CN108393608B - 一种光伏焊带用无铅合金焊料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏焊带用无铅合金焊料，包括以下原料：锡、铋、锑、锗、铟和铈，其制备方法包括以下制备步骤：步骤1，加热锡原料，待锡原料熔化后，加入锑原料、锗原料、铈原料、铋原料和铟原料，得原料混合物；步骤2，对所述原料混合物进行保温，搅拌，得光伏焊带用无铅合金焊料。本发明所得的光伏焊带用无铅合金焊料不含铅原料，绿色环保，其熔点低、导电率好、抗氧化性高、铺展性能好，具有良好的钎焊性能；其制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。

Description

一种光伏焊带用无铅合金焊料及其制备方法
技术领域
本发明涉及有色合金及光伏焊带领域，具体涉及一种光伏焊带用无铅合金焊料及其制备方法。
背景技术
随着近现代工业的繁荣发展，传统煤炭、石油、天然气等化石燃料能源消耗日益加剧，从而使得地壳中化石燃料的储量急剧下降，世界能源危机愈发突出。新型清洁能源的研究与开发迫在眉睫，诸如太阳能、风能、水能、核能等。与风能、水能、核能等相比，太阳能在转化为其他能量(主要是电能)时没有任何排放和噪声，因此在众多清洁能源中太阳能是最具潜力的化石燃料替代能源之一。目前太阳能的应用技术相对成熟，并且安全可靠。光伏焊带又称镀锡铜带，即在无氧铜带上镀上一层锡基钎料，是太阳能电池组件中重要的枢纽部分，起着传输及汇聚电池片所产生电流的关键作用，焊带质量的好坏将直接影响到光伏组件电流的收集效率，对光伏组件的功率影响很大。光伏焊带的涂层是为了实现与电池硅片(单晶硅、多晶硅、非晶硅)的连接，因为电池片在钎焊后会经历瞬间冷却，所以在冷却过程中产生较大的收缩变形，而硅材料、银浆和焊带的热膨胀系数不匹配会造成焊带与电池片之间产生很大的应力，从而会对电池片的强度产生较大的影响。焊接结束后由于这种力的作用会造成电池片的弓形，这种弓形在后续的敷设、层压及使用过程中很有可能发展成隐裂或者碎片；另外在太阳能电池片的单片焊接和片接的互联过程中，材料的温度变化并不均匀，焊接区域局部也会出现较大的温差，也会导致电池片局部应力集中明显，最终导致焊接过程中电池片的破碎。
目前光伏焊带用钎料合金主要是以Sn基、Pb基以及Sn-Pb基二元系钎料为主，主要由于其熔点低，价格低廉，润湿性能优异等优点在光伏焊带的制造领域得到了广泛的应用。但是铅是有毒金属，一方面，在人体中沉淀会引起中毒，铅及其化合物极易通过呼吸道、消化道和带伤口的皮肤侵入人体，容易导致多种疾病；另一方面，铅的使用并不符合现在所倡导的环保理念。综合考虑以上诸多因素，可知开发光伏焊带用新型低熔点无铅钎料合金是光伏行业发展的必然趋势。光伏焊带用低熔点无铅钎料合金不仅可以解决传统光伏焊带在制备和使用过程中无法避免的污染和毒害问题，而且能够减少由于钎焊温度过高而造成的电池片破碎，进一步提高光伏组件的功率。该工艺技术的推广应用，可减少对生态环境的污染，有着不可低估的环保效益。因此开发光伏焊带用新型低熔点无铅钎料已亟不可待，具有深远的现实意义和广阔的应用前景。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光伏焊带用无铅合金焊料及其制备方法，该光伏焊带用无铅合金焊料不含铅原料，绿色环保，其熔点低、导电率好、抗氧化性高、铺展性能好，具有良好的钎焊性能；其制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
(一)一种光伏焊带用无铅合金焊料，包括以下原料：锡、铋、锑、锗、铟和铈。
优选的，所述原料的用量为：铋25％-35％、锑1％-5％、锗0.1％-1％、铟1％-3％、铈0.1％-1％，余量为锡。
进一步优选的，所述原料的用量为：铋25％-29％、锑1.1％-5％、锗0.6％-1％、铟1％-1.8％、铈0.6％-1％，余量为锡。
(二)一种光伏焊带用无铅合金焊料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，加热锡原料，待锡原料熔化后，加入锑原料、锗原料、铈原料、铋原料和铟原料，得原料混合物；
步骤2，对所述原料混合物进行保温，搅拌，得光伏焊带用无铅合金焊料。
优选的，所述锡原料、铋原料和铟原料为单质。
优选的，所述锑原料为锡锑中间合金，所述锗原料为锡锗中间合金，所述铈原料为锡铈中间合金。
优选的，所述锡锑中间合金中锡与锑的质量比为93：7；所述锡锗中间合金中锡与锗的质量比为98：2；所述锡铈中间合金中锡与铈的质量比为98：2。
优选的，步骤1中，所述加热锡原料为加热至400-450℃。
优选的，步骤2中，所述保温的时间为30-50min。
优选的，步骤2中，所述搅拌为每隔5-10min搅拌一次。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明所得光伏焊带用无铅合金焊料不含铅原料，绿色环保，其熔点低、导电率好、抗氧化性高，具有良好的钎焊性能；在铜基板上的润湿性能和铺展性能优良，有利于光伏焊带的制备；其制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1为实施例1所得的光伏焊带用无铅合金焊料的DSC曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为热流，单位为mW/mg；
