太陽能電池片串焊設備的製作方法

2023-09-13 09:04:30

專利名稱：太陽能電池片串焊設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能電池技術領域，尤其涉及太陽能電池片的串焊技術。
背景技術：
隨著人們對環境的日益關注，清潔能源的使用已經成為未來長期發展的趨勢。目前，太陽能光伏發電已經成為最受關注、發展最為迅速的清潔能源產業。由於太陽能光伏發電的基本單元為太陽能電池組件，因此，太陽能電池組件的生產在國內外都處於興盛期。在太陽能電池組件的生產過程中，為了獲得不同功率等級的組件，必須將厚度在 20um左右的太陽能電池片利用電池片焊帶按一定的規律串焊在一起才能實現。如圖1和圖 2所示，太陽能電池片1上有電池片焊接區2，電池片正、反面焊接區位於相同位置，電池片焊帶3用於焊接到電池片焊接區2上，電池片焊帶3的長度略小於電池片長度的2倍。焊接時，利用具有導電性的焊帶將多片電池片的首尾(也就是正、負極)連接起來。由於單片電池片的發電功率有限，串焊後，就可以獲得各種功率的發電單元，通過後續的層壓等工序後就形成了用於光伏發電的太陽能電池組件。由於電池片薄而易碎，因此，電池片的串焊技術成為國內外設備供應商研究的熱點和面臨的最大挑戰。目前市場上主流的太陽能電池片串焊設備在焊接方式上主要分為紅外線焊接、高頻感應焊接和雷射焊接等。由於這三種焊接方式的技術門檻很高，主要由歐美等工業發達國家掌控，相應的設備購買成本也很高，很多廠家都難以承受。國內很多設備供應商也推出了採用這三種焊接手段的設備，但目前的使用現狀是由於焊接技術不成熟，普遍存在焊接質量不穩定的問題。熱風槍焊接是國內成熟的、技術門檻及成本相對較低的技術，但將用於電路板維修及焊接的熱風槍作為太陽能電池片串焊設備，因受太陽能電池片物理特性以及焊接工藝的影響，還需要克服以下四個將導致太陽能電池片串焊成功與否的關鍵問題
(1)電池片薄而易碎
由於生產電池片所使用的材料以半導體矽為主，並且最常使用的太陽能電池片的外形尺寸為125_X125_ (5英寸)、以及156 mmX 156mm (6英寸)，而其厚度則均不超過20um， 遠小於長寬方向的尺寸，因此，其材料和外形尺寸決定了太陽能電池片屬於薄而易碎的產品。這是電池片焊接所面臨的最大難題，因此，在使用熱風槍焊接過程中，必須從多個方面採取措施降低電池片的碎片率。(2)焊接溫度高
由於太陽能電池片串焊時使用的焊帶屬於環保型的無鉛焊帶，焊接時對溫度的要求很高。為了保證焊帶在焊接過程中能與電池片焊接區域的材料生成牢固的化合物，必須保證焊接處的溫度達到330°C的錫的熔化溫度，而電路板維修及焊接時使用的無鉛焊帶的熔化溫度最高不超過。將熱風槍熱氣流用於電池片與導電焊帶的焊接時，熱氣流所攜帶的熱量只有一部分通過對流傳熱的方式被錫吸收後用於焊接，還有一部分被散失到周圍環境中，因此，熱風槍的實際工作溫度將遠高於330°C的焊接溫度。由於熱風槍主要用於電路板
3的維修、以及電子元器件引腳的焊接，因此其最佳的工作狀態一般難以達到電池片串焊所需的溫度及氣流要求。為了能將熱風槍用於電池片的串焊，必須採取措施降低焊接過程中熱風槍的熱負荷，延長熱風槍內部電熱絲的工作壽命。(3)易出現焊接不良
為了將單個的電池片利用焊帶串焊起來，同一塊電池片需要完成正、反面焊帶的焊接。 由於焊接溫度過高，電池片正、反面的焊接區域需要承受很高的熱衝擊，導致電池片內部很容易產生熱應力。熱應力的宏觀表現就是電池片出現翹曲變形、隱裂、以及開裂等不良狀況。在焊接過程中，如果對熱風槍的熱氣流的溫度、流量以及焊接時間等控制不好的話，電池片很容易出現上述不良狀況。(4)焊接表面質量及焊帶附著力
