CN108544123A - 一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金，其中合金各组元按质量百分比由以下组分组成：Sn 58％‑63％，Pb 33％‑40％，In 1％‑3％，Ga0.1％‑1％，以上组分质量百分比之和为100％。该合金具有较低熔点，其制备方法为：步骤1，分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒、铅颗粒、铟颗粒及镓颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Sn 58％‑63％，Pb33％‑40％，In 1％‑3％，Ga 0.1％‑1％；步骤2，将步骤1称取的各原料分别进行超声波清洗；步骤3，将步骤2经超声波清洗后的各原料进行冶炼；步骤4，将步骤3制备得到的锡‑铅‑铟‑镓合金浇铸成合金锭。该方法简单易操作。

Description

一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金及其制备方法
技术领域
本发明属于有色合金及光伏焊带技术领域，具体涉及一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金；本发明还涉及该光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法。
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。与水能、风能、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。
光伏焊带用钎料合金主要是以Sn-Pb二元系钎料为主，由于其熔点低(183℃)，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，代表性合金有共晶合金Sn63Pb37及近共晶合金Sn60Pb40。除此之外，Sn-Pb二元系有长期的使用历史，已经积累了详尽的性能、生产应用、设计、可靠性等方面的数据。为了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，开发新型低熔点光伏焊带用钎料已亟不可待，具有深远的现实意义和广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金，具有合金熔点低及良好的钎焊性能。
本发明的另一个目的是提供一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金，其中合金各组元按质量百分比由以下组分组成：Sn 58％-63％，Pb 33％-40％，In1％-3％，Ga 0.1％-1％，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明所采用的另一种技术方案是：一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，称取各金属颗粒原料：分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒、铅颗粒、铟颗粒及镓颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Sn58％-63％，Pb 33％-40％，In1％-3％，Ga 0.1％-1％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的各金属颗粒原料分别进行超声波清洗；
步骤3，将步骤2经超声波清洗后的各金属颗粒原料进行冶炼，加热至熔化，得到锡-铅-铟-镓合金；
步骤4，将步骤3制备得到的锡-铅-铟-镓合金浇铸成合金锭，得到光伏焊带用锡铅铟基钎料合金。
本发明的特征在于，
步骤3具体按以下步骤实施：
步骤3.1，将步骤2经超声波清洗后的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒放入陶瓷坩埚中加热至熔化；
步骤3.2，待步骤3.1中的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒全部熔化后，加入步骤2经超声波清洗后的镓颗粒，加热到350℃-400℃，待全部金属颗粒熔化后保温30min-60min；
步骤2中超声波清洗的时间为20min-40min。
步骤3中，保温期间，每隔5min-10min用石英棒搅拌一次。
步骤3中，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护。
本发明一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的有益效果是：该钎料合金熔点低，抗氧化性较好，钎焊性能优良；该钎料合金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。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供了一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金，其中合金各组元按质量百分比由以下组分组成：Sn 58％-63％，Pb 33％-40％，In 1％-3％，Ga0.1％-1％，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明还提供了一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，称取各金属颗粒原料：分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒、铅颗粒、铟颗粒及镓颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Sn58％-63％，Pb 33％-40％，In1％-3％，Ga 0.1％-1％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的各金属颗粒原料分别进行超声波清洗，超声波清洗的时间为20min-40min；
步骤3，将步骤2经超声波清洗后的各金属颗粒原料进行冶炼，加热至熔化，，得到锡-铅-铟-镓合金，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护；
