CN102881756B - 铝基材光伏焊带及其制造方法 - Google Patents

铝基材光伏焊带及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铝基材光伏焊带及其制造方法，本发明光伏焊带包括铝带基材、涂覆于铝带基材周面的打底镀层(成分为Sn、Cu、Ni或Zn)、涂覆于打底镀层周面的导电镀层(成分为Cu、Ni、Sn或Cu-Sn合金)、以及涂覆于导电镀层周面的可焊性镀层(成分为Sn系合金)，其制造方法为：采用化学沉积法在铝带基材上涂覆一层打底镀层，再通过电化学沉积法在打底镀层上依次涂覆一层导电镀层和可焊性镀层。本发明铝基材光伏焊带其屈服强度和维氏硬度均优于普通热浸锡工艺制造的铜基材产品，电阻率相当(0.020Ωmm2/m)，焊接性能和导电性能好，镀层厚度可控，制造成本低。

Description

铝基材光伏焊带及其制造方法
技术领域
本发明属于光伏焊带加工技术领域，具体涉及铝基材光伏焊带。
背景技术
光伏焊带又称镀锡铜带或涂锡铜带，分汇流带和互连带。太阳能光伏组件使用了大量的多晶和单晶Si片，这些Si片需要由光伏焊带连通来传输电力进行发电。随着太阳能光伏组件的快速发展，需要大量用于太阳能光伏组件的焊带。
公开号为CN2012430144的实用新型专利公开了一种太阳能电池涂锡带，包括铜带基材，铜带基材一面覆盖有锡合金层，另一面覆盖有与太阳能电池片同色的保护层，保护层为颜料层或者为掺入颜料添加剂的锡合金涂层。
公开号为CN101488536的专利公开了一种太阳能光伏组件汇流带及汇流带组装太阳能板的方法，其汇流带上的锡层涂覆采用热浸锡工艺。
日本专利特开平2002-263880号公报公开了一种用无氧铜及高纯铜作为太阳能光伏组件互连带/汇流带的导电材料，采用的也是热浸锡工艺。
公开号为CN102254978的专利公开了一种铜基材光伏焊带，采用电镀的方法在铜带基材上涂覆一层锡铅合金层。
现有光伏焊带制造技术存在以下两个方面的问题：
1．现有太阳能光伏焊带均采用纯度较高的无氧铜或高纯铜（99.99％）作为导体材料，制造成本高，而且由于铜基材的唯氏硬度和屈服强度高，直接影响焊带与太阳能电池片的焊接，电池片弯曲度增加，破片率和虚焊率高，另外，目前太阳能电池片的生产趋势是向超薄方向发展，相应地对焊带维氏硬度和屈服强度的要求也越来越高。
2．现有技术一般采用热浸锡工艺将锡焊料涂覆至铜带上，生产效率低，覆盖的锡层厚度不均匀，有脱锡和黑斑现象，与基材结合力不佳，焊接性能和导电性能不良，且镀层厚度不可控。
发明内容
本申请人针对现有光伏焊带制造技术存在的上述缺陷，提供一种铝基材光伏焊带及其制造方法，由该法制造的光伏焊带其屈服强度和维氏硬度均优于普通热浸锡工艺制造的铜基材产品，电阻率相当，焊接性能和导电性能好，镀层厚度可控，制造成本低。
本发明的技术方案如下：
一种铝基材光伏焊带，其特征在于：包括
铝带基材；
涂覆于所述铝带基材周面的打底镀层，所述打底镀层的成分为Sn、Cu、Ni、Zn中的一种；
涂覆于所述打底镀层周面的导电镀层，所述导电镀层的成分为Cu、Ni、Sn、Cu-Sn合金中的一种；
以及涂覆于所述导电镀层周面的可焊性镀层，所述可焊性镀层的成分为Sn系合金。
其进一步的技术方案为：
所述焊带的宽度为1.1～20mm。
所述打底镀层的厚度为2～4μm，所述导电镀层的厚度为10～50μm，所述可焊性镀层的厚度为3～15μm。
所述Sn系合金为Sn-Ag、Sn-Pb、Sn-Cu、Sn-Bi、Sn-Ga-Bi中的一种。
本发明还提供了一种铝基材光伏焊带的制造方法，采用化学沉积法在所述铝带基材上涂覆所述打底镀层，再通过电化学沉积法在所述打底镀层上依次涂覆所述导电镀层和可焊性镀层。
