CN117878175A - 一种三角导电丝及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三角导电丝及其制备方法，属于太阳能电池技术领域，包括导电丝基材、两个反光镀层、焊接层，反光镀层分别设置在导电丝基材的两个反光面，导电丝基材的两个反光面夹角为60±1°，导电丝基材的背光面设有凹面，焊接层设置在凹面表面，焊接层的材料为低温锡基合金，熔点为135℃~148℃，导电丝基材的截面形状为单边内凹的正三角形，三个R角小于15μm，本三角导电丝结构区别于传统三角导电丝，在背光面设置凹面，在凹面表面设置焊接层，可防止三角导电丝与电池片焊接过程中出现溢锡、锡珠、虚焊等问题，采用熔点在135℃~148℃的低温锡基合金作为焊接层，可在200℃以内与电池片进行焊接，比传统焊接温度低40℃，大大降低电池片隐裂与碎片的风险。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其是一种三角导电丝及其制备方法。
背景技术
光伏导电丝又称镀锡铜带或涂锡铜带，是光伏组件的重要组成部分，用于光伏电池封装中的连接。它将光伏电池片上由光能转成的电能引出，输送到电设备，发挥导电聚电的重要作用，发出来的电要通过更好的金属化技术（或互联技术）才能以最低的损耗传导出去，对于组件而言，在高效的电池基础上通过更高效的金属化互联技术才能取得更好的功率增益。常规组件一般采用扁平导电丝，其表面为平面结构，垂直入射到导电丝表面的太阳光几乎全部被反射而损失掉，使得组件对光能利用率较低。三角导电丝较扁平导电丝或圆形导电丝的反光率更高，制成组件后的光学增益明显，组件功率提升更高。常规三角导电丝R角一般大于30μm，由于圆弧过渡区占比较大，反光能力减弱；另外，由于采用传统锡铅合金作为镀层，焊接温度高，且串焊过程中表层的锡焊接层易流动，易出现溢锡，锡珠，虚焊，隐裂及碎片等不良问题。
发明内容
发明目的：提供一种三角导电丝及其制备方法，以解决现有技术存在的上述问题。
第一方面，本发明提供了一种三角导电丝，包括导电丝基材、两个反光镀层、焊接层；
所述反光镀层分别设置在导电丝基材的两个反光面，所述导电丝基材的两个反光面夹角为60±1°；
所述导电丝基材的背光面设有凹面，所述焊接层设置在凹面表面，所述焊接层的材料为低温锡基合金，熔点为135℃~148℃；
所述导电丝基材的截面形状为单边内凹的正三角形，三个R角小于15μm。
优选的，所述导电丝基材由0.1mm~0.5mm线径的铜线或铜包铝线经精密轧机压延制得。
优选的，所述导电丝基材的两个反光面和背光面经超声波抛光处理。
优选的，所述导电丝基材的两个反光面和背光面粗糙度的Ra值小于0.03μm。
优选的，所述反光镀层采用磁控溅射镀银或铝，或采用电镀工艺镀银制得。
优选的，所述反光镀层粗糙度的Ra值小于0.5μm。
优选的，所述反光镀层厚度为0.1μm~1μm。
优选的，所述凹面弧度为10°~30°，弧度对应的弦长占导电丝基材截面的底边边长的60%~75%。
优选的，所述焊接层厚度为10μm~25μm。
优选的，所述低温锡基合金通过如下方法制备：
采用真空感应炉熔炼制备Sn-10wt%Zn、Sn-10wt%P，作为中间合金备用；
采用水合肼法制备金属基石墨烯，作为中间合金备用；
将上述中间合金与其它金属按目标成分进行配料，在真空感应熔炼炉制得所述低温锡基合金，所述低温锡基合金成分为：Sn :38%~53%，Bi: 50%~65%，Cu :0.1%~0.8%，Zn :0.2%~1%，P: 0.08%~0.25%，石墨烯:0.1%~0.2%。
优选的，采用水合肼法制备金属基石墨烯，包括：
在50ml的2%硫酸铜溶液中加入1g平均直径为30nm~50nm的石墨烯，超声分散均匀；再向上述溶液滴入2%水合肼溶液2ml，磁力搅拌40min，然后经离心烘干备用。
第二方面，本发明提供了一种三角导电丝制备方法，用于制作第一方面中任意所述的三角导电丝，包括：
采用精密轧机对圆丝基材进行压延，使其成为截面形状为单边内凹的正三角形的导电丝基材；
将导电丝基材退火备用；
采用超声波抛光设备对导电丝基材的两个反光面与背光面进行抛光；
