CN108365042A - 一种光伏焊带其制备方法和光伏组件 - Google Patents

一种光伏焊带其制备方法和光伏组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光伏焊带，包括导电基带和包覆于导电基带表面锡焊层，所述锡焊层的组成包括：Sn 55～65wt％，Pb 35～45wt％，Bi 1～5wt％，Ga0.0005～0.5wt％。本发明提供的光伏焊带，通过特定配比的Sn‑Pb‑Bi‑Ga四元材料组成了焊料，尤其是添加了Bi、Ga元素后焊料熔点为145‑170℃，可实现低温焊接的同时保持较好的焊接拉力，同时保证了理想的组件返修率。此外，采用本发明提供的光伏焊带的光伏组件的光电转化效率也得到有效的提高。

Description

一种光伏焊带其制备方法和光伏组件
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能组件制造领域，尤其是涉及一种光伏焊带其制备方法和光伏组件。
背景技术
晶体硅太阳能电池片本身较脆，太阳能组件包括多个电池片，这些电池片通过铜基光伏焊带相连，光伏焊带中较为常见的锡焊层成分是60％Sn、40％Pb。在相图中Sn-Pb合金的共晶点温度在183℃左右，即光伏焊带中锡焊层熔点是183℃，而在实际焊接过程中，焊接温度要高于焊料熔点20℃以上。电池片在焊接过程中因翘曲变形较大，焊接后隐裂风险大、破片率较高。尤其是对于PERC单晶而言，本身内应力较大，焊接后更易出现翘曲变形、破片。造成组件返修率升高及成品率降低。
在上述背景下，低温光伏焊带因运而生。但是，这些光伏焊带在常规光伏焊带基础上，对其焊料成分变动较大，成本也势必增加很多，其次焊接效果也未见明显提升。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种光伏焊带，本发明提供的光伏焊带能够实现低温焊接，减低组件返修率，同时提高电池的光电转换效率。
本发明提供了一种光伏焊带，包括导电基带和包覆于导电基带表面的锡焊层，所述锡焊层的组成包括：
Sn 55～65wt％，Pb 35～45wt％，Bi 1～5wt％，Ga 0.0005～0.5wt％。
优选的，所述锡焊层的组成包括：
Sn56～58wt％，Pb38～40wt％，Bi 2～4wt％，Ga 0.01～0.05wt％。
优选的，所述导电基带的材质选自纯铜、铜铝合金、铜银合金、铜银铝合金和铜锌合金中一种或几种。
优选的，所述导电基带的厚度为0.1～0.4mm，宽度为1.0～2.5mm。
优选的，所述锡焊层厚度为10～30μm。
本发明提供了一种光伏焊带的制备方法，其特征在于，包括：
A)将锡、铅、镓和铋原料加热熔融混合，得到熔融液；
B)将导电基带表面与熔融液接触，得到光伏焊带。
优选的，所述锡、铅、镓和铋的质量比为(55～65)：(35～45)：(0.0005～0.5)：(1～5)。
优选的，所述步骤B)具体为：将导电基带浸渍于熔融液中，得到光伏焊带。
优选的，步骤A)所述加热熔融的温度为215～220℃；所述加热时间为30～35min。
本发明提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括玻璃、EVA、背板、以及封装于背板与玻璃之间的太阳能电池组；所述太阳能电池组为若干个通过光伏焊带连接的太阳能电池片；所述光伏焊带为上述技术方案任意一项所述的光伏焊带或上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到的光伏焊带。
与现有技术相比，本发明提供了一种光伏焊带，包括导电基带和包覆于导电基带表面锡焊层，所述锡焊层的组成包括：Sn 55～65wt％，Pb 35～45wt％，Bi 1～5wt％，Ga0.0005～0.5wt％。本发明提供的光伏焊带，通过特定配比的Sn-Pb-Bi-Ga四元材料组成了焊料，尤其是添加了Bi、Ga元素后焊料熔点为145-170℃，可实现低温焊接的同时保持较好的焊接拉力，同时保证了理想的组件返修率。此外，采用本发明提供的光伏焊带的光伏组件的光电转化效率也得到有效的提高。
附图说明
图1为锡镓合金相图。
具体实施方式
本发明提供了一种光伏焊带其制备方法和光伏组件，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供了一种光伏焊带，包括导电基带和包覆于导电基带表面锡焊层，所述锡焊层的组成包括：
Sn 55～65wt％，Pb 35～45wt％，Bi 1～5wt％，Ga 0.0005～0.5wt％。
为了改善焊接过程中电池片的情况，降低组件的返修率，降低焊接温度是最有效的方式之一。目前常规焊带的焊接温度一旦下降到200℃以下，就会出现虚焊和空焊现象。市场上SnPbAg焊料不能满足大幅度降低焊接温度、SnPbAgBi焊料存在成本较高而限制其推广使用。
本发明提供的光伏焊带，包括导电基带。