具体步骤如下：
（1）将纯铝丝压延成铝扁带，于300～600℃加热30～90min；
（2）将上述加热处理后的铝扁带置入含有打底镀层金属元素的镀液中进行化学沉积打底镀层，镀液温度57～63℃，化学沉积时间1～2min；
（3）将沉积有打底镀层的铝扁带通过含有导电镀层金属元素的电镀液进行电化学沉积，电镀液温度30～40℃，电流密度20～30A/dm2，电化学沉积时间1～2min；
（4）将沉积有导电镀层的铝扁带通过含有可焊性镀层金属元素的电镀液进行电化学沉积，电镀液温度20～30℃，电流密度20～30A/dm2，电化学沉积时间1～2min。
其进一步的技术方案为：
在步骤（2）所述镀液中：
Sn的加入形态为Na2SnO3·3H2O（K2SnO3.3H2O），其质量浓度为40～60g/L；
Cu的加入形态为CuSO4·5H2O，其质量浓度为1～3g/L；
Ni的加入形态为NiSO4·7H2O，其质量浓度为3～5g/L；
Zn的加入形态为ZnO，其质量浓度为7～9g/L。
在步骤（3）所述电镀液中：
Cu的加入形态为CuCN，其质量浓度为40～60g/L；
Ni的加入形态为Ni（NH2SO3）2·4H2O，其质量浓度为300～500g/L；
Sn的加入形态为甲基磺酸锡，其质量浓度为40～60g/L；
Cu-Sn的加入形态为甲基磺酸锡和甲基磺酸铜，所述甲基磺酸锡的质量浓度为40～60g/L，所述甲基磺酸铜的质量浓度为3～5ml/L。
在步骤（4）所述电镀液中：
Sn的加入形态为甲基磺酸锡，其质量浓度为40～50g/L；
Ag的加入形态为甲基磺酸银，其质量浓度为0.8～1.2g/L；
Pb的加入形态为甲基磺酸铅，其质量浓度为10～20g/L；
Cu的加入形态为甲基磺酸铜，其质量浓度为0.01～0.5g/L；
Bi的加入形态为硫酸铋，其质量浓度为3～7g/L；
Ga的加入形态为三氧化二镓，其质量浓度为0.01～0.5g/L。
本发明的有益技术效果如下：
1．本发明采用纯铝作为基材。从材料比重来看，由于铝（2.702g/cm3）为铜（8.9g/cm3）的三分之一，在规格相同的情况下，铝基材的使用可明显减轻焊带重量；从产品性能来看，由于铝基材的屈服强度和表面硬度均低于铜基材，使本发明焊带的屈服强度和维氏硬度优于以铜为基材的普通产品，其屈服强度最优可达50MPa，维氏硬度最优可达25HV，屈服强度和维氏硬度的降低，克服了普通焊带与太阳能电池片焊接后出现的虚焊率和破片率高的问题；从制造成本来看，铝基材价格仅为铜基材价格的三分之一，大幅度降低了焊带生产成本。
2．本发明采用化学沉积和电化学沉积的方法，在铝基材上依次涂覆打底镀层（Sn、Cu、Ni或Zn）、导电镀层（Cu、Ni、Sn或Cu-Sn合金）以及可焊性镀层（Sn系合金），达到了在铝基材上沉积复合金属的目的，所制光伏焊带其镀层表面一致性和均匀度好，厚度可控，避免了脱锡和黑斑现象，与基材结合力极佳，焊接性能和导电性能好，电阻率小于0.020Ωmm2/m，与普通热浸锡工艺制造的光伏焊带电阻率一致。
具体实施方式
下面结合实施例，说明本发明的具体实施方式。
实施例1
取市售纯铝丝，放入压延机中轧制成铝扁带（厚度×宽度：0.15mm×1.8mm），于300℃进行加热处理，时间90min；将加热后的铝扁带置入镀液中进行化学沉积，涂覆一层成分为Sn的打底镀层，镀液体系：Na2SnO3·3H2O（K2SnO3·3H2O）40g/L，络合剂1g/L，工艺条件：镀液温度57℃，化学沉积时间1min，镀层厚度控制在2μm；将涂覆打底镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Cu的导电镀层，电镀液体系：CuCN 40g/L，NaCN 10g/L，NaOH 