CN117790628A - 焊带加工方法、高附着力复合型光伏焊带及光伏组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及焊带制造技术领域，尤其涉及一种焊带加工方法，镀覆焊料工序中，在焊料的温度降低至焊料熔点前，向附着熔融焊料的导电基体表面吹送含有液珠的气雾混合体。通过吹送气雾混合体可控制焊料层厚度，同时液珠在接触导电基体表面附着的熔融焊料时气化，焊料表面形成大量微观凹坑并迅速降温，大量微观凹坑使焊料表面积增加，在后续涂覆功能材料的工序中，涂覆层与焊料层的结合强度会显著提高。本申请的焊带加工方法可显著提升焊料层对涂覆层的附着力，快速降温、减少氧化物生成的效果。本申请还相应提供一种高附着力复合型光伏焊带及应用了前述高附着力复合型光伏焊带的光伏组件。

Description

焊带加工方法、高附着力复合型光伏焊带及光伏组件

技术领域

本申请涉及焊带制造技术领域，尤其是涉及一种焊带加工方法、高附着力复合型光伏焊带及光伏组件。

背景技术

焊带为光伏组件的主要辅料之一，起着连接电池片以及导电的作用，焊带的导电性、可焊性和伸长率对光伏组件的质量起着至关重要的作用。常规的焊带加工方法包括拉拔定型工序、退火处理工序和镀覆焊料工序：先将导电基带拉拔定型，以得到形状规则的导电基体；然后，对规则形状的导电基体进行退火处理，以得到软态的导电基体；最后，在软态的导电基体表面镀覆焊料，形成焊料层，得焊带。

随着光伏产品的多元化发展，作为光伏电池重要组成部分的光伏焊带，也随着市场需求的变化发展出适用于各类场景的不同细分产品，如预涂焊带、彩色焊带等。这类产品的共性是均包括功能材料涂覆步骤，即在普通光伏焊带表面涂覆具有特殊性能和功用的材料以形成涂覆层，从而得到复合型光伏焊带。

复合型光伏焊有一项非常重要的性能指标，即涂覆层与焊带间的结合力。由于焊带表面为锡铅合金、锡基无铅合金等金属焊料，这类合金在快速冷却时，表面会有大量微观粉状的氧化物生成，极大影响了涂覆层与焊料层的结合。当涂覆层与焊带间的结合力不足时，容易出现涂覆层局部脱落，影响焊带质量。

为了改善这一问题，相关技术中通过电晕冲击处理焊带，使材料表面打毛粗化、增加表面活性，以提高涂覆层与焊带间的结合力。但是，电晕放电形成高压电场使空气电离，产生臭氧。臭氧是一种强氧化剂，可以立即氧化焊带的焊料金属，降低焊带可焊接性能，存在污染环境和导致焊接性能缺陷的不足。

发明内容

为了在不影响焊带焊接性能的前提下提高涂覆层与焊带间的结合力，本申请提供一种焊带加工方法、高附着力复合型光伏焊带及光伏组件。

第一方面，本申请提供一种焊带加工方法。

本申请提供一种焊带加工方法，在常规焊带加工方法的基础上，改进了镀覆焊料工序，具体包括以下步骤：

S1、在导电基体表面覆盖熔融的焊料；

S2、在焊料的温度降低至焊料熔点前，向附着在导电基体表面的焊料吹送含有液珠的气雾混合体，液珠在接触焊料时气化；

S3、降温至焊料固化，形成焊料层。

通过采用上述方案，在镀覆焊料工序中向附着在导电基体表面的熔融焊料吹送含有液珠的气雾混合体具有多重作用：

A、通过吹送气雾混合体控制焊料层厚度；

B、焊料的温度降低至焊料熔点前仍是液态，其表面温度较高，液珠到达焊带表面时，会迅速气化，由于液体气化会出现剧烈的体积膨胀，就会在焊带表面产生类似飞溅的效果，形成众多大小不一的微观“坑洞”，这种坑洞能极大增加了焊带微观表面积，在后续涂覆工序中，因为这些“坑洞”的存在，涂覆膜层与焊带的结合力有非常显著的提升；

