一种叠瓦光伏组件用导电胶及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 一种叠瓦光伏组件用导电胶及其制备方法与应用 (Conductive adhesive for laminated photovoltaic module and preparation method and application thereof ) 是由 刘展 张保坦 邹余凤 于 2021-07-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种叠瓦光伏组件用导电胶及其制备方法与应用。本发明公开的一种叠瓦光伏组件用导电胶包括有如下原料：乙烯基有机硅树脂、嗪类树脂和交联剂。本发明通过分子结构设计在有机硅导电胶的结构中引入嗪类杂环结构,将含有不饱和键的有机硅树脂与嗪类树脂结合,提高树脂的交联密度和胶体的粘结强度和拉伸强度,获得一种强度高、粘结性好、抗老化的叠瓦光伏组件用导电胶；同时,还可改善有机硅的耐湿热性能,并有效解决了现有有机硅导电胶老化后韧性变差、开裂、变硬变脆等问题。(The invention discloses a conductive adhesive for a laminated photovoltaic module and a preparation method and application thereof. The invention discloses a conductive adhesive for a laminated photovoltaic module, which comprises the following raw materials: vinyl silicone resin, oxazine resin and crosslinking agent. According to the invention, a triazine heterocyclic structure is introduced into the structure of the organic silicon conductive adhesive through molecular structure design, and organic silicon resin containing unsaturated bonds is combined with the triazine resin, so that the crosslinking density of the resin and the bonding strength and tensile strength of the colloid are improved, and the conductive adhesive for the tiled photovoltaic module, which is high in strength, good in bonding property and ageing-resistant, is obtained; meanwhile, the moisture and heat resistance of the organic silicon can be improved, and the problems of poor toughness, cracking, hardening, brittleness and the like of the existing organic silicon conductive adhesive after aging are effectively solved.)
技术领域
本发明涉及胶粘剂
技术领域
，尤其是涉及一种叠瓦光伏组件用导电胶及其制备方法与应用。背景技术
太阳能光伏组件发展十分迅速，高效组件这一相对概念也在不断变化，叠瓦组件是一种新型的光伏封装技术。叠瓦技术将电池片栅线重新设计成可合理切割成小片的图形，使切割后每个小片的正负极按照叠瓦的设计工艺。再将每小片焊接制作成串，并且摒弃了传统的焊带串接电池结构，以导电胶材料将其焊接成串的技术，这样充分利用组件内的间隙，在相同的面积下，可以放置多于常规组件13％以上的电池片，并且由于此组件结构的优化，采用无焊带设计，减少了组件的线损，大幅度提高了组件的输出功率。由以上可以看出，导电胶是决定叠瓦组件可靠性的关键材料之一。
导电胶是一种固化后具有一定导电和导热性能的胶黏剂，它通常由基体树脂、导电填料和助剂等组成，根据基本树脂的结构可将其分为丙烯酸体系、环氧体系和有机硅体系等。其中，有机硅体系固化快，耐老化性好，广泛应用于光伏太阳能行业。由于叠瓦组件中电池片与电池片重叠部分需要用导电胶连接串联起来，因此要求导电胶具有良好的柔韧性、优异的粘结性能，然而，现今有机硅体系的导电胶由于导电填料的添加，导致其粘接性差，限制了在叠瓦光伏组件中的应用。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种叠瓦光伏组件用导电胶，具有粘结性好、拉伸强度高的特点。
