CN112701180B - 一种三角焊带及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三角焊带及其制作方法，涉及太阳能电池组件制造领域，用于解决在串焊工序后，三角焊带表面的焊锡高温熔化后会流动，以至于三角焊带反光效率降低的问题，所述三角焊带包括：焊带基材、两个受光面保护层和一个背光面焊接层；所述两个受光面保护层分别覆盖所述焊带基材的两个受光面，所述背光面焊接层覆盖所述焊带基材的背光面；所述受光面保护层的材料的熔点比所述背光面焊接层的材料的熔点高至少50℃；所述两个受光面保护层构成楔形结构，且所述两个受光面保护层为光滑平面。本发明提供的技术方案能够提高光伏组件转换效率和光伏组件功率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，尤其涉及一种三角焊带及其制作方法。
背景技术
圆形焊带由于与电池片属于线接触，其焊接性能差，而且还存在遮光的问题。因此，人们开始关注使用三角焊带。
相比圆形焊带，三角焊带的优点是能把照射在焊带上的光折射到光伏板上，提高发电转换效率，同时焊接性能更好。
但是常规的三角焊带在串焊工序后，三角焊带表面的焊锡高温熔化后会流动，此时，三角焊带的外表面会有不平整现象，容易导致光伏组件转换效率低，光伏组件功率低的问题。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种三角焊带及其制作方法，以提高光伏组件转换效率和光伏组件功率。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种三角焊带，包括：焊带基材、两个受光面保护层、一个背光面焊接层；
所述两个受光面保护层分别覆盖所述焊带基材的两个受光面，所述背光面焊接层覆盖所述焊带基材的背光面；
所述受光面保护层的材料的熔点比所述背光面焊接层的材料的熔点高至少50℃；
所述两个受光面保护层构成楔形结构，且所述两个受光面保护层为光滑平面。
进一步地，所述两个受光面保护层的粗糙度的Ra值不大于0.12μm。
进一步地，所述受光面保护层厚度为1～50μm。
进一步地，所述背光面焊接层的厚度为5～50μm。
进一步地，所述背光面焊接层的材料为锡银合金或锡铅合金。
进一步地，所述两个受光面保护层由磁控溅射制得；
所述两个受光面保护层的厚度公差为±0.01mm。
进一步地，所述两个受光面保护层的夹角为[110°,130°]。
进一步地，所述三角焊带还包括基材增加部；
所述基材增加部设置在所述受光面保护层包覆的焊带基材的下方，且所述基材增加部的横截面宽度不大于所述受光面保护层包覆的焊带基材的横截面宽度；
所述背光面焊接层 包裹所述基材增加部。
进一步地，所述两个受光面保护层表面为抛光面；
所述抛光面由超声波抛光制得，超声波抛光所用的磨料颗粒度为 W0.5-W5。
第二方面，本发明实施例提供了一种三角焊带制备方法，用于制作第一方面中任一所述的三角焊带，包括：
S1.采用模具将焊带基材坯料进行压延，使其成为三角焊带基材；
S2.将所述三角焊带基材放置于镀膜室中平台上，用磁控溅射法制备受光面保护层；
S3.将所述三角焊带基材背光面一侧浸渍于焊料熔融液中，形成背光面焊接层；
S4.采用超声波抛光的方法对所述受光面保护层进行抛光。
进一步地，所述方法还包括：
S5.检测S3中受光面保护层的粗糙度的Ra值是否小于预设值。
进一步地，所述打开超声波抛光机进行抛光，包括：
S61.在S3中受光面保护层的粗糙度的Ra值小于预设值时，利用固定式磨料对S5中的焊带进行粗抛至表面粗糙度的Ra值为0.63-1.25μm；
S62.对S61所得的粗抛后焊带利用游离式磨料进行细抛至表面粗糙度的Ra值为0.05-0.5μm。
进一步地，所述粗抛磨料为金刚石油石或者电镀金刚石的一种。
进一步地，所述细抛磨料粒度为W5，细抛磨料为硬木、黄铜或者竹片的一种。
进一步地，所述打开超声波抛光机进行抛光，还包括：
S63.对S62所得的细抛后焊带进行精抛至粗糙度的Ra值为 0.01-0.02μm。
