CN105870238A - 一种光伏焊带和一种光伏组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏焊带，所述光伏焊带包括导电基带和覆盖于导电基带表面的锡焊层；所述锡焊层的组成包括：Sn35-45wt%，Pb25-35wt%，Bi20-30wt%，Ag1-5wt%。本发明还提供了所述光伏焊带的制备方法以及采用该光伏焊带进行焊接得到的光伏组件。本发明提供的光伏焊带，其表面的锡焊层中通过采用Sn-Pb-Bi-Ag四元材料，其熔点为140-160℃，因此可实现低温焊接的同时具有较好的焊接拉力，保证电池的良品率和光电转化效率。

Description

一种光伏焊带和一种光伏组件

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种光伏焊带和一种光伏组件。

背景技术

单独的晶体硅太阳能电池片发电量小，且十分易碎，不方便实际使用，实际应用中要将多个电池片连接封装成组件。例如，将多个电池片连接成电池组，再将多个电池组排列成整齐的列阵，同一排的各电池片之间串联连接，各排电池片并联连接，串联连接时用细焊带的一端与上一个电池片的背电极电连接，另一端与下一个电池片的正面电极电连接。

光伏行业中的铜基焊带对连接电池片汇流电子起到很重要的作用。焊接时电池的破片率除了与导电基带的尺寸、硬度和屈服强度有关之外，焊接温度对其影响也很大。目前，常规的焊带所采用的锡焊层主要有（1）锡铅焊料，质量组成为SnPb：60/40或63/37，其熔点为183℃；（2）锡铅银焊料，质量组成为SnPbAg：62/36/2，熔点为178℃；（3）锡银焊料，质量组成为SnAg：96.5/3.5，熔点为221℃；（4）纯锡焊料，熔点为232℃，这些焊带的焊接温度仍较高，使得电池破片不良率较高，且存在虚焊处。

发明内容

本发明解决了现有技术中光伏焊带存在的焊接温度高、电池破片率高以及存在虚焊的技术问题，提供了一种新的光伏焊带，可实现低温焊接，提高电池良品率，同时电池的光电转化效率也较高。

具体地，本发明的技术方案为：

一种光伏焊带，所述光伏焊带包括导电基带和覆盖于导电基带表面的锡焊层；所述锡焊层的组成包括：Sn 35-45wt%，Pb 25-35wt%，Bi 20-30wt%，Ag 1-5wt%。

所述光伏焊带的制备方法，包括先按比例将锡焊层的各原料混合并熔融，然后将导电基带的表面与熔融液接触，在导电基带表面覆盖所述锡焊层，得到所述光伏焊带。

一种光伏组件，所述光伏组件包括背板、玻璃、以及封装于背板与玻璃之间的太阳能电池组；所述太阳能电池组包括若干个通过光伏焊带电连接的太阳能电池片；所述光伏焊带为本发明提供的光伏焊带。

本发明提供的光伏焊带，其表面的锡焊层中通过采用Sn-Pb-Bi-Ag四元材料，其熔点为140-160℃，因此可实现低温焊接的同时具有较好的焊接拉力，保证电池的良品率。另外，采用本发明提供的光伏焊带的光伏组件的光电转化效率得到有效提高。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。

为了减少焊接的破片率，降低焊接温度是最有效的方式。但是通过使用目前普通的SnPb或SnPbAg焊料仍不能满足较大幅度地降低焊接温度。

发明人发现：单一用作焊料的金属（例如纯锡）熔点很高，但金属的固溶体结构会降低混合物的熔点，例如锡中加入铅可以把熔点降低到比其中任何一个金属熔点都要低的共晶体，但是最佳的混合比例的锡铅合金的熔点也有180℃。目前的焊带用多相合金以锡铋合金为主，但其稳定性和流动性比较差，润湿性差，容易发生堆锡龟裂等现象。而三相或者多相合金目前也没有被大量的应用，只是在实验室阶段，不能通过国标的标准，推向市场还需要更好的合金配比以及元素的选择。

具体地，本发明提供了一种光伏焊带，所述光伏焊带包括导电基带和覆盖于导电基带所有表面的锡焊层；所述锡焊层的组成包括：Sn 35-45wt%，Pb 25-35wt%，Bi 20-30wt%，Ag 1-5wt%。本发明提供的锡焊料的熔点为140-160℃，非常适合进行低温焊接，且其稳定性和流动性、润湿性均较高，且焊接温度低。优选情况下，所述锡焊层的组成包括：Sn 40-45wt%，Pb 30-35wt%，Bi 25-30wt%，Ag 2-5wt%。

本发明提供的光伏焊带的锡焊层中，锡能与构件中的大多数金属反应，形成金属间化合物，在焊接中起到重要作用，锡之地柔软，且富有延展性。而铅能减少焊料的表面张力和粘度，从而改善漫流性，且铅锡合金焊料还能吸收温度变化而产生的热应力。在不使用铅焊料种，普遍存在着熔点高，流动性差等特点。焊料不允许发生收缩蠕变现象，即具有良好的润湿性。金属银在焊料中含量很少，增加了银在焊料中，可增加导电和导热性，从而提高焊料的抗热疲劳性和再结晶温度，并可提高焊料的强度。另外，加入银还有一个目的是由于电池片上的电极均为银电极，在焊料中加入银，可以避免电极上的银向单片焊带上进行扩散，从而影响电池片的导电性，同时提高可焊性。