本发明还提出一种上述叠瓦光伏组件用导电胶的制备方法。
本发明还提出一种上述叠瓦光伏组件用导电胶的应用。
本发明的第一方面，提出了一种叠瓦光伏组件用导电胶，包括有如下原料：乙烯基有机硅树脂、嗪类树脂和交联剂。
根据本发明实施例的叠瓦光伏组件用导电胶，至少具有以下有益效果：本发明通过自主设计选用含有不饱和键的有机硅树脂(乙烯基有机硅树脂)，并将其与嗪类树脂结合，来提高树脂的交联密度和胶体的粘结强度和拉伸强度；同时还可改善有机硅的耐湿热性能，并有效解决了现有有机硅导电胶老化后韧性变差、开裂、变硬变脆等问题，获得一种强度高、粘结性好、抗老化的叠瓦光伏组件用导电胶，从而提高叠瓦组件的可靠性，可以满足叠瓦光伏组件的导电及抗老化需求。另外，本发明制备的导电胶具有较好的导电率，较低的接触电阻，以及良好的韧性，可广泛用于光伏叠瓦组件电池片导电粘接，简化现有叠瓦技术的连接工艺，提高叠瓦组件的生产效率和成品率。
在本发明的一些实施方式中，所述嗪类树脂包括有三嗪类树脂。
通过上述实施方式，通过分子结构设计在有机硅导电胶的结构中引入三嗪杂环结构，将含有不饱和键的有机硅树脂(乙烯基有机硅树脂)与六元杂环三嗪结构的杂化树脂结合，提高树脂的交联密度和胶体的粘结强度和拉伸强度，获得一种强度高、粘结性好、抗老化的叠瓦光伏组件用导电胶；同时，还可改善有机硅的耐湿热性能，并有效解决了现有有机硅导电胶老化后韧性变差、开裂、变硬变脆等问题。固化后导电胶的体积电阻率在4.9×10-4Ω·cm以下，拉伸剪切强度(即粘接强度)在5.6Mpa以上，拉伸强度在26.9Mpa以上，有效解决了当前叠瓦光伏组件用有机硅导电胶强度低和粘结性差的问题，提高叠瓦组件的可靠性，可以满足叠瓦光伏组件的导电及抗老化需求。本发明制备的导电胶具有较好的导电率，较低的接触电阻以及良好的韧性，可广泛用于光伏叠瓦组件电池片导电粘接，简化现有叠瓦技术的连接工艺，提高叠瓦组件的生产效率和成品率。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述三嗪类树脂为均三嗪类树脂，结构式为：
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述均三嗪类树脂的取代基E1包括有环氧基、脂环环氧基或烯丙基中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述均三嗪类树脂的取代基E2包括有环氧基、脂环环氧基或烯丙基中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述均三嗪类树脂的取代基E3包括有环氧基、脂环环氧基或烯丙基中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述均三嗪类树脂的取代基R1包括有直链或支链的取代基中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述均三嗪类树脂的取代基R2包括有直链或支链的取代基中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述均三嗪类树脂的取代基R3包括有直链或支链的取代基中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述均三嗪类树脂的取代基R1包括有亚烷基、氧化烯基或氧亚烯基羰基中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述均三嗪类树脂的取代基R2包括有亚烷基、氧化烯基或氧亚烯基羰基中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述均三嗪类树脂的取代基R3包括有亚烷基、氧化烯基或氧亚烯基羰基中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，嗪类树脂结构中含有不饱和键或环氧基或既包括不饱和键又包括环氧基，由于不饱和键或环氧基的作用，有利于促进含有不饱和键的有机硅树脂(乙烯基有机硅树脂)与嗪类树脂的结合，提高树脂的交联密度和胶体的粘结强度和拉伸强度，提高导电胶的粘结性和抗老化性能。
在本发明的一些实施方式中，所述乙烯基有机硅树脂与所述嗪类树脂的质量份数之比为(15-90):(15-60)。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述乙烯基有机硅树脂与所述嗪类树脂的质量份数之比为(15-80):(15-30)。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述乙烯基有机硅树脂与所述嗪类树脂的质量份数之比为(15-75):(15-30)。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述乙烯基有机硅树脂与所述嗪类树脂的质量份数之比为(65-80):(15-30)。
