CN113921640A - 一种互联材料及电池串的串焊工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种互联材料及电池串的串焊工艺，包括焊丝，所述焊丝的径向尺寸为0.05‑0.35mm，所述焊丝由若干根微丝绞合而成，每根所述微丝的表面均设有低熔点的金属涂层。针对现有的互联材料在互联工艺中存在较多缺陷的技术问题，本发明提供了一种互联材料及电池串的串焊工艺，它能克服上述技术问题，并保证最终得到的电池串质量。

Description

一种互联材料及电池串的串焊工艺
技术领域
本发明涉及光伏设备技术领域，具体涉及一种互联材料及电池串的串焊工艺。
背景技术
串焊工艺是由互联材料和电池片结构设计决定，目前的互联工艺主要三种：
矩形焊带互联：利用常规串焊机，可以实现二、三、四、五、六根汇流电极的电池片串焊，主要是将一根互联条同时搭在电池片上下两面的汇流电极上，再通过高温使锡和汇流电极焊接起来，这是最常规的工艺。这种工艺的变种有两种，一种是在受光面的互联条上做成锯齿状或是做成单个三角形峰，另一段还是扁平的，主要是为了增加焊带反光，称为反光焊带或分段焊带。由于扁焊带遮光面积大，会极大的影响电池和组件的发电效率，且不利于电池和组件成本的降低，这种封装工艺目前已经逐步被淘汰；
圆形焊带互联：为了解决扁焊带遮光损失大、电池金属化成本高的问题，就要缩小扁焊带的宽度、增加焊带的数量，从而减少焊带遮光损失，同时减少细栅线宽度降低金属化浆料的用量降低成本，圆形焊带应运而生。当扁焊带宽度减少到一定程度，比如0.3-0.4mm时，焊带的宽度和高度已经相差不大，由于实际拉拔加工的限制，扁焊带自然而然地就演化到了圆焊带。因为圆焊带截面积已经比扁焊带小很多，以及圆焊带在焊接时和汇流电极的接触面积非常小，所以圆形焊带串焊机最主要的问题是解决焊带定位和焊接拉力保证的问题。同时圆形焊带带来的一个最主要的问题是，为了保证焊带能够在拉伸较直的情况下的对准定位，焊带截面积要足够大，否则较直后不容易完全保持平直；为了保证足够的截面积就必须有足够的直径；目前主流的圆形焊带直径在0.3mm以上，这就比之前的扁焊带高度高了不少，导致胶连材料用量的大幅增加，极大的增加了组件的封装成本。据测算，因为圆形焊带高度增加导致的胶连材料用量增加了40％以上，导致组件封装成本上升了0.05元/瓦，直接抵消了其所带来的功率增益和成本降低；在未来组件价格持续下跌同时胶连材料价格很难下降的大趋势下，这将导致组件成本接近5％的提升，对于光伏行业这种如此大规模生产的行业，这种工艺所导致的资源浪费真是太巨大了。另外，圆形焊带在实际使用时，为了提高组件的功率密度，要把相邻两张电池片交叠起来一部分，一般交叠宽度0.5-2mm左右，因为圆焊带本身比较高，这就需要把交叠区域在使用之前压扁，否则容易导致层压过程中的碎片，但是压变的部分由于经过了外力挤压变形后急剧硬化，在层压时仍然会增加碎片的风险，尤其是在为了电池片更薄的情况下，这种风险会更大，且当圆形焊带直径减少到一定程度时，比如0.1-0.15之间时，通过常规的热涂锡工艺很难在铜丝表面涂覆足够厚的锡层(10-15微米以上)，这就会导致使用时焊带焊接不牢，或者焊接不上。