图2为实施例2所得的光伏焊带用无铅合金焊料的DSC曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为热流，单位为mW/mg；
图3为实施例3所得的光伏焊带用无铅合金焊料的DSC曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为热流，单位为mW/mg；
图4为对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料的DSC曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为热流，单位为mW/mg；
图5为对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料的DSC曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为热流，单位为mW/mg；
图6为实施例1所得的光伏焊带用无铅合金焊料的TGA曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为质量百分比，单位为％；
图7为实施例2所得的光伏焊带用无铅合金焊料的TGA曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为质量百分比，单位为％；
图8为实施例3所得的光伏焊带用无铅合金焊料的TGA曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为质量百分比，单位为％；
图9为对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料的TGA曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为质量百分比，单位为％；
图10为对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料的TGA曲线，其中，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为质量百分比，单位为％。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。
实施例1
一种光伏焊带用无铅合金焊料，包括以下原料：铋25％、锑5％、锗1％、铟1％、铈1％，余量为锡。
上述光伏焊带用无铅合金焊料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，制备锡锑中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锑颗粒置于坩锅中升温至750℃，纯锡颗粒和纯锑颗粒的质量比为93：7，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锑中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25：1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锑中间合金，备用。
步骤2，制备锡锗中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锗颗粒置于坩锅中升温至1050℃，纯锡颗粒和纯锗颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锗中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锗中间合金，备用。
步骤3，制备锡铋中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯铈颗粒置于坩锅中升温至900℃，纯锡颗粒和纯铈颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡铋中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡铋中间合金，备用。
步骤4，将纯度为99.99％的纯锡颗粒置于坩埚中加热至400℃，待纯锡颗粒完全熔化后加入锡锑中间合金、锡锗中间合金、锡铋中间合金、纯铋颗粒和铟颗粒，得原料混合物；
步骤5，待原料混合物全部熔化后保温30min，每隔5min使用钨棒搅拌一次，使原料混合物更加均匀，冶炼过程中采用松香进行保护，防止液态原料混合物氧化，最后铸成合金锭，得光伏焊带用无铅合金焊料。
实施例2
一种光伏焊带用无铅合金焊料，包括以下原料：铋35％、锑1％、锗0.1％、铟2％、铈0.1％，余量为锡。
上述光伏焊带用无铅合金焊料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，制备锡锑中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锑颗粒置于坩锅中升温至750℃，纯锡颗粒和纯锑颗粒的质量比为93：7，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锑中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25：1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锑中间合金，备用。