焊接完成後，還要進行焊接表面質量的考核以及焊帶與電池片之間的附著力的測試。 由於熱氣流焊接屬於非接觸式的焊接方式，與接觸式焊接方式相比，能減少對焊接表面的幹擾。在溫度、流量及焊接時間準確的情況下，既能保證但保焊帶表層光亮、平滑，無錫渣、 尖銳刺角等缺陷，又能保證焊帶上的錫與電池片焊接區的鍍層生成牢固的化合物而達到附著力的測試要求。但非接觸式的焊接方式也有很多難以控制的因素，例如由於實際作用在焊帶上的氣流溫度、氣流流量等數據無法獲得，只能通過控制焊接區域周圍的這些參數來對焊接狀況進行控制，這就要求焊接區域周圍的環境不能有太大變化。並且，熱氣流也有將導電焊帶以及電池片吹偏的風險，焊接過程中熔化狀態的錫也容易被氣流吹跑而堆積在氣流較弱的區域形成尖銳的刺角。因此，上述技術難題又導致實際上難於將熱風槍技術應用到太陽能電池片的串焊。再有，在進行太陽能電池片的串焊前，首先要通過壓持機構將焊帶固定到電池片的焊接區。但由於焊接過程涉及到焊帶表層的錫熔化並凝固的過程，因此，熔化的錫很容易粘附到壓持機構上，在壓持機構離開焊帶時，會在焊帶表面留下凹凸不平的痕跡。壓痕的存在一方面對太陽能電池組件的表面質量造成影響，另一方面，較嚴重的壓痕在後續的層壓過程中也存在導致組件內的部分電池片產生隱裂、裂紋或碎片的隱患。如圖3所示，國內外的設備供貨商普遍採用的焊帶固定方式是即利用彈性壓頭4一次性將電池片焊帶3固定到電池片的焊接區域，然後再進行焊接。這種壓持方式很難避免壓痕的產生，並且，焊接完成後鬆開壓頭時，由於錫的粘附，電池片很容易跟隨壓頭一同被提起，導致電池片偏位、開裂等問題。另外，現有太陽能電池片串焊設備在進行電池片正、反面焊帶的焊接時，目前普遍採用在單一面施加熱源的方式，即僅在正面焊帶的一側施加熱源，背面焊帶焊接所需要的熱量通過熱傳導的方式獲得。這種焊接方式主要存在如下問題(1)單面施加熱源的焊接方式導致對熱源的功率需求較高，而功率過高的熱源在工作時由於需要承受較高的電流、 電壓、及溫度等，因此其使用壽命偏低，導致設備的維護周期較短。(2)高功率的熱源容易導致正面焊帶因吸收的熱量過多而出現表面錫層氧化、甚至發黑的問題。同時，暴露在熱源區域的電池片容易因局部區域承受過高的熱衝擊而出現翹曲、隱裂、開裂等問題。(3)單面施加熱源的焊接方式容易導致反面焊帶因吸熱不足而出現虛焊，嚴重降低太陽能電池組件的功率及壽命。(4)反面焊帶的表面質量很差，壓痕嚴重。因為焊接時，電池片反面的焊帶直接鋪設在焊接平臺上，焊帶表層熔化的錫因為受到焊帶壓持機構的擠壓而變形嚴重。

發明內容
本發明要解決的一個技術問題是克服技術偏見，採用熱風槍作為太陽能電池片串焊設備，並解決上述應用熱風槍進行太陽能電池片串焊時的技術難題，以保證太陽能電池片串焊的成功。本發明要解決的另一個技術問題是採用彈性滾輪滾動壓持的方式將焊帶固定到電池片表面的焊接區，就不會有錫粘附到滾輪表面，焊帶表層就不會留下壓痕，並且焊接完成後滾輪在離開焊帶時，也不會出現電池片被一同提起而引起的偏位或開裂等狀況。本發明要解決的再一個技術問題是採用在電池片正、反面同時施加熱源的方式實現電池片與焊帶的焊接，以使電池片在焊接過程中發生翹曲、隱裂、開裂的現象大大降低，並且反面焊帶的表面質量以及虛焊等狀況有了顯著改善。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種太陽能電池片串焊設備，包括熱風槍、用於控制熱風槍工作溫度的溫度控制系統、用於控制熱風槍風量及流速的氣壓及流量控制系統；其中，溫度控制系統、氣壓及流量控制系統分別與熱風槍電連接；該熱風槍包括熱風槍風嘴，該熱風槍風嘴設置在熱風槍的出氣端。