CN103943703A - 一种太阳电池用互连条及对应的太阳电池组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳电池用互连条及对应的太阳电池组件，该互连条包括铜基材和包覆在其外的熔融焊接层。现有技术的铜基材中铜含量较低且含氧量较高，导致其电阻较大且抗拉强度、延伸性能较差，造成通过互连条焊接时太阳电池易弯曲、隐裂或碎片。本发明的互连条的铜基材中氧含量不大于30ppm，且铜含量不小于99.95％；所述太阳电池用互连条的抗拉强度大于130MPa，延伸率大于15％，且其在塑性延伸率为0.2％时的屈服强度为25～65MPa。本发明可有效降低组件的串联电阻，提高其转换效率和输出功率，并可大幅降低太阳电池在互连焊接时的弯曲、隐裂或碎片。

Description

一种太阳电池用互连条及对应的太阳电池组件
技术领域
本发明涉及太阳电池制造领域，特别涉及一种太阳电池用互连条及对应的太阳电池组件。
背景技术
在光伏领域的晶体硅太阳电池组件中，通常采用互连条来焊接和串联太阳电池。目前，常规的互连条中间为铜基材，表层为锡合金。常规互连条体积电阻率在2.3Ω·mm2/m以下，塑性延伸率为0.2％时的屈服强度在60～100MPa之间，且抗拉强度大于150MPa。每片太阳电池上具有两条或三条主栅(125mm×125mm具有两条主栅，156mm×156mm具有三条主栅)且通过对应的两条或三条互连条与其它太阳电池焊接和串联。
随着晶体硅太阳电池技术的发展，太阳电池的转换效率越来越高，而其厚度却越来越薄，从以往的300μm发展到目前的180～200μm，今后可能发展到160μm甚至更薄。同时电池尺寸也越来越大，从本世纪初的103mm×103mm发展到目前的125mm×125mm、156mm×156mm，今后甚至可能发展到200mm×200mm，单片太阳电池的工作电流也随之增大。
为了减少太阳电池组件的串联电阻，需要增加单片太阳电池上的主栅线，也就是通过增加互连条数量和厚度或宽度的方法来降低组件的串联电阻。而增加单片电池上的主栅线，即增加互连条数量和互连条宽度，都会增加遮挡面积而使太阳电池有效受光面积减少，太阳电池组件的转换效率就会相应下降。若单纯增加互连条厚度，则会使互连条变硬，太阳电池在焊接过程中易产生弯曲、隐裂或碎片。所以，常规互连条已无法满足面积越来越大及厚度越来越薄的太阳电池的焊接和串联需求。
为满足太阳电池发展对互连条提出的更高需求，需从互连条材料本身和每片太阳电池上所焊接互连条数量的匹配性上综合考虑，另外选择互连条的原则是要保证太阳电池输出电能的有效传导和避免太阳电池因互连条的原因而产生弯曲、隐裂或碎片。
因此，如何提供一种太阳电池用互连条及对应太阳电池组件以降低太阳电池组件的串联电阻且提高其转换效率，并减少因互连条原因而导致的太阳电池弯曲、隐裂或碎片，已成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳电池用互连条及对应的太阳电池组件，通过所述互连条及组件可降低组件的串联电阻且提高转换效率，并有效减少因互连条原因而导致的太阳电池弯曲、隐裂或碎片。
为实现上述目的，本发明将提供一种太阳电池用互连条，包括铜基材和熔融焊接层，所述熔融焊接层覆盖在所述铜基材的表面；所述铜基材中氧含量不大于30ppm，且铜含量不小于99.95％；所述太阳电池用互连条的抗拉强度大于130MPa，延伸率大于15％，且其在塑性延伸率为0.2％时的屈服强度为25～65MPa。
在一较佳实施例中，所述熔融焊接层包括第一和第二焊接区，所述铜基材包括相对的第一和第二焊接面，所述第一和第二焊接区分别覆盖在所述第一和第二焊接面上。
在进一步的较佳实施例中，所述熔融焊接层还包括连接区，所述连接区覆盖在铜基材的第一和第二焊接面间的侧面上，且连接所述第一和第二焊接区。
在一较佳实施例中，所述铜基材的材质为TU1铜或TU2铜。