步骤2，制备锡锗中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锗颗粒置于坩锅中升温至1050℃，纯锡颗粒和纯锗颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锗中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锗中间合金，备用。
步骤3，制备锡铋中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯铈颗粒置于坩锅中升温至900℃，纯锡颗粒和纯铈颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡铋中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡铋中间合金，备用。
步骤4，将纯度为99.99％的纯锡颗粒置于坩埚中加热至450℃，待纯锡颗粒完全熔化后加入锡锑中间合金、锡锗中间合金、锡铋中间合金、纯铋颗粒和铟颗粒，得原料混合物；
步骤5，待原料混合物全部熔化后保温40min，每隔8min使用钨棒搅拌一次，使原料混合物更加均匀，冶炼过程中采用松香进行保护，防止液态原料混合物氧化，最后铸成合金锭，得光伏焊带用无铅合金焊料。
实施例3
一种光伏焊带用无铅合金焊料，包括以下原料：铋30％、锑2％、锗0.5％、铟3％、铈0.5％，余量为锡。
上述光伏焊带用无铅合金焊料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，制备锡锑中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锑颗粒置于坩锅中升温至750℃，纯锡颗粒和纯锑颗粒的质量比为93：7，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锑中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25：1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锑中间合金，备用。
步骤2，制备锡锗中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锗颗粒置于坩锅中升温至1050℃，纯锡颗粒和纯锗颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锗中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锗中间合金，备用。
步骤3，制备锡铋中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯铈颗粒置于坩锅中升温至900℃，纯锡颗粒和纯铈颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡铋中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡铋中间合金，备用。
步骤4，将纯度为99.99％的纯锡颗粒置于坩埚中加热至430℃，待纯锡颗粒完全熔化后加入锡锑中间合金、锡锗中间合金、锡铋中间合金、纯铋颗粒和铟颗粒，得原料混合物；
步骤5，待原料混合物全部熔化后保温50min，每隔10min使用钨棒搅拌一次，使原料混合物更加均匀，冶炼过程中采用松香进行保护，防止液态原料混合物氧化，最后铸成合金锭，得光伏焊带用无铅合金焊料。
实施例4
一种光伏焊带用无铅合金焊料，包括以下原料：铋29％、锑3％、锗0.8％、铟1.8％、铈0.6％，余量为锡。
上述光伏焊带用无铅合金焊料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，制备锡锑中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锑颗粒置于坩锅中升温至750℃，纯锡颗粒和纯锑颗粒的质量比为93：7，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锑中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25：1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锑中间合金，备用。
步骤2，制备锡锗中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锗颗粒置于坩锅中升温至1050℃，纯锡颗粒和纯锗颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锗中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锗中间合金，备用。
步骤3，制备锡铋中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯铈颗粒置于坩锅中升温至900℃，纯锡颗粒和纯铈颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡铋中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡铋中间合金，备用。
