本發(fā)明關于太陽能電池光伏功能組件材料，具體涉及一種用于太陽能電池的導電焊絲及其制備方法。

背景技術：

太陽能電池光伏導電焊絲是用在光伏組件上的焊接材料，主要起到連接導電的作用。目前常用的光伏焊帶是在一種高延伸率、高抗拉強度和高導電的銅帶表面，通過熱涂錫的方法制備而成。常規(guī)光伏焊帶的橫截面為矩形，為了降低焊帶電阻，需要增大焊帶的橫截面積，而提高涂錫銅帶基材的截面積有兩種方式，在相同材質下，一種是提高基材厚度，另一種是提高基材寬度。增加焊帶的寬度，則會導致太陽電池板被焊帶覆蓋的部分無法吸收太陽光，引起電流損耗；而提高焊帶厚度則會提高焊接破片率。

對于傳統(tǒng)的涂錫焊帶，其中的涂層合金多為含鉛的錫合金，這就帶來了焊帶在生產和使用過程中無法避免的鉛污染和毒害問題，不利于人體健康和環(huán)境保護。為此，日本以及美國也研究公開了一系列無鉛焊料，但是這些焊料中均含有貴金屬銀，這樣導致焊料成本大幅增加。另外，現有技術中，雖然也有公開一些無鉛無銀合金，然而這些合金沒有能直接用作太陽能電池的功能組件材料。此外，目前市面上多數無鉛合金(包含錫-銀-銅)的熔點超出200℃，高于傳統(tǒng)錫鉛合金(約180℃)，不容易被使用，因為熔點升高就對焊接溫度提出更高的要求。再者，例如，CN101789453A公開了一種太陽能光伏電池導電無鉛涂錫合金銅帶，其錫合金層成分以重量百分比計為：Cu 0.10～2.00％，Ti 0.01～0.30％，Si 0.01～0.50％，P 0.05～0.8％，余量為Sn。雖然上述錫合金是無鉛無銀合金，但其成分復雜不易控制，且物理性能中熔點均超出200℃，另外焊帶截面為矩形，仍然面臨電流損耗與焊接破片率高的問題。

技術實現要素：

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于太陽能電池的導電焊絲及其制備方法，以解決現有技術中太陽能電池板的光電轉換效率低、太陽能電池板焊接的生產成本高以及導電焊絲的生產及應用過程帶來的環(huán)境污染等問題。

為達上述目的，本發(fā)明提供一種用于太陽能電池的導電焊絲，該導電焊絲的橫截面為圓形，且該導電焊絲包括：銅芯，該銅芯的橫截面為圓形；以及焊接材料層，該焊接材料層包覆于該銅芯的外表面，且該焊接材料層由錫鉍合金材料組成。

作為可選的技術方案，該導電焊絲的直徑為0.2～0.8mm。

作為可選的技術方案，該焊接材料層的成分按質量百分比計為：鉍53％～63％，錫36％～46％，余量為不可避免的雜質。

作為可選的技術方案，該焊接材料層的厚度占該導電焊絲的半徑的10％～20％。

作為可選的技術方案，在該導電焊絲的長度延伸方向上，該焊接材料層于該銅芯的外表面上的厚度相同。

本發(fā)明還提供一種用于太陽能電池的導電焊絲的制備方法，該制備方法包括以下步驟：步驟S1：選取含銅純度大于99.99％的銅絲作為銅芯；步驟S2：將該銅絲進行退火處理，并采用無水乙醇進行退火保護，其中退火溫度為400±50℃，退火時間為30分鐘，再采用無水乙醇對退火后的銅絲進行冷卻；步驟S3：使用無水乙醇對冷卻后的銅絲進行超聲震蕩清洗；步驟S4：利用氮氣吹干清洗后的銅絲；步驟S5：將吹干后的銅絲表面經酸洗活化液進行酸洗活化；步驟S6：將酸洗活化后的銅絲放入盛有電鍍液的錫鉍合金電鍍槽，且銅絲作為陰極并位于兩個陽極板之間，銅絲距兩個陽極板的距離相等，維持陰極電流密度為1～3A/dm²、溫度為25℃，電鍍3～40分鐘，得到該導電焊絲。

