技术 | 晶体硅太阳能电池的未来焊接技术

摘要 从太阳能电池片到电池组件，需要将单片的电池连接起来使之形成一个整体，焊接就是其中最主要的工序。随着硅片厚度的不断减薄和电池面积的不断增大，焊接过程中的碎片率也越来越高，直接影响到了组件的生产成本，而焊接的效果也直接影响到组件的质量。本文将主要介绍了未来可应用于晶体硅太阳能电池的新型焊接工艺。

前言

焊接是晶体硅太阳能组件生产过程中的主要工序，主要包括单焊和串焊，单焊是指将汇流带焊接到电池正面的主栅线上，汇流带为镀锡的铜带，长度一般为电池边长的2倍，多出的焊带在串焊时与后面的电池片的背面电极相连。串焊是指将焊接好的单个电池片从背面互相焊接成一个电池串，目前的工艺大多为手工的，电池的定位主要靠一个焊接面板，上面有放置电池片的凹槽，槽的大小和电池的大小相对应，槽的位置预先设计好，不同规格的组件使用不同的模板，焊接面板同时还具有传热作用，可以减少电池片的隐裂和虚焊。焊接过程中，操作者使用电烙铁将“前电池”的正面电极焊接到“后电池”的背面电极上，这样依次将单个电池片串接在一起，并在电池串的正负极焊接出引线。电池片的单焊和串焊的目的是将单个电池片进行串联，使其形成一个回路，收集各个电池片上的电荷。晶体硅太阳电池的单焊和串焊如图1所示。

图1 晶体硅太阳电池的单焊和串焊

晶体硅太阳能电池的未来焊接技术

新型焊接工艺随着硅片厚度的不断减薄和电池面积的不断增大，焊接过程中产生的碎片率也不断增大，直接增加了太阳能电池的生产成本，因此，一些新型的，无接触的焊接工艺也有可能引入到晶体硅太阳能电池的焊接工艺中，以下主要介绍激光焊接、超声焊接和新型导电胶这几种新技术。

激光焊接

激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功率密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。

常用的激光焊接方式有两种：脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。脉冲激光焊接中最有可能应用于晶体硅太阳能电池焊接的为传热熔化焊接，传热熔化焊接是指当激光束照射到材料表面上时，材料吸收光能而加热熔化。材料表面层的热以传导方式继续向材料深处传递，直至将两个待焊件的接触面互熔并焊接在一起。

采用半导体激光器进行焊接有诸多优点，而这些优点对于太阳能电池的电连接是必不可少的。首先，激光焊接是一种无接触方法，还能通过对空间和时间上输入热量的定义以及确保太阳能电池本身的热应力最小来实现。为了提高过程的稳定性，半导体激光器可以在一个闭环控制回路里（闭环）通过高温计的作用，尽可能地控制和减小焊缝的热量输入。在自动化生产过程中，可实现大批量重复生产，同时也提高了效益，实现了较高的光电效率。

而且激光焊接还有两个很显著的优点：大的剪切力，可达30 N/cm：小的激光焊接面的接触电阻，只有约0.1 mΩ/cm 2 ，接触电阻相对传统焊面小得多。目前见诸报道的有：德国弗劳恩霍夫激光技术研究所开发出一种非接触激光焊接系统，可以用来连接硅太阳能电池板。为了熔融焊料，激光束要传到涂覆焊料的电池栅条上。红外线热能照相机通过实时测量辐射热对硅和金属条的温度进行探测。如果温度太高或太低，反馈控制电路会在毫秒内自动调整激光输出量，使每处连接点均能得到有效焊接。

超声波金属焊接

超声波金属焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的金属表面，在加压的情况下，使两个金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。超声波金属焊接的优点是：焊接速度快、能源消耗低、焊接后机械强度高、导电性好和接近于常温焊接，能减小热应力带来的冲击；缺点是所焊接金属件不能太厚（一般小于或等于5 mm）、焊点位不能太大和需要加压。目前超声波焊接技术应用在非晶硅太阳能电池的焊接较多。

导电胶

导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂，它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分， 通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起， 形成导电通路， 实现被粘材料的导电连接，导电胶具有出色耐湿耐热性和导电稳定性，和锡、锡银和镀银带以及汇流条具有很好的兼容性，而且导电胶工艺十分简单，易于操作，可以替代生产过程中的焊料，提高产品的优良率和生产效率，是替代铅锡焊接，实现导电连接的理想选择。

导电胶目前主要应用于微电子装配和取代焊接温度超过因焊接形成氧化膜耐受能力的点焊。目前适合应用于剥离强度高的柔韧性薄膜太阳能领域。导电胶工艺如果一旦应用于晶体硅太阳能电池的焊接中，将会带来以下显著优点：减少电池破片、翘曲和虚焊等问题，可以低温处理（180 ℃以下），无铅工艺，工作效率可以和自动串焊机相同，可进一步减薄电池片的厚度。

结论

目前晶体硅太阳能电池的焊接主要采用的还是传统的手工焊或是自动焊接，以上三种焊接工艺的应用较少。自动化程度、好的焊接效果、低的碎片率和较低的焊接成本是制约它们应用的关键。晶体硅太阳电池的焊接作为电池片封装过程中最重要的一道工序，焊接的温度、焊带、助焊剂的选择和包括电池片本身的质量都直接影响到焊接的效果和组件的生产成本。随着公众对绿色环保能源需求的增大和晶体硅电池片的厚度的减薄和面积增大的必然趋势，无铅焊接和自动焊接必将成为以后焊接技术的发展趋势；而在保证焊接效果和控制好成本的前提下，新型的无接触的焊接技术如激光焊接等也会越来越多地应用于晶体硅太阳能电池的焊接工艺。

□ END □

本文来源于《中国设备工程》

作者：朱星星

由焊接技术整理发布，

如有异议，请联系我们