在本发明的一些实施方式中，所述嗪类树脂包括有三烯丙基异氰脲酸酯、1,3-二烯丙基异氰脲酸酯、1-烯丙基异氰脲酸酯、三环氧丙基异氰尿酸酯、1,3-二环氧丙基异氰尿酸酯、1-烯丙基，3-环氧丙基异氰尿酸酯及其预聚物中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述嗪类树脂包括有日本日产化学的TEPIC-G、日本日产化学的TEPIC-P、日本日产化学的TEPIC-S、日本日产化学的TEPIC-SP或日本日产化学的MT239中的至少一种。
在本发明的一些实施方式中，所述乙烯基有机硅树脂包括有MT硅树脂、MQ硅树脂、MDT硅树脂、MTQ硅树脂、MDQ硅树脂或MDTQ硅树脂中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述乙烯基有机硅树脂包括有日本信越KSP-100、日本信越KR-255、日本信越KR-282、瓦克SILRES IC368、瓦克SILRES IC678、瓦克SILRES IC836、瓦克SILRES SY300、大易化工VMQ101、大易化工VMQ102或大易化工VMQ103树脂中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述交联剂为含氢交联剂。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述含氢交联剂是线型的含氢硅油或支化交联的含氢硅树脂中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述含氢交联剂的分子结构中至少含有两个或两个以上硅氢键。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述含氢交联剂的分子结构式为Ha(R4)bSiO(4-a-b)/2，其中，R4为烃基，a>0，b>0，a+b≤3。
在本发明的一些更优选的实施方式中，R4包括有CH3、C2H5、C6H5中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，0.001≤a≤2，0.7≤b≤2，0.8≤a+b≤3。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述含氢交联剂中硅氢键分布在分子链的两端或中间。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述含氢交联剂的含氢质量分数为0.1％-1.5％。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述含氢交联剂的粘度为30-10000mPa·s。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述含氢交联剂包括有日本信越KF-99、日本信越KR-2046或美国道康宁MHX-1107中的至少一种。
在本发明的一些优选实施方式中，所述嗪类树脂与所述交联剂的质量份数之比为(15-90):(3-30)。
在本发明的一些更优选实施方式中，所述嗪类树脂与所述交联剂的质量份数之比为(15-75):(3-15)。
在本发明的一些更优选实施方式中，所述嗪类树脂与所述交联剂的质量份数之比为(15-30):(3-8)。
在本发明的一些实施方式中，还包括有原料：促进剂。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述促进剂包括有Ⅷ族金属化合物或络合物、Ⅶ族的金属化合物或络合物或稀土金属化合物中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述促进剂包括有铂系列催化剂、铑系催化剂或钯系催化剂中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述促进剂包括有Speier催化剂、Karstedt催化剂或Wilkinson催化剂中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述促进剂包括有氯铂酸络合物催化剂。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述氯铂酸络合物催化剂的Pt含量为1000-5000ppm。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述嗪类树脂与所述促进剂的质量份数之比为(15-90):(0.3-3)。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述嗪类树脂与所述促进剂的质量份数之比为(15-30):(0.3-3)。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述嗪类树脂与所述促进剂的质量份数之比为(15-30):(0.3-0.8)。