C、随着液滴的气化会快速降低焊带的表面温度，用而实现了快速减温、利于减少氧化物产生。

采用本申请提供的改进工艺，可以获得表面氧化物含量低、有大量微观孔洞的焊带，在后续涂覆工序中，因为这些“坑洞”的存在，涂覆膜层与焊带的结合力显著提升。

本申请方案中“气雾混合体”指的是在气体混入一定量分散液珠形成的气体与液雾的混合物，用于形成气雾混合体的液珠可以是任一种在常温常压下为液态且可在接触熔融焊料时气化的液体雾化形成。

可选地，气雾混合体的吹送量为6-40L/min,气雾混合体中液珠和气体的体积比为1:(10-50)。气雾混合体的吹送量需要与焊料的温度、导电基体的线速度相适应，吹送量在6-40L/min范围时可确保在焊料层表面形成预期的微观凹坑。气雾混合体中液珠和气体的体积比是影响焊料层表面微观凹坑形成的关键因素之一：当液珠和气体的体积比为大于1:10时、即气雾混合体中液珠的占比过高，在焊料层表面形成的不是微观凹坑，而是造成焊料层表面宏观上的变形(形成不均匀的异形截面)，提升附着力的效果不佳；而当液珠和气体的体积比为小于1:50时、即气雾混合体中液珠的占比过低时，部分液珠可能在尚未接触焊料时即汽化，不利于形成微观凹坑。具体地，气雾混合体的吹送量可以是6L/min、8L/min、10L/min、12L/min、14L/min、16L/min、18L/min、20L/min、22L/min、24L/min、26L/min、28L/min、30L/min、32L/min、34L/min、36L/min、38L/min、40L/min等；雾混合体中液珠和气体的体积比可以是1:10、1:12、1:14、1:16、1:18、1:20、1:22、1:24、1:26、1:28、1:30、1:32、1:34、1:36、1:38、1:40、1:42、1:44、1:46、1:48、1:50等。

可选地，所述焊料在一个标准大气压下的熔点为120-250℃，S1步骤中熔融的焊料的温度为180-280℃。焊料可以是以锡为主元素的焊料，优选无铅焊料。

焊料中可以进一步添加Ga、Ge、In、Sb和镧系元素中至少一种，以增加焊料在导电基体表面的润湿性，降低焊带的低温脆性。这里需要说明的是，镧系元素(rare earthelements，别名稀土元素，用REE表示)是指元素周期表中第57号元素镧到71号元素镥15种元素的统称，具体包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥。

可选地，气雾混合体中液珠在一个标准大气压下的沸点≤120℃。为了确保液珠在接触焊料时快速气化，通常选择沸点比焊料的熔点低至少40℃的液雾，优选在一个标准大气压下的沸点≤120℃，比如水雾或者醇的水溶液分散而成的液雾等。

可选地，气雾混合体由液雾与空气、氮气和惰性气体中任一种或几种气体混合而成。制备气雾混合体的气体可以有多种选择。当选择高熔点焊料时，气雾混合体优选水雾和氮气的混合体；当选择低熔点焊料时，气雾混合体优选醇的水溶液分散形成的液雾和惰性气体的混合体。

可选地，导电基体为铜基体、铜铝合金基体、铜银合金基体或者铜银铝合金基体，但不限于此。

可选地，焊带基体的横截面形状为圆形、三角形或矩形，但不限于此。

可选地，还包括功能材料涂覆工序，即在S3步骤形成的焊料层表面涂覆功能材料形成涂覆层。涂覆功能材料后可得到不同外观及性能的复合型焊带，且因焊料层表面具有大小不一的微观“坑洞”，焊料层对涂覆层的结合力显著提升，在放线后几乎无涂覆层脱落情况。功能材料的“涂覆”可通过浸涂、滚涂、刷涂等常规涂覆方式实现，具体可根据功能材料的特性以及实际需要选择。“功能材料”可以是普通助焊剂、黑色焊剂、彩色反光材料、复合树脂耐蚀材料等。

可选地，S1步骤中导电基材经由拉拔定型、退火处理制得。对导电基体的拉拔优选多道次拉拔，每个道次拉拔的减面率控制在5-13％范围。退火处理的目的在于通过再结晶软化铜带，退火处理时温度一般控制在600-800℃、线速度为200-300m/min、退火处理时间为0.1-1s。