5g/L，Na2CO3 20g/L，酒石酸钾钠30g/L，工艺条件：电镀液温度30℃，电流密度30A/dm2，电化学沉积时间1min，镀层厚度控制在10μm；将涂覆导电镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Sn-Ag合金的可焊性镀层，电镀液体系：甲基磺酸150g/L，甲基磺酸锡40g/L，甲基磺酸银0.8g/L，添加剂40ml/L，光亮剂2ml/L，工艺条件：电镀液温度20℃，电流密度30A/dm2，电化学沉积时间1min，镀层厚度控制在3μm，光伏焊带宽度为1.8mm。测试该光伏焊带的屈服强度、维氏硬度及电阻率，结果见表1。
实施例2
取市售纯铝丝，放入压延机中轧制成铝扁带（厚度×宽度：0.16mm×1.8mm），于400℃进行加热处理，时间70min；将经过加热处理的铝扁带置入镀液中进行化学沉积，涂覆一层成分为Cu的打底镀层，镀液体系：CuSO4·5H2O1g/L，FeCl3 1g/L，NaOH 60g/L，配位剂25g/L，调整剂1g/L，工艺条件：镀液温度60℃，化学沉积时间1.5min，镀层厚度控制在2.5μm；将涂覆打底镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Ni的导电镀层，电镀液体系：Ni（NH2SO3）2·4H2O 300g/L，H3BO3 30g/L，萘三磺酸钠7.5g/L、添加剂1g/L，工艺条件：电镀液温度35℃，电流密度26A/dm2，电化学沉积时间1.5min，镀层厚度控制在20μm；将涂覆导电镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Sn-Pb合金的可焊性镀层，电镀液体系：甲基磺酸180g/L，甲基磺酸锡40g/L，甲基磺酸铅10g/L，添加剂50ml/L，光亮剂3ml/L，工艺条件：电镀液温度25℃，电流密度26A/dm2，电化学沉积时间1.5min，镀层厚度控制在5μm，光伏焊带宽度为1.8mm。测试该光伏焊带的屈服强度、维氏硬度及电阻率，结果见表1。
实施例3
取市售纯铝丝，放入压延机中轧制成铝扁带（厚度×宽度：0.18mm×1.8mm），于500℃进行加热处理，时间50min；将经过加热处理的铝扁带置入镀液中进行化学沉积，涂覆一层成分为Zn的打底镀层，镀液体系：ZnO 8g/L，NaOH 60g/L、配位剂25g/L、调整剂1g/L，工艺条件：镀液温度61℃，化学沉积时间1.5min，镀层厚度控制在3μm；将涂覆打底镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Sn的导电镀层，电镀液体系：甲基磺酸180ml/L，甲基磺酸锡50g/L，添加剂20ml/L，工艺条件：电镀液温度35℃，电流密度25A/dm2，电化学沉积时间1.5min，镀层厚度控制在25μm；将涂覆导电镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Sn-Cu合金的可焊性镀层，电镀液体系：甲基磺酸160g/L，甲基磺酸锡45g/L，甲基磺酸铜0.25g/L，添加剂60ml/L，光亮剂4ml/L，工艺条件：电镀液温度26℃，电流密度25A/dm2，电化学沉积时间1.5min，镀层厚度控制在7μm，光伏焊带宽度为1.8mm。测试该光伏焊带的屈服强度、维氏硬度及电阻率，结果见表1。
实施例4
