特許第6360076号(P6360076)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6360076ブレンドエラストマーを含んでなる導電性接着剤
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6360076
(24)【登録日】2018年6月29日
(45)【発行日】2018年7月18日
(54)【発明の名称】ブレンドエラストマーを含んでなる導電性接着剤
(51)【国際特許分類】
   H01L 31/05 20140101AFI20180709BHJP
   C09J 9/02 20060101ALI20180709BHJP
   C09J 11/04 20060101ALI20180709BHJP
   C09J 123/08 20060101ALI20180709BHJP
   C09J 131/04 20060101ALI20180709BHJP
   H01B 1/22 20060101ALI20180709BHJP
【FI】
   H01L31/04 570
   C09J9/02
   C09J11/04
   C09J123/08
   C09J131/04
   H01B1/22 D
【請求項の数】8
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2015-552764(P2015-552764)
(86)(22)【出願日】2014年1月9日
(65)【公表番号】特表2016-510504(P2016-510504A)
(43)【公表日】2016年4月7日
(86)【国際出願番号】US2014010826
(87)【国際公開番号】WO2014110229
(87)【国際公開日】20140717
【審査請求日】2017年1月10日
(31)【優先権主張番号】201310009058.8
(32)【優先日】2013年1月10日
(33)【優先権主張国】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】390023674
【氏名又は名称】イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】E.I.DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
(74)【代理人】
【識別番号】110001243
【氏名又は名称】特許業務法人 谷・阿部特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ムー ミンファン
(72)【発明者】
【氏名】リウ ゾンジュン
【審査官】 嵯峨根 多美
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許出願公開第2012/0312467(US,A1)
【文献】 特開昭59−164317(JP,A)
【文献】 特開平01−138279(JP,A)
【文献】 特開昭56−008415(JP,A)
【文献】 特開平08−286181(JP,A)
【文献】 特開2007−158302(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2012/0080068(US,A1)
【文献】 特表2010−539650(JP,A)
【文献】 特開平04−237903(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 31/05
C09J 9/02
C09J 11/04
C09J 123/08
C09J 131/04
H01B 1/22
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも1つのソーラーセルと、少なくとも1つの配線部材とを含んでなるソーラーセルモジュールであって、
(i)前記少なくとも1つのソーラーセルが、少なくとも1つの表面電極を有し、かつ前記少なくとも1つの配線部材が、導電性接着剤を介して、前記少なくとも1つの表面電極に接続され;
(ii)前記導電性接着剤が、ポリマーマトリックスと、接着剤組成物に含まれる全成分の重量%が合計100重量%となるように前記ポリマーマトリックスに分散された40〜90重量%の導電性粒子と、を含んでなる接着剤組成物から形成され;かつ
(iii)前記ポリマーマトリックスが、少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーと、少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーとのブレンドを10:90〜70:30の範囲の重量比で含んでな
前記少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーが、エチレンの重合単位と、前記エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーの全重量に基づき、40〜90重量%の少なくとも1種のアルキル(メタ)アクリレートの重合単位と、を含んでなる、ソーラーセルモジュール。
【請求項2】
前記少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーと、少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーとの重量比が、15:85〜70:30範囲である、請求項1に記載のソーラーセルモジュール。
【請求項3】
前記少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーが、エチレン/メチルアクリレートコポリマー、エチレン/エチルアクリレートコポリマー、エチレン/ブチルアクリレートコポリマーからなる群から選択される、請求項1または2に記載のソーラーセルモジュール。
【請求項4】
前記少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーが、エチレンの重合単位と、前記エチレン酢酸ビニルコポリマーの全重量に基づき、5〜50重量%酢酸ビニルの共重合単位と、を含んでなる、請求項1または2に記載のソーラーセルモジュール。