可选地，在对形状规则的导电基体进行退火处理之前，还包括：对形状规则的导电基体进行挤压以得到矩形导电基体；或对形状规则且横截面形状为三角形的导电基体进行挤压、非挤压交替进行以得到异形导电基体，异形导电基体为横截面形状为三角形的导电基体和横截面形状为矩形的导电基体的组合。

例如，当需要制造横截面形状为矩形的焊带或异形焊带时，可以在得到形状规则的导电基体后，可以使形状规则的导电基体例如细圆丝或三角丝进入压延模块。其中，细圆丝或三角丝通过上、下压延轮的挤压可以获得横截面形状为矩形的导电基体。三角丝通过异形的上压延轮、平整的下压延轮的咬合及分离状态交替过程中可以获得异形导电基体也就是横截面形状为三角形的导电基体和横截面形状为矩形的导电基体的组合。当需要制作横截面形状为圆形的焊带时，导电基体无需进入压延模块。由此，通过上述步骤，可以获得横截面形状为矩形的焊带或横截面形状为三角形的焊带和横截面形状为矩形的焊带的组合，工艺简单，可靠性较高。

可选地，退火处理后、镀覆焊料前对导电基体进行表面清洁，表面清洁可通过超声清洗、溶液清洗等常规方式实现。

第二方面，本发明提供一种由前述方法加工得到的高附着力复合型光伏焊带，其涂覆层的附着力高、不易脱落。

第三方面，本发明提供一种应用了前述高附着力复合型光伏焊带的光伏组件。高附着力复合型光伏焊带可以与电池片的主栅进行焊接，用于连接相邻的电池片。其中，栅线浆料可以由导电材料和树脂组成。

附图说明

图1是实施例中焊带加工方法的工艺流程图。

图2实施例中复合焊带的结构示意图(圆形截面)。

图3实施例中复合焊带的结构示意图(矩形截面)。

图4实施例中复合焊带的结构示意图(三角形截面)。

图5对比例1中焊带复绕试验结果图一(单次复绕)。

图6实施例1中焊带复绕试验结果图一(单次复绕)。

图7对比例1中焊带复绕试验结果图二(三次复绕)。

图8实施例1中焊带复绕试验结果图二(三次复绕)。

附图标记说明：1、焊带；11、导电基体；12、焊料层；13、涂覆层。

具体实施方式

以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。

本申请提供一种焊带的加工方法，参照图1，包括以下工序：

拉拔定型工序：将丝状的导电基体进行多次拉拔定型，以得到形状规则的导电基体。例如，当导电基体为铜导电基体时，铜丝经过放线模块进行放线，然后进入拉丝模块进行多次拉拔定型，从而获得形状规则且尺寸规格稳定的细圆丝或三角铜丝(参照图2和图4)。拉拔定型的具体工艺参数以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，可以根据实际需要选择，这里不再详细描述。

退火处理工序：对形状规则的导电基体进行退火处理，以得到软态的导电基体。在上述步骤中，导电基体例如铜丝可以经过退火模块进行退火处理，从而可以获得软态铜丝，细化铜的晶粒，降低铜丝的屈服强度，提高铜丝的机械性能。退火处理的具体工艺参数以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，可以根据实际需要选择，这里不再详细描述。

镀覆焊料工序：软态的导电基体冷却后，对其进行表面清洗，然后导电基体以200-300m/min的速度进入焊料炉中温度为180-280℃的熔融焊料(焊料熔点为120-250℃)。导电基体自焊料炉离开时表面附着一层熔融焊料，在焊料的温度降低至焊料熔点前，向焊料表面吹送含有液珠的气雾混合体，使得液珠焊料时气化、在焊料层表面形成大小不一的“坑洞”；待降温至焊料固化，形成焊料层，收卷。气雾混合体的吹送量为6-40L/min,气雾混合体中液珠和气体的体积比为1:(10-50)。

涂覆功能材料工序：在经“镀覆焊料工序”加工得到的表面附着有焊料层的导电基体表面涂覆功能材料，形成涂覆层，从而可以获得符合规格的成品焊带。“涂覆功能材料工序”通常是独立工序，不与前面各工序集成，其“涂覆功能材料工序”工艺流程为：放线——涂覆——固化——冷却——收卷——静置熟化。涂覆的功能材料可以是普通固体助焊剂、有色助焊剂、彩色反光膜材料、高分子复合耐腐蚀材料等本领域已知的材料，具体可以采用浸涂、喷涂、滚涂、刷涂等本领域技术人员已知的方式实现“涂覆”，此处不再赘述。