優選的，該熱風槍風嘴可拆卸的設置在熱風槍的出氣端。優選的，該太陽能電池片串焊設備還包括多級預熱平臺，該多級預熱平臺與該溫度控制系統電連接以用於焊接前對多級預熱平臺上的太陽能電池片進行多級均勻預熱。優選的，該太陽能電池片串焊設備還包括防護罩，該防護罩在焊接時設置在熱風槍的外圍以降低焊接時周圍環境中的氣流運動以及溫度波動的幹擾。優選的，該熱風槍風嘴的出氣部位為中空的扁平錐型。優選的，該太陽能電池片串焊設備還包括用於將焊帶滾動壓持固定到太陽能電池片焊接區的彈性滾輪、用於控制彈性滾輪運動的運動機構，該彈性滾輪固定連接該運動機構。優選的，該彈性滾輪上還設有彈性滾輪壓頭和彈簧，該彈簧連接該彈性滾輪壓頭， 以通過調整該彈簧的壓縮量來調節該彈性滾輪壓頭施加在太陽能電池片上的壓力。優選的，該彈性滾輪有兩個或多個，該熱風槍固定連接該兩個或多個彈性滾輪，該熱風槍風嘴位於該兩個或多個彈性滾輪中間，形成一個焊接模塊，該焊接模塊設在太陽能電池片的正面或反面。優選的，該兩個或多個彈性滾輪上還分別設有用於調整該兩個或多個彈性滾輪中心距離的長孔。優選的，該太陽能電池片串焊設備還包括另一個焊接模塊，該兩個焊接模塊分別設在太陽能電池片的正面和反面。本發明的有益效果是通過使用熱風槍在保證焊接質量同時，又降低了成本；而採用彈性滾輪可以避免有錫粘附到滾輪表面，焊帶表層就不會留下壓痕，並且焊接完成後滾輪在離開焊帶時，也不會出現電池片被一同提起而引起的偏位或開裂等狀況；而在電池片反面也同時施加熱源的方式實現電池片與焊帶的焊接，能使電池片在焊接過程中發生翹曲、隱裂、開裂的現象大大降低，並且反面焊帶的表面質量以及虛焊等狀況能得到顯著的改口 ο


圖1太陽能電池片結構簡圖。圖2太陽能電池片串焊示意圖。圖3彈性壓頭結構示意圖。圖4熱風槍及其控制系統結構示意圖。圖5A本發明一實施例結構示意圖。圖5B為圖5A的局部放大示意圖。其中 1太陽能電池片， 3電池片焊帶， 5熱風槍， 6溫度控制系統， 8彈性滾輪， 82長孔，
具體實施例方式如圖5A所示，本發明一實施例的太陽能電池片串焊設備包括熱風槍5、溫度控制系統6、氣壓及流量控制系統7、彈性滾輪8。如圖4所示，溫度控制系統6和氣壓及流量控制系統7分別與熱風槍5電連接，熱風槍5的工作溫度通過常規的溫度控制系統6進行控制，熱風槍5的風量及流速則使用常規的氣壓及流量控制系統7進行控制。並且，考慮到各種型號的太陽能電池組件的焊接區域及導電焊帶的寬度存在差異，熱風槍出氣端的熱風槍風嘴51也能方便的進行更換。再有，該太陽能電池片串焊設備還採用多級預熱平臺，多級預熱平臺與溫度控制系統6電連接，通過溫度控制系統6的控制在焊接前對多級預熱平臺上的太陽能電池片進行多級均勻預熱，以降低焊接過程中太陽能電池片焊接區域與非焊接區域的溫差，避免太陽能電池片內部產生過大的熱應力而出現翹曲、隱裂、以及開裂等不良狀況。多級預熱平臺的溫度採用逐級升高的方式，並且儘量保證各級預熱平臺的溫度分布均勻。逐級升溫可以保證電池片的溫度在預熱過程中是緩慢上升的，電池片所承受的熱衝擊小，內部由於熱衝擊產生的熱應力也小。而均勻受熱則能保證電池片各部分的溫差小，由於小的溫差導致的熱應力也小。例如，可以採用三級預熱平臺，第一級預熱平臺的設定溫度為70°C，第二級預熱平臺的設定溫度為120°C，第三級預熱平臺的設定溫度為180°C。各級預熱平臺內部的最大溫差均在15°C以內，溫度波動值採用溫度控制系統控制在設定溫度的士5°C。通過多次實驗驗證，此種預熱方式既能降低焊接過程中電池片出現的翹曲、隱裂、 以及開裂等不良狀況，又能有效的降低焊接過程中的碎片率。並且，由於焊接前電池片已經被預熱至180°C的溫度，對熱氣流攜帶的熱量進行了有效的補充，使得熱風槍的工作溫度比非預熱的焊接方式降低了約40°C，大大降低了熱風槍內部電熱絲的熱負荷。並且，電池片焊接所需的溫度及氣流量等均位於熱風槍正常的工作狀態內，使得利用熱風槍提供的熱氣流