步骤3.1，将步骤2经超声波清洗后的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒放入陶瓷坩埚中加热至熔化；
步骤3.2，待步骤3.1中的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒全部熔化后，加入步骤2经超声波清洗后的镓颗粒，加热到350℃-400℃，待全部金属颗粒熔化后保温30min-60min，保温期间，每隔5min-10min用石英棒搅拌一次；
步骤4，将步骤3制备得到的锡-铅-铟-镓合金浇铸成合金锭，得到光伏焊带用锡铅铟基钎料合金。
该合金中各组分的作用和功能如下：
锡(Sn)在钎料中的主要作用；①金属锡和铜基板之间有良好的亲和力作用，因此借助于低活性焊剂就可以达到良好的润湿；②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；③锡铅共晶合金熔点低(183℃)，符合光伏电池板钎焊工艺要求。
铅(Pb)在钎料中具有独特的作用：①由于铅的再结晶温度低于室温且具有很好的塑性，因此铅在锡铅钎料中提供了延展性；②铅降低了钎料表面和界面的能量。共晶的锡铅合金在Cu表面具有很低的润湿角(约11°)，而纯Sn在Cu表面的润湿角为35°。同样，它在钎料和金属间化合物Cu6Sn5之间的表面能也很低；③共晶的锡铅熔点很低，为183℃，满足光伏电池板钎焊工艺要求。
铟(In)在钎料中的作用：①由于铟的熔点低(156.61℃)，在钎料合金中主要用来降低合金熔点；②利用铟来降低表面张力，增加钎料润湿性能；③铟的导电率相比锡、铅和铋均高，故通过在合金中添加少量铟来提高钎料合金的导电率。
镓(Ga)在钎料中的作用：①由于镓的熔点低(29.8℃)，在钎料合金中主要用来降低合金熔点；②利用镓可以提高钎料的抗氧化性；③在钎料中添加镓有助于提高钎料合金的流动性。
实施例1
一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，称取各金属颗粒原料：分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒、铅颗粒、铟颗粒及镓颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Sn58％，Pb 40％，In 1％，Ga1％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的各金属颗粒原料分别进行超声波清洗，超声波清洗的时间为20min；
步骤3，将步骤2经超声波清洗后的各金属颗粒原料进行冶炼，加热至熔化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护；
步骤3.1，将步骤2经超声波清洗后的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒放入陶瓷坩埚中加热至熔化；
步骤3.2，待步骤3.1中的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒全部熔化后，加入步骤2经超声波清洗后的镓颗粒，加热到350℃，待全部金属颗粒熔化后保温30min，保温期间，每隔5min用石英棒搅拌一次；
步骤4，将步骤3制备得到的锡-铅-铟-镓合金浇铸成合金锭，得到光伏焊带用锡铅铟基钎料合金。
实施例1制得的Sn58Pb40In1Ga1钎料合金其熔点为178.5℃，抗氧化性较好，导电率为6.32Ms/m。性能符合光伏电池板钎焊工艺要求。
实施例2
一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，称取各金属颗粒原料：分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒、铅颗粒、铟颗粒及镓颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Sn63％，Pb 33％，In 3％，Ga1％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的各金属颗粒原料分别进行超声波清洗，超声波清洗的时间为40min；
步骤3，将步骤2经超声波清洗后的各金属颗粒原料进行冶炼，加热至熔化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护；
步骤3.1，将步骤2经超声波清洗后的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒放入陶瓷坩埚中加热至熔化；
步骤3.2，待步骤3.1中的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒全部熔化后，加入步骤2经超声波清洗后的镓颗粒，加热到400℃，待全部金属颗粒熔化后保温60min，保温期间，每隔10min用石英棒搅拌一次；
步骤4，将步骤3制备得到的锡-铅-铟-镓合金浇铸成合金锭，得到光伏焊带用锡铅铟基钎料合金。
实施例2制得的Sn63Pb33In3Ga1钎料合金其熔点为176℃，抗氧化性较好，导电率为6.42Ms/m。性能符合光伏电池板钎焊工艺要求。
实施例3
一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，称取各金属颗粒原料：分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒、铅颗粒、铟颗粒及镓颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Sn62.9％，Pb 35％，In 2％，Ga0.1％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的各金属颗粒原料分别进行超声波清洗，超声波清洗的时间为25min；
步骤3，将步骤2经超声波清洗后的各金属颗粒原料进行冶炼，加热至熔化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护；
步骤3.1，将步骤2经超声波清洗后的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒放入陶瓷坩埚中加热至熔化；
步骤3.2，待步骤3.1中的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒全部熔化后，加入步骤2经超声波清洗后的镓颗粒，加热到380℃，待全部金属颗粒熔化后保温50min，保温期间，每隔8min用石英棒搅拌一次；
