CN107138870A - 一种用于光伏电池组件高效焊带的焊料及其制备方法 - Google Patents

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李兵
白灵科
张军
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Abstract

本发明公开了一种用于光伏电池组件高效焊带的焊料，该焊料包含Sn、Ag、Bi、In、Ge、Pb。本发明同时还公开了这种焊料的制备方法，主要包括制备锡银合金、制备锡锗合金以及制备焊料的步骤。本发明的焊料润湿性好，可焊性高，有效避免了虚焊、焊接不稳、焊接不牢等问题。同时，本发明提供的焊料焊接后抗拉强度高。本发明提供的制备焊料的方法通过先制备锡银合金以及锡锗合金来优化最终所得焊料各组分的分布，使焊料成分更加均匀。

Description

一种用于光伏电池组件高效焊带的焊料及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏电池组件焊接领域，具体涉及一种用于光伏电池组件高效焊带的焊料及其制备方法。
背景技术
常规的光伏组件需要利用焊带将不同电池片串联起来，达到组件功率输出目的。由于焊带焊接需求，及其本身的遮挡，其减少了电池片的受光面积，根据焊带规格及焊带数目，焊带的遮光面积可以达到电池面积的2％至4％，减少的受光面积直接减少了组件的输出功率。目前，通过焊带的异构化，实现焊带表面反射光的部分复用，提高能源转化效率，是行业内通常的做法。
当采用市场上现行的自动串焊机焊接时，除非大幅提高异构宽表面上基带平面的总面积占异构宽表面总面积的比例，否则接触背银的异构宽表面与背银之间容易出现虚焊的风险。但大幅提高异构宽表面上基带平面的总面积占异构宽表面总面积比例会导致焊带表面反射光复用能力大幅下降。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种焊料，该焊料的物理性能更优，即使用在异构的焊带上时，也能够用现行的自动串焊机进行良好焊接，在行业内具有非常重大的现实意义。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于光伏电池组件高效焊带的焊料，该焊料包含Sn、Ag、Bi、In、Ge、Pb。
进一步地，该焊料中各组分的质量百分比为Sn 52-58％、Ag 1.50-2.1％、Bi 0.8-1.6％、In 0.01-1.20％、Ge 0.005-1.20％以及余量的Pb。
进一步地，该焊料中各组分的质量百分比为Sn 54％、Ag 1.8％、Bi1.2％、In0.6％、Ge 0.6％以及Pb 41.8％。
在本发明提供的焊料中，由于银的作用，改善了其焊料润湿性，从而制止了劣质焊接的出现，抗疲劳性方面得到改善；由于铋的作用，使本发明的低银焊料合金强度更佳；由于铟的作用，使本发明的焊料具有精细结构，并且合金的强度得到提高；锗可以在表面上形成薄层氧化物，因此合金的焊料润湿性和抗疲劳性均被改善。
本发明同时还提供了这种焊料的制备方法，其具体包括以下步骤：
1)制备锡银合金：先把纯锡投入坩埚中，升温至1050℃，待锡全部熔化时将银锭投入到锡液中，再升温到1100℃待原料全部熔化，搅拌并捞去合金液表面上的浮渣后，静置20-40分钟，使Sn-Ag合金结晶细化，得到锡银合金锭；
2)制备锡锗合金：先把锡投入坩埚中，升温至1050℃，待锡全部熔化时将锗锭投入到锡液中，再升温到1100℃待原料全部熔化，搅拌并捞去合金液表面上的浮渣后，静置20分钟，使Sn-Ge合金结晶细化，得到锡锗合金锭；
3)制备焊料：先将纯铅和余量纯锡锭升温至280℃-400℃熔化，待原料全部熔化后搅拌至少15分钟，捞去灰渣，并投入步骤1)中所得的Sn-Ag合金以及步骤2)中所得的Sn-Ge合金，再投入铟锭和铋锭，全部熔化后二次搅拌，静置20-40分钟，得到用于光伏电池组件高效焊带的焊料。
进一步地，步骤1)中锡和银的质量比为96.27:3.73。按照该组分所得的锡银中间合金的熔点低，在后续熔化过程中更易熔化。
进一步地，步骤2)中锡和锗的质量比为9:1。
进一步地，其中纯锡的纯度大于99.96％。
进一步地，步骤3)还包括在二次搅拌之后进行调质处理。
本发明的焊料润湿性好，可焊性高，有效避免了虚焊、焊接不稳、焊接不牢等问题。同时，本发明提供的焊料焊接后抗拉强度高。本发明提供的焊料制备方法通过先制备锡银合金以及锡锗合金来优化最终所得焊料各组分的分布，使成分更加均匀。
具体实施方式
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
实施例一
先把纯度大于99.96％的纯锡投入坩埚中，升温至1050℃。待锡全部熔化时将银锭投入到锡液中，其中锡和银的质量百分比为96.27:3.73。再升温到1100℃待锡、银全部熔化，充分搅拌并捞去合金液表面上的浮渣。静置20分钟，使Sn-Ag合金结晶细化，得到锡银合金锭备用。
将纯度大于99.96％的纯锡投入另一坩埚中，升温至1050℃。待锡全部熔化时将锗锭投入到锡液中，其中锡和锗的质量百分比为90:10。再升温到1100℃待原料全部熔化，充分搅拌并捞去合金液表面上的浮渣。静置20分钟，使Sn-Ge合金结晶细化，得到锡锗合金锭备用。