2電池片焊接區， 4彈性壓頭，
51熱風槍風嘴， 7氣壓及流量控制系統， 81彈性滾輪壓頭，
D兩滾輪的中心距離。進行電池片的焊接成為可能。再有，該太陽能電池片串焊設備還採用防護罩，焊接時設置在熱風槍5的外圍，以降低焊接時周圍環境的幹擾。因為採用熱氣流進行焊接時，攜帶能量的載體為熱氣流。熱氣流在從熱風槍流出，而後又流動至焊接區域完成焊接的過程中，周圍環境中的氣流運動以及溫度波動對熱氣流的焊接效果有明顯的影響。比如，在不同的時間段進行試驗，或者存在空調的開啟、關閉時，需要對熱風槍的工作溫度、以及氣流量進行調整才能保證電池片焊接質量的穩定性。為了降低周圍環境變化對焊接質量的影響，使焊接區域的環境更穩定，在焊接區域設置了防護罩，將焊接區域與周圍環境進行隔離。實驗表明，設置防護罩的方式能有效提高熱風槍工作的穩定性，並能長時間的保證電池片的串焊質量。而熱風槍風嘴51的出氣部位為中空的扁平錐型(而一般熱風槍風嘴其出氣部位為中空的圓柱形)，使得熱氣流的出氣端呈一條長縫，其寬度約為Imm (注電池片正面焊接區的寬度約為2mm，反面焊接區的寬度約為4mm，電池片焊帶的寬度約1. 6mm)。從結構上來看，扁平錐形的出氣通道屬於縮管結構，氣流在逐漸變窄的通道中流動時，其流速會增大。 在氣流從噴嘴中噴出時，熱氣流攜帶的熱量能快速、集中的到達焊接區域。而圓柱形出氣通道的噴嘴，其氣流要以相同的速度、相同的溫度到達焊接區時，熱風槍需要加熱的氣流量要比縮管結構的噴嘴加熱的氣流量多，熱風槍的工作溫度也要相應提高，導致熱風槍的熱負荷大，在許可的工作狀態下不能保證電池片的焊接質量。如圖5B所示，熱風槍5有兩個分別設在太陽能電池片1的正面和反面；彈性滾輪 8有兩組，每組有兩個彈性滾輪(或者每組有多個彈性滾輪也可以)，該兩組彈性滾輪分別設在太陽能電池片1的正面和反面；各熱風槍5的熱風槍風嘴51分別位於該面的兩個彈性滾輪中間；電池片焊帶3對應於太陽能電池片1的正、反面焊接區分別為正面焊帶、反面焊帶。 彈性滾輪8採用滾動壓持的方式將正面焊帶、反面焊帶分別固定到太陽能電池片1的正、反面焊接區。彈性滾輪8上還設有長孔82，用於調整兩滾輪的中心距離D。彈性滾輪8上還設有彈簧，彈性滾輪壓頭81施加在電池片上的壓力可以通過調整該彈簧的壓縮量進行調節。焊接時，熱風槍風嘴51出氣口與焊帶3的距離在Γ5πιπι。熱風槍穩定工作的功率不超過400W，正面焊帶側的熱風槍的工作溫度不超過200°C，反面焊帶側的工作溫度不超過380°C。電池片在焊接過程中發生翹曲、隱裂、開裂的現象大大降低，並且，反面焊帶的表面質量以及虛焊等狀況有了顯著改善。在焊接過程中，熱風槍和彈性滾輪均處於運動狀態。只要保證滾輪運動至焊帶的下一個位置時，該處焊帶表層的錫已由吸熱熔化轉變為凝固狀態，那麼，就不會有錫粘附到滾輪表面，焊帶表層就不會留下壓痕。並且焊接完成後滾輪在離開焊帶時，也不會出現電池片被一同提起而引起的偏位或開裂等狀況。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所做的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，包括熱風槍、用於控制熱風槍工作溫度的溫度控制系統、用於控制熱風槍風量及流速的氣壓及流量控制系統；其中，溫度控制系統、氣壓及流量控制系統分別與熱風槍電連接；該熱風槍包括熱風槍風嘴，該熱風槍風嘴設置在熱風槍的出氣端。