在一较佳实施例中，所述铜基材的宽度为1～1.8mm，厚度为0.2～0.3mm，所述熔融焊接层的单层厚度为15～25μm。
本发明还提供一种太阳电池组件，包括多根如上述任一项所述的太阳电池用互连条和多片通过所述多根互联条焊接连接的太阳电池。
在一较佳实施例中，所述熔融焊接层的材质为锡合金，所述太阳电池的主栅线为镂空主栅，所述镂空主栅包括多个分区，其每一分区的栅线上锡率不低于50％，所述太阳电池用互连条与所述镂空主栅间的剥离强度大于3.0N/mm。
在一较佳实施例中，所述熔融焊接层的材质为锡合金，所述太阳电池的主栅线为非镂空主栅，所述非镂空主栅包括多个分区且在其所有分区的填充率均为95％，所述非镂空主栅每一分区的栅线上锡率均不低于75％，所述太阳电池用互连条与所述非镂空主栅间的剥离强度大于3.0N/mm。
在一较佳实施例中，所述太阳电池尺寸为125mm×125mm，所述太阳电池包括三根主栅线，每一主栅线上焊接有一根所述互连条。
在一较佳实施例中，所述太阳电池尺寸为156mm×156mm，所述太阳电池包括四根主栅线，每一主栅线上焊接有一根所述互连条。
与现有技术中太阳电池用互连条铜基材中铜含量较低且氧含量较高造成组件串联电阻高强度较大相比，本发明的太阳电池用互连条将铜基材中铜含量选定为不小于99.95％，氧含量控制在不大于30ppm，从而有效降低了太阳电池组件的串联电阻，另外使得所述太阳电池用互连条的抗拉强度大于130MPa，延伸率大于15％，且其在塑性延伸率为0.2％时的屈服强度为25～65MPa。本发明有效降低了互连条及太阳电池组件的串联电阻，优化了互连条的力学性能。
附图说明
图1为本发明的太阳电池用互连条的横截面示意图；
图2为本发明电池组件第一实施例中的太阳电池的主视示意图；
图3为本发明电池组件第二实施例中的太阳电池的主视示意图；
图4为本发明电池组件中太阳电池与太阳电池用互连条连接结构示意图。
具体实施方案
下面结合具体实施例及附图来详细说明本发明的目的及功效。
本发明是根据用户端的使用反馈，对太阳电池用互连条产品进行改进后，提出的实施方案。参见图1，本发明的太阳电池用互连条1包括铜基材10和熔融焊接层12，所述铜基材10包括相对的第一焊接面S1和第二焊接面S2以及位于第一和第二焊接面S1和S2间的侧面S3，所述熔融焊接层12包括第一焊接区A1、第二焊接区A2和连接区A3，所述第一焊接区A1和第二焊接区A2分别覆盖在所述第一焊接面S1和第二焊接面S2上，所述连接区A3覆盖在侧面S3上且连接所述第一和第二焊接区A1和A2。
所述铜基材10中铜含量不小于99.95％，氧含量不大于30ppm(百万分之一)，所述熔融焊接层12为锡合金，所述太阳电池用互连条1的抗拉强度大于130MPa，延伸率大于15％，且其在塑性延伸率为0.2％时的屈服强度为25～65MPa。
需强调的是，本文所述的铜含量或氧含量均为质量百分比含量。
铜基材10的材质可以为铜、铝、银等导电性、可焊性良好的金属材料，但从材料成本和性能综合考虑优选纯度较高的铜，且铜含量越高越好。在铜基材10的所有杂质中，微量的氧可提高其屈服强度，按照国家标准GB/T5231-2001，无氧铜(包括TU1和TU2铜)的氧含量在30ppm以下，且铜含量不小于99.95％，因此可选用TU1或TU2来制作铜基材1。
上述互连条1的铜基材10的带材可以采用压延圆铜线的方式制作，也可采用分条切割宽板带材的方式制作。此时铜基材1的屈服强度并未达到需求，需对其进行退火，通过退火工艺使后续制成的所述太阳电池互连条1在塑性延伸率为0.2％时的屈服强度进入25～65MPa的范围。一般地，铜基材10的材质为TU2时，退火温度在800～900℃之间，退火时间在1～3min之间。
在实施上述退火工艺时，需通入含有H2的保护气体来保证铜基材10的表面质量，铜基材10的带材在退火时采用主动放线方式来避免其受力，退火后的铜基材10的带材通过滑动收线装置或程序设置来减小收线张力。
