太陽能電池組件制作方法研究

張磊

摘要：自進入二十一世紀，世界經濟發展持續加快，全球能源總需求得以迅速增長，而在能源環境與氣候變化上問題日漸突出。堅持開發利用可再生能源，減少對化石能源依賴，促進保護賴以生存的環境，抵御全球氣候變暖，推進人類社會的可持續發展，已然成為全社會共識。該研究主要通過對超薄多晶硅電池焊接關鍵技術入手，在保證原有配合材料不變情況下，調整優化焊接最高溫度、焊接時長、焊體降溫時間、提前預熱系統、焊體承受壓力、焊帶脫落拉伸力等方面的研究，借助采用新型焊接方法，將電池焊接碎片率目標穩定在0.6%以內，實現優良焊接效果，從而保證組件二十五年壽命中穩定的電氣性能輸出。

關鍵詞：焊接碎片；低溫導電；膠帶

中圖分類號： TM243 文獻標識碼：A 文章編號1672-3791（2016）07（b）-0000-00

太陽能轉換成電能有兩種方式：1、光熱電轉換方式，2、光電直接轉換方式。光電直接轉換方式利用光生伏特效應，當太陽光照射到光電二極管上時，光電二極管就會把光能變成電能產生電流。當若干個電池片串聯或并聯就可成為大功率輸出的太陽能電池方陣了。太陽能電池組件是發電系統中的核心部分，其作用是將太陽能轉化為電能，通過導線傳輸至蓄電池中存儲起來，或帶動負載工作。太陽能電池組件的質量與成本將直接決定整個發電系統的質量與成本。組件生產過程是將太陽能電池片通過五道工藝即焊接、敷設、層壓、裝框和測試，封裝成可以提供一定的電性能及可靠耐用性的裝置，通過實際安裝應用，給人類提供持續不斷的清潔能源。

1太陽能電池組件焊接方法的研究

該研究方向主要圍繞提高產品質量，提升生產效率，降低制造成本為中心。主要從焊接生產工藝優化以及新焊接方式入手，優化自動化生產，不斷引入新工藝新技術，通過大量的實驗，驗證并持續對制作工藝進行改進。為消費者生產物廉價美的光伏產品，推動新能源大規模平價利用，生產老百姓用的起的綠色電力。

太陽能電池組件的核心部件是太陽能晶體硅電池片，因太陽能電池片本身的物理特性，不能直接暴露在戶外各種自然環境下，故為了實現太陽能發電的應用，就要對其進行密閉封裝。沒有良好的封裝工藝，再好的太陽能電池也不能發揮自身的最大效能。封裝不僅使電池壽命得到保證，還增強了電池的抗沖擊強度。太陽能電池組件制造經過焊接（自動焊接、人工焊接），敷設（自動敷設、人工敷設），層壓，組框等工序，將電池封裝在鋼化玻璃、EVA、背板和鋁框的耐候防水防沙耐酸堿耐高電壓的堅固外殼內。組件的高品質與長壽命是贏得可客戶認可滿意的關鍵。

2太陽能電池組件焊接影響因素分析

1、太陽能電池：使用硼摻雜的0.18毫米正公差多晶硅片，通過表面清洗、酸制絨、高頻擴散制備PN結、氮化硅減反射膜氣相沉積法、絲網印刷正背場電極、柵線燒結與效率測試。在電池正背面覆蓋的金屬柵線，通過光生伏特效應收集內部電子，借助柵線輸出電能。

2、鍍錫銅帶（焊帶）：將電氣用銅線壓制加工成扁平線，使用銅成分大于99.9%的無氧銅，材料不得有彎折、變色、污染、傷痕、油污等不良缺陷，外部采用浸鉛錫合金的方式加工而成。

3、助焊劑：太陽能電池焊接采用非松香型免洗助焊劑，在自動焊接應用領域有尚佳表現。助焊劑中適宜的固體含量和內部機理活性來保證電池焊后極少的殘留物，且表干清潔。可免除清洗工序，節約生產費用。此外焊后電池有很高的表面絕緣電阻，保證電氣性能可靠性。

3太陽能電池組件焊接工藝優化

1、減少被焊合金在液體狀態下的相互接觸時間，防止或減少生成金屬化合物和氧化物。

2、延長焊接成型后溫度降低時間，減少冷卻時間，減少焊帶與電池間應力釋放沖擊對電池片造成隱裂。

3、保證焊接過程中焊帶與電池壓力穩定適宜性，研究探針結構與材質的改變，減少金屬探針對電池片的內在損傷。

4、檢驗焊接用熱風吹掃至電池表面的溫度穩定適宜性，保證均勻受熱，減少因溫度差異，造成電池不同位置的內應力差異性大，造成焊帶沿電池主柵線處開裂，或虛焊引起歐姆接觸電阻異常。

選擇不同類型的焊帶，使用更加柔軟輕薄的焊帶作為電氣傳導載體，減少其對電池片的應力沖擊。在保證焊接質量的前提下，降低焊接問題，降低溫度對焊接材料的熱沖擊。

5、自動焊接設備工藝調整，通過優化焊接環境溫度穩定性，加裝焊接機密封裝置，改善排風結構，保持機內平穩溫度，避免驟冷驟熱對控制焊接溫度的有害影響。在焊接過程中，提升電池預熱盤溫度，降低焊帶電池間溫差。摸索電池片的預熱溫度及時間，增加焊帶預熱系統，降低兩種材料在焊接過程溫差提高適應性。

4太陽能電池組件焊接方式建議

除了現有的自動熱風焊接方式以外，太陽能電池片的厚度已經能夠做到180μm甚至更薄，在焊接過程中對于薄片極易造成電池片的碎裂從而降低電池片的利用率，增加生產成本。為此我們引入更先進焊接工藝，能夠減少電池片的碎片幾率，達到節約生產成本的目的。該工藝主要采用低溫焊接方式，解決熱風焊接過程中造成的焊帶與電池片間的應力這一缺陷為突破口，達到降低電池片碎片幾率的目的。ACF介于焊帶與電池主柵線之間，可大大降低焊接溫度，減少焊帶鍍錫層與電池主柵線在焊接完冷卻時內應力釋放對電池可能造成的沖擊與損傷。

5結束語

通過對太陽能電池薄片低溫焊接工藝的摸索，與導電膠帶焊接工藝的實驗，相對于傳統熱風焊接技術來講，導電膠帶焊接是一全新的技術。

隨著焊接工藝溫度的提升，電池片內溫度梯度有明顯差異，而溫度梯度的差異將直接影響焊接后電池片內殘余內應力，電池片內殘余內應力越大，在使用過程中碎片的風險也將越大，由于在焊帶與電池粘接過程中實現了低溫操作，電池片內應力將會較低，導電膠帶組件可以避免組件在生產、運輸、倉儲、安裝過程中的隱裂問題。

由于導電膠帶采用的是低溫焊接工藝，焊接過程中電池片受應力變化小，因此適用于超薄電池片粘接。超薄電池片的應用可在節約硅料的同時也為環境保護做出巨大貢獻。

由于導電膠帶粘接工藝特點，對于太陽能電池的主柵線沒有特別要求。在電池柵線設計時，具有很強的靈活性，同時擴大了電池漿料的選擇范圍。此外可以完全去掉主柵線，這在貴金屬價格居高不下的前提下，其優勢將更加明顯，擴大了光伏組件成本降低的潛在空間。

本文研究對于超薄電池焊接的規模工業化生產有積極的指導意義，最終目標實現為消費者生產物廉價美的光伏產品，推動新能源大規模平價利用，讓綠色電力更快的走近尋常百姓家。

參考文獻

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