太阳能电池焊接技术研究及焊接质量影响因素
- 格式:docx
- 大小:31.76 KB
- 文档页数:7
硅太阳能电池片焊接不良分析及对策余建;张红;王勋荣【摘要】太阳能电池是一种清洁高效的新能源,目前在国内外已得到大力发展和推广.在电池片进行焊接过程中,经常会出现焊接不上或焊接不牢固等缺陷,本文就焊接过程中出现的焊接缺陷进行分析,并提出几种解决对策,以提高太阳能电池片焊接的可靠性.【期刊名称】《常州信息职业技术学院学报》【年(卷),期】2014(013)002【总页数】3页(P28-30)【关键词】太阳能电池;焊接;缺陷【作者】余建;张红;王勋荣【作者单位】常州信息职业技术学院江苏常州213164;常州信息职业技术学院江苏常州213164;常州信息职业技术学院江苏常州213164【正文语种】中文【中图分类】TM914.40 引言光伏行业经历了2009年到2012年期间的低谷期,现在,随着行业的复苏和国内相关鼓励政策的出台,光伏行业又迎来了跨越式发展的新时机。
截至2013年底,国内全年光伏组件总产量达到30 GW,全年光伏电站总装机容量达到6 000 MW,占总电力资源的5%左右[1]。
光伏太阳能电池的焊接,不管是单焊还是串焊,目前国内大都是纯手工实现的,由于受作业人员的熟练程度、焊接材料、焊接条件等方面的影响,手工焊接时,往往会出现焊接困难、虚焊、堆锡、焊接不牢固等焊接缺陷。
焊接缺陷一方面影响太阳能电池的外观,另一方面影响电池的电学性能,因此,焊接质量的高低很大程度上决定了光伏组件的质量优劣。
在焊接过程中,必须严格按规范操作,焊接出高质量的电池片及电池串。
本文主要就电池片单焊过程中出现的典型焊接缺陷进行分析,并提出一些有效的解决措施。
对于电池片串焊,由于其焊接材料、工具、工艺等与单焊一致,可能出现的焊接缺陷及解决措施也与单焊相似,本文不再赘述。
1 电池片单焊焊接工艺介绍电池片焊接要求待焊电池片完整、无碎片、无划痕,电池片表面清洁干净,焊锡条要均匀地焊接在电池片主栅线内,电池焊接后要求焊锡条平直、光滑、牢固,用手沿45°左右提拉焊带不脱落。
影响焊接质量的因素及解决方案图1 油箱近年来随着汽车、拖拉机、航空航天、建筑以及运输等工业的飞速发展,相应的工业设备在其产品结构、加工工艺及应用领域不断更新、发展,对产品的加工质量要求不断提高,电阻焊机已成为工业产品覆盖件及零部件加工的主要焊接设备。
电阻焊机在生产过程中可以对各种形状的覆盖件产品进行焊接加工,实现工件的缝焊、凸焊、对焊和点焊的加工过程。
它的优点是速度快、深度大、变形小而且生产效率高,并可实现柔性化和智能化控制,可对低碳钢板、合金钢板、镀层钢板和不锈钢板等进行有效地焊接,凭借其高效、独特的加工方式在工业生产过程当中得到了广泛的应用。
电阻焊接过程较为复杂,包含了多种影响焊接质量的因素,如被焊材料、焊接电流、电极压力、焊接时间、设备冷却、电极材料、形状及尺寸、分流和工件表面状态等。
如果操作人员在焊接生产过程中不能够掌握正确的焊接方法、技术参数和加工工艺,将给焊接质量控制带来较大的困难。
图2 缝焊机影响焊接质量的因素1.被焊材料对焊接质量的影响被焊材料在实施焊接之前必须进行清洁处理,清理方法分机械清理和化学清理两种。
常用的机械清理方法有喷砂、喷丸、抛光以及用纱布或钢丝刷等。
被焊材料表面的油污和锈斑会使电极与工件之间的电阻增大、焊点不牢固及焊接过程中产生飞溅,使焊接质量下降。