在后续的加工工艺中，将完成退火的铜基材1浸入熔融的锡合金加热炉中，通过调整工艺，在其表面形成熔融焊接层12。熔融的锡合金加热炉的温度应比锡合金熔点高50～100℃。
上述铜基材1的带材浸入熔融锡合金加热炉的过程中，需要通过装置设计来减小带材由于弯曲引起的屈服强度提高。
当采用TU1或TU2宽板带制作铜基材10的带材时，首先将宽板带分条切割成1～1.6mm宽的带材，再将部分分条切割后的带材进行退火，退火工艺温度为800～900℃，时间为2min，将退火后的带材作为互连条1的铜基材10的带材。另外将未退火的带材作为比对铜基材的带材进行后续工艺，以比对退火工艺对最终制成的互连条的屈服强度、抗拉强度及延伸率的影响。
然后将铜基材10的带材和比对铜基材的带材用助焊剂进行表面浸润后，浸入锡合金加热炉，锡合金加热炉的温度为240～270℃，炉中的锡合金为60％Sn-40％Pb，铜基材10的带材和比对铜基材的带材均以3m/min的速度经过锡合金熔液，其表面上涂覆形成熔融焊接层12，从而获得互连条1和比对互连条的线材。
将获得的本发明的互连条1作为样品S1和样品S2，将比对互连条作为样品S3和样品S4，按照国家标准GB/T228.1的测试方法，测试样品S1至S4的屈服强度、抗拉强度和延伸率。结果如表1。
另外将样品S1至S4均焊接在厚度180～200μm、尺寸为156mm×156mm的晶体硅电池片上，焊接温度为300～360℃，观察使用样品S1至S4的太阳电池的破碎情况。结果如表1。
表1
由表1看出，样品S1和S2的铜基材10经过退火，屈服强度在65MPa以下，抗拉强度大于130MPa，延伸率大于15％，太阳电池无破碎现象；而样品S3和S4未经退火，其屈服强度分别为98MPa和120MPa，抗拉强度分别大于170MPa和大于190MPa，延伸率大于20％，太阳电池均出现破碎现象。由此可见，退火工艺在铜基材10的制作过程中是必不可少的工艺。
采用以上对铜基材10进行退火的工艺制备互连条1，互连条1的铜基材10的截面规格分别为1.2mm×0.2mm和1.3mm×0.25mm，获得的互连条分别作为样品S5和样品S6。
将样品S5和S6焊接于125mm×125mm的太阳电池上，样品S5对应的太阳电池仅具有两根主栅，样品S6对应的太阳电池具有三根主栅，将焊接好的太阳电池串制备成太阳电池组件且测试功率，发现采用样品S6制备的组件比采用样品S5制备的组件功率提升约3.5W。
在现有的太阳电池组件中，125mm×125mm的太阳电池上仅设置两条主栅(简称两栅125电池)，对应的太阳电池组件中每片太阳电池上仅焊接两根互连条。参见图2和图4，在本发明的太阳电池组件的第一实施例中，所述太阳电池组件2由多片125mm×125mm的太阳电池3通过多根本发明的太阳电池用互连条1焊接连接而成，每一125mm×125mm的太阳电池3设置有三根主栅线30(简称三栅125电池)，每一主栅线30上焊接有一条本发明的互连条1，所述互连条1的铜基材10中氧含量不大于30ppm，铜含量不小于99.95％，且本发明的互连条的抗拉强度大于130MPa，延伸率大于15％，在塑性延伸率为0.2％时的屈服强度为25～65MPa的互联条。本实施例中三栅125电池制成的太阳电池组件2相对于现有技术中两栅125电池制成的组件，功率提升3W以上。
在现有的太阳电池组件中，156mm×156mm的太阳电池上仅设置三条主栅(简称三栅156电池)，对应的太阳电池组件中每片太阳电池上仅焊接三根互连条。参见图3和图4，在本发明的太阳电池组件的第二实施例中，所述太阳电池组件2’由多片156mm×156mm的太阳电池3’通过多根本发明的太阳电池用互连条1焊接连接而成，每一156mm×156mm的太阳电池3’设置有四根主栅线30’(简称四栅156电池)，每一主栅线30上焊接有一条本发明的互连条1，所述互连条1的铜基材10中氧含量不大于30ppm，铜含量不小于99.95％，且本发明的互连条的抗拉强度大于130MPa，延伸率大于15％，在塑性延伸率为0.2％时的屈服强度为25～65MPa的互联条。本实施例中四栅156电池制成的太阳电池组件3’相对于现有技术中三栅156电池制成的组件功率提升5W以上。
