用于光伏系統(tǒng)的聚合物涂覆的母線帶的制作方法
【專利摘要】公開了帶材。所述帶材包含金屬箔片、在所述金屬箔片的一個表面上層合的膠粘劑層和在所述金屬箔片的相對第二表面上層合的保護性聚合物涂層。所述保護性涂層包含抗腐蝕劑。所述保護性涂層保護金屬箔片免于可由環(huán)境暴露引起的腐蝕和其它缺點。所述帶材可容易地用作光伏電池中的母線帶，從而提供目前使用的錫覆蓋的銅的具有成本效率的替代物。
【專利說明】用于光伏系統(tǒng)的聚合物涂覆的母線帶
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年8月22日提交的美國申請61/525，941的優(yōu)先權，將其全部內容并入本申請作為參考。
【技術領域】
[0003]本公開涉及導電組件，更具體地，涉及在光伏系統(tǒng)和其它各種應用中使用的聚合物涂覆的母線(busbar)膠粘帶。
【背景技術】
[0004]光伏電池和模塊的高制造成本已經延遲了這種系統(tǒng)用于發(fā)電的廣泛使用。而且，在太陽能電池內電互連的高可靠性對于維持這種設備的期待已久的功能壽命是重要的；大部分太陽能電池板額定以高效率實施20-30年。
[0005]母線(在配電中用于將電力從一個系統(tǒng)轉移至另一個系統(tǒng)的金屬條或者板)在光伏系統(tǒng)中用于多種功能。例如，在光伏系統(tǒng)中的母線用于從太陽能電池的表面收集電荷，用于將各個太陽能電池電串聯(lián)在一起以形成模塊，和用于從所述模塊轉移電力以隨后外部分配。
[0006]在歷史上，銀漿的印刷線用作光伏系統(tǒng)中的母線。然而，銀漿需要高溫燒制步驟，其與更多新開發(fā)的光伏技術如基于薄膜和有機染料的電池不相容。
[0007]最近，作為光伏系統(tǒng)中的母線，導電帶材得到越來越多的使用。在這種情況中，導電帶材通常為涂有膠粘劑的金屬箔片。用于制造基于導電帶材的母線的常規(guī)金屬箔片為以下的三層結構:在兩個表面上覆蓋錫的銅箔片。使用錫覆層是因為否則的話銅經過一段時間將具有腐蝕或者失去光澤的傾向，其于是可損害光伏系統(tǒng)的預期壽命。然而，銅的錫覆蓋工藝使得導電帶材非常昂貴，從而促進減少實施太陽能技術的吸引力的高組件成本。
[0008]這些和其它缺點存在于目前的光伏系統(tǒng)中。

【發(fā)明內容】

[0009]根據(jù)示例性實施方案，提供用于光伏系統(tǒng)的母線，其提供昂貴的銅箔片的錫覆層的商業(yè)上具有吸引力的備選方案。發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)，銅箔片可覆蓋有配制的聚合物涂層，其針對下面的銅在電力載荷下的腐蝕提供足夠的耐性。根據(jù)示例性實施方案，所述涂覆的箔片可用于制造可用于光伏和其它電子系統(tǒng)中的母線應用的導電帶材。本發(fā)明還公開，具有足夠的撓曲耐性和與銅的粘合性的聚合物涂層是成功的。而且，在本發(fā)明中當彎曲或者模切時不形成微裂紋和不從銅脫層的聚合物涂層是適合的。聚合物涂層結合抗腐蝕劑。示例性實施方案由此相對于覆錫銅箔片提供大幅度的成本節(jié)省，而不會不利地影響性能。
