本發(fā)明屬于封裝材料，具體地說，涉及一種用于hjt異質(zhì)結(jié)的光伏焊帶的低溫焊料及制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)以及化石燃料帶來的環(huán)境問題日益嚴(yán)重，可再生能源技術(shù)受到了全世界的廣泛關(guān)注。其中，光伏發(fā)電技術(shù)因其清潔、安全、可靠等優(yōu)點(diǎn)，已成為最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉醇夹g(shù)之一。光伏發(fā)電技術(shù)的核心是光伏電池，其中硅基光伏電池占據(jù)了市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的硅基光伏電池主要包括單晶硅電池和多晶硅電池，但這兩種電池在轉(zhuǎn)換效率和制造成本方面都存在一定的局限性。為了進(jìn)一步提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，降低制造成本，研究人員開發(fā)出了各種新型光伏電池技術(shù)，如薄膜電池、疊層電池、鈣鈦礦電池等。其中，異質(zhì)結(jié)(hjt)電池因其優(yōu)異的性能而備受關(guān)注。hjt電池是指在單晶硅襯底上沉積一層非晶硅薄膜形成pn結(jié)的電池結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的同質(zhì)結(jié)電池相比，hjt電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率高：hjt電池的最高轉(zhuǎn)換效率可達(dá)26％以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)單晶硅電池和多晶硅電池。溫度系數(shù)低：hjt電池的溫度系數(shù)僅為-0.25％/℃，而傳統(tǒng)單晶硅電池的溫度系數(shù)為-0.45％/℃，這意味著hjt電池在高溫環(huán)境下的發(fā)電量降低更少。雙面發(fā)電：hjt電池可以在電池的正面和背面同時(shí)發(fā)電，發(fā)電量比傳統(tǒng)電池提高20-30％。工藝簡(jiǎn)單：hjt電池的制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低。盡管hjt電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，其中之一就是電池片與焊帶的互連問題。在光伏組件的封裝過程中，需要將電池片與焊帶進(jìn)行互連，以實(shí)現(xiàn)電流的收集和傳輸。傳統(tǒng)的互連方法是采用高溫焊接工藝，即在300-400℃的高溫下將焊帶與電池片的金屬電極進(jìn)行焊接。然而，這種高溫焊接工藝會(huì)對(duì)hjt電池片造成一定的損傷，導(dǎo)致電池片的性能下降。具體而言，高溫焊接過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)引起hjt電池片中非晶硅薄膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致載流子復(fù)合增加，電池片的開路電壓和填充因子下降。此外，高溫還會(huì)加速電池片中的金屬電極與硅材料之間的相互擴(kuò)散，形成合金化層，增大接觸電阻，降低電流傳輸效率。

2、為了解決上述問題，研究人員開始探索低溫互連技術(shù)，即在低于250℃的溫度下實(shí)現(xiàn)電池片與焊帶的可靠互連。低溫互連技術(shù)可以有效地減少高溫對(duì)hjt電池片的損傷，提高電池片的性能和可靠性。目前，低溫互連技術(shù)主要包括以下幾種：導(dǎo)電膠互連：采用導(dǎo)電膠將焊帶與電池片的金屬電極進(jìn)行粘接，導(dǎo)電膠在低溫下固化形成導(dǎo)電通路。導(dǎo)電膠互連技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，但導(dǎo)電膠的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度較差，長(zhǎng)期可靠性有待提高。超聲波焊接：利用超聲波的高頻振動(dòng)將焊帶與電池片的金屬電極進(jìn)行冷焊，形成冶金結(jié)合。超聲波焊接技術(shù)互連強(qiáng)度高，接觸電阻低，但對(duì)設(shè)備和工藝參數(shù)要求較高，不易控制。激光焊接：采用高能量密度的激光束將焊帶與電池片的金屬電極進(jìn)行局部熔化和冶金結(jié)合。激光焊接技術(shù)熱影響區(qū)小，互連質(zhì)量高，但設(shè)備成本較高，對(duì)焊接材料的選擇也有較高要求。低溫焊料焊接：采用低熔點(diǎn)的焊料，在低于250℃的溫度下實(shí)現(xiàn)焊帶與電池片的互連。低溫焊料焊接技術(shù)工藝簡(jiǎn)單，互連強(qiáng)度和導(dǎo)電性好，但對(duì)焊料的性能要求較高，需要開發(fā)專用的低溫焊料。

3、綜上所述的，低溫互連技術(shù)是hjt電池片封裝中的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)于提高h(yuǎn)jt電池組件的性能和可靠性具有重要意義。然而，現(xiàn)有的低溫互連技術(shù)仍存在一些不足，如導(dǎo)電膠互連的導(dǎo)電性和可靠性差，超聲波焊接和激光焊接的設(shè)備成本高，對(duì)焊接材料和工藝參數(shù)的要求高，而傳統(tǒng)的錫-pb焊料雖然熔點(diǎn)較低，但含有毒性較大的鉛元素。因此，開發(fā)高性能、低成本、無毒環(huán)保的低溫焊料成為hjt電池片封裝領(lǐng)域的重要研究方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、1、要解決的問題

