一种用于光伏叠瓦组件的熔接材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及光伏组件连接材料领域，具体涉及一种用于光伏叠瓦组件的熔接材料及其制备方法。


背景技术：

2.太阳能是一种绿色环保、取之不尽用之不竭的能源，是人类替代常规油气能源的重要发展方向，太阳能电池就是一种光电转换的重要方式。目前比较成熟的就是晶体硅太阳能电池，为提高晶体硅太阳能电池的光电转换效率，研究人员期望尽量在相同的电池组件面积下，尽可能提高组件功率，以降低运输成本、安装成本等。因此叠瓦组件应运而生，即将原来用的大电池片切割成小的电池片，然后通过焊锡或者导电胶连接在一起，再通过串并联组合成组件。
3.叠瓦组件表面没有金属栅线，电池片间无缝衔接，多封装13％电池片。传统晶硅组件采用金属栅线连接，一般会保留约2～3毫米的电池片间距。叠瓦组件将传统电池片切割成4-5片，将电池正反表面的边缘区域制成主栅，目前主要是用专用导电胶使得前一电池片的前表面边缘和下一电池片的背表面边缘互联以省去焊带焊接。叠瓦技术的优势在于增加受光面积，有效增大受光面积，提高光电转化率。
4.由于叠瓦组件消除了电池片间的间隙，增加了组件有效的电池片容量，叠瓦组件比传统焊带焊接组件提高了很大的组件功率。但由于一般焊锡焊接的温度在300℃以上，同时由于是在电池片的一面进行焊接，导致电池片的正背面瞬间产生巨大的热应力，导致电池片严重弯曲，甚至造成电池片隐裂和碎裂，从而使良率降低，成本上升。而导电胶虽然具有固化温度低、柔韧性好、粘接不会产生太大的应力的特点，是解决叠瓦组件出现的问题的有效方法，但目前市场上的叠瓦导电胶都是以银粉为导电填料银含量达70％以上，原料成本较高，且使用后接触电阻大、稳定性差、粘接力学性能差、银离子易迁移等问题，严重影响了叠瓦组件的性能和竞争优势。目前亟需提供一种能代替叠瓦组件用导电银胶的产品，解决接触电阻大、稳定性差、粘接力学性能差、银离子易迁移等问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于光伏叠瓦组件的熔接材料及其制备方法。
6.本发明提供的用于光伏叠瓦组件的熔接材料，所述熔接材料由导电粉末和助熔剂组成；所述导电粉末占所述熔接材料的质量百分比为80wt.％～92wt.％，所述导电粉末为低熔点合金粉末或低熔点合金粉末与银粉的混合物，所述银粉占所述导电粉末的质量百分比为0wt.％～8wt.％。本发明中，所述导电粉末在所述助熔剂中均匀分散混合，在一定工况温度下使用时所述助熔剂提前发挥作用为所述导电粉末熔化和焊接创造条件，所述熔接材料能很好地用于代替叠瓦组件用导电银胶。本发明以低熔点合金粉代替或部分代替银粉的熔接材料能够实现导电银胶的功效，降低了材料成本和焊接温度。本发明采用的熔接材料
所制备的组件能够解决接触电阻大、稳定性差、粘接力学性能差、银离子易迁移等问题，组件粘接强度和焊接稳定性更高。
7.作为优选，所述导电粉末占所述熔接材料的质量百分比为80wt.％～89wt.％，更优选为82wt.％～85wt.％。
8.作为优选，所述导电粉末为熔点低于200℃的低熔点合金粉末，或为熔点低于200℃的低熔点合金粉末与银粉的混合物。
9.进一步优选，所述导电粉末的熔点为80℃～180℃。
10.进一步优选，所述低熔点合金粉末选自铟锡基合金、铟银基合金、锡基合金中的一种或几种合金的混合物。