【請求項5】
前記少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーおよび/または少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーが架橋剤によって架橋される、請求項1〜のいずれか一項に記載のソーラーセルモジュール。
【請求項6】
前記導電性粒子が金属粒子および非金属粒子から選択される、請求項1〜のいずれか一項に記載のソーラーセルモジュール。
【請求項7】
前記導電性粒子が金属粒子であるか、または好ましくは、前記導電性粒子が、Au、Ag、Ni、Cu、Al、Sn、Zn、Ti、Sn、Bi、W、Pbおよびそれらの2種以上の合金の粒子からなる群から選択されるか、またはより好ましくは、前記導電性粒子が、Cu、Ag、Niおよびそれらの合金の粒子から選択されるか、またはさらにより好ましくは、前記導電性粒子がAg粒子である、請求項に記載のソーラーセルモジュール。
【請求項8】
前記接着剤組成物の全重量に基づき、前記導電性粒子の40〜85重量%前記ポリマーマトリックスに分散される、請求項1〜のいずれか一項に記載のソーラーセルモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ブレンドエラストマーをベースとする導電性接着剤に関する。
【背景技術】
【0002】
ソーラーセルモジュールにおいて、ソーラーセルは表面電極を有し、表面電極には、セルから電力を引き出すための配線部材(導電性相互接続部材またはリボンとも呼ばれる)が接続されている。配線部材は、通常、金属ストリップ(Cuストリップなど)の形態であり、それらはハンダ付けによって表面電極に接続されることが多い。しかしながら、このようなハンダ付けのためには比較的高温が必要であるため、発電をもたらす半導体構造、表面電極、ハンダおよび配線部材間の熱収縮係数の差異によって、接続構造に応力が加えられる。そのような熱応力によって、ソーラーセルの屈曲および亀裂が生じるおそれがある。
【0003】
この課題を解決するために、配線部材をソーラーセルの表面電極に接続するために、ハンダの代わりに、ポリマーをベースとする導電性接着剤の使用が提案されている。そのようなポリマーをベースとする導電性接着剤は、典型的に、絶縁ポリマー(エポキシ樹脂、アクリルポリマー、フェノキシ樹脂、ポリイミドまたはシリコーンゴムなど)および導電性粒子(Ag粒子など)から構成される。例えば、米国特許出願公開第2010/0147355号明細書および同第2012/0012153号明細書を参照のこと。上記文献には、ゴムをベースとするか、またはエチレンコポリマーをベースとする(例えば、エチレン酢酸ビニル(EVA)をベースとする)導電性接着剤も開示されている。しかしながら、さらに改善された耐候性を有する新規ポリマーをベースとする導電性接着剤を開発することがなお必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示の目的は、少なくとも1つのソーラーセルと、少なくとも1つの配線部材とを含んでなるソーラーセルモジュールであって、少なくとも1つのソーラーセルが、少なくとも1つの表面電極を有し、かつ少なくとも1つの配線部材が、導電性接着剤を介して、少なくとも1つの表面電極に接続され;導電性接着剤が、ポリマーマトリックスと、接着剤組成物に含まれる全成分の重量%が合計100重量%となるようにポリマーマトリックスに分散された40〜90重量%の導電性粒子とを含んでなる接着剤組成物から形成され;かつポリマーマトリックスが、少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーと、少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーとのブレンドを10:90〜70:30の範囲の重量比で含んでなる、ソーラーセルモジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
ソーラーセルモジュールの一実施形態において、少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーと、少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーとの重量比は、15:85〜70:30または15:85〜65:35の範囲である。
【0006】
ソーラーセルモジュールのさらなる実施形態において、少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーは、エチレンの重合単位と、エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーの全重量に基づき、40〜90重量%、または好ましくは50〜80重量%、またはより好ましくは50〜75重量%の少なくとも1種のアルキル(メタ)アクリレートの重合単位とを含んでなる。
【0007】
ソーラーセルモジュールのなおさらなる実施形態において、少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーは、エチレン/メチルアクリレートコポリマー、エチレン/エチルアクリレートコポリマー、エチレン/ブチルアクリレートコポリマー、およびそれの2種以上の組み合わせからなる群から選択される。
【0008】
ソーラーセルモジュールのなおさらなる実施形態において、少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーは、エチレンの重合単位と、エチレン酢酸ビニルコポリマーの全重量に基づき、5〜50重量%、または好ましくは15〜45重量%、またはより好ましくは20〜45重量%の酢酸ビニルの共重合単位とを含んでなる。
【0009】
