淺析光伏組件焊接技術

摘要：太陽能組件要實現(xiàn)發(fā)電的功能必須要將單片的電池連接起來使其成為一個整體，常見的連接方式為焊接。但是焊接過程如果控制不當就會造成熱斑、碎片等現(xiàn)象，嚴重時會影響組件的壽命甚至是燒毀組件，因此大多數(shù)晶硅組件車間將焊接定為特殊過程，以便隨時監(jiān)控。本文給出了新的焊接工藝，為制造優(yōu)質太陽能組件提供了保障。 　　1.引言 　　在太陽能電池組件的制造流程中，電池片的正面單焊和背面串焊的質量非常重要。由于太陽能組件的的設計使用壽命為25年左右，且組件通常安裝在戶外，每天要承受幾十攝氏度的溫度變化，而焊帶基材為純銅，銅的膨脹系數(shù)約為硅（電池片）的6倍，只要有溫度變化，焊帶與電池片都會受力，因此不良的焊接嚴重時會導致組件失效。 　　目前國內大多數(shù)廠家主要使用手工焊接方法，手工焊接導致焊接不良的因素眾多。為提高太陽能組件的成品質量，本文給出了防止焊接不良的改善方法。 　　2.電池片焊接易出現(xiàn)的不良現(xiàn)象 　　太陽能電池片手工焊接流程如下： 　　首先進行正面單焊。用電烙鐵將鍍錫銅焊帶在一定溫度下焊接到電池片正面（負極）主柵線上。 　　然后進行電池片的背面串焊。在專用的焊接模板上（可以確保電池片的相對位置），操作電烙鐵將互聯(lián)條焊接到電池片背面電極上，從而依次將電池片串接在一起，并且正負極焊接出引出線。 　　采用手工焊接有一定的局限性，很容易出現(xiàn)焊接不良現(xiàn)象，不良主要有以下幾種： 　?。?）虛焊 　　虛焊產生的機理是錫鉛與電池片電極銀層合金形成程度差。而影響合金形成的因素有溫度及錫鉛銀表面金屬活性度。 　　產線手工焊接出現(xiàn)虛焊異常的原因分析如下： 　　員工是否集中，觀察焊接時間是否過快，焊接手法是否和其他員工不一樣。 　　焊接工藝是否波動，重點觀察烙鐵溫度和焊接時間是否符合要求。 　　電池片批次是否集中，主要在于電池片銀漿是否氧化、發(fā)黃。例如：背電極發(fā)黃。 　　互聯(lián)條浸泡是否符合要求，如互聯(lián)條上助焊劑是否揮發(fā)、互聯(lián)條是否氧化。 　　互聯(lián)條/助焊劑批次廠家是否更換。 　?。?）裂片 　　電池片裂片產生的機理是外力沖擊、電池片隱裂或溫差收縮產生應力。 　　產線手工焊接出現(xiàn)裂片異常的原因分析如下： 　　觀察裂片位置及發(fā)現(xiàn)工序，查看所有裂片位置分布是否規(guī)律。 　　查看電池片的批次（硅片廠家、線別、生產日期）是否集中。 　　查看互聯(lián)條是否扭曲。 　　查看是否因為虛焊等焊接困難造成裂片。 　　查看焊接溫度，焊接手法是否正常。 　　查看起焊點和收尾點是否靠前。 　?。?）錫絲錫渣 　　錫絲錫渣產生的機理是錫鉛與電池片電極銀層合金形成程度差，影響合金形成的因素有溫度及錫鉛銀表面金屬活性度。 　　產線手工焊接出現(xiàn)錫絲錫渣異常的原因分析如下： 　　檢查員工焊接手法，重點關注速度、收尾、拉烙鐵的直線性等幾要素 　　檢查烙鐵溫度； 　　檢查電池片電極是否氧化； 　　檢查桌面清潔度、烙鐵清潔海綿水含量等。 　　3.改善焊接工藝 　　針對焊接時出現(xiàn)的不良現(xiàn)象，本文改善了單焊和串焊工藝，以提高組件的成品質量。 　　3.1.改善后的單焊工藝 　　改善后的單焊工藝包括如下步驟： 　?。?）焊接時左手從待單焊區(qū)拿取電池片，右手拿取焊帶，焊接方向依主柵線從左往右從上往下方向勻速焊接，三柵線電池片遵循前三后三原則（起焊點與收尾點均為電池片的第三根細柵線）。