CN208271911U - 一种制备太阳能电池的焊接装置 - Google Patents
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Abstract
一种制备太阳能电池的焊接装置。该焊接装置包括加热底板和加热器，所述加热器设置在所述加热底板上方，其中，所述加热底板或所述加热器设置为能够进行阶梯式控温，或者，所述加热底板和所述加热器设置为能够进行阶梯式控温。该焊接装置可实现在较低温度下对太阳能电池进行焊接，且更精确的控制焊接温度、均匀加热，有效改善焊接拉力，提供可靠的焊接，并且不损坏电池芯片。
Description
技术领域
本实用新型涉及但不限于太阳能电池领域，具体地，涉及但不限于一种制备太阳能电池的焊接装置。
背景技术
随着太阳能电池技术的快速发展，人们对太阳能电池产品运用的需求越来越多，且不再仅仅满足于太阳能电池的发电需求，更需要其满足方便携带、可折叠或者可与现有产品直接融合的性能，柔性太阳能电池组件应运而生。
晶体硅太阳能电池包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和异质结太阳能电池(例如Heterojunctionwith Intrinsic Thinlayer(HIT)，本征薄膜异质结太阳能电池)等，HIT电池由于其低温制备、工艺步骤简单和温度系数良好等优点，有望成为光伏行业主流技术之一。
太阳能电池各膜层制备完成后，还需要进行后续组件的制备，后续组件制备包括栅线制备、电流引出导线制备、电池芯片互联、组件层压等工序。常规晶体硅电池的烧结和焊接技术均为高温技术，焊接温度通常超过300℃。
常规晶体硅电池的电流引出导线多采用涂锡铜带，其以铜基材为导电主体，表面涂层一般为锡铅合金，锡铅比例约60:30。使用涂锡铜带作为电流引出导线，将其焊接到栅线电极时的焊接温度在300℃左右。焊接电流引出导线时，可通过红外灯管热辐射，使得涂锡铜带表面的锡铅熔化，从而将导线与晶体硅电池的银浆主栅线粘结，形成导电通路。常规的晶体硅电池的焊接装置加热底板的温度固定，一般采用焊接灯管作为焊接的加热源，使涂锡铜带导线表面融化，从而完成涂锡铜带导线与主栅线的焊接。焊接灯管的特点是升温快速，缺点是温度控制精度差。但是由于晶体硅电池耐高温，对温度波动不敏感，因此，采用常规的晶体硅电池的焊接装置进行晶体硅电池的焊接，电池芯片性能不易受温度影响。
实用新型内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本实用新型的发明人发现，由于异质结电池(例如：HIT电池)采用低温工艺(一般低于200℃)制作，与常规晶体硅电池不同，其电极金属化采用的是低温银浆。而在低温固化导电银浆中，基体树脂的耐热性差，不能烧结处理，焊接温度一旦达到200℃，低温银浆就很容易与氧化铟锡薄膜表面发生脱离。
因此，HIT电池若使用传统涂锡铜带作为导线、采用常规晶体硅电池的高温焊接方法进行焊接，将会对HIT电池各膜层的材料造成损坏，影响电池的参数及光电转换效率，甚至会损坏电池芯片，增加电池碎片率；并且难以寻找到合适的焊接工艺条件，容易出现虚焊或过焊。
HIT电池采用常规焊接工艺，主要有两大问题：1)焊接后涂锡铜带导线与电池芯片主栅线之间的拉力过低，无法保证焊接的可靠性；2)制作得到的组件，在进行可靠性测试，尤其是冷热循环试验时，焊接界面脱落情况严重，导致组件功率衰减过大。
本实用新型还提供了一种用于制备太阳能电池的焊接装置。该焊接装置包括加热底板和加热器，加热器设置在加热底板上方，其中，加热底板或加热器设置为能够进行阶梯式控温，或者，加热底板和加热器设置为能够进行阶梯式控温。
阶梯式的控温，能够更精确的控制焊接温度，均匀加热，避免过高焊接温度对电池性能造成不利影响的同时，保证了焊接的可靠性。
在一些实施方式中，加热底板或加热器可以包括复数个加热区，或者，加热底板和加热器可以包括复数个加热区。