2.如權利要求1所述的太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，該熱風槍風嘴可拆卸的設置在熱風槍的出氣端。
3.如權利要求1所述的太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，該太陽能電池片串焊設備還包括多級預熱平臺，該多級預熱平臺與該溫度控制系統電連接以用於焊接前對多級預熱平臺上的太陽能電池片進行多級均勻預熱。
4.如權利要求1所述的太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，該太陽能電池片串焊設備還包括防護罩，該防護罩在焊接時設置在熱風槍的外圍以降低焊接時周圍環境中的氣流運動以及溫度波動的幹擾。
5.如權利要求1所述的太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，該熱風槍風嘴的出氣部位為中空的扁平錐型。
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，該太陽能電池片串焊設備還包括用於將焊帶滾動壓持固定到太陽能電池片焊接區的彈性滾輪、用於控制彈性滾輪運動的運動機構，該彈性滾輪固定連接該運動機構。
7.如權利要求6所述的太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，該彈性滾輪上還設有彈性滾輪壓頭和彈簧，該彈簧連接該彈性滾輪壓頭，以通過調整該彈簧的壓縮量來調節該彈性滾輪壓頭施加在太陽能電池片上的壓力。
8.如權利要求6所述的太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，該彈性滾輪有兩個或多個，該熱風槍固定連接該兩個或多個彈性滾輪，該熱風槍風嘴位於該兩個或多個彈性滾輪中間，形成一個焊接模塊，該焊接模塊設在太陽能電池片的正面或反面。
9.如權利要求8所述的太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，該兩個或多個彈性滾輪上還分別設有用於調整該兩個或多個彈性滾輪中心距離的長孔。
10.如權利要求8所述的太陽能電池片串焊設備，其特徵在於，優選的，該太陽能電池片串焊設備還包括另一個焊接模塊，該兩個焊接模塊分別設在太陽能電池片的正面和反
全文摘要
本發明涉及太陽能電池技術領域，具體公開了一種太陽能電池片串焊設備，包括熱風槍、溫度控制系統、氣壓及流量控制系統；其中，溫度控制系統、氣壓及流量控制系統分別與熱風槍電連接；該熱風槍包括熱風槍風嘴，該熱風槍風嘴設置在熱風槍的出氣端。該串焊設備還包括彈性滾輪、運動機構，該彈性滾輪固定連接該運動機構。該彈性滾輪有兩個，該熱風槍固定連接該兩個彈性滾輪，該熱風槍風嘴位於該兩個彈性滾輪中間，形成一個焊接模塊，該焊接模塊設在太陽能電池片的正面或反面。該串焊設備還可以包括另一個焊接模塊，該兩個焊接模塊分別設在太陽能電池片的正面和反面。本發明在保證焊接質量同時，又降低了成本，克服了現有技術的一些缺陷。
文檔編號B23K3/04GK102394259SQ201110384389
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月28日 優先權日2011年11月28日
發明者陳小慧 申請人:崑山市佰奧自動化設備科技有限公司