柔性太阳能电池阵导电胶接工艺及可靠性研究
发布时间：2021-06-18 16:37
柔性太阳能电池作为一种轻量化、高效率、小体积的光伏组件,是未来航天事业的主要研究方向,而柔性太阳能电池的推广建立在新型柔性太阳能电池阵互连技术的基础上。目前主要的太阳能电池阵互连技术均存在各自的缺点,不适合用在柔性太阳能电池领域,因此急需研究出一种柔性化、导电性优异,可靠性高的太阳能电池阵互连技术。导电胶互连技术凭借其独特的优点近年来成为了微电子及封装领域的一种新型互连工艺。本课题通过利用导电胶优异的导电性能和力学性能,将导电胶互连技术应用到太阳能电池导电胶接接头的制备上,探究太阳能电池导电胶接接头的可行性。本文通过将树脂基体、微米银粉、镓铟锡液态合金、锡铋合金进行配方设计和混合研磨,制备出了具有独特机械和电学性能的导电胶。对于导电胶进行固化工艺摸索,并监测导电胶固化过程中电阻值的变化,确定了160°C的固化温度和35 min的固化时间为导电胶合适的固化工艺参数。对于不同导电填料含量的导电胶进行微观表征和性能对比,确定了导电填料合适的添加量为70 wt%。利用导电胶制备了太阳能电池胶接接头,对接头截面形貌进行微观表征,并以此为基础设计了两种低熔点合金掺杂银粉制备复合型导电胶。研究发现在...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳能电池板钎焊示意图[9]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4研究了焊接区域、焊接温度和焊条型号等工艺对电池片强度产生的影响。通过有限元分析得到结果表明，在太阳能电池片钎焊后施焊处附近的应力集中比较明显。通过在不同区域模拟焊接过程发现，电池片焊接区域应避免发生在电池片的边缘，并尽量减小焊接温度，选用较细的焊条。Guo等人[12]研究了超声辅助作用下锡银焊料在背面印有铝浆料的多晶硅太阳能电池片上直接焊接纯铝焊带。通过扫描电镜、剥离力测试，电阻测量和开路电压测量等测试手段研究了超声波作用时间对于太阳能电池性能的影响。结果表明，随着超声作用时间的增加，锡膏残留层中有更多的铝颗粒溶解在焊料层中，且溶解的Al以α-Al和Ag-Al化合物相的形式存在于钎焊焊点中，焊料在6s的超声波作用时间下直接与Al-Si共晶层结合。试验接头的电阻为1.27mΩ，剥离力可高达1.44N/mm。太阳能电池的开路电压为524mV，高于太阳能电池银电极钎焊的467mV。图1-2为焊点在2s、4s和6s的超声作用下，界面的微观结构和沿相应线的元素分布。图1-2超声作用下，界面的微观结构和沿相应线的元素分布[12]（a）2s（b）4s（c）6s
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文7图1-3具有导电胶的互连电池片的形态的横截面FE-SEM图像[23]Henkel公司的LiesbethTheunissen[24]通过将预切割的电池以类似木瓦的方式放置在彼此之上，将预切割的晶体硅太阳能电池组装成太阳能模块，与传统模块相比，由于无母线结构，它可以具有更多的有效面积，示意图如图1-4所示。文章指出由于更有效的包装而在单元之间没有非活动空间，因此模块中的这种单元布局可以增加模块的输出效率，且不需要对电池片生产过程进行重要修改。文章还证明了使用具有优化特性的导电胶将产生可靠的太阳能模块，通过将粘合强度、杨氏模量、体积电阻率和接触电阻等粘合性能与导电胶组装模块的热循环可靠性数据相结合，证明了导电胶用于叠层模块技术具有高的可靠性，优良的成本竞争力。HongsubJee等人[25]也发现ECA的性质对于制造叠瓦阵列PV是重要的，因为导电胶在电和结构连接方面起着重要作用。他尝试了各种ECA并对其进行了表征以优化固化条件。结果发现，叠层阵列电池的开路电压显示出三倍的增加，效率也提高了1.63％。图1-4具有导电粘合剂的预切割电池的组装方案[24,25]
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子封装无铅软钎焊技术研究进展[J]. 姜楠,张亮,熊明月,赵猛,徐恺恺. 材料导报. 2019(23)
[2]高性能导电胶研究新进展[J]. 卢龙飞,齐署华,马缓,张帆. 中国胶粘剂. 2016(04)
[3]改性导电胶的研究进展[J]. 李朝威,龚希珂,罗杰,余翠平,李明星,姚亚刚. 材料导报. 2015(23)
[4]柔性薄膜太阳能电池的研究进展[J]. 李荣荣,赵晋津,司华燕,边志坚,马辉东,丁占来. 硅酸盐学报. 2014(07)
[5]空间太阳能电池阵列技术综述[J]. 谢宗武,宫钇成,史士财,金明河,王达. 宇航学报. 2014(05)