11.作为优选，当所述导电粉末为低熔点合金粉末与银粉的混合物时，所述银粉占所述导电粉末的质量百分比为3wt.％～8wt.％，更优选为3wt.％～6.5wt.％。本发明中，通过在本发明低熔点合金粉末中添加特定用量银粉能够使得连接点的导电性增强并减少因银离子迁移后导致的材料配比改变现象，从而提高连接点的稳定性和可行性。
12.作为优选，所述低熔点合金粉末选自铟锡基合金、铟银基合金、锡基合金中的一种或几种合金的混合物。本发明中以所述导电粉末作为叠瓦组件导电连接用金属材料，相比采用导电银胶等方式的少量银粉导电连接，连接点的电性能和稳定性效果更好。
13.进一步优选，所述低熔点合金粉末为in-48sn合金粉末、in-3ag合金粉末、in-ag-cu合金粉末、in-sn-cu粉末等。
14.进一步优选，所述低熔点合金粉末粒径≤45μm；优选地，所述低熔点合金粉末粒径介于10～35μm。
15.进一步优选，所述助熔剂包括溶剂、松香、活化剂、表面活性剂、缓蚀剂、防氧化剂、添加剂、保湿剂和触变剂。本发明采用的助熔剂的主要作用是辅助所述导电粉末熔化和为所述导电粉末提供焊接条件。
16.进一步优选，所述溶剂在所述助熔剂中的占比为18wt.％～35wt.％，所述松香在所述助熔剂中的占比为15wt.％～40wt.％，所述活化剂在所述助熔剂中的占比为15wt.％～25wt.％，所述表面活性剂在所述助熔剂中的占比为0.2wt.％～4wt.％，所述缓蚀剂在所述助熔剂中的占比为1wt.％～3wt.％，所述防氧化剂在所述助熔剂中的占比为1wt.％～3wt.％，所述添加剂在所述助熔剂中的占比为1wt.％～5wt.％，所述保湿剂在所述助熔剂中的占比为0.5wt.％～2wt.％，所述助熔剂中其余为所述触变剂。
17.进一步优选，所述溶剂在所述助熔剂中的占比为27.5wt.％～34.5wt.％；所述活化剂在所述助熔剂中的占比为19.5wt.％～28wt.％；所述表面活性剂在所述助熔剂中的占比为0.5wt.％～1.5wt.％；所述缓蚀剂在所述助熔剂中的占比为1.5wt.％～2.2wt.％；所述防氧化剂在所述助熔剂中的占比为1.0wt.％～1.5wt.％；所述添加剂在所述助熔剂中的占比为3.8wt.％～4.5wt.％；所述保湿剂在所述助熔剂中的占比为0.7wt.％～1.4wt.％。
18.进一步优选，所述溶剂选自异丙醇、乙二醇、甲醚、正丁醇、丙二醇、乙酸丁酯、松油醇中的一种或多种；所述活化剂选自丙二酸、己二酸、戊二酸、硬脂酸、酒石酸、黄基水杨酸、三乙醇胺中的一种或多种；所述松香选自水白松香、氢化松香、脂松香、ke-604松香、ax松香、kr-610松香、季戊四醇松香中的一种或多种；所述表面活性剂选自op10、吐温、二溴丁烯二醇、溴化十六烷基吡啶中的一种或多种；所述缓蚀剂选自苯并三氮唑、苯并咪唑中的一种
或多种；所述防氧化剂选自对苯二酚、特丁基对苯二酚中的一种或多种；所述添加剂选自凡士林，丙三醇的一种或多种；所述保湿剂选自ap8、蓖麻油、司班85中的一种或多种；所述触变剂为st触变剂。
19.本发明还提供了所述熔接材料的制备方法，包括：将所述溶剂、所述松香、所述活化剂、所述表面活性剂、所述缓蚀剂、所述防氧化剂、所述添加剂、所述保湿剂、所述触变剂配比混合搅拌加热，冷却后研磨，得到所述助熔剂，再将按一定配比称量的所述导电粉末与所述助熔剂混合，搅拌，抽真空脱气，得到熔接材料。