作為可選的技術方案，該銅絲的直徑為0.18～0.72mm。

作為可選的技術方案，該陽極板為不銹鋼板。

作為可選的技術方案，該電鍍液的組成按質量濃度比計含有：硫酸亞錫20～60g/L、甲基磺酸鉍1～10g/L、甲基磺酸50～200mL/L、明膠1～5g/L，余量為水。

作為可選的技術方案，該酸洗活化液由甲基磺酸和水配制，且該甲基磺酸的用量為50～200mL/L。

與現有技術相比，本發(fā)明的太陽能電池的導電焊絲由于其橫截面為圓形，可以減少太陽能電池的遮光面積，從而增加電池板的光電轉換效率；另外，導電焊絲表面的焊接材料層采用錫鉍合金材料，電鍍法易控制在縱向延伸的焊絲表面鍍層厚度均勻一致，潤濕鋪展性好，而且錫鉍合金材料的熔點較純錫和錫銀合金低，與錫鉛合金相近，所以導電焊絲可實現低溫自動焊接，明顯降低焊接過程對太陽能電池板的高溫沖擊傷害，可降低太陽能電池板焊接的生產成本，也減少了錫渣形成的浪費，鉍元素也能有效抑制“錫瘟”和錫晶須產生；再者，本發(fā)明的用于太陽能電池的導電焊絲其焊接材料層既不含鉛也不含銀，使導電焊絲在生產和應用過程中，減少了對人體健康的危害和對環(huán)境的污染，具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢，也降低了導電焊絲的生產成本。

關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以藉由以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了解。

附圖說明

圖1所示為根據本發(fā)明的用于太陽能電池的導電焊絲的橫截面的剖面示意圖。

圖2所示為根據本發(fā)明的用于太陽能電池的導電焊絲的制備方法的流程圖。

圖3所示為實施例1中制備的導電焊絲的焊接材料層的掃描電鏡能譜圖。

具體實施方式

請參見圖1，圖1所示為根據本發(fā)明的用于太陽能電池的導電焊絲的橫截面的剖面示意圖。本發(fā)明提供一種用于太陽能電池的導電焊絲1，導電焊絲1的橫截面為圓形，如此可以減少太陽能電池的遮光面積，從而增加太陽能電池板的光電轉換效率。且導電焊絲1包括銅芯2以及焊接材料層3，其中銅芯2的橫截面也為圓形，而焊接材料層3則包覆于銅芯2的外表面21，且焊接材料層3由錫鉍合金材料組成，焊接材料層3的成分按質量百分比計為：鉍53％～63％，錫36％～46％，余量為不可避免的雜質，且上述雜質中不含鉛以及銀，亦即焊接材料層3不含有鉛和銀。

另外，較佳地，上述導電焊絲的直徑為0.2～0.8mm。

再者，焊接材料層3的厚度占導電焊絲1的半徑的10％～20％，而且在導電焊絲1的長度延伸(即縱向延伸)方向上，焊接材料層3于銅芯2的外表面21上的厚度相同，也就是說焊接材料層的厚度均勻一致，如此能夠保證導電焊絲具有優(yōu)良的導電性能。

另外，請參見圖2，圖2所示為根據本發(fā)明的用于太陽能電池的導電焊絲的制備方法的流程圖。本發(fā)明還提供一種上述用于太陽能電池的導電焊絲的制備方法，上述制備方法包括以下步驟：

步驟S1：選取含銅純度大于99.99％的銅絲作為銅芯，銅絲的直徑例如為0.18～0.72mm；

步驟S2：將銅絲進行退火處理，并采用無水乙醇進行退火保護，其中退火溫度為400±50℃，退火時間為30分鐘，再采用無水乙醇對退火后的銅絲進行冷卻；

步驟S3：使用無水乙醇對冷卻后的銅絲進行超聲震蕩清洗；

步驟S4：利用氮氣吹干清洗后的銅絲；

步驟S5：將吹干后的銅絲表面經酸洗活化液進行酸洗活化，上述酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且甲基磺酸的用量為50～200mL/L；

