CN108544075B - 一种汇流条焊接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汇流条焊接系统，其中，焊接系统包括超声波焊接装置和加热装置，超声波焊接装置用于对电池片和焊带进行超声焊接，其包括焊接头和焊接底座，焊接底座位于焊接头下方，用于承载并固定电池片；加热装置用于对承载并固定在焊接底座上的电池片进行加热。本发明的汇流条焊接系统能够解决金属间化合物层生长过慢且厚度不均匀造成的拉力不均的问题，使得焊接后的产品满足电池的正常拉力指标，提高产品的可靠性，降低产品的不良率。

Description

一种汇流条焊接系统
技术领域
本发明涉及光伏电池组件生产领域，尤其涉及一种可应用于太阳能电池板中汇流条焊接工序的焊接系统。
背景技术
在太阳能电池中，单体太阳能电池不能直接做电源使用，而必须要若干单体电池串联或并联连接并封装成组件。从太阳能电池片到电池组件，需要将单片的电池连接起来使之成为一个整体，焊接就是其中的关键工序。目前广泛使用的焊接方法是超声波焊接，以将焊带焊接到电池片上。以铝带焊接为例，电池片的主体为一玻璃基板，该玻璃基板上镀有导电薄膜层，例如钼薄膜。这一焊接工艺的基本原理是使得焊接头在超声波能量作用下使铝带与半成品CIGS(由Cu、In、Ga、Se四种元素构成最佳比例的黄铜矿结晶薄膜太阳能电池)玻璃钼层之间形成金属间化合物(IMC，Intermetallic Compound)层。但是，这种超声波焊接工艺至少存在以下缺点：
1、金属间化合物生长过慢，容易造成金属间化合物的厚度不均，进而造成在电池失效分析的拉力试验中拉力不均，满足不了电池的正常拉力指标，产品可靠性差，不良率高的问题；
2、在焊带与导电薄膜层结合过程中容易掺入氧气而发生氧化，导致二者结合度差，也可能使产品焊接不了或焊接后的产品可靠性差的问题；
3、现有工艺无法实现自动化焊接，焊接效率低，产品不良率高，焊接成本高。
以上所述的一个或多个问题亟需改进。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的一方面的目的在于提供一种汇流条焊接系统，该焊接系统可以使得焊带和电池片之间形成一层均匀的金属间化合物层，有效提升产品可靠性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种汇流条焊接系统，其中，焊接系统包括超声波焊接装置和加热装置，超声波焊接装置用于对电池片和焊带进行超声焊接，其包括焊接头和焊接底座，焊接底座位于焊接头下方，用于承载并固定电池片；加热装置用于对承载并固定在焊接底座上的电池片进行加热，可以使得焊带和电池片之间形成一层均匀的金属间化合物层，解决了金属间化合物层生长过慢且厚度不均匀造成的拉力不均的问题，使得焊接后的产品满足电池的正常拉力指标，提高了产品的可靠性，降低了产品的不良率。
在一些实施例中，加热装置包括加热元件，加热元件嵌入式地设置在焊接底座内，用于对可承载并固定电池片的焊接底座进行加热。
在一些实施例中，加热装置还包括：温度传感器，用于检测焊接底座的温度；控制机构，根据温度传感器检测的焊接底座的温度控制加热元件的启闭。
在一些实施例中，焊接底座上承载电池片的一侧设置有加热块，加热块用于传导热量，以及承载并固定电池片。
在一些实施例中，焊接系统还包括负压形成装置，负压形成装置用于在电池片与焊接底座之间产生负压，将电池片吸附在焊接底座上。
在一些实施例中，负压形成装置包括真空发生器，加热块靠近电池片的一侧开设有若干个与真空发生器相连通的真空孔，且真空孔的开口端对准电池片。
在一些实施例中，超声波焊接装置还包括加压装置，加压装置用于推动焊接头移动，并对焊接时位于焊接底座上的电池片和焊带施加压力。
在一些实施例中，超声波焊接装置还包括超声波换能器，超声波换能器位于焊接头的一侧，用于产生超声波能量，并将超声波能量传递至焊接头，驱使焊接头产生沿焊带延展方向上的震荡。
在一些实施例中，焊接系统还包括保护气提供装置，保护气提供装置设置在焊接底座上，用于向电池片和焊带之间的间隙内通入保护气体。
在一些实施例中，焊接系统还包括传送机构，用于将电池片传送至焊接头所在区域。
与现有技术相比较，本发明提供的汇流条焊接系统可以使得焊带和电池片之间形成一层均匀的金属间化合物层，解决了金属间化合物层生长过慢且厚度不均匀造成的拉力不均的问题，使得焊接后的产品满足电池的正常拉力指标，提高了产品的可靠性，降低了产品的不良率。