本发明所述导电基带的材质优选选自纯铜、铜铝合金、铜银合金、铜银铝合金和铜锌合金中一种或几种；更优选为纯铜，(含铜量≥99.99％)。
本发明所述导电基带的厚度优选为0.1～0.4mm，宽度优选为1.0～2.5mm；更优选为1.2～2.0mm。
本发明提供的光伏焊带，包括包覆于导电基带表面锡焊层。
现有的常规焊料Sn-Pb合金的熔点为180℃左右，本发明人创造性的发现，在现有合金中加入本发明所述特定组分和配比的金属元素，可以有效降低合金混合物的熔点，可实现低温焊接的同时保持较好的焊接拉力，同时保证了理想的组件返修率。但加入不慎，效果也不佳，例如在常规焊料中加入铋，形成了Sn-Pb-Bi合金焊料，最佳混合比例的Sn-Pb-Bi合金熔点最低可以达到140℃左右，但是该焊料存在稳定性和流动性较差以及脆性较大。
本发明提供的锡焊层的组成优选包括：
Sn56～63wt％，Pb36～43wt％，Bi 1～4wt％，Ga 0.01～0.3wt％。
更优选包括：
Sn56～58wt％，Pb38～40wt％，Bi 2～4wt％，Ga 0.01～0.05wt％。
本发明提供的锡焊料熔点为160～180℃，适合低温焊接，其稳定性、流动性、润湿性较佳。低温焊接后，焊缝组织得到细化。
本发明提供的光伏焊带的焊锡层主要为锡铅合金，事实已经证明，普通光伏焊带中锡铅焊料焊接性能较好，只是锡铅焊料熔点还是偏高，焊接愈来愈薄的电池片时，会引起电池片破片率提高。
本发明焊接温度减少，焊接过程中银电极、电池片与焊带之间的相对热变形就会减少，因此能够改善焊接片损情况。
有数据说明，在奥特维焊接机上试验，焊接功率下降2％，电池片焊接破片率也会相应下降1％左右；在小牛焊接机上试验，焊接温度下降10度，焊机破片率下降3％左右。
另外，需要指出的是，光伏组件在层压时的温度为142±2℃，为了保证焊带与汇流条、电池片焊接位置不会引起脱落，焊料的熔点不能一味的降低，以免出现组件层压后报废现象。
本发明人通过对焊料配方的进一步改良及实验研究发现，当所述焊锡层的组成为Sn57Pb40Bi3Ga0.05时，其熔点为178℃，使得焊接温度降至185℃。采用此最佳配比组成焊带表面镀锡层焊接效果非常好，大幅度降低了焊接温度，改善电池破片率，并且保证了组件的良率。
在本发明中，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。
按照本发明，所述锡焊层厚度优选为10～30μm。即为，复合于所述导电基带上表面的锡焊层厚度优选为10～30μm；更优选为20～30μm；复合于所述导电基带下表面的锡焊层厚度优选为10～30μm；更优选为20～30μm。
本发明对于导电基带侧面的锡焊层的厚度，没有特殊要求。
本发明与现有技术的光伏焊带的结果可以相同或不同，若相同，仅仅在于锡焊层的组成不同。
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。
本发明提供了一种光伏焊带，包括导电基带和包覆于导电基带表面锡焊层，所述锡焊层的组成包括：Sn 55～65wt％，Pb 35～45wt％，Bi 1～5wt％，Ga0.0005～0.5wt％。本发明提供的光伏焊带，通过特定配比的Sn-Pb-Bi-Ga四元材料组成了焊料，尤其是添加了Bi、Ga元素后焊料熔点为145-170℃，可实现低温焊接的同时保持较好的焊接拉力，同时保证了理想的组件返修率。此外，采用本发明提供的光伏焊带的光伏组件的光电转化效率也得到有效的提高。
本发明提供了一种光伏焊带的制备方法，其特征在于，包括：
A)将锡、铅、镓和铋原料加热熔融混合，得到熔融液；
B)将导电基带表面与熔融液接触，得到光伏焊带。
本发明提供的光伏焊带的制备方法首先将锡、铅、镓和铋原料加热熔融混合，得到熔融液。
按照本发明，所述锡、铅、镓和铋的质量比优选为(55～65)：(35～45)：(0.0005～0.5)：(1～5)；更优选为(56～63)：(36～43)：(0.01～0.3)：(1～4)；最优选为(56～58)：(38～40)：(0.01～0.05)：(2～4)。
本发明对其来源不进行限定，市售即可。
本发明对于所述加热熔融的具体方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。本发明所述加热熔融的温度为215～220℃；所述加热时间为30～35min。
本发明优选加热熔融过程中用搅拌器将熔融的金属合金液体搅拌均匀。本发明对于所述搅拌的具体方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
按照本发明，所述步骤B)具体为：将导电基带浸渍于熔融液中，得到光伏焊带。
本发明对于所述浸渍的具体方式不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
本发明所述浸渍后优选还包括经过风刀装置干制得到光伏焊带。
