CN112621013B - 一种太阳能光伏焊带专用焊锡条及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏焊带技术领域，涉及一种焊锡条，具体涉及一种太阳能光伏焊带专用焊锡条及其制备方法。其技术要点如下：由内至外包括Sn‑Bi钎料、防氧化层和助焊层；按照重量份数计算，所述Sn‑Bi钎料，包括如下组分：Sn 90~120份，Bi 10~20份，Zn 5~8份和I 0.3~0.5份。本发明提供的太阳能光伏焊带专用焊锡条及其制备方法，改善了Sn‑Bi钎料的脆性和润湿性，使焊接点更加饱满光亮，提高了太阳能组件的效率。具有良好的经济实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及光伏焊带技术领域，涉及一种焊锡条，具体涉及一种太阳能光伏焊带专用焊锡条及其制备方法。
背景技术
光伏焊带作为太阳能电池中的重要组件之一，它的研究对太阳能电池的发展起着至关重要的作用。光伏焊带的主要作用是用于连接电池片和导电汇流以及一定的散热功能和机械制成作用。因此研究光伏焊带成为了太阳能行业中必不可少的一个命题。决定光伏焊带质量的一个重要因素就是Cu带表面的钎料镀层，由于在光伏行业中还有没有完全的禁铅，因此Sn-Pb凭借着其优良的焊接性能以及低廉的价格在光伏行业中仍然占有一席之地。然而随着人们对绿色环保的追求，寻求无铅环保型的光伏焊带用钎料成为了光伏焊带的发展趋势。当Sn中加入了Bi，由于Bi的加入，显现了Bi的脆性特征，使得合金脆性变大，从而引起合金塑性降低，设置会出现脆性破坏现象。
有鉴于上述现有的光伏焊带专用焊锡条中存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年，有着丰富的实务经验及专业知识，熟练和充分地运用化学机理，在实践中不断研究和创新，创设了一种太阳能光伏焊带专用焊锡条及其制备方法，本方法改善了Sn-Bi钎料的脆性和润湿性，使焊接点更加饱满光亮，提高了太阳能组件的效率。通过不断研究、设计，并经过反复试验和改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，改善了Sn-Bi钎料的脆性和润湿性，使焊接点更加饱满光亮，提高了太阳能组件的效率，具有产业价值。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提供的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，由内至外包括Sn-Bi钎料、防氧化层和助焊层；按照重量份数计算，Sn-Bi钎料，由如下元素组成：Sn 90～120份，Bi 10～20份，Zn 5～8份和I 0.3～0.5份。本发明提供的Sn-Bi钎料的制备方法如下：
(1)将Bi添加到纯Sn中。其过程为将纯Sn和微米级Cr(10～600μm)颗粒在惰性气体环境中加热到800～1000℃，并在该温度下保温30～60min。熔炼过程中施加电磁搅拌。将熔炼结束后的Sn-Bi合金温度降至300℃；
(2)将其它微量元素添加到Sn-Cr合金中后，在300℃下继续熔炼20～30min，熔炼过程中，以惰性气体为保护气氛，并施加电磁搅拌，以制备Sn-Bi钎料，其中I元素以SnI4的方式添加；
(3)将制备的Sn-Bi钎料浇注成锭并冷却至室温。
Zn的加入能够改善合金的脆性，提高合金的最大拉伸载荷；I元素以SnI4的形式加入到合金中，利用I元素特殊的核外电子排布，对合金中其他金属元素产生配位，形成Sn-I-Bi晶体体系，从而改善了Bi元素的加入带来的脆性，并提高了钎料的抗氧化能力；且由于I元素是以SnI4的方式加入，不会使卤素对抗氧化层和助焊层产生黄化的影响。
