CN114131238A - 一种光伏焊带用钎料合金及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏焊带用钎料合金及其制备方法和应用。本发明的钎料合金,其各组分的质量百分含量为:15%~45%的锡,0%~25%的铟,45%~55%的铋,2%~10%的X,0.1%~2%的Y;其中,X选自钛、钴、镍中的一种或几种,Y选自铈、镓、铼、镧、钽、铒、钼中的一种或几种。本发明的钎料合金可以在焊接温度为100~200℃时与ITO实现金属化互联。采用本发明钎料合金的光伏焊带,能与HJT电池的ITO薄膜进行低温焊接,且焊接强度高,导电性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊料,具体涉及一种光伏焊带用钎料合金及其制备方法和应用。
背景技术
光伏组件中电池片之间一般通过焊带串接。异质结(HJT)电池是光伏电池的一种,现有HJT电池的结构由上至下主要包括:银栅线、ITO薄膜、p型非晶硅薄膜、i型非晶硅薄膜、n型非晶硅薄膜、ITO薄膜、银栅线。目前HJT电池的串接,主要是焊带与HJT电池的银栅线焊接,但焊接过程中需要进行精准对位,对工艺和设备要求比较高。
HJT电池串接若不采用焊带与银栅线焊接的方案,就需要采用焊带与ITO薄膜焊接的方案。但ITO(氧化铟锡)材料不能耐高温,温度太高会破坏ITO的结构,故ITO薄膜焊接的方案只能采用低温焊接,如将焊接温度控制在200℃以下。而现有的光伏焊带不能或不易与ITO薄膜进行低温焊接,主要是因为焊接温度在200℃以下时,现有光伏焊带采用的钎料合金不能或不易与ITO实现金属化互联。故需要研发一种焊接温度在200℃以下时能与ITO实现金属化互联的光伏焊带用钎料合金。
发明内容
本发明提供一种焊接温度在100~200℃时能与ITO实现金属化互联的光伏焊带用钎料合金,其各组分的质量百分含量为:15%~45%的锡,0%~25%的铟,45%~55%的铋,2%~10%的X,0.1%~2%的Y;其中,X选自钛、钴、镍中的一种或几种,Y选自铈、镓、铼、镧、钽、铒、钼中的一种或几种。
本发明还提供上述光伏焊带用钎料合金的制备方法,具体参见实施例。
本发明还提供一种能与ITO薄膜进行低温焊接的光伏焊带,其采用上述的钎料合金,且焊接温度可以控制在100~200℃。
本发明还提供上述光伏焊带的制备方法,具体参见实施例。
本发明还提供上述光伏焊带的焊接方法,通过低温超声焊接将光伏焊带与光伏电池的ITO薄膜焊接在一起;超声焊接的功率为5~30KHz,焊接时间为10~600s,焊接温度为100~200℃;光伏电池可以是HJT电池;且焊接强度高,导电性好。
本发明的钎料合金可以在焊接温度为100~200℃时与ITO实现金属化互联,主要是基于:
1)X组分(钛、钴、镍)可以与ITO(氧化铟锡)中的锡形成合金,实现光伏焊带与ITO形成金属合金连接,焊接强度高;若缺少X组分(钛、钴、镍),仅仅采用锡、铟、铋和Y组分(铈、镓、铼、镧、钽、铒、钼),就不能与ITO形成金属合金连接;
2)借助于超声焊接手段和Y组分(铈、镓、铼、镧、钽、铒、钼)来提高X组分(钛、钴、镍)在ITO界面的润湿和扩散;
超声可以提高X组分(钛、钴、镍)在低温下的扩散速率,加速实现金属化连接,进而可使焊接温度不需要超过200℃;若不采用超声焊接手段,就需要提高焊接温度,不采用超声时焊接温度需要超过200℃,就会导致ITO层结构破坏;
