晶体硅太阳能电池片焊接工艺及发展

常小琴

摘 要：太阳能发电技术实施的关键是太阳能电池组件，而组件发挥作用的核心是对电池片的焊接。焊接质量和技术操作的好坏直接关乎到组件的质量以及其使用的时间长短，所以，对晶硅太阳能电池片进行焊接工艺的管理和研究具有很现实的意义和作用。

关键词：晶体太阳电池；焊接工艺；新型焊接工艺

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.052

太阳能电池发电是以光伏组件作为实际应用中的最小单元，现在电池片都在市场中作为单独的产品进行销售和买卖，所以进行光伏组件的生产实际上就是从对电池片的焊接工作入手的。在既定质量要求的电池片规定下，是否拥有完善纯熟的焊接工艺是对光伏组件质量好坏最大的影响因素。本文重点对当前晶硅太阳能发展中对电池进行焊接技术的具体工艺以及影响其发展的因素展开分析，并对焊接工艺中手工焊接和自动焊接技术特点、流程做了一个全面客观的比较，最后详细的介绍了在雨后能够在晶体硅太阳能电池中使用的新型焊接工艺。

1 焊接工艺及其主要影响因素

焊接是进行晶体硅太阳能组件生产的关键和核心工艺，正确合理的焊接工艺是得到质量合格的光伏组件的保证。焊接，主要包括单焊和串焊，在对晶体硅太阳电池实施单焊或者是串焊等焊接方式的过程中，不仅仅要对电池片本身的质量进行考虑，此外还要注重以下几个方面因素的影响：

（1）温度。温度会对焊接工艺造成一定的影响，主要表现在预热温度以及冷却温度和焊接温度三个方面。在进行电池片焊接工艺的过程中，对电池片焊接之前和接受焊接过程中的存在的温差高低会对焊接工艺造成重要的影响。主要的影响表现在焊接质量以及在电池片中残余的内应力，会使得生产的产品的合格率降低。要是焊接的温差很低，则会造成电池片焊接不牢固的问题影响质量，相反，要是温度过高，很容易造成电池片的劈裂而使整个电池片报废。进行预热处理就是为了防止这种温差过低或者是过高对电池片焊接工艺带来的不利影响，提高焊接的质量。

（2）压力。焊接压力指的是指焊接过程中对焊带操作施加的压力。要是施加的压力过大很容易造成电池片的破损，施加压力过小则可能出现虚焊的问题，因此需要对压力做出合理的控制。针对具体的空间太阳电池进行焊接操作，要结合时间和工艺的需要对焊接点的压力承受度和抗拉强度进行测试，以降低焊接时对电池片的破坏和提高产品的合格率。

（3）时间。焊接时间的长短应该依据焊接操作的温度需要进行适当的调整。一般而言，在稳定的压力和合理的温度条件下，焊接的压力和温度与需要的时间之间呈现正相关关系，也即是焊接的温度越高、压力越大，则整个焊接工作需要的时间就越短，反之则越长。在稳定的压力和合理的温度条件下，长时间的进行焊接操作可能导致焊接的电池片的破碎，而时间过短则可能出现虚焊或者是脱焊问题的出现影响焊接的质量和效率。

2 电池片传统焊接工艺及其局限性

晶体硅太阳能电池片的焊接方式主要有手工和自动两种。

（1）手工焊接由工人手持电烙铁进行电池片的焊接工作，需要正反两面轮流进行焊接。在焊接工作开始之前要有制作专门的负责安放电池片的凹槽，以提高焊接的效率和起到稳定电池片的作用。正面焊接完成后将其放置在凹槽里在进行串焊操作，完成对电池片电极和电池片引线的焊接工作。

（2）自动焊接工艺。自动焊接工艺自动焊接具有效率高、焊接质量好、成品质量一致和人员使用少的优点，但是其缺点主要表现在一次性的资金投入过大。而且对不同需要的焊接操作工艺和程序也是有所差别的。自动焊接与传统的人工焊接技术相比较最明显的区别是自动焊接采用的是串焊的方式，而人工焊接需要先进行单面焊接然后在进行串焊操作。此外，实施自动焊接只需要人工定时的进行上料工作，其它时间由焊接机自动完成。

3 新型焊接工艺

随着硅片厚度逐渐变薄和电池面积的变大，使得焊接中电池破片的概率变大，加大了生产的成本，所以很对的新型焊接工艺被引进晶体硅太阳能电池焊接操作中，下面介绍几种新技术。

（1）激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。其原理是借助光学系统量激光束聚焦在需要焊接的区域，在短时间内在焊接区形成高度热源区，实现焊接物的熔化并形成牢度的焊点。脉冲激光焊接是进行晶体硅太阳能电池焊接最常用的方法，它可以将激光束直接照射到需要焊接的材料表面，释放热源材料吸收后发生熔化，然后将热力进行传导直到材料相互接触焊接在一起。

（2）半导体激光器则是一种无须接触进行晶体硅太阳能电池片焊接工作的焊接方法，具体操作方式是在时空上输入热量定义并保证太阳能电池自身的热应力最小的前提下来进行焊接。在操作中，半导体激光器能够在一个闭环控制回路内部实现对高温计的控制，确保焊接时输入的热量的稳定和控制符合焊缝操作的热量输入需要，具有高效益和高效率的优势。

（3）超声波金属焊接主要的操作原理是利用高频振动波传达到需要进行焊接操作的金属表面，通过加压的方，使得两个需要进行焊接的金属面进行相互摩擦而在分子层之间实现熔合。使用超声波金属焊接主要是具有焊接的速度快捷、的能源消耗以及导电性稳定、焊接后机械强度高以及避免和降低热应力的影响等优点；主要的缺点表现在不能进行厚度高于五毫米的金属焊接工作、焊接过程需要加压操作很焊接位不能过大。其主要应用在非晶硅太阳能电池焊接操作中。

（4）导电胶是一种经过固化或者是干燥后具备导电性的胶黏剂，其主要的构成是基体树脂与导电粒子填充物，二者组合在一起形成了导电通路， 进而实现对被粘材料的导电操作，导电胶的制备工艺不是很复杂而且简单易操作，完全可以代替电池片焊接中的焊料，提升焊接的效率和质量。应用导电胶作为焊接的工艺材料其主要的优点有降低电池破片的发生、减少虚焊问题以及减薄电池片厚度。

目前晶体硅太阳能电池在进行焊接时采取的方式主要是以自动或者是手动的方式，而对上述提及的三种焊接工艺不是很常使用。分析来看制约其应用的核心因素还是集中表现在自动化称呼以及焊接效果和电池片成本等三个方面。

4 结论

太阳能发电无辐射，无噪声，绿色环保是未来的良好选择。对晶体硅太阳电池进行焊接是进行电池封装流程中很关键的一个步骤，焊接工艺技术的成熟与否以及电池片自身质量的高低都对实际焊接的效果和组件的生产成本带来很大的影响。随着晶体硅电池片的厚度的减薄和面积增大，在保证焊接效果以及实现对成本控制的前提下，新型的无接触的焊接技术会更广泛的应用到现代的晶体硅太阳能电池焊接中。