[发明专利]超声波焊接方法及利用该方法进行焊接的光伏模块

说明书

技术领域

本发明涉及光伏模块结构及其互联方法技术领域，特别是一种超声波焊接方法及利用该方法进行焊接的光伏模块。

背景技术

目前，产业多数光伏电池和组件制造厂商，采用2～5个主栅线(Bus bar)的电池电极设计和互联方式。首先，在光伏电池的制造过程中，一个电池单元的受光面，通过丝网印刷和高温烧结的方式形成大约55～90根60～100um宽度的细栅线。这些细栅线一般通过2根1.8mm的主栅线连接到一起。然后，在光伏模块的制造过程中，电池的主栅线通过高温(～200℃)的焊接过程与涂覆有Sn层的Cu互联条电性连接在一起。通过细栅线收集到的电池表面的光生电流汇集到主栅线上，然后转移到约0.4mm厚2mm宽的涂Sn铜互联条上。这里，主栅线的宽度越宽，电性接触越好，接触电阻越低，有利于光电转化效率提升。但主栅线越宽，主栅线以及相应的互联条所造成的阴影遮蔽量也就越大，这又造成光电转换效率降低。考虑接触电阻和光学遮蔽两因子竞争作用，目前产业有向5主栅，甚至15～50根铜导线电池设计过渡的趋势。

根据加拿大专利文献CA 2496557中公开的技术信息，加拿大创新公司Day4采用多根细铜导线(<1mm直径)和透明薄膜结合的方式制备基本的电极连接单元。但是在该设计中，细铜导线被嵌入透明薄膜中并连接至太阳能电池，其中透明薄膜是用于改善可操纵性。类似的，德国专利文献DE10239845C1中也描述了一种借助于光学透明的粘结胶体将接触导线固定至透明薄膜上并随后固定至太阳能电池的金属化层上的方法。

在上述专利文献中，细铜导线的使用提升了光伏模块结构的可靠性。这得益于细铜导线表面体积比增加后，柔软度大大增加。同时，由于细铜导线分布更为分散，可以连接到更多硅片表面。即使有部分隐裂，仍然可以通过细铜导线连接碎片部分而不影响电流收集，增强组件产品可靠性。

在上述专利文献中，如果使用产业常用的涂锡铜线技术，就需要使用助焊剂。细铜导线的覆盖面积小，无法像宽铜条一样完好覆盖助焊剂喷涂过的区域。因此，助焊剂的腐蚀性造成沿着焊接导线附近，易于形成“黑线或黑斑”等一系列可靠性问题。为避免上述问题，可以采用低熔点含In贵金属的方案。在细铜导线表面电镀一层In金属来取代原有的涂Sn工艺，就可以避免使用助焊剂。但这样会导致相对高的成本。

如果去除透明薄膜而直接使用镀In的细铜导线，在光伏电池互联后的组件层压步骤中，细铜导线将暴露在液化的胶连材料，如EVA或硅胶中。我们实验发现，在层压过程中，EVA会沿着细铜导线下部的弧面给细铜导线一个向上离开电池表面的推力，可能拉断焊接点，从而影响光伏组件的外观和可靠性。

上述方案中，由于膜及黏着剂保持在太阳能电池模块中，这意味着对黏着剂及膜在长期稳定性方面存在相对高的要求，也导致相对高的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种超声波焊接方法及利用该方法进行焊接的光伏模块，实现多根细互联金属线在光伏电池表面的直接布线和焊接，避免使用助焊剂、粘结胶体和透明薄膜。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声波焊接方法，用于焊接连接互联金属线与光伏电池表面的陶瓷功能薄膜，超声波焊接的焊接频率为15kHz～65kHz，界面压强为：0.01～6Mpa，时间为1～500ms，焊接温度为25～350℃，光伏电池表面的陶瓷功能薄膜为非均匀化学配比的富金属薄膜。

一种光伏模块，光伏模块内的光伏电池通过多根互联金属线与其他光伏电池电连接，多根互联金属线通过权利要求1或2所述的超声波焊接方式与光伏电池表面的陶瓷功能薄膜焊接连接。

进一步限定，多根互联金属线通过超声波焊接方式与光伏电池的金属电极焊接连接，超声波焊接的焊接频率为25kHz～65kHz，界面压强为：0.01～6Mpa，时间为1～500ms。

进一步限定，光伏电池的受光面上具有金属电极，金属电极外为陶瓷功能薄膜，多根互联金属线通过权利要求1或2所述的超声波焊接方式一次性焊接，完成互联金属线与金属电极的焊接连接以及互联金属线与互联金属线下的陶瓷功能薄膜的焊接连接。

进一步限定，光伏电池的受光面的金属电极为相互平行金属细栅线。

进一步限定，光伏电池的背面为Al背场，多根互联金属线通过超声波焊接方式与Al背场焊接连接，超声波焊接的焊接频率为25kHz～65kHz，界面压强为：0.01～6Mpa，时间为1～500ms，焊接温度为25～350℃。