Y组分(铈、镓、铼、镧、钽、铒、钼)可以有效去除界面氧化层,促进X组分(钛、钴、镍)的扩散;若缺少Y组分,就无法导致界面层氧化物的破坏,不能使合金在ITO层上实现浸润,进而影响金属化连接的形成。
另外,本发明钎料合金中的其他组分的主要作用如下:
1)锡在钎料合金中的主要作用:锡容易与焊带中的铜形成铜锡合金,有助于低温合金在铜焊带上形成一层涂层;
2)铟在钎料合金中的主要作用:铟的熔点低,可以调控低温合金的熔点在200℃以下,同时导电性比锡好,提高低温合金的导电性;
3)铋在钎料合金中的主要作用:铋熔点低,有助于降低合金的熔点,提高对界面的润湿和铺展。
而且,本发明对钎料合金的组分配比进行了优化控制。本发明将钎料合金中X组分(钛、钴、镍)的重量百分含量控制在2%~10%,Y组分的重量百分含量控制在0.1%~2%;且将超声焊接的功率控制在5~30KHz,超声焊接时间控制在10~600s,超声焊接温度控制在100~200℃;这样可以保证焊接效果。
更优的,将钎料合金中X组分(钛、钴、镍)的重量百分含量控制在3%~8%,Y组分的重量百分含量控制在0.1%~0.5%;且将超声焊接的功率控制在10~25KHz,超声焊接时间控制在100~300s,超声焊接温度控制在120~180℃;可以使焊接效果最佳。
本发明的光伏焊带可直接与HJT电池的ITO薄膜进行低温焊接,可替换HJT电池上的银栅线,降低用银量,进而降低HJT电池组件的成本。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明提供一种焊接温度在100~200℃时能与ITO实现金属化互联的光伏焊带用钎料合金,其通过如下步骤制备:
按重量百分比称取原料:15%~45%的锡,0%~25%的铟,45%~55%的铋,2%~10%(优选为3%~8%)的X,0.1%~2%(优选为0.1%~0.5%)的Y;其中,X选自钛、钴、镍中的一种或几种,Y选自铈、镓、铼、镧、钽、铒、钼中的一种或几种;各原料都为粉料,各原料的纯度为99.99%;
将称取的原料置入真空熔炼炉中进行真空加热熔炼,并通入氮气或氩气气氛保护;真空熔炼炉的真空度为6×10-3~6×10-4Pa,温度为1200~2000℃,熔炼的时间为2~4h;
待原料全部熔化后,为使钎料合金均匀化,再重复熔炼3~5次,然后将合金液浇筑成合金锭,制得光伏焊带用钎料合金。
本发明还提供一种能与ITO薄膜进行低温焊接的光伏焊带,其采用上述的钎料合金,且焊接温度可以控制在100~200℃;该光伏焊带通过如下步骤制备:将上述的钎料合金加热至熔融状态,加热温度为100~200℃;然后将经过无机酸和助焊剂处理后的导电基带浸渍合金液,在基带表面形成致密的合金涂层,最终制得光伏焊带;导电基带的材质可以采用铜、铜铝合金、铜银合金或铜银铝合金;无机酸可以选自硝酸、盐酸、硫酸、磷酸中的一种或几种;助焊剂中含有松香、聚酰胺蜡、丁基卡必醇;制得的光伏焊带,其导电基带的厚度为0.1~0.5mm,合金涂层的厚度为1~100μm。
本发明还提供上述光伏焊带的焊接方法,通过低温超声焊接将光伏焊带与光伏电池的ITO薄膜焊接在一起;超声焊接的功率为5~30KHz(优选为10~25KHz),焊接时间为10~600s(优选为100~300s),焊接温度为100~200℃(优选为120~180℃);光伏电池可以是HJT电池;且焊接强度高,导电性好。
本发明的具体实施例如下:
实施例1
