晶體硅太陽能電池片焊接工藝及發(fā)展

常小琴

摘 要：太陽能發(fā)電技術(shù)實施的關(guān)鍵是太陽能電池組件，而組件發(fā)揮作用的核心是對電池片的焊接。焊接質(zhì)量和技術(shù)操作的好壞直接關(guān)乎到組件的質(zhì)量以及其使用的時間長短，所以，對晶硅太陽能電池片進(jìn)行焊接工藝的管理和研究具有很現(xiàn)實的意義和作用。

關(guān)鍵詞：晶體太陽電池；焊接工藝；新型焊接工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.052

太陽能電池發(fā)電是以光伏組件作為實際應(yīng)用中的最小單元，現(xiàn)在電池片都在市場中作為單獨的產(chǎn)品進(jìn)行銷售和買賣，所以進(jìn)行光伏組件的生產(chǎn)實際上就是從對電池片的焊接工作入手的。在既定質(zhì)量要求的電池片規(guī)定下，是否擁有完善純熟的焊接工藝是對光伏組件質(zhì)量好壞最大的影響因素。本文重點對當(dāng)前晶硅太陽能發(fā)展中對電池進(jìn)行焊接技術(shù)的具體工藝以及影響其發(fā)展的因素展開分析，并對焊接工藝中手工焊接和自動焊接技術(shù)特點、流程做了一個全面客觀的比較，最后詳細(xì)的介紹了在雨后能夠在晶體硅太陽能電池中使用的新型焊接工藝。

1 焊接工藝及其主要影響因素

焊接是進(jìn)行晶體硅太陽能組件生產(chǎn)的關(guān)鍵和核心工藝，正確合理的焊接工藝是得到質(zhì)量合格的光伏組件的保證。焊接，主要包括單焊和串焊，在對晶體硅太陽電池實施單焊或者是串焊等焊接方式的過程中，不僅僅要對電池片本身的質(zhì)量進(jìn)行考慮，此外還要注重以下幾個方面因素的影響：

（1）溫度。溫度會對焊接工藝造成一定的影響，主要表現(xiàn)在預(yù)熱溫度以及冷卻溫度和焊接溫度三個方面。在進(jìn)行電池片焊接工藝的過程中，對電池片焊接之前和接受焊接過程中的存在的溫差高低會對焊接工藝造成重要的影響。主要的影響表現(xiàn)在焊接質(zhì)量以及在電池片中殘余的內(nèi)應(yīng)力，會使得生產(chǎn)的產(chǎn)品的合格率降低。要是焊接的溫差很低，則會造成電池片焊接不牢固的問題影響質(zhì)量，相反，要是溫度過高，很容易造成電池片的劈裂而使整個電池片報廢。進(jìn)行預(yù)熱處理就是為了防止這種溫差過低或者是過高對電池片焊接工藝帶來的不利影響，提高焊接的質(zhì)量。

（2）壓力。焊接壓力指的是指焊接過程中對焊帶操作施加的壓力。要是施加的壓力過大很容易造成電池片的破損，施加壓力過小則可能出現(xiàn)虛焊的問題，因此需要對壓力做出合理的控制。針對具體的空間太陽電池進(jìn)行焊接操作，要結(jié)合時間和工藝的需要對焊接點的壓力承受度和抗拉強度進(jìn)行測試，以降低焊接時對電池片的破壞和提高產(chǎn)品的合格率。

（3）時間。焊接時間的長短應(yīng)該依據(jù)焊接操作的溫度需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。一般而言，在穩(wěn)定的壓力和合理的溫度條件下，焊接的壓力和溫度與需要的時間之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，也即是焊接的溫度越高、壓力越大，則整個焊接工作需要的時間就越短，反之則越長。在穩(wěn)定的壓力和合理的溫度條件下，長時間的進(jìn)行焊接操作可能導(dǎo)致焊接的電池片的破碎，而時間過短則可能出現(xiàn)虛焊或者是脫焊問題的出現(xiàn)影響焊接的質(zhì)量和效率。

2 電池片傳統(tǒng)焊接工藝及其局限性

晶體硅太陽能電池片的焊接方式主要有手工和自動兩種。

（1）手工焊接由工人手持電烙鐵進(jìn)行電池片的焊接工作，需要正反兩面輪流進(jìn)行焊接。在焊接工作開始之前要有制作專門的負(fù)責(zé)安放電池片的凹槽，以提高焊接的效率和起到穩(wěn)定電池片的作用。正面焊接完成后將其放置在凹槽里在進(jìn)行串焊操作，完成對電池片電極和電池片引線的焊接工作。

