CN106825981B - 用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法 - Google Patents

用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于太阳能电池的导电焊丝及其制备方法，导电焊丝的横截面为圆形，且导电焊丝包括铜芯以及焊接材料层，该铜芯的横截面为圆形；该焊接材料层包覆于该铜芯的外表面，且该焊接材料层由锡铋合金材料组成。本发明的导电焊丝及其制备方法，能够解决目前的太阳能电池板的光电转换效率低、太阳能电池板焊接的生产成本高以及导电焊丝的生产及应用过程带来的环境污染等问题。

Description

用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法
技术领域
本发明关于太阳能电池光伏功能组件材料，具体涉及一种用于太阳能电池的导电焊丝及其制备方法。
背景技术
太阳能电池光伏导电焊丝是用在光伏组件上的焊接材料，主要起到连接导电的作用。目前常用的光伏焊带是在一种高延伸率、高抗拉强度和高导电的铜带表面，通过热涂锡的方法制备而成。常规光伏焊带的横截面为矩形，为了降低焊带电阻，需要增大焊带的横截面积，而提高涂锡铜带基材的截面积有两种方式，在相同材质下，一种是提高基材厚度，另一种是提高基材宽度。增加焊带的宽度，则会导致太阳电池板被焊带覆盖的部分无法吸收太阳光，引起电流损耗；而提高焊带厚度则会提高焊接破片率。
对于传统的涂锡焊带，其中的涂层合金多为含铅的锡合金，这就带来了焊带在生产和使用过程中无法避免的铅污染和毒害问题，不利于人体健康和环境保护。为此，日本以及美国也研究公开了一系列无铅焊料，但是这些焊料中均含有贵金属银，这样导致焊料成本大幅增加。另外，现有技术中，虽然也有公开一些无铅无银合金，然而这些合金没有能直接用作太阳能电池的功能组件材料。此外，目前市面上多数无铅合金(包含锡-银-铜)的熔点超出200℃，高于传统锡铅合金(约180℃)，不容易被使用，因为熔点升高就对焊接温度提出更高的要求。再者，例如，CN101789453A公开了一种太阳能光伏电池导电无铅涂锡合金铜带，其锡合金层成分以重量百分比计为：Cu 0.10～2.00％，Ti 0.01～0.30％，Si 0.01～0.50％，P 0.05～0.8％，余量为Sn。虽然上述锡合金是无铅无银合金，但其成分复杂不易控制，且物理性能中熔点均超出200℃，另外焊带截面为矩形，仍然面临电流损耗与焊接破片率高的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于太阳能电池的导电焊丝及其制备方法，以解决现有技术中太阳能电池板的光电转换效率低、太阳能电池板焊接的生产成本高以及导电焊丝的生产及应用过程带来的环境污染等问题。
为达上述目的，本发明提供一种用于太阳能电池的导电焊丝，该导电焊丝的横截面为圆形，且该导电焊丝包括：铜芯，该铜芯的横截面为圆形；以及焊接材料层，该焊接材料层包覆于该铜芯的外表面，且该焊接材料层由锡铋合金材料组成。
作为可选的技术方案，该导电焊丝的直径为0.2～0.8mm。
作为可选的技术方案，该焊接材料层的成分按质量百分比计为：铋53％～63％，锡36％～46％，余量为不可避免的杂质。
作为可选的技术方案，该焊接材料层的厚度占该导电焊丝的半径的10％～20％。
作为可选的技术方案，在该导电焊丝的长度延伸方向上，该焊接材料层于该铜芯的外表面上的厚度相同。
本发明还提供一种用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤S1：选取含铜纯度大于99.99％的铜丝作为铜芯；步骤S2：将该铜丝进行退火处理，并采用无水乙醇进行退火保护，其中退火温度为400±50℃，退火时间为30分钟，再采用无水乙醇对退火后的铜丝进行冷却；步骤S3：使用无水乙醇对冷却后的铜丝进行超声震荡清洗；步骤S4：利用氮气吹干清洗后的铜丝；步骤S5：将吹干后的铜丝表面经酸洗活化液进行酸洗活化；步骤S6：将酸洗活化后的铜丝放入盛有电镀液的锡铋合金电镀槽，且铜丝作为阴极并位于两个阳极板之间，铜丝距两个阳极板的距离相等，维持阴极电流密度为1～3A/dm2、温度为25℃，电镀3～40分钟，得到该导电焊丝。
作为可选的技术方案，该铜丝的直径为0.18～0.72mm。
作为可选的技术方案，该阳极板为不锈钢板。
作为可选的技术方案，该电镀液的组成按质量浓度比计含有：硫酸亚锡20～60g/L、甲基磺酸铋1～10g/L、甲基磺酸50～200mL/L、明胶1～5g/L，余量为水。
作为可选的技术方案，该酸洗活化液由甲基磺酸和水配制，且该甲基磺酸的用量为50～200mL/L。
与现有技术相比，本发明的太阳能电池的导电焊丝由于其横截面为圆形，可以减少太阳能电池的遮光面积，从而增加电池板的光电转换效率；另外，导电焊丝表面的焊接材料层采用锡铋合金材料，电镀法易控制在纵向延伸的焊丝表面镀层厚度均匀一致，润湿铺展性好，而且锡铋合金材料的熔点较纯锡和锡银合金低，与锡铅合金相近，所以导电焊丝可实现低温自动焊接，明显降低焊接过程对太阳能电池板的高温冲击伤害，可降低太阳能电池板焊接的生产成本，也减少了锡渣形成的浪费，铋元素也能有效抑制“锡瘟”和锡晶须产生；再者，本发明的用于太阳能电池的导电焊丝其焊接材料层既不含铅也不含银，使导电焊丝在生产和应用过程中，减少了对人体健康的危害和对环境的污染，具有显著的环保优势，也降低了导电焊丝的生产成本。