在本公开的一些实施例中，在对形状规则的导电基体进行退火处理之前，还包括：对形状规则的导电基体进行挤压以得到矩形导电基体(参照图3)；或对形状规则且横截面形状为三角形的导电基体进行挤压、非挤压交替进行以得到异形导电基体，异形导电基体为横截面形状为三角形的导电基体和横截面形状为矩形的导电基体的组合。

本发明提供一种由前述方法加工得到的焊带，其具有涂覆层附着力高、不易脱落的优点。

本发明提供一种应用了前述焊带的光伏组件。焊带可以与电池片的主栅进行焊接，用于连接相邻的电池片。其中，栅线浆料可以由导电材料和树脂组成。光伏组件的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

以下仅以加工圆形截面复合型焊带进行示例性说明，下述各实施例及对照例均采用无氧铜杆作为导电基体，采用以松香作为成膜剂的助焊剂作为功能材料；拉拔定型时，每个道次拉拔的减面率控制在5-13％范围；退火处理时温度控制在600-800℃、线速度为200-300m/min、退火处理时间为0.1-1s；焊料均选择熔点在120-250℃范围的焊料。

[实施例1]

一种高附着力复合型光伏焊带加工方法，具体步骤为：

P1、通过拉丝模将无氧铜杆拉延伸得到直径0.25mm的圆形截面铜丝。

P2、清洁、铜丝表面后，对铜丝进行退火处理，得到软态铜丝。

P3、软态铜丝经表面清洁后，以300m/min的速度运行进入锡炉，锡炉中焊锡的温度为230℃，铜丝表面附着焊锡后再通过钛棒垂直出锡液。铜丝出锡液后，向铜丝表面吹送氮气和水雾混合而成的气雾混合体。气雾混合体的吹送量为8L/min,气雾混合体中水雾和氮气的体积比为1:10。此时铜丝表面附着的焊锡温度低于锡炉中熔融锡液温度、但高于焊锡熔点，气雾混合体中的水雾在接触焊锡表面时，迅速汽化在焊锡层表面形成大小不一的均匀凹坑、同时使得焊锡快速降温冷却，收卷。

P4、放线，向铜丝表面涂覆普通助焊剂(主成分为松香树脂)形成2-4μm后的涂覆层，得到高附着力复合型光伏焊带。

参照图2，实施例1制得的焊带1包括导电基体11、焊料层12和涂覆层13，且涂覆层13与焊料层12之间附着力显著提高。实施例1制得的复合型光伏焊带可应用于光伏组件，其可与电池片的主栅进行焊接，用于连接相邻的电池片。

[对比例1]

对比例1以实施例1为基础，区别仅在于：P3步骤中，铜丝出锡液后不经过“吹送气雾混合体”处理，直接冷却形成焊料层。

分别以实施例1、对比例1制得的焊带作为试样，进行复绕试验(单次复绕和三次复绕)。对比例1焊带单次复绕试验效果如图5所示、三次复绕试验效果如图7所示；实施例1焊带单次复绕试验效果如图6所示、三次复绕试验效果如图8所示。由于收线时的摩擦作用力，复绕试验中对比例1的焊带表面的涂覆层出现5％左右的局部脱落、且随复绕次数增加脱落现象更严重，而实施例1的焊带几乎无涂覆层脱落现象。由此可见，本发明的焊带加工方法可显著提升涂覆层与焊料层之间的结合力，减少涂覆层的脱落。

[实施例2-4]

实施例2-4与实施例1的区别仅在于：P4步骤中涂覆了不同的功能材料，形成了不同功能不同厚度的涂覆层，具体见表1。

[对比例2-4]

对比例2以实施例2为基础，区别仅在于：P3步骤中，铜丝出锡液后不经过“吹送气雾混合体”处理，直接冷却形成焊料层。

对比例3以实施例3为基础，区别仅在于：P3步骤中，铜丝出锡液后不经过“吹送气雾混合体”处理，直接冷却形成焊料层。

对比例4以实施例4为基础，区别仅在于：P3步骤中，铜丝出锡液后不经过“吹送气雾混合体”处理，直接冷却形成焊料层。

分别以实施例1-4、对比例1-4制得的焊带作为试样，进行180°剥离试验，记录各试样经剥离试验涂覆层留存面积占比(平均值)，试验结果见表1。

表1.涂覆层材料厚度选择及剥离试验结果表

由试验结果可以看出，本发明的方法适用于提高焊料层对各类功能材料涂覆层的附着牢度。本发明制得焊带经剥离测试后，涂覆层留存面积占比远高于未经出处理焊带。

[实施例5-10]