1)称取纯度都为99.99%原料:35wt%的锡粉,13wt%的铟粉,45wt%的铋粉,6wt%的钛粉,1wt%的铈粉;将称取的原料置入真空熔炼炉中进行真空加热熔炼,并通入氮气或氩气气氛保护;真空熔炼炉的真空度为6×10-4Pa,温度为1800℃,熔炼的时间为2h;待原料全部熔化后,为使钎料合金均匀化,再重复熔炼3次,然后将合金液浇筑成合金锭,制得钎料合金;
2)将制得的钎料合金加热至熔融状态,加热温度为150℃;然后将经过无机酸和助焊剂处理后的导电基带浸渍合金液,在基带表面形成致密的合金涂层,最终制得光伏焊带;其中,导电基带的材质为铜、铜铝合金、铜银合金或铜银铝合金;无机酸采用硝酸;助焊剂采用汉高乐泰 X33-04;制得的光伏焊带,其导电基带的厚度为0.2mm,合金涂层的厚度为20μm;
3)通过低温超声焊接将制得的光伏焊带与HJT电池的ITO薄膜焊接在一起;超声焊接的功率为10KHz,超声焊接时间为300s,超声焊接温度为150℃。
实施例1制得的钎料合金,其熔点为90℃,且能在焊接温度在150℃时能与ITO实现金属化互联;
实施例1制得的光伏焊带,其可以与HJT电池的ITO薄膜进行低温焊接,焊接温度可以低至150℃,且焊接强度达到1Mpa,电导率达到6×106S/m。
实施例2
1)称取纯度都为99.99%原料:30wt%的锡粉,15wt%的铟粉,50wt%的铋粉,4wt%的钴粉,1wt%的镓粉;将称取的原料置入真空熔炼炉中进行真空加热熔炼,并通入氮气或氩气气氛保护;真空熔炼炉的真空度为6×10-4Pa,温度为2000℃,熔炼的时间为2h;待原料全部熔化后,为使钎料合金均匀化,再重复熔炼4次,然后将合金液浇筑成合金锭,制得钎料合金;
2)将制得的钎料合金加热至熔融状态,加热温度为180℃;然后将经过无机酸和助焊剂处理后的导电基带浸渍合金液,在基带表面形成致密的合金涂层,最终制得光伏焊带;其中,导电基带的材质为铜、铜铝合金、铜银合金或铜银铝合金;无机酸采用硝酸;助焊剂采用汉高乐泰 MF390HR;制得的光伏焊带,其导电基带的厚度为0.1mm,合金涂层的厚度为30μm;
3)通过低温超声焊接将制得的光伏焊带与HJT电池的ITO薄膜焊接在一起;超声焊接的功率为10KHz,超声焊接时间为100s,超声焊接温度为120℃。
实施例2制得的钎料合金,其熔点为80℃,且能在焊接温度在120℃时能与ITO实现金属化互联;
实施例2制得的光伏焊带,其可以与HJT电池的ITO薄膜进行低温焊接,焊接温度可以低至120℃,且焊接强度达到1.2Mpa,电导率达到6.8×106S/m。
实施例3
1)称取纯度都为99.99%原料:35wt%的锡粉,14wt%的铟粉,45wt%的铋粉,5wt%的镍粉,1wt%的铼粉;将称取的原料置入真空熔炼炉中进行真空加热熔炼,并通入氮气或氩气气氛保护;真空熔炼炉的真空度为6×10-4Pa,温度为1800℃,熔炼的时间为3h;待原料全部熔化后,为使钎料合金均匀化,再重复熔炼4次,然后将合金液浇筑成合金锭,制得钎料合金;
2)将制得的钎料合金加热至熔融状态,加热温度为110℃;然后将经过无机酸和助焊剂处理后的导电基带浸渍合金液,在基带表面形成致密的合金涂层,最终制得光伏焊带;其中,导电基带的材质为铜、铜铝合金、铜银合金或铜银铝合金;无机酸采用硫酸;助焊剂采用阿尔法 RF-800T;制得的光伏焊带,其导电基带的厚度为0.3mm,合金涂层的厚度为35μm;
3)通过低温超声焊接将制得的光伏焊带与HJT电池的ITO薄膜焊接在一起;超声焊接的功率为30KHz,超声焊接时间为100s,超声焊接温度为160℃。