步骤4，将纯度为99.99％的纯锡颗粒置于坩埚中加热至425℃，待纯锡颗粒完全熔化后加入锡锑中间合金、锡锗中间合金、锡铋中间合金、纯铋颗粒和铟颗粒，得原料混合物；
步骤5，待原料混合物全部熔化后保温40min，每隔7.5min使用钨棒搅拌一次，使原料混合物更加均匀，冶炼过程中采用松香进行保护，防止液态原料混合物氧化，最后铸成合金锭，得光伏焊带用无铅合金焊料。
实施例5
一种光伏焊带用无铅合金焊料，包括以下原料：铋27％、锑1.1％、锗0.6％、铟1.5％、铈0.8％，余量为锡。
上述光伏焊带用无铅合金焊料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤1，制备锡锑中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锑颗粒置于坩锅中升温至750℃，纯锡颗粒和纯锑颗粒的质量比为93：7，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锑中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25：1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锑中间合金，备用。
步骤2，制备锡锗中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯锗颗粒置于坩锅中升温至1050℃，纯锡颗粒和纯锗颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡锗中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡锗中间合金，备用。
步骤3，制备锡铋中间合金：将纯度为99.99％的纯锡颗粒和纯铈颗粒置于坩锅中升温至900℃，纯锡颗粒和纯铈颗粒的质量比为98：2，待全部熔化后，用钨棒搅拌5分钟，接着冷却至400℃保温半小时，每隔5min用钨棒搅拌一次，使钎料锡铋中间合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，得锡铋中间合金，备用。
步骤4，将纯度为99.99％的纯锡颗粒置于坩埚中加热至400℃，待纯锡颗粒完全熔化后加入锡锑中间合金、锡锗中间合金、锡铋中间合金、纯铋颗粒和铟颗粒，得原料混合物；
步骤5，待原料混合物全部熔化后保温30min，每隔5min使用钨棒搅拌一次，使原料混合物更加均匀，冶炼过程中采用松香进行保护，防止液态原料混合物氧化，最后铸成合金锭，得光伏焊带用无铅合金焊料。
以上实施例中，由于锑、锗和铈元素均属于高熔点范畴，为了解决纯金属冶炼过程中低熔点元素严重烧损的问题，锑、锗和铈元素需以中间合金的形式加入来制备光伏焊带用无铅合金焊料。本发明的锑、锗和铈元素分别以锡锑中间合金、锡锗中间合金和锡铈中间合金的形式加入，上述中间合金的成分均为近共晶成分，其流动性好、液固相线温度区间较小，偏析较少。合金冶炼设备为箱式电阻炉，坩锅为刚玉坩锅。
本发明的光伏焊带用无铅合金焊料各原料的具体作用如下：
(1)锡：金属锡和铜基板之间有良好的亲和力作用，可借助于低活性焊剂达到良好的润湿；金属锡在钎焊过程中与基板铜易生成Cu6Sn5金属间化合物层，有利于提高钎焊接头的强度；锡铋共晶合金熔点低(139℃)，符合光伏电池板钎焊工艺要求。
(2)铋：由于铋的熔点低(271.3℃)，在钎料合金中主要用来降低合金熔点；铋可降低表面张力，增加钎料铺展性能；在钎料中添加铋有助于提高钎料合金的流动性。
(3)锑：提高钎料合金的抗氧化性；提高钎料的硬度。
(4)锗：提高钎料的电子迁移率、空穴迁移率；细化晶粒，提高合金的抗拉强度、延伸率等力学性能。
(5)铟：铟的熔点低(156.61℃)，在钎料合金中主要用来降低合金熔点；铟可降低表面张力，增加钎料润湿性能；铟的导电率比锡、铋和锑的导电率高，在光伏焊带用无铅合金焊料添加少量铟即可提高钎料合金的导电率。
(6)铈：增加钎料润湿性能；增加电导率；细化晶粒，提高合金的抗拉强度、延伸率等力学性能。
对比例1
一种光伏焊带用锡铅合金焊料，制备方法为：按质量百分比分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒60％，铅颗粒40％，放入陶瓷坩埚中加热到400℃，待锡颗粒和铅颗粒全部熔化后保温30min；每隔5min用石英棒搅拌一次，使钎料合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，即得。
对比例2
一种光伏焊带用锡铋合金焊料，制备方法为：按质量百分比分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒46％，铋颗粒54％，放入陶瓷坩埚中加热到400℃，待锡颗粒和铋颗粒全部熔化后保温30min；每隔5min用石英棒搅拌一次，使钎料合金均匀化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl-LiCl熔盐进行保护，可防止液态钎料合金氧化，最后铸成合金锭，即得。
对以上实施例所得的光伏焊带用无铅合金焊料、对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料和对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料的熔点、导电率、抗氧化性和铺展率进行测试，具体如下：