应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。
本申请文件提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
图1为本发明一个实施方式的应用汇流条焊接系统焊接汇流条时电池片固定于焊接底座上的状态示意图；
图2为本发明一个实施方式的汇流条焊接系统的结构示意图；
图3为本发明一个实施方式的应用汇流条焊接系统焊接汇流条时输送来的电池片被吸附在加热块上的状态示意图；
图4为本发明一个实施方式的应用汇流条焊接系统焊接汇流条的流程示意图。
附图标记：
1-加压装置；2-焊接头；3-超声波换能器；4-保护气提供装置；
10-电池片；20-焊带；30-钼层；40-传送机构；50-金属间化合物层；
100-加热装置；101-焊接底座；102-加热块；103-真空发生器；104-加热元件；1021-真空孔。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
在目前的太阳能电池组件中汇流条的超声波焊接工艺中，由于金属间化合物层生长过慢，因此可能造成拉力不均的问题。为此，在本发明中，提供了一种改进的新型的汇流条的焊接方法，同时在本发明中还提供了应用于汇流条的焊接方法的焊接系统。
首先，请参照本发明说明书附图2和附图3，在本实施例中，提供了一种应用于汇流条的焊接方法的焊接系统的具体结构，其中，焊接系统包括超声波焊接装置和加热装置，超声波焊接装置能够对电池片10和焊带20进行超声焊接，从而将电池片10和焊带20焊接在一起，具体地，超声波焊接装置包括焊接头2和焊接底座101，焊接底座101位于焊接头2下方，用于承载并固定电池片10。
图1示出了应用汇流条焊接系统焊接汇流条时电池片固定于焊接底座上的状态示意图，在进行超声焊接过程中，加热装置100用于对承载并固定在焊接底座101上的电池片10进行加热。具体地，加热装置100包括加热元件104，加热元件104嵌入式地设置在焊接底座101内，用于对可承载并固定电池片10的焊接底座101进行加热。作为优选，加热元件104可通过穿设在焊接底座101内的加热棒的形式实现，节省安装空间，且成本低。在焊接工艺过程中，加热棒受控产生热量，热量继而被传导至焊接底座101，从而对焊接底座101进行加热。
由于在整个焊接过程中，电池片10被始终保持在焊接底座101上，因而在利用超声波焊接装置对电池片10和焊带20之间进行超声焊接时，焊接底座101持续得到加热，从而能够在电池片10和焊带20之间加速金属间化合物层50的生长。例如，当通过超声波焊接装置对电池片10和焊带20进行焊接时，电池片10的表面镀有钼层30，焊带20可以选择铝带，在进行超声焊接过程中，实际上是在电池片10上的钼层30和焊带20之间形成金属间化合物层50。本领域技术人员应当理解，焊带20与钼层30之间形成金属间化合物层50仅为示例性说明，钼层30作为薄膜导电层仍有其他替换可能，例如为ITO(锡掺杂三氧化铟)、AZO(铝掺杂氧化锌)等，而铝带也可根据需要替换为铜带、银带或者银铝合金材质等等。在这一过程中，至于加热棒本身的热源，可以由其他加热体提供，也可以由加热棒本身通过电加热方式实现。
再者，在一些实施例中，应当理解，为了便于工艺过程中的温度控制，作为优选，加热装置100还可进一步包括：温度传感器(图1中未示出)和控制机构(图1中未示出)，其中，温度传感器配置为实时检测焊接底座101的温度并将检测的温度值反馈至控制机构进行温度控制，控制机构用于根据温度传感器检测的焊接底座101的温度值控制加热元件104的启闭。在通过控制机构进行加热控制的过程中，加热元件104配置为当焊接底座101的检测温度低于焊接温度预设值时，通电启动并对焊接底座101进行持续均匀加热，热量最终将通过焊接底座101被传导至电池片10，以使得电池片10的温度升高，从而加速焊接时金属间化合物层的形成。这样，通过在焊接系统中引入温度控制，使得电池片10能够保持在一定温度之上，可以有效促进金属间化合物的生长，解决了由于金属间化合物生长过慢且厚度不均而造成的电池失效分析的拉力试验中拉力不均，满足不了电池的正常拉力指标的问题，提升了工艺的稳定性和产品的可靠性，降低了产品不良率，从而降低了焊接成本。作为进一步优选，焊接温度预设值通常控制在200℃-400℃范围。
