薄膜光伏电池用镀银铜粉导电胶的制备与表征

【摘要】：光伏(PV Photovoltaic)产业已成为我国可再生能源产业中继风力发电之后发展最快的产业,光伏发电技术也是全球研究的热点之一。光伏电池产品主要分为晶体硅电池、薄膜电池两类。薄膜光伏电池在降低成本方面比晶体光伏电池具有更大的优势,一是实现薄膜化后,可极大地节省昂贵的半导体材料；二是薄膜光伏电池的材料制备和电池同时形成,因此节省了许多工序；三是薄膜光伏电池采用低温工艺技术,不仅有利于节能降耗,而且便于采用玻璃等廉价衬底材料。电池组件要求低温封装及衬底不具有可钎焊性也成为制约薄膜光伏电池发展的因素之一。 导电胶作为传统合金焊料的一种替代品,因具有环境友好、操作温度低、间距细及工艺步骤少等优点,而引起人们的广泛关注。热固化各向同性导电胶可以满足薄膜光伏电池封装过程中电池组件与电路之间的有效连接,是一种很有发展前途的连接材料。尤其是以价格低廉且导电性能良好的镀银铜粉取代银粉作为导电填料制备的各向同性导电胶备受关注。为了提高导电胶的稳定性和降低其成本,本文开展了薄膜光伏电池用导电胶的制备与性能研究工作。 1、选用E-44环氧树脂作为导电胶预聚体,以三乙烯四胺为固化剂,并添加γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂和镀银铜粉经过研钵混炼后制成导电胶,并借助指针式推拉力计对导电胶的粘接强度,数字欧姆表对导电胶体的积电阻率进行测量。 2、导电胶最佳配方及工艺条件为：环氧树脂与固化剂的质量比为100：13,偶联剂与25wt%镀银铜粉粒子质量比为5：100,25wt%镀银铜粉添加量为体系总质量的60%。固化条件为体系在70℃鼓风干燥箱中恒温固化40min。得到的导电胶粘接强度可达9.55MPa,体积电阻率为1.548×10-3Ω.cm。 3、以银粉和不同银含量镀银铜粉为导电填料,研究镀银铜粉在环氧树脂聚合物基体和印刷油墨基体中的抗迁移性。使用电化学工作站进行导电胶在恒电位蒸馏水环境下的电化学迁移实验,以失效时间来衡量抗电化学迁移性能。在银包铜粉导电胶中,含银量小于等于25wt%的银包铜粉浆料具有较佳的抗迁移性能。 4、通过数码相机的记录可知,迁移物是由阴极向阳极方向生长；SEM的观察了解到镀银铜粉的迁移物以絮状为主,银粉的树枝状迁移物比镀银铜粉的更长更粗壮；EDS分析结果可归纳出银包铜粉的树枝状迁移物中,由阴极向阳极的方向上,银含量的百分比逐渐增加；XRD检测出,迁移实验后,银粉迁移物是金属银,镀银铜粉迁移物以铜为主,且镀银铜粉阳极上有Cu2O生成。 5、总结以上测试结果,结合分析不同银含量的银包铜粉填充的试样在0.01mol/L NaOH溶液中的交流阻抗及Tafel极化曲线,可归结出银包铜粉的抗迁移机理为：在自然条件下,即未施加外部电压的条件下,阳极铜的牺牲保护作用抑制了阴极银的溶解；而在外加电压后,阳极极化作用,使镀银铜粉体系不均匀溶解。从而都使银的溶解速率变小,减小了银迁移发生的几率。 【关键词】：导电胶 镀银铜粉 电化学迁移 薄膜光伏电池
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TB39
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 薄膜光伏电池的发展9-12
• 1.1.1 薄膜光伏电池的衬底选择10-11
• 1.1.2 连接材料的选择11-12
• 1.2 导电胶简介与研究进展12-18
• 1.2.1 导电胶的分类12-14
• 1.2.2 导电胶的组成14-18
• 1.3 导电胶的导电机理18-21
• 1.3.1 穿流理论18-19
• 1.3.2 有效介质理论19-20
• 1.3.3 隧道效应20
• 1.3.4 场致发射20-21
• 1.4 本课题的研究意义和内容21-23
• 1.4.1 本课题的研究意义21
• 1.4.2 本课题的研究内容21-23
• 第二章 导电胶的设计与制备23-28
• 2.1 导电胶各配方设计23-26
• 2.1.1 导电填料的选择23
• 2.1.2 基体树脂的选择23-24
• 2.1.3 固化剂的选择24-25
• 2.1.4 偶联剂的选择25-26
• 2.2 导电胶的制备26-27
• 2.2.1 实验材料及仪器26-27
• 2.2.2 环氧树脂与固化剂的配比27
• 2.2.3 导电胶的制备工艺27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 导电胶的性能研究28-36
• 3.1 导电胶性能测试方法28-29
• 3.1.1 体积电阻率28
• 3.1.2 拉伸剪切强度28-29
• 3.2 结果与讨论29-35
• 3.2.1 固化剂用量的确定29-30
• 3.2.2 固化温度的确定30-31
• 3.2.3 固化时间的确定31
• 3.2.4 硅烷偶联剂用量的确定31-32
• 3.2.5 镀银铜粉用量对剪切强度和体积电阻率的影响32-34
• 3.2.6 镀银铜粉银含量对体积电阻率的影响34-35
• 3.3 本章小结35-36
• 第四章 导电胶的电化学迁移过程研究36-48
• 4.1 电化学迁移实验36-38
• 4.1.1 实验材料及仪器36
• 4.1.2 试样的制备36-37
• 4.1.3 迁移实验37-38
• 4.2 结果与讨论38-47
• 4.2.1 失效时间38-39
• 4.2.2 迁移过程39-40
• 4.2.3 扫描电镜及能谱分析40-42
• 4.2.4 Tafel极化曲线42-44
• 4.2.5 XRD分析44-46
• 4.2.6 交流阻抗谱46
• 4.2.7 镀银铜片的电位差与银覆盖度的关系46-47
• 4.3 本章小结47-48
• 第五章 结论及展望48-49
• 5.1 结论48
• 5.2 展望48-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-57
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文57

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