ソーラーセルモジュールのなおさらなる実施形態において、少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーおよび/または少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーは、架橋剤によって架橋される。
【0010】
ソーラーセルモジュールのなおさらなる実施形態において、導電性粒子は、金属粒子および非金属粒子から選択される。
【0011】
ソーラーセルモジュールのなおさらなる実施形態において、導電性粒子は金属粒子であるか、または好ましくは、導電性粒子は、Au、Ag、Ni、Cu、Al、Sn、Zn、Ti、Sn、Bi、W、Pbおよびそれらの2種以上の合金の粒子からなる群から選択されるか、またはより好ましくは、導電性粒子は、Cu、Ag、Niおよびそれらの合金の粒子から選択されるか、またはさらにより好ましくは、導電性粒子はAg粒子である。
【0012】
ソーラーセルモジュールのなおさらなる実施形態において、接着剤組成物の全重量に基づき、導電性粒子の40〜85重量%または45〜83重量%がポリマーマトリックスに分散される。
【0013】
ソーラーセルモジュールのなおさらなる実施形態において、少なくとも1種のソーラーセルは、前面電極および背面電極を有し、かつ導電性接着剤を介して前面電極に接続される1種以上の前面配線部材、および導電性接着剤を介して背面表面電極に接続される1種以上の背面配線部材がある。
【0014】
ソーラーセルモジュールのなおさらなる実施形態において、少なくとも1種のソーラーセルは、ウエハをベースとするソーラーセルである。
【0015】
ソーラーセルモジュールのなおさらなる実施形態において、少なくとも1種のソーラーセルは、薄膜ソーラーセルである。
【0016】
本開示に従って、2つの特定の終点によって範囲が示される場合、この範囲には、2つの特定の終点の中にあるいずれの値も、また2つの終点のいずれかに等しいか、またはほぼ等しいいずれの値も含まれることは理解される。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本明細書には、ポリマーマトリックスと、接着剤組成物に含まれる全成分の重量%が合計100重量%となるようにポリマーマトリックスに分散された約40〜90重量%の導電性粒子とを含んでなる導電性接着剤組成物が開示される。ポリマーマトリックスは、約10:90〜約70:30の範囲の重量比の少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーと、少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマー(EVA)とのブレンドエラストマーを含んでなるか、またはそれから形成される。
【0018】
AEMゴムとしても知られるエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーは、エチレンの重合単位と、エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーの全重量に基づき、約45〜90重量%、または約50〜80重量%、または約50〜75重量%の少なくとも1種のアルキル(メタ)アクリレートの重合単位との共重合から誘導される。「(メタ)アクリレート」という用語は、本明細書中、メタクリル酸のエステルおよび/またはアクリル酸のエステルを指すために使用され、「メタ」という用語は、本明細書中、−H、または分枝もしくは非分枝基C1〜C10アルキルを指すために使用され、「アルキル」という用語は、本明細書中、−H、あるいはC1〜C12アルキル、C1〜C20アルコキシアルキル、C1〜C12シアノアルキルもしくはC1〜C12フルオロアルキルの分枝または非分枝基を指すために使用される。本明細書で使用されるアルキル(メタ)アクリレート基には、限定されないが、アルキルアクリレート、アルキルメタクリレート、アルキルエタクリレート、アルキルプロパクリレートおよびアルキルヘキサクリレート、アルコキシアルキルメタクリレート、アルコキシアルキルエタクリレート、アルコキシアルキルプロパクリレートおよびアルコキシアルキルヘキサクリレートが含まれる。アルキル基は、シアノ基または1種以上のフッ素原子によって置換されてもよい。すなわち、アルキル基はC1〜C12シアノアルキル基またはC1〜C12フルオロアルキル基でもよい。エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーは、2種以上のアルキル(メタ)アクリレート、例えば、2種の異なるアルキルアクリレートモノマーの共重合単位を含んでなってもよい。例えば、本明細書で使用されるエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーには、限定されないが、エチレン/メチルアクリレートコポリマー(EMA)、エチレン/エチルアクリレートコポリマー(EEA)およびエチレン/ブチルアクリレートコポリマー(EBA)が含まれる。
【0019】
そのうえ、本明細書で使用されるエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーは、エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーの全重量に基づき、約5重量%までの官能化コモノマーを任意選択でさらに含んでもよい。本明細書で使用される任意の官能化コモノマーには、限定されないが、(メタ)アクリレートグリシジルエステル(例えば、グリシジルメタクリレート)、クロロビニルエーテル、マレイン酸、および酸、ヒドロキシル、無水物、エポキシ、イソシアネート、アミン、オキサゾリン、クロロアセテート、カルボン酸エステル部分またはジエン官能性を含む1つ以上の反応性基を有する他のコモノマーが含まれる。また、本明細書で使用されるエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーは、エチレンと、2種以上の(例えば、2種の)アルキル(メタ)アクリレートモノマーを共重合することによって製造されることも想像できる。例は、エチレン、メチルアクリレートおよび第2のアクリレート(例えば、ブチルアクリレート)を重合させることによって製造されるエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーである。