焊接過程中應注意焊臺溫度和焊接時間，不能有露白、虛焊、錫絲、錫渣等現(xiàn)象。156電池片系列單焊時間為3-5S，串焊時間為2-4S；125電池片系列單焊時間2-4S，串焊時間1-2S（針對特殊銀漿特殊處理）。 　?。?）焊接時手握烙鐵手柄成45度角。 　　（3）焊接時，焊筆與手臂要平行移動，不得靠手腕拖動焊筆。 　　（4）單焊焊完每一根焊帶后，用手指縷焊帶檢查是否有堆錫、錫珠、錫渣等不良。 　?。?）從預熱臺面左側拿取電池片放置在待串焊區(qū)，焊接完成后要求斜視電池片正面有無虛焊露白、錫渣異物、焊帶扭曲等現(xiàn)象。 　?。?）單焊焊好放電池片時，焊帶不能有彎曲。 　?。?）焊接臺面要保持干凈整潔，物品按要求擺放在指定區(qū)域，彎曲的焊帶禁止使用。 　?。?）焊接焊臺溫度為350±3℃，預熱臺溫度為50±3℃，將烙鐵頭切換為500-4DK的烙鐵頭。 　?。?）焊帶材質采用：涂層：Sn60/Pb40；基材：Cu≥99.9%；涂層厚度：0.05mm;成品厚度：0.35mm;寬度：8mm；伸長率：≥20%；抗拉強度：≥145MPa；電阻率：＜12mΩ/25℃。 　　3.2.改善后的串焊工藝 　　改善后的串焊工藝包括如下步驟： 　?。?）串焊前清潔串焊模板，防止有錫渣、錫絲掉落頂裂電池片（每焊完一塊組件清潔一次）。 　?。?）串焊好后用刷子清理電池串上的錫絲、錫渣（每焊完一串電池串清潔一次），清潔刷子只能清理電池串與預熱臺，禁止使用清潔刷子清理工作臺面。清潔刷每2小時更換一次（不到2小時臟污的也要及時更換）。 　?。?）從待串焊區(qū)拿取電池片分發(fā)到串焊模板上做好焊前準備。 　　將電池片從左往右發(fā)放，然后從右往左開始焊接；分發(fā)電池片時注意電池不要架在模板擋塊上；同時確保焊前串焊模板干凈無異物。 　?。?）串焊焊接過程中注意以下兩點要求： 　　a.串焊時起焊點從第一根蜈蚣線焊起，單片焊接完成后檢查焊帶是否平行且在電池片背電極內，不得有彎曲。 　　b.串焊操作對電池片單片間距時注意輕拿輕放，防止電池片撞擊到摸板檔塊導致碎片。 　?。?）串焊焊臺溫度為360±3℃，預熱臺溫度為60±3℃。 　　4.結果和討論 　　為驗證改進后單焊工藝的可行性，在焊接同一條單焊線時分別采用改進前后的工藝進行焊接，并統(tǒng)計一個星期的焊接量，結果顯示采用舊工藝焊接時產量為804塊，新工藝為939塊，產量提升14.4%。 　　新工藝也大大提升了焊接質量。采用改進后的單焊和串焊工藝對電池片進行焊接，統(tǒng)計一個月內出現(xiàn)虛焊、裂片和錫絲錫渣的電池片數(shù)，并與工藝改進前出現(xiàn)不良現(xiàn)象的電池片數(shù)進行對比。從圖中可以看出新工藝明顯降低了電池片焊接時出現(xiàn)虛焊、裂片和錫絲錫渣不良現(xiàn)象的幾率。 　　隨機抽取1塊此工藝下焊接的組件進行環(huán)境老化測試，根據(jù)IEC61215設計鑒定與定型10.13，10.12，10.11測試方法，組件外觀無異常，且濕絕緣合格。 　　5.總結 　　采用新工藝焊接，降低了焊接過程中出現(xiàn)虛焊、裂片和錫絲錫渣等不良現(xiàn)象的幾率，提高太陽能組件的成品質量和產量，為制造出優(yōu)質的太陽能組件提供了保障，值得光伏行業(yè)推廣。（本文作者：王世崴，鄭記紅，李浩，王仕鵬，黃海燕，陸川 單位：酒泉正泰太陽能科技有限公司）