采用磁控溅射或电镀工艺在导电丝基材的两个反光面上镀银或铝，形成反光镀层；
采用局部镀锡设备，在导电丝基材的凹面表面热浸镀低温锡基合金，形成焊接层。
综上所述，本发明的有益效果是：
1、导电丝基材采用铜线或铜包铝线，其中铜包铝线密度小，且价格低，通过扩大线径后与铜线具有相当的导电能力，比采用铜线降本至少20%。
2、本三角导电丝结构区别于传统三角导电丝，在背光面设置凹面，在凹面表面设置焊接层，可防止三角导电丝与电池片焊接过程中出现溢锡、锡珠、虚焊等问题。
3、本三角导电丝截面形状为单边内凹的正三角形，三个R角小于15μm，因此圆弧过渡区占比较小，反光效率高，具有更好组件功率增益效果。
4、采用熔点在135℃~148℃的低温锡基合金作为焊接层，可在200℃以内与电池片进行焊接，比传统焊接温度低40℃，大大降低电池片隐裂与碎片的风险。
附图说明
图1是本发明提供的三角导电丝示意图。
附图标记为：1、导电丝基材；2、反光镀层；3、焊接层；4、凹面。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
实施例1
如图1所示，本实施例公开的三角导电丝，包括导电丝基材1、两个反光镀层2、焊接层3，反光镀层2分别设置在导电丝基材1的两个反光面，导电丝基材1的两个反光面夹角为60±1°，导电丝基材1的背光面设有凹面4，焊接层3设置在凹面4表面，焊接层3的材料为低温锡基合金，熔点为135℃~148℃，导电丝基材1的截面形状为单边内凹的正三角形，三个R角小于15μm。在背光面设置凹面4，在凹面4表面设置焊接层3，可防止三角导电丝与电池片焊接过程中出现溢锡、锡珠、虚焊等问题；三角导电丝截面形状为单边内凹的正三角形，三个R角小于15μm，因此圆弧过渡区占比较小，反光效率高，具有更好组件功率增益效果；采用熔点在135℃~148℃的低温锡基合金作为焊接层3，可在200℃以内与电池片进行焊接，比传统焊接温度低40℃，大大降低电池片隐裂与碎片的风险。
如图1所示，导电丝基材1由0.1mm~0.5mm线径的铜线或铜包铝线经精密轧机压延制得，其中铜包铝线密度小，且价格低，通过扩大线径后与铜线具有相当的导电能力，比采用铜线降本至少20%；
具体的，铜线抗拉强度>250MPa、延伸率>23%、导电率100%IACS；铜包铝线抗拉强度>230Mpa、延伸率>15%、导电率>45%IACS。
如图1所示，导电丝基材1的两个反光面和背光面经超声波抛光处理，以降低表面粗糙度。
如图1所示，导电丝基材1的两个反光面和背光面粗糙度的Ra值小于0.03μm。
如图1所示，反光镀层2采用磁控溅射镀银或铝或采用电镀工艺镀银制得。
具体的，当反光镀层2采用磁控溅射镀银或铝制得时，厚度为0.1μm~0.3μm；当反光镀层2采用电镀工艺镀银制得时，厚度为0.3μm~1μm。
如图1所示，反光镀层2粗糙度的Ra值小于0.5μm，能够保证反光镀层2表面光滑，以提高三角导电丝的反光性能。
如图1所示，反光镀层2厚度为0.1μm~1μm，以保护导电丝基材1不被空气中的氧气氧化腐蚀。
如图1所示，凹面4弧度为10°~30°，弧度对应的弦长占导电丝基材1截面的底边边长的60%~75%。
如图1所示，焊接层3厚度为10μm~25μm，可以确保导电丝与电池片焊接牢固。
本实施例中，低温锡基合金通过如下方法制备：
采用真空感应炉熔炼制备Sn-10wt%Zn、Sn-10wt%P，作为中间合金备用；
采用水合肼法制备金属基石墨烯，作为中间合金备用；
将上述中间合金与其它金属按目标成分进行配料，在真空感应熔炼炉制得低温锡基合金，低温锡基合金成分为：Bi:59.7%，Cu:0.45%，Zn:0.6%，P:0.1%，石墨烯:0.15%。
具体的，采用水合肼法制备金属基石墨烯，包括：
在50ml的2%硫酸铜溶液中加入1g平均直径为30nm~50nm的石墨烯，超声分散均匀；再向上述溶液滴入2%水合肼溶液2ml，磁力搅拌40min，然后经离心烘干备用。
本实施例制备的低温锡基合金熔点为145℃
