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贺利氏·解读丨太阳能电池的电极附着力的重要作用


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专业解读

附着力_简介

在太阳能电池浆料的应用中,电极附着力一直以来都是不容忽视的一项检验标准。这里的附着力,指的是在组件制造过程中,电池片主栅与焊带之间经过焊接工艺后的连接强度,也被称作拉脱力或拉力。

|焊带|银浆|硅基|

太阳能电池片主栅与焊带间需要一定的附着力强度,以保证在组件的制造及使用过程中,主栅与焊带间不会因为外界应力的影响发生脱落、虚连等情况,从而避免组件生产异常或者串联电阻的增加;同时,如果主栅与焊带间的连接状态不佳(如过焊),也有可能造成电池片的变形隐裂等问题,从而影响组件的正常使用。 

在组件焊接工艺后,焊带与太阳能电池片之间的连接可以认为由焊带与银浆间的连接及银浆与硅基间的连接组成


焊带与银浆的连接

光伏焊带又被称为镀锡铜带或涂锡铜带,通常采用精炼韧性无氧铜或紫铜作为芯体材料,表面附以涂层。涂层材料以锡为主,通常是锡铅材料或锡铅银,无铅焊带的涂层成分则通常是锡银或锡银铜。含铅焊带的涂层熔点在180℃左右,而无铅焊带的涂层熔点较高,在220℃左右。

在焊接工艺过程中,焊带表面涂层在一定的焊接温度下,与太阳能电池片的银主栅互熔,形成以锡-银为主体的合金层,从而形成焊带与主栅间的连接。


银浆与硅基的连接

银浆与硅基间的机械连接主要发生在烧结过程中。在电池片的烧结过程中,银浆中的玻璃体及银与接触界面的钝化膜及硅基发生熔融、置换等反应,在形成金属半导体接触的同时,也提供了机械连接,也就是附着力。


这两个过程对太阳能电池片电极附着力的影响至关重要,在分析电极附着力过程中,我们需要重点关注这两个过程,但并不限于此。





上图是太阳能电池经过焊接后的电极部分截面图,从图中我们可以看到,除了焊带与银浆的合金层、银-硅界面层之外,焊带本身、银浆层以及硅基本身也是机械附着力的提供者。


在晶体硅中,硅原子之间以原子键的形式互相连接,形成稳固的结构。在理想的晶体硅结构中,破坏硅原子之间的连接是需要较大的外力的。太阳能电池使用的硅晶体中存在杂质,这些杂质,根据其种类及浓度,有可能对硅原子键产生影响,使得其在较低的外力下就可以被破坏。


不同质量的硅片在相同条件下的拉脱模式

另外,焊接过程中的热冲击过大,也可能造成对硅原子键的影响,导致附着力下降或者隐裂。



银-硅界面层的附着力,如上文所提到的,主要在烧结过程中形成,与银浆本身的性能(银粉、玻璃体),以及烧结工艺过程都有着极大联系。

值得一提的是,这一界面层的附着力,也受着硅片表面状态(绒面状态)的显著影响,这是因为不同的绒面所提供的接触面积不同,与浆料的浸润程度也存在差异。

而目前市场上热议的黑硅绒面技术,则对银浆的附着力提出了更高的要求。


银浆本身提供的附着力的差异,则主要来自银浆自身烧结后的熔融状态,以及致密程度。


银浆与焊带的合金层的附着力,受到众多因素的影响,如焊接设备、焊接方式、焊接温度、焊接时间、焊带类型、焊带厚度、焊带质量、助焊剂、主栅表面形貌、主栅厚度等。在实际应用过程中,需要根据具体情况进行分析。




影响太阳能电池的电极附着力的因素众多,本文仅对附着力的形成和结构进行了简单介绍。贺利氏一直致力于为客户提供高品质高可靠性的太阳能电池银浆,以及专业的技术服务。如果您对太阳能电池的电极附着力有任何疑问,可以联系贺利氏的技术专家们为您解答。



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