【0020】
ブレンドエラストマーに含まれるエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーが、2種以上のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーのブレンドでもよいことも想像できる。
【0021】
エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーは、ポリマー技術において周知の様々なプロセスによって調製されてもよい。例えば、オートクレーブ反応器中での連続プロセスとして共重合を実行することができる。あるいは、本明細書で使用されるエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーは、管状反応器などにおいて高圧および高温で製造されてもよい。コポリマーは、従来の手段によって、例えば、減圧の下および高温で未重合の材料および溶媒を蒸発させることによって、未反応のモノマーおよび溶媒(使用される場合)との生成物混合物から分離することができる。
【0022】
本明細書で使用されるエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーは商業的に入手可能でもある。例示的なエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーには、商標名Vamac(登録商標)でE.I.du Pont de Nemours and Company,米国(以下、「DuPont」)から入手可能であるものが含まれる。
【0023】
本明細書で使用されるエチレン/酢酸ビニルコポリマー(EVA)は、エチレンの重合単位と、EVAの全重量に基づき、約5〜50重量%、または約15〜45重量%、または約20〜45重量%の酢酸ビニルの共重合単位の共重合から誘導される。本開示に従って、本明細書で使用されるエチレン酢酸ビニルコポリマーは、約35重量%まで、または約25重量%まで、または約20重量%までの1種以上の追加的なモノマーの共重合単位を含んでなってもよい。そのような1種以上の追加的なコモノマーには、限定されないが、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、ブチルアクリレート、一酸化炭素およびそれの2種以上の組み合わせが含まれてよい。適切なエチレン酢酸ビニルコポリマーは、商業的に得られてもよい。例えば、DuPontから入手可能なElvax(登録商標)EVA樹脂;Arkerma,Inc.(フランス)から入手可能なEvatane(商標)EVAコポリマー;Exxonmobil Chemical(米国)から入手可能なEscorene(商標)EVA樹脂;三井・デュポンポリケミカル株式会社(日本)から入手可能なEvaflex(登録商標)EVA樹脂;またはCelanese(カナダ)から入手可能なAteva(商標)EVA樹脂も本明細書において使用されてよい。
【0024】
本明細書で使用されるブレンドエラストマー内で、少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーと少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーとの重量比は、約10:90〜約70:30、または15:85〜約70:30、または約15:85〜約65:35の範囲であってもよい。
【0025】
好ましくは、ブレンドエラストマーに含まれるエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーおよび/またはエチレン酢酸ビニルコポリマーは、架橋剤によって架橋される。
【0026】
本明細書で使用される架橋剤は、いずれかの適切なペルオキシドでもあってもよい。「ペルオキシド」という用語は、1種以上のペルオキシド、すなわちO−O結合を含む有機化合物を指す。適切なペルオキシドは、例えば、Aldrich Catalogue of Fine Chemicalsに開示されている。ペルオキシドを加熱することによって、ラジカルが発生し、このラジカルは組成物の成分と反応し、混合物における共有結合架橋を生じさせる。組成物に存在する有機ペルオキシドの量および種類を調節することによって、ラジカル生成、抽出および架橋ステップの相対速度を制御することができる。
【0027】
本明細書において適切である例示的なペルオキシド架橋剤には、限定されないが、メチルエチルケトンペルオキシド;ジクミルペルオキシド;2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン;1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン;1,1−ジ−(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン;2,2’−ビス(t−ブチルペルオキシ)ジイソプロピルベンゼン;4,4’−ビス(t−ブチルペルオキシ)ブチルバレレート;エチル3,3−ビス(t−ブチルペルオキシ)ブチレート;t−ブチルクミルペルオキシド;ジ[(t−ブチルペルオキシ)−イソプロピル]ベンゼン;t−ブチルペルオキシド;6,6,9,9−テトラメチル−3−メチル−3,n−ブチル−1,2,4,5−テトラオキシシクロノナン;6,6,9,9−テトラメチル−3−メチル−3−エチルカルボニルメチル−1,2,4,5−テトラオキシ−シクロノナン;エチル3,3−ジ(t−ブチルペルオキシ)ブチレート;ジベンゾイルペルオキシド;2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド;OO−t−ブチル−O−(2−エチルヘキシル)モノペルオキシカルボネート;2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルペルオキシ)−3−ヘキシン;およびそれの2種以上の組み合わせが含まれる。