2、hjt(異質(zhì)結(jié))電池片具有較高的轉(zhuǎn)換效率和低溫度系數(shù)，但其結(jié)構(gòu)中包含的非晶硅薄膜對(duì)高溫非常敏感。在傳統(tǒng)的高溫焊接工藝中，焊接溫度通常在300℃至400℃之間，這會(huì)導(dǎo)致非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，增加載流子的復(fù)合率，從而降低電池片的開路電壓和填充因子。此外，高溫還會(huì)加速金屬電極與硅材料之間的擴(kuò)散，形成合金化層，增大接觸電阻，降低電流傳輸效率。為了解決這一問題，本發(fā)明提出了一種低溫焊料，該焊料可以在低于250℃的溫度下實(shí)現(xiàn)光伏焊帶與hjt電池片的可靠互連，從而有效減少高溫對(duì)電池片性能的損傷?，F(xiàn)有低溫焊料性能不足：雖然市場(chǎng)上已有一些低溫焊料可供使用，但它們?cè)跐?rùn)濕性、機(jī)械強(qiáng)度、抗腐蝕性能等方面存在不足。例如，常見的sn-58bi合金雖然熔點(diǎn)較低(約138℃)，但其機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能較差，難以滿足hjt電池片封裝對(duì)長(zhǎng)期可靠性的要求。本發(fā)明通過在錫-鉍合金基礎(chǔ)上添加高熵合金納米顆粒和助焊劑，不僅降低了焊料的熔點(diǎn)，還顯著改善了其潤(rùn)濕性、機(jī)械性能和抗腐蝕能力，從而提高了整體焊接質(zhì)量和組件的使用壽命。傳統(tǒng)錫-鉛焊料雖然熔點(diǎn)較低，但鉛元素具有毒性，對(duì)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重威脅。隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，無鉛環(huán)保型焊料成為光伏行業(yè)的重要研究方向。本發(fā)明采用錫-鉍合金作為基礎(chǔ)材料，不含鉛等有毒元素，符合環(huán)保要求，同時(shí)通過優(yōu)化配方和制備工藝，實(shí)現(xiàn)了無毒環(huán)保與高性能兼顧，為光伏行業(yè)提供了一種綠色、安全、可靠的新型互連材料?，F(xiàn)有的一些低溫互連技術(shù)，如導(dǎo)電膠互連、超聲波焊接和激光焊接，雖然可以在較低溫度下實(shí)現(xiàn)互連，但這些技術(shù)在導(dǎo)電性、機(jī)械強(qiáng)度或設(shè)備成本方面存在一定局限性。例如，導(dǎo)電膠互連技術(shù)雖然工藝簡(jiǎn)單，但導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度較差；超聲波焊接技術(shù)雖然互連強(qiáng)度高，但設(shè)備成本較高且工藝復(fù)雜。本發(fā)明通過開發(fā)一種簡(jiǎn)單易行的低溫焊料制備方法，可以大規(guī)模生產(chǎn)高品質(zhì)低溫焊料，并適用于現(xiàn)有的光伏組件封裝生產(chǎn)線。這不僅提高了生產(chǎn)效率，還降低了生產(chǎn)成本。在光伏組件封裝過程中，焊點(diǎn)質(zhì)量直接影響組件的整體性能。傳統(tǒng)高溫焊接工藝容易產(chǎn)生虛焊、冷接等問題，而現(xiàn)有的一些低溫焊料由于潤(rùn)濕性差，也容易出現(xiàn)類似問題，從而影響組件的可靠性。本發(fā)明通過添加高熵合金納米顆粒，提高了焊料的潤(rùn)濕性能，使其能夠在較低溫度下實(shí)現(xiàn)良好的鋪展效果，從而保證了焊點(diǎn)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。此外，本發(fā)明中的助焊劑成分也經(jīng)過優(yōu)化，有效減少了殘留物，提高了清潔度和生產(chǎn)效率。光伏組件長(zhǎng)期暴露在戶外環(huán)境中，需要具備良好的抗腐蝕性能，以確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。然而，現(xiàn)有的一些低溫焊料在鹽霧測(cè)試中表現(xiàn)不佳，容易導(dǎo)致組件壽命縮短。為了解決這一問題，本發(fā)明通過添加稀土元素(如三氧化二鈰)和過渡金屬(如硝酸釕)，顯著提升了低溫焊料的抗腐蝕能力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，本發(fā)明制備的低溫焊料在鹽霧測(cè)試中的腐蝕相對(duì)面積遠(yuǎn)小于對(duì)比例樣品，表明其具有更好的抗腐蝕性能，可以有效延長(zhǎng)光伏組件的使用壽命。