1、熔点
1)试验方法：采用差示扫描量热仪(DSC)测试熔点，加热速度为10K/min。
试验1:将实施例1所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述差示扫描量热仪对其熔点进行测试，试验结果如图1所示。
试验2：将实施例2所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述差示扫描量热仪对其熔点进行测试，试验结果如图2所示。
试验3：将实施例3所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述差示扫描量热仪对其熔点进行测试，试验结果如图3所示。
对比试验1：将对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料采用上述差示扫描量热仪对其熔点进行测试，试验结果如图4所示。
对比试验2：将对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料采用上述差示扫描量热仪对其熔点进行测试，试验结果如图5所示。
2)试验结果：如图1-5所示。
由图1可知，实施例1所得的光伏焊带用无铅合金焊料的熔点为168℃；由图2可知，实施例2所得的光伏焊带用无铅合金焊料的熔点为165℃；由图3可知，实施例3所得的光伏焊带用无铅合金焊料的熔点为160℃；由图4可知，对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料的熔点为183℃；由图5可知，对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料的熔点为138℃。
由图1-5可知，实施例1-3所得的光伏焊带用无铅合金焊料的熔点低于对比试验1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料的熔点，且高于对比试验2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料的熔点。
光伏焊带合金焊料的熔点过低时，光伏焊带的寿命和使用性能会大大打折扣；一方面，由于合金钎料的表面张力随着温度的升高而降低，合金钎料熔点低于150℃时会使其在铜板上的铺展率变差；另外一方面，由于光伏焊带的使用环境温度在-40℃～80℃之间，合金钎料熔点越低，合金钎料与环境的温差越小，钎料组成原子扩散加快，加剧了光伏焊带的失效。光伏焊带合金焊料的熔点过高时，由于钎焊温度较高容易造成电池板的变形甚至破碎。因此，本发明所得的光伏焊带用无铅合金焊料的熔点适当，既满足电池板的焊接工艺要求、使用寿命长，且电池板的破碎少。
2、导电率
1)试验方法：采用涡流电导仪测试导电率。
试验1:将实施例1所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述导电率试验方法进行测试。
试验2：将实施例2所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述导电率试验方法进行测试。
试验3：将实施例3所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述导电率试验方法进行测试。
对比试验1：将对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料采用上述导电率试验方法进行测试。
对比试验2：将对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料采用上述导电率试验方法进行测试。
2)试验结果：
实施例1所得的光伏焊带用无铅合金焊料的导电率为6.45Ms/m，实施例2所得的光伏焊带用无铅合金焊料的导电率为6.53Ms/m，实施例3所得的光伏焊带用无铅合金焊料的导电率为6.50Ms/m。对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料的导电率为6.41Ms/m，对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料的导电率为5.52Ms/m。
由于微量锗、铟和铈元素的添加，使得本发明所得的光伏焊带用无铅合金焊料的导电率优于光伏焊带用锡铅合金焊料和光伏焊带用锡铋合金焊料的导电率，本发明所得的光伏焊带用无铅合金焊料具有较高的光电转换效率。
3、抗氧化性
1)试验方法：采用热重分析仪(TGA)测试抗氧化性，加热速度为5K/min。
试验1:将实施例1所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述热重分析仪对其抗氧化性进行测试，试验结果如图6所示。
试验2:将实施例2所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述热重分析仪对其抗氧化性进行测试，试验结果如图7所示。
试验3:将实施例3所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述热重分析仪对其抗氧化性进行测试，试验结果如图8所示。
对比试验1：将对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料采用上述热重分析仪对其抗氧化性进行测试，试验结果如图9所示。