步骤4，将步骤3制备得到的锡-铅-铟-镓合金浇铸成合金锭，得到光伏焊带用锡铅铟基钎料合金。
实施例3制得的Sn62.9Pb35In2Ga0.1钎料合金其熔点为171℃，抗氧化性较好，导电率为6.35Ms/m。性能符合光伏电池板钎焊工艺要求。
实施例4
一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，称取各金属颗粒原料：分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒、铅颗粒、铟颗粒及镓颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Sn62.5％，Pb 34％，In 3％，Ga0.5％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的各金属颗粒原料分别进行超声波清洗，超声波清洗的时间为30min；
步骤3，将步骤2经超声波清洗后的各金属颗粒原料进行冶炼，加热至熔化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护；
步骤3.1，将步骤2经超声波清洗后的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒放入陶瓷坩埚中加热至熔化；
步骤3.2，待步骤3.1中的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒全部熔化后，加入步骤2经超声波清洗后的镓颗粒，加热到390℃，待全部金属颗粒熔化后保温40min，保温期间，每隔8min用石英棒搅拌一次；
步骤4，将步骤3制备得到的锡-铅-铟-镓合金浇铸成合金锭，得到光伏焊带用锡铅铟基钎料合金。
实施例4制得的Sn62.5Pb34In3Ga0.5钎料合金其熔点为169℃，抗氧化性较好，导电率为6.38Ms/m。性能符合光伏电池板钎焊工艺要求。
实施例4
一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，具体步骤如下：
步骤1，称取各金属颗粒原料：分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒、铅颗粒、铟颗粒及镓颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Sn59.7％，Pb 38％，In 2％，Ga0.3％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的各金属颗粒原料分别进行超声波清洗，超声波清洗的时间为30min；
步骤3，将步骤2经超声波清洗后的各金属颗粒原料进行冶炼，加热至熔化，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护；
步骤3.1，将步骤2经超声波清洗后的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒放入陶瓷坩埚中加热至熔化；
步骤3.2，待步骤3.1中的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒全部熔化后，加入步骤2经超声波清洗后的镓颗粒，加热到400℃，待全部金属颗粒熔化后保温40min，保温期间，每隔6min用石英棒搅拌一次；
步骤4，将步骤3制备得到的锡-铅-铟-镓合金浇铸成合金锭，得到光伏焊带用锡铅铟基钎料合金。
实施例5制得的Sn59.7Pb38In2Ga0.3钎料合金其熔点为172℃，抗氧化性较好，导电率为6.36Ms/m。性能符合光伏电池板钎焊工艺要求。
本发明一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的优点为：该钎料合金熔点低，抗氧化性较好，钎焊性能优良；该钎料合金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。

Claims (6)

1.一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金，其特征在于，其中合金各组元按质量百分比由以下组分组成：Sn 58％-63％，Pb 33％-40％，In 1％-3％，Ga 0.1％-1％，以上组分质量百分比之和为100％。
2.一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1，称取各金属颗粒原料：分别称取纯度均为99.99％的锡颗粒、铅颗粒、铟颗粒及镓颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Sn 58％-63％，Pb 33％-40％，In1％-3％，Ga 0.1％-1％，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1称取的各金属颗粒原料分别进行超声波清洗；
步骤3，将步骤2经超声波清洗后的各金属颗粒原料进行冶炼，加热至熔化，得到锡-铅-铟-镓合金；
步骤4，将步骤3制备得到的锡-铅-铟-镓合金浇铸成合金锭，得到光伏焊带用锡铅铟基钎料合金。
3.根据权利要求2所述的一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，其特征在于，步骤3具体按以下步骤实施：
步骤3.1，将步骤2经超声波清洗后的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒放入陶瓷坩埚中加热至熔化；
步骤3.2，待步骤3.1中的锡颗粒、铅颗粒和铟颗粒全部熔化后，加入步骤2经超声波清洗后的镓颗粒，加热到350℃-400℃，待全部金属颗粒熔化后保温30min-60min。
4.根据权利要求2所述的一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，其特征在于，步骤2中超声波清洗的时间为20min-40min。
5.根据权利要求2所述的一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，其特征在于，步骤3中，保温期间，每隔5min-10min用石英棒搅拌一次。
6.根据权利要求2所述的一种光伏焊带用锡铅铟基钎料合金的制备方法，其特征在于，步骤3中，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护。
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