进一步地，所述精抛的磨料粒度为W0.5-W3.5。
本发明技术方案的有益效果：
1.焊接材料通常为锡银合金，通过设置比锡银合金熔点高至少50℃的受光面保护层，在焊接时防止受光面因受热而产生形变，以及防止融化的焊丝破坏受光面的表面光滑性，以保证受光面的反光效果不会减弱。
2.通过磁控溅射法制备受光面保护层，以得到厚度均匀的受光面保护层，从而保证受光面保护层具有良好的反光性能。
3.针对焊带受光面尺寸小的特点，通过超声抛光法，以对受光面进行全面和有效的抛光，使得受光面表面的粗糙度的Ra值为不高于0.12μm，以进一步提高受光面的反光性能。
4.控制两个受光面保护层的夹角为[110°,130°]，以进一步提高受光面保护层的反光性能。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的一种三角焊带的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种三角焊带的结构示意图。
附图标记：
1-焊带基材，2-受光面保护层，3-背光面焊料层。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
三角焊带在光伏组件上的功率增益(相对于圆形焊带)在理论上可以到5％，但是由于三角焊带表面构型和表面反光效率方面的缺陷，导致目前市场上使用的三角焊带在光伏组件上的功率增益只有1％～2％左右。具体地，三角焊带包括两个受光面和一个焊接面，其中两个受光面用于将太阳光放射至光伏组件工作侧，焊接面用于将三角焊带焊接在光伏组件上。焊接时，由于温度过高，三角焊带的受光面会发生形变，这会导致受光面表面不平整和不光滑。受光面表面不平整和不光滑会增加光线的漫反射，从而极大地降低了受光面的镜面反射效率，最终影响三角焊带对光伏组件的功率增益。
如上所述，三角焊带功率增益具有极大提升空间，因此为了进一步增加三角焊带的功率增益，如图1所示，本发明实施例提供了一种三角焊带，包括：焊带基材1、受光面保护层2和背光面焊料层3；
两个受光面保护层2分别覆盖焊带基材1的两个受光面，背光面焊接层3覆盖焊带基材1的背光面。受光面保护层1的材料的熔点与背光面焊接层的材料的熔点差不小于50℃，也就是说，受光面保护层1的材料的熔点比背光面焊接层的材料的熔点高出至少50℃，例如背光面焊接层材料为锡银合金或锡铅合金，则受光面保护层可以是镍铬合金、镍金合金，避免了焊接时，受光面保护层材料与背光面焊接层 材料相同导致的受光面材料出现不同程度的熔化并流动，确保焊接过程中只有背光面材料在焊接过程中会熔化流动，而受光面不会受影响。同时，选择低熔点的背光面焊接材料，焊接流动性增加，增加焊锡与被焊接金属的冶金结合度，焊接后机械强度，导电性更好，电阻率降低，耐高温性能提高。有时为了增加导电性，受光面所使用的材料中可以加入金属银。两个受光面保护层构成楔形结构，且两个受光面保护层为光滑平面。需要说明的是，在本发明实施例中，“光滑”用于表征受光面保护层的粗糙度，“平面”用于表征受光面保护层的平整度，“楔形结构”用于表征两个受光面的位置关系。
受光面保护层的厚度为1～50μm，可以有效保护焊带基材(如铜基材) 被空气中的氧气氧化腐蚀，同时能避免表面镀层在焊接过程中因为温度高产生的镀层材料流动导致表面产生缺损；背光面焊接层 的厚度为5～ 50μm，可以确保焊带与电池片焊接牢固，且能够保护焊带内部基材(如铜芯基材)不被氧化，还可以降低焊带的电阻。此外，如果受光面保护层或背光面焊接层 的厚度太厚会影响焊带的导电性。
具体地，为了提高三角焊带的反光性能，两个受光面保护层的粗糙度Ra值均不高于0.12μm，以保证受光面保护层2光滑。同时，利用磁控溅射技术，在焊带基材1的受光面喷涂受光面保护层2，以使受光面保护层2 的厚度公差为±0.01mm，以保证受光面保护层2平整度以及控制受光面保护层2的初始粗糙度小于2.5μm，从而满足后续抛光的工艺条件。此外，设置焊带基材1的外形以控制两个受光面保护层2之间夹角(即图1中α所指示的角度)为[110°,130°]。