关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1所示为根据本发明的用于太阳能电池的导电焊丝的横截面的剖面示意图。
图2所示为根据本发明的用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法的流程图。
图3所示为实施例1中制备的导电焊丝的焊接材料层的扫描电镜能谱图。
具体实施方式
请参见图1，图1所示为根据本发明的用于太阳能电池的导电焊丝的横截面的剖面示意图。本发明提供一种用于太阳能电池的导电焊丝1，导电焊丝1的横截面为圆形，如此可以减少太阳能电池的遮光面积，从而增加太阳能电池板的光电转换效率。且导电焊丝1包括铜芯2以及焊接材料层3，其中铜芯2的横截面也为圆形，而焊接材料层3则包覆于铜芯2的外表面21，且焊接材料层3由锡铋合金材料组成，焊接材料层3的成分按质量百分比计为：铋53％～63％，锡36％～46％，余量为不可避免的杂质，且上述杂质中不含铅以及银，亦即焊接材料层3不含有铅和银。
另外，较佳地，上述导电焊丝的直径为0.2～0.8mm。
再者，焊接材料层3的厚度占导电焊丝1的半径的10％～20％，而且在导电焊丝1的长度延伸(即纵向延伸)方向上，焊接材料层3于铜芯2的外表面21上的厚度相同，也就是说焊接材料层的厚度均匀一致，如此能够保证导电焊丝具有优良的导电性能。
另外，请参见图2，图2所示为根据本发明的用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法的流程图。本发明还提供一种上述用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法，上述制备方法包括以下步骤：
步骤S1：选取含铜纯度大于99.99％的铜丝作为铜芯，铜丝的直径例如为0.18～0.72mm；
步骤S2：将铜丝进行退火处理，并采用无水乙醇进行退火保护，其中退火温度为400±50℃，退火时间为30分钟，再采用无水乙醇对退火后的铜丝进行冷却；
步骤S3：使用无水乙醇对冷却后的铜丝进行超声震荡清洗；
步骤S4：利用氮气吹干清洗后的铜丝；
步骤S5：将吹干后的铜丝表面经酸洗活化液进行酸洗活化，上述酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且甲基磺酸的用量为50～200mL/L；
步骤S6：接着，将酸洗活化后的铜丝放入盛有电镀液的锡铋合金电镀槽，且铜丝作为阴极并位于两个阳极板之间，铜丝距两个阳极板的距离相等，维持阴极电流密度为1～3A/dm2、温度为25℃，电镀3～40分钟，得到导电焊丝；上述阳极板例如为不锈钢板。另外，上述电镀液的组成按质量浓度比计含有：硫酸亚锡20～60g/L、甲基磺酸铋1～10g/L、甲基磺酸50～200mL/L、明胶1～5g/L，余量为水。
下面通过具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
本实施例中，用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法包括以下步骤：
(1)选取含铜纯度大于99.99％的铜丝作为铜芯，铜丝的直径为0.40mm；
(2)将铜丝进行退火处理，并采用无水乙醇进行退火保护，其中退火温度为400±50℃，退火时间为30分钟，再采用无水乙醇对退火后的铜丝进行冷却；
(3)使用无水乙醇对冷却后的铜丝进行超声震荡清洗；
(4)利用氮气吹干清洗后的铜丝；
(5)将吹干后的铜丝表面经酸洗活化液进行酸洗活化，酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且甲基磺酸的用量为50mL/L；
(6)将酸洗活化后的铜丝放入盛有电镀液的锡铋合金电镀槽，其中，电镀液的组成按质量浓度比计含有：硫酸亚锡60g/L、甲基磺酸铋2g/L、甲基磺酸50mL/L、明胶3g/L，余量为水。且铜丝作为阴极并位于两个阳极板之间，铜丝距两个阳极板的距离相等，阳极板为不锈钢板，维持阴极电流密度为3A/dm2、温度为25℃，电镀30分钟，得到导电焊丝。
采用上述实施例1的制备方法制备的导电焊丝，其直径为0.50mm，且导电焊丝的焊接材料层厚度均匀一致。请参见图3，图3所示为实施例1中制备的导电焊丝的焊接材料层的扫描电镜能偶图，分析得知焊接材料层的组成按质量百分比计为：铋54.7％，锡45.2％，余量为不可避免的杂质，而且余量中并不含有铅和银，另外焊接材料层的厚度为50μm。
实施例2
本实施例中，用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法包括以下步骤：
(1)选取含铜纯度大于99.99％的铜丝作为铜芯，铜丝的直径为0.21mm；
(2)将铜丝进行退火处理，并采用无水乙醇进行退火保护，其中退火温度为400±50℃，退火时间为30分钟，再采用无水乙醇对退火后的铜丝进行冷却；