[0010] 根據(jù)一個實施方案，經涂覆的金屬箔片帶材包含金屬箔片、在所述金屬箔片的一個表面上層合的膠粘劑層，和在所述金屬箔片的相對第二表面上層合的保護性聚合物涂層。所述保護性涂層包含抗腐蝕劑。[0011]在一個實施方案中，經涂覆的金屬箔片母線帶包含銅或者銅合金的金屬箔片；在所述金屬箔片的一個表面上層合的膠粘劑層，所述膠粘劑層含有膠粘劑和以膠粘劑固體的約25重量％至約160重量％存在的多個導電粒子；和在所述金屬箔片的相對第二表面上層合的保護性聚合物涂層。所述保護性涂層具有小于30°C的玻璃化轉變溫度(Tg)并包含選自以下的抗腐蝕劑:烷基銨鹽溶液、吲唑、2-巰基苯并三唑、苯并咪唑、5-甲基-1H-苯并三唑、IH-苯并三唑、5-氯苯并三唑、5-氨基-2-巰基-1，3，4-噻二唑、2-巰基苯并咪唑、位阻酚抗氧化劑、鉻酸鹽及其組合。所述保護性聚合物層任選包含增塑劑和任選包含增粘劑。
[0012]根據(jù)另一實施方案，構造光伏設備的方法包括提供光伏電池并應用本申請所述的經涂覆的金屬箔片帶材，從而在光伏電池內制造電互連。
[0013]示例性實施方案的優(yōu)點是，提供不需要更多時間消耗和昂貴覆層操作來保護銅的母線帶。
[0014]另一個優(yōu)點是，示例性實施方案可在光伏系統(tǒng)中使用，以抵抗苛刻的環(huán)境條件。
[0015]又一優(yōu)點是，示例性實施方案提供可用于更具成本效率地提供光伏系統(tǒng)并由此增加實施太陽能技術的吸引力的母線帶。
[0016]根據(jù)下面的示例性實施方案的更詳細的描述，這些和其它優(yōu)點將顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1示意性示出根據(jù)示例性實施方案的聚合物涂覆的金屬箔片母線帶的側視圖。
[0018]圖2示意性示出利用根據(jù)示例性實施方案的聚合物涂覆的金屬箔片母線帶的光伏系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0019]根據(jù)示例性實施方案并參考圖1，提供用于光伏或者其它適合的系統(tǒng)中的聚合物涂覆的金屬箔片母線帶10，其向銅箔片的昂貴的錫覆層提供商業(yè)上有吸引力的備選方案。母線帶10包含導電金屬箔片12。將配制的使用抗腐蝕劑的保護性聚合物涂層14層合至金屬箔片12的至少一個側面。將膠粘劑層16層合至金屬箔片12的相對表面以形成母線帶10 ;剝離層18任選施用在膠粘劑層16上以覆蓋它并防止在使用母線帶10的光伏或者其它系統(tǒng)中使用帶材之前不希望的施用。
[0020]根據(jù)示例性實施方案使用的金屬箔片12典型地(但是非限制性地)為電沉積的銅箔片或者鍛制的銅箔片。提及的銅箔片包含純銅和銅合金的箔片，在任一情況中其在根據(jù)示例性實施方案使用時可有利地不含錫或者其它昂貴覆層。盡管在本申請中主要討論銅箔片，但是其它金屬箔片也可根據(jù)示例性實施方案使用，包括鋁、鎢、錫，和鋼，以及含有這些金屬的合金。箔片12可為實心箔片，其通常為光滑的，但是可為壓花的或者具有其它表面特征?？蛇x擇地，箔片12可為網狀結構(mesh construction)。對于用作導電帶材,箔片12可具有任何適合的厚度，通常，但不是必須的，為10-75微米。