步驟S6：接著，將酸洗活化后的銅絲放入盛有電鍍液的錫鉍合金電鍍槽，且銅絲作為陰極并位于兩個陽極板之間，銅絲距兩個陽極板的距離相等，維持陰極電流密度為1～3A/dm²、溫度為25℃，電鍍3～40分鐘，得到導電焊絲；上述陽極板例如為不銹鋼板。另外，上述電鍍液的組成按質量濃度比計含有：硫酸亞錫20～60g/L、甲基磺酸鉍1～10g/L、甲基磺酸50～200mL/L、明膠1～5g/L，余量為水。

下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

實施例1

本實施例中，用于太陽能電池的導電焊絲的制備方法包括以下步驟：

(1)選取含銅純度大于99.99％的銅絲作為銅芯，銅絲的直徑為0.40mm；

(2)將銅絲進行退火處理，并采用無水乙醇進行退火保護，其中退火溫度為400±50℃，退火時間為30分鐘，再采用無水乙醇對退火后的銅絲進行冷卻；

(3)使用無水乙醇對冷卻后的銅絲進行超聲震蕩清洗；

(4)利用氮氣吹干清洗后的銅絲；

(5)將吹干后的銅絲表面經酸洗活化液進行酸洗活化，酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且甲基磺酸的用量為50mL/L；

(6)將酸洗活化后的銅絲放入盛有電鍍液的錫鉍合金電鍍槽，其中，電鍍液的組成按質量濃度比計含有：硫酸亞錫60g/L、甲基磺酸鉍2g/L、甲基磺酸50mL/L、明膠3g/L，余量為水。且銅絲作為陰極并位于兩個陽極板之間，銅絲距兩個陽極板的距離相等，陽極板為不銹鋼板，維持陰極電流密度為3A/dm²、溫度為25℃，電鍍30分鐘，得到導電焊絲。

采用上述實施例1的制備方法制備的導電焊絲，其直徑為0.50mm，且導電焊絲的焊接材料層厚度均勻一致。請參見圖3，圖3所示為實施例1中制備的導電焊絲的焊接材料層的掃描電鏡能偶圖，分析得知焊接材料層的組成按質量百分比計為：鉍54.7％，錫45.2％，余量為不可避免的雜質，而且余量中并不含有鉛和銀，另外焊接材料層的厚度為50μm。

實施例2

本實施例中，用于太陽能電池的導電焊絲的制備方法包括以下步驟：

(1)選取含銅純度大于99.99％的銅絲作為銅芯，銅絲的直徑為0.21mm；

(2)將銅絲進行退火處理，并采用無水乙醇進行退火保護，其中退火溫度為400±50℃，退火時間為30分鐘，再采用無水乙醇對退火后的銅絲進行冷卻；

(3)使用無水乙醇對冷卻后的銅絲進行超聲震蕩清洗；

(4)利用氮氣吹干清洗后的銅絲；

(5)將吹干后的銅絲表面經酸洗活化液進行酸洗活化，該酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且該甲基磺酸的用量為100mL/L；

(6)將酸洗活化后的銅絲放入盛有電鍍液的錫鉍合金電鍍槽，其中，電鍍液的組成按質量濃度比計含有：硫酸亞錫40g/L、甲基磺酸鉍7g/L、甲基磺酸200mL/L、明膠5g/L，余量為水。且銅絲作為陰極并位于兩個陽極板之間，銅絲距兩個陽極板的距離相等，陽極板為不銹鋼板，維持陰極電流密度為1.8A/dm²、溫度為25℃，電鍍20分鐘，得到導電焊絲。

采用上述實施例2的制備方法制備的導電焊絲，其直徑為0.25mm，且導電焊絲的焊接材料層厚度均勻一致。焊接材料層的組成按質量百分比計為：鉍56.7％，錫43.1％，余量為不可避免的雜質，同時也并不含有鉛和銀，且焊接材料層的厚度為20μm。