20.本发明的有益效果至少在于：本发明采用成本更低的低熔点合金粉代替或部分代替银粉，实现导电银胶的功效，降低了材料成本和焊接温度，所制备的组件在低温下焊接减少了热应力引起的脆片隐裂等问题，且组件粘接强度和焊接稳定性更高。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
22.本发明实施例提供的低熔点合金粉末配比仅是某个材料体系的简要代表，该体系满足熔点要求范围的材料配比均符合实施例的要求。本发明中，如无其他说明则比例指代质量比例。
23.实施例1
24.本实施例提供了一种用于代替叠瓦组件用导电银胶的熔接材料，由导电粉末和助熔剂构成。导电粉末占熔接材料的质量百分比为83.6wt.％，其余为助熔剂。导电粉末在助熔剂中均匀分散混合，在一定工况温度下使用时助熔剂提前发挥作用为导电粉末熔化和焊接创造条件。
25.导电粉末为120℃熔点的in-48sn合金粉末，粉末粒径为25～45μm。
26.助熔剂由32.5wt.％溶剂、33wt.％松香、23wt.％活化剂、0.5wt.％表面活性剂、2wt.％缓蚀剂、1wt.％防氧化剂、4wt.％添加剂、1wt.％保湿剂、3wt.％触变剂构成。所用溶剂为异丙醇、正丁醇、丙二醇、松油醇，其比例为异丙醇：正丁醇：丙二醇：松油醇＝5.5：5.5：2：2；所用活化剂为戊二酸、己二酸、酒石酸、三乙醇胺，其比例为戊二酸：己二酸：酒石酸：三乙醇胺＝5.5：2.5：1：1；所用松香为水白松香、ke-604松香、脂松香，其比例为水白松香：荒川ke-604松香：脂松香＝7:1.5:1.5，所用表面活性剂为二溴丁烯二醇；所用缓蚀剂为苯并三氮唑；所用防氧化剂为对苯二酚；所用添加剂为凡士林；所用保湿剂为ap8保湿剂；所用触变剂为st触变剂。
27.本实施例还提供上述熔接材料的制备过程：将助熔剂的各种成分按配比称取，按配比依次混合搅拌加热，冷却后再多次研磨即可得到助熔剂，再将称量好的in-48sn合金粉末加入助熔剂中，用均质机设备使助熔剂和in-48sn合金粉均匀分散混合，抽真空脱气后即可得到熔接材料。
28.实施例2
29.本实施例与实施例1的不同之处在于：导电粉末为粒径介于15～35μm的in-48sn合金粉熔点118℃与银粉熔点960℃的混合物，其中银粉占导电粉末的3.4wt.％。
30.实施例3
31.本实施例与实施例1的不同之处在于：导电粉末为粒径介于25～40μm的in-3ag合金粉末熔点147℃，助熔剂为33wt.％溶剂、31wt.％松香、25wt.％活化剂、1wt.％表面活性剂、1.5wt.％缓蚀剂、1wt.％防氧化剂、3.5wt.％添加剂、1.2wt.％保湿剂、2.8wt.％触变剂等构成。
32.实施例4
33.本实施例与实施例3的不同之处在于：导电粉末为粒径介于25～40μm的in-3ag合金粉末熔点147℃和银粉熔点960℃的混合物，银粉占导电粉末的6.5wt.％。
34.实施例5
35.本实施例与实施例3的不同之处在于：导电粉末为粒径介于10～30μm的in-1.7ag-0.39cu合金粉末熔点147℃。
36.对比例1
37.对比例为市售有机硅体系导电胶。
38.对比例2
39.对比例为市售丙烯酸体系导电胶。
40.将以上实施例和对比例按光伏行业叠瓦工艺制备组件，焊接后的组件采用过电流能力检测、tc200、dh1000测试和el检测等，测试结果见表1：
41.表1实施例和对比例的性能测试结果
[0042][0043]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。