取市售纯铝丝，放入压延机中轧制成铝扁带（厚度×宽度：0.18mm×2.0mm），于600℃进行加热处理，时间30min；将经过加热处理的铝扁带置入镀液中进行化学沉积，涂覆一层成分为Ni的打底镀层，镀液体系：NiSO4·7H2O3g/L，FeCl3 1g/L，NaOH 60g/L、配位剂25g/L、调整剂1g/L，工艺条件：镀液温度63℃，化学沉积时间2min，镀层厚度控制在3.5μm；将涂覆打底镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Cu-Sn合金的导电镀层，电镀液体系：甲基磺酸170ml/L，甲基磺酸锡40g/L，甲基磺酸铜3ml/L，添加剂20ml/L，工艺条件：电镀液温度35℃，电流密度25A/dm2，电化学沉积时间1.5min，镀层厚度控制在30μm；将涂覆导电镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Sn-Bi合金的可焊性镀层，电镀液体系：甲基磺酸160g/L，甲基磺酸锡45g/L，硫酸铋3g/L，添加剂40ml/L，光亮剂5ml/L，工艺条件：电镀液温度30℃，电流密度20A/dm2，电化学沉积时间2min，镀层厚度控制在9μm，光伏焊带宽度为2.0mm。测试该光伏焊带的屈服强度、维氏硬度及电阻率，结果见表1。
实施例5
取市售纯铝丝，放入压延机中轧制成铝扁带(厚度×宽度：0.3mm×5mm)，于500℃进行加热处理，时间70min；将经过加热处理的铝扁带置入镀液中进行化学沉积，涂覆一层成分为Sn的打底镀层，镀液体系：Na2SnO3·3H2O（K2SnO3·3H2O）60g/L，络合剂2g/L，工艺条件：镀液温度61℃，化学沉积时间1min，镀层厚度控制在4μm；将涂覆打底镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Cu合金的导电镀层，电镀液体系：CuCN 60g/L，NaCN 20g/L，NaOH 20g/L，Na2CO3 30g/L，酒石酸钾钠40g/L，工艺条件：电镀液温度36℃，电流密度24A/dm2，电化学沉积时间1min，镀层厚度控制在50μm；将涂覆导电镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Sn-Ga-Bi合金的可焊性镀层，电镀液体系：甲基磺酸170g/L，甲基磺酸锡50g/L，硫酸铋7g/L，三氧化二镓0.25g/L，添加剂50ml/L，光亮剂6ml/L，工艺条件：电镀液温度24℃，电流密度23A/dm2，电化学沉积时间1min，镀层厚度控制在11μm，光伏焊带宽度为5mm。测试该光伏焊带的屈服强度、维氏硬度及电阻率，结果见表1。
实施例6
取市售纯铝丝，放入压延机中轧制成铝扁带（厚度×宽度：0.32mm×6mm），于550℃进行加热处理，时间80min；将经过加热处理的铝扁带置入镀液中进行化学沉积，涂覆一层成分为Cu的打底镀层，镀液体系：CuSO4·5H2O3g/L，FeCl3 1g/L，NaOH 60g/L，配位剂25g/L，调整剂1g/L，工艺条件：镀液温度62℃，化学沉积时间2min，镀层厚度控制在2μm；将涂覆打底镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Ni的导电镀层，电镀液体系：Ni（NH2SO3）2·4H2O 500g/L，H3BO3 40g/L，萘三磺酸钠7.5g/L、添加剂2g/L，工艺条件：电镀液温度37℃，电流密度26A/dm2，电化学沉积时间2min，镀层厚度控制在40μm；将涂覆导电镀层的铝扁带通过电镀液进行电化学沉积，涂覆一层成分为Sn-Ag合金的可焊性镀层，电镀液体系：甲基磺酸170g/L，甲基磺酸锡50g/L，甲基磺酸银1.2g/L，添加剂60ml/L，光亮剂7ml/L，工艺条件：电镀液温度26℃，电流密度22A/dm2，电化学沉积时间2min，镀层厚度控制在15μm，光伏焊带宽度为6mm。测试该光伏焊带的屈服强度、
