CN113937177A

CN113937177A - 一种铝基材光伏焊带的制造方法

Info

Publication number: CN113937177A
Application number: CN202111202348.5A
Authority: CN
Inventors: 黄子健
Original assignee: Alpha Solar Suzhou Co ltd
Current assignee: Alpha Solar Suzhou Co ltd
Priority date: 2021-10-15
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2022-01-14

Abstract

本发明提供了一种以铝基材线材为光伏焊带基材，通过超声波空洞效应加工，在铝基材线材外形成焊锡合金层，实现铝基线材外表镀锡制造光伏焊带的方法，包括将经过铝丝压延并退火处理的规定截面形状和外形尺寸的铝带，浸入到锡槽中熔融状态焊锡合金液中，通过超声波空洞效应，对铝带线材外表进行表面处理，将焊锡合金和铝带表面进行金属扩散结合，形成铝基线材的表面镀锡合金层。本发明的制作方法，取代了以铜基材线材制作光伏焊带的传统方法。由于铝基材具有更小的屈服强度，使铝基材涂锡光伏焊带更适合大尺寸，更薄电池片的发展趋势，降低了和大尺寸更薄电池片焊接时发生的碎片率。同时铝基材线材和铜基材线材相比，大幅降低了焊带的成本。

Description

一种铝基材光伏焊带的制造方法

技术领域

本发明涉及金属加工领域，尤其涉及一种铝质线材表面涂锡光伏焊带及其制造方法。

背景技术

光伏发电所采用的基本直流单元由光伏组件组成。光伏组件由若干个光伏电池串并联电学连接形成，保持一定的电学输出特性。单片光伏电池之间的连接就是通过光伏焊带和光伏电池片上主栅线电极的连接来实现。其中，绝大部分是通过光伏焊带表面的焊锡合金和主栅线电极焊接实现的，小部分通过导电胶带或导电胶和主栅线实现连接的。

因此，光伏焊带是光伏组件的重要组成部分，通过电池片的连接形成电池串，再将光伏组件中的若干电池串连接起来，使光伏组件中所有电池片产生的电流汇流输出，起到电池片之间的连接和将电池片产生的电能进行汇集、传输的作用。

光伏电池和焊带的焊接由三部分组成：硅片、正面主栅线的银浆和背面主栅线的银铝浆和焊带。由于这三部分材料热膨胀系数差异较大，在焊接后会存在较大的热应力差，造成电池片的弓形。电池片的弓形一般发生在冷却的过程中，焊料融化后要迅速冷却到室温，冷却速度可高达150℃/s，由于材料热膨胀系数的差异，必然导致热应力的存在，因此冷却后出现弓形。低屈服强度超软焊带，可以从一定程度上明显降低这种弓形，进而降低组件的碎片率。事实证明超软焊带会明显降低焊接碎片率，而且硅片越薄，焊带就要越软。

随着光伏硅片和电池技术的发展，为降低电池硅片的成本，晶硅硅片的面积越做越大，从125mm扩大到目前的210mm的主流硅片尺寸，电池片的厚度却从200um降低到175um甚至160um。对于异质结光伏电池硅片厚度，非常大的可能会从目前的160um降低到120um。

传统的光伏焊带是采用铜带或无氧铜带，在拉力作用下通过助焊剂池，而后浸入并通过装有熔融焊锡合金的焊锡炉，铜带出炉后，通过冷却，形成表面镀有焊锡合金的光伏焊带。由于铜基光伏焊带本身如，伸长率和屈服强度等机械特性的限制，用于超薄大尺寸电池片焊接时，碎片率过高，给生产带来较大经济损失。随着光伏硅片越切越薄的趋势，电池片越来越薄，继续使用铜基焊带无疑会增加焊接碎片率。

因此，需要一种更加柔软，高导电特性，外表覆锡和电池片主栅线电极焊接连接，成本比铜材涂锡焊带更有优势的金属基材来代替铜基光伏焊带，采用屈服强度更小的焊带应该有广阔的发展空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：针对目前铜材质涂锡焊带的不足，提供一种可焊性强，屈服强度低，伸长率高，成本低的光伏焊带和相应的制造方法。

本发明选择铝材作为焊带线材材质。由于铝材的导电能力仅次于铜，能够满足焊带对导电能力的要求；特别是铝材的屈服强度相比铜材，有非常大的优势，满足了大尺寸薄电池片的应用。同时铝材的成本和铜材相比，非常有竞争力，可以使铝基材料的焊带成本大幅度下降。

