王銳

摘要：本文主要通過(guò)對(duì)多主柵半片電池焊接工藝優(yōu)化、封裝材料選型、層壓工藝、不同電極焊接位置的SEM圖像對(duì)應(yīng)焊接質(zhì)量、激光劃片參數(shù)對(duì)電池片切割的質(zhì)量影響等方面的研究，提出一種可適合多主柵半片雙玻組件量產(chǎn)化的工藝方案;以及不同類型焊接質(zhì)量情況下對(duì)應(yīng)電池片焊接處電極SEM圖像形態(tài)分析和不同激光劃片參數(shù)的變化幅度范圍內(nèi)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)劃片效果的理論原因分析。

關(guān)鍵詞：多主柵;半片;圓形焊帶;克重;固態(tài)含量;焊接、返修;層壓;SEM圖;激光劃片;雙玻;優(yōu)化;匹配

1.前沿

多主柵電池搭配圓形焊帶進(jìn)行合金接觸焊接，與傳統(tǒng)焊接相比，圓形焊帶焊接面為點(diǎn)狀接觸，與電池電極接觸面較常規(guī)焊帶小，焊接時(shí)對(duì)溫度、壓力、時(shí)間等要求更加嚴(yán)格，更容易出現(xiàn)虛焊、過(guò)焊、偏焊等焊接異常;如何找到一組適合多主柵半片電池雙玻組件工業(yè)化量產(chǎn)的制程工藝方法尤為重要，本文經(jīng)過(guò)大量研究和實(shí)驗(yàn)對(duì)比、總結(jié)出一組適合多主柵半片電池組件工業(yè)化封裝的方法工藝參數(shù)和焊接質(zhì)量評(píng)估方法以及不同激光劃片參數(shù)對(duì)電池片切割的質(zhì)量影響。

2.內(nèi)容

2.1多主柵半片電池焊接參數(shù)匹配性

通過(guò)持續(xù)優(yōu)化自動(dòng)焊接設(shè)備參數(shù)，確定一組適合多主柵焊接的工藝參數(shù)，在該參數(shù)下多主柵電池片焊接質(zhì)量穩(wěn)定、破片率、返修率可達(dá)到業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平。

2.2材料選型及匹配性

多主柵電池焊接使用的是圓形焊帶，其厚度相對(duì)常規(guī)扁焊帶有所增加，由此增加層壓過(guò)程中碎片、隱裂等缺陷比例。經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，多主柵半片組件焊帶選用直徑為0.35～0.40mm的圓形焊帶，為避免碎片、隱裂等問(wèn)題，封裝膠膜選用520～560g/m2高克重POE。因圓形焊帶的特殊形狀，為保證與電池片電極進(jìn)行有效合金接觸，需提高助焊劑中的固態(tài)含量（其含量一般為常規(guī)焊接的1～2倍）效果最佳。

2.3返修工藝優(yōu)化

多主柵半片組件使用的是直徑為0.35mm圓形焊帶，需采用兩條圓焊帶并排搭接的新方式（如圖1），將待返修電池片背面焊帶首先使用斜口鉗距離電池片約15mm處剪短分離;取背面焊接完成電池片放置返修區(qū)域;將相鄰焊帶與新電池片焊帶進(jìn)行水平重合 焊接，重合區(qū)域約5mm。經(jīng)驗(yàn)證，該種返修方式焊接效果良好，對(duì)多主柵半片組件的電性能及組件可靠性無(wú)影響。

2.4層壓工藝匹配

本文中涉及的組件封裝選用的瓷白網(wǎng)格玻璃背板中的鍍釉層因本身具有高度差同樣增加了氣泡無(wú)法排出的幾率，本文中涉及到的設(shè)備使用的MEIER單腔層壓機(jī)，無(wú)法有效的分段加熱、層壓，導(dǎo)致雙玻成品率低于行業(yè)先進(jìn)水平。本文通過(guò)選配產(chǎn)品封裝材料及優(yōu)化層壓機(jī)工藝參數(shù)有效的降低了雙玻組件的氣泡不良率。