（2）自動焊接工藝。自動焊接工藝自動焊接具有效率高、焊接質(zhì)量好、成品質(zhì)量一致和人員使用少的優(yōu)點，但是其缺點主要表現(xiàn)在一次性的資金投入過大。而且對不同需要的焊接操作工藝和程序也是有所差別的。自動焊接與傳統(tǒng)的人工焊接技術(shù)相比較最明顯的區(qū)別是自動焊接采用的是串焊的方式，而人工焊接需要先進(jìn)行單面焊接然后在進(jìn)行串焊操作。此外，實施自動焊接只需要人工定時的進(jìn)行上料工作，其它時間由焊接機自動完成。

3 新型焊接工藝

隨著硅片厚度逐漸變薄和電池面積的變大，使得焊接中電池破片的概率變大，加大了生產(chǎn)的成本，所以很對的新型焊接工藝被引進(jìn)晶體硅太陽能電池焊接操作中，下面介紹幾種新技術(shù)。

（1）激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。其原理是借助光學(xué)系統(tǒng)量激光束聚焦在需要焊接的區(qū)域，在短時間內(nèi)在焊接區(qū)形成高度熱源區(qū)，實現(xiàn)焊接物的熔化并形成牢度的焊點。脈沖激光焊接是進(jìn)行晶體硅太陽能電池焊接最常用的方法，它可以將激光束直接照射到需要焊接的材料表面，釋放熱源材料吸收后發(fā)生熔化，然后將熱力進(jìn)行傳導(dǎo)直到材料相互接觸焊接在一起。

（2）半導(dǎo)體激光器則是一種無須接觸進(jìn)行晶體硅太陽能電池片焊接工作的焊接方法，具體操作方式是在時空上輸入熱量定義并保證太陽能電池自身的熱應(yīng)力最小的前提下來進(jìn)行焊接。在操作中，半導(dǎo)體激光器能夠在一個閉環(huán)控制回路內(nèi)部實現(xiàn)對高溫計的控制，確保焊接時輸入的熱量的穩(wěn)定和控制符合焊縫操作的熱量輸入需要，具有高效益和高效率的優(yōu)勢。

（3）超聲波金屬焊接主要的操作原理是利用高頻振動波傳達(dá)到需要進(jìn)行焊接操作的金屬表面，通過加壓的方，使得兩個需要進(jìn)行焊接的金屬面進(jìn)行相互摩擦而在分子層之間實現(xiàn)熔合。使用超聲波金屬焊接主要是具有焊接的速度快捷、的能源消耗以及導(dǎo)電性穩(wěn)定、焊接后機械強度高以及避免和降低熱應(yīng)力的影響等優(yōu)點；主要的缺點表現(xiàn)在不能進(jìn)行厚度高于五毫米的金屬焊接工作、焊接過程需要加壓操作很焊接位不能過大。其主要應(yīng)用在非晶硅太陽能電池焊接操作中。

（4）導(dǎo)電膠是一種經(jīng)過固化或者是干燥后具備導(dǎo)電性的膠黏劑，其主要的構(gòu)成是基體樹脂與導(dǎo)電粒子填充物，二者組合在一起形成了導(dǎo)電通路， 進(jìn)而實現(xiàn)對被粘材料的導(dǎo)電操作，導(dǎo)電膠的制備工藝不是很復(fù)雜而且簡單易操作，完全可以代替電池片焊接中的焊料，提升焊接的效率和質(zhì)量。應(yīng)用導(dǎo)電膠作為焊接的工藝材料其主要的優(yōu)點有降低電池破片的發(fā)生、減少虛焊問題以及減薄電池片厚度。

目前晶體硅太陽能電池在進(jìn)行焊接時采取的方式主要是以自動或者是手動的方式，而對上述提及的三種焊接工藝不是很常使用。分析來看制約其應(yīng)用的核心因素還是集中表現(xiàn)在自動化稱呼以及焊接效果和電池片成本等三個方面。

4 結(jié)論

太陽能發(fā)電無輻射，無噪聲，綠色環(huán)保是未來的良好選擇。對晶體硅太陽電池進(jìn)行焊接是進(jìn)行電池封裝流程中很關(guān)鍵的一個步驟，焊接工藝技術(shù)的成熟與否以及電池片自身質(zhì)量的高低都對實際焊接的效果和組件的生產(chǎn)成本帶來很大的影響。隨著晶體硅電池片的厚度的減薄和面積增大，在保證焊接效果以及實現(xiàn)對成本控制的前提下，新型的無接觸的焊接技術(shù)會更廣泛的應(yīng)用到現(xiàn)代的晶體硅太陽能電池焊接中。