例如在缝合油箱(如图1)或暖气片之类要求密闭的工件时,更应将被焊材料的表面处理干净,因工件需要缝合焊接一周,如果有一处没有处理干净,就会在这一处出现缝合不牢,在工件试压过程中发生漏气现象。
对于此类焊接要求较高的工件需用化学清理,用清洗设备配合高温清洗液将工件清洗干净才能够进行焊接生产。
用于缝合油箱的缝焊机如图2所示。
2.焊接电流及时间对焊接质量的影响整个焊接的加工过程由4个基本环节来控制:图3中控制箱面板上的1、2、3和4分别为加压、焊接、维持和休息4个程序,这4个环节循环工作,必要时可增加附加程序。
焊接电流的参数调整对焊接质量的控制至关重要,采用递增的调幅电流可以减小挤出金属。
太阳能电池板焊接方法
太阳能电池板的焊接方法主要包括手工焊接和机器焊接。
手工焊接需要的工具较为简单,主要包括电焊机、钳子、电线等。
以下是具体的步骤:
1. 准备工具和材料:电焊机、钳子、电线、焊条、太阳能电池片和导线等。
2. 将太阳能电池片放在操作台上,根据需要先剪短电池片两端的导线。
3. 使用钳子夹住电池片,将需要焊接的电线与电池片上的电极接触。
4. 打开电焊机的电源,启动焊接电源。
5. 将焊条按比例放在电池片与导线接触处,等待焊接完成。
手工焊接方法的优点是使用工具简单易得,操作也相对简单,但缺点也很明显,精度较低,且需要一定的技术和经验。
对于机器焊接,通常需要使用专门的设备,如激光焊接机或超声波焊接机等。
这些设备可以提供高精度的焊接,但需要专业的操作和维护。
在选择焊接方法时,应根据具体情况进行选择。
对于小规模的太阳能电池板制作或维修,手工焊接可能是一个不错的选择。
但对于大规模的生产或高精度的需求,机器焊接可能是更好的选择。
无论选择哪种方法,都需要注意安全和焊接质量的问题。
太阳能电池组件封装常见问题与对策一..电池片虚焊原因:1)焊接温度不够,镀锡铜带还没有充分融化2)焊接速度不均匀,局部过快3)烙铁头温度不稳定4)烙铁头部磨损,不平滑5)焊带表面氧化,不易与银电极焊接上6)焊带弯曲、扭曲7)电池片在空气中暴露时间过长,银电极表面硫化解决对策:1)适当提高电烙铁温度2)熟练操作,确保焊接速度均匀3)检测烙铁头,如若磨损严重,应及时更换4)使用助焊剂浸润互联条,或是在电池片银电极部位适当涂敷助焊剂5)将焊带捋平6)焊带弯曲、扭曲二.层压气泡原因:1)层压机真空泵不能抽到完全真空2)EVA膜厚薄不均匀,也可能会导致气泡3)由于热板温度过热,或是加热时间过长,导致EVA分解气化4)过期的EVA使用,也容易产生气泡5)内部有液体,加热时蒸发形成气泡2)真空泵抽真空速度太慢,导致EVA过早熔化,内部气泡不好再抽出来了解决对策:1)维修泵,确保真空泵能够完全抽成真空2)更改热板温度参数,确保温度不会过热3)更改真空泵抽真空速率,确保在EVA熔化前完全抽成真空4)确定使用在保质期内的EVA 5)不得使用厚薄不均匀的EVA6)将内部清理干净,确保不会产生由于液体气化产生的气泡。
三.碎片原因:1)焊带焊接时在电池片尾部受力,因此该部位很容易碎片2)在层叠工序,由于要拧住焊带来排布位置,所以会出现局部受力过大的问题,这也是电池片电极尾部容易碎片的原因3)层叠过程中电池片反复受力,也容易照成碎片4)由于电池片硅片都有晶向,所以电池片很容易在45度方面出现裂纹5)由于层压压力不均匀,或是在加压力时EVA没有充分熔化,此时也容易出线碎片6)充气速度过快,导致电池片容易碎片或是隐裂解决对策:1)改进硅片质量,确保硅片具有相应的强度,并且本身没有隐裂2)更改真空泵抽真空速率,确保在给层压件增加压力前EVA充分软化3)电池片片焊操作确保手法均匀,不会出现局部用力过大4)采用相应方法,确保有隐裂的电池片及时选出来四.