将纯铅和余量纯锡锭(根据要制备焊料中锡的质量百分比以及锡银合金和锡锗合金中所包含的锡的质量百分比计算得到)升温至280℃熔化。待原料全部熔化后搅拌15分钟，捞去灰渣，并将制备好的Sn-Ag合金锭以及Sn-Ge合金锭投入到该熔液中，再投入铟锭和铋锭，待原料全部熔化后二次搅拌，静置20分钟，得到用于光伏电池组件高效焊带的焊料。所得焊料的最终组成及质量配比为Sn 52％、Ag 1.50％、Bi 0.8％、In 0.01％、Ge 0.005％以及余量的Pb。
实施例二
先把纯度大于99.96％的纯锡投入坩埚中，升温至1050℃。待锡全部熔化时将银锭投入到锡液中，其中锡和银的质量百分比为96.27:3.73。再升温到1100℃待锡、银全部熔化，充分搅拌并捞去合金液表面上的浮渣。静置30分钟，使Sn-Ag合金结晶细化，得到锡银合金锭备用。
将纯度大于99.96％的纯锡投入另一坩埚中，升温至1050℃。待锡全部熔化时将锗锭投入到锡液中，其中锡和锗的质量百分比为90:10。再升温到1100℃待原料全部熔化，充分搅拌并捞去合金液表面上的浮渣。静置20分钟，使Sn-Ge合金结晶细化，得到锡锗合金锭备用。
将纯铅和余量纯锡锭(根据要制备焊料中锡的质量百分比以及锡银合金和锡锗合金中所包含的锡的质量百分比计算得到)升温至340℃熔化。待原料全部熔化后搅拌20分钟，捞去灰渣，并将制备好的Sn-Ag合金锭以及Sn-Ge合金锭投入到该熔液中，再投入铟锭和铋锭，待原料全部熔化后二次搅拌，搅拌后进行调质处理，之后静置30分钟，得到用于光伏电池组件高效焊带的焊料。所得焊料的最终组成及质量配比为Sn 54％、Ag 1.80％、Bi1.2％、In 0.6％、Ge 0.6％以及余量的Pb。
实施例三
先把纯度大于99.96％的纯锡投入坩埚中，升温至1050℃。待锡全部熔化时将银锭投入到锡液中，其中锡和银的质量百分比为96.27:3.73。再升温到1100℃待锡、银全部熔化，充分搅拌并捞去合金液表面上的浮渣。静置40分钟，使Sn-Ag合金结晶细化，得到锡银合金锭备用。
将纯度大于99.96％的纯锡投入另一坩埚中，升温至1050℃。待锡全部熔化时将锗锭投入到锡液中，其中锡和锗的质量百分比为90:10。再升温到1100℃待原料全部熔化，充分搅拌并捞去合金液表面上的浮渣。静置20分钟，使Sn-Ge合金结晶细化，得到锡锗合金锭备用。
将纯铅和余量纯锡锭(根据要制备焊料中锡的质量百分比以及锡银合金和锡锗合金中所包含的锡的质量百分比计算得到)升温至400℃熔化。待原料全部熔化后搅拌30分钟，捞去灰渣，并将制备好的Sn-Ag合金锭以及Sn-Ge合金锭投入到该熔液中，再投入铟锭和铋锭，待原料全部熔化后二次搅拌，搅拌后进行调质处理，之后静置40分钟，得到用于光伏电池组件高效焊带的焊料。所得焊料的最终组成及质量配比为Sn 58％、Ag 2.10％、Bi1.6％、In 1.20％、Ge 1.20％以及余量的Pb。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于光伏电池组件高效焊带的焊料，其特征在于，所述焊料包含Sn、Ag、Bi、In、Ge、Pb。
2.根据权利要求1所述的用于光伏电池组件高效焊带的焊料，其特征在于，所述焊料中各组分的质量百分比为Sn 52-58％、Ag 1.50-2.1％、Bi 0.8-1.6％、In 0.01-1.20％、Ge0.005-1.20％以及余量的Pb。
3.根据权利要求2所述的用于光伏电池组件高效焊带的焊料，其特征在于，所述焊料中各组分的质量百分比为Sn 54％、Ag 1.8％、Bi 1.2％、In 0.6％、Ge 0.6％以及Pb 41.8％。
4.一种制备权利要求1-3任一项所述的用于光伏电池组件高效焊带的焊料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备锡银合金：先把纯锡投入坩埚中，升温至1050℃，待锡全部熔化时将银锭投入到锡液中，再升温到1100℃待原料全部熔化，搅拌并捞去合金液表面上的浮渣后，静置20-40分钟，使Sn-Ag合金结晶细化，得到锡银合金锭；
2)制备锡锗合金：先把锡投入坩埚中，升温至1050℃，待锡全部熔化时将锗锭投入到锡液中，再升温到1100℃待原料全部熔化，搅拌并捞去合金液表面上的浮渣后，静置20分钟，使Sn-Ge合金结晶细化，得到锡锗合金锭；
3)制备焊料：先将纯铅和余量纯锡锭升温至280℃-400℃熔化，待原料全部熔化后搅拌至少15分钟，捞去灰渣，并投入步骤1)中所得的Sn-Ag合金以及步骤2)中所得的Sn-Ge合金，再投入铟锭和铋锭，全部熔化后二次搅拌，静置20-40分钟，得到所述用于光伏电池组件高效焊带的焊料。
5.根据权利要求4所述的制备用于光伏电池组件高效焊带的焊料的方法，其特征在于，步骤1)中锡和银的质量比为96.27:3.73。
6.根据权利要求4所述的制备用于光伏电池组件高效焊带的焊料的方法，其特征在于，步骤2)中锡和锗的质量比为9:1。
7.根据权利要求4所述的制备用于光伏电池组件高效焊带的焊料的方法，其特征在于，所述纯锡的纯度大于99.96％。
8.根据权利要求4所述的制备用于光伏电池组件高效焊带的焊料的方法，其特征在于，步骤3)还包括在二次搅拌之后进行调质处理。
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