两种焊带搭接互联：上汇流电极上焊接三角形焊带或圆形焊带、下汇流电极上焊接扁焊带，再在电池片边缘将两种焊带互联搭接起来。这种工艺最大的优点是，因为背面使用了扁焊带，所以在背面可以不使用增厚的胶连材料，但是正面还是要使用增厚的，尤其是如果正面使用三角形焊带，还要比使用圆焊带时更加增厚；另一方面，由于搭接点的存在，增加了焊接不良以及持久运行情况的可靠性风险，并且，扁焊带与圆焊带的搭接长度要足够长，由于扁焊带的宽度大于圆焊带直径，这就导致了遮光面积的增大，看起来也不那么美观；另外，在电池片尺寸不断增大的情况下，在组件封装串焊时对电池片进行更多的分切成为必然趋势，在这个趋势下就暴露了搭接焊的另一个问题，增加的分切数量也就增加的搭接点的数量，从而增加了扁焊带的遮光面积，更增加的搭接点的风险。
发明内容
1、发明要解决的技术问题
针对现有的互联材料在互联工艺中存在较多缺陷的技术问题，本发明提供了一种互联材料及电池串的串焊工艺，它能克服上述技术问题，并保证最终得到的电池串质量。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种互联材料及电池串的串焊工艺，包括焊丝，所述焊丝的径向尺寸为0.05-0.35mm，所述焊丝由若干根微丝绞合而成，每根所述微丝的表面均设有低熔点的金属涂层。
可选地，至少一根所述微丝的直径大于其余所述微丝的直径，且该所述微丝上的金属涂层厚度大于其余所述微丝上的金属涂层厚。
可选地，至少一根所述微丝的抗拉强度大于其余所述微丝抗拉强度。
可选地，至少一根所述微丝的材质为有机材料。
可选地，若干根所述微丝具有多种径向尺寸。
可选地，所述金属涂层的厚度为0.5-10μm。
可选地，所述金属涂层通过热涂、电镀、化学镀的方式涂敷于所述微丝的表面。
一种电池串的串焊工艺，其特征在于：包括以下步骤，S1、在电池片上的汇流电极上焊接焊丝，焊丝的一端不露出电池片边缘，另一端露出边缘；S2、将焊接好的电池片逐一摆放，使露出来的焊丝与电池片背面的汇流电极对准并焊接在其上，重复这个过程使得电池串达到设定的长度。
可选地，所述焊丝焊接到电池片背面的汇流电极部分在焊接前被压扁，并在焊丝表面或汇流电极上涂覆助焊剂。
可选地，所述焊丝被压扁的部分设于相邻电池片的交叠或间距区域。
可选地，所述电池片采用多切的小片电池片。
3、有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)在大幅降低宽度或截面积时能实现焊接的定位对准。
(2)进一步减少胶联材料的用量，至少恢复到正常或者合理的使用量。
(3)能适应为了电池片多切的趋势。
(4)足够柔软，能够适应未来电池片继续变薄的趋势，不会因为焊带自身应力导致碎片。
(5)在电池片多切的情况下，能够保证设备产能不变。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种互联材料的结构示意图；
1、微丝；2、金属涂层。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图1及实施例对本发明作详细描述。
实施例一
结合附图1，本实施例的一种互联材料，包括焊丝，所述焊丝的径向尺寸为0.05-0.35mm，优选为0.1-0.25mm，例如，0.1mm、0.15mm和0.2mm等，所述焊丝由2-15根微丝1绞合而成，至少部分微丝1为铜丝，以用于导电，每根所述微丝1的径向尺寸在30-200μm之间，例如，30μm、100μm和200μm等，每根所述微丝1的表面均设有低熔点的金属涂层2，所述金属涂层2材质可以为锡、铅、铋等低熔点金属，本实施例中，金属涂层2材质优选为锡，起到抗氧化、增加反光、增强焊接的目的，当然地，金属涂层2中也可以含有少量银、铜成分，起到调节焊接性能和调节可靠性的作用，由于每根微丝1表面都有金属涂层2，这就可以补充整体锡含量的不足，使整体含锡量不低于20％，确保了焊接时的牢固度和可靠性，在绞合完成后会进行热处理过程，在热处理过程中，微丝1表面的锡融化后与其他微丝1粘合为一体，在后续的拉伸较直和压扁时，由于锡比铜丝更软，这就使得拉伸较直和压扁的过程更多的是不同微丝1之间锡层的位错运动导致的焊丝挺直，在经过高温焊接后，锡层再次融化凝固后，焊丝本体仍然保持足够的柔软度，从而减少了应变冲击造成的碎片风险。