电池片移位原因:1)电池片间无透明胶带固定2)层压过程中组件整体移位3)由于压力影响,EVA被挤出,导致汇流条间距变大4)EVA流动性太大5)层压压力值太大解决对策:1)电池片之间在适当位置使用胶带固定2)使用EVA流动性偏小的EVA,避免整体移位3)控制层压压力值,不得太大五.杂质原因:1)烙铁头上的焊锡没有清理干净,导致锡渣掉落在组件中2)车间洁净度不够,有昆虫飞进车间3)员工劳保用品没有配戴完好,导致有毛发掉入组件中解决对策:1)定时清理烙铁头,确保没有锡渣堆积2)车间内保持正风压,保证飞虫等不会进入车间3)员工劳保用品应配戴完整六.焊接不良原因:1)员工焊接手法不准,导致焊带和银电极没能完全的对应上2)如若是自动焊接设备焊接的话,那就是因为设备没有调试好3)焊花是由于在背面电极焊接的过程中,对正面焊带也造成了热冲击,导致正面焊带粘贴在串焊模板上产生焊花解决对策:1)熟练操作,确保焊带与银电极完全对齐2)如若是自动焊接机,则应调试好后再投产3)在串焊模板上,电池片银电极对应的位置开一定深度的槽,避免焊带与串焊模板接触产生焊花七.背板问题原因:1)背板凹坑是因为层压机内部有异物,层压过程中压下来导致背板凹坑2)背板鼓包是由于组件内部EVA受热分解气化,导致产生鼓包解决对策:1)清理层压机,特别是气囊和高温布2)调整层压的参数,包括降低温度和减少层压时间3)如若还是有鼓包,则应检测EVA是否在保证期以内,以及这批EVA原材料的性能八.型材问题原因:1)型材在运输过程中收到碰伤2)型材表面没有塑料保护膜3)型材鼓包、起皮是由于表面处理不好导致的4)型材颜色不均匀是由于边框在不同批次的氧化池里面表面处理,而其颜色又不太一致所导致的解决对策:1)在工厂内减少搬运环节,避免缺陷的产生2)表面鼓包、起皮的边框不能使用3)对于颜色不一致的边框要求供应商做挑选,确保一个批次的边框颜色基本保持一致组件在封装加工过程中,可能会出线各种各样的问题。
太阳能电池效率的影响因素分析太阳能电池是一种将太阳光转化为电能的设备,常用于产生电力、提供节能和减少环境污染等方面。
然而,太阳能电池的效率并不是恒定的,影响其效率的因素有很多,如光照强度、温度、材料和制造等。
本文将重点探究这些因素,以期更好地了解太阳能电池的效率,并且指导人们更好地使用太阳能电池。
首先,太阳能电池的效率与光照强度相关。
光照强度的高低直接影响太阳能电池的产生电能,光照强度越高,太阳能电池的效率越高,反之,效率越低。
因此,太阳能电池的功率输出也会随着光照强度的变化而发生变化,在日照充足的情况下,太阳能电池的功率输出达到最大值,否则,太阳能电池的功率输出会随着光照强度的下降而减少。
其次,温度也是太阳能电池效率的重要影响因素之一。
当温度提高时,太阳能电池的效率会降低。
这是因为温度的升高会使得电转换效率降低,导致太阳能电池内部的电学参数发生变化,电动势和电阻等参数会偏离标准值,从而影响太阳能电池的效率。
同时,高温下太阳能电池易损坏,因此在炎热的夏季,太阳能电池的效率也会受到一定的影响。
第三,太阳能电池的效率与材料有关。
太阳能电池的效率主要取决于其材料类型和制造工艺,一般分为单晶硅、多晶硅、非晶硅和有机太阳能电池等。
