作者：I.Rogelj、P.Eiselt、P.Ziger，Plasmait GmbH
PV焊帶是每一種主流太陽能板的重要部件，用來互連太陽能電池并提供與接線盒的連接。PV焊帶是鍍錫銅帶，寬度1-6mm，厚度0.08-0.5mm，有10-30μm厚的焊劑涂層。PV焊帶的質量及其對太陽能電池的焊接是保證太陽能板效率和持久性的重要因素。

本文掃視PV焊帶制造的市場動態，概述太陽能板制造商通常要求的PV焊帶產品性質。這些性質包括：材料組分、尺寸范圍、直線度、焊劑覆蓋厚度、機械特性等等。將傳統的鍍錫工藝與無化學品等離子輔助的新鍍錫工藝作了比較，后者已在西方廣泛采用，在亞洲的應用也不斷增加。比較了二種生產工藝的產出、生產率、效率、工藝控制及環境影響。

PV焊帶
PV 焊帶是在光伏太陽能板中使用的熱浸鍍錫銅導體。有二種PV帶：互連帶或匯流條和PV匯流排。在典型的硅太陽能電池中二者均是需要的。薄膜太陽能板一般僅需匯流排。

互連帶直接焊在硅晶體上把太陽能板中的太陽能電池互相連接起來。互連帶將太陽能電池產生的電流帶到PV匯流排上。PV 匯流排是繞太陽能板周邊安裝的熱浸鍍錫銅導體。PV匯流排把互連帶連接到接線盒。

PV焊帶市場動態
PV焊帶制造是PV產業一個不斷成長的動態分部門。太陽能板和太陽能電池有許多不同的類型，需要不同類型的PV焊帶（圖1）。PV產業飛速創新推動了太陽能板和電池設計不斷改變。這就導致PV焊帶的性能不斷改變。PV焊帶供應商也處于持久的價格壓力下，這是太陽能板價格快速下降引起的。



太陽能板中PV焊帶是關鍵部件，是提高太陽能板效率及耐用性的重要因素(圖2)。太陽能板的高效率及耐用性只有用適當安裝在太陽能板中的優質PV焊帶才能實現。優質PV焊帶也能提高太陽能板的生產效率和減少廢品率。



為確保串焊工藝的高生產率，必須使用優質、很直、柔軟而又適焊的焊帶。在串焊，配線工藝中，也必須保證PV焊帶的精確放置。優質互連焊帶必然減少串焊機的停機時間及其廢品率。當今的高速串焊機對焊帶性能要求更為苛刻。PV焊帶性能的三個主要趨勢是：
a) 新一代全自動高產出串焊機要求對焊劑厚度及焊帶直線度的容差越來越嚴格；
b) 不斷減薄的太陽能電池要求焊帶屈服強度更低（Rp0.2%）；
c) 新太陽能板設計采用每一電池三條互連焊帶以替代二條焊帶，這反映了對于更小（更窄且更薄）焊帶的要求不斷增長。這又轉而推動用于小型互連焊帶的精密鍍錫生產線的產能擴張。

PV 焊帶的性能和要求
PV焊帶中的導體或基底材料是高導電率高純銅(圖3)。用于PV焊帶的銅一般是ETP、DIP形式的銅或無氧銅(OFC：CD-110、CD-101、CD-102)。
銅線在滾軋機中卷繞生產銅帶，接著在鍍錫線上鍍錫/鍍焊劑。有些制造商用替代的銅條縱切工藝生產銅帶，其質量一般比較低。



PV匯流排裸銅帶(鍍錫生產線的入口材料)的尺寸是寬3-6mm，厚0.2-0.5mm。對于互連焊帶，裸銅帶的尺寸是寬1-3mm，厚0.08-0.2mm。
銅帶允差隨生產商而變。它們主要取決于使用的滾軋機類型、輸入材料質量和制造商的工藝訣竅。下面是有優秀滾軋能力的制造商的典型允差：(a) 寬度允差：±8μm-±15μm ；(b) 厚度允差：±8μm-±13μm。

太陽能板制造者通常尋求的PV焊帶的機械性質是：
●抗拉強度：＜250MPa
●延伸率：＞20%
●彎度：＜0.5%[1m長樣品上5mm]
●屈服強度(Rp0.2%)：a)硬＞120MPa；b)軟＜80MPa；超軟＜65MPa
PV焊帶的直線度（也稱為彎度）是根據一米長焊帶樣品上離直線的毫米數測量的。最大的彎度由串焊工藝確定的，其范圍一般在＜8mm/m和＜5mm/m之間。

