張磊

摘要：自進(jìn)入二十一世紀(jì)，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展持續(xù)加快，全球能源總需求得以迅速增長，而在能源環(huán)境與氣候變化上問題日漸突出。堅(jiān)持開發(fā)利用可再生能源，減少對化石能源依賴，促進(jìn)保護(hù)賴以生存的環(huán)境，抵御全球氣候變暖，推進(jìn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展，已然成為全社會共識。該研究主要通過對超薄多晶硅電池焊接關(guān)鍵技術(shù)入手，在保證原有配合材料不變情況下，調(diào)整優(yōu)化焊接最高溫度、焊接時(shí)長、焊體降溫時(shí)間、提前預(yù)熱系統(tǒng)、焊體承受壓力、焊帶脫落拉伸力等方面的研究，借助采用新型焊接方法，將電池焊接碎片率目標(biāo)穩(wěn)定在0.6%以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)良焊接效果，從而保證組件二十五年壽命中穩(wěn)定的電氣性能輸出。

關(guān)鍵詞：焊接碎片；低溫導(dǎo)電；膠帶

中圖分類號： TM243 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號1672-3791（2016）07（b）-0000-00

太陽能轉(zhuǎn)換成電能有兩種方式：1、光熱電轉(zhuǎn)換方式，2、光電直接轉(zhuǎn)換方式。光電直接轉(zhuǎn)換方式利用光生伏特效應(yīng)，當(dāng)太陽光照射到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會把光能變成電能產(chǎn)生電流。當(dāng)若干個(gè)電池片串聯(lián)或并聯(lián)就可成為大功率輸出的太陽能電池方陣了。太陽能電池組件是發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，通過導(dǎo)線傳輸至蓄電池中存儲起來，或帶動(dòng)負(fù)載工作。太陽能電池組件的質(zhì)量與成本將直接決定整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的質(zhì)量與成本。組件生產(chǎn)過程是將太陽能電池片通過五道工藝即焊接、敷設(shè)、層壓、裝框和測試，封裝成可以提供一定的電性能及可靠耐用性的裝置，通過實(shí)際安裝應(yīng)用，給人類提供持續(xù)不斷的清潔能源。

1太陽能電池組件焊接方法的研究

該研究方向主要圍繞提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率，降低制造成本為中心。主要從焊接生產(chǎn)工藝優(yōu)化以及新焊接方式入手，優(yōu)化自動(dòng)化生產(chǎn)，不斷引入新工藝新技術(shù)，通過大量的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證并持續(xù)對制作工藝進(jìn)行改進(jìn)。為消費(fèi)者生產(chǎn)物廉價(jià)美的光伏產(chǎn)品，推動(dòng)新能源大規(guī)模平價(jià)利用，生產(chǎn)老百姓用的起的綠色電力。

太陽能電池組件的核心部件是太陽能晶體硅電池片，因太陽能電池片本身的物理特性，不能直接暴露在戶外各種自然環(huán)境下，故為了實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的應(yīng)用，就要對其進(jìn)行密閉封裝。沒有良好的封裝工藝，再好的太陽能電池也不能發(fā)揮自身的最大效能。封裝不僅使電池壽命得到保證，還增強(qiáng)了電池的抗沖擊強(qiáng)度。太陽能電池組件制造經(jīng)過焊接（自動(dòng)焊接、人工焊接），敷設(shè)（自動(dòng)敷設(shè)、人工敷設(shè)），層壓，組框等工序，將電池封裝在鋼化玻璃、EVA、背板和鋁框的耐候防水防沙耐酸堿耐高電壓的堅(jiān)固外殼內(nèi)。組件的高品質(zhì)與長壽命是贏得可客戶認(rèn)可滿意的關(guān)鍵。

2太陽能電池組件焊接影響因素分析

1、太陽能電池：使用硼摻雜的0.18毫米正公差多晶硅片，通過表面清洗、酸制絨、高頻擴(kuò)散制備PN結(jié)、氮化硅減反射膜氣相沉積法、絲網(wǎng)印刷正背場電極、柵線燒結(jié)與效率測試。在電池正背面覆蓋的金屬柵線，通過光生伏特效應(yīng)收集內(nèi)部電子，借助柵線輸出電能。

2、鍍錫銅帶（焊帶）：將電氣用銅線壓制加工成扁平線，使用銅成分大于99.9%的無氧銅，材料不得有彎折、變色、污染、傷痕、油污等不良缺陷，外部采用浸鉛錫合金的方式加工而成。

3、助焊劑：太陽能電池焊接采用非松香型免洗助焊劑，在自動(dòng)焊接應(yīng)用領(lǐng)域有尚佳表現(xiàn)。助焊劑中適宜的固體含量和內(nèi)部機(jī)理活性來保證電池焊后極少的殘留物，且表干清潔?？擅獬逑垂ば?，節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用。此外焊后電池有很高的表面絕緣電阻，保證電氣性能可靠性。