需要说明的是，上述合金是由Sn-Bi二元合金基础上添加Cu、Zn、P元素及石墨烯组成的合金，其中少量Zn元素和石墨烯的加入可以使合金导电性得到提升，但是Zn与O的结合能力较其它元素强，会首先氧化在合金表面形成含Zn的氧化物薄膜，这种膜的钝化能力较弱远不及Al2O3膜，会随着高温及时间延长，氧化增重曲线呈线性增长规律，通过向合金中加入微量P元素，利用其集肤效应，在合金制备及使用过程中熔融态合金表面形成一层连续的集化膜保护层，该保护层可以阻碍焊料合金继续直接与周围的空气相互接触，保护焊料合金不被继续氧化，以达到抑制合金中Zn的活性，增强合金的抗氧化性的目的。
实施例2
与实施例1的区别在于，本实施的低温锡基合金成分为：Sn:41.77%，Bi:57.2%，Cu:0.31%，Zn:0.45%，P:0.08%，石墨烯:0.2%。
本实施例制备的低温锡基合金熔点为137℃。
实施例3
与实施例1的区别在于，本实施的低温锡基合金成分为：Sn:48.72 %，Bi:50.25%，Cu:0.38%，Zn:0.4%，P:0.09%，石墨烯:0.16%。
本实施例制备的低温锡基合金熔点为148℃。
实施例4
本实施例公开的三角导电丝制备方法，用于制作上述三角导电丝，包括：
采用精密轧机对线径为0.2mm的铜线基材进行压延，使其成为截面形状为单边内凹的正三角形的导电丝基材，三角形边长为0.25mm，三个R角分别为10μm，10μm，12μm，两个反光面夹角为59°，凹面弧度为20°；
将导电丝基材退火备用；
采用超声波抛光设备对导电丝基材的两个反光面与背光面进行抛光，抛光处理后两个反光面与背光面的粗糙度的Ra值为0.02μm；
采用磁控溅射在导电丝基材的两个反光面上镀银，形成反光镀层，反光镀层厚度为0.3μm；
采用局部镀锡设备，在导电丝基材的凹面表面热浸镀低温锡基合金，形成焊接层，焊接层厚度为12μm。
实施例5
本实施例公开的三角导电丝制备方法，用于制作上述三角导电丝，包括：
采用精密轧机对线径为0.4mm的铜线基材进行压延，使其成为截面形状为单边内凹的正三角形的导电丝基材，三角形边长为0.5mm，三个R角分别为15μm，15μm，20μm，两个反光面夹角为59°，凹面弧度为20°；
将导电丝基材退火备用；
采用超声波抛光设备对导电丝基材的两个反光面与背光面进行抛光，抛光处理后两个反光面与背光面的粗糙度的Ra值为0.02μm；
采用磁控溅射在导电丝基材的两个反光面上镀银，形成反光镀层，反光镀层厚度为0.3μm；
采用局部镀锡设备，在导电丝基材的凹面表面热浸镀低温锡基合金，形成焊接层，焊接层厚度为12μm。
实施例6
本实施例公开的三角导电丝制备方法，用于制作上述三角导电丝，包括：
采用精密轧机对线径为0.27mm的铜包铝线基材进行压延，使其成为截面形状为单边内凹的正三角形的导电丝基材，三角形边长为0.34mm，三个R角分别为10μm，10μm，12μm，两个反光面夹角为59°，凹面弧度为20°；
将导电丝基材退火备用；
采用超声波抛光设备对导电丝基材的两个反光面与背光面进行抛光，抛光处理后两个反光面与背光面的粗糙度的Ra值为0.03μm；
采用电镀工艺在导电丝基材的两个反光面上镀银，形成反光镀层，反光镀层厚度为0.5μm；
采用局部镀锡设备，在导电丝基材的凹面表面热浸镀低温锡基合金，形成焊接层，焊接层厚度为15μm。
本实施例中，铜包铝线强度为241Mpa，延伸率为14.2%，导电率为55%IACS。
对比例1
对比例1与实施例4的区别在于，采用线径为0.25mm，镀银层厚度为0.3μm的扁平导电丝作为互联带。
对比例2
对比例2与实施例5区别在于采用市售截面边长为0.5mm，R角大于35μm的三角导电丝作为互联带。
分别采用实施例4-6和对比例1-2所获得的导电丝制作成小组件，小组件采用功率相同的9BB半片HJT电池制作而成，组件长、宽均为200mm。根据IEC 61215∶2016，在标准测试条件(STC)下，各导电丝性能参数与制作组件功率如下表所示：
| 编号 | 宽度*厚度/三角形边长（/mm） | R角 （/μm） | 抗拉强度 （/MPa） | 延伸率（/%） | 电阻 （/Ω·mm2/m） | 组件功率 （W） |
| 实施例4 | 0.25 | 10,10,12 | 255 | 26.2 | 0.0173 | 7.48 |