其中,单晶硅太阳能电池的效率最高,多晶硅太阳能电池次之,而非晶硅太阳能电池和有机太阳能电池的效率相对较低。
这主要是由于材料的不同导致太阳能电池的光电转换效率不同,同时还会影响到太阳能电池的寿命和稳定性。
最后,制造工艺也是影响太阳能电池效率的因素之一。
制造工艺对太阳能电池效率的影响主要表现在电极、反射层以及辅助材料的制造和组装等方面。
在这方面,生产商可以通过优化制造工艺来提高太阳能电池的效率和稳定性,例如采用更好的快速切片技术、增加反射镜层等。
总的来说,太阳能电池的效率取决于众多因素,包括光照强度、温度、材料和制造工艺等方面。
不同的因素对太阳能电池的影响程度也有所不同。
在实际使用太阳能电池时,需要注意这些影响因素,最大程度地提高太阳能电池的效率,从而为实现可再生能源的应用奠定坚实的基础。
浅析焊接质量的影响因素及解决措施发布时间:2023-01-17T02:40:46.417Z 来源:《中国科技信息》2022年18期作者:王建彪[导读] 焊接结构在制造过程中包含了很多过程,例如金属材料去污,除锈等、在准备工作中进行校直王建彪中车青岛四方机车车辆股份有限公司 266041摘要:焊接结构在制造过程中包含了很多过程,例如金属材料去污,除锈等、在准备工作中进行校直,划线和下料、坡口边缘的处理,成型,对焊接结构进行配装,焊接和热处理。
本篇通过笔者实际的经历对焊缝质量产生原因及其检测过程出现的现象与处理方式进行简单的研究。
关键词:焊接质量、影响因素、措施焊接工序繁琐而又复杂,每个工序又是一个完整的系统,在这个整体中各道工序相互联系和制约。
这些因素在不同程度上制约着整个焊接工艺过程及产品质量的好坏。
一、焊接质量的影响因素(一)焊接工艺因素焊接质量更依赖于工艺方法,它的影响有二:一方面,工艺制订合理;另一个方面是实施过程中各工序操作人员的技术水平。
另一方面,执行工艺要认真。
因此,焊接工艺评定工作在焊接过程中占有重要地位。
其中最重要的就是工艺设计,即确定焊接电流、电压、时间等一系列焊接工艺参量及其相互之间的关系,并将它们用文字记录下来。
这些用文字表示的各工艺参数,就是指导施焊的基础,是在模拟生产条件下进行实验,并根据产品特定的技术要求,在较长时间内积累了经验后编写的,确保焊接质量之根本。
为了保证所制订的焊接工艺正确有效地应用于生产实践,就必须严格遵循焊接工艺评定规则。
除此之外,所要确保的,另一方面也是焊接工艺实施的严肃性。
如果不按工艺文件规定办事,就会造成盲目焊接或因焊接质量不好导致报废。
无足够依据时,工艺参数不应任意改变,甚至确实需要更改,还须办理一定的手续与程序。
(二)机器设备因素焊接设备主要由焊枪、电焊机和夹具等组成,这些都直接影响着焊缝流程的完成和焊缝品质。
焊接设备可靠性,设备稳定性和可靠性都会对焊缝产品质量造成一定的影响,尤其结构复杂,生产机械化水平高、高度智能化等的装置,因其依赖性较强,所以要求其具有较好的性能、性能更加稳定。
光伏组件在生产过程中难免会有一些不良现象和问题,如何保证组件较高质量和合格率是每个生产厂家关心的问题。
下面PVtrade光伏交易网为您汇总了一些组件在生产过程中容易产生的问题及解决方案。
一、光伏组件中有碎片。
原因分析:1、由于在焊接过程中没有焊接平整,有堆锡或锡渣,在抽真空时将电池片压碎。
2、本来电池片都已经有暗伤,再加上层压过早,EVA 还具有很良好的流动性。
3、在抬组件的时候,手势不合理,双手压到电池片。