【0028】
本明細書に使用される架橋剤は商業的に入手可能でもある。例示的な架橋剤には、商標名Perkadox(商標)でAkzoNobel Corporate,オランダから入手可能なもの;または商標名Luperox(商標)でArkerma,Inc.から入手可能なものが含まれる。適切なジクミルペルオキシド(DCP)架橋剤は、Shanghai Fangruida Chemical Co.Ltd,中国またはHangzhou Hi−Tech Fine Chemical Co.Ltd.中国から得られてもよい。
【0029】
導電性接着剤組成物の全容量に基づき、ポリマーマトリックスは、導電性接着剤組成物の全重量に基づき、約10〜60重量%、または約15〜60重量%、または約17〜55重量%の濃度で存在してもよい。
【0030】
本明細書で使用される導電性粒子は、回路接続時における接着剤組成物の導電性を提供する。導電性粒子には、金属粒子、非金属粒子、金属コーティングされた粒子およびそれの組み合わせが含まれてよい。適切な金属粒子には、限定されないが、Au、Ag、Ni、Cu、Al、Sn、Zn、Ti、Sn、Bi、W、Pbおよびそれらの2種以上の合金の粒子が含まれる。適切な非金属粒子には、限定されないが、カーボンナノチューブ、グラフェン、ポリアニリン、ポリアセチレンおよびポリピロール、ならびにそれらの2種以上の組み合わせが含まれる。金属コーティングされた粒子に使用される金属コーティング材料には、限定されないが、Au、Ag、Niおよびそれらの2種以上の組み合わせが含まれる。適切な金属コーティングされた粒子には、限定されないが、Agコーティングされたガラスビーズ、Agコーティングされたポリスチレン粒子、AgコーティングされたCu粒子、NiコーティングされたCu粒子およびそれらの2種以上の組み合わせが含まれる。導電性粒子の径は、回路のピッチによって決定されてもよく、意図された用途次第で、例えば、約0.1〜約50μmであってよい。
【0031】
導電性接着剤組成物の全重量に基づき、導電性粒子は、約40〜90重量%、または約40〜85重量%、または約45〜83重量%の濃度で存在してもよい。
【0032】
本明細書に開示される導電性接着剤組成物の一実施形態において、ポリマーマトリックスは、約10:90〜約70:30の重量比の少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーと、少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマー(EVA)とのブレンドエラストマーから形成され、かつ導電性粒子は、Cu、Ag、Niおよびそれらの合金の粒子から選択される。本明細書に開示される導電性接着剤組成物のさらなる実施形態において、導電性粒子はAg粒子から選択される。
【0033】
本明細書にさらに開示されるものは、上記で開示された導電性接着剤組成物から形成される導電性シートまたはテープである。
【0034】
本明細書になおさらに開示されるものは、1種以上のソーラーセルと、導電性接着剤とを含んでなるソーラーセルモジュールである。そのような実施形態において、導電性接着剤は、ソーラーセルの表面電極を配線部材(リボンとも呼ばれる)と電気的に接続するために含まれる。配線部材は直列および/または並列にソーラーセルを電気的に接続するために、およびモジュールから電力を引き出すための導電性経路を形成するために含まれる。
【0035】
本明細書で使用されるソーラーセルは、光を電気エネルギーに変換することができるいずれかの物品または材料であってもよい。例えば、本明細書で使用されるソーラーセルには、限定されないが、ウエハをベースとするソーラーセル(例えば、c−Siまたはmc−Siをベースとするソーラーセル)、および薄膜ソーラーセル(例えば、a−Si、μc−Si、CdTe、銅インジウムセレニド(CIS)、銅−インジウム−ガリウムセレニド(CIGS)、光吸収染料、または有機半導体をベースとするソーラーセル)が含まれる。
【0036】
ソーラーセルの表面電極は、電気伝導を提供することができるいずれかの適切な材料から製造されてもよい。例えば、表面電極は、ソーラーセル表面上に導電性ペーストを印刷(例えば、スクリーン印刷またはインクジェット印刷)することによって形成されてもよい。適切なペースト材料の具体的な例には、限定されないが、銀のペースト、銀を含有するガラスペースト、金のペースト、カーボンペースト、ニッケルペースト、アルミニウムペースト、透明導電性酸化物(TCO)(酸化インジウムスズ(ITO)または酸化アルミニウム亜鉛(AZO)など)が含まれる。
【0037】
配線部材は、しかしながら、銅、銀、アルミニウム、金、ニッケル、カドミウムおよびそれらの合金などのいずれかの高導電性材料から形成されてもよい。
【0038】
ソーラーセルの表面電極は、いずれかの適切なパターンにあってもよく、表面電極と配線部材との間の接続が、いずれかの適切な形態であってもよい。
【0039】
例えば、ウエハをベースとするソーラーセルモジュールにおいて、各ソーラーセルが、前面電極および背面表面電極を含んでなってもよく、ここで上面電極は、複数の並列の導電性フィンガー、および導電性フィンガーと垂直かつそれに接続する2本以上の導電性母線を含んでなってもよく、背面表面電極は、層導電性ペーストおよび2本以上の導電性母線を含んでなってもよい。ある種の実施形態において、導電性フィンガーおよび導電性母線は銀ペーストから形成され、背面電極に含まれる導電性ペーストの層は、アルミニウムペーストから形成されてもよい。そのような実施形態において、配線部材は、本明細書に開示される導電性接着剤を介して前面および背面電極の母線に接着することによって、前面および背面表面電極に接続される。
【0040】
