(通过流变仪在15s-1下测得的25℃时的粘度高于100Pa.s或100,000cP)，则在高速工艺中施用导电粘合剂将成为问题。
本发明涉及根据本发明的导电组合物的固化产物。可将根据本发明的组合物热固化。
具有所需的电气性能和机械性能的根据本发明的导电粘合剂可以用于叠瓦光伏模块中，其中将基于晶体硅的太阳能叠瓦(single)通过使用所述导电粘合剂彼此附接。
本发明涵盖根据本发明的导电组合物用于太阳能电池和/或光伏模块中的用途。
本发明涵盖根据本发明的固化的导电组合物用于太阳能电池和/或光伏模块中的用途。
优选地，根据本发明的导电组合物用作光伏模块中的互连材料，其中，太阳能电池是叠瓦形式的。叠瓦结构在图3中示出。
在一个实施方案中，根据本发明的导电组合物可用于将带材粘合至太阳能电池，如图2中所示。
本发明还涉及光伏模块，其包括两个或更多个太阳能电池以叠瓦形式的串联连接串，在所述两个或更多个太阳能电池之间具有导电结合，其中，所述导电结合用根据本发明的导电组合物形成。叠瓦结构在图3中示出。
可将根据本发明的导电组合物通过分配、喷射或印刷施加到太阳能电池。
实施例
实施例组合物通过将所有成分混合在一起以形成均匀混合物来制备。测试方法：
粘度通过在来自TA instruments的流变仪(流变仪HR-1或Q-2000)上使用具有直径为2cm的板和200微米的间隙的板-板几何形状和1.5s-1或15s-1的剪切速率来测量。粘度以Pa.s为单位报告。
体积电阻率(VR)如下测量：
制备根据以上实施例的组合物的样品，将其沉积在玻璃板上(通过将材料带拉伸到玻璃载片的表面上，其中该带的尺寸为：长约5cm，宽5mm，厚约50微米)，并进行固化和干燥(根据对所用树脂的要求)。在测量之前，将玻璃板冷却至室温。
由方程式VR＝(样品的宽度(cm)×样品的厚度(cm)×电阻(Ohm))/样品的长度(cm)计算体积电阻率。其中以ohm为单位的电阻通过使用Keithley 2010万用表和2点电阻探针测量。体积电阻率以Ohm.cm为单位报告。
接触电阻(CR)
接触电阻通过将TLM结构中的导电粘合剂分配在c-Si晶片的1.5mm宽汇流条上来确定。TLM结构通过使7个Ag涂布的Cu接线片(tab)(2mm宽，1微米Ag涂层)与测试层接触而获得，其中，接触接线片之间的距离从约3mm增加至约18mm。相邻接触接线片之间的电阻通过使用Keithley四点探针和Keithley 2750万用表进行测量，并将其绘制为距离的函数。接触电阻值为从该图获得的曲线的截距的一半。平均接触电阻(算术平均值)以mohm为单位报告。如果由于不良的欧姆接触而无法找到线性关系(这意味着rsq值小于0.9)，则记载“无拟合(no fit)”。
接触电阻的稳定性通过使用如上所述的TLM测试布置进行加速老化测试(85℃，85％的相对湿度和-40,85℃热循环)而确定。
DSC通过使用来自TA Instruments的动态扫描量热计Q2000测量。该技术的基本原理是，当样品经历相变时，与参比样品相比，将需要或多或少的热量来使参比样品与该样品保持相同的温度。必须流向样品的热量少还是多取决于该过程是放热的还是吸热的。样品盘中被分析的未固化材料的重量为5至20mg。使用敞开的铝样品盘，对样品进行动态加热，其中将样品从室温在50mL/min的连续氮气流下以10℃/min的加热速率加热至250℃。这样使得能够遵循作为放热反应的固化行为。放热反应的峰值温度以℃为单位报告。
通过使用TA instruments DMA Q800或DMA 2980进行动态力学分析(DMA)，以测量储能模量(E模量)值，该值是材料的弹性响应。储能模量以MPa为单位报告。
通过使用膜张力夹具(Film Tension clamp)测量具有以下尺寸的薄膜样品：宽8-10mm，长13-15mm，厚150-200微米。将样品在150℃或180℃下固化15分钟。
小型模块(mini-module)的功率输出：
小型模块(单-电池模块(single-cell module))由五个叠瓦堆积。对于单-电池模块，使用单晶PERC太阳能电池。为了连接串(busing the string)，使用SnPb/Cu带材。ECA的量为每叠瓦6mg。ECA固化温度为150℃。将小型模块用玻璃、EVA和背板箔在层合机中于140℃下组装20分钟。用Meyer Berger Spotlight电池测试机测试小型模块性能。在可靠性测试期间监控五-叠瓦模块的功率输出(Pmax)。为了模拟室外条件的效果，将该小型模块根据IEC 61215:2005标准在-40℃与85℃之间循环。示出了叠瓦-电池模块(shingle-cellmodule)的初始功率输出与在600次-40℃/85℃循环后的功率输出之间的差(ΔPmax)。
表1
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*在以上实施例中，通过使用1.2mm(代替2mm)宽的Ag涂布的Cu带材和0.7mm(代替1.5mm)宽的汇流条测量接触电阻(CR)。
表2
*在以上实施例中，通过使用1.2mm(代替2mm)宽的Ag涂布的Cu带材和0.7mm(代替1.5mm)宽的汇流条测量接触电阻(CR)。
表3
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表4
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表5