解决办法:1、首先要在焊接区对焊接质量进行把关,加强对员工的一些针对性培训,确保焊接一次成型。
2、调整层压工艺,增加抽真空时间,并减小层压压力(通过层压时间来调整)。
3、控制好各个环节,提高层压人员素质并确保抬板手势的正确性。
二、组件中有气泡。
原因分析:1-EVA胶膜已裁剪,放置时间过长,已受潮。
2-EVA胶膜材料本身品质不高,如有些EVA厂家部分或完全采用国产原料。
3-太阳能背板放置时间过长或储存环境不好而受潮。
4-抽真空过短,加压已不能把气泡赶出。
5-层压的压力不够。
6-加热板温度不均,使局部提前固化。
7-层压时间过长或温度过高,使有机过氧化物分解,产出氧气。
8-有异物存在,而湿润角又大于90°,使异物旁边有气体存在。
解决办法:1-控制好每天所用的EVA 的数量,要让每个员工了解每天的生产任务。
2-材料是由厂家所决定的,所以尽量选择较好的材料。
3-将分切好的太阳能背板放置烘箱内预烘烤1-2分钟,使其潮气赶出。
4-调整层压工艺参数,使抽真空时间适量。
5-增大层压压力。
(可通过层压时间来调整也可以通过再垫一层高温布来实现。
)6-垫高温布,使组件受热均匀(最大温差小于4°)。
7-根据厂家所提供的参数,确定层压总的时间,避免时间过长。
8-应注重6S 管理,尤其是在叠层这道工序,尽量避免异物的掉入。
三、组件中有毛发及垃圾。
原因分析:1-由于EVA、太阳能背板(如3M、兆丰)、小车子等有静电的存在,把飘着空的头发,灰尘及一些小垃圾吸到表面。
片间距不良,叠片是电池片焊接过程中的常见问题。
以下为小牛自动化技术支持工程师高鑫为大家总结的相关处理经验,供大家参考。
1、整片片间距不良时,首先要确认是否是连续串的前两片与第三片电池片间距不良还是无规律的片间距不良。
a)连续串前两片与第三片间距不良的话,可以通过修改机器人串间距补偿值的Y数值进行修正。
b)无规律的片间距不良则需要查看33部定位相机是否异常,如镜头脏污、焦距、光圈不合适等。
2、处理叠片问题时,首先要观察压具位置是否正确,如果压具无法正常进入焊头的避让槽、压具回收手回收压具时不能正常拾取,则我们需要考虑:a)后移动上下位置是否调节合适,当后移动上位过低时,会导致压具的磁钢与焊接台托条之间存在吸力,从而造成后移动向后搬运过程中压具受到吸力的影响无法正常伴随后移动向后运动;b)后移动前后动作是否正常到位,该问题的判断可以在设定界面找到后移动前后电机的操作界面,然后在后移动零位、行程位分别做记号,多次往复运动后移动叉,查看是否每次都停留在标记处。
3、当压具可以正常进入焊头避让槽、回收压具时可以正常拾取压具时,则我们需要观察叠片的电池片正面缩进是否正常:a)如果正面缩进不正常,则表示在布片布带阶段就出现了问题,这时我们可以考虑查看定位相机是否异常、机器人放片位是否正确、H1低位是否过低等因素。
b)如果正面缩进正常,则代表布片布带时电池片位置正常,则可能是焊接过程或者焊接完成后向后一工位搬运过程中造成的叠片,比如焊带表面镀锡层较厚、焊接温度较高时,背面焊带化锡之后不能够完全冷却,在焊接完成后搬运过程中,多余的锡卡在焊台模组的导槽里,导致向后搬运过程中压具随着后移动叉运动,电池片留在原地不动的现象,具体可以见下图:原文章:太阳能电池片焊接时片间距不良、叠片的处理方法。
太阳能电池焊接技术研究及焊接质量影响因素摘要:焊接是太阳能组件生产的关键工艺,焊接的影响因素也多种多样,本文对焊接的主要对象进行了简要的介绍,并对各材料对焊接质量的影响进行了探讨。