實施例3

本實施例中，用于太陽能電池的導電焊絲的制備方法包括以下步驟：

(1)選取含銅純度大于99.99％的銅絲作為銅芯，銅絲的直徑為0.70mm；

(2)將銅絲進行退火處理，并采用無水乙醇進行退火保護，其中退火溫度為400±50℃，退火時間為30分鐘，再采用無水乙醇對退火后的銅絲進行冷卻；

(3)使用無水乙醇對冷卻后的銅絲進行超聲震蕩清洗；

(4)利用氮氣吹干清洗后的銅絲；

(5)將吹干后的銅絲表面經酸洗活化液進行酸洗活化，該酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且該甲基磺酸的用量為200mL/L；

(6)將酸洗活化后的銅絲放入盛有電鍍液的錫鉍合金電鍍槽，其中，電鍍液的組成按質量濃度比計含有：硫酸亞錫25g/L、甲基磺酸鉍8g/L、甲基磺酸100mL/L、明膠1g/L，余量為水。且銅絲作為陰極并位于兩個陽極板之間，銅絲距兩個陽極板的距離相等，陽極板為不銹鋼板，維持陰極電流密度為3A/dm²、溫度為25℃，電鍍40分鐘，得到導電焊絲。

采用上述實施例3的制備方法制備的導電焊絲，其直徑為0.78mm，且導電焊絲的焊接材料層厚度均勻一致。焊接材料層的組成按質量百分比計為：鉍62.6％，錫37.3％，余量為不可避免的雜質，同時也并不含有鉛和銀，且焊接材料層的厚度為40μm。

實施例4

本實施例中，用于太陽能電池的導電焊絲的制備方法包括以下步驟：

(1)選取含銅純度大于99.99％的銅絲作為銅芯，銅絲的直徑為0.70mm；

(2)將銅絲進行退火處理，并采用無水乙醇進行退火保護，其中退火溫度為400±50℃，退火時間為30分鐘，再采用無水乙醇對退火后的銅絲進行冷卻；

(3)使用無水乙醇對冷卻后的銅絲進行超聲震蕩清洗；

(4)利用氮氣吹干清洗后的銅絲；

(5)將吹干后的銅絲表面經酸洗活化液進行酸洗活化，該酸洗活化液例如由甲基磺酸和水配制，且該甲基磺酸的用量為200mL/L；

(6)將酸洗活化后的銅絲放入盛有電鍍液的錫鉍合金電鍍槽，其中，電鍍液的組成按質量濃度比計含有：硫酸亞錫20g/L、甲基磺酸鉍10g/L、甲基磺酸100mL/L、明膠1g/L，余量為水。且銅絲作為陰極并位于兩個陽極板之間，銅絲距兩個陽極板的距離相等，陽極板為不銹鋼板，維持陰極電流密度為3A/dm²、溫度為25℃，電鍍40分鐘，得到導電焊絲。

采用上述實施例4的制備方法制備的導電焊絲，其直徑為0.78mm，且導電焊絲的焊接材料層厚度均勻一致。焊接材料層的組成按質量百分比計為：鉍62.8％，錫37.1％，余量為不可避免的雜質，同時也并不含有鉛和銀，且焊接材料層的厚度為40μm。

綜上所述，本發(fā)明的太陽能電池的導電焊絲由于其橫截面為圓形，可以減少太陽能電池的遮光面積，從而增加電池板的光電轉換效率；另外，導電焊絲表面的焊接材料層采用錫鉍合金材料，電鍍法易控制在縱向延伸的焊絲表面鍍層厚度均勻一致，潤濕鋪展性好，而且錫鉍合金材料的熔點較純錫和錫銀合金低，與錫鉛合金相近，所以導電焊絲可實現低溫自動焊接，明顯降低焊接過程對太陽能電池板的高溫沖擊傷害，可降低太陽能電池板焊接的生產成本，也減少了錫渣形成的浪費，鉍元素也能有效抑制“錫瘟”和錫晶須產生；再者，本發(fā)明的用于太陽能電池的導電焊絲其焊接材料層既不含鉛也不含銀，使導電焊絲在生產和應用過程中，減少了對人體健康的危害和對環(huán)境的污染，具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢，也降低了導電焊絲的生產成本。

藉由以上較佳具體實施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發(fā)明的保護范圍加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請的權利要求的保護范圍內。因此，本發(fā)明所申請的權利要求的保護范圍應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。