在本发明实施例中，如图2所示，本发明实施例提供了另一种三角焊带。图1所示的三角焊带中，焊带基材的质量比通常在75％-80％之间，而有时为了增加基带的导电性能，需要增加焊带基材使用量，使其质量比大于80％。由于焊带基材的用量决定了三角焊带整体尺寸，如图1所示，如果增加焊带基材用量，必然会增加三角形的边长。具体地，增加焊带基材用量，要么导致背光面尺寸增加，要么改变受光面保护层的夹角，使之不在110°和130°之间。其中，增加背光面尺寸会减少光伏组件的有效受光面积，而受光面保护层的夹角不在110°和130°之间时，会降低其反光效率。综上，需要在受光面保护层2包覆的焊带基材的下方设置焊带增加部，该基材增加部的横截面宽度不大于受光面保护层包覆的焊带基材的横截面宽度，从而保证光伏组件的有效受光面积不会减少，同时还不会改变受光面保护层的夹角的变化范围。
在本发明实施例中，提高三角焊带反光效果的关键在于保证受光面保护层2为平面以及表面光滑。通过磁控溅射技术可以保证受光面保护层 2均匀喷涂；通过使用熔点较高的材料，保证焊接时受光面保护层2不会因为温度升高而弯曲或发生变形，从而保证受光面保护层2为平面。在此基础上，如何对受光面保护层2抛光成为关键。
由于焊带的受光面尺寸小，因此焊带(扁平焊带、圆焊带和三角焊带)均没有抛光的先例。
目前，常用的抛光方式有机械抛光(砂纸打磨)、化学抛光、电解抛光、超声波抛光、流体抛光和磁研磨抛光。对于焊带这种小部件来说，机械抛光很难实现；化学抛光有腐蚀平面的风险；电解抛光通电夹具很难控制，不易大面积生产；流体和磁研磨成本均太高。因此，在本发明实施例中，选择用超声波抛光对焊带的受光面保护层来抛光。
首先，超声波模具抛光机能将超声波电信号转换成一个20KHZ以上的高能高速机械振动，并带动研磨材料悬浮液以每秒20000次以上的速度高速冲击被抛光工件的表面。因此将焊带浸没在研磨材料悬浮液中，可以很好解决受光面尺寸小不易打磨的问题。因此对于焊带这种小部件来说，超声波抛光效果好。
其次，超声波抛光在工作中，研磨材料与受光面保护层2的接触为持续锤击。上述方式能够减小研磨材料与受光面保护层2间的相互摩擦，再加上抛光过程是在水中完成的，因此受光面保护层2在抛光时，其表面温度大幅度降低，从而避免了因温度过高造成的受光面保护层2表面缺陷。
最后，超声波抛光工艺属于压缩性塑性变形，因此超声波抛光后，受光面保护层2表面会产生一定的压应力，因而其表面硬度提高20％以上，疲劳强度提高一倍以上。即在实现受光面保护层2粗糙度的Ra值不高于 0.12μm的同时，还增加受光面保护层2的耐磨性和耐腐蚀性能。
在本发明实施例中，超声波抛光就是将零件放在研磨悬浮液中，然后放进有超声波场的装置内。依靠超声波的振荡作用使磨料在零件表面起磨削抛光的作用。抛光中使用的磨料的粒度可以为W0.5-W5，粉末越细，抛光出来的表面越光滑。
具体地工艺步骤包括：
S1.抛光材料准备(焊带)，其表面粗糙度Ra值应不高于2.5μm。
S2.打开超声波抛光机，利用固定式磨料对S1中的焊带进行粗抛(磨料可以为金刚石油石或者电镀金刚石的一种)表面粗糙度Ra值为 0.63-1.25μm。
S3.对经过S2粗抛步骤得到的焊带利用游离式磨料进行细抛(磨料粒度在W5左右，可以为硬木、黄铜或者竹片的一种)，细抛后表面粗糙度 Ra值为0.05-0.5μm。
S4.对经过S3细抛步骤得到的焊带用粒度W0.5-W3.5的磨料进行精抛，最终粗糙度Ra值为0.01-0.02μm。
在本发明实施例中，步骤S4采用干抛方式进行精抛，以使得受光面保护层2达到镜面效果。
需要说明的是，在使用超声抛光之前需要提前检测受光面保护层2的粗糙度，如果粗糙度Ra值超过2.5μm，可以通过机械抛光对受光面保护层 2进行预抛光，例如用砂纸打磨，直至受光面保护层2的粗糙度Ra值降低到2.5μm以下。通常情况下，采用磁控溅射法可以得到粗糙度Ra值小于 2.5μm的受光面保护层。
下面通过具体数据对本发明做进一步的说明。