进一步的，按照重量份数计算，助焊层包括如下组分：异丙醇30～50份，聚硅氮烷改性松香50～60份，活化剂10～20份，缓蚀剂5～8份，表面活性剂5～8份。聚硅氮烷又叫有机聚硅氮烷，是指主链由Si-N键组成，侧链含有有机基团的聚合物，Si-N键能发生水解反应生成硅醇，并释放出NH3，硅醇会与松香中的羟基反应，进而将聚硅氮烷引入到松香中，当其作为助焊剂时，能够有效提高焊锡条的润湿性。
进一步的，活化剂是黄原酸、黄原酸钠或黄原酸纤维素中的任意一种。选择黄原酸以及黄原酸盐或黄原酸纤维素的目的是通过其对金属的螯合作用，提高助焊剂的润湿性，并通过其大的空间位阻，阻止焊接过程中Cu6Sn5、Cu3Sn、Ag3Sn界面化合物在光伏焊带中的形成，提高了光伏模组的导电性以及连接的可靠性。
进一步的，缓蚀剂是丝氨醇、L-焦谷氨醇或3-氨基-2甲基苯甲醇中的任意一种。上述缓蚀剂的加入能够提高焊锡条的抗氧化性能，同时，在氨基醇基团的存在下，提高了钎料的铺展率，从而提高了钎料的润湿性。
进一步的，按照重量份数计算，表面活性剂是甘油单油酸酯、甘油二油酸酯、甘油三油酸酯、聚山梨酸酯40、聚山梨酸酯80或松香酸聚氧乙烯醚中的任意一种。
进一步的，按照重量份数计算，防氧化层包括如下组分：二硼化铪3～5份，碲化物2～3份和硼粉1～2份。二硼化铪具有高熔点高耐腐蚀性，作为氧化层沉积在焊锡条表面，有效提高了焊锡条的抗氧化能力，在焊接时，微量的二硼化铪进入到焊接点上，提高焊接点的导电性能，进而提高光伏组件的效率。碲化物同样具有高的抗氧化能力，有效保证了焊锡条的抗氧化性能和抗腐蚀性能。
碲化物是碲化铂、碲化镓或碲化锇中的任意一种。在焊接时，少量的上述碲化物能够掺和进焊接点中，抑制焊接点上IMC层的生产，从而减少了焊接点的空白点的产生，提高了焊接强度，进而提高了光伏组件的效率。
进一步的，防氧化层是采用离子喷涂的方式负载在Sn-Bi钎料表面。离子喷涂的方式能够保证抗氧化层与钎料之间的连接强度。
进一步的，聚硅氮烷改性松香的改性方法是：110～130℃下将松香和聚硅氮烷溶于乙醇中，搅拌，加入三乙胺进行乳化后，加入催化剂，反应结束后，自然冷却到室温，得到聚硅氮烷改性松香。
本发明的第二个目的是提供一种太阳能光伏焊带专用焊锡条的制备方法，具有同样的效果。
本发明的上述技术效果是由以下技术方案实现的：
本发明提供的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.将二硼化铪，碲化物和硼粉混合均匀，采用离子喷涂的方式将其喷涂在Sn-Bi钎料表面，形成防氧化层；
S2.异丙醇，聚硅氮烷改性松香，活化剂，缓蚀剂和表面活性剂混合，搅拌均匀，60℃恒温水浴下搅拌成膏状混合物；
S3.将步骤S2中得到的膏状混合物均匀涂覆在防氧化层表面，得到太阳能光伏焊带专用焊锡条。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的太阳能光伏焊带专用焊锡条，通过防氧化层的加入阻止焊锡条在存储运输中被氧化，防止光伏焊带在焊接过程中出现焊接点不牢固的发生；通过助焊层的加入提高了焊锡条的润湿性；并通过I和Zn的加入弥补Bi的脆性，提高了焊锡条的拉伸能力；进而提高焊接点的导电率，填补焊接点的空白点，提高光伏组件的效率，具有产业价值。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，对依据本发明提出的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条及其制备方法，其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1：一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，由内至外包括Sn-Bi钎料、防氧化层和助焊层；按照重量份数计算，Sn-Bi钎料，由如下元素组成：Sn 90～120份，Bi 10～20份，Zn5～8份和I 0.3～0.5份；防氧化层包括如下组分：二硼化铪3～5份，碲化物2～3份和硼粉1～2份。