3、綜上所述，本發(fā)明針對(duì)hjt異質(zhì)結(jié)光伏電池封裝過程中遇到的高溫?fù)p傷、潤(rùn)濕性差、機(jī)械強(qiáng)度不足、抗腐蝕能力弱等技術(shù)問題，提出了一種新型低溫焊料及其制備方法。該發(fā)明不僅解決了現(xiàn)有技術(shù)中的共性問題，還為光伏行業(yè)提供了一種環(huán)保、高效、可靠的新型互連材料，有助于推動(dòng)hjt異質(zhì)結(jié)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

4、2、技術(shù)方案

5、為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

6、一種用于hjt異質(zhì)結(jié)的光伏焊帶的低溫焊料，所述的低溫焊料，包括以下重量百分比的組分：

7、40％-60％的錫；

8、40％-60％的鉍；

9、0.01％-1％的高熵合金納米顆粒；

10、0.5％-2％的助焊劑，所述的助焊劑為松香基助焊劑或有機(jī)酸類助焊劑。

11、優(yōu)選的，所述的低溫焊料，包括以下重量百分比的組分：

12、50％的錫；

13、47.5％的鉍；

14、0.8％的高熵合金納米顆粒；

15、1.7％的助焊劑，所述的助焊劑為松香基助焊劑或有機(jī)酸類助焊劑。

16、優(yōu)選的，其中所述的高熵合金納米顆粒的制備方法如下：

17、在冰浴下，加入金屬前驅(qū)體的六氯鉑酸、四氯鈀酸、氯化鈷、硫酸亞鐵、三氧化二鈰及硝酸釕，六氯鉑酸、四氯鈀酸、氯化鈷、硫酸亞鐵、三氧化二鈰及硝酸釕的用量均為20-30mm，接著加入超純水40-60ml，80rpm攪拌混勻，加入5-10ml的0.5-1m的硼氫化鈉，180rpm-220rpm攪拌5min，靜置40-80min，8000rpm離心收集產(chǎn)物，加入60-100ml的油胺，使用管式爐在600-800℃煅燒6-10h，其中升溫速率為10℃/min，即得。

18、優(yōu)選的，其中煅燒后物質(zhì)使用超純水進(jìn)行洗滌，然后進(jìn)行真空冷凍干燥。

19、優(yōu)選的，其中所述的松香基助焊劑為天然松香、聚合松香、氫化松香中的一種。

20、優(yōu)選的，其中所述的有機(jī)酸類助焊劑為月桂酸、苯基丁酸、苯酰胺基醋酸、檸檬酸、2,6-萘磺酸中的一種。

21、用于hjt異質(zhì)結(jié)的光伏焊帶的低溫焊料的制備方法，包括以下步驟：

22、按照重量百分比稱取錫、鉍、高熵合金納米顆粒及助焊劑；將錫和鉍加入到坩堝中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱至280-300℃進(jìn)行熔融，攪拌均勻形成錫鉍合金熔體；在錫鉍合金完全熔融后，緩慢加高熵合金納米顆粒，并繼續(xù)加熱保持280-300℃，同時(shí)進(jìn)行機(jī)械攪拌15-30min，使高熵合金納米顆粒均勻分布于錫鉍合金熔體中；接著，冷卻至150℃，然后澆鑄成固態(tài)合金錠，將固態(tài)合金錠研磨成粉末狀，并按照比例加入助焊劑，通過機(jī)械混合使助焊劑均勻分布于粉末中，即得。

23、3、有益效果

24、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為：

25、1.低熔點(diǎn)，適合低溫互連工藝

26、傳統(tǒng)的高溫焊接工藝通常在300℃以上進(jìn)行，這會(huì)對(duì)hjt電池片造成嚴(yán)重的熱損傷，特別是非晶硅薄膜結(jié)構(gòu)容易在高溫下發(fā)生變化，導(dǎo)致載流子復(fù)合增加，降低電池片的開路電壓和填充因子。此外，高溫還會(huì)加速金屬電極與硅材料之間的擴(kuò)散，形成合金化層，增大接觸電阻。

27、本發(fā)明通過采用錫-鉍合金作為基礎(chǔ)材料，并添加高熵合金納米顆粒，使得焊料的熔點(diǎn)顯著降低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的低溫焊料熔點(diǎn)在88.9℃至90.5℃之間，遠(yuǎn)低于市場(chǎng)上常見低溫焊料(如sn-58bi)的138℃熔點(diǎn)。因此，本發(fā)明的低溫焊料能夠在低于250℃的條件下實(shí)現(xiàn)hjt電池片與焊帶的可靠互連，有效減少了高溫對(duì)電池片的損傷。