本互联材料的焊丝径向尺寸较小，焊丝较细，可以减少焊带遮光，提高组件发电效率，尤其是多股绞合的焊丝，对于光的反射效果更好，从外部透过玻璃看起来比实际的宽度要更小，如果经过叠片的高密度排布方式，看起来会非常美观，焊丝达到近乎隐形的效果；可以允许电池片上设置更多的汇流电极，从而减少细栅线上的电阻损失，使得细栅线的银浆耗量进一步降低成为可能，尤其对于异质结电池，会带来更显著的降本效果经过测算和实验，可以进一步降低异质结电池细栅线银浆用量至少30％以上，折合到每瓦可以降低0.05元/W左右，非常之客观；可以大幅减少胶连材料的使用量，根据焊带高度的降低情况，实际使用下来可以减少40％的胶连材料使用量，折合到组件功率上又可以带来0.05元/瓦的成本节省；在压扁时，变形主要来自粘合金属锡的位错，而铜机体本身的变形量几乎没有，再经过焊接后，整个焊丝又完全恢复到之前的柔软度，这可以大大降低电池片边缘碎片的风险，非常适合于未来更薄的电池片互联工艺。
作为本发明的可选方案，至少一根所述微丝1的直径大于其余所述微丝1的直径，且该所述微丝1上的金属涂层2厚度大于其余所述微丝1上的金属涂层2厚，在多股微丝1中加入一根直径较大且表面涂锡层更厚的微丝1，而其他微丝1表面涂锡层可以相对更薄一些，这样既可以确保混合焊丝整体在焊接时对含锡量的需求，同时，其他微丝1的锡层很薄更容易生产，这就为降低混合焊丝的制造成本提供了思路。
作为本发明的可选方案，至少一根所述微丝1的抗拉强度大于其余所述微丝1抗拉强度，该微丝1可选用铜合金丝甚至铁质微丝1或其他抗拉强度大于铜及其合金的微丝1，例如不锈钢丝等，优选为铜合金丝，由于合金丝的抗拉强度远大于纯铜丝的抗拉强度，这就可以大幅提升混合焊丝的整体抗拉强度，在使用时可以更容易地保持平直的形状，提高了在使用过程中的定位精度，同时又具有足够的导电率。
作为本发明的可选方案，至少一根所述微丝1的材质为有机材料，例如，PE、ABS、和尼龙等，该有机材料在较低温度下可以融化粘接，更高温度时可以完全烧结掉且具有粘接性，使得本互联材料整体可以粘结在器件上的设计位置，在更高温度时可以完全烧结掉，不影响材料整体导电性能，这就允许焊丝在使用时的工艺更加多样化。
作为本发明的可选方案，若干根所述微丝1具有多种径向尺寸，以精确地调节焊丝整体的直径尺寸。
作为本发明的可选方案，所述金属涂层2的厚度为0.5-10μm，优选为2-6μm，例如，2μm、4μm和6μm等，通过调节不同微丝1表面焊接锡层的厚度，可以方便地调节焊丝本身的焊接可靠性，使得焊接更加牢固。
作为本发明的可选方案，所述金属涂层2通过热涂、电镀、化学镀的方式涂敷于所述微丝1的表面，允许组成焊丝整体的微丝1选用不同技术的涂层工艺，这就为这种焊丝的降低成本提供了更多的方式。
实施例二
