本發(fā)明屬于焊接技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種太陽能電池板的焊接方法，尤其涉及一種太陽能電池Si片Al背電極與Cu電極引線綠色環(huán)保釬焊的方法。

背景技術(shù)：

太陽能作為一種清潔的可再生能源，已經(jīng)在能源領(lǐng)域占有重要的地位。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)也已經(jīng)得到全世界范圍的應(yīng)用和推廣，低的制造成本和較高的性能輸出已經(jīng)成為太陽能電池板發(fā)展的趨勢。

單片太陽能電池的輸出電壓和功率非常有限，因此需要將多個太陽能電池單體進行串并聯(lián)來實現(xiàn)一定的功率輸出。這就需要將太陽能電池的正負極逐級焊接在一起。在硅太陽能電池板的受光面一般印刷銀柵線，銀柵線的釬焊比較容易，利用Sn基釬料及配合使用的釬劑可以較容易的實現(xiàn)銀柵線的連接。

印刷背面電極通常使用Al漿料，主要是因為Al能和Si形成良好的歐姆接觸。同時Al背場還能起到以下幾個作用，1)在Si板背表面形成P+鈍化層，能夠降低少數(shù)載流子的復(fù)合率，提高電池的開路電壓；2)Al背場層可以作為背反射器，提高太陽能電池的短路電流；3)將電流導(dǎo)出到焊點。但是Al表面有一層非常致密穩(wěn)定的氧化膜，沒有配合Sn釬料使用的低溫釬劑，因此釬焊Al背場十分困難?，F(xiàn)在普遍采用的工藝為在Si背場印刷焊接性和導(dǎo)電性好的Ag電極，再利用涂覆SnPb釬料的焊帶進行釬焊。

目前，有關(guān)太陽能電池焊接的發(fā)明專利大多是針對釬料合金體系和焊接工裝的發(fā)明：

上海交通大學(xué)吳雪薇等(光伏焊帶的制備與性能研究[D],2013.)研究了光伏焊帶表面涂覆Sn63Pb37釬料的工藝。但是SnPb釬料中的Pb是一種對環(huán)境有害的元素，逐漸減少和停止使用含Pb釬料已經(jīng)成為一種趨勢。

CN105499830A公開了一種光伏焊帶用Sn-Zn-Cu-Al-Bi系無鉛多元合金。CN103801853A公開了一種含銻、銀、銅、鉍、鎵、磷的無鉛Sn基光伏釬料。上述兩個專利公開的釬料主要是針對Ag電極的焊接，且并沒有公開配套的焊接方法。

CN101110458A公開了一種用于非晶硅太陽能電池電極焊接的自動超聲波焊接設(shè)備來焊接Cu焊帶與Ag電極。CN103503163A公開了一種Al焊帶與Ag電極的超聲波焊接方法。這類專利采用超聲波金屬焊的原理焊接引線和電極，但是由于超聲波工具頭需要向Si片施加一定的壓力，并進行振動，會造成焊接過程中電池片破損率提高。

作為一種貴金屬，Ag的使用使制造成本上升；其次Ag和Si不能形成背場，導(dǎo)致少數(shù)載流子的復(fù)合率提高，開路電壓下降。因此直接釬焊Al背場電極，可以避免Ag的使用，不僅能夠降低成本，而且可以提高太陽能電池的性能。

CN104952508A公開了一種使用反應(yīng)釬劑直接釬焊Al背電極的方法，所使用的釬劑中以重金屬氯化物作為反應(yīng)劑，NaF和/或KF作為反應(yīng)助劑，NH₄Cl和/或NH₄Br作為潤濕助劑，但是這種釬劑存在以下問題：1)這種釬劑為腐蝕性釬劑，其釬劑殘留對接頭有強的腐蝕性；2)去膜過程中會產(chǎn)生有毒有害氣體和煙霧；3)釬劑熔點較高，只能配合一少部分Sn基釬料使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種太陽能電池Si片Al背電極與Cu電極引線綠色環(huán)保釬焊的方法，使用無鉛Sn基釬料，在液態(tài)釬料中施加超聲，直接釬焊Si太陽能電池片Al背場電極和Cu電極引線，不僅解決了Si太陽能電池片Al背場電極不能直接釬焊，只能印刷Ag焊點再釬焊，導(dǎo)致制造成本上升及性能下降的問題，而且解決了使用釬劑釬焊Al背電極與Cu電極引線帶來的腐蝕問題，同時解決了超聲波金屬焊造成的Si片破損率高的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種太陽能電池Si片Al背電極與Cu電極引線綠色環(huán)保釬焊的方法，包括以下兩種技術(shù)方案：