如图2所示，超声波焊接装置还包括超声波换能器3，超声波换能器3位于焊接头2的一侧，用于产生超声波能量，并将超声波能量传递至焊接头2，驱使焊接头2产生沿焊带20延展方向上的震荡。震荡过程中的能量会促使焊带20与电池片10上的薄膜导电层(例如钼层30)之间产生金属间化合物，形成金属间化合物层50。但这一震荡过程也同样可能导致电池片10与焊带20之间的连接可靠性降低。因此，在本发明技术方案中，电池片10需要被固定保持在焊接底座101上。本领域技术人员应当理解，这一目的可通过机械结构实现的卡接、限位和/或固定方式实现。
为了使得电池片10在焊接底座101上固定的同时能够被良好地加热，在一些实施例中，作为优选，在焊接底座101上承载电池片10的一侧设置有加热块102，加热块102承载并固定电池片10，同时能够吸收焊接底座101传递来的热量，并将热量均匀地传递给电池片10，以实现对电池片10加热的目的，从而提升产品的可靠性。
在一些实施例中，可通过负压吸附的形式将电池片10吸附固定在焊接底座101上方的加热块102上。本发明实施例提供的焊接系统还包括负压形成装置，例如采用如图1的真空发生器103。在采用真空发生器103的实施方式中，加热块102靠近电池片10的一侧开设有若干个与真空发生器103相连通的真空孔1021，且真空孔1021的开口端对准电池片10，通过真空发生器103在真空孔1021处形成负压，从而能够将电池片10吸附在加热块102上。
另外，在实施汇流条的焊接方法的过程中，以一定压力将焊接头2压紧在焊带20上可有助于焊带20与电池片10之间产生金属间化合物层50。因此，作为优选，超声波焊接装置还包括加压装置1，加压装置1由焊接头2支撑并可独立地相对于焊接头2动作,推动焊接头2移动，并对焊接时位于焊接底座101上的电池片10和焊带20施加压力。作为进一步优选，焊接头2对焊带20施加的压力为20-100N，加压的持续时间为10-50ms。
此外，在传统的超声波焊接工艺中，焊带20与电池片10表面的导电薄膜层(例如钼层)的结合过程中容易掺入氧气而发生氧化，导致两者结合度差。为了避免这一问题，在一些实施例中，作为优选，如图2所示，焊接系统还包括保护气提供装置4，保护气提供装置4设置在焊接底座101上，用于向电池片10和焊带20之间的间隙内通入保护气体。这一过程中，保护气体的组成成分在其中是重要因素，优选地，保护气体是二氧化碳、氩气、氦气或氮气中的一种或至少两种的混合气体。
作为进一步优选，本发明的一些实施方式中，可以在焊接系统进一步包括传送机构40，用于将电池片10传送至焊接头2所在区域，进一步地传送至焊接头2下方的加热块102上，以此可以进一步实现整个焊接工艺的自动化，提高焊接效率，实现量产，带来一定的经济效益。
以上详细介绍了本发明提供的汇流条的焊接工艺所使用的焊接系统的具体实现方式，该系统可以使得汇流条的超声波焊接工艺得以实施，加速金属间化合物层生长，提升制得产品的可靠性。同时在一些实施例中，使得在工艺过程中实现自动化焊接成为可能。以下将结合上述技术内容进一步对本发明的汇流条的焊接方法做具体说明。具体地，本发明实施例提供的一种汇流条的焊接方法，如图4所示，包括：
S1,将电池片10固定于超声波焊接装置的焊接底座101上，将焊带20放置于电池片10上；
S2，对焊接底座101进行加热，焊接底座101将热量传导至电池片10；
S3，采用超声波焊接装置将电池片10与焊带20焊接在一起，电池片10与焊带20之间形成金属间化合物层50。
该方法可以在焊接过程中加速金属间化合物层50生长，使得焊带和电池片之间形成一层均匀的金属间化合物层，从而解决了由于金属间化合物生长过慢且厚度不均而造成的电池失效分析的拉力试验中拉力不均，满足不了电池的正常拉力指标的问题，提升了工艺的稳定性和产品的可靠性，降低了产品不良率，从而降低了焊接成本。
另外，在一些实施例中，作为优选，将电池片10固定于焊接底座101上包括：采用负压形成装置在电池片10与焊接底座101之间产生负压，将电池片10吸附在焊接底座101上。具体地，负压形成装置包括真空发生器103；焊接底座101上承载电池片10的一侧设置有能够传导热量的加热块102，加热块102靠近电池片10的一侧开设有若干个与真空发生器103相连通的真空孔1021，且真空孔1021的开口端对准电池片。
在一些实施例中，作为优选，在对焊接底座101进行加热之前，还包括：在电池片10与焊带20之间的焊接接触面处通入流动的保护气体，以将保护气体引入到电池片10与焊带20之间的间隙中。其中，保护气体为二氧化碳、氩气、氦气和氮气中的一种或至少两种的混合气体。
