CN103890200A - 对互连器的铜线进行退火的方法 - Google Patents

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Abstract

一种对互连器的铜线进行退火的方法，该方法包括：通过直接电阻加热或通过感应加热来加热铜线，所述加热的加热温度是在650℃至1020℃的范围内，并且所述加热的加热时间是在0.3秒至5秒的范围内。

Description

对互连器的铜线进行退火的方法
技术领域
本发明涉及一种对将被用作用于连接太阳能电池的互连器的铜线进行退火的方法。
背景技术
如图4中所示，太阳能电池模块10具有硅电池11和连接硅电池11的互连器12。互连器12通过对扁平矩形线进行镀焊料而形成。
互连器12经焊料板而连接到硅电池11。然而，互连器12和硅电池11在热膨胀系数上不同。因此，由于在焊接时的加热的影响，可能在具有较小的热膨胀系数的硅电池中产生弯曲应力，并且可能导致硅电池的翘曲或破损。
为了解决该问题，存在对减小互连器的0.2%弹性极限应力的需要。0.2%弹性极限应力是机械性质的指标。互连器的0.2%弹性极限应力越小，则硅电池的翘曲能够减小更多。
互连器是通过使用模或辊来使导体材料扁平化、对扁平化的导体材料进行切开以形成具有矩形截面形状的细线、加热导体线以及对导体线进行镀焊料所制造而成的。
在切开处理之后的热处理是退火处理，并且消除已经经过扁平化处理和切开处理的导体线的内部应变，并且软化结构。
为了减小具有扁平矩形截面形状的导体线的0.2%弹性极限应力，间接加热被建议为热处理方法(参见，例如JP2009-016593A、JP2009-027096A、JP2009-280898A和JP2010-141050A)。
发明内容
如上所述，使用间接加热类型的热处理来减小具有扁平矩形截面的形状的导体线的0.2%弹性极限应力。这是因为，由于间接加热与直接电阻加热相比能够向导体施加充分的热能，所以与诸如直接电阻加热和导体自身发热的感应加热的直接加热相比，间接加热已经被视为更有利的(参见，例如，JP2010-141050A)。
一般地，期望缩短热处理的过程时间以便减小导体的0.2%弹性极限应力。
关于加热时间，JP2010-141050A公开了5秒至60秒的加热时间。为了在更短的时间内施加充分的热能至导体，可以增加加热温度。然而，JP2010-141050A的公开暗示了：当加热时间很短时，0.2%弹性极限应力的减小效果不是令人满意的，并且即使当加热温度很高时，加热时间也优选地是30秒或更长。
据此，本发明的目的是提供能够以更短的加热时间来减小导体的0.2%弹性极限应力的退火方法。
根据本发明的方面，提供了一种对用于互连器的铜线进行退火的方法。退火方法包括通过直接电阻加热或通过感应加热来加热铜线。加热的加热温度是在650℃至1020℃的范围内，并且加热的加热时间是在0.3秒至5秒的范围内。
根据上述退火方法，可以显著减小加热时间。传统退火设备需要用于在加热过程期间保持热软化的铜线的装置。然而，根据用于实施上述退火方法的设备，由于短的加热时间，这种保持装置是不必要的。
附图说明
图1是图示使用直接电阻加热的退火方法的图；
图2是图示使用感应加热的退火方法的图；
图3是图示使用直接电阻加热的退火方法的图；并且
图4是图示太阳能电池模块的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施例。
下列实施例涉及一种对互连器的铜线进行退火的方法，该方法包括：通过直接电阻加热(也称为直接电导加热)或通过感应加热来加热铜线，且加热温度在650℃至1020℃的范围内，并且加热时间在0.3秒至5秒的范围内。
为了减小太阳能电池的发电损失，期望的是，铜材具有小的体积电阻。铜的示例包括高纯度铜(99.9999%或以上的纯度)、无氧铜、磷脱氧铜和韧铜。在这些之中，使用高纯度铜以便减小0.2%弹性极限应力是有利的。
可以使用模或辊将铜材以具有扁平矩形截面的板形成，然后可以通过切开将铜材成形为各种宽度的铜线。
通过直接电阻加热或通过感应加热来使铜线退火，且加热温度在650℃至1020℃的范围内并且加热时间在0.3秒至5秒的范围内。只要退火条件在这些范围内，当加热温度是低的时，可以增加加热时间，或当加热温度是高的时，可以缩短加热时间。
为了防止铜的氧化，期望的是在惰性气体氛围下实施退火。惰性气体可以从氮气和稀有气体中选择。
如果退火的加热温度和加热时间的任一者在上述范围之外，由于互连器的0.2%弹性极限应力变为80MPa或以上，并且0.2%弹性极限应力在镀覆之后进一步增加并且变为大于100MPa，因此实际上是不期望的。而且，当退火的加热温度和加热时间的任一者在上述范围之外时，作为韧性的指标的伸长率值下降到25%或更小。
例如，当加热温度为600℃时，0.2%弹性极限应力变为80MPa或以上。当加热温度是1020℃并且加热时间超过5秒时，伸长率值大大降低。
当加热时间超过5秒时，铜线沿着更长的范围被加热，在这种情况下，铜线容易由于挠曲等变形。不仅因为它使得质量控制困难，而且从缩短加热时间的观点来看，这种情况也是不期望的。
在退火之后，铜线的表面通过熔融焊料浴来镀覆焊料，因而制造了用于太阳能电池的互连器。