技術(shù)方案一、當(dāng)使用無鉛Sn基釬料焊絲進行釬焊時，是按照下述步驟進行的：

步驟一、用無鉛Sn基釬料焊絲填充釬料，利用電阻、感應(yīng)或者紅外加熱到釬焊溫度，控制加熱溫度為160～300℃。

步驟二、待釬料熔化后，將超聲工具頭伸入液態(tài)釬料中，施加超聲，在太陽能電池Al背場涂覆釬料，控制超聲施加時間為0.1～20s，頻率為20～100KHz，振幅為1～25μm。

步驟三、將銅焊帶電極放置在預(yù)涂覆的釬料上，利用烙鐵加熱，使釬料熔化，形成連接。

技術(shù)方案二、當(dāng)使用涂覆釬料的銅焊帶進行釬焊時，是按照下述步驟進行的：

步驟一、將涂覆無鉛Sn基釬料的銅焊帶放置于太陽能電池Al背場上，對待焊部位進行加熱，加熱溫度為160～300℃。

步驟二、待釬料熔化后，采用與焊帶形狀適應(yīng)的超聲工具頭施加超聲，控制超聲時間為0.1～20s，頻率為20～100KHz，振幅為1～25μm。

步驟三、在空氣中冷卻，完成焊接。

本發(fā)明中，太陽能電池為單晶硅、非晶硅或者多晶硅太陽能電池板。

本發(fā)明中，太陽能電池板在制備過程中，在正面印刷Ag漿料形成正面電極，在背面絲網(wǎng)印刷Al漿料形成背場，然后通過燒結(jié)使?jié){料和硅片形成良好的歐姆接觸。

本發(fā)明中，使用的無鉛Sn基釬料包括純Sn、Sn-In、Sn-Bi、Sn-Bi-In、Sn-Zn、Sn-Bi-Zn、Sn-Ag、Sn-Zn-Ag、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu以及不限于上述種類的其他低溫釬料。

本發(fā)明中，無鉛Sn基釬料焊絲的直徑為0.5～2mm。

本發(fā)明中，無鉛Sn基釬料涂覆在銅焊帶表面，涂覆是按照下述步驟進行的：將無鉛Sn基釬料放置在焊料槽中，加熱熔化，將銅焊帶以恒定的速度連續(xù)通過熔化的釬料，完成銅焊帶表面釬料的涂覆；所述銅焊帶的寬度為0.5～2mm，厚度為0.1～0.5mm，涂覆無鉛Sn基釬料的厚度為0.05～0.2mm。

本發(fā)明中，焊帶內(nèi)芯不局限于Cu，也可以是Al、Ag等其他金屬。

本發(fā)明中，超聲采用超聲烙鐵施加，超聲施加在液態(tài)釬料中，不向Si片施加壓力，以降低Si片在焊接中的破損率。

本發(fā)明無需在Si板背面印刷Ag焊點，無需使用釬劑，在液態(tài)釬料中施加聲場，使用無鉛Sn基釬料焊絲或者涂覆無鉛Sn基釬料的焊帶填充釬料，直接釬焊Al背場，形成背電極的連接。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明使用綠色環(huán)保的無鉛Sn基釬料，由于Pb元素是對環(huán)境有害的元素，已經(jīng)被歐盟禁止在電子產(chǎn)品中使用，所以在太陽能電池焊接中使用無鉛釬料是必然趨勢。

2、直接釬焊Al背場電極可以避免Ag的使用，降低太陽能電池制造的成本。

3、直接釬焊Al背場電極可以提高太陽能電池片的光伏特性。

4、超聲聲場的輔助避免了腐蝕性釬劑的使用。

5、超聲直接施加在液態(tài)釬料中，不對Si片施加壓力，解決了傳統(tǒng)超聲金屬焊造成的焊接過程中Si片破損率高的問題。

6、焊接Al背場的過程中，不使用釬劑，以避免腐蝕性釬劑殘留和焊接過程中有毒有害煙霧的產(chǎn)生。

附圖說明

圖1為釬料狀態(tài)示意圖，a-焊絲，b-焊帶；

圖2為銅帶涂覆釬料的示意圖；

圖3為使用釬料金屬絲時超聲涂覆示意圖；

圖4為焊帶與涂覆釬料層焊接示意圖；

圖5為使用純Sn釬料直接超聲釬焊Al背場電極界面形貌；

圖6為使用SnAg釬料直接超聲釬焊Al背場電極界面形貌；

圖7為直接釬焊Al背場電極與Cu電極制備的太陽能電池片宏觀形貌。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。