(3)使用无水乙醇对冷却后的铜丝进行超声震荡清洗；
(4)利用氮气吹干清洗后的铜丝；
(5)将吹干后的铜丝表面经酸洗活化液进行酸洗活化，该酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且该甲基磺酸的用量为100mL/L；
(6)将酸洗活化后的铜丝放入盛有电镀液的锡铋合金电镀槽，其中，电镀液的组成按质量浓度比计含有：硫酸亚锡40g/L、甲基磺酸铋7g/L、甲基磺酸200mL/L、明胶5g/L，余量为水。且铜丝作为阴极并位于两个阳极板之间，铜丝距两个阳极板的距离相等，阳极板为不锈钢板，维持阴极电流密度为1.8A/dm2、温度为25℃，电镀20分钟，得到导电焊丝。
采用上述实施例2的制备方法制备的导电焊丝，其直径为0.25mm，且导电焊丝的焊接材料层厚度均匀一致。焊接材料层的组成按质量百分比计为：铋56.7％，锡43.1％，余量为不可避免的杂质，同时也并不含有铅和银，且焊接材料层的厚度为20μm。
实施例3
本实施例中，用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法包括以下步骤：
(1)选取含铜纯度大于99.99％的铜丝作为铜芯，铜丝的直径为0.70mm；
(2)将铜丝进行退火处理，并采用无水乙醇进行退火保护，其中退火温度为400±50℃，退火时间为30分钟，再采用无水乙醇对退火后的铜丝进行冷却；
(3)使用无水乙醇对冷却后的铜丝进行超声震荡清洗；
(4)利用氮气吹干清洗后的铜丝；
(5)将吹干后的铜丝表面经酸洗活化液进行酸洗活化，该酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且该甲基磺酸的用量为200mL/L；
(6)将酸洗活化后的铜丝放入盛有电镀液的锡铋合金电镀槽，其中，电镀液的组成按质量浓度比计含有：硫酸亚锡25g/L、甲基磺酸铋8g/L、甲基磺酸100mL/L、明胶1g/L，余量为水。且铜丝作为阴极并位于两个阳极板之间，铜丝距两个阳极板的距离相等，阳极板为不锈钢板，维持阴极电流密度为3A/dm2、温度为25℃，电镀40分钟，得到导电焊丝。
采用上述实施例3的制备方法制备的导电焊丝，其直径为0.78mm，且导电焊丝的焊接材料层厚度均匀一致。焊接材料层的组成按质量百分比计为：铋62.6％，锡37.3％，余量为不可避免的杂质，同时也并不含有铅和银，且焊接材料层的厚度为40μm。
实施例4
本实施例中，用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法包括以下步骤：
(1)选取含铜纯度大于99.99％的铜丝作为铜芯，铜丝的直径为0.70mm；
(2)将铜丝进行退火处理，并采用无水乙醇进行退火保护，其中退火温度为400±50℃，退火时间为30分钟，再采用无水乙醇对退火后的铜丝进行冷却；
(3)使用无水乙醇对冷却后的铜丝进行超声震荡清洗；
(4)利用氮气吹干清洗后的铜丝；
(5)将吹干后的铜丝表面经酸洗活化液进行酸洗活化，该酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且该甲基磺酸的用量为200mL/L；
(6)将酸洗活化后的铜丝放入盛有电镀液的锡铋合金电镀槽，其中，电镀液的组成按质量浓度比计含有：硫酸亚锡20g/L、甲基磺酸铋10g/L、甲基磺酸100mL/L、明胶1g/L，余量为水。且铜丝作为阴极并位于两个阳极板之间，铜丝距两个阳极板的距离相等，阳极板为不锈钢板，维持阴极电流密度为3A/dm2、温度为25℃，电镀40分钟，得到导电焊丝。
采用上述实施例4的制备方法制备的导电焊丝，其直径为0.78mm，且导电焊丝的焊接材料层厚度均匀一致。焊接材料层的组成按质量百分比计为：铋62.8％，锡37.1％，余量为不可避免的杂质，同时也并不含有铅和银，且焊接材料层的厚度为40μm。
综上所述，本发明的太阳能电池的导电焊丝由于其横截面为圆形，可以减少太阳能电池的遮光面积，从而增加电池板的光电转换效率；另外，导电焊丝表面的焊接材料层采用锡铋合金材料，电镀法易控制在纵向延伸的焊丝表面镀层厚度均匀一致，润湿铺展性好，而且锡铋合金材料的熔点较纯锡和锡银合金低，与锡铅合金相近，所以导电焊丝可实现低温自动焊接，明显降低焊接过程对太阳能电池板的高温冲击伤害，可降低太阳能电池板焊接的生产成本，也减少了锡渣形成的浪费，铋元素也能有效抑制“锡瘟”和锡晶须产生；再者，本发明的用于太阳能电池的导电焊丝其焊接材料层既不含铅也不含银，使导电焊丝在生产和应用过程中，减少了对人体健康的危害和对环境的污染，具有显著的环保优势，也降低了导电焊丝的生产成本。
藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的保护范围加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的保护范围内。因此，本发明所申请的权利要求的保护范围应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (6)