用于退火处理的设备的示例在图1至图3中示出。
图1是图示被构造成向铜线施加电流以执行退火处理的设备的图。该设备是外部变压器类型电阻加热设备。
在铜线L的供给路径的进口侧和出口侧的各者上，辅助辊1和导电辊2彼此相对，且铜线L插至在该辅助辊1和导电辊2之间。低频率功率源3和变压器4连接到导电辊2。铜线L利用导电辊2通过直接电阻加热而被加热。
加热时间受到从铜线L的供给路径的进口侧到出口侧的距离和铜线L的进给速度的控制。加热温度受到变压器4的输出电流和输出电压中的一者或两者的控制。
图2是图示使用感应加热的退火设备的图。
铜线L被供给通过加热线圈5的内部，并且在铜线L的供给路径的进口侧和出口侧的各侧上被保持在辅助辊1与导电辊2之间。高频功率源6连接到加热线圈5。通过电磁感应，在加热线圈5的内部的铜线L中感应出涡电流，因而铜线L被加热。
加热时间受到加热线圈5的宽度W和铜线L的进给速度的控制。加热温度受到高频功率源6的输出电流和输出电压中的一者或两者的控制。
图3是图示使用直接电阻加热的退火设备的图。该设备是环形变压器类型电阻加热设备。
在铜线L的供给路径的进口侧和出口侧的各者上，辅助辊1和导电辊2彼此相对，且铜线L插置在辅助辊1和导电辊2之间。连接到低频功率源3的环形变压器7布置在铜线L的供给路径的进口侧和出口侧之间。两个导电辊2通过经由导线8连接到彼此而短路。由于在铜线L中感应的电压，电流经由导电辊2和导线8流经铜线。该类型的使用环形变压器的直接电阻加热也称为感应耦接传导加热。
加热时间受到从铜线L的供给路径的进口侧到出口侧的距离和铜线L的进给速度的控制。加热温度受到低频率功率源3的输出电流和输出电压中的一者或两者的控制。
虽然图1至图3图示仅一根铜线L，但是可以对多根铜线同时进行退火。
示例
使用外部变压器类型电阻加热设备，在下列条件下对具有0.2mm厚度×2mm宽度的截面大小的铜线进行退火。
比较示例1至3
加热温度：600℃
加热时间分别为：0.5秒、3秒和5秒
示例1至3
加热温度：650℃
加热时间分别为：0.5秒、3秒和5秒
示例4至6
加热温度：800℃
加热时间分别为：0.5秒、3秒和5秒
示例7至9
加热温度：900℃
加热时间分别为：0.3秒、3秒和5秒
示例10至12
加热温度：1000℃
加热时间分别为：0.3秒、3秒和5秒
示例13至15
加热温度：1020℃
加热时间分别为：0.3秒、3秒和5秒
比较示例4
加热温度：1020℃
加热时间：10秒
当退火处理的加热时间比5秒更长时，无氧铜受到挠曲并且引起变形。因此，难以维持互连器的质量。
基于JIS-Z-2241来测量在退火之后无氧铜和互连器的0.2%弹性极限应力。基于JIS-Z-2201来测量互连器的伸长率值。测量结果在表1中示出。
表1
Figure BDA0000473210790000071
在加热温度低于650℃的比较示例1至3中，互连器的0.2%弹性极限应力大于80MPa。在示例1至15中，互连器的0.2%弹性极限应力小于80MPa。在示例1至15中，加热温度越高，存在如下趋势：0.2%弹性极限应力变得较小。另外，加热时间越长，存在如下趋势：0.2%弹性极限应力变得较小。
类似于互连器，随着加热温度增加并且随着加热时间变得更长，无氧铜在退火之后的0.2%
弹性极限应力呈现出0.2%弹性极限应力变得较小的趋势。
在所有示例1至15和比较示例1至3中，伸长率值大于25%。
从示例1至示例15发现：能够通过以在650℃至1020℃的范围内的直接电阻加热的退火来显著缩短通过传统间接加热所需的30秒或以上的加热时间；以及当加热时间在0.3秒至5秒的范围内时，0.2%弹性极限应力不会受到不利影响，因而，能够制造用于太阳能电池的优良的互连器。
虽然已经结合本发明的某些实施例对本发明进行了描述，但是本发明的范围并不限于上述实施例，并且本领域的技术人员应理解，在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以在本发明中做出各种改变和修改。
工业实用性
本发明的一个或更多个实施例提供能够以更短的加热时间来减小导体的0.2%弹性极限应力的退火方法。
本申请是基于2011年9月29日提交的日本专利申请No.2011-215137，该专利的整个内容通过引用并入本文。

Claims (4)

1.一种对互连器的铜线进行退火的方法，该方法包括：通过直接电阻加热或通过感应加热来加热铜线，其中，所述加热的加热温度是在650℃至1020℃的范围内，并且所述加热的加热时间是在0.3秒至5秒的范围内。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加热在惰性气体氛围下实施。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述铜线具有扁平矩形截面形状，并且由韧铜、无氧铜、磷脱氧铜或高纯度铜制成。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述铜线具有扁平矩形截面形状，并且由韧铜、无氧铜、磷脱氧铜或高纯度铜制成。
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