さらなる実施形態において、ソーラーセルに含まれる前面および/または背面表面電極には、母線が含まれなくてもよい。すなわち、例えば、各ソーラーセルは、母線を含まず、複数の導電性フィンガーのみから形成される前面電極と、導電性ペーストの層および2本以上の導電性母線から形成される背面電極とを含んでなる。そのような実施形態において、配線部材は、導電性接着剤を介して導電性フィンガーに接着することによって前面電極に、および導電性接着剤を介して母線に接着することによる背面電極に接続される。あるいは、各ソーラーセルは、複数の導電性フィンガーおよび2本以上の母線から形成される前面電極と、母線を含まず、導電性ペーストのみから形成される背面電極とを含んでなる。そのような実施形態において、配線部材は、導電性接着を介して母線に接着することによって前面電極に、および導電性接着剤を介して導電性ペーストに接着することによって背面表面電極に接続される。あるいは、各ソーラーセルは、母線を含まず、複数の導電性フィンガーのみから形成される前面電極と、母線を含まず、導電性ペーストのみから形成される背面表面電極とを含んでなる。そのような実施形態において、配線部材は、導電性接着剤を介して導電性フィンガーに接着することによって前面電極に、および導電性接着剤を介して導電性ペーストに接着することによって背面電極に接続される。
【0041】
薄膜ソーラーセルモジュールの形態において、相対する表面電極は、典型的に、透明TCO層または金属グリッドから形成される。ある種の実施形態において、背面電極は、金属膜、例えば、Al、TiN、Zn、Mo、ステンレス鋼)から形成されてもよい。そのような実施形態において、配線部材は、導電性接着剤を介して電極に接着することによって電極に接続されてもよい。しかしながら、ある種の実施形態において、母線が含まれて、かつ各電極に接続されてもよく、配線部材は、導電性接着剤を介して母線に接着することによって電極に接続されてもよい。
【0042】
ブレンドエラストマーをベースとする導電性接着剤を介して表面電極に配線部材を接着する時に、いずれかの適切なプロセスが使用されてもよい。好ましくは、このプロセスは、最初に、ブレンドエラストマーをベースとする導電性組成物の予め形成された膜またはシートを調製するステップと、次いで、予め形成された導電性膜またはシートを間に用いて、表面電極上に配線部材を積層するステップとを含んでなってもよい。また、予め形成された導電性膜またはシートは、キャスティング、押出成形、カレンダリングなどのいずれかの適切な方法によって調製されてもよい。
【0043】
以下の実施例によって実証されるように、エチレン/アルキル(メタ)アクリレートエラストマーをベースとする、またはEVAをベースとする導電性接着剤と比較して、本明細書に開示されるブレンドエラストマーをベースとする導電性接着剤は、非常に改善された熱サイクル耐性を示すことが見出された。
【0044】
以下の実施例および比較例は、1種以上の実施形態の特定の詳細を明かにするために提供される。しかしながら、記載される特定の詳細に実施形態が限定されないことは理解されよう。
【実施例】
【0045】
材料:
・Ag−1:Kunming Noble Metal Electronic Materials Co.Ltd.から得られる3〜5μmの粒径を有する銀フレークおよび結晶;
・Ag−2:DuPontから得られる5.4〜11μmの粒径を有する銀粉末;
・エチレン酢酸ビニル(EVA):商標名Elvax(登録商標)PV1650でDuPontから得られるエチレン酢酸ビニルコポリマー樹脂(33重量%酢酸ビニル);
・エチレン/メチルアクリレートコポリマー(E/MA):62重量%のメチルアクリレートを含んでなり、かつ22のMooney粘度(ML1+4,100℃)を有するエチレン/アクリレートコポリマー;
・ペルオキシド(PO):LanZhou Agent Plant(中国)から購入したOO−tert−ブチルO−2−(エチルヘキシル)モノペルオキシカルボネート;
・シランカップリング剤(SCA):商標名KBM403で信越化学工業(日本)から得られる3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン;
・酸化防止剤(AO):商標名Irganox(商標)MD1024でBASF(ドイツ)から得られる2’,3−ビス[[3−[3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジド;
・ECA−1:AEMをベースとする導電性接着剤(最終Ag濃度は78重量%)であって、(i)スパチュラを用いて、33gのAEMを、0.4gのPO、0.3gのSCAおよび0.12gのAOと混合するステップと、(ii)Brabenderを用いて80℃で10分間、92gのAg−1および25gのAg−2をステップ(i)からの混合物に調合して、導電性接着剤を得るステップとから調製されたもの;
・ECA−2:ブレンドエラストマーをベースとする(BEをベースとする)導電性接着剤(最終Ag濃度は78重量%)であって、(i)スパチュラを用いて、24.75gのAEMおよび8.25gのEVAを、0.4gのPO、0.3gのSCAおよび0.12gのAOと混合するステップと、(ii)Brabenderを用いて80℃で10分間、92gのAg−1および25gのAg−2をステップ(i)からの混合物に調合して、導電性接着剤を得るステップとから調製されたもの;
・ECA−3:ブレンドエラストマーをベースとする(BEをベースとする)導電性接着剤(最終Ag濃度は78重量%)であって、(i)スパチュラを用いて、8.25gのAEMおよび24.75gのEVAを、0.4gのPO、0.3gのSCAおよび0.12gのAOと混合するステップと、(ii)Brabenderを用いて80℃で10分間、92gのAg−1および25gのAg−2をステップ(i)からの混合物に調合して、導電性接着剤を得るステップとから調製されたもの;
・ECA−4:ブレンドエラストマーをベースとする(BEをベースとする)導電性接着剤(最終Ag濃度は78重量%)であって、(i)スパチュラを用いて、16.5gのAEMおよび16.5gのEVAを、0.4gのPO、0.3gのSCAおよび0.12gのAOと混合するステップと、(ii)Brabenderを用いて80℃で10分間、82gのAg−1および35gのAg−2をステップ(i)からの混合物に調合して、導電性接着剤を得るステップとから調製されたもの;