具體實施方式一：本實施方式中使用純Sn釬料，釬料為金屬絲狀，直徑為1mm，使用的太陽能電池為多晶硅太陽能電池，厚度為180μm，Al背場厚度為30μm。

本實施方式中，使用純Sn釬料直接釬焊太陽能電池Al背場電極和Cu電極引線的方法是按照下述步驟進行的：

步驟一、利用超聲烙鐵加熱到釬焊溫度，加熱溫度為260℃，用釬料絲填充釬料，釬料的狀態(tài)示意圖如圖1所示

步驟二、將超聲工具頭伸入液態(tài)釬料中，施加1s的超聲，超聲的頻率為60KHz，振幅范圍為1μm，去除Al表面氧化膜并使釬料充分潤濕和鋪展，釬焊示意圖如圖3所示。為了降低接頭應(yīng)力水平，在背場涂覆不連續(xù)的兩條釬料。

步驟三、將銅焊帶電極放置在預(yù)涂覆的釬料上，利用烙鐵加熱，使釬料熔化，形成連接，釬焊示意圖如圖4所示。

界面示意圖如圖5所示。

具體實施方式二：本實施方式中使用SnAgCu釬料，釬料為金屬絲狀，直徑為0.8mm，具體成分為Sn-3.0Ag-0.5Cu(wt.％)。

本實施方式中，使用SnAgCu釬料直接釬焊太陽能電池Al背場和Cu電極引線的方法是按照下述步驟進行的：

步驟一、利用超聲烙鐵加熱到釬焊溫度，加熱溫度為240℃，用釬料絲填充釬料，釬料的狀態(tài)示意圖如圖1所示。

步驟二、將超聲工具頭伸入液態(tài)釬料中，施加3s的超聲，超聲的頻率為20KHz，振幅范圍為3μm，去除Al表面氧化膜并使釬料充分潤濕和鋪展，釬焊示意圖如圖3所示。為了降低接頭應(yīng)力水平，在背場涂覆不連續(xù)的兩條釬料。

步驟三、將銅焊電極帶放置在預(yù)涂覆的釬料上，利用烙鐵加熱，使釬料熔化，形成連接，釬焊示意圖如圖4所示。

具體實施方式三：本實施方式中使用涂覆SnBi釬料的銅焊帶。

本實施方式中，使用涂覆SnBi釬料的銅焊帶直接釬焊太陽能電池Al背場電極的方法是按照下述步驟進行的：

步驟一、將Sn-58Bi(wt.％)釬料放置在焊料槽中，加熱熔化，將銅帶連續(xù)通過熔化的釬料，完成銅帶表面釬料的涂覆。焊帶寬度為2mm，銅帶厚度為0.15mm，涂覆釬料的厚度為0.05mm。釬料的狀態(tài)示意圖如圖1所示，銅焊帶表面涂覆釬料的示意圖如圖2所示。

步驟二、將兩條焊帶放置于Al背場上，對待焊部位進行紅外加熱，加熱溫度為170℃。

步驟三、采用與焊帶形狀適應(yīng)的超聲工具頭施加超聲，超聲施加時間為15s，超聲的頻率為80KHz，振幅范圍為5μm。

步驟四、在空氣中冷卻，完成焊接。

具體實施方式四：本實施方式中使用涂覆SnAg釬料的銅焊帶。

本實施方式中，使用涂覆SnAg釬料的銅焊帶直接釬焊太陽能電池Al背場電極的方法是按照下述步驟進行的：

步驟一、將Sn-3.0Ag(wt.％)釬料放置在焊料槽中，加熱熔化，將銅帶連續(xù)通過熔化的釬料，完成銅帶表面釬料的涂覆。焊帶寬度為1.5mm，銅帶厚度為0.2mm，涂覆釬料的厚度為0.1mm。釬料的狀態(tài)示意圖如圖1所示，銅焊帶表面涂覆釬料的示意圖如圖2所示。

步驟二、將兩條焊帶放置于Al背場上，對待焊部位進行感應(yīng)加熱，加熱溫度為250℃。

步驟三、采用與焊帶形狀適應(yīng)的超聲工具頭施加超聲，超聲施加時間為5s，超聲的頻率為40KHz，振幅范圍為6μm。

步驟四、在空氣中冷卻，完成焊接。

界面示意圖如圖6所示，太陽能電池板的宏觀形貌如圖7所示。

以上實施方式獲得的太陽能電池片的開路電壓如表1所示。

表1