实施例5-10与实施例1的区别仅在于：

P3步骤中铜丝的运行速度、焊锡温度不同，具体见下表。实施例5-10均制得了涂覆层与焊料层之间具有高附着力的复合型光伏焊带。

分别以实施例5-10的焊带作为试样，进行180°剥离试验，记录各试样经剥离试验涂覆层留存面积占比(平均值)，试验结果见表2。

表2.线速度、焊锡温度及剥离试验结果表

由试验结果可以看出，经过吹送气雾混合体处理，可以显著提升涂覆层与焊料层之间的结合力，提升了涂覆层的附着牢度。本发明制得焊带经剥离测试后，涂覆层留存面积占比高达85.1％～88.3％。

[实施例11-19]

实施例11-19均以实施例10为基础，区别仅在于：P3步骤中气雾混合体的吹送量、液珠与气体体积比不同，具体见下表3。

实施例11-19均制得了涂覆层与焊料层之间具有高附着力的复合型光伏焊带。

[对比例5-6]

对比例5-6均以实施例10为基础，区别仅在于：P3步骤中液珠与气体体积比不同，具体见表3。

分别以实施例10-19、对比例5-6制得的焊带作为试样，进行180°剥离试验，记录各试样经剥离试验涂覆层留存面积占比，试验结果见表3。

表3.气雾混合体吹送量、液珠与气体体积比及剥离试验结果表

由试验结果可以看出：适当增大液珠在气雾混合体中的体积比，有利于提高制得焊带的涂覆层的附着牢度，其中液珠在气雾混合体中的体积比对附着力的提升更为明显。当液珠在气雾混合体中的体积比大于1:10时、即气雾混合体中液珠的占比过高时，可能造成焊料层表面宏观变形(形成不均匀的异形截面)而不是形成微观凹坑，提升附着力的效果不佳；而当液珠和气体的体积比为小于1:50时、即气雾混合体中液珠的占比过低时，部分液珠可能在尚未接触焊料时即汽化，不利于形成微观凹坑，提升附着力的效果不佳。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种焊带加工方法，包括镀覆焊料工序，其特征在于：所述镀覆焊料工序的具体步骤如下，

S1、在导电基体表面覆盖熔融的焊料；

S2、在焊料的温度降低至焊料熔点前，向附着在导电基体表面的焊料吹送含有液珠的气雾混合体，液珠在接触焊料时气化；

S3、降温至焊料固化，形成焊料层。

2.根据权利要求1所述的焊带加工方法，其特征在于：气雾混合体的吹送量为6-40 L/min,气雾混合体中液珠和气体的体积比为1:(10-50)。

3.根据权利要求1所述的高附着力复合型光伏焊带加工方法，其特征在于：气雾混合体中液珠在一个标准大气压下的沸点≤120℃。

4.根据权利要求1所述的焊带加工方法，其特征在于：气雾混合体由液雾与空气、氮气和惰性气体中任一种或几种气体混合而成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的焊带加工方法，其特征在于：所述焊料在一个标准大气压下的熔点为120-250℃，S1步骤中熔融的焊料的温度为180-280℃。

6.根据权利要求1-4任一项所述的焊带加工方法，其特征在于，还包括功能材料涂覆工序：

在S3步骤形成的焊料层表面涂覆功能材料，形成涂覆层。

7.根据权利要求6所述的焊带加工方法，其特征在于：所述涂覆层为普通预涂助焊膜层、黑色预涂助焊膜层、彩色反光膜层、复合树脂耐蚀膜层中任一种。

8.根据权利要求1-4任一项所述的焊带加工方法，其特征在于：S1步骤中，导电基材经由拉拔定型、退火处理制得。

9.一种高附着力复合型光伏焊带，由权利要求1-8任一项所述焊带加工方法加工而得。

10.一种光伏组件，应用了权利要求9所述高附着力复合型光伏焊带。