・ECA−5:ブレンドエラストマーをベースとする(BEをベースとする)導電性接着剤(最終Ag濃度は78重量%)であって、(i)スパチュラを用いて、16.5gのAEMおよび16.5gのEVAを、0.4gのPO、0.3gのSCAおよび0.12gのAOと混合するステップと、(ii)Brabenderを用いて80℃で10分間、92gのAg−1および25gのAg−2をステップ(i)からの混合物に調合して、導電性接着剤を得るステップとから調製されたもの;
・ECA−6:EVAをベースとする導電性接着剤(最終Ag濃度は78重量%)であって、(i)スパチュラを用いて、33gのEVAを0.4gのPO、0.3gのSCAおよび0.12gのAOと混合するステップと、(ii)Brabenderを用いて80℃で10分間、92gのAg−1および25gのAg−2をステップ(i)からの混合物に調合して、導電性接着剤を得るステップとから調製されたもの;
・c−Siセル(c−Si):商標名XS125−165R 5”でMotech(Suzhou)Renewable Energy Co.,Ltd.(中国)から得られる単結晶ソーラーセルであって、125×125mm(±0.5mm)の寸法を有し、一対の幅1.6mmの銀母線および一対の幅2.8mmの銀/アルミニウム不連続ハンダパッドを含むもの;
・EVAシート(EVAS):Wenzhou RuiYang Photovoltaic Material Co.Ltd.(中国)から得られるRevax(商標)767エチレン酢酸ビニル(EVA)シート(厚さ500μm);
・ガラスシート(GS):Dongguan CSG Solar Glass Co.,Ltd.(中国)から購入した厚さ3.2mmのテンパードガラス;
・TPTバックシート(TPT):Krempel Group(ドイツ)から得られた光起電性モジュール用Akasol(商標)PTL 3HR 1000Vバックシート。
【0046】
比較例CE1〜CE3および実施例E1〜E3
CE1において、1−セルモジュールを以下の通りに調製した:(i)最初にECA−1を厚さ50μmの膜へと(100℃で)ホットプレスし、次いで、ECA膜をCu箔(厚さ105μm)上に(100℃で)積層し、続いて、幅2mmのストリップへと切断することによって、ECAコーティングCuストリップを調製し、(ii)CuストリップのECA−1コーティング層が母線と接触するように、c−Siセルの前面上で2本の母線のそれぞれの上に2つのECAコーティングCuストリップを位置合わせし、CuストリップのECA−1コーティング層がハンダパッドと接触するように、c−Siセルの背面上で2つのハンダパッドのそれぞれの上に他の2つのECAコーティングCuストリップを位置合わせし、(iii)ハンダ付けによって2つの前面Cuストリップを第1のSn/PdコーティングCuリボンと接続し、ハンダ付けによって2つの背面Cuストリップを第2のSn/PdコーティングCuリボンと接続し、(iv)2層のEVAの間にc−Siセルを配置し、次いで、GSの層をc−Siの前面に、およびTPTの層をc−Siセルの背面に配置し;(v)Meier ICOLAM(商標)10/08積層装置(Meier Vakuumtechnik GmbH(ドイツ))を使用して、1気圧の圧力および145℃の温度で15分間、アセンブリを積層して、第1および第2のSn/PdコーティングCuリボンのそれぞれがモジュールから延在する一端を有する最終的な1−セルモジュールを形成する。
【0047】
CE2において、ECA−1の代わりにECA−2が使用されたことを除き、CE1に記載されるものと同様の方法で1−セルモジュールを調製した。
【0048】
E1において、ECA−1の代わりにECA−3が使用されたことを除き、CE1に記載されるものと同様の方法で1−セルモジュールを調製した。
【0049】
E2において、ECA−1の代わりにECA−4が使用されたことを除き、CE1に記載されるものと同様の方法で1−セルモジュールを調製した。
【0050】
E3において、ECA−1の代わりにECA−5が使用されたことを除き、CE1に記載されるものと同様の方法で1−セルモジュールを調製した。
【0051】
CE3において、ECA−1の代わりにECA−6が使用されたことを除き、CE1に記載されるものと同様の方法で1−セルモジュールを調製した。
【0052】
CE1〜CE3およびE1〜E3で調製された各モジュールに関して、Spi−Sun Simulator(商標)3500SLP(Spire Corporation(米国)を使用して、調製されたモジュールの電力出力(PInitial)、ならびに熱サイクル試験(PTC)の50、100、150および200サイクルの後のモジュールの電力出力を測定した。熱サイクルの様々なサイクル後の電力損失(PLoss)は以下の通りに算出され、表1に示した。
【0053】
Loss=(PTC−PInitial)/PInitial
熱サイクルの間、ETCU 110 Solar Panel Environmental Test Chamber(Thermal Product Solutions(米国)製)を使用して試験を実行し、各サイクルにおいて、チャンバーの温度を最初は25℃に設定し、1℃/分の速度で−40℃まで低下させ、55分間−40℃で安定させ、1℃/分の速度で85℃まで増加させ、55分間85℃で安定させ、次いで、1℃/分の速度で25℃まで再び低下させた。
【0054】
実施例によって実証されるように、AEMをベースとするECA(CE1)、またはEVAをベースとするECA(CE3)が使用された場合、ソーラーセルモジュールの効率は、熱サイクル試験の200のサイクルの後、5〜9%まで低下した。また、低いEVA含有量を有するブレンドエラストマーをベースとするECA(AEMとEVAとの重量比が75:25であったCE2)が使用された場合でさえも、熱サイクル後のソーラー効率の低下は約5%にとどまった。しかしながら、高いEVA含有量を有するブレンドエラストマーをベースとするECA(AEMとEVAとの重量比率が25:75または50:50であったE1〜E3)が使用された場合、熱サイクルの200サイクル後のソーラー効率の低下は2.5%まで低下した。
【0055】
【表1】
【0056】
実施例E4