本发明提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括玻璃、EVA、背板、以及封装于背板与玻璃之间的太阳能电池组；所述太阳能电池组为若干个通过光伏焊带连接的太阳能电池片；所述光伏焊带为上述技术方案任意一项所述的光伏焊带或上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到的光伏焊带。
采用本发明提供的光伏焊带所制备的光伏组件，其焊接温度比常规焊接温度低至少10℃以上，焊接拉力数值与常规焊带相接近，甚至更高。在保证电池片良率提高的同时，光伏组件的光电转化效率也得到提高。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种光伏焊带其制备方法和光伏组件进行详细描述。
实施例1～2
按表1中所示将各原料混合均匀组成焊锡层并将其熔融，然后将0.3mm厚度、1.5mm宽度的铜带浸渍于该熔融液中，经过风刀装置后依次得到光伏焊带。其中，铜基带上、下表面锡焊层厚度都为23±4um。
比较例1～3
按表1中所示将各原料混合均匀组成锡焊层并将其熔融，然后将0.3mm厚度、1.5mm宽度的铜带浸渍于该熔融液中，经过风刀装置后得到光伏焊带。其中，铜基带上、下表面锡焊层厚度都为23±4um。
表1不同组分焊料的熔点比较
性能测试
1、焊接拉力测试
将各光伏焊带样品与电池片采用自动焊接机进行焊接，焊接台温度为110℃左右，采用不同的温度进行焊接，观察是否有虚焊现象。再分别记录光伏焊带与电池片的焊接拉力(单位：N/mm),测试结果如下表2所示。
表2不同光伏焊带焊接拉力情况
2、光伏组件可靠性测试
安装IEC 61215的测试方法对各光伏组件进行可靠性测试，记录其-40℃-85℃热循环性能、耐湿热性能、耐湿冻性能、热斑耐久性能、反向电流过载性能，性能合格记录为OK，反之记录为NG。
表3组件各项测试结果比较
3、组件返修率对比
电池片经过自动串焊机焊接，经层叠后将6串电池串形成一个组件，再经前道EL机测试电池片是否有隐裂、破片情况，焊接一定数量的电池片，最后记录组件的返修率8％左右。焊接温度选取185℃
4、功率比较(CTM比较)
采用本发明所提供的光伏焊带所制备的光伏组件，经过功率测试仪(HalmIV测试仪)测试组件的功率大小。测试一定数量组件的功率后，并计算、记录CTM值，测试结果如表3所示。
从表2的测试结果可知：采用本发明实施例1～2具有特定组成的光伏焊带进行焊接，可以实现低温焊接，其中实施例2制备得到的光伏焊带焊接效果最好，焊接拉力高于常规光伏焊带的平均值(背面拉力3N)。
从表3的测试结果可知：本发明的具有特定锡焊层组成的实施例2光伏焊带制作而成的光伏组件WDA2，其具有良好的的热循环性能，耐湿热性能，耐室外暴露性能以及热斑耐久性能，组件返修率为8％左右，CTM仅为2.12％，明显优于采用比较例3光伏焊带制作成的光伏组件WA1。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光伏焊带，包括导电基带和包覆于导电基带表面锡焊层，所述锡焊层的组成包括：
Sn 55～65wt％，Pb 35～45wt％，Bi 1～5wt％，Ga 0.0005～0.5wt％。
2.根据权利要求1所述的光伏焊带，其特征在于，所述锡焊层的组成包括：
Sn56～58wt％，Pb38～40wt％，Bi 2～4wt％，Ga 0.01～0.05wt％。
3.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选自纯铜、铜铝合金、铜银合金、铜银铝合金和铜锌合金中一种或几种。
4.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，宽度为1.0～2.5mm。
5.根据权利要求1所述的光伏焊带，其特征在于，所述锡焊层厚度为10～30μm。
6.一种光伏焊带的制备方法，其特征在于，包括：
A)将锡、铅、镓和铋原料加热熔融混合，得到熔融液；
B)将导电基带表面与熔融液接触，得到光伏焊带。
7.根据权利要求1所述的光伏焊带，其特征在于，所述锡、铅、镓和铋的质量比为(55～65)：(35～45)：(0.0005～0.5)：(1～5)。
8.根据权利要求1所述的光伏焊带，其特征在于，所述步骤B)具体为：将导电基带浸渍于熔融液中，得到光伏焊带。
9.根据权利要求1所述的光伏焊带，其特征在于，步骤A)所述加热熔融的温度为215～220℃；所述加热时间为30～35min。
10.一种光伏组件，所述光伏组件包括玻璃、EVA、背板、以及封装于背板与玻璃之间的太阳能电池组；所述太阳能电池组为若干个通过光伏焊带连接的太阳能电池片；所述光伏焊带为本发明权利要求1～5任意一项所述的光伏焊带或权利要求6～9任意一项所述的制备方法制备得到的光伏焊带。
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