[0021]保護性聚合物涂層14可包含具有以下特征的任何聚合物材料:其在施用至銅箔片12時呈現(xiàn)足夠的膠粘性和其在環(huán)境條件足夠撓性以耐受微裂紋的形成和其在暴露于熱和潮濕后維持它的膠粘性并耐受從銅箔片12脫落。用于保護性聚合物涂層14中的適合的聚合物材料包括聚丙烯酸酯、聚氨酯、嵌段共聚物、聚異丁烯、有機硅、聚酯、環(huán)氧樹脂，及其組合，所有均為舉例。用于聚合物涂層14中的示例性化合物包括可從Evonik以DynapolL208 (聚酯樹脂)、Dynapol LH823-01 (聚酯樹脂)、Vesticoat UB790 (聚酯聚氨酯嵌段共聚物)，和Oppanol B (可得自BASF的聚異丁烯樹脂)商購的那些。
[0022]保護性聚合物涂層14的玻璃化轉變溫度應該處于在環(huán)境溫度提供撓性涂層的區(qū)域內，典型地，Tg小于約30°C。在一些實施方案中，當將該涂層施用至銅箔片12時，可添加增塑劑以增強選擇用于保護性聚合物涂層14中的基礎聚合物的撓性，例如在該材料的Tg超過30°C的情況中。Tg小于30°C的材料的使用在耐受微裂紋形成的聚合物涂層14中提供撓性。微裂紋可充當濕氣或者氧氣的進入點，特別是在苛刻環(huán)境條件下，其可變成脫層、腐蝕或者其它故障的擴散點。
[0023]在其它實施方案中，增粘劑可用于確保聚合物涂層14與箔片基底12足夠的錨固。示例性增粘劑包括烴樹脂，例如可從Arakawa以Arkon P140商購的烴樹脂。其它增粘劑化合物是本領域已知的且可使用任何增粘劑，但是增粘劑選擇不應導致不利地影響涂層的撓性，其如上所述幫助抵抗微裂紋形成。在某些實施方案中，代替增粘劑，可將底漆在聚合物涂層14之前施用至箔片12以實現(xiàn)適合水平的錨固。
[0024]在一些實施方案中，與添加增粘劑以增強保護性聚合物涂層14與箔片12的錨固組合，可使用增塑劑以通過降低玻璃化轉變溫度而增加撓性。
[0025]另外，根據(jù)本 領域技術人員已知的任何交聯(lián)化學，聚合物涂層14可任選交聯(lián)。然而，應承認的是，交聯(lián)的使用和/或類型可部分地取決于具體交聯(lián)化學與使用母線的電池的光伏制造工藝的相容性。這些制造工藝可能例如對于暴露于用于引發(fā)任何交聯(lián)反應的熱和/或UV輻射存在限制。
[0026]根據(jù)示例性實施方案的聚合物涂層14還包含抗腐蝕劑。這種添加劑幫助保護下面的銅箔片，使其免于氧化和失去光澤，以及對銅箔片12的表面和/或主體具有腐蝕效果的其它化學反應。所述抗腐蝕劑通常以總的干燥聚合物涂層(即，不包括溶劑含量)的約0.1至約5重量％存在。適合的抗腐蝕劑包括但不限于烷基銨鹽溶液如Halox630和Halox650 ( 二者均可得自 Halox)、Tarniban260 (可得自 Technic Inc.)、吲唑、2_ 疏基苯并三唑、苯并咪唑、5-甲基-1H-苯并三唑、IH-苯并三唑、5-氯苯并三唑、5-氨基-2-巰基-1，3, 4-噻二唑、2-巰基苯并咪唑、位阻酹抗氧化劑如IrganoxlOlO (可得自Ciba)、鉻酸鹽，及其組合。