对比试验2：将对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料采用上述热重分析仪对其抗氧化性进行测试，试验结果如图10所示。
2)试验结果：如图6-10所示。
由图6-10可知，实施例1-3所得的光伏焊带用无铅合金焊料在加热的过程中质量变化不大，实施例1-3所得的光伏焊带用无铅合金焊料的抗氧化性略好于比对比例1所得光伏焊带用锡铅合金焊料和对比例2所得光伏焊带用锡铋合金焊料的抗氧化性，表明本发明所得的光伏焊带用无铅合金焊料具有较好的抗氧化性。
4、铺展性
1)试验方法：参考GB/T 11364-2008《钎料润湿性试验方法》，具体为：将退火的紫铜薄板(40×40×1mm)用砂纸打磨去除氧化层，并用乙醇擦净，所有试样各取0.5g钎料样品置于紫铜薄板上，用松香助焊剂覆盖，升温至Tm+50℃，Tm为钎料合金的熔点，保温60s后取出，待冷却至室温后测量铺展面积，铺展面积采用拍照法并利用AutoCAD软件计算面积，样品的铺展性能试验各做3组，测量并计算铺展面积的平均值，润湿面积以100％换算，以样品在无氧紫铜表面的铺展面积来表征铺展性能。
试验1:将实施例1所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述铺展性试验方法测试3次，试验结果如表1所示。
试验2：将实施例2所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述铺展性试验方法测试3次，试验结果如表1所示。
试验3：将实施例3所得的光伏焊带用无铅合金焊料采用上述铺展性试验方法测试3次，试验结果如表1所示。
对比试验1：将对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料采用上述铺展性试验方法测试3次，试验结果如表1所示。
对比试验2：将对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料采用上述铺展性试验方法测试3次，试验结果如表1所示。
2)试验结果:
表1铺展性试验结果
Figure BDA0001579378170000161
由表1可知，实施例1所得的光伏焊带用无铅合金焊料的平均铺展面积为99.42mm2，实施例2所得的光伏焊带用无铅合金焊料的平均铺展面积为97.32mm2，实施例3所得的光伏焊带用无铅合金焊料的平均铺展面积为96.63mm2，对比例1所得的光伏焊带用锡铅合金焊料的平均铺展面积为89.71mm2，对比例2所得的光伏焊带用锡铋合金焊料的平均铺展面积为55.46mm2。表明本发明所得的光伏焊带用无铅合金焊料铺展性较好，符合光伏电池板钎焊工艺要求。微量锗、铟和铈元素的添加使得表明本发明所得的光伏焊带用无铅合金焊料铺展性较好，符合光伏电池板钎焊工艺要求。
综上所述，本发明的光伏焊带用无铅合金焊料的熔点适当，既满足电池板的焊接工艺要求、使用寿命长，且电池板的破碎少；导电率好，光电转化效率高；铺展性好、抗氧化性高。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种光伏焊带用无铅合金焊料，其特征在于，由以下原料组成：锡、铋、锑、锗、铟和铈；所述原料的用量为：铋25％-29％、锑1.1％-5％、锗0.6％-1％、铟1％-1.8％、铈0.6％-1％，余量为锡；
所述光伏焊带用无铅合金焊料的制备方法包括以下制备步骤：
步骤1，加热锡原料，待锡原料熔化后，加入锑原料、锗原料、铈原料、铋原料和铟原料，得原料混合物；其中，所述锑原料为锡锑中间合金，所述锗原料为锡锗中间合金，所述铈原料为锡铈中间合金；
步骤2，对所述原料混合物进行保温，搅拌，并加入松香进行保护，得光伏焊带用无铅合金焊料。
2.根据权利要求1所述的光伏焊带用无铅合金焊料，其特征在于，所述锡原料、铋原料和铟原料为单质。
3.根据权利要求1所述的光伏焊带用无铅合金焊料，其特征在于，所述锡锑中间合金中锡与锑的质量比为93：7；所述锡锗中间合金中锡与锗的质量比为98：2；所述锡铈中间合金中锡与铈的质量比为98：2。
4.根据权利要求1所述的光伏焊带用无铅合金焊料，其特征在于，步骤1中，所述加热锡原料为加热至400-450℃。
5.根据权利要求1所述的光伏焊带用无铅合金焊料，其特征在于，步骤2中，所述保温的时间为30-50min。
6.根据权利要求1所述的光伏焊带用无铅合金焊料，其特征在于，步骤2中，所述搅拌为每隔5-10min搅拌一次。
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Denomination of invention: The invention relates to a lead-free alloy solder for photovoltaic welding belt and a preparation method thereof

Effective date of registration: 20220218

Granted publication date: 20201201

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Shaanxi pilot Free Trade Zone Xi'an high tech branch

Pledgor: XI'AN TELISON NEW MATERIALS CO.,LTD.

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