Sn-Bi的制备方法如下：
(1)将Bi添加到纯Sn中。其过程为将纯Sn和微米级Cr(10～600μm)颗粒在惰性气体环境中加热到800～1000℃，并在该温度下保温30～60min。熔炼过程中施加电磁搅拌。将熔炼结束后的Sn-Bi合金温度降至300℃；
(2)将其它微量元素添加到Sn-Cr合金中后，在300℃下继续熔炼20～30min，熔炼过程中，以惰性气体为保护气氛，并施加电磁搅拌，以制备Sn-Bi钎料，其中I元素以SnI4的方式添加；
(3)将制备的Sn-Bi钎料浇注成锭并冷却至室温。
一种太阳能光伏焊带专用焊锡条的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.将二硼化铪，碲化物和硼粉混合均匀，采用离子喷涂的方式将其喷涂在Sn-Bi钎料表面，形成防氧化层；
S2.异丙醇，聚硅氮烷改性松香，活化剂，缓蚀剂和表面活性剂混合，搅拌均匀，60℃恒温水浴下搅拌成膏状混合物；
S3.将步骤S2中得到的膏状混合物均匀涂覆在防氧化层表面，得到所述太阳能光伏焊带专用焊锡条。
实施例2：一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，由内至外包括Sn-Bi钎料、防氧化层和助焊层；按照重量份数计算，Sn-Bi钎料，由如下元素组成：Sn 120份，Bi 20份，Zn 8份和I0.5份。按照重量份数计算，助焊层包括如下组分：异丙醇50份，聚硅氮烷改性松香60份，黄原酸20份，缓蚀剂8份，甘油二油酸酯8份；防氧化层包括如下组分：二硼化铪5份，碲化铂3份和硼粉2份。
Sn-Bi的制备方法如下：
(1)将Bi添加到纯Sn中。其过程为将纯Sn和微米级Cr(10～600μm)颗粒在惰性气体环境中加热到800～1000℃，并在该温度下保温30～60min。熔炼过程中施加电磁搅拌。将熔炼结束后的Sn-Bi合金温度降至300℃；
(2)将其它微量元素添加到Sn-Cr合金中后，在300℃下继续熔炼20～30min，熔炼过程中，以惰性气体为保护气氛，并施加电磁搅拌，以制备Sn-Bi钎料，其中I元素以SnI4的方式添加；
(3)将制备的Sn-Bi钎料浇注成锭并冷却至室温。
一种太阳能光伏焊带专用焊锡条的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.将二硼化铪，碲化铂和硼粉混合均匀，采用离子喷涂的方式将其喷涂在Sn-Bi钎料表面，形成防氧化层；
S2.异丙醇，聚硅氮烷改性松香，黄原酸，缓蚀剂和甘油二油酸酯混合，搅拌均匀，60℃恒温水浴下搅拌成膏状混合物；
S3.将步骤S2中得到的膏状混合物均匀涂覆在防氧化层表面，得到太阳能光伏焊带专用焊锡条。
实施例3：一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，由内至外包括Sn-Bi钎料、防氧化层和助焊层；按照重量份数计算，Sn-Bi钎料，由如下元素组成：Sn 120份，Bi 20份，Zn 8份和I0.5份。按照重量份数计算，助焊层包括如下组分：异丙醇50份，聚硅氮烷改性松香60份，黄原酸钠20份，丝氨醇8份，聚山梨酸酯80 8份；防氧化层包括如下组分：二硼化铪3份，碲化锇3份和硼粉2份。
Sn-Bi的制备方法如下：
(1)将Bi添加到纯Sn中。其过程为将纯Sn和微米级Cr(10～600μm)颗粒在惰性气体环境中加热到800～1000℃，并在该温度下保温30～60min。熔炼过程中施加电磁搅拌。将熔炼结束后的Sn-Bi合金温度降至300℃；
(2)将其它微量元素添加到Sn-Cr合金中后，在300℃下继续熔炼20～30min，熔炼过程中，以惰性气体为保护气氛，并施加电磁搅拌，以制备Sn-Bi钎料，其中I元素以SnI4的方式添加；