PV焊帶中用的焊劑成分有多種不同類型。它們取決于太陽能板制造商開發的串焊技術及當地有關太陽能板制造的健康與安全標準。常見的焊劑組分包括無鉛焊劑（Sn 100）、含鉛焊劑（SnPb 60/40）、含銀焊劑（SnAg 96.5/3.5；SnAgCu 96.5/3.0/0.5）、含鉛銀焊劑（SnPbAg 62/36/2）、低溫焊劑（BiSn 57/43，BiSnAg 57.7/42/0.3）。焊劑覆蓋厚度范圍是10μm-40μm，允差±10%-±30%。最常用的焊劑覆蓋厚度是20μm±4μm。

焊劑覆蓋厚度測量方法有三種。X-射線法是用于單面厚度測量的離線測量方法。手動測微計也是用于測量覆蓋層二面的總厚度的離線測量方法。激光厚度測量設備常用于在線測量，可以在鍍錫生產線上采用，用于在PV焊帶生產過程中測量覆蓋二面的總厚度。

PV焊帶也能用肉眼或顯微鏡檢測覆蓋層的質量，應該沒有缺陷，例如污跡、碎片、凹痕、變色、透過焊劑覆蓋可見的裸銅、小針孔及其他機械缺陷。

上述大多數性能指標與相應的測量方法在2011年8月引入的PV焊帶標準中有規定。在www.semi.org網站上可得到這些標準，包括(a)SEMI PV18-08111和(b)SEMI PV19-08112。

PV成品裝在線軸/卷軸或圓盤上。在歐洲，PV焊帶最常用的線軸是DIN K125、K160、K200和K250，在亞洲也用P4和P10。

PV焊帶的關鍵質量參數
上述的全部PV焊帶性能指標就其本身來說均是重要的。銅的類型及其純度決定了材料的導電性和焊帶能達到的最大柔軟程度。焊劑組分、其覆蓋層厚度和覆蓋組分影響焊點質量，因而影響太陽能板的耐久性。

PV焊帶的高延伸性對于防止匯流排與互連焊帶間的焊點故障是很重要的，由于在太陽能板運行過程中溫度振蕩變化產生的延伸/張力就可能發生這種故障。太陽能板使用壽命過程中每天連續不斷的，有時特別激烈的溫度振蕩使焊點在太陽能板使用壽命期間（平均為25年）經受考驗。

對大多數PV焊帶制造商至關重要的二個參數是彎度和屈服強度。許多PV焊帶制造商發現，難以在獲得高水平焊帶柔軟度的同時又保證其直線度。獲得足夠的柔軟度和低彎度可能意味著贏得和失去供貨合同之間的差異。制造商因此必須努力改進他們的滾軋、退火、鍍錫和材料處理技術，以滿足不斷增加的產品性能指標要求。 

關鍵參數：屈服強度
銅的熱膨脹系數與硅的熱膨脹系數是不同的。互連焊帶在約200℃時焊在硅電池上。串焊后冷卻會產生彎曲。這可能導致硅晶體破壞。低屈服強度的互連焊帶減少串焊后硅電池內的應力，因此減少廢品率。

采用越來越薄的太陽能電池促進了更低屈服強度(Rp0.2%)的焊帶要求。僅僅幾年前，300微米厚的太陽能電池還普遍使用。它們能承受屈服強度＜120MPa的焊帶的應力。現在，普遍使用160-180微米厚的電池，與其配合的焊帶屈服強度＜70MPa-＜80MPa。電池平均厚度似乎會繼續望下走，這給焊帶制造商帶來進一步的壓力，要把屈服強度減少到65MPa以下。

為了減少PV焊帶的屈服強度，制造商應在以下方面尋求改進：
● 選擇合適的輸入銅材料
● 選擇正確的退火及滾軋技術
● 保證精確處理通過鍍錫生產線上輸運系統的軟焊帶
● 保證在鍍錫生產線中卷線上良好的放線和精確繞線。

想減少串焊后電池上應力的太陽能板制造商，應該檢查他們串焊機上的放線系統，避免在放線過程中焊帶硬化及產生彎度。有些太陽能板制造商已采取另一種太陽能板設計，每一電池具有三個或甚至四個較小的焊帶（而不是二個），進一步減少串焊后電池上的應力。