因此，在锡铅铋三元合金的已经具有相当低的共晶温度前提下，再加入少量的银，三种金属的固溶体会让合金的熔点更加低，在低温下就可以焊接，焊接温度减少，银电极和电池片以及焊带的热变形应力也相对更小，因此对于降低焊接的破片率有很大的作用。

另外，需要指出地是，光伏组件在层压时，温度在138 5℃，因此如果共晶体的熔点在低于这个温度，20分钟的高温处理就会使焊带与汇流条或者电池片焊接位置脱落，整个组件就可能会报废。因此，锡焊料的熔点稍高于层压机温度最佳，这样即保证光伏组件内部的电池片不会错位，也保证焊带与电池片或汇流条之间不发生脱离。

发明人通过进一步的实验研究分析，当所述锡焊层的组成为Sn₄₁Pb₃₂Bi₂₅Ag₂时，其熔点在145℃，使得焊接温度150℃就可以进行焊接，而且减少了铅的含量，银的加入减少了电阻，增加了可焊性。采用此最佳组成的锡焊料进行焊接，不但避免了层压的脱落，又降低了焊接时的温度，减少了电池片的破片隐裂率。

本发明中，所述导电基带可以采用光伏焊带中常见的导电剂带的各种材质，例如可以为纯铜、铜铝合金、铜银合金、铜银铝合金中的一种。优选情况下，所述导电基带采用铜基带，但不局限于此。所述导电基带的厚度可为0.1-0.4mm。

所述导电基带表面的锡焊层的厚度在本领域常规范围内即可，本发明没有特殊限定。所述导电基带表面的锡焊层的厚度为10~50微米，优选为20~30微米，但不局限于此。

本发明中，所述光伏焊带与现有技术中的常规光伏焊带结构可以相同，不同之处仅在于导电基带表面的锡焊层材质不同，具体地，如前所述，所述锡焊层的组成包括：Sn 35-45wt%，Pb 25-35wt%，Bi 20-30wt%，Ag 1-5wt%。优选情况下，所述锡焊层的组成包括：Sn 40-45wt%，Pb 30-35wt%，Bi 25-30wt%，Ag 2-5wt%。

例如，所述光伏焊带的结构可以为：锡焊层分布于导电基带的所有表面，可保证其良好的可焊性。具体地，所述导电基带为带状结构，此时所述导电基带的所有表面即包括上表面、下表面和侧面。本发明中，优选情况下，所述导电基带的上表面、下表面的锡焊层的厚度各自独立地为10~50微米，优选为20~30微米。而对于导电基带侧面的锡焊层的厚度，没有特殊要求。需要说明地是，在焊接过程中导电基带上、下表面的锡焊层在熔融后也会往侧面延伸，增加侧面锡焊层的厚度。

本发明中，所述光伏焊带的结构也可以为：锡焊层仅分布于导电基带的部分表面。具体地，所述锡焊层分布于导电基带表面的第一区域和第二区域，其中所述第一区域为光伏焊带与太阳能电池片受光面接触的区域，所述第二区域为光伏焊带与太阳能电池片背光面接触的区域。即导电基带的表面仅用于与太阳电池片进行焊接的区域覆盖有锡焊层即可，而无需所有表面均覆盖有锡焊层，从而可降低成本。此时，可增加除第一区域、第二区域之外的导电基带的其它区域的厚度，从而增加光伏焊带的强度和导电性能。

本发明中，所述光伏焊带可采用现有技术中的常规方法制备而成。例如，包括先按比例将锡焊层的各原料混合并熔融，然后将导电基带与熔融液接触，在导电基带表面覆盖所述锡焊层，即可得到所述光伏焊带。如前所述，本发明提供的锡焊料的熔点为140-160℃，因此制备该光伏焊带时的熔融温度只需高于锡焊料的熔点即可，具体可根据具体锡焊料的组成进行相应选择。

如前所述，锡焊层可分布于导电基带的所有表面，此时将导电基带基带与熔融液接触的方式可为直接将导电基带浸渍于熔融液中，但不局限于此。

而当所述锡焊层分布于导电基带表面的部分区域时，此时将导电基带与熔融液接触的方式则可以为将熔融液涂覆于导电基带表面的相应部分区域。

为保证锡焊料在导电基带表面实现快速包覆，优选情况下，还包括将导电基带从熔融液中取出后对其进行鼓风干燥的步骤。

最后，本发明提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括背板、玻璃、以及封装于背板与玻璃之间的太阳能电池组；所述太阳能电池组包括若干个通过光伏焊带电连接的太阳能电池片；所述光伏焊带为本发明提供的光伏焊带。

采用本发明提供的光伏焊带制备光伏组件，其焊接温度低，能保证电池良品率，同时保证较高的焊接拉力。同时，光伏组件的光电转化效率得到有效提高。

以下结合具体实施例对本发明作进一步解释说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例及对比例中所采用原料均通过商购得到，本发明没有特殊限定。

