焊带与晶硅太阳能电池片破碎关系

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[摘 要]太阳能用电池片在焊接过程中会出现破碎。不论是手焊还是机焊，在焊接过程中碎片总是不可避免，因此焊接碎片率已经成为考核生产车间的一个重要指标，也成为影响晶硅光伏组件成本的重要因素。影响焊接碎片的因素有很多，本文主要从焊带与电池片的作用力方面加以考虑，研究了焊带对晶硅太阳能电池片破碎的影响。

[关键词]晶硅太阳能电池片；焊接；碎片

中图分类号：TM914.41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0108-01

1 引言

太阳能组件制作，通常需要将单片晶硅电池按照正负极连接起来，使其形成回路。电池片连接方式通常是用焊带进行焊接。即高温加热使焊带表面锡层熔化，与电池表面银浆相连。晶硅太阳能电池主要材料是硅，其表面主栅线银浆，而电池片破碎主要因素是焊带与电池片的热涨冷缩系数不一致，其中焊带的热膨胀系数是晶硅电池片的5倍。由于焊接过程中，需要迅速升温，然后迅速冷却。温度从250℃到室温，过程只有3秒左右。急剧的温度变化会使得焊带与电池片产生极大的应力。焊接动作结束后，这种应力的作用会使得电池片发生弓形，在后续制作太阳能电池组件时极易发生电池片破碎现象。

焊带在串联电池片的过程中一定要做到焊接牢固，避免虚焊假焊现象的发生。生产厂家在选择焊带时一定要根据所选用的电池片特性来决定用什么状态的焊带。一般选用的标准是根据电池片的厚度和短路电流的多少来确定焊带的厚度，焊带的宽度要和电池的主删线宽度一致，焊带的软硬程度一般取决于电池片的厚度和焊接工具。手工焊接要求焊带的状态越软越好，软态的焊带在烙铁走过之后会很好的和电池片接触在一起，焊接过程中产生的应力很小，可以降低碎片率。但是太软的焊带抗拉力会降低，很容易拉断。对于自动焊接工艺，焊带可以稍硬一些，这样有利于焊接机器对焊带的调直和压焊，太软的焊带用机器焊接容易变形，从而降低产品的成品率。

采用越来越薄的太阳能电池促进了更低屈服强度（Rp0.2%）的焊带要求。仅仅几年前，300微米厚的太阳能电池还普遍使用。它们能承受屈服强度

在现阶段太阳能电池片焊接工艺，要求我们获得更高的输出功率，同时要有较低的电池片破碎改了。因此，我们单纯从焊带、太阳能电池片两个方面来谈，而不考虑其他因素（包括背板、EVA等）。

2 组件输出功率的研究

2.1 组件输出功率

P=P2-P1

P1：焊带消耗功率，是电流通过焊带时，由于焊带自身电阻而消耗的能量。

P2：电池片理论转换输出功率，是计算定量，由实际的电池片转化效率决定。

焊带消耗功率

P1=I2R

R：焊带电阻

R=ρ/SL

Ρ：焊带电阻率 S：焊带横截面积 L：焊带长度

综上，组件输出功率

P=P2-P1=P2-I2R=P2-ρ/SLI2

由上可知，要增加组件输出功率则必须减少焊带的功率损耗，如果能使焊带电阻率更低，或者焊带横截面积更大，则可达成目标。

2.2 增加组件功率输出

焊带横截面积S

S=T*W

T：焊带厚度W：焊带宽度

焊带宽度影响受光面积，所以应将焊带宽度减少，对应的尽量增加焊带厚度。因此，焊带的趋势是增厚变窄。但增加焊带厚度会导致电池片碎片概率的增加。

3 晶硅太阳能电池片破碎因素

总体上来讲，晶硅太阳能电池片破碎，是材料之间热应力不匹配造成的。若电池片继续减薄而焊带继续增厚，这种不匹配程度还要继续上升。焊接时温度上升，焊带延长，冷却后焊带收缩，但电池片的热膨胀系数小得多，从而在将焊带焊接在电池片上时，会产生涨缩不均匀，引起电池片翘曲，引发应力，最终破碎。

3.1 电池片破碎动量

要使电池片破碎，需要达到一定的动量

M=F*a

F：热胀冷缩应力 a：力臂（Tribbon+Tcell）/2

焊接前如图1：上层焊带，下层电池片

焊接后如图2：

破碎动量M，发生翘曲的应力F。因为焊带的形变量远大于电池片，从而产生翘曲，甚至碎片。

3.2 热胀冷缩应力

F=Rp0.2*S

Rp0.2：焊带屈服强度 S：焊带横截面积

Rp0.2越小，S不变，F越大；Rp0.2越大，S不变，F越小。

电池片的破碎动量达到临界值时电池片破碎。

M=F*a=Rp0.2*S*a=Rp0.2*S*（Tribbon+Tcell）/2

为获得更多的输出功率，通常会采用更厚更窄的焊带，S*（Tribbon+Tcell）/2会变大，而M要不变，则屈服强度Rp0.2需更小，而当焊带的Rp0.2

4 总结

当需要组件更多的输出功率，并且降低晶硅太阳能电池碎片率时，最佳选择是屈服强度小，电阻率低的焊带，并且增加焊带的厚度，缩小焊带的宽度。随着晶硅太阳能电池组件的技术发展趋势，电池片会越来越薄，而焊接过程中的温度会越来越高，无疑会增加晶硅太阳能电池的焊接碎片率，上述分析反应了焊带与电池片破碎的关系，因此为晶硅太阳能电池组件制作材料的选择提供了有力的支持。

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