在一些实施方式中，加热底板的加热区可以依次设置为预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区，使得所述加热底板能够进行阶梯式控温。
在一些实施方式中，加热器的加热区可以依次设置为升温区、焊接区以及降温区，使得所述加热器能够进行阶梯式控温，加热器的升温区、焊接区以及降温区可以与加热底板的升温区、焊接区以及降温区上下位置一一对应。
在一些实施方式中，加热器的加热区可以依次设置为预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区，使得加热器能够进行阶梯式控温，加热器的预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区可以与加热底板的预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区上下位置一一对应。
在一些实施方式中，加热底板的升温区可以设置为复数个，每个升温区设置为温度能够被单独控制；加热底板的降温区可以设置为复数个，每个降温区设置为温度能够被单独控制。
在一些实施方式中，加热器的升温区可以设置为复数个，每个升温区设置为温度能够被单独控制；加热器的降温区可以设置为复数个，每个降温区设置为温度能够被单独控制。
在一些实施方式中，复数个加热区分别具有加热元件和温度控制器，温度控制器配置为能够控制加热元件来调节加热区的温度。
在一些实施方式中，加热元件例如可以采用电阻加热丝，不同的加热区可以采用不同的电阻加热丝，使得温度可以单独控制；也可以采用同一根加热电阻丝，但是在不同的加热区的加热电阻丝的疏密程度设置不同。
在一些实施方式中，加热器可以为热风加热器。
在一些实施方式中，热风加热器可以包括复数个分隔开的热风加热腔，热风加热腔形成复数个加热区。例如，复数个热风加热腔可以分别形成热风加热器的升温区、焊接区以及降温区，或者形成热风加热器的预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区。
热风加热器温度控制精度高，加热更均匀，进一步优化了焊接工艺，更有效的改善焊接拉力，保证焊接可靠性。
在一些实施方式中，加热底板的预热区至焊接区的温度范围可以为50℃～120℃，加热底板的焊接区至降温区的温度范围可以为120℃～50℃。
在一些实施方式中，加热底板的预热区温度可以为50℃～60℃，加热底板的升温区的温度可以为60℃～100℃，加热底板的焊接区的温度可以为100℃～120℃，加热底板的降温区的温度可以为60℃～100℃，加热底板的保持区的温度可以为50℃～60℃。
在一些实施方式中，当加热器的加热区依次为预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区时，加热器的预热区至焊接区的温度范围可以为100℃～180℃，加热器的所述焊接区至保持区的温度范围可以为180℃～100℃。
在一些实施方式中，加热器的预热区温度可以为100℃～110℃，加热器的升温区的温度可以为110℃～150℃，加热器的焊接区的温度可以为150℃～180℃，加热器的降温区的温度可以为110℃～150℃，加热器的保持区的温度可以为100℃～110℃。
在一些实施方式中，当加热器的加热区依次为升温区、焊接区以及降温区时，所热器的升温区至焊接区的温度范围可以为110℃～180℃，加热器的焊接区至降温区的温度范围可以为180℃～110℃。
在一些实施方式中，加热器的升温区的温度可以为110℃～150℃，加热器的焊接区的温度可以为150℃～180℃，加热器的降温区的温度可以为110℃～150℃。
本实用新型还提供了一种制备太阳能电池的方法。所述方法包括使用上述焊接装置在太阳能电池的电极上焊接导线。
在一些实施方式中，焊接导线时的温度可以为150℃～180℃。