实施例3制得的钎料合金,其熔点为88℃,且能在焊接温度在160℃时能与ITO实现金属化互联;
实施例3制得的光伏焊带,其可以与HJT电池的ITO薄膜进行低温焊接,焊接温度可以低至160℃,且焊接强度达到1.1Mpa,电导率达到5.8×106S/m。
实施例4
1)称取纯度都为99.99%原料:25wt%的锡粉,13.5wt%的铟粉,55wt%的铋粉,6wt%的钛粉,0.5wt%的镧粉;将称取的原料置入真空熔炼炉中进行真空加热熔炼,并通入氮气或氩气气氛保护;真空熔炼炉的真空度为6×10-3Pa,温度为1800℃,熔炼的时间为4h;待原料全部熔化后,为使钎料合金均匀化,再重复熔炼5次,然后将合金液浇筑成合金锭,制得钎料合金;
2)将制得的钎料合金加热至熔融状态,加热温度为180℃;然后将经过无机酸和助焊剂处理后的导电基带浸渍合金液,在基带表面形成致密的合金涂层,最终制得光伏焊带;其中,导电基带的材质为铜、铜铝合金、铜银合金或铜银铝合金;无机酸采用磷酸;助焊剂采用阿尔法 RF-800T;制得的光伏焊带,其导电基带的厚度为0.5mm,合金涂层的厚度为50μm;
3)通过低温超声焊接将制得的光伏焊带与HJT电池的ITO薄膜焊接在一起;超声焊接的功率为25KHz,超声焊接时间为200s,超声焊接温度为140℃。
实施例4制得的钎料合金,其熔点为84℃,且能在焊接温度在140℃时能与ITO实现金属化互联;
实施例4制得的光伏焊带,其可以与HJT电池的ITO薄膜进行低温焊接,焊接温度可以低至140℃,且焊接强度达到1.5Mpa,电导率达到5.2×106S/m。
实施例5
1)称取纯度都为99.99%原料:25wt%的锡粉,20wt%的铟粉,45wt%的铋粉,8wt%的钴粉,2wt%的钽粉;将称取的原料置入真空熔炼炉中进行真空加热熔炼,并通入氮气或氩气气氛保护;真空熔炼炉的真空度为6×10-4Pa,温度为1200℃,熔炼的时间为4h;待原料全部熔化后,为使钎料合金均匀化,再重复熔炼5次,然后将合金液浇筑成合金锭,制得钎料合金;
2)将制得的钎料合金加热至熔融状态,加热温度为100℃;然后将经过无机酸和助焊剂处理后的导电基带浸渍合金液,在基带表面形成致密的合金涂层,最终制得光伏焊带;其中,导电基带的材质为铜、铜铝合金、铜银合金或铜银铝合金;无机酸采用盐酸;助焊剂采用阿尔法 RF-800T;制得的光伏焊带,其导电基带的厚度为0.4mm,合金涂层的厚度为60μm;
3)通过低温超声焊接将制得的光伏焊带与HJT电池的ITO薄膜焊接在一起;超声焊接的功率为15KHz,超声焊接时间为300s,超声焊接温度为100℃。
实施例5制得的钎料合金,其熔点为75℃,且能在焊接温度在100℃时能与ITO实现金属化互联;
实施例5制得的光伏焊带,其可以与HJT电池的ITO薄膜进行低温焊接,焊接温度可以低至100℃,且焊接强度达到2Mpa,电导率达到8×106S/m。
实施例6
1)称取纯度都为99.99%原料:15wt%的锡粉,19wt%的铟粉,55wt%的铋粉,10wt%的镍粉,1wt%的铒粉;将称取的原料置入真空熔炼炉中进行真空加热熔炼,并通入氮气或氩气气氛保护;真空熔炼炉的真空度为6×10-4Pa,温度为1600℃,熔炼的时间为3h;待原料全部熔化后,为使钎料合金均匀化,再重复熔炼4次,然后将合金液浇筑成合金锭,制得钎料合金;