维氏硬度及电阻率，结果见表1。
下面通过对照试验说明本发明的效果。
实施例1～实施例6所述配位剂、调整剂、添加剂及光亮剂均为市售电镀专用产品。
对比例1
取市售热浸锡工艺制造的铜基材光伏焊带（型号TU1，厚度×宽度：0.18mm×1.8mm），测试该产品的屈服强度、维氏硬度及电阻率，取结果见表1。
表1
由表1测试数据可得，本发明光伏焊带的屈服强度及维氏硬度均优于对比例光伏焊带，屈服强度最优可达50MPa，维氏硬度最优可达25HV，电阻率与对比例光伏焊带一致(0.020Ωmm2/m)。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种铝基材光伏焊带，其特征在于：包括
铝带基材；
涂覆于所述铝带基材周面的打底镀层，所述打底镀层的成分为Sn、Cu、Ni、Zn中的一种；
涂覆于所述打底镀层周面的导电镀层，所述导电镀层的成分为Cu、Ni、Sn、Cu-Sn合金中的一种；
以及涂覆于所述导电镀层周面的可焊性镀层，所述可焊性镀层的成分为Sn系合金；
所述打底镀层的厚度为2～4μm，所述导电镀层的厚度为10～50μm，所述可焊性镀层的厚度为3～15μm；
制造方法的具体步骤如下：
(1)将纯铝丝压延成铝扁带，于300～600℃加热30～90min；
(2)将上述加热处理后的铝扁带置入含有打底镀层金属元素的镀液中进行化学沉积打底镀层，镀液温度57～63℃，化学沉积时间1～2min；
(3)将沉积有打底镀层的铝扁带通过含有导电镀层金属元素的电镀液进行电化学沉积，电镀液温度30～40℃，电流密度20～30A/dm2，电化学沉积时间1～2min；
(4)将沉积有导电镀层的铝扁带通过含有可焊性镀层金属元素的电镀液进行电化学沉积，电镀液温度20～30℃，电流密度20～30A/dm2，电化学沉积时间1～2min。
2.根据权利要求1所述铝基材光伏焊带，其特征在于所述焊带的宽度为1.1～20mm。
3.根据权利要求1所述铝基材光伏焊带，其特征在于所述Sn系合金为Sn-Ag、Sn-Pb、Sn-Cu、Sn-Bi、Sn-Ga-Bi中的一种。
4.根据权利要求1所述铝基材光伏焊带，其特征在于：步骤(2)所述镀液中：
Sn的加入形态为Na2SnO3·3H2O(K2SnO3·3H2O)，其质量浓度为40～60g/L；
Cu的加入形态为CuSO4·5H2O，其质量浓度为1～3g/L；
Ni的加入形态为NiSO4·7H2O，其质量浓度为3～5g/L；
Zn的加入形态为ZnO，其质量浓度为7～9g/L。
5.根据权利要求1所述铝基材光伏焊带，其特征在于：步骤(3)所述电镀液中：
Cu的加入形态为CuCN，其质量浓度为40～60g/L；
Ni的加入形态为Ni(NH2SO3)2·4H2O，其质量浓度为300～500
g/L；Sn的加入形态为甲基磺酸锡，其质量浓度为40～60g/L；
Cu-Sn的加入形态为甲基磺酸锡和甲基磺酸铜，所述甲基磺酸锡的质量浓度为40～60g/L，所述甲基磺酸铜的质量浓度为3～5ml/L。
6.根据权利要求1所述铝基材光伏焊带，其特征在于：步骤(4)所述电镀液中：
Sn的加入形态为甲基磺酸锡，其质量浓度为40～50g/L；
Ag的加入形态为甲基磺酸银，其质量浓度为0.8～1.2g/L；
Pb的加入形态为甲基磺酸铅，其质量浓度为10～20g/L；
Cu的加入形态为甲基磺酸铜，其质量浓度为0.01～0.5g/L；
Bi的加入形态为硫酸铋，其质量浓度为3～7g/L；
Ga的加入形态为三氧化二镓，其质量浓度为0.01～0.5g/L。
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