(3)将制备的Sn-Bi钎料浇注成锭并冷却至室温。
一种太阳能光伏焊带专用焊锡条的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.将二硼化铪，碲化锇和硼粉混合均匀，采用离子喷涂的方式将其喷涂在Sn-Bi钎料表面，形成防氧化层；
S2.异丙醇，聚硅氮烷改性松香，黄原酸钠，丝氨醇和聚山梨酸酯80混合，搅拌均匀，60℃恒温水浴下搅拌成膏状混合物；
S3.将步骤S2中得到的膏状混合物均匀涂覆在防氧化层表面，得到太阳能光伏焊带专用焊锡条。
实施例4：一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，由内至外包括Sn-Bi钎料、防氧化层和助焊层；按照重量份数计算，Sn-Bi钎料，由如下元素组成：Sn 120份，Bi 20份，Zn 8份和I0.5份。按照重量份数计算，助焊层包括如下组分：异丙醇50份，聚硅氮烷改性松香60份，黄原酸钠20份，L-焦谷氨醇8份，聚山梨酸酯40 8份，防氧化层包括如下组分：二硼化铪5份，碲化镓3份和硼粉2份。
Sn-Bi的制备方法如下：
(1)将Bi添加到纯Sn中。其过程为将纯Sn和微米级Cr(10～600μm)颗粒在惰性气体环境中加热到800～1000℃，并在该温度下保温30～60min。熔炼过程中施加电磁搅拌。将熔炼结束后的Sn-Bi合金温度降至300℃；
(2)将其它微量元素添加到Sn-Cr合金中后，在300℃下继续熔炼20～30min，熔炼过程中，以惰性气体为保护气氛，并施加电磁搅拌，以制备Sn-Bi钎料，其中I元素以SnI4的方式添加；
(3)将制备的Sn-Bi钎料浇注成锭并冷却至室温。
一种太阳能光伏焊带专用焊锡条的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.将二硼化铪，碲化镓和硼粉混合均匀，采用离子喷涂的方式将其喷涂在Sn-Bi钎料表面，形成防氧化层；
S2.异丙醇，聚硅氮烷改性松香，黄原酸钠，L-焦谷氨醇和聚山梨酸酯40混合，搅拌均匀，60℃恒温水浴下搅拌成膏状混合物；
S3.将步骤S2中得到的膏状混合物均匀涂覆在防氧化层表面，得到太阳能光伏焊带专用焊锡条。
实施例5：一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，由内至外包括Sn-Bi钎料、防氧化层和助焊层；按照重量份数计算，Sn-Bi钎料，由如下元素组成：Sn 120份，Bi 20份，Zn 8份和I0.5份。按照重量份数计算，助焊层包括如下组分：异丙醇50份，聚硅氮烷改性松香60份，黄原酸钠20份，3-氨基-2甲基苯甲醇8份，甘油单油酸酯8份，防氧化层包括如下组分：二硼化铪5份，碲化锇3份和硼粉2份；聚硅氮烷改性松香的改性方法是：110～130℃下将松香和聚硅氮烷溶于乙醇中，搅拌，加入三乙胺进行乳化后，加入催化剂，反应结束后，自然冷却到室温，得到聚硅氮烷改性松香。
Sn-Bi的制备方法如下：
(1)将Bi添加到纯Sn中。其过程为将纯Sn和微米级Cr(10～600μm)颗粒在惰性气体环境中加热到800～1000℃，并在该温度下保温30～60min。熔炼过程中施加电磁搅拌。将熔炼结束后的Sn-Bi合金温度降至300℃；
(2)将其它微量元素添加到Sn-Cr合金中后，在300℃下继续熔炼20～30min，熔炼过程中，以惰性气体为保护气氛，并施加电磁搅拌，以制备Sn-Bi钎料，其中I元素以SnI4的方式添加；
(3)将制备的Sn-Bi钎料浇注成锭并冷却至室温。
一种太阳能光伏焊带专用焊锡条的制备方法，包括如下操作步骤：
S1.将二硼化铪，碲化锇和硼粉混合均匀，采用离子喷涂的方式将其喷涂在Sn-Bi钎料表面，形成防氧化层；
S2.异丙醇，聚硅氮烷改性松香，黄原酸钠，3-氨基-2甲基苯甲醇和甘油单油酸酯混合，搅拌均匀，60℃恒温水浴下搅拌成膏状混合物；