其中实施例1-3分别对应焊材截面为图1时，经过粗抛、细抛和精抛的焊带，实施例4为焊材截面为图2时精抛的焊带，实施例5为焊材未打磨过的焊带。
实施例1：
本实施例提供了一种三角焊带的制作方法，包括：
S1、铜基材坯坯料准备；
S2、采用模具将基材坯料进行压延，使其成为截面为三角形的基材 (图1所示)，该基材的受光面之间的夹角为120°；
S3、将基材放置于镀膜室中平台上，使得受光面朝上，背光面与平台接触，在受光面上采用溅射法沉积20μm的保护铝膜(熔点约660℃)作为受光面保护层；
S4、将基材背光面一侧浸渍于焊料锡铅合金(熔点为179-190℃)熔融液中，形成背光面焊料层，本实施例中背光面焊料层厚度为20μm。
其中浸渍包括：
S41：将基材背光面用助焊剂进行净化清洗；
S42：在S41所得的基材背光面面形成一层熔剂层；
S43：将S42所得基材浸入锡铅合金熔融液镀锅，进行干法浸渍；
S44：用离心法除去基材表面多余的金属液；
S45：将S44所得的基材进行冷却、钝化处理以及矫直平整。
其中，在实施例1-5的浸渍工艺中钝化是指在背光面的金属生成氧化层，矫直平整保持背光面平整。
S5、检测S3中受光面保护层的粗糙度Ra值小于2.5μm。
S6、打开超声波抛光机，利用固定式磨料对S5中的焊带进行粗抛，使表面粗糙度Ra值达到0.63-1.25μm。
实施例2：
本实施例提供了一种三角焊带的制作方法，包括：
S1、铜基材坯料准备；
S2、采用模具将基材坯料进行压延，使其成为截面为三角形的基材 (图1所示)，该基材的受光面之间的夹角为120°；
S3、将基材放置于镀膜室中平台上，使得受光面朝上，背光面与平台接触，在受光面上采用溅射法沉积20μm的保护铝膜作为受光面保护层；
S4、将基材背光面一侧浸渍与焊料锡铅合金熔融液中，形成背光面焊料层，本实施例中背光面焊料层厚度为20μm。本实施例中浸渍的具体步骤与实施例1相同。
S5、检测S3中受光面保护层的粗糙度Ra值小于2.5μm。
S6、打开超声波抛光机，利用固定式磨料对S5中的焊带进行粗抛(磨料为电镀金刚石)，使表面粗糙度Ra值达到0.63-1.25μm。
S7、对S6所得的粗抛后焊带利用游离式磨料进行细抛，使表面粗糙度达到Ra0.05-0.5μm。
实施例3：
本实施例提供了一种三角焊带的制作方法，包括：
S1、铜基材坯料准备；
S2、采用模具将基材坯料进行压延，使其成为截面为三角形的基材 (图1所示)，该基材的受光面之间的夹角为120°；
S3、将基材放置于镀膜室中平台上，使得受光面朝上，背光面与平台接触，在受光面上采用溅射法沉积20μm的保护铝膜作为受光面保护层；
S4、将基材背光面一侧浸渍与焊料锡铅合金熔融液中，形成背光面焊料层，本实施例中背光面焊料层厚度为20μm。本实施例中浸渍的具体步骤与实施例1相同。
S5、检测S3中受光面保护层的粗糙度Ra值小于2.5μm。
S6、打开超声波抛光机，利用固定式磨料对S5中的焊带进行粗抛，使受光面的表面粗糙度Ra值达到0.63-1.25μm。
S7、对S6所得的粗抛后的焊带利用游离式磨料进行细抛，细抛后表面粗糙度Ra值为0.05-0.5μm。
S8、对S7所得的细抛后的焊带进行精抛(磨料粒度为W0.5-W3.5)，最终粗糙度Ra值达到0.01-0.02μm。
实施例4：
本实施例提供了一种三角焊带的制作方法，包括：
S1、铜基材坯料准备；
S2、采用模具将基材坯料进行压延，使其成为截面为上部为三角形的基材(图2所示)，该基材的受光面之间的夹角为120°；
S3、将基材放置于镀膜室中平台上，使得受光面朝上，背光面与平台接触，在受光面上采用溅射法沉积20μm的保护铝膜作为受光面保护层；
S4、将基材背光面一侧浸渍与焊料锡铅合金熔融液中，形成背光面焊料层，本实施例中背光面焊料层厚度为20μm。本实施例中浸渍的具体步骤与实施例1相同。
S5、检测S3中受光面保护层的粗糙度小于2.5μm。
S6、打开超声波抛光机，利用固定式磨料对S5中的焊带进行粗抛，使表面粗糙度Ra值达到0.63-1.25μm。
S7、对S6所得的粗抛后的焊带利用游离式磨料进行细抛，细抛后表面粗糙度Ra值为0.05-0.5μm。
