太陽(yáng)能電池組件制作方法研究

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(zhǎng)，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(duì)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(huì)的可持續(xù)發(fā)展，已然成為全社會(huì)共識(shí)。該研究主要通過對(duì)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(zhǎng)、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(hào)： TM243 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)1672-3791（2016）07（b）-0000-00

太陽(yáng)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(yáng)光照射到光電二極管上時(shí)，光電二極管就會(huì)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(yáng)能電池方陣了。太陽(yáng)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(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過導(dǎo)線傳輸至蓄電池中存儲(chǔ)起來，或帶動(dòng)負(fù)載工作。太陽(yáng)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(yáng)能電池片通過五道工藝即焊接、敷設(shè)、層壓、裝框和測(cè)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(yáng)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(duì)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(yáng)能電池組件的核心部件是太陽(yáng)能晶體硅電池片，因太陽(yáng)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(yáng)能發(fā)電的應(yīng)用，就要對(duì)其進(jìn)行密閉封裝。沒有良好的封裝工藝，再好的太陽(yáng)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(yáng)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(zhǎng)壽命是贏得可客戶認(rèn)可滿意的關(guān)鍵。

2太陽(yáng)能電池組件焊接影響因素分析

1、太陽(yáng)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(chǎng)電極、柵線燒結(jié)與效率測(cè)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(wú)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(yáng)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(yáng)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(yáng)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(yáng)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(duì)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(duì)電池可能造成的沖擊與損傷。

5結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)太陽(yáng)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(duì)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(huì)較低，導(dǎo)電膠帶組件可以避免組件在生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、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(duì)于太陽(yáng)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(shì)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(duì)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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