在一些实施方式中，在太阳能电池的电极上焊接导线的步骤为：将电池芯片和导线输送至加热底板的预热区上，进行预热；将预热后的电池芯片和导线输送至加热底板的升温区上，进行一次或复数次阶梯式的升温；将升温后的电池芯片和导线输送至加热底板的焊接区上，升温至焊接温度，使导线和主栅线焊接在一起；将完成焊接的电池芯片和导线输送至加热底板的降温区上，进行一次或复数次阶梯式的降温；将降温后的电池芯片和导线输送至加热底板的保持区上，进行阶梯式地降温。
电池芯片经过预热及升温后再经过焊接区，能有效改善焊接性能；焊接导线后的电池芯片再经过降温区及保持区，能有效避免焊接热应力导致的焊接破片。
在一些实施方式中，可以以10℃～20℃到的温度变化幅度进行阶梯式升温或降温。
在一些实施方式中，加热底板的预热区至焊接区的温度范围为50℃～120℃，加热底板的焊接区至降温区的温度范围为120℃～50℃。
在一些实施方式中，加热底板的预热区温度可以为50℃～60℃，加热底板的升温区的温度可以为60℃～100℃，加热底板的焊接区的温度可以为100℃～120℃，加热底板的降温区的温度可以为60℃～100℃，加热底板的保持区的温度可以为50℃～60℃。
在一些实施方式中，当加热器的所述加热区依次为预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区时，所热器的预热区至焊接区的温度范围为100℃～180℃，加热器的焊接区至保持区的温度范围为180℃～100℃。
在一些实施方式中，加热器的预热区温度可以为100℃～110℃，加热器的升温区的温度可以为110℃～150℃，加热器的焊接区的温度可以为150℃～180℃，加热器的降温区的温度可以为110℃～150℃，加热器的保持区的温度可以为100℃～110℃。
在一些实施方式中，当加热器的所述加热区依次为升温区、焊接区以及降温区时，所热器的升温区至焊接区的温度范围为110℃～180℃，加热器的焊接区至降温区的温度范围为180℃～110℃。
在一些实施方式中，加热器的升温区的温度可以为110℃～150℃，加热器的焊接区的温度可以为150℃～180℃，加热器的降温区的温度可以为110℃～150℃。
在一些实施方式中，电池芯片和导线在加热底板的预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区分别停留的时间可以为3秒～5秒。
上述停留时间可以有效保证导线与电池芯片的焊接效果，具有可靠的焊接拉力，并防止过度加热对电池性能造成影响。
采用本实用新型提供的焊接装置可以制备如下的太阳能电池，所述电池包括电池芯片、设置于电池芯片上的电极以及与电极电连接的导线；导线包括铜基材和设置在铜基材表面的合金层，合金层选自熔融温度不大于180℃的合金材料。
在一些实施方式中，所述合金层选自锡铋合金、锡铋银合金、锡铋铜合金和锡铟合金中的任意一种。
上述选择的合金层材料均具有不大于180℃的熔融温度，且不会对太阳能电池的性能带来不利的影响，选用上述合金作为导线的表面层，降低了导线的焊接温度，可实现在较低温度下对HIT电池进行焊接，低温焊接不破坏电池的性能。
在一些实施方式中，锡铋合金层中的锡与铋的质量比可以为42～70:58～30，例如，可以为42～60:58～40；锡铋银合金层中的锡、铋与银的质量比可以为42～70:57～29:1，例如，可以为42～65:57～34:1；锡铋铜合金层中的锡、铋与铜的质量比可以为42.5～69.5:57～30:0.5，例如，可以为42.5～59.5:57～40:0.5；锡铟合金层中的锡与铟的质量比可以为40～60:60～40，例如，可以为40～50:60～50，如48:52。
在一些实施方式中，所述合金层可以选择Sn42Bi58、Sn42Bi57Ag1、Sn64Bi35Ag1、Sn69.5Bi30Cu0.5、Sn48In52等。
上述合金材料均能够提供较低的焊接温度。
在一些实施方式中，所述合金层的厚度为0.01mm～0.03mm。