[6]硅太阳能电池片焊接不良分析及对策[J]. 余建,张红,王勋荣. 常州信息职业技术学院学报. 2014(02)
[7]PBGA集成电路封装导电胶的疲劳寿命研究[J]. 刘培生,黄金鑫,陶玉娟,王金兰,缪小勇. 电子元件与材料. 2013(12)
[8]空间太阳电池焊接影响因素研究[J]. 苏彬,李洋. 电源技术. 2012(10)
[9]太阳电池组件焊接过程残余应力的数值模拟[J]. 孙国辉,晏石林,陈刚. 太阳能学报. 2011(05)
[10]绿色电子制造及绿色电子封装材料[J]. 杨艳,尹立孟,冼健威,马鑫,张新平. 电子工艺技术. 2008(05)
博士论文
[1]银填充导电胶中表面与界面研究[D]. 谈发堂.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]各向同性导电胶剪切力学性能的加载率效应[D]. 吉新阔.太原理工大学 2018
[2]片状银粉混合纳米银线对导电胶的性能影响研究[D]. 李幸师.深圳大学 2016
[3]单晶硅电池板焊带钎焊工艺及可靠性研究[D]. 范萍.哈尔滨工业大学 2015
[4]导电银胶的研究与制备[D]. 王萍.机械科学研究总院 2012
[5]低熔点合金掺杂银粉导电胶的研究[D]. 黄耀鹏.中南大学 2009
[6]微电子组装用高性能银粉导电胶研究[D]. 柯于鹏.中南大学 2008
本文编号：3237012
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳能电池板钎焊示意图[9]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文4研究了焊接区域、焊接温度和焊条型号等工艺对电池片强度产生的影响。通过有限元分析得到结果表明，在太阳能电池片钎焊后施焊处附近的应力集中比较明显。通过在不同区域模拟焊接过程发现，电池片焊接区域应避免发生在电池片的边缘，并尽量减小焊接温度，选用较细的焊条。Guo等人[12]研究了超声辅助作用下锡银焊料在背面印有铝浆料的多晶硅太阳能电池片上直接焊接纯铝焊带。通过扫描电镜、剥离力测试，电阻测量和开路电压测量等测试手段研究了超声波作用时间对于太阳能电池性能的影响。结果表明，随着超声作用时间的增加，锡膏残留层中有更多的铝颗粒溶解在焊料层中，且溶解的Al以α-Al和Ag-Al化合物相的形式存在于钎焊焊点中，焊料在6s的超声波作用时间下直接与Al-Si共晶层结合。试验接头的电阻为1.27mΩ，剥离力可高达1.44N/mm。太阳能电池的开路电压为524mV，高于太阳能电池银电极钎焊的467mV。图1-2为焊点在2s、4s和6s的超声作用下，界面的微观结构和沿相应线的元素分布。图1-2超声作用下，界面的微观结构和沿相应线的元素分布[12]（a）2s（b）4s（c）6s
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文7图1-3具有导电胶的互连电池片的形态的横截面FE-SEM图像[23]Henkel公司的LiesbethTheunissen[24]通过将预切割的电池以类似木瓦的方式放置在彼此之上，将预切割的晶体硅太阳能电池组装成太阳能模块，与传统模块相比，由于无母线结构，它可以具有更多的有效面积，示意图如图1-4所示。文章指出由于更有效的包装而在单元之间没有非活动空间，因此模块中的这种单元布局可以增加模块的输出效率，且不需要对电池片生产过程进行重要修改。文章还证明了使用具有优化特性的导电胶将产生可靠的太阳能模块，通过将粘合强度、杨氏模量、体积电阻率和接触电阻等粘合性能与导电胶组装模块的热循环可靠性数据相结合，证明了导电胶用于叠层模块技术具有高的可靠性，优良的成本竞争力。HongsubJee等人[25]也发现ECA的性质对于制造叠瓦阵列PV是重要的，因为导电胶在电和结构连接方面起着重要作用。他尝试了各种ECA并对其进行了表征以优化固化条件。结果发现，叠层阵列电池的开路电压显示出三倍的增加，效率也提高了1.63％。图1-4具有导电粘合剂的预切割电池的组装方案[24,25]
【参考文献】：
期刊论文
[1]电子封装无铅软钎焊技术研究进展[J]. 姜楠,张亮,熊明月,赵猛,徐恺恺. 材料导报. 2019(23)
[2]高性能导电胶研究新进展[J]. 卢龙飞,齐署华,马缓,张帆. 中国胶粘剂. 2016(04)
[3]改性导电胶的研究进展[J]. 李朝威,龚希珂,罗杰,余翠平,李明星,姚亚刚. 材料导报. 2015(23)
[4]柔性薄膜太阳能电池的研究进展[J]. 李荣荣,赵晋津,司华燕,边志坚,马辉东,丁占来. 硅酸盐学报. 2014(07)