摘要 從太陽能電池片到電池組件，需要將單片的電池連接起來使之形成一個整體，焊接就是其中最主要的工序。隨著硅片厚度的不斷減薄和電池面積的不斷增大，焊接過程中的碎片率也越來越高，直接影響到了組件的生產(chǎn)成本，而焊接的效果也直接影響到組件的質量。本文將主要介紹了未來可應用于晶體硅太陽能電池的新型焊接工藝。

前言

焊接是晶體硅太陽能組件生產(chǎn)過程中的主要工序，主要包括單焊和串焊，單焊是指將匯流帶焊接到電池正面的主柵線上，匯流帶為鍍錫的銅帶，長度一般為電池邊長的2倍，多出的焊帶在串焊時與后面的電池片的背面電極相連。串焊是指將焊接好的單個電池片從背面互相焊接成一個電池串，目前的工藝大多為手工的，電池的定位主要靠一個焊接面板，上面有放置電池片的凹槽，槽的大小和電池的大小相對應，槽的位置預先設計好，不同規(guī)格的組件使用不同的模板，焊接面板同時還具有傳熱作用，可以減少電池片的隱裂和虛焊。焊接過程中，操作者使用電烙鐵將“前電池”的正面電極焊接到“后電池”的背面電極上，這樣依次將單個電池片串接在一起，并在電池串的正負極焊接出引線。電池片的單焊和串焊的目的是將單個電池片進行串聯(lián)，使其形成一個回路，收集各個電池片上的電荷。晶體硅太陽電池的單焊和串焊如圖1所示。

圖1 晶體硅太陽電池的單焊和串焊

晶體硅太陽能電池的未來焊接技術

新型焊接工藝隨著硅片厚度的不斷減薄和電池面積的不斷增大，焊接過程中產(chǎn)生的碎片率也不斷增大，直接增加了太陽能電池的生產(chǎn)成本，因此，一些新型的，無接觸的焊接工藝也有可能引入到晶體硅太陽能電池的焊接工藝中，以下主要介紹激光焊接、超聲焊接和新型導電膠這幾種新技術。

激光焊接

激光焊接是利用激光束優(yōu)異的方向性和高功率密度等特點進行工作。通過光學系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內，在極短的時間內使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區(qū)，從而使被焊物熔化并形成牢固的焊點和焊縫。

常用的激光焊接方式有兩種：脈沖激光焊和連續(xù)激光焊。前者主要用于單點固定連續(xù)和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。脈沖激光焊接中最有可能應用于晶體硅太陽能電池焊接的為傳熱熔化焊接，傳熱熔化焊接是指當激光束照射到材料表面上時，材料吸收光能而加熱熔化。材料表面層的熱以傳導方式繼續(xù)向材料深處傳遞，直至將兩個待焊件的接觸面互熔并焊接在一起。

采用半導體激光器進行焊接有諸多優(yōu)點，而這些優(yōu)點對于太陽能電池的電連接是必不可少的。首先，激光焊接是一種無接觸方法，還能通過對空間和時間上輸入熱量的定義以及確保太陽能電池本身的熱應力最小來實現(xiàn)。為了提高過程的穩(wěn)定性，半導體激光器可以在一個閉環(huán)控制回路里（閉環(huán)）通過高溫計的作用，盡可能地控制和減小焊縫的熱量輸入。在自動化生產(chǎn)過程中，可實現(xiàn)大批量重復生產(chǎn)，同時也提高了效益，實現(xiàn)了較高的光電效率。

而且激光焊接還有兩個很顯著的優(yōu)點：大的剪切力，可達30 N/cm：小的激光焊接面的接觸電阻，只有約0.1 mΩ/cm 2 ，接觸電阻相對傳統(tǒng)焊面小得多。目前見諸報道的有：德國弗勞恩霍夫激光技術研究所開發(fā)出一種非接觸激光焊接系統(tǒng)，可以用來連接硅太陽能電池板。為了熔融焊料，激光束要傳到涂覆焊料的電池柵條上。紅外線熱能照相機通過實時測量輻射熱對硅和金屬條的溫度進行探測。如果溫度太高或太低，反饋控制電路會在毫秒內自動調整激光輸出量，使每處連接點均能得到有效焊接。

超聲波金屬焊接

超聲波金屬焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的金屬表面，在加壓的情況下，使兩個金屬表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。超聲波金屬焊接的優(yōu)點是：焊接速度快、能源消耗低、焊接后機械強度高、導電性好和接近于常溫焊接，能減小熱應力帶來的沖擊；缺點是所焊接金屬件不能太厚（一般小于或等于5 mm）、焊點位不能太大和需要加壓。目前超聲波焊接技術應用在非晶硅太陽能電池的焊接較多。

導電膠

導電膠是一種固化或干燥后具有一定導電性能的膠黏劑，它通常以基體樹脂和導電填料即導電粒子為主要組成成分， 通過基體樹脂的粘接作用把導電粒子結合在一起， 形成導電通路， 實現(xiàn)被粘材料的導電連接，導電膠具有出色耐濕耐熱性和導電穩(wěn)定性，和錫、錫銀和鍍銀帶以及匯流條具有很好的兼容性，而且導電膠工藝十分簡單，易于操作，可以替代生產(chǎn)過程中的焊料，提高產(chǎn)品的優(yōu)良率和生產(chǎn)效率，是替代鉛錫焊接，實現(xiàn)導電連接的理想選擇。

導電膠目前主要應用于微電子裝配和取代焊接溫度超過因焊接形成氧化膜耐受能力的點焊。目前適合應用于剝離強度高的柔韌性薄膜太陽能領域。導電膠工藝如果一旦應用于晶體硅太陽能電池的焊接中，將會帶來以下顯著優(yōu)點：減少電池破片、翹曲和虛焊等問題，可以低溫處理（180 ℃以下），無鉛工藝，工作效率可以和自動串焊機相同，可進一步減薄電池片的厚度。

結論

目前晶體硅太陽能電池的焊接主要采用的還是傳統(tǒng)的手工焊或是自動焊接，以上三種焊接工藝的應用較少。自動化程度、好的焊接效果、低的碎片率和較低的焊接成本是制約它們應用的關鍵。晶體硅太陽電池的焊接作為電池片封裝過程中最重要的一道工序，焊接的溫度、焊帶、助焊劑的選擇和包括電池片本身的質量都直接影響到焊接的效果和組件的生產(chǎn)成本。隨著公眾對綠色環(huán)保能源需求的增大和晶體硅電池片的厚度的減薄和面積增大的必然趨勢，無鉛焊接和自動焊接必將成為以后焊接技術的發(fā)展趨勢；而在保證焊接效果和控制好成本的前提下，新型的無接觸的焊接技術如激光焊接等也會越來越多地應用于晶體硅太陽能電池的焊接工藝。

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本文來源于《中國設備工程》

作者：朱星星

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