上述合金层厚度，能很好地覆盖铜基材的表面，并在焊接过程中与电极形成良好的导电通路。若合金层厚度大于0.03mm则会导致焊接区域变大等问题，若合金层厚度小于0.01mm则容易导致焊接不良。
在一些实施方式中，太阳能电池为异质结太阳能电池。
在一些实施方式中，太阳能电池为本征薄膜异质结太阳能电池。
现有技术相比，本实用新型具有的有益效果在于：
1、选用的焊接导线表面合金层熔融温度低，可以实现在较低温度下对电池进行焊接；
2、焊接装置采用阶梯式控温，能更精确的控制焊接温度，均匀加热；
3、有效改善焊接拉力，提供可靠的焊接，并且不损坏电池芯片；
4、电池可靠性测试符合相关检测标准，并通过相应环境测试。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得更加清楚，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。
图1为本实用新型实施例的焊接装置的示意图；
图2为本实用新型实施例的焊接装置另一角度的示意图；
图3为本实用新型实施例的焊接装置的加热底板的阶梯式控温示意图；
图4为本实用新型另一实施例的焊接装置的示意图。
图中：1.红外加热灯管；2.下压探针排；3.电池芯片；4.加热底板；5.热风加热腔。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本实用新型实施例提供的焊接装置，如图1和图2所示，焊接装置包括加热器、加热底板、下压探针排、传送带(图中未示出)、真空吸附装置(图中未示出)等部件。加热器例如可采用红外加热灯管1，作为焊接的加热源；加热底板4能够进行阶梯式控温；传送带设置于加热底板4上，真空吸附装置设置于加热底板4下，例如可采用真空管道，加热底板4上设置有小孔，便于真空吸附装置对传送带上的电池芯片3和导线固定，保持传送带、电池芯片3、导线相对位置不变；电池芯片3放置于加热底板4上，导线预先铺设到电池芯片3上，电池芯片3通过传送带依次经过加热底板4的预热区、升温区到达焊接区，焊接区位于红外加热灯管1下方，此时下压探针排2向下动作，使涂有锡铋等合金层的铜带导线与电池芯片3的主栅线贴合，红外加热灯管1加热，使导线表面的合金层融化，从而将导线与主栅线的焊接；焊接导线之后的电池芯片3再通过传送带依次经过加热底板4的降温区、保持区，完成整个焊接过程。
焊接装置的加热底板4能够进行阶梯式控温，加热底板4具有复数个加热区，加热区分别具有加热元件(例如：电阻加热丝)和温度控制器(图中未示出)，温度控制器配置为能够控制加热元件来调节加热区的温度，以实现加热底板4的阶梯式控温。不同的加热区可以采用不同的电阻加热丝，也可以采用同一根电阻加热丝，但是在不同的加热区的电阻加热丝的疏密程度设置不同。加热底板4各加热区的温度例如如图3所示，可以设置两个升温区和两个降温区，其中预热区温度可以为50℃～60℃，升温一区的温度可以为60℃～80℃，升温二区的温度可以为80℃～100℃，焊接区的温度可以为100℃～120℃，降温一区的温度可以为80℃～100℃，降温二区的温度可以为60℃～80℃，保持区的温度可以为50℃～60℃。
加热底板4也可以只设置一个升温区和一个降温区，或者更多个升温区或降温区。
阶梯式加热能够更好的控制焊接工艺的温度，使得加热均匀，保证了焊接的可靠性。电池芯片经过预热及升温后再经过焊接区，能有效改善焊接性能；焊接导线后的电池芯片再经过降温区及保持区，能有效避免焊接热应力导致的焊接破片。
本实用新型的另一个实施例中的加热器可采用热风加热器，热风加热器具有复数个热风加热腔5，各热风加热腔5分别具有加热元件(例如：电阻加热丝)和温度控制器(图中未示出)，温度控制器配置为能够控制加热元件来调节热风加热腔5的温度，以实现热风加热器的阶梯式控温，再通过热风循环以加强热风加热腔5内温度的控制。各热风加热腔5之间通过挡板分割开，挡板在传送带上方开设有使得电池芯片4和导线能够通过的小窗口。各热风加热腔5对于形成各加热区，其中升温一区的温度可以为110℃～130℃，升温二区的温度可以为130℃～150℃，焊接区的温度可以为150℃～180℃，降温一区的温度可以为130℃～150℃，降温二区的温度为110℃～130℃。