28、2.優(yōu)異的潤(rùn)濕性能

29、潤(rùn)濕性是衡量焊料在被焊接材料表面鋪展能力的重要指標(biāo)。良好的潤(rùn)濕性可以確保焊料與基材之間形成緊密、均勻的連接，從而提高焊接質(zhì)量和效率。本發(fā)明通過添加高熵合金納米顆粒，顯著改善了焊料的潤(rùn)濕性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，本發(fā)明制備的低溫焊料接觸角在30.6°至31.9°之間，明顯優(yōu)于對(duì)比例樣品(36.5°至38.0°)。這意味著本發(fā)明的低溫焊料在較低溫度下即可實(shí)現(xiàn)良好的潤(rùn)濕性，有助于提高h(yuǎn)jt電池片封裝過程中的互連質(zhì)量。

30、3.改善機(jī)械性能

31、本發(fā)明通過添加高熵合金納米顆粒，不僅降低了焊料的熔點(diǎn)，還顯著提高了其機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明制備的低溫焊料拉伸強(qiáng)度達(dá)到55.6mpa至60.2mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為66.1％至70.5％，均顯著優(yōu)于對(duì)比例樣品。這表明本發(fā)明的低溫焊料在保持較好塑性的同時(shí)，具備較高的機(jī)械強(qiáng)度，能夠有效應(yīng)對(duì)光伏組件封裝過程中可能出現(xiàn)的機(jī)械應(yīng)力，提高了組件的可靠性和使用壽命。

32、4.優(yōu)異的抗腐蝕性能

33、光伏組件長(zhǎng)期暴露在戶外環(huán)境中，需要具備良好的抗腐蝕性能，以確保其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。本發(fā)明通過添加稀土元素(如三氧化二鈰)和過渡金屬(如硝酸釕)，顯著提升了低溫焊料的抗腐蝕能力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，本發(fā)明制備的低溫焊料在鹽霧測(cè)試中的腐蝕相對(duì)面積僅為1.9％至2.4％，遠(yuǎn)優(yōu)于對(duì)比例樣品(5.8％至14.9％)。這表明本發(fā)明具有更好的抗腐蝕性能，能夠有效延長(zhǎng)光伏組件的使用壽命。

34、5.環(huán)保性強(qiáng)

35、傳統(tǒng)錫-鉛焊料雖然具有較低熔點(diǎn)，但鉛元素具有毒性，對(duì)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重威脅。隨著環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，無鉛環(huán)保型焊料成為光伏行業(yè)的重要研究方向。本發(fā)明采用錫-鉍合金作為基礎(chǔ)材料，不含鉛等有毒元素，符合環(huán)保要求。同時(shí)，本發(fā)明通過優(yōu)化配方和制備工藝，實(shí)現(xiàn)了無毒環(huán)保與高性能兼顧，為光伏行業(yè)提供了一種綠色、安全、可靠的新型互連材料。

36、6.制備工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)

37、本發(fā)明提出了一種簡(jiǎn)單易行的低溫焊料制備方法，通過優(yōu)化錫-鉍合金熔煉工藝和高熵合金納米顆粒分散技術(shù)，可以大規(guī)模生產(chǎn)高品質(zhì)低溫焊料。具體步驟包括：將錫和鉍加熱熔融后緩慢加入高熵合金納米顆粒，通過機(jī)械攪拌使其均勻分布于錫鉍合金中，然后冷卻成固態(tài)錠并研磨成粉末狀，再加入助焊劑混合均勻，即可得到最終產(chǎn)品。該方法操作簡(jiǎn)便、成本較低，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

38、7.推動(dòng)光伏技術(shù)發(fā)展

39、hjt異質(zhì)結(jié)電池因其轉(zhuǎn)換效率高、雙面發(fā)電、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是下一代光伏技術(shù)的重要發(fā)展方向。然而，其封裝過程中面臨著傳統(tǒng)高溫互連技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)。本發(fā)明通過開發(fā)專用低溫焊料及其制備方法，為hjt電池片提供了一種新的互連解決方案，有效解決了高溫?fù)p傷問題，提高了組件性能和可靠性，為推動(dòng)光伏技術(shù)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

40、綜上所述，本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，包括低熔點(diǎn)、高潤(rùn)濕性、優(yōu)異機(jī)械性能、抗腐蝕能力強(qiáng)、環(huán)保無毒以及制備工藝簡(jiǎn)單等。這些有益效果使得本發(fā)明在hjt異質(zhì)結(jié)光伏組件封裝領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，有助于提高光伏組件整體性能，并推動(dòng)可再生能源技術(shù)的發(fā)展。