2.5 通過(guò)SEM圖像對(duì)焊接質(zhì)量的評(píng)估

根據(jù)不同焊接型態(tài)及質(zhì)量表明，焊接OK電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫飽滿且分離后電極處呈銀色或少量漏硅;過(guò)焊電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫且分離后電極處呈大面積漏硅;虛焊電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫不飽滿、量少等特點(diǎn)且分離后電極處呈少量銀色或純銀色，表明涂錫焊帶未與電極形成合金接觸;焊錫未熔電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫較差、量少且分離后電極處呈少量銀色或純銀色，表明涂錫焊帶未與電極形成合金接觸;偏焊電池片SEM圖像顯示焊接處熔錫不飽滿且分離后電極焊接處偏離電極焊接區(qū)域，涂錫焊帶與電極接觸不完全導(dǎo)致焊接質(zhì)量偏差，嚴(yán)重可造成虛焊或漏焊。

2.6激光劃片參數(shù)對(duì)電池片切割截面的質(zhì)量影響。

通過(guò)大量工藝驗(yàn)證，熔渣的產(chǎn)生與激光器輸出波形和能量分布密切相關(guān)。通過(guò)持續(xù)優(yōu)化劃片機(jī)功率（P）、脈寬（t）、頻率（f）、速度（v）、次數(shù)（n）等五大參數(shù)切割工藝，使劃片工藝窗口最大化，對(duì)電池片損耗降到最低。

經(jīng)驗(yàn)證表明，電池片熱熔區(qū)寬度應(yīng)控制在0.7～0.9mm區(qū)間，劃片寬度0.2～0.3mm區(qū)間，劃片深度應(yīng)控制在電池片厚度的1/2～2/3區(qū)間，及0.09～0.12mm區(qū)間。

同時(shí)通過(guò)選擇沃特維（型號(hào)SLC-5500）全自動(dòng)劃片激光切割設(shè)備，在正常參數(shù)范圍基礎(chǔ)上，設(shè)定不同的劃片參數(shù)（速度、功率、頻率、次數(shù)），變更一組參數(shù)范圍同時(shí)使其它三組保持不變，通過(guò)電池劃片后的分離效果，探索某種參數(shù)對(duì)劃片效果的具體影響效果。

結(jié)論：（1）速度、頻率、次數(shù)參數(shù)不變情況下，功率降低至40%，劃片質(zhì)量NOK， 電池未完全分離出現(xiàn)碎片，功率越低，激光器所產(chǎn)生的能量密度降低，不足以使電池片表面汽化，從而導(dǎo)致切割面未能完全有效切割導(dǎo)致分片過(guò)程后無(wú)法正常分離。

（2）速度、功率、次數(shù)參數(shù)不變情況下，頻率上升至260kHz，劃片質(zhì)量NOK，電池未完全分離;隨著激光頻率的增加，劃片的成功率是逐步下降的。在該頻率下，激光劃片不能將電池片有效的分離。激光劃片頻率越大，脈沖次數(shù)越多，但是在功率既定的條件下，分配給每次脈沖的能量相應(yīng)的減少，這也就是劃片效果越來(lái)越差的原因。

（3）功率、頻率、次數(shù)參數(shù)不變情況下，速度提升至3800 mm/s，劃片質(zhì)量NOK，電池未完全分離出現(xiàn)碎片;速度提升降低了電池片表面對(duì)激光能量的吸收，吸收的能量不足以使電池片表面汽化，從而導(dǎo)致切割面未能完全有效切割分離。

（4）速度、功率、頻率參數(shù)不變情況下，次數(shù)降低至4次，劃片質(zhì)量NOK，電池未完全分離出現(xiàn)碎片，劃片次數(shù)的降低導(dǎo)致電池片能量接收量減少造成無(wú)法有效分離。

3.結(jié)論：

通過(guò)以上的對(duì)比研究，多主柵半片電池組件通過(guò)焊接工藝、層壓工藝、返修工藝優(yōu)化、選擇合適的封裝材料搭配，完全可滿足正常產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)工藝質(zhì)量需求;另通過(guò)電池片電極焊接處SEM圖像的對(duì)比可間接直觀對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行初步評(píng)估，給出了一組適合多主柵電池激光切片的參數(shù)并通過(guò)不同參數(shù)的調(diào)整對(duì)電池片切割質(zhì)量的具體影響做了相關(guān)的理論分析和實(shí)證。