关键词:光伏组件;串焊;太阳能电池1串焊工艺简介1.1焊接对象特性1.1.1晶体硅电池片硅(Si)的原子系数是14,为元素周期表上IVA族的类金属元素。
晶体硅的弹性模量为144GP、泊松比0.3、热膨胀系数2.4×10-6m/K、密度2328.3 kg/m³。
晶硅电池片本身比较脆且硬。
1.1.2涂锡焊带光伏组件串焊用涂锡焊带是以铜为基体材料,在铜基体上涂敷锡铅钎料或无铅钎料制作而成。
主要用于光伏电池片的正负电极链接。
涂锡焊带要根据硅电池片的特性来选用,一般的选用准则是根据硅片的厚度和组件的最大电流来决定涂锡焊带的厚度,涂锡焊带的宽度由晶硅电池片的银电极宽度决定(主栅宽度)。
涂锡焊带的技术要求有力学性能(抗拉强度、伸长率、屈服强度)、材质、尺寸偏差、电阻率、耐腐蚀性等。
焊带的力学性能主要是保证焊带在使用时有足够的强度,同时有良好的伸长率以保证在温度变化时应力不至于过大。
焊带的抗拉强度和伸长率按照国家标准GB/T228-2002进行测试,抗拉强度≥170MP、伸长率≥30%、屈服强度≤70MP。
铜基体外围的锡涂层对焊接性能起决定性作用。
Sn在钎焊时能与大部分金属反应形成化合物,在焊接时起重要作用。
Pb能减小钎料的表面张力和粘度,改善钎料的流动性。
Ag能增加焊带的导热性,钎料中的Ag还可避免电池片上电极中的Ag往焊带中扩散。
1.1.3助焊剂助焊剂是晶硅光伏电池焊接质量的一个关键因素,且会影响组件层压质量。
在整个焊接过程中,助焊剂主要起到以下几个作用:助焊剂通过自身的活性物质在高温下作用,去除焊接材质表面的氧化层,同时使锡液及被焊材质之间的表面张力减小,增强锡液流动和浸润的性能;同时通过助焊剂本身在基体中移动,将热传递到基体,并且有时还能保护被焊材质在焊接完成之前不再氧化。
其中最主要的是去除氧化物和降低被焊接材质表面张力。
光伏组件助焊剂应尽可能满足如下要求:要有优良的焊接效果,使互连条与主栅线牢固结合;免去清洗工艺,即具有低固态含量;残留物在一定温度和湿度下保持惰性;在高温下能分解挥发,这样对电池本身,银浆及胶膜无腐蚀性;对环境无污染,对操作者无毒,安全可靠。
晶体硅太阳能电池焊接过程中使用的免清洗助焊剂一般主要成分包括:活性剂、固含物、溶剂和表面活性剂等。
助焊剂的助焊效果和它的腐蚀性是成比例的,往往助焊效果越好,腐蚀性越强。
这就要求通过选择合适的助焊剂及改进工艺来在助焊效果和腐蚀性中适应,针对不同要求,达到最优化,以满足要求。
1.2焊接原理焊接是被焊工件的材质,通过加热或加压或二者并用,并且用或者不用填充材料,使工件的材质达到结合的工艺过程。
根据工艺特点可分为熔焊、压焊、钎焊。
晶硅光伏电池的焊接性质属于钎焊。
单晶硅电池的焊接之所以钎焊,是由于钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,低于母材熔化温度,不会对电池板P-N结造成伤害,且电池板不会因为高温产生大的变形。
钎焊是一种物理和化学连接。
它是在低于构件熔点的温度下,采用填缝材料,在液态下充填缝隙,通过毛细作用及表面化学反应,待填缝材料结晶或固化后,将两个分离的表面连接形成不可拆接头。
1.3焊接工艺根据生产过程中使用的设备和工具可将光伏电池的焊接分为人工焊接和自动焊接。
人工焊接具有设备投入成本低和生产过程具有良好的灵活性等优点。
缺点是对操作人员的焊接熟练程度要求比较高、焊接质量受员工情绪的影响、对员工的管理和培训比较耗时耗力,电池片的正面焊接和背面焊接只能分开导致其二次受热变形。