1.一种用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法，其特征在于，该导电焊丝的横截面为圆形，且该导电焊丝包括：铜芯，该铜芯的横截面为圆形；以及焊接材料层，该焊接材料层包覆于该铜芯的外表面，且该焊接材料层由锡铋合金材料组成，且该焊接材料层的成分按质量百分比计为：铋53％～63％，锡36％～46％，余量为不可避免的杂质，该制备方法包括以下步骤：
步骤S1：选取含铜纯度大于99.99％的铜丝作为铜芯；
步骤S2：将该铜丝进行退火处理，并采用无水乙醇进行退火保护，其中退火温度为400±50℃，退火时间为30分钟，再采用无水乙醇对退火后的铜丝进行冷却；
步骤S3：使用无水乙醇对冷却后的铜丝进行超声震荡清洗；
步骤S4：利用氮气吹干清洗后的铜丝；
步骤S5：将吹干后的铜丝表面经酸洗活化液进行酸洗活化，该酸洗活化液由甲基磺酸和水配制，且甲基磺酸的用量为50～200mL/L；
步骤S6：将酸洗活化后的铜丝放入盛有电镀液的锡铋合金电镀槽，该电镀液的组成按质量浓度比计含有：硫酸亚锡20～60g/L、甲基磺酸铋1～10g/L、甲基磺酸50～200mL/L、明胶1～5g/L，余量为水，且铜丝作为阴极并位于两个阳极板之间，铜丝距两个阳极板的距离相等，维持阴极电流密度为1～3A/dm2、温度为25℃，电镀3～40分钟，得到该导电焊丝。
2.如权利要求1所述的用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法，其特征在于，该铜丝的直径为0.18～0.72mm。
3.如权利要求1所述的用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法，其特征在于，该阳极板为不锈钢板。
4.如权利要求1所述的用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法，其特征在于，该导电焊丝的直径为0.2～0.8mm。
5.如权利要求1所述的用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法，其特征在于，该焊接材料层的厚度占该导电焊丝的半径的10％～20％。
6.如权利要求1所述的用于太阳能电池的导电焊丝的制备方法，其特征在于，在该导电焊丝的长度延伸方向上，该焊接材料层于该铜芯的外表面上的厚度相同。
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Application publication date: 20170613

Assignee: Taizhou Xingda special wire rope Co.,Ltd.

Assignor: JIANGSU XINGDA STEEL CORD Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021320000017

Denomination of invention: Preparation of conductive wire for solar cell

Granted publication date: 20190524

License type: Common License

Record date: 20210129