[0027]聚合物涂層14可作為基于溶劑的涂層，使用溶解聚合物材料的適合的溶劑制造。然后可將溶液作為薄膜在銅箔片12的一個側面上施用，然后除去溶劑(通常通過在高溫干燥)，其與錫或者其它保護性覆層相比可更容易地和較便宜地完成，但是其仍然為下面的銅箔片12提供適合的針對水和氧的保護性屏障。聚合物涂層14在干燥后的厚度通常為約I至約40微米，更典型地為約12.5至約25微米。
[0028]以導電帶材形式使用經涂覆的箔片可幫助簡化使用母線的光伏電池和其它系統(tǒng)的組裝工藝。即，現(xiàn)在經涂覆的金屬箔片12可以以導電帶材的形式提供，用于電池制造中。導電帶材通常允許低溫施用，提供良好限定的粘合層，并允許有效率地和快速地施用。
[0029]母線帶10可通過以下方法提供:在金屬箔片12的與保護性聚合物涂層14相對的側面上用膠粘劑層16涂覆金屬箔片12?？蓪冸x層18施用至膠粘劑層16以在帶材的預期應用之前保護它。膠粘劑層16可為壓敏膠粘劑并優(yōu)選為導電壓敏膠粘劑組合物?？墒褂萌魏芜m合的導電膠粘劑組合物，其可包括填充有導電粒子的壓敏膠粘劑基質。導電粒子可以以膠粘劑固體(即，不包括任何任選溶劑的質量)的約25重量％至約160重量％存在。優(yōu)選地，導電粒子可以以膠粘劑固體的約50重量％至約140重量％存在。最優(yōu)選地，導電粒子可以以膠粘劑固體的約60重量％至約120重量％存在。導電粒子包括金屬如銀、金、鎳，和銅，以及炭黑、碳纖維、金屬化碳纖維、覆銀玻璃珠粒、覆銀玻璃片/纖維，和覆銀鎳粒子，所有均為舉例。
[0030]而且，壓敏膠粘劑也可包含抗腐蝕劑，其以與關于聚合物涂層14所述約相同的量和相同的類型存在。因此，裸銅箔片12的兩個側面可被含有抗腐蝕劑的材料覆蓋。盡管箔片12的膠粘劑側面由于該側面與電池膠粘而可較少地暴露于可能導致腐蝕的條件，但是將抗腐蝕劑結合至膠粘劑中也可為有利的。應認識到，在施用至具體箔片的膠粘劑和聚合物涂層二者中抗腐蝕劑的量和類型不需要相同。在一些實施方案中，箔片12可任選在兩個側面上被聚合物涂層14覆蓋，膠粘劑層16直接施用在聚合物涂層14中的一個之上(或者在雙面帶材的情況中兩個側面)。
[0031]在根據(jù)示例性實施方案形成導電帶材中，可將聚合物涂層和膠粘劑以任何次序或者同時施用至金屬箔片。在一些情況中，具體次序可部分地取決于膠粘劑和/或聚合物涂層中使用的任何交聯(lián)劑的固化特征。
[0032]可提供根據(jù)示例性實施方案的聚合物涂覆的金屬母線帶10，用于各種類型的太陽能和其它光伏電池50中，如圖2中示意性圖示，其中電互連在通過聚合物涂覆的金屬母線帶10連接的兩個電極55之間實現(xiàn)，其可根據(jù)制造這種互連的常規(guī)方法完成。可使用示例性實施方案的光伏電池50的示例性類型包括晶體硅、多晶硅、無機薄膜(例如CdTe、CIGS等)，和有機光伏電池。 而且，電池50可為剛性的或者柔性的，取決于它們的預期用途。在光伏電池50中可使用這種母線的區(qū)域的實例包括但不限于電荷收集網(charge collectiongrid)、電池之間的帶狀連接(ribbon connections between cells),和用于與外部電路連接的電極(electrodes for connection to external circuitry) ?