在本发明的一些实施方式中，还包括有原料：导电填料。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述导电填料包括有金、银、铜、镍或铝中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述导电填料包括有金粉、银粉、铜粉、镍粉、银包铜粉、银包玻璃珠、银包镍粉或镀银铝粉中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述导电填料形状为片状、球形、类球形、树枝状或棒状中的至少一种。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述导电填料形状包括有片状或树枝状中的至少一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述导电填料的平均粒径范围为0.1-50μm。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述导电填料的平均粒径范围为0.5-20μm。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述导电填料的平均粒径范围为5-10μm。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述嗪类树脂与所述导电填料的质量份数之比为(15-90):(195-800)。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述嗪类树脂与所述导电填料的质量份数之比为(15-30):(300-800)。
本发明的第二方面，提出了上述叠瓦光伏组件用导电胶的制备方法，包括如下步骤：
S1，将乙烯基有机硅树脂、嗪类树脂和交联剂，混合，搅拌，得到混合物Ⅰ；
S2，向步骤S1得到的混合物Ⅰ中加入导电填料分散研磨，再加入促进剂，混合，脱泡。
本发明公开的叠瓦光伏组件导电胶通过分子结构设计，在有机硅导电胶的结构中引入三嗪杂环结构，来提高树脂的交联密度和胶体的拉伸强度；同时还可改善有机硅的粘结强度和耐湿热性能，并有效解决了现有有机硅导电胶老化后韧性变差、开裂、变硬变脆等问题。另外，本发明制备的导电胶具有较好的导电率，较低的接触电阻，以及良好的韧性，可广泛用于光伏叠瓦组件电池片导电粘接，简化现有叠瓦技术的连接工艺，提高叠瓦组件的生产效率和成品率。
本发明的第三方面，提出了上述叠瓦光伏组件用导电胶在光伏电池封装材料、叠瓦光伏组件、电子元器件或集成电路中的应用。
通过分子结构设计在有机硅导电胶的结构中引入三嗪杂环结构，将含有不饱和键的有机硅树脂(乙烯基有机硅树脂)和与六元杂环三嗪结构的杂化树脂结合，提高树脂的交联密度和胶体的粘结强度和拉伸强度，获得一种强度高、粘结性好、抗老化的叠瓦光伏组件用导电胶；同时，还可改善有机硅的耐湿热性能，并有效解决了现有有机硅导电胶老化后韧性变差、开裂、变硬变脆等问题。
固化后导电胶的体积电阻率在4.9×10-4Ω·cm以下，拉伸剪切强度(即粘接强度)在5.6Mpa以上，拉伸强度在26.9Mpa以上，有效解决了当前叠瓦光伏组件用有机硅导电胶强度低和粘结性差的问题，提高叠瓦组件的可靠性，可以满足叠瓦光伏组件的导电及抗老化需求。本发明制备的导电胶具有较好的导电率，较低的接触电阻以及良好的韧性，可广泛用于光伏叠瓦组件电池片导电粘接，简化现有叠瓦技术的连接工艺，提高叠瓦组件的生产效率和成品率。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备了一种叠瓦光伏组件用导电胶，具体过程为：在行星分散搅拌机中加入50份SILRES IC836、30份VMQ102、15份TEPIC-G、5份KR-2046，高速分散搅拌，搅拌转速为1000rpm，混合30min后分批加入300份平均粒径5μm的片状银粉，在真空状态下(＜-0.08Mpa)，继续搅拌2h后，搅拌转速为80rpm；然后用三辊研磨机对上述浆料研磨3次；待研磨结束后转移至在搅拌机中加入0.5份Karstedt催化剂，并在20℃、-0.095MPa真空下搅拌(转速300rpm)30min脱除气泡即可获得导电胶。
实施例2
本实施例制备了一种叠瓦光伏组件用导电胶，具体过程为：在行星分散搅拌机中加入50份SILRES IC836、30份VMQ102、15份TEPIC-G、5份KR-2046，高速分散搅拌，搅拌转速为1000rpm，混合30min后分批加入400份平均粒径5μm的片状银粉，在真空状态下(＜-0.08Mpa)，继续搅拌2h后，搅拌转速为80rpm；然后用三辊研磨机对上述浆料研磨3次；待研磨结束后转移至在搅拌机中加入0.5份Karstedt催化剂，并在20℃、-0.095MPa真空下搅拌(转速300rpm)30min脱除气泡即可获得导电胶。