在一些实施例中，作为优选，对焊接底座101进行加热包括：检测焊接底座101的温度，当检测到焊接底座101的温度低于焊接温度预设值时，开启加热装置100，以对焊接底座101进行加热。这一检测过程可以通过温度传感器实时采集并反馈至控制机构。也可以根据需要以一定的预设时间间隔进行采集，控制机构根据温度传感器反馈的温度与焊接温度预设值进行比较，当比较结果表明焊接底座101的温度低于焊接温度预设值时，则启动加热装置100对电池片10进行加热。在这一过程中，通常地，焊接温度预设值为200℃-400℃。
在汇流条的超声波焊接时，超声波焊接装置作为主要的焊接设备，通常包括有超声波换能器3，但是，超声波换能器3的频率及功率仍是工艺控制中的重要因素。在本发明提供的汇流条的焊接方法中，作为优选，超声波换能器3的频率为20kHz-200kHz，超声波换能器3的功率为10-150w。另一方面，在一些实施例中，也可以通过控制焊接头2抵压焊带20至电池片1上的压力大小及抵压时间来提升工艺制得的产品的可靠性，例如，超声波焊接装置的焊接头对焊带加压的压力可控制为20-100N，而加压的持续时间可控制为10-50ms。
再者，为了提升汇流条的焊接方法的自动化程度，提升焊接效率，在一些实施例中，作为优选，在电池片10固定于焊接底座上101之前，可通过传动机构将电池片10传送至焊接区域。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种汇流条焊接系统，其特征在于，
所述焊接系统包括超声波焊接装置和加热装置(100)，所述超声波焊接装置用于对电池片(10)和焊带(20)进行超声焊接，其包括焊接头(2)和焊接底座(101)，所述焊接底座(101)位于所述焊接头(2)下方，用于承载并固定电池片(10)；所述加热装置(100)用于对承载并固定在所述焊接底座(101)上的电池片(10)进行加热；
所述加热装置(100)包括加热元件(104)，所述加热元件(104)嵌入式地设置在所述焊接底座(101)内，用于对可承载并固定电池片(10)的焊接底座(101)进行加热；
所述焊接底座(101)上承载所述电池片(10)的一侧设置有加热块(102)，所述加热块(102)用于传导热量，以及承载并固定所述电池片(10)；
在整个焊接过程中，电池片(10)被始终保持在焊接底座(101)上，利用超声波焊接装置对电池片(10)和焊带(20)之间进行超声焊接时，焊接底座(101)持续得到加热，从而能够在电池片(10)和焊带(20)之间加速金属间化合物层(50)的生长；当通过超声波焊接装置对电池片(10)和焊带(20)进行焊接时，电池片(10)的表面镀有钼层(30)，焊带(20)选择铝带，在进行超声焊接过程中，实际上是在电池片(10)上的钼层(30)和焊带(20)之间形成金属间化合物层(50)；
所述超声波焊接装置还包括超声波换能器，所述超声波换能器位于所述焊接头(2)的一侧，用于产生超声波能量，并将所述超声波能量传递至所述焊接头(2)，驱使所述焊接头(2)产生沿所述焊带(20)延展方向上的震荡；
所述加热装置(100)还包括：
温度传感器，用于检测所述焊接底座(101)的温度；
控制机构，根据所述温度传感器检测的所述焊接底座(101)的温度控制所述加热元件(104)的启闭；
所述焊接系统还包括负压形成装置，所述负压形成装置用于在所述电池片(10)与所述焊接底座(101)之间产生负压，将所述电池片(10)吸附在所述焊接底座(101)上；
所述负压形成装置包括真空发生器(103)，所述加热块(102)靠近所述电池片(10)的一侧开设有若干个与所述真空发生器(103)相连通的真空孔(1021)，且真空孔(1021)的开口端对准所述电池片(10)；
所述超声波焊接装置还包括加压装置(1)，所述加压装置(1)用于推动所述焊接头(2)移动，并对焊接时位于所述焊接底座(101)上的电池片(10)和焊带(20)施加压力；
所述焊接系统还包括保护气提供装置(4)，所述保护气提供装置(4)设置在所述焊接底座(101)上，用于向所述电池片(10)和所述焊带(20)之间的间隙内通入保护气体；
所述焊接系统还包括传送机构(40)，用于将所述电池片(10)传送至所述焊接头(2)所在区域。
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