热风加热器也可以只设置一个升温区和一个降温区，或者设置更多个升温区或降温区。热风加热器还可以设置预热区和保持区。
热风加热器温度控制精度高，加热更均匀，进一步优化了焊接工艺，更有效的改善焊接拉力，保证焊接可靠性。加热腔的设置，使得各加热区的温度不互相影响，温度控制精度更高。
本实用新型实施例的焊接装置可以单独只对加热底板进行阶梯式控温，也可以单独只对热风加热器进行阶梯式控温，还可以同时对加热底板和热风加热器进行阶梯式控温。
当同时对加热底板和热风加热器进行阶梯式控温时，热风加热器的焊接区与加热底板的焊接区的上下位置对应，升温区和降温区的上下位置也对应，若热风加热器设置有预热区和保持区，则预热区和保持区的上下位置同样对应。
本实用新型实施例中焊接的导线包括铜基材和设置在铜基材表面的锡铋等合金层。该导线适用较低的焊接温度，使得电池芯片免受高温焊接的不利影响。
实施例1
采用低温焊接方法，加热底板和热风加热器均进行阶梯式控温：
选取HIT电池芯片；
选取表面涂有锡铋合金层的铜带作为导线，合金层厚度为0.02mm，合金层中锡与铋的质量比为42:58，导线的焊接温度为160℃；
设置焊接装置的加热底板各加热区的温度分别为：预热区温度为50℃，升温一区温度为60℃，升温二区温度为80℃，焊接区温度110℃，降温一区温度为80℃，降温二区温度为60℃，保持区温度为50℃；
设置焊接装置的热风加热器各加热区的温度分别为：预热区温度为80℃，升温一区温度为100℃，升温二区温度为120℃，焊接区温度160℃，降温一区温度为120℃，降温二区温度为100℃，保持区温度为80℃；
加热底板的预热区与热风加热器的预热区对应，加热底板的升温一区与热风加热器的升温一区对应，以此类推，后续各区的上下位置也依次一一对应；
电池芯片通过传送带由左至右依次通过加热底板的预热区、升温一区和升温二区，到达焊接区，此时下压探针排向下动作，使导线与电池芯片的主栅线贴合焊接，然后再依次通过降温一区、降温二区和保持区完成焊接；电池芯片在各区的停留时间为3秒。
实施例2
采用低温焊接方法，加热底板和热风加热器均进行阶梯式控温：
选取HIT电池芯片；
选取表面涂有锡铋银合金层的铜带作为导线，合金层厚度为0.03mm，合金层中锡、铋、银的质量比为42:57:1，导线的焊接温度为180℃；
设置焊接装置的加热底板各加热区的温度分别为：预热区温度为60℃，升温区温度为80℃，焊接区温度100℃，降温区温度为80℃，保持区温度为60℃；
设置焊接装置的热风加热器各加热区的温度分别为，升温区温度为120℃，焊接区温度180℃，降温区温度为120℃；
加热底板的升温区与热风加热器的升温区对应，加热底板的焊接区与热风加热器的焊接区对应，加热底板的降温区与热风加热器的降温区对应；
电池芯片通过传送带由左至右依次通过加热板的预热区、升温区，到达焊接区，此时下压探针排向下动作，使导线与电池芯片的主栅线贴合焊接，然后再依次通过降温区、保持区完成焊接；电池芯片在各区的停留时间为4秒。
实施例3
采用低温焊接方法，加热底板进行阶梯式控温：
选取HIT电池芯片；
选取表面涂有锡铟合金层的铜带作为导线，合金层厚度为0.01mm，合金层中锡与铟的质量比为48:52，导线的焊接温度为150℃；
设置焊接装置的加热底板各加热区的温度分别为：预热区温度为60℃，升温一区温度为80℃，升温二区温度为100℃，焊接区温度120℃，降温一区温度为100℃，降温二区温度为80℃，保持区温度为60℃；
采用红外加热装置作为加热器，加热温度为150℃；
电池芯片通过传送带由左至右依次通过加热板的预热区、升温一区和升温二区，到达焊接区，此时下压探针排向下动作，使导线与电池芯片的主栅线贴合焊接，然后再依次通过降温一区、降温二区和保持区完成焊接；电池芯片在各区的停留时间为5秒。
