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  • 頭條超軟焊帶的應(yīng)用及工藝
    2020-04-05 作者:張玉、秦進(jìn)英 等  |  來源:《電氣技術(shù)》  |  點(diǎn)擊率:
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    導(dǎo)語太陽能用電池片在焊接過程中會(huì)出現(xiàn)各種焊接缺陷,但是最常見的焊接缺陷應(yīng)該是碎片,黑斑等現(xiàn)象。不論是手焊還是機(jī)焊,在焊接過程中碎片總是不可避免,因此焊接碎片率已經(jīng)成為考核車間的一個(gè)重要指標(biāo)。影響焊接碎片的因素有很多,本文主要從焊帶與電池片的作用力方面加以考慮,研究了軟焊帶對(duì)焊接碎片的影響。

    太陽能組件要實(shí)現(xiàn)發(fā)電的功能,就必須將單片的電池連接起來使之形成一個(gè)整體,對(duì)于晶硅電池常用的連接方式是焊接。電池片在焊接過程中若是控制不當(dāng)會(huì)造成一定的缺陷,這些缺陷在使用過程中有可能造成熱斑,有時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響組件的壽命甚至燒毀組件。

    焊接過程中最容易出現(xiàn)的缺陷為明顯裂紋或者需要借助工具才可以看見的隱形裂紋。造成這種缺陷的因素主要是由于硅材料、銀漿和焊帶的熱應(yīng)力不匹配造成的。由于焊接過程中要經(jīng)過瞬間冷卻,溫度從250℃左后迅速降到室溫。急劇的溫度變化會(huì)在焊帶與電池片之間產(chǎn)生很大的應(yīng)力,焊接結(jié)束后由于這種應(yīng)力的作用會(huì)造成電池片的弓形。這種弓形在敷設(shè)、層壓及以后的使用過程中很有可能發(fā)展成隱裂或者碎片。

    消除熱應(yīng)力的方法有多種,如調(diào)整工藝、改變焊接方式等。但是調(diào)整工藝需要大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),而且結(jié)果重復(fù)性不好,改變焊接方式需要淘汰一些老的設(shè)備。而使用超軟焊帶工藝參數(shù)無需大的變動(dòng),對(duì)不同的設(shè)備適應(yīng)性好,因此使用超軟焊帶相對(duì)于其它方法具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。

    實(shí)驗(yàn)部分

    1 實(shí)驗(yàn)儀器

    萬能拉力機(jī),自動(dòng)焊接機(jī),紅外隱形裂紋檢測(cè)儀,電阻率測(cè)試儀。

    2 物理性能測(cè)試

    首先使用微歐計(jì)測(cè)量不同焊帶的電阻率,然后使用萬能拉力機(jī)測(cè)試不同規(guī)格的普通焊帶與超軟焊帶的拉伸性能。

    3 熱不匹配性試驗(yàn)

    使用相同的焊接溫度和焊接時(shí)間,用普通焊帶和超軟焊帶焊接,對(duì)比電池的翹曲度。

    4 自動(dòng)焊接機(jī)焊接試驗(yàn)

    固定幾臺(tái)焊接機(jī)分別使用普通焊帶和超軟焊帶,統(tǒng)計(jì)焊接碎片率。

    結(jié)果與討論

    1 基本物理性能測(cè)試

    對(duì)于光伏用焊帶,其物理性能一般只考慮斷裂強(qiáng)度,斷裂伸長(zhǎng)率和電阻率。軟焊帶與普通焊帶的基材沒有改變,只不過是基材的處理方式不同而已,因此軟焊帶與普通焊帶在拉伸強(qiáng)度和電阻率方面沒有大的變化,圖3-1列出了幾個(gè)廠家的普通焊帶與超軟焊帶的數(shù)據(jù)。

    超軟焊帶的應(yīng)用及工藝

    圖3-1 不同廠家的普通焊帶與超軟焊帶的拉伸數(shù)據(jù)