2)将制得的钎料合金加热至熔融状态,加热温度为180℃;然后将经过无机酸和助焊剂处理后的导电基带浸渍合金液,在基带表面形成致密的合金涂层,最终制得光伏焊带;其中,导电基带的材质为铜、铜铝合金、铜银合金或铜银铝合金;无机酸采用硫酸;助焊剂采用汉高乐泰 X33-04;制得的光伏焊带,其导电基带的厚度为0.5mm,合金涂层的厚度为0.3μm;
3)通过低温超声焊接将制得的光伏焊带与HJT电池的ITO薄膜焊接在一起;超声焊接的功率为20KHz,超声焊接时间为250s,超声焊接温度为110℃。
实施例6制得的钎料合金,其熔点为78℃,且能在焊接温度在110℃时能与ITO实现金属化互联;
实施例6制得的光伏焊带,其可以与HJT电池的ITO薄膜进行低温焊接,焊接温度可以低至110℃,且焊接强度达到1.8Mpa,电导率达到7.5×106S/m。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种光伏焊带用钎料合金,其特征在于,其各组分的质量百分含量为:15%~45%的锡,0%~25%的铟,45%~55%的铋,2%~10%的X,0.1%~2%的Y;其中,X选自钛、钴、镍中的一种或几种,Y选自铈、镓、铼、镧、钽、铒、钼中的一种或几种。
2.权利要求1所述光伏焊带用钎料合金的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
按重量百分比称取原料:15%~45%的锡,0%~25%的铟,45%~55%的铋,2%~10%的X,0.1%~2%的Y;其中,X选自钛、钴、镍中的一种或几种,Y选自铈、镓、铼、镧、钽、铒、钼中的一种或几种;
将称取的原料置入真空熔炼炉中进行真空加热熔炼,并通入氮气或氩气气氛保护;
待原料全部熔化后,再重复熔炼多次,然后将合金液浇筑成合金锭,制得光伏焊带用钎料合金。
3.根据权利要求2所述的光伏焊带用钎料合金,其特征在于,各原料都为粉料,各原料的纯度为99.99%。
4.根据权利要求2所述的光伏焊带用钎料合金,其特征在于,真空熔炼炉的真空度为6×10-3~6×10-4Pa,温度为1200~2000℃,熔炼的时间为2~4h;重复熔炼3~5次。
5.一种光伏焊带,其特征在于,其采用权利要求1至4中任一项所述的钎料合金。
6.权利要求5所述光伏焊带的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:将权利要求1至4中任一项所述的钎料合金加热至熔融状态,然后将经过无机酸和助焊剂处理后的导电基带浸渍合金液,在基带表面形成合金涂层,最终制得光伏焊带;所述导电基带的材质为铜、铜铝合金、铜银合金或铜银铝合金。
7.根据权利要求6所述的光伏焊带的制备方法,其特征在于,所述无机酸选自硝酸、盐酸、硫酸、磷酸中的一种或几种。
8.根据权利要求6所述的光伏焊带的制备方法,其特征在于,所述助焊剂中含有松香、聚酰胺蜡、丁基卡必醇。
9.根据权利要求6所述的光伏焊带的制备方法,其特征在于,将钎料合金加热至熔融状态的加热温度为100~200℃;导电基带的厚度为0.1~0.5mm;合金涂层的厚度为1~100μm。
10.权利要求5至9中任一项所述光伏焊带的焊接方法,其特征在于,通过低温超声焊接将光伏焊带与光伏电池的ITO薄膜焊接在一起;超声焊接的功率为5~30KHz,焊接时间为10~600s,焊接温度为100~200℃。
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