人工焊接的工序主要包括单焊和串焊。
自动焊接具有受人为影响小、焊接质量稳定、生产效率高的优点。
其缺点是设备的投入成本高。
自动焊接只需操作人员定期上下料,其余过程都由焊接设备自动完成。
在焊接过程中电池片的正面和背面的焊接是同时进行的,减小了热变形的次数。
1.4焊接中常见的缺陷焊接过程的常见缺陷有虚焊、过焊、拉尖、桥连和导线焊接不当。
虚焊是指焊接时焊接处没有形成金属合金的现象,是由焊接温度、焊接时间等参数不合适造成的。
过焊是指焊接处形成脆性金属化合物的现象,主要是焊接温度偏高和焊接时间偏长造成的。
,事实上没有形成合金连接,造成虚焊。
焊接温度偏高时,焊接残余应对焊接过程影响较大的因素有预热温度、焊接温度、焊接时间、焊接处接触表面的清洁度、施加的压力、焊接头不干净。
预热温度和焊接温度对光伏电池焊接后的残余应力和焊接质量有较大的影响。
涂锡铜带和硅电池片的热膨胀系数相差很大,涂锡铜带的热膨胀系数为18×10-6m/K,硅片的热膨胀系数为2.4×10-6m/K。
在焊接一块156mm的光伏电池时,当温度从室温(25℃)上升到焊接温度(250℃)时,焊带变长了0.63mm,硅片仅变长了0.11mm。
因此硅电池片焊接后存在较大的残余应力。
焊接温度偏低时,焊接残余应力较小,但焊接面上氧化层去除不干净,出现粗糙的麻点,液体锡焊的流动性不好,不能良好的浸润焊带和栅线,表面上看上去已经焊接好力较大,焊接时会形成脆性金属化合物,造成过焊。
焊接温度的选择和钎料的成分密切相关,无铅锡钎料的焊接温度比含铅锡钎料的高。
在焊接前加入预热过程可以缩小焊接温差,能明显降低焊接应力。
合适的预热温度和焊接温度能避免虚焊、过焊、脱焊等不良现象,提高焊接效率。
焊接时间的长短会明显影响焊接质量的好坏。
光伏电池焊接采用的钎料含有银,为降低成本银的浓度是根据逾渗阀值来确定的。
焊接时银和锡熔化形成合金化合物。
钎料中银浓度非常接近逾渗阀值,焊接时间过长会导致过多的银颗粒熔化和溶解,降低了焊带的导电性,光伏组件的输出功率也会随着降低。
焊接时间偏短时会造成虚焊、脱焊,焊接时间偏长时会导致过焊、碎片。
2串焊影响因素2.1焊接工艺温度及热场的影响晶体硅太阳能电池组件所用电池片主要成分是硅材料,硅材料机械性能脆,易因受热不均或热冲击而产生裂纹;在光伏组件的焊接工艺过程中,高温焊接的翘曲破损一直困扰着组件生产。
电池片通过低温预热后进行焊接相较于较高温度预热后焊接会产生更为严重的翘曲现象,一般最大翘曲同样位于主栅线两端。
2.2焊接工艺设备机械性能的影响在焊接工艺中,电池片的定位和抓取主要是真空吸盘,电池片的传送主要是传送带,真空吸盘由于受吸盘真空度不稳的影响容易导致电池片隐裂或摔碎,传送带及相关装置由于挤压电池片或粘结电池片而导致电池片隐裂、碎片、堆锡等质量问题。
通常情况下,焊接中碎片、隐裂总量占电池片比例为0.3%左右,其中有约25%比例由与焊接有关的抓取运动直接造成。
2.3助焊剂的影响助焊剂在锡焊技术中能帮助和促进焊接的进行,助焊剂的作用主要是以下几方面:(1)消除金属氧化膜使焊锡表面清洁,有利于焊锡的浸润和焊点合金的生成;(2)覆盖在焊料表面,防止焊料或金属继续氧化;(3)增强焊料和被焊金属表面的活性,降低焊料的表面张力;(4)增加焊料的流动性,进一步提高浸润能力;(5)加快热量从烙铁头向焊料和被焊物表面传递;(6)使焊点美观。