上述本发明的太阳电池组件的第一和第二实施例中，所述太阳电池的主栅线可为镂空主栅或非镂空主栅，其中太阳电池组件第一实施例中主栅线30为镂空主栅，其第二实施例中主栅线30’为非镂空主栅，镂空主栅30是在非镂空主栅30’的基础上发展起来的，其目的是降低浆料用量从而降低制造成本。
当太阳电池的主栅为镂空主栅30(可为栅格状或断续状)时，所述太阳电池用互连条1与所述镂空主栅30间的剥离强度大于3.0N/mm，所述镂空主栅30包括多个分区，其每一分区的栅线上锡率不低于50％。当太阳电池的主栅为非镂空主栅30’即实心主栅时，所述太阳电池用互连条1与所述非镂空主栅30’间的剥离强度大于3.0N/mm，所述非镂空主栅30’包括多个分区且在其所有分区的填充率均为95％，所述非镂空主栅每一分区的栅线上锡率均不低于75％。所述主栅的分区可以依据方便测试上锡率的原则进行划分，例如可将主栅平均分为5～10个分区来判断每一分区栅线的上锡率是否达到要求。
综上所述，本发明太阳电池用互连条包括铜基材及包覆在其表面的熔融焊接层，所述铜基材中氧含量不大于30ppm，且铜含量不小于99.95％；所述太阳电池用互连条的抗拉强度大于130MPa，延伸率大于15％，且其在塑性延伸率为0.2％时的屈服强度为25～65MPa；本发明的太阳电池组件中太阳电池通过增加其主栅线数量，并相应调整互连条尺寸和用量，有效降低了太阳电池组件的串联电阻相应的提高了转换效率及输出功率。

Claims (10)

1.一种太阳电池用互连条，其特征在于，所述太阳电池用互连条包括铜基材和熔融焊接层，所述熔融焊接层覆盖在所述铜基材的表面；所述铜基材中氧含量不大于30ppm，且铜含量不小于99.95％；所述太阳电池用互连条的抗拉强度大于130MPa，延伸率大于15％，且其在塑性延伸率为0.2％时的屈服强度为25～65MPa。
2.如权利要求1所述的太阳电池用互连条，其特征在于，所述熔融焊接层包括第一和第二焊接区，所述铜基材包括相对的第一和第二焊接面，所述第一和第二焊接区分别覆盖在所述铜基材第一和第二焊接面上。
3.如权利要求2所述的太阳电池用互连条，其特征在于，所述熔融焊接层还包括连接区，所述连接区覆盖在铜基材的第一和第二焊接面间的侧面上，且连接所述第一和第二焊接区。
4.如权利要求1所述的太阳电池用互连条，其特征在于，所述铜基材的材质为TU1铜或TU2铜。
5.如权利要求1所述的太阳电池用互连条，其特征在于，所述铜基材的宽度为1～2.5mm，厚度为0.15～0.3mm，所述熔融焊接层的单层厚度为15～35μm。
6.一种太阳电池组件，其特征在于，其包括多根如权利要求1至5中任一项所述的太阳电池用互连条和多片通过所述多根互联条焊接连接的太阳电池。
7.如权利要求6所述的太阳电池组件，其特征在于，所述熔融焊接层的材质为锡合金，所述太阳电池的主栅线为镂空主栅，所述镂空主栅包括多个分区，其每一分区的栅线上锡率不低于50％，所述太阳电池用互连条与所述镂空主栅间的剥离强度大于3.0N/mm。
8.如权利要求6所述的太阳电池组件，其特征在于，所述熔融焊接层的材质为锡合金，所述太阳电池的主栅线为非镂空主栅，所述非镂空主栅包括多个分区且在其所有分区的填充率均为95％，所述非镂空主栅每一分区的栅线上锡率均不低于75％，所述太阳电池用互连条与所述非镂空主栅间的剥离强度大于3.0N/mm。
9.如权利要求6所述的太阳电池组件，其特征在于，所述太阳电池尺寸为125mm×125mm，所述太阳电池包括三根主栅线，每一主栅线上焊接有一根所述互连条。
10.如权利要求6所述的太阳电池组件，其特征在于，所述太阳电池尺寸为156mm×156mm，所述太阳电池包括四根主栅线，每一主栅线上焊接有一根所述互连条。
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140723