但铝材料由于铝表面极易形成氧化层，且氧化层非常稳定，普通助焊剂不能消除氧化层，使铝材料表面涂锡工艺非常困难。

本发明的具体技术方案如下：一种铝基材光伏焊带，焊带以铝为材质的线材，经过压延、退火后，形成铝基连续线材，即为光伏焊带的基材，其截面形状、厚度、宽度尺寸符合光伏焊带的要求；再在所述的铝基连续线材表面进行超声波镀锡处理从而形成的光伏焊带；

焊带镀锡的制作方法如下：

一、将经过上述处理的铝基线材，完全浸入到焊锡槽中加热熔融的焊锡合金液中；

二、超声波换能器装置通过焊锡槽，直接抵触焊锡合金，超声波在熔融状态焊锡合金液中和所述铝基线材的界面产生超声波空洞现象，空洞爆发将铝基线材表面污垢和氧化膜除去，同时将熔融焊锡合金扩散到铝基线材表面形成扩散层，在铝基线材表面形成5-50微米厚度的焊锡合金层；

三、通过铝基线材的放线和收卷机构控制铝基线材的运动，使所述铝基线材浸入通过焊锡槽中的熔融焊锡合金液中，在铝基线材外表形成连续均匀的涂锡合金层，形成铝基材涂锡光伏焊带。

进一步地，所述的铝基线材厚度在0.100mm～1.000mm之间，铝基线材的宽度在0.1mm～10mm之间。

进一步地，所述的铝基线材的直径在0.100mm～1.000mm之间。

进一步地，所述的焊锡合金采用低温焊锡合金或者高温焊锡合金；低温焊锡合金为锡、铋和银的合金，其中含有不高于3％的钛、铈和镓中的一种或几种混合物，以提高空洞效应下低温锡合金和铝表面的亲润性；高温焊锡合金为锡和铅的合金，其中含有不高于3％的钛、铈和镓中的一种或几种混合物，以提高空洞效应下锡合金和铝表面的亲润性。

进一步地，所述的焊锡槽的加热温度，高于所述的焊锡合金的共晶熔点温度，使所述的焊锡合金处于熔融液态状态。

进一步地，所述的铝基线材的外表焊锡合金层厚度由超声波工作频率和放线和收卷机构控制的铝基线材在熔融焊锡合金液中运动速度决定。

进一步地，所述的焊接装置采用超声波装置，设置有换能器，其换能器包括调频装置、转换器和调压装置；所述的调频装置连接电源，将低频电能转化成高频电能，供给所述的转换器；所述的转换器连接焊接装置的焊头，将高频电能转换成用于超声波的高频机械振动能，以纵波的形式传播；高频机械振动能在熔融焊锡合金中辐射，将高频机械能传递给锡槽中熔融焊锡合金液，形成空洞效应。其中超声波的频率和空洞效应对铝基材表面的锡合金的扩散能力成反比。

进一步地，所述的铝基线材，其截面为圆形、弧形，正方形、长方形或梯形，由铝丝线压延形成。铝基线材包括纯铝线材，或为降低了线材电阻率和提高线材强度的铝铜合金，或铝铜镁合金。

本发明的有益效果在于，本发明采用超声波工艺，通过超声波空洞效应，在锡槽中的熔融焊锡合金液中，通过空洞效应的爆发，消除铝基带表面氧化层，将熔融锡合金和铝带表面实现金属扩散结合层，完成铝基带表面的锡合金层。实现铝基材镀锡焊带的制造。

附图说明

图1示出本发明的铝基线材涂锡光伏焊带截面示意图。

图2示出本发明的铝基线材涂锡制造示意图。

图3示出焊带焊接电池片示意图。

其中：1.铝基线材 2.铝基线材镀锡合金层 3.锡槽 4.熔融状态焊锡合金液 5.超声波换能器 6.空洞效应气泡 7.光伏电池片 8.铝基材镀锡焊带

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

实施案例1：

一种铝基材涂锡焊带的制备工艺流程如下：

1、压延：将铝丝放置在放线器上，将铝丝引入压辊部位。根据铝丝尺寸将铝丝压延成厚度为0.10mm，宽度为1.0mm的矩形截面连续铝带；

2、退火处理：将压延后铝带进行退火处理；

3、涂锡处理：将退火后铝基材线材放置在超声波涂锡装置，并调整好铝基线材的收线速度；

4、将超声波涂锡装置锡槽加热到焊锡合金共晶熔点30度以上。保证焊锡呈熔融可流动状态，对于锡铋银低温焊锡合金，可以选择在170度～190度。

5、将退火处理后铝基线材浸入熔融焊锡合金液中，并调整好铝基线材的张力。

6、启动超声波装置，换能器将熔融焊锡合金和铝基材线材界面产生空洞效应，超声波频率设定为60KHz。铝基线材表面氧化物被清除，焊锡合金在铝基线材表面形成焊锡合金层。