[0033]應認識到，光伏電池50的類型和它的預期最終用途可對用于電池制造的材料選擇具有影響，而材料選擇又可對在聚合物涂層14和/或膠粘劑層16中使用的具體聚合物材料、交聯(lián)劑，和/或抗腐蝕劑具有影響。
[0034]實施例
[0035]通過以下實施例進一步描述本發(fā)明，其僅用于說明，而不限制本發(fā)明。
[0036]實施例1
[0037]將200g聚酯樹脂(Dynapol L208,可商購自Evonik并且報告的玻璃化轉變溫度Tg為65°C )與作為溶劑的200g甲基乙基酮混合。然后將5.6克交聯(lián)劑Desmodur E28 (可商購自Bayer)連同4克腐蝕抑制劑IrganoxlOlO (可商購自Ciba)和5克腐蝕抑制劑HaloX650(可商購自Halox) —起全部添加至上面的溶液并充分分散。然后將混合物涂覆在17.5微米厚的銅箔片上并在烘箱中于150°C放置2分鐘，從而蒸發(fā)溶劑。干燥涂層厚度為
12.5微米。將導電壓敏膠粘劑層合至銅箔片的第二側面。
[0038]實施例2
[0039]將15克聚異丁烯(Oppanol B100,可商購自BASF并且報告的玻璃化轉變溫度Tg為約_61°C )溶解在作為溶劑的16克庚烷和64.8克甲苯的混合物中。0.9克腐蝕抑制劑IH-苯并三唑的單獨溶液在4.25克丙酮中制備。隨后，將第二溶液添加至第一溶液并混合形成均勻溶液。然后，將15克可商購自Arakawa的烴樹脂Arkon P140添加至混合物并混合，直到它完全溶解。將最終混合物涂覆在35微米厚的鍛制的銅箔片(等級110)上并在烘箱中于120°C放置4分鐘，從而蒸發(fā)溶劑。干燥涂層厚度為10微米。將導電壓敏膠粘劑層合至銅箔片的第二側面。
[0040]實施例3
[0041]將7.5克Oppanol BlOO溶解在作為溶劑的8克庚烷和32.4克甲苯的混合物中。0.26克腐蝕抑制劑5-甲基-1H-苯并三唑的單獨溶液在2.13克丙酮中制備。隨后，將第二溶液添加至第一溶液并混合形成均勻溶液。然后，將7.5克Arkon P140添加至混合物并混合，直到它完全溶劑。將最終混合物涂覆在35微米厚的鍛制的銅箔片(等級110)上并在烘箱中于120°C放置4分鐘，從而蒸發(fā)溶劑。干燥涂層厚度為10微米。將導電壓敏膠粘劑層合至銅箔片的第二側面。
[0042]實施例4
[0043]將15克Oppanol BlOO溶解在作為溶劑的16克庚烷和64.8克甲苯的混合物中。
0.9克腐蝕抑制劑5-甲基-1H-苯并三唑的單獨溶液在4.25克丙酮中制備。隨后，將第二溶液添加至第一溶液并混合形成均勻溶液。然后，將15克可商購自Arakawa的烴樹脂ArkonP140添加至混合物并混合，直到它完全溶解。將最終混合物涂覆在17.5微米厚的電沉積的銅箔片上并在烘箱中于120°C放置4分鐘，從而蒸發(fā)溶劑。干燥涂層厚度為25微米。將導電壓敏膠粘劑層合至銅箔片的第二側面。
[0044]然后使這樣制造的經涂覆的銅箔片各自在80°C和80%相對濕度經歷環(huán)境適應，持續(xù)75天。未經涂覆的銅箔片用作對照。周期性地目視檢查箔片樣品的腐蝕跡象。在箔片上經涂覆的區(qū)域下面出現(xiàn)腐蝕構成故障。記錄發(fā)生故障的時間。
[0045]另外，對于經涂覆的樣品，涂層與銅箔片的粘合性和撓性在適應之前評價。為測試保護性涂層的膠粘，將2.54cm寬的遮蔽帶的條施用在涂層的頂部上，然后在一次輕快的沖程中除去。檢查帶材和箔片表面的故障。差的錨固涂層從銅箔片脫層并轉移至帶材上，這構成故障。這種試驗的目的是定性地評價涂層與基底的粘合性。在另一試驗中，評價涂層的撓性。將所述涂覆的箔片本身折疊180ο。然后在顯微鏡下檢查折疊的微裂紋形成。裂紋的形成是故障樣品的定性指標。
[0046]試驗結果反映在表1中。
[0047]表1
[0048]
【權利要求】
1.經涂覆的金屬箔片帶材，其包含: 金屬箔片， 在所述金屬箔片的一個表面上層合的膠粘劑層；和 在所述金屬箔片的相對第二表面上層合的保護性聚合物涂層，其中所述保護性涂層包含抗腐蝕劑。
2.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述金屬箔片包含銅或者銅合金。