關鍵參數：彎度
低彎度對于確保串焊過程中互連焊帶的直線放置是很重要的。隨著串焊速度的增加，太陽能板的生產已全自動化。工藝用的互連焊帶彎度過大時，高產出全自動串焊機會受到不必要停機時間的困擾。彎度過大的焊帶甚至會引起不良焊點或串焊機上廢品率增加。當前追求的目標彎度通常為＜5mm / m。更加嚴格的彎度要求趨勢表明，在未來的太陽能板中制造商可能要求＜3mm/m的彎度。

為了使彎度最小，PV焊帶制造商不得不在以下方面尋求改進：
● 線軸上繞線層的精度，這要求精密機械力學結構和精確的工藝控制；
● 前后一致的焊帶質量，特別是覆蓋層厚度的允差要小；
● 選擇尺寸適當的線軸。

制造者十分清楚線軸邊緣上可能的最小彎度的限制，線軸邊緣處焊帶在放置過程中改變方向。線軸上的最小可能彎度取決于焊帶的尺寸和線軸的圓筒直徑。

但是，為了改進焊接前焊帶的放置，太陽能板制造者或串焊機供應商自己都能檢查串焊機上放線系統可能的改進。增加線軸尺寸也有助于減少在線軸邊緣產生的彎度。

PV焊帶生產：PlasmaPREPLATE鍍錫與傳統鍍錫的比較
傳統銅線鍍錫是將銅線通過熔錫/焊劑池中，接著在冷卻塔中垂直擦拭并冷卻鍍錫后的銅線。金屬間鍵合只有在線表面清潔且適當激活時才能實現。酸清洗或浸泡是用于表面激活前清洗銅線表面的傳統方法，這是用浸助焊劑實現的。浸助焊劑是骯臟而有損環境的工藝，對操作人員也是有害的。

圖4比較了傳統熱浸鍍錫與PlasmaPREPLATE鍍錫工藝步驟。



在銅帶進入錫池前，PlasmaPREPLATE工藝將其表面退火、清洗并激活，使錫能粘附而不需要用助焊劑。無助焊劑鍍錫加速了金屬間層的形成，因而，與傳統工藝的鍍錫速度比較，得到的鍍錫速度高很多。

PlasmaPREPLATE工藝能調整得將銅帶退火到任何需求的柔軟度。能獲得屈服強度低至50MPa的完全再結晶和小晶粒尺寸。與鍍錫一起在線實行退火減少軟性材料利用數量。應力及機械變形小減少了滾軋生產線卷線和鍍錫生產線放線上增進屈服強度和彎度的可能性。重要的是，要認識在超軟焊帶情況下需要精密處理和精確繞線。

處理超軟焊帶的精密輸運系統會是每一鍍錫生產線上需求的一個昂貴投資。因此，較快速鍍錫生產線能減少每單位產出的輸運系統資本投入。

傳統鍍錫線在鍍錫前要求酸洗、沖洗和助焊劑。這些濕法工藝不僅有環境問題；它們對操作人員也是有害而令人生厭的。錫池的助焊劑污染導致高成本的焊劑廢物。濕法工藝的使用也產生許多必需精密控制的生產參數。允差要求嚴格的昂貴精密產品（如互連焊帶）的生產需要嚴格控制生產條件，以防止過高的廢品率。涉及濕法工藝時，這一點常常難以達到。

二種工藝間的不同能分為與生產效率有關的不同和成品質量的不同。盡管資本投入較高，PlasmaPREPLATE鍍錫工藝提供許多能轉化為相當長期的節省成本好處：
● 與傳統工藝5m/min-60m/min比較，生產速度達150m/min，這意味著較少的鍍錫生產線、較少的機器用地和較少的人力；   
● 工藝穩定性、正常生產時間增加和線軸更換較少意味著在PlasmaPREPLATE鍍錫生產線中材料使用較少及涉及的操作人員較少；   
● 用等離子體制備干的表面替代了傳統工藝中采用的酸洗、沖洗、干燥、浸助焊劑、廢物清除和廢物處理；   
● 無助焊劑生產，錫廢物少；
● 不同產品和性能規格之間的轉換快；
● 根據使用的動力、人力、化學品成本和它們的利用，以及維護等，生產成本較低；
● PlasmaPREPLATE鍍錫工藝中的在線質量控制使產品質量一致、廢品率低、返工少。

表1中將傳統鍍錫中主要生產參數與PlasmaPREPLATE鍍錫的生產參數作了比較。



自從2007年PlasmaPREPLATE鍍錫工藝首次引入PV焊帶的生產中后，正是PlasmaPREPLATE工藝的穩定性、產品質量的一致性、低成本操作、以及低廢品率和錫料廢物少使其贏得許多PV焊帶制造者的信賴。