其中最主要和关键的作用是去除氧化物和降低被焊接材质表面张力。
一般情况下,助焊剂造成的质量问题主要是不能有效去除氧化物,造成虚焊等焊接问题,电池片虚焊约占电池片总量的0.1%。
2.4焊带性能的影响在晶体硅太阳能电池组件的焊接工艺过程中,主要焊接材料是焊带,焊带的质量直接影响光伏组件光生电流的收集效果。
焊带的结构如图所示,焊带由铜基材和外围涂层组成;焊带影响焊接性能主要有焊带涂层性能和焊带整体机械性能两方面因素。
2.4.1焊带涂层性能的影响焊带锡合金涂层可焊性的影响因素主要有:锡合金涂层的成分、锡合金涂层厚度、锡合金涂层表面氧化物层、铜基材的合金扩散层(如铜与锡生成Cu3Sn和Cu6Sn5组成的合金扩散层)。
锡合金涂层厚度必须适宜,过薄的锡涂层将填充不了铜基材与电池片间的间隙,造成虚焊,过厚的锡涂层将会溢出,造成电池片表面污染,导致功率损耗或裂片;在大气中,被焊材料表面总是被氧化膜覆盖着,其厚度大约为0.002~0.02μm,在焊接时,氧化膜必然会阻止焊料对母材的润湿,使焊接不能正常进行。
2.4.2焊带整体机械性能的影响影响组件焊接可靠性的焊带机械特性主要是焊带截面几何尺寸和焊带屈服强度;屈服强度不匹配的焊带容易使电池片与硅片间产生热应力,提高硅电池片裂片率,焊带的截面积与太阳能电池组件的串联电阻直接相关,组件串联电阻热损耗会增加封装功率损失,宽于正面电极宽度的焊带会遮挡入射光,引起电流损失。
2.5焊接设备操作的影响在焊接大面积的电池片时,因为电池片的硅导热性能很好,热量会迅速传递到硅片上,瞬间使热场局部的温度降低到200℃以下,热场的加热速率不足以保证温度升高到220~250℃,不能保证焊接的牢固性,容易导致虚焊。
3焊接工序主要的优化途径3.1适当的预热温度及预热时间、匹配稳定的焊接温度焊接温度需要参照涂锡带涂层熔点的温度,焊接过程中,需要使熔化的合金涂层顺利流入电池片主栅线表面,并使之与主栅线表面形成合金,同时主栅线也必定要有一定的温度,否则,熔化的合金涂层与主栅线银浆不能产生合金反应;预热温度和预热时间需要以焊接温度为目标,使电池片从常温到焊接温度的升温速率保持均匀平稳。
过快的升温速率和过高的焊接温度会使电池片由于热应力而产生变形,导致隐裂和碎片的产生,过低的焊接温度造成虚焊。
在焊接工艺中,电池片先经历预热区,再到焊接区进行焊接;预热区温度一般从80~160 ℃,分成多段控制,避免温度变化梯度太大。
焊接温度一般为200℃左右。
由于焊接工艺中焊接的温度场考虑了空间的温度均匀性,分成上下两层加热,电池片从中间通过,有良好的空间温度均匀性,同时焊接温度较低,其热冲击较小,产生的碎片、隐裂、过焊、脱焊等质量问题要少。
3.2焊带的匹配选择焊带的选择根据所选用的硅电池片特性来决定。
根据电池片的厚度和短路电流的多少来确定涂锡铜带的厚度,其宽度要求和电池的主栅线宽度一致,涂锡铜带的屈服强度取决于电池片的厚度和焊接热场特性。
软态的焊带和硅电池片接触性好,形成良好的银锡合金,满足可焊接性要求,同时在焊接过程中产生的应力小,降低碎片率和隐裂率。
在相同材质下,提高焊带基材厚度和提高焊带基材宽度,都必会提高焊带的屈服强度,导致硅电池片焊接的破损率升高。
在选择焊带规格时,需结合考虑焊带的电阻和硅电池片破损率,偏向哪一方都是得不偿失的。
在实际应用中应选择不同规格的焊带进行匹配封装试验。
试验数据表明焊带的屈服强度越小,电池片的碎片率越低,焊带的截面积越大,组件功率输出越高,但电池的碎片率也高。