E4において、1−セルモジュールを以下の通りに調製した:(i)ECA−3を剥離膜上に(100℃で)ホットプレスし、続いて、切断することによって、導電性接着剤(ECA)ストリップ(幅2mmおよび厚さ50μm)を調製し、(ii)100℃ホットプレート上にc−Siセルの前面を上にして配置し、ECAストリップによって、c−Siセルの前面上の2本の母線を被覆しながら、ホットプレート上にセルを維持し、ECAストリップから剥離膜を取り外し、各ECAストリップ上にCuストリップ(幅2mm)を位置合わせし;(iii)ホットプレート上でc−Siセルをひっくり返し、ECAストリップによって、c−Siセルの背面上の2つのハンダ付けパッドを被覆しながら、これを維持し、ECAストリップから剥離膜を取り外し、各ECAストリップ上にCuストリップ(幅2mm)を位置合わせし;(iv)ホットプレートからセルを取り外し、ハンダ付けによって2つの前面Cuストリップを第1のSn/PdコーティングCuリボンと接続し、ハンダ付けによって2つの背面Cuストリップを第2のSn/PdコーティングCuリボンと接続し、(vi)2層のEVAの間にc−Siセルを配置し、次いで、GSの層をc−Siの前面に、TPTの層をc−Siセルの背面に配置し;(vii)Meier ICOLAM(商標)10/08積層装置(Meier Vakuumtechnik GmbH(ドイツ))を使用して、1気圧の圧力および145℃の温度で15分間、アセンブリを積層して、第1および第2のSn/PdコーティングCuリボンのそれぞれがモジュールから延在する一端を有する最終的な1−セルモジュールを形成する。
以下、本明細書に記載の主な発明につき列記する。
[1]
少なくとも1つのソーラーセルと、少なくとも1つの配線部材とを含んでなるソーラーセルモジュールであって、
(i)前記少なくとも1つのソーラーセルが、少なくとも1つの表面電極を有し、かつ前記少なくとも1つの配線部材が、導電性接着剤を介して、前記少なくとも1つの表面電極に接続され;
(ii)前記導電性接着剤が、ポリマーマトリックスと、接着剤組成物に含まれる全成分の重量%が合計100重量%となるように前記ポリマーマトリックスに分散された40〜90重量%の導電性粒子と、を含んでなる接着剤組成物から形成され;かつ
(iii)前記ポリマーマトリックスが、少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーと、少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーとのブレンドを10:90〜70:30の範囲の重量比で含んでなる、ソーラーセルモジュール。
[2]
前記少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーと、少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーとの重量比が、15:85〜70:30または15:85〜65:35の範囲である、[1]に記載のソーラーセルモジュール。
[3]
前記少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーが、エチレンの重合単位と、前記エチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーの全重量に基づき、40〜90重量%、または好ましくは50〜80重量%、またはより好ましくは50〜75重量%の少なくとも1種のアルキル(メタ)アクリレートの重合単位と、を含んでなる、[1]または[2]に記載のソーラーセルモジュール。
[4]
前記少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーが、エチレン/メチルアクリレートコポリマー、エチレン/エチルアクリレートコポリマー、エチレン/ブチルアクリレートコポリマーからなる群から選択される、[3]に記載のソーラーセルモジュール。
[5]
前記少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーが、エチレンの重合単位と、前記エチレン酢酸ビニルコポリマーの全重量に基づき、5〜50重量%、または好ましくは15〜45重量%、またはより好ましくは20〜45重量%の酢酸ビニルの共重合単位と、を含んでなる、[1]または[2]に記載のソーラーセルモジュール。
[6]
前記少なくとも1種のエチレン/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーエラストマーおよび/または少なくとも1種のエチレン酢酸ビニルコポリマーが架橋剤によって架橋される、[1]〜[5]のいずれか一項に記載のソーラーセルモジュール。
[7]
前記導電性粒子が金属粒子および非金属粒子から選択される、[1]〜[6]のいずれか一項に記載のソーラーセルモジュール。
[8]
前記導電性粒子が金属粒子であるか、または好ましくは、前記導電性粒子が、Au、Ag、Ni、Cu、Al、Sn、Zn、Ti、Sn、Bi、W、Pbおよびそれらの2種以上の合金の粒子からなる群から選択されるか、またはより好ましくは、前記導電性粒子が、Cu、Ag、Niおよびそれらの合金の粒子から選択されるか、またはさらにより好ましくは、前記導電性粒子がAg粒子である、[7]に記載のソーラーセルモジュール。
[9]
前記接着剤組成物の全重量に基づき、前記導電性粒子の40〜85重量%または45〜83重量%が前記ポリマーマトリックスに分散される、[1]〜[8]のいずれか一項に記載のソーラーセルモジュール。
[10]
前記少なくとも1種のソーラーセルが前面電極および背面電極を有し、かつ前記導電性接着剤を介して前記前面電極に接続される1種以上の前面配線部材、および前記導電性接着剤を介して前記背面電極に接続される1種以上の背面配線部材がある、[1]〜[9]のいずれか一項に記載のソーラーセルモジュール。
[11]
前記少なくとも1種のソーラーセルがウエハをベースとするソーラーセルである、[10]に記載のソーラーセルモジュール。
[12]
前記少なくとも1種のソーラーセルが薄膜ソーラーセルである、[10]に記載のソーラーセルモジュール。