一种电池串的串焊工艺，包括以下步骤，在电池片正面汇流电极上焊接绞合焊丝，在焊接之前，将裁成定长的焊丝一端压扁到0.5-0.1mm的厚度，同时在焊丝表面涂抹助焊剂；焊接完成后压扁的部分露出电池片边缘5-35mm，同时压扁的部分可以延伸到电池片正面边缘以内；单片焊接好焊丝的电池片串联起来，为了方便定位，可以将电池片焊机好焊丝的正面部分朝下定位摆放，之后将电池片逐一摆放，使得露出正面边缘的焊丝与背面汇流电极对准，然后进行升温焊接，重复同样的过程，使电池串达到设定的长度；头尾的电池片上焊接的焊丝要适当加长5-20mm，方便其与汇流条的焊接。
在电池片上焊接焊丝的步骤为：将焊丝裁切成与电池片上主栅线长度两个PAD点长度一致的小段，在此长度基础上再加长5-10mm，预留作为背面电极的焊接；在焊丝上涂抹助焊剂后，将每根正面主栅上都焊接上焊丝；焊接之前，也可以将焊丝露出边缘的一段压扁10-15mm的长度；注意“串头”“串尾”的焊接，即每个电池两端的电池片，头部的正面焊丝伸出边缘的焊丝长度要加长5-10mm，尾部的背面焊丝除了和背面PAD点焊接的部分，伸出背面边缘的部分也要加长5-10mm，具体加长长度应该根据实际版型设计而定。
作为本发明的可选方案，所述焊丝被压扁的部分也可以设于相邻电池片的交叠区域，减少交叠部分的高度。
作为本发明的可选方案，所述电池片采用多切的小片电池片，可以是1/2片、1/3片、1/4片、1/5片、1/6片等，电池片正反面设置有汇流电极，汇流电极与细栅线相连，汇流电极的宽度为0.05-0.1mm，其上设置有确保定位精确度的正方形或圆形的PAD点，直径或边长为0.2-0.5mm。
通过将上述串焊好的电池串，与胶连材料、正面玻璃、背板或者背面玻璃一起叠层完成后经过层压机真空高温密封压合，再安装好接线盒及其他配件后，即完成了新型光伏组件的制备。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种互联材料，其特征在于：包括焊丝，所述焊丝的径向尺寸为0.05-0.35mm，所述焊丝由若干根微丝绞合而成，每根所述微丝的表面均设有低熔点的金属涂层。
2.根据权利要求1所述的一种互联材料，其特征在于：至少一根所述微丝的直径大于其余所述微丝的直径，且该所述微丝上的金属涂层厚度大于其余所述微丝上的金属涂层厚。
3.根据权利要求1所述的一种互联材料，其特征在于：至少一根所述微丝的抗拉强度大于其余所述微丝抗拉强度。
4.根据权利要求1所述的一种互联材料，其特征在于：至少一根所述微丝的材质为有机材料。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种互联材料，其特征在于：若干根所述微丝具有多种径向尺寸。
6.根据权利要求5所述的一种互联材料，其特征在于：所述金属涂层的厚度为0.5-10μm。
7.根据权利要求6所述的一种互联材料，其特征在于：所述金属涂层通过热涂、电镀、化学镀的方式涂敷于所述微丝的表面。
8.一种电池串的串焊工艺，其特征在于：包括以下步骤，
S1、在电池片上的汇流电极上焊接焊丝，焊丝的一端不露出电池片边缘，另一端露出边缘；
S2、将焊接好的电池片逐一摆放，使露出来的焊丝与电池片背面的汇流电极对准并焊接在其上，重复这个过程使得电池串达到设定的长度。
9.根据权利要求8所述的一种电池串的串焊工艺，其特征在于：所述焊丝焊接到电池片背面的汇流电极部分在焊接前被压扁，并在焊丝表面或汇流电极上涂覆助焊剂。
10.根据权利要求9所述的一种电池串的串焊工艺，其特征在于：所述焊丝被压扁的部分设于相邻电池片的交叠或间距区域。
11.根据权利要求8所述的一种电池串的串焊工艺，其特征在于：所述电池片采用多切的小片电池片。
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