S3.将步骤S2中得到的膏状混合物均匀涂覆在防氧化层表面，得到太阳能光伏焊带专用焊锡条。
对比实施例：以传统的应用较多的钎料Sn-58Bi作为对比实施例1，以现有工业界最常用的钎料Sn-35Bi-1Ag作为对比实施例2进行性能对比。
性能测试：
1.将实施例1至实施例5及对比实施例1和2进行试验，采用SAT-5100可焊性测测试仪对焊锡条的润湿性进行测试，实验过程参照JISZ3198-4-2003标准进行测试，测试选用的纯Cu的长宽厚为25mm*1mm*0.215mm，测试过程中，将纯Cu片以5mm/sec的速度浸入到恒定温度的熔融钎料中，Cu片浸入的深度为3mm，浸入的时间为10sec。测试其最大润湿力FMax，结果如下：
2.将实施例1～5和对比实施例1和2测试焊锡条进行其他性能测试，结果如下：
3.实施例1～5与对比实施例1、对比实施例2的Sn-Bi钎料的机械性能测试结果如表3所示。从表3可见，采用本发明的实施例具有更高的抗拉强度和延伸率，使抗拉强度达到582kgf/cm2以上，延伸率达到59％以上，具有良好的机械性能。
表3.实施例1～5钎料及对比实施例1～2钎料的机械性能测试结果
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，其特征在于，由内至外包括Sn-Bi钎料、防氧化层和助焊层；按照重量份数计算，所述Sn-Bi钎料，由如下元素组成：Sn 90~120份，Bi 10~20份，Zn 5~8份和I 0.3~0.5份；
按照重量份数计算，所述助焊层包括如下组分：异丙醇30~50份，聚硅氮烷改性松香50~60份，活化剂10~20份，缓蚀剂5~8份，表面活性剂5~8份；
按照重量份数计算，所述防氧化层包括如下组分：二硼化铪3~5份，碲化物2~3份和硼粉1~2份。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，其特征在于，所述活化剂是黄原酸、黄原酸钠或黄原酸纤维素中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，其特征在于，所述缓蚀剂是丝氨醇、L-焦谷氨醇或3-氨基-2甲基苯甲醇中的任意一种。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，其特征在于，所述表面活性剂是甘油单油酸酯、甘油二油酸酯、甘油三油酸酯、聚山梨酸酯40、聚山梨酸酯80或松香酸聚氧乙烯醚中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，其特征在于，所述碲化物是碲化铂、碲化镓或碲化锇中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，其特征在于，所述防氧化层是采用离子喷涂的方式负载在所述Sn-Bi钎料表面。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条，其特征在于，所述聚硅氮烷改性松香的改性方法是：110~130℃下将松香和聚硅氮烷溶于乙醇中，搅拌，加入三乙胺进行乳化后，加入催化剂，反应结束后，自然冷却到室温，得到聚硅氮烷改性松香。
8.如权利要求1~7任一项所述的一种太阳能光伏焊带专用焊锡条的制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：
S1. 将二硼化铪，碲化物和硼粉混合均匀，采用离子喷涂的方式将其喷涂在Sn-Bi钎料表面，形成防氧化层；
S2. 异丙醇，聚硅氮烷改性松香，活化剂，缓蚀剂和表面活性剂混合，搅拌均匀，60℃恒温水浴下搅拌成膏状混合物；
S3. 将步骤S2中得到的膏状混合物均匀涂覆在防氧化层表面，得到所述太阳能光伏焊带专用焊锡条。
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