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反光焊带的研究应用和工艺推广

导读:晶体硅太阳电池经封装后,组件的功率(实际功率)会小于所有电池片的功率之和(理论功率)。这个差值,就称为组件封装功率损失 (power loss),一般计算方法为:

如何降低功率损失,是优化组件制造工艺的重要内容一般认为,功率损失主要与以下几点因素有关:

 1. 不同电流的电池片串联时因电流不一致 (current mismatch) 引起的失配损耗。

 2.光学损耗,包括焊带遮光、玻璃和 EVA 等封装材料引起的反射和吸收损失。

 3. 串联电阻损耗,主要与连接电池片的焊带和汇流条本身的电阻、焊接不良导致的接触电阻、接线盒的电阻等有关。

 4. 热损耗,组件工作时温度升高引起的输出功率下降。

 5.电池片以及组件I-V 测试时的误差。

 6.B-O复合中心引起的电池片效率衰减。

 7.组件制作过程中产生隐裂或碎片。

本文重点说明光学损耗对组件功率损失的影响,众所周知电池片正面有将近 3% 的面积被主电极覆盖而无法受光,提高电池片单位面积内光照强度变成为各大科研机构和焊带厂家增加转换效率增益的主要思路。在提出反光焊带初期阶段欧洲某公司推出了可以将入射到焊带表面的光反射到电极附近区域的焊带产品。这种焊带的正表面有凹槽,并镀有银层以提高反射率。入射到焊带凹槽上的光线被反射到玻璃上,并在玻璃的下表面形成全反射,再次反射到电池片表面,但因为表面镀银使得焊接无法得到保障,需使用导电胶进行背阴焊接,从而导致此类产品搁浅,无法得到组件厂家认可和推广。本文则主要说明从焊带的结构塑造出陷光模块和提高短路电流特性,在光学模拟条件下我们发现,提高短路电流特性主要取决于焊带所塑造出来的三角形模块的角度的选择,使得我司反光焊带产品应时而生。

1.同享(苏州)电子材料科技有限公司反光焊带研发历程

   1) 伴随着行业大环境降本、提效的趋势下,我司于2014年开始在超低电阻焊带产品上开始反光焊带项目立项研发。通过对比国内外对于反光焊带理论和观点与实际操作实验得到了初代模型压花焊带。压花焊带在原有镀锡焊带成品上增加压花工序,使得镀锡层表面得到正表面有凹槽、三角型的反光结构。通过实际小样验证,压花焊带在焊接时,会使表面锡层融化、流动,从而导致压花工艺塑形结构被破坏,无法有效提高增益。

   2)通过假想人为改变反射面角度,从而让入射夹角和反射角度达到我们所需要角度。通过多次光照实验确认入射角度30°,使得入射到焊带凹槽上的光线被反射到玻璃上,并在玻璃的下表面形成全反射夹角度数为60°,再次反射到电池片表面,为最优角度,光合理利用率也是最接近理想状态。反光角度确定后,通过结合目前焊带生产特性与铜基材物理性能,确定反光面微结构为纵向沟槽状结构,既能保证焊带生产过程中风刀塑造涂锡层表面均匀性,也不产生堆锡现象,纵向沟槽状结构也能确保压延过程中铜晶界排列顺序不会有较大的变化有助于在产品生产过程中屈服强度能得到很好的可控性。在实际的试样过程中,我们二代产品在18.1%3BB组件上取得了2.5w增益。在18.3%4BB组件上取得了1.5w增益。(实际焊接过程有部分虚焊、脱焊现象使得增益有部分衰减)。

  3)在二代模型确定了增益验证有效性,证明我们研发选取角度和反光结构是可行性,在压延塑形工艺上进行铜带反光结构深化处理,通过多次压延实验,选取压延轮的材质和表面结构规格的定型。在下游多家组件客户的小样验证下,原二代产品焊接异产生背银虚焊、脱焊现象均无发生,且增益能稳定保持在2-3w左右,目前已申请到了6槽口反光焊带发明专利。

2.同享(苏州)电子材料科技有限公司反光焊带介绍

 1)反光焊带原理:将入射到焊带表面的光反射到电极附近区域,增加单位面积光吸收强度,从而达 到输出电流的增加。反光焊带制造原理:通过特有的压延工艺在铜基材上表面设置有用于改变光路传播方向的多条凸起结构,相邻两条凸起结构之间为凹槽,横截面为等腰三角形的微结构。在经过退火工艺消除因轧制过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力和细化晶粒,改善组织以提高工件的机械性能,经过快速涂锡机热浸度工艺完成表面铜基材表面镀锡工艺。

                                图1 工艺流程

2)反光焊带表面微结构的选择。图2显示了一个传统的焊带表面平圆状和乙)一个三角形结构化的带状图的示意图的横截面。光源在传统的扁平带状的撞击后光源辐射按原路反射回去,而结构带三角形纹理反射光线垂直撞击在一角,全内反射在模块cells内表面。其结果是,辐射被引导到相邻的有源小区,并转换成电能。通过光学模拟计算其全内临界角反思为 41.8°。 反光焊带模块的结构(左)和一个传统的平坦(右侧)带状的示意图。的三角形状的结构的带状反射在一个垂直的光单PP TIR»p TIR表示在玻璃-空气界面全反射临界角。因此,反射光在内表面的反射光的内部反射该模块的玻璃和散落在电池表面,使得同等单位面积内受到光照强度增大,保证光能转换电能增大。

 

          

                       图2 普通焊带与反光焊带对比图

3)同享(苏州)电子材料科技有限公司反光焊带细节图

 

                               图3 反光焊带细节图示

  

                               4 反光焊带原理图示

 

 

4)结语

   由于目前我司反光焊带已经解决焊接方面问题,在原有超软低屈服焊带产品基础上研发的反光焊带,不需要对现有组件厂自动焊接机进行调试直接上机使用,大大解决下游客户因更换新产品调机和适应新产品周期时间,从而直接降低新品导入期间良率损耗问题更能直接的从每块组件得到2-3W增益效果,更是符合组件厂商生产和经营理念。相信在焊带市场中进两年中反观焊带会变成主流趋势。也有理由相信反光焊带在不远的将来有更广阔的发展空间。

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