3太陽能電池組件焊接工藝優(yōu)化

1、減少被焊合金在液體狀態(tài)下的相互接觸時(shí)間，防止或減少生成金屬化合物和氧化物。

2、延長焊接成型后溫度降低時(shí)間，減少冷卻時(shí)間，減少焊帶與電池間應(yīng)力釋放沖擊對電池片造成隱裂。

3、保證焊接過程中焊帶與電池壓力穩(wěn)定適宜性，研究探針結(jié)構(gòu)與材質(zhì)的改變，減少金屬探針對電池片的內(nèi)在損傷。

4、檢驗(yàn)焊接用熱風(fēng)吹掃至電池表面的溫度穩(wěn)定適宜性，保證均勻受熱，減少因溫度差異，造成電池不同位置的內(nèi)應(yīng)力差異性大，造成焊帶沿電池主柵線處開裂，或虛焊引起歐姆接觸電阻異常。

選擇不同類型的焊帶，使用更加柔軟輕薄的焊帶作為電氣傳導(dǎo)載體，減少其對電池片的應(yīng)力沖擊。在保證焊接質(zhì)量的前提下，降低焊接問題，降低溫度對焊接材料的熱沖擊。

5、自動(dòng)焊接設(shè)備工藝調(diào)整，通過優(yōu)化焊接環(huán)境溫度穩(wěn)定性，加裝焊接機(jī)密封裝置，改善排風(fēng)結(jié)構(gòu)，保持機(jī)內(nèi)平穩(wěn)溫度，避免驟冷驟熱對控制焊接溫度的有害影響。在焊接過程中，提升電池預(yù)熱盤溫度，降低焊帶電池間溫差。摸索電池片的預(yù)熱溫度及時(shí)間，增加焊帶預(yù)熱系統(tǒng)，降低兩種材料在焊接過程溫差提高適應(yīng)性。

4太陽能電池組件焊接方式建議

除了現(xiàn)有的自動(dòng)熱風(fēng)焊接方式以外，太陽能電池片的厚度已經(jīng)能夠做到180μm甚至更薄，在焊接過程中對于薄片極易造成電池片的碎裂從而降低電池片的利用率，增加生產(chǎn)成本。為此我們引入更先進(jìn)焊接工藝，能夠減少電池片的碎片幾率，達(dá)到節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。該工藝主要采用低溫焊接方式，解決熱風(fēng)焊接過程中造成的焊帶與電池片間的應(yīng)力這一缺陷為突破口，達(dá)到降低電池片碎片幾率的目的。ACF介于焊帶與電池主柵線之間，可大大降低焊接溫度，減少焊帶鍍錫層與電池主柵線在焊接完冷卻時(shí)內(nèi)應(yīng)力釋放對電池可能造成的沖擊與損傷。

5結(jié)束語

通過對太陽能電池薄片低溫焊接工藝的摸索，與導(dǎo)電膠帶焊接工藝的實(shí)驗(yàn)，相對于傳統(tǒng)熱風(fēng)焊接技術(shù)來講，導(dǎo)電膠帶焊接是一全新的技術(shù)。

隨著焊接工藝溫度的提升，電池片內(nèi)溫度梯度有明顯差異，而溫度梯度的差異將直接影響焊接后電池片內(nèi)殘余內(nèi)應(yīng)力，電池片內(nèi)殘余內(nèi)應(yīng)力越大，在使用過程中碎片的風(fēng)險(xiǎn)也將越大，由于在焊帶與電池粘接過程中實(shí)現(xiàn)了低溫操作，電池片內(nèi)應(yīng)力將會較低，導(dǎo)電膠帶組件可以避免組件在生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉儲、安裝過程中的隱裂問題。

由于導(dǎo)電膠帶采用的是低溫焊接工藝，焊接過程中電池片受應(yīng)力變化小，因此適用于超薄電池片粘接。超薄電池片的應(yīng)用可在節(jié)約硅料的同時(shí)也為環(huán)境保護(hù)做出巨大貢獻(xiàn)。

由于導(dǎo)電膠帶粘接工藝特點(diǎn)，對于太陽能電池的主柵線沒有特別要求。在電池柵線設(shè)計(jì)時(shí)，具有很強(qiáng)的靈活性，同時(shí)擴(kuò)大了電池漿料的選擇范圍。此外可以完全去掉主柵線，這在貴金屬價(jià)格居高不下的前提下，其優(yōu)勢將更加明顯，擴(kuò)大了光伏組件成本降低的潛在空間。

本文研究對于超薄電池焊接的規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)有積極的指導(dǎo)意義，最終目標(biāo)實(shí)現(xiàn)為消費(fèi)者生產(chǎn)物廉價(jià)美的光伏產(chǎn)品，推動(dòng)新能源大規(guī)模平價(jià)利用，讓綠色電力更快的走近尋常百姓家。

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