| 实施例5 | 0.50 | 15,15,20 | 253 | 28.6 | 0.0171 | 7.41 |
| 实施例6 | 0.34 | 10,10,12 | 235 | 14.2 | 0.0313 | 7.44 |
| 对比例1 | 0.25*0.1 | - | 258 | 28.9 | 0.0172 | 7.32 |
| 对比例2 | 0.5*0.1 | 36,36,40 | 261 | 28.1 | 0.0171 | 7.38 |
需要说明的是，铜包铝线较铜线导电能力差，铜包铝合金线按相关参数计算，经扩大一定线径后可获得与铜线相当的导电能力。对于导电率为55%，线径为0.27mm的铜包铝线，可与导电率为100%，线径为0.2mm的铜线具有相当的导电能力。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种三角导电丝，其特征在于，包括导电丝基材、两个反光镀层、焊接层；
所述反光镀层分别设置在导电丝基材的两个反光面，所述导电丝基材的两个反光面夹角为60±1°；
所述导电丝基材的背光面设有凹面，所述焊接层设置在凹面表面，所述焊接层的材料为低温锡基合金，熔点为135℃~148℃；
所述导电丝基材的截面形状为单边内凹的正三角形，三个R角小于15μm。
2.根据权利要求1所述的三角导电丝，其特征在于，所述导电丝基材由0.1mm~0.5mm线径的铜线或铜包铝线经精密轧机压延制得。
3.根据权利要求1所述的三角导电丝，其特征在于，所述导电丝基材的两个反光面和背光面经超声波抛光处理。
4.根据权利要求3所述的三角导电丝，其特征在于，所述导电丝基材的两个反光面和背光面粗糙度的Ra值小于0.03μm。
5.根据权利要求1所述的三角导电丝，其特征在于，所述反光镀层采用磁控溅射镀银或铝，或采用电镀工艺镀银制得。
6.根据权利要求5所述的三角导电丝，其特征在于，所述反光镀层粗糙度的Ra值小于0.5μm。
7.根据权利要求5所述的三角导电丝，其特征在于，所述反光镀层厚度为0.1μm~1μm。
8.根据权利要求1所述的三角导电丝，其特征在于，所述凹面弧度为10°~30°，弧度对应的弦长占导电丝基材截面的底边边长的60%~75%。
9.根据权利要求1所述的三角导电丝，其特征在于，所述焊接层厚度为10μm~25μm。
10.根据权利要求1所述的三角导电丝，其特征在于，所述低温锡基合金通过如下方法制备：
采用真空感应炉熔炼制备Sn-10wt%Zn、Sn-10wt%P，作为中间合金备用；
采用水合肼法制备金属基石墨烯，作为中间合金备用；
将上述中间合金与其它金属按目标成分进行配料，在真空感应熔炼炉制得所述低温锡基合金，所述低温锡基合金成分为：Sn :38%~53%，Bi: 50%~65%，Cu :0.1%~0.8%，Zn :0.2%~1%，P: 0.08%~0.25%，石墨烯:0.1%~0.2%。
11.根据权利要求10所述的三角导电丝，其特征在于，采用水合肼法制备金属基石墨烯，包括：
在50ml的2%硫酸铜溶液中加入1g平均直径为30nm~50nm的石墨烯，超声分散均匀；
再向上述溶液滴入2%水合肼溶液2ml，磁力搅拌40min，然后经离心烘干备用。
12.一种三角导电丝制备方法，用于制作权利要求1-9任意一项所述的三角导电丝，其特征在于，包括：
采用精密轧机对圆丝基材进行压延，使其成为截面形状为单边内凹的正三角形的导电丝基材；
将导电丝基材退火备用；
采用超声波抛光设备对导电丝基材的两个反光面与背光面进行抛光；
采用磁控溅射或电镀工艺在导电丝基材的两个反光面上镀银或铝，形成反光镀层；
采用局部镀锡设备，在导电丝基材的凹面表面热浸镀低温锡基合金，形成焊接层。
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| CN202410163811.7A CN117878175A (zh) | 2024-02-05 | 2024-02-05 | 一种三角导电丝及其制备方法 |
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