S8、对S7所得的细抛后的焊带用W0.5-W3.5磨料进行精抛，最终粗糙度Ra值为0.01-0.02μm。
实施例5：
本实施例提供了一种三角焊带的制作方法，包括：
S1、铜基材坯料准备；
S2、采用模具将基材坯料进行压延，使其成为截面为三角形的基材 (图1所示)，该基材的受光面之间的夹角为120°；
S3、将基材放置于镀膜室中平台上，使得受光面朝上，背光面与平台接触，在受光面上采用溅射法沉积20μm的保护铝膜作为受光面保护层；
S4、将基材背光面一侧浸渍与焊料锡铅合金熔融液中，形成背光面焊料层，本实施例中背光面焊料层厚度为20μm。本实施例中浸渍的具体步骤与实施例1相同。
分别检测实施例1-5得到的各焊带的受光面的表面粗糙度，并将实施例1-5所得的焊带应用到72片9主栅PERC双面双玻半片光伏组件中，检测所得光伏组件的最大功率，同时与采用常规圆形焊带的光伏组件进行对比(即对比例)，计算功率增益和功率增益百分比。具体数据见表1。
表1实施例1-5的性能参数表
在本技术领域中，相对于圆形焊带，焊带的功率增益以每提升5w为一个等级，由表1可知受光面保护层越光滑，增益功率和增益百分比越大，在受光面保护层达到镜面抛光后，相对于未抛光的样品其功率增益提高两个等级，且增益百分比达到3.75％，远高于现有技术的1％-2％。具体的，由十块最大功率(Pmpp)400w的光伏组件(即采用圆形焊带的光伏组件) 组成太阳能发电系统在其他条件相同的情况下，采用未抛光的三角焊带可以将太阳能发电系统的整体最大功率最大提升50w，而本申请提供的技术方案可以将太阳能发电系统的整体最大功率提升150w，增益提高率大于87.5％。此外，受光面保护层采用铝膜其熔点为660℃，而锡铅合金和锡银合金熔点在179-190℃，因此将在焊接三角焊带时，铝膜不会因受热而发生形变。同时，在导电的金属材料中，铝的造价便宜且导电率又很高仅次于银铜金，是用作受光面保护层性价比最高的材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种三角焊带，其特征在于，包括：焊带基材、两个受光面保护层和一个背光面焊接层；
所述两个受光面保护层分别覆盖所述焊带基材的两个受光面，所述背光面焊接层覆盖所述焊带基材的背光面；
所述受光面保护层的材料的熔点比所述背光面焊接层的材料的熔点高至少50℃；
所述两个受光面保护层构成楔形结构，且所述两个受光面保护层为光滑平面；
所述两个受光面保护层表面为抛光面；
所述抛光面由超声波抛光制得。
2.根据权利要求1所述的三角焊带，其特征在于，
所述两个受光面保护层的粗糙度的Ra值不大于0.12 μm。
3.根据权利要求1所述的三角焊带，其特征在于，
所述受光面保护层厚度为1～50μm。
4.根据权利要求1所述的三角焊带，其特征在于，
所述背光面焊接层的厚度为5～50μm。
5.根据权利要求1所述的三角焊带，其特征在于，
所述背光面焊接层的材料为锡银合金或锡铅合金。
6.根据权利要求1所述的三角焊带，其特征在于，
所述两个受光面保护层由磁控溅射制得；
所述两个受光面保护层的厚度公差为±0.01mm。
7.根据权利要求1所述的三角焊带，其特征在于，
所述两个受光面保护层的夹角为[110°,130°]。
8.根据权利要求1所述的三角焊带，其特征在于，
所述三角焊带还包括基材增加部；
所述基材增加部设置在所述受光面保护层包覆的焊带基材的下方，且所述基材增加部的横截面宽度不大于所述受光面保护层包覆的焊带基材的横截面宽度；
所述背光面焊接层包裹所述基材增加部。
9.一种三角焊带制备方法，用于制作权利要求1-8任一项所述的三角焊带，其特征在于，包括：
采用模具将焊带基材坯料进行压延，使其成为三角焊带基材；
将所述三角焊带基材放置于镀膜室中平台上，用磁控溅射法制备受光面保护层；
将所述三角焊带基材背光面一侧浸渍于焊料熔融液中，形成背光面焊接层；
采用超声波抛光的方法对所述受光面保护层进行抛光。
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