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Claims (20)

1.导电组合物，其中，基于所述组合物的总重量，所述组合物由以下物质组成：
a)12至35重量％的选自环氧(甲基)丙烯酸酯、(聚)酯(甲基)丙烯酸酯、氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯、有机硅(甲基)丙烯酸酯、聚(异)丁烯(甲基)丙烯酸酯、(聚)异戊二烯(甲基)丙烯酸酯、聚丁烯(甲基)丙烯酸酯及它们的混合物的树脂；
b)15至50重量％的丙烯酸类单体，其为至少一种具有两个或更多个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体、至少一种具有一个(甲基)丙烯酸酯基团的(甲基)丙烯酸酯单体和(甲基)丙烯酸酯官能化的磷酸酯的混合物；
c)30至65重量％的导电填料；
d)0.2至2重量％的固化剂；以及
e)任选存在的增粘剂、自由基稳定剂、流变添加剂、润湿剂、分散剂或它们的任意组合。
2.根据权利要求1所述的导电组合物，其中，所述树脂是氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯。
3.根据权利要求2所述的导电组合物，其中，所述树脂为脂肪族或芳香族氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯。
4.根据权利要求3所述的导电组合物，其中，所述树脂为脂肪族氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯。
5.根据权利要求4所述的导电组合物，其中，所述树脂为脂肪族氨基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的导电组合物，其中，所述导电填料选自：银、镍、碳、炭黑、石墨、石墨烯、铜、金、铂、铝、铁、锌、钴、铅、锡合金、银涂布的铜、银涂布的石墨、银涂布的聚合物、银涂布的铝、银涂布的玻璃、银涂布的碳、银涂布的氮化硼、银涂布的氧化铝、银涂布的氢氧化铝及它们的混合物。
7.根据权利要求6所述的导电组合物，其中，所述导电填料选自：银、炭黑、石墨、石墨烯、铜、银涂布的铜、银涂布的石墨、银涂布的聚合物、银涂布的铝、银涂布的玻璃、银涂布的碳、银涂布的氮化硼、银涂布的氧化铝、银涂布的氢氧化铝及它们的混合物。
8.根据权利要求7所述的导电组合物，其中，所述导电填料选自：银、银涂布的铜、银涂布的石墨、银涂布的聚合物、银涂布的铝、银涂布的玻璃及它们的混合物。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的导电组合物，其中，所述导电填料存在的量为所述组合物总重量的30至60重量％。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的导电组合物，其中，所述固化剂是选自以下的过氧化物：过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧化二叔丁基、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化新癸酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-(叔丁基过氧化)己烷、过氧化二枯基、过氧化新癸酸叔戊酯双(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯、过氧化二碳酸二仲丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯、过氧化二碳酸联十六烷酯、过氧化二碳酸双肉豆蔻酯及它们的混合物。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的导电组合物，其中，所述组合物还包含增粘剂，其量为所述组合物总重量的0.01至10重量％。
12.根据权利要求11所述的导电组合物，其中，所述增粘剂的量为所述组合物总重量的0.05至5重量％。
13.根据权利要求12所述的导电组合物，其中，所述增粘剂的量为所述组合物总重量的0.1至3.5重量％。
14.根据权利要求11所述的导电组合物，其中，所述增粘剂选自环氧官能硅烷、(甲基)丙烯酸类官能硅烷、羧酸酯及它们的混合物。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的导电组合物的固化产物。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的导电组合物或根据权利要求15所述的固化产物用于光伏模块中的用途。
17.根据权利要求16所述的用途，其中所述导电组合物或固化产物用于太阳能电池中。
18.根据权利要求16所述的用途，其中所述导电组合物或固化产物用作所述光伏模块中的互连材料，其中太阳能电池是叠瓦形式的。
19.光伏模块，其包括两个或更多个太阳能电池以叠瓦形式的串联连接串，在所述两个或更多个太阳能电池之间具有导电结合，其中，所述导电结合用根据权利要求1至14中任一项或权利要求15所述的导电组合物形成。
20.根据权利要求19所述的光伏模块，其中，所述导电组合物通过分配、喷射或印刷施加在太阳能电池上。
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