实施例3
本实施例制备了一种叠瓦光伏组件用导电胶，具体过程为：在行星分散搅拌机中加入40份SILRES IC678、37份VMQ101、20份TEPIC-SP、3份KF-99，高速分散搅拌，搅拌转速为1000rpm，混合30min后分批加入300份平均粒径5μm的片状银粉和100份平均粒径10μm的树枝状银粉，在真空状态下(＜-0.08Mpa)，继续搅拌2h后，搅拌转速为80rpm；然后用三辊研磨机对上述浆料研磨3次；待研磨结束后转移至在搅拌机中加入0.3份Speier催化剂，并在20℃、-0.095MPa真空下搅拌(转速300rpm)30min脱除气泡即可获得导电胶。
实施例4
本实施例制备了一种叠瓦光伏组件用导电胶，具体过程为：在行星分散搅拌机中加入55份KR-255、10份VMQ103，30份MT239、5份KR-2046，高速分散搅拌，搅拌转速为1000rpm，混合30min后分批加入250份平均粒径5μm的片状银粉和150份平均粒径10μm的树枝状银粉，在真空状态下(＜-0.08Mpa)，继续搅拌2h后，搅拌转速为80rpm；然后用三辊研磨机对上述浆料研磨3次；待研磨结束后转移至在搅拌机中加入0.8份Karstedt催化剂，并在20℃、-0.095MPa真空下搅拌(转速300rpm)30min脱除气泡即可获得导电胶。
实施例5
本实施例制备了一种叠瓦光伏组件用导电胶，具体过程为：在行星分散搅拌机中加入50份SILRES IC836、30份KR-255、15份MT239、3份KR-2046、1份MHX-1107，高速分散搅拌，搅拌转速为1000rpm，混合30min后分批加入600份平均粒径5μm的片状银粉和200份平均粒径10μm的树枝状银粉，在真空状态下(＜-0.08Mpa)，继续搅拌2h后，搅拌转速为80rpm；然后用三辊研磨机对上述浆料研磨3次；待研磨结束后转移至在搅拌机中加入0.8份Karstedt催化剂，并在20℃、-0.095MPa真空下搅拌(转速300rpm)30min脱除气泡即可获得导电胶。
实施例6
本实施例制备了一种叠瓦光伏组件用导电胶，具体过程为：在行星分散搅拌机中加入17份SILRES SY300、30份KR-255、20份VMQ101，25份TEPIC-SP、8份KR-2046，高速分散搅拌，搅拌转速为1000rpm，混合30min后分批加入550份平均粒径5μm的片状银粉和150份平均粒径10μm的树枝状银粉，在真空状态下(＜-0.08Mpa)，继续搅拌2h后，搅拌转速为80rpm；然后用三辊研磨机对上述浆料研磨3次；待研磨结束后转移至在搅拌机中加入0.5份Karstedt催化剂，并在20℃、-0.095MPa真空下搅拌(转速300rpm)30min脱除气泡即可获得导电胶。
试验例
本试验例测试了实施例制备的叠瓦光伏组件用导电胶的性能。其中：
拉伸剪切强度的测定(粘结强度的测试)：
拉伸剪切强度按照GB7124-86《胶粘剂拉伸剪切强度测定方法，金属对金属》中规定的要求进行测试，以(100±10)mm/min的稳定速度加载。
体积电阻率的测试：
载片用无水乙醇进行清洗，贴上绝缘胶布，将中间用钢刀割成标准的长方形，后进行导电胶涂抹。将涂抹后的载片放入烘箱中进行固化。固化后，待导电胶冷去后，用微米千分尺测量导电胶片的厚度，用游标卡尺测定导电胶的宽度，用直流数字电阻测试仪直接测量电阻。
按照下面(1)的公式计算其体积电阻率。
式中：ρ——电阻率，Ω·cm；
R——测量的电阻，Ω；
w——胶层的宽度，cm；
t——胶层的厚度，cm；
L——胶层的长度，cm。
每片载片上量取五个地方的厚度，取其平均值；每个配方制作5个试样，取这5个电阻率的平均值。
拉伸强度的测试：
拉伸强度按照GB/T 6329-1996《胶粘剂对接接头拉伸强度的测定》中规定的要求进行测试。
实施例1-6制备的叠瓦光伏组件用导电胶的粘结强度、体积电阻率、拉伸强度的测试结果如下表1所示：
表1叠瓦光伏组件用导电胶的性能测试结果
由上可知，通过分子结构设计在有机硅导电胶的结构中引入三嗪杂环结构，提高树脂的交联密度和胶体的粘结强度和拉伸强度，获得一种强度高、粘结性好、抗老化的叠瓦光伏组件用导电胶；同时，还可改善有机硅的耐湿热性能，并有效解决了现有有机硅导电胶老化后韧性变差、开裂、变硬变脆等问题。
固化后导电胶的体积电阻率在4.9×10-4Ω·cm以下，拉伸剪切强度在5.6Mpa以上，拉伸强度在26.9Mpa以上，有效解决了当前叠瓦光伏组件用有机硅导电胶强度低和粘结性差的问题，提高叠瓦组件的可靠性，可以满足叠瓦光伏组件的导电及抗老化需求。本发明制备的导电胶具有较好的导电率，较低的接触电阻，以及良好的韧性，可广泛用于光伏叠瓦组件电池片导电粘接，简化现有叠瓦技术的连接工艺，提高叠瓦组件的生产效率和成品率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
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