    從圖3-1可以看出,普通焊帶與超軟焊帶的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率沒有必然的聯(lián)系。普通焊帶(廠家A)與超軟焊帶斷裂強(qiáng)度可以一樣(廠家B),也可以不一樣(廠家C)。同樣是超軟焊帶(廠家B與C),斷裂強(qiáng)度可以相差很大,因此焊帶軟與否并不影響其力學(xué)性能,該值的大小取決于不同廠家的生產(chǎn)工藝。

    2 熱不匹配性試驗(yàn)

    焊接后的太陽能電池大體由三部分組成:硅基材,銀鋁漿和焊帶。由于這三部分熱膨脹系數(shù)差異較大,在焊接后會(huì)存在較大的熱應(yīng)力,造成電池片的弓形。電池片的焊接屬于軟焊的范疇,其大體過程及焊后的弓形如圖3-2、圖3-3所示。

    超軟焊帶的應(yīng)用及工藝

    圖3-2 電池片的焊接過程

    從圖3-2可以看出,電池片的弓形一般發(fā)生在冷卻的過程中,這主要是因?yàn)楹附舆^程中,釬料融化后要迅速冷卻到室溫以保證良好的焊接拉力,冷卻速度可高達(dá)200-300℃/s,由于材料熱膨脹系數(shù)的差異,必然導(dǎo)致熱應(yīng)力的存在,因此在焊后會(huì)出現(xiàn)弓形。

    超軟焊帶由于其特殊的基材處理工藝,可以從一定程度上明顯降低這種弓形,進(jìn)而降低組件的碎片率,通過實(shí)際焊接發(fā)現(xiàn)超軟焊帶能夠降低這種翹曲1-2mm。

    3 自動(dòng)焊接機(jī)焊機(jī)實(shí)驗(yàn)

    超軟焊帶對(duì)于焊接碎片的減少最終的效果要體現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上,圖3-3(a:表中“實(shí)驗(yàn)總計(jì)”為超軟焊帶的量,“總計(jì)”為除超軟焊帶外其他焊帶的焊接情況)給出了連續(xù)三天使用超軟焊帶與普通焊帶在批量工業(yè)化生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)指標(biāo)。

    超軟焊帶的應(yīng)用及工藝

    圖3-3a 第一次實(shí)驗(yàn)a

    超軟焊帶的應(yīng)用及工藝

    圖3-3b 第二次實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    超軟焊帶的應(yīng)用及工藝

    圖3-3c 第三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果

    從上圖可以看出,在同樣焊接條件下使用超軟焊帶能夠降低焊接碎片0.2個(gè)百分點(diǎn)。盡管只有0.2個(gè)百分點(diǎn),但是在組件的實(shí)際生產(chǎn)過程中還是具有非常大的經(jīng)濟(jì)效益。

    結(jié)論

    使用超軟焊帶不會(huì)對(duì)組件的電性能產(chǎn)生影響。由于超軟焊帶只是在基材的處理工藝上發(fā)生變化,材料并沒有任何變化,其力學(xué)性能也沒有發(fā)生變化,因此不會(huì)對(duì)組件的壽命產(chǎn)生影響,使用超軟焊帶能夠明顯降低組件的焊接碎片率。

    隨著組件無鉛化進(jìn)程的推進(jìn)及太陽能硅片越切越薄的趨勢(shì),電池片越來越薄,而焊接過程中的溫度會(huì)越來越高,這樣無疑會(huì)繼續(xù)增加焊接碎片率。事實(shí)證明超軟焊帶會(huì)明顯降低焊接碎片率,而且硅片越薄,焊帶就需要越軟,因此超軟焊帶在不遠(yuǎn)的將來還有廣闊的發(fā)展空間。

    (摘編自《電氣技術(shù)》,原文標(biāo)題為“超軟焊帶的研究應(yīng)用及工藝推廣”,作者為張玉、秦進(jìn)英等。)

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