对比例1
采用常规焊接方法：
选取HIT电池芯片；
选取表面涂有锡铅合金层的铜带作为导线，导线的焊接温度为200℃以上；
加热底板为非阶段式控温，设置温度为80℃；
加热器为非阶段式控温红外加热装置，设置温度为220℃；
电池芯片通过传送带通过红外加热装置与导线焊接。
产品测试
本实用新型实施例制备得到的电池，按照IEC 61215-2《光伏(PV)组件安全鉴定第2部分：试验要求》中的湿热、湿冻、热循环、机械载荷实验进行测试，结果如表1所示。
表1本实用新型实施例与对比文件的测试结果
由于外力或热应力作用，导线与电池芯片主栅线之间若焊接不牢固，容易出现接触不良的问题。从表1的测试结果可以看出，采用本实用新型所述的焊接装置焊接的电池芯片，导线与主栅线直接的拉力达到1N/mm以上，热循环后功率变化小于3％，焊接效果和功率变化均符合要求，可靠性得到保障。
虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (11)
1.一种制备太阳能电池的焊接装置，所述焊接装置包括加热底板和加热器，所述加热器设置在所述加热底板上方，其中，所述加热底板或所述加热器设置为能够进行阶梯式控温，或者，所述加热底板和所述加热器设置为能够进行阶梯式控温。
2.根据权利要求1所述的焊接装置，其中，所述加热底板或所述加热器包括复数个加热区，或者，所述加热底板和所述加热器包括复数个加热区。
3.根据权利要求2所述的焊接装置，其中，所述加热底板的所述加热区依次设置为预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区。
4.根据权利要求2所述的焊接装置，其中，所述加热器的所述加热区依次设置为升温区、焊接区以及降温区，或者，依次设置为预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区。
5.根据权利要求3所述的焊接装置，其中，所述加热器的所述加热区依次设置为升温区、焊接区以及降温区，或者，依次设置为预热区、升温区、焊接区、降温区以及保持区。
6.根据权利要求3所述的焊接装置，其中，所述加热底板的升温区和降温区分别设置为复数个。
7.根据权利要求4或5所述的焊接装置，其中，所述加热器的升温区和降温区分别设置为复数个。
8.根据权利要求2所述的焊接装置，其中，所述复数个加热区分别具有加热元件和温度控制器，所述温度控制器配置为能够控制所述加热元件来调节所述加热区的温度。
9.根据权利要求1所述的焊接装置，其中，所述加热器为热风加热器。
10.根据权利要求2-6中任一项所述的焊接装置，其中，所述加热器为热风加热器。
11.根据权利要求10所述的焊接装置，其中，所述热风加热器包括复数个分隔开的热风加热腔，所述热风加热腔形成复数个所述加热区。
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| CN201820846048.8U CN208271911U (zh) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | 一种制备太阳能电池的焊接装置 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110556432A (zh) * | 2018-06-01 | 2019-12-10 | 君泰创新（北京）科技有限公司 | 一种太阳能电池及其制备方法和焊接装置 |
| CN112894065A (zh) * | 2019-12-04 | 2021-06-04 | 河北新天科创新能源技术有限公司 | 一种焊接小车平稳保温装置 |
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