3.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述保護性聚合物涂層還包含增粘劑。
4.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述保護性聚合物涂層還包含增塑劑。
5.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述保護性聚合物涂層的玻璃化轉變溫度小于30°C。
6.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述膠粘劑層包含含有多個導電粒子的膠粘劑。
7.權利要求6的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述導電粒子的存在量為膠粘劑固體的約25重量％至約160重量％。
8.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述膠粘劑層包含抗腐蝕劑。
9.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述抗腐蝕劑的存在量為保護性聚合物涂層固體的約0.1重量％至約5重量％。
10.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述抗腐蝕劑選自烷基銨鹽溶液、吲唑、2-巰基苯并三唑、苯并咪唑、5-甲基-1H-苯并三唑、IH-苯并三唑、5-氯苯并三唑、5-氨基-2-巰基-1，3，4-噻二唑、2-巰基苯并咪唑、位阻酚抗氧化劑、鉻酸鹽，及其組合。
11.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其還包含第二保護性聚合物涂層，所述第二保護性聚合物涂層包含抗腐蝕劑且位于所述金屬箔片和所述膠粘劑層之間。
12.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述保護性聚合物涂層選自聚丙烯酸酯、聚氨酯、嵌段共聚物、聚異丁烯、有機硅、聚酯、環(huán)氧樹脂，及其組合。
13.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述保護性聚合物涂層的厚度為約I微米至約40微米。
14.權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，其中所述保護性聚合物涂層的厚度為約12.5微米至約25微米。
15.經涂覆的金屬箔片母線帶，其包含: 包含銅或者銅合金的金屬箔片， 在所述金屬箔片的一個表面上層合的膠粘劑層，所述膠粘劑層含有膠粘劑和以膠粘劑固體的約25重量％至約160重量％存在的多個導電粒子；和 在所述金屬箔片的相對第二表面上層合的保護性聚合物涂層，其中所述保護性涂層的玻璃化轉變溫度小于30°C且還包含固體的約0.1重量％至約5重量％的抗腐蝕劑，任選的增塑劑和任選的增粘劑，所述抗腐蝕劑選自:烷基銨鹽溶液、吲唑、2-巰基苯并三唑、苯并咪唑、5-甲基-1H-苯并三唑、IH-苯并三唑、5-氯苯并三唑、5-氨基-2-巰基-1，3，4-噻二唑、2-巰基苯并咪唑、位阻酚抗氧化劑、鉻酸鹽，及其組合。
16.權利要求15的經涂覆的金屬箔片母線帶，其中所述保護性聚合物涂層的厚度為約.12.5微米至約25微米。
17.權利要求15的經涂覆的金屬箔片母線帶，其中所述多個導電粒子存在的量為膠粘劑固體的約60%至約120重量％。
18.權利要求15的經涂覆的金屬箔片母線帶，其中所述保護性聚合物涂層包含聚異丁烯和增粘劑。
19.構造光伏設備的方法，其包括: 提供光伏電池； 應用權利要求1的經涂覆的金屬箔片帶材，從而在所述光伏電池內制造電互連。
20.權利要求19的方法,其中所述光伏電池為晶體娃光伏電池、多晶娃光伏電池、無機薄膜光伏電池或者有機光伏電池。
【文檔編號】C09J7/02GK103930499SQ201280051669
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年8月20日 優(yōu)先權日:2011年8月22日
【發(fā)明者】R.馬利克 申請人:粘合劑研究股份有限公司