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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