多主柵半片組件制程及電池激光劃片工藝優(yōu)化的分析研究

王銳

摘要：本文主要通過對多主柵半片電池焊接工藝優(yōu)化、封裝材料選型、層壓工藝、不同電極焊接位置的SEM圖像對應焊接質(zhì)量、激光劃片參數(shù)對電池片切割的質(zhì)量影響等方面的研究，提出一種可適合多主柵半片雙玻組件量產(chǎn)化的工藝方案;以及不同類型焊接質(zhì)量情況下對應電池片焊接處電極SEM圖像形態(tài)分析和不同激光劃片參數(shù)的變化幅度范圍內(nèi)產(chǎn)生對應劃片效果的理論原因分析。

關鍵詞：多主柵;半片;圓形焊帶;克重;固態(tài)含量;焊接、返修;層壓;SEM圖;激光劃片;雙玻;優(yōu)化;匹配

1.前沿

多主柵電池搭配圓形焊帶進行合金接觸焊接，與傳統(tǒng)焊接相比，圓形焊帶焊接面為點狀接觸，與電池電極接觸面較常規(guī)焊帶小，焊接時對溫度、壓力、時間等要求更加嚴格，更容易出現(xiàn)虛焊、過焊、偏焊等焊接異常;如何找到一組適合多主柵半片電池雙玻組件工業(yè)化量產(chǎn)的制程工藝方法尤為重要，本文經(jīng)過大量研究和實驗對比、總結出一組適合多主柵半片電池組件工業(yè)化封裝的方法工藝參數(shù)和焊接質(zhì)量評估方法以及不同激光劃片參數(shù)對電池片切割的質(zhì)量影響。

2.內(nèi)容

2.1多主柵半片電池焊接參數(shù)匹配性

通過持續(xù)優(yōu)化自動焊接設備參數(shù)，確定一組適合多主柵焊接的工藝參數(shù)，在該參數(shù)下多主柵電池片焊接質(zhì)量穩(wěn)定、破片率、返修率可達到業(yè)內(nèi)先進水平。

2.2材料選型及匹配性

多主柵電池焊接使用的是圓形焊帶，其厚度相對常規(guī)扁焊帶有所增加，由此增加層壓過程中碎片、隱裂等缺陷比例。經(jīng)實際驗證，多主柵半片組件焊帶選用直徑為0.35～0.40mm的圓形焊帶，為避免碎片、隱裂等問題，封裝膠膜選用520～560g/m2高克重POE。因圓形焊帶的特殊形狀，為保證與電池片電極進行有效合金接觸，需提高助焊劑中的固態(tài)含量（其含量一般為常規(guī)焊接的1～2倍）效果最佳。

2.3返修工藝優(yōu)化

多主柵半片組件使用的是直徑為0.35mm圓形焊帶，需采用兩條圓焊帶并排搭接的新方式（如圖1），將待返修電池片背面焊帶首先使用斜口鉗距離電池片約15mm處剪短分離;取背面焊接完成電池片放置返修區(qū)域;將相鄰焊帶與新電池片焊帶進行水平重合 焊接，重合區(qū)域約5mm。經(jīng)驗證，該種返修方式焊接效果良好，對多主柵半片組件的電性能及組件可靠性無影響。

2.4層壓工藝匹配

本文中涉及的組件封裝選用的瓷白網(wǎng)格玻璃背板中的鍍釉層因本身具有高度差同樣增加了氣泡無法排出的幾率，本文中涉及到的設備使用的MEIER單腔層壓機，無法有效的分段加熱、層壓，導致雙玻成品率低于行業(yè)先進水平。本文通過選配產(chǎn)品封裝材料及優(yōu)化層壓機工藝參數(shù)有效的降低了雙玻組件的氣泡不良率。

2.5 通過SEM圖像對焊接質(zhì)量的評估

根據(jù)不同焊接型態(tài)及質(zhì)量表明，焊接OK電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫飽滿且分離后電極處呈銀色或少量漏硅;過焊電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫且分離后電極處呈大面積漏硅;虛焊電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫不飽滿、量少等特點且分離后電極處呈少量銀色或純銀色，表明涂錫焊帶未與電極形成合金接觸;焊錫未熔電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫較差、量少且分離后電極處呈少量銀色或純銀色，表明涂錫焊帶未與電極形成合金接觸;偏焊電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫不飽滿且分離后電極焊接處偏離電極焊接區(qū)域，涂錫焊帶與電極接觸不完全導致焊接質(zhì)量偏差，嚴重可造成虛焊或漏焊。

2.6激光劃片參數(shù)對電池片切割截面的質(zhì)量影響。

通過大量工藝驗證，熔渣的產(chǎn)生與激光器輸出波形和能量分布密切相關。通過持續(xù)優(yōu)化劃片機功率（P）、脈寬（t）、頻率（f）、速度（v）、次數(shù)（n）等五大參數(shù)切割工藝，使劃片工藝窗口最大化，對電池片損耗降到最低。

經(jīng)驗證表明，電池片熱熔區(qū)寬度應控制在0.7～0.9mm區(qū)間，劃片寬度0.2～0.3mm區(qū)間，劃片深度應控制在電池片厚度的1/2～2/3區(qū)間，及0.09～0.12mm區(qū)間。

同時通過選擇沃特維（型號SLC-5500）全自動劃片激光切割設備，在正常參數(shù)范圍基礎上，設定不同的劃片參數(shù)（速度、功率、頻率、次數(shù)），變更一組參數(shù)范圍同時使其它三組保持不變，通過電池劃片后的分離效果，探索某種參數(shù)對劃片效果的具體影響效果。

結論：（1）速度、頻率、次數(shù)參數(shù)不變情況下，功率降低至40%，劃片質(zhì)量NOK， 電池未完全分離出現(xiàn)碎片，功率越低，激光器所產(chǎn)生的能量密度降低，不足以使電池片表面汽化，從而導致切割面未能完全有效切割導致分片過程后無法正常分離。

（2）速度、功率、次數(shù)參數(shù)不變情況下，頻率上升至260kHz，劃片質(zhì)量NOK，電池未完全分離;隨著激光頻率的增加，劃片的成功率是逐步下降的。在該頻率下，激光劃片不能將電池片有效的分離。激光劃片頻率越大，脈沖次數(shù)越多，但是在功率既定的條件下，分配給每次脈沖的能量相應的減少，這也就是劃片效果越來越差的原因。

（3）功率、頻率、次數(shù)參數(shù)不變情況下，速度提升至3800 mm/s，劃片質(zhì)量NOK，電池未完全分離出現(xiàn)碎片;速度提升降低了電池片表面對激光能量的吸收，吸收的能量不足以使電池片表面汽化，從而導致切割面未能完全有效切割分離。

（4）速度、功率、頻率參數(shù)不變情況下，次數(shù)降低至4次，劃片質(zhì)量NOK，電池未完全分離出現(xiàn)碎片，劃片次數(shù)的降低導致電池片能量接收量減少造成無法有效分離。

3.結論：

通過以上的對比研究，多主柵半片電池組件通過焊接工藝、層壓工藝、返修工藝優(yōu)化、選擇合適的封裝材料搭配，完全可滿足正常產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)工藝質(zhì)量需求;另通過電池片電極焊接處SEM圖像的對比可間接直觀對焊接質(zhì)量進行初步評估，給出了一組適合多主柵電池激光切片的參數(shù)并通過不同參數(shù)的調(diào)整對電池片切割質(zhì)量的具體影響做了相關的理論分析和實證。