实施例1-4

按表1中所示的锡焊层组成将各原料混合并熔融，然后将厚度为0.2mm的铜基带浸渍于熔融液中，取出后风刀吹干，依次得到光伏焊带S1-S4，其中，铜基带上表面、下表面的锡焊层的厚度均为25微米。

对比例1-5

按表1中所示的锡焊层组成将各原料混合并熔融，然后将厚度为0.2mm的铜基带浸渍于熔融液中，取出后风刀吹干，依次得到光伏焊带DS1-DS5，其中，铜基带上表面、下表面的锡焊层的厚度均为25微米。

表1

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性能测试

1、焊接拉力测试

将各光伏焊带样品S1-S4和DS1-DS4与电池片采用手工焊进行焊接，焊接底部加热温度为45℃，烙铁250℃，观察是否有虚焊现象。再记录焊带与电池片电极的焊接拉力（记为L1，单位：N/mm）、以及焊带与汇流条的焊接拉力（记为L2，单位：N/mm）。测试结果如表2所示。

将各光伏焊带样品S1-S4和DS1-DS4与电池片采用TT自动焊接机进行焊接，焊接底部加热温度为140℃，烙铁150℃，观察是否有虚焊现象。再记录焊带与电池片的焊接拉力（记为L3，单位：N/mm）。测试结果如表2所示。

2、光伏组件整体性能测试

按照IEC 61215的测试方法对对各光伏组件S10-S40和DS10-DS40进行测试，记录其-40℃至85℃热循环性能、耐湿热性能、耐室外曝露性能以及热斑耐久性能，性能合格记为OK，否则记为NG。

3、电池良品率测试

使用串焊机将电池片连接起来，最终将所有的电池串串连，通过与汇流条连接，再与EVA背板和玻璃通过层压机进行层压，最后将层压好的组件装框清洗安装接线盒，得到光伏组件；若该光伏组件无虚焊、无脱落、无黄变，且电池片无破片、无隐裂，记为良品。重复100次，记录良品率（%）。焊接温度如表1所示。其中实施例1-4得到的光伏组件良品依次记为S10-S40，对比例1-5得到的光伏组件良品依次记为DS1-DS5。

4、光电转化效率测试

按照IEC904-1的测试方法对上述光伏组件良品S10-S40和DS10-DS40的光电转化效率（Eta，单位：%）进行测试。测试结果如表3所示。

表2

表3

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从上表2的测试结果可以看出，采用本发明的具有特定组成的光伏焊带S1-S4进行焊接，其可实现低温焊接，且无虚焊现象；虽然其与电极、汇流条之间的焊接拉力低于DS1-DS5D，但已符合焊接拉力要求（2.5N/mm）。另外， DS1-DS5所需的焊接温度较高，且只能进行手工焊，不能实现自动焊。

从上表3的测试结果可以看出，本发明的具有特定锡焊层组成的光伏焊带制作而成的光伏组件S10-S40，其具有良好的热循环性能、耐湿热性能、耐室外曝露性能以及热斑耐久性能，同时良品率高达98%，光电转化功率为15.89%以上，明显优于采用现有技术中的光伏焊带DS1-DS5制作的光伏组件DS10-DS50。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏焊带，其特征在于，所述光伏焊带包括导电基带和覆盖于导电基带表面的锡焊层；所述锡焊层的组成包括：Sn 35-45wt%，Pb 25-35wt%，Bi 20-30wt%，Ag 1-5wt%。

2.根据权利要求1所述的光伏焊带，其特征在于，所述导电基带的材质为纯铜、铜铝合金、铜银合金、铜银铝合金中的一种。

3.根据权利要求1所述的光伏焊带，其特征在于，所述锡焊层的厚度为10~50微米。

4.根据权利要求1或3所述的光伏焊带，其特征在于，所述锡焊层分布于导电基带表面的第一区域和第二区域，其中所述第一区域为光伏焊带与太阳能电池片受光面接触的区域，所述第二区域为光伏焊带与太阳能电池片背光面接触的区域。

5.根据权利要求1所述的光伏焊带，其特征在于，所述导电基带的厚度为0.1-0.4mm。

6.权利要求1所述的光伏焊带的制备方法，其特征在于，包括先按比例将锡焊层的各原料混合并熔融，然后将导电基带的表面与熔融液接触，在导电基带表面覆盖所述锡焊层，得到所述光伏焊带。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述锡焊层分布于导电基带的所有表面；将导电基带与熔融液接触的方式为将导电基带浸渍于熔融液中。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述锡焊层分布于导电基带表面的部分区域；将导电基带与熔融液接触的方式为将熔融液涂覆于导电基带表面的相应部分区域。

9.根据权利要求所述6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括将导电基带与熔融液接触后取出导电基带并对其进行鼓风干燥的步骤。

10.一种光伏组件，所述光伏组件包括背板、玻璃、以及封装于背板与玻璃之间的太阳能电池组；所述太阳能电池组包括若干个通过光伏焊带电连接的太阳能电池片；其特征在于，所述光伏焊带为权利要求1所述的光伏焊带。