7、超声波涂锡装置上，收卷装置将表面镀好的铝基焊带从锡槽中均匀拉出。冷却后，包装。

表1：铝基涂锡焊带和铜基涂锡焊带机械性能对比

检验项目	铝基材涂锡焊带	铜基材涂锡焊带
			基材含量	含铝量>99％	含铜量99.99％
电阻率(Ω·mm2/m 20℃)	0.0283	0.0202
			断后延伸率(％)	15	>20
抗拉强度(MPa)	120	>130
			屈服强度(MPa)	57	>65

由表1结果可见，按本发明制备方法制造的铝基材涂锡光伏焊带具有优异的抗拉强度和屈服强度，以及良好的电阻率。特别是比较低的屈服强度，完全可以适应和大尺寸，薄电池片的焊接。

实施案例2：

以144片半片电池，9主栅线166mm电池片组件为例，需要直径0.32mm铜基涂锡焊丝0.32kg，0.25mm*6mm矩形汇流带0.042kg。

表2 144片166半片9BB组件铝基涂锡焊带和铜基涂锡焊带成本对比

采用同等规格铝基涂锡焊带，由于铝和铜比重差异，减少了铝基材料的用量。同时，铝材的价格只有铜材价格的30％左右。由表2结果可见，使用本发明制备方法制造的铝基材涂锡光伏焊带，可以比使用铜基涂锡焊带节省89％成本。极大的降低了光伏组件的成本。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制性技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围。

Claims

1.一种铝基材光伏焊带的制造方法，其特征在于，焊带以铝为材质的线材，经过压延、退火后，形成铝基连续线材，即为光伏焊带的基材，其截面形状、厚度、宽度尺寸符合光伏焊带的要求；再在所述的铝基连续线材表面进行涂锡处理从而形成的光伏焊带；

制作方法如下：

二、超声波换能器装置通过焊锡槽，直接抵触焊锡合金，超声波在熔融状态焊锡合金液中和所述铝基线材的界面产生超声波空洞现象，空洞爆发将铝基线材表面污垢和氧化膜除去，同时将熔融状态焊锡合金扩散到铝基线材表面形成扩散层，在铝基线材表面形成5-50微米厚度的焊锡合金层；

2.根据权利要求1所述的一种铝基材光伏焊带的制造方法，其特征在于，所述的铝基线材厚度在0.100mm～1.000mm之间，铝基线材的宽度在0.1mm～10mm之间。

3.根据权利要求1所述的一种铝基材光伏焊带的制造方法，其特征在于，所述的铝基线材的直径在0.100mm～1.000mm之间。

4.根据权利要求1所述的.一种铝基材质涂锡光伏焊带及其制作方法，其特征在于，所述的焊锡合金采用低温焊锡合金或者高温焊锡合金；低温焊锡合金为锡、铋和银的合金，其中含有不高于3％的钛、铈和镓中的一种或几种混合物；高温焊锡合金为锡和铅的合金，其中含有不高于3％的钛、铈和镓中的一种或几种混合物。

5.根据权利要求1所述的一种铝基材光伏焊带的制造方法，其特征在于，所述的焊锡槽的加热温度，高于所述的焊锡合金的共晶熔点温度，使所述的焊锡合金处于熔融液态状态。

6.根据权利要求2所述的一种铝基材光伏焊带的制造方法，其特征在于，所述的铝基线材的外表焊锡合金层厚度由超声波工作频率和放线和收卷机构控制的铝基线材在熔融焊锡合金液中运动速度决定。

7.根据权利要求1所述的一种铝基材光伏焊带的制造方法，其特征在于，所述的焊接装置采用超声波装置，设置有换能器，其换能器包括调频装置、转换器和调压装置；所述的调频装置连接电源，将低频电能转化成高频电能，供给所述的转换器；所述的转换器连接焊接装置的焊头，将高频电能转换成用于超声波的高频机械振动能，以纵波的形式传播；高频机械振动能在熔融焊锡合金液中辐射，将高频机械能传递给锡槽中熔融焊锡合金液，形成空洞效应；其中超声波的频率和空洞效应对铝基材表面的锡合金的扩散能力成反比。

8.根据权利要求2或3所述的一种铝基材光伏焊带的制造方法，其特征在于，所述的铝基线材，其截面为圆形、弧形，正方形、长方形或梯形，由铝丝线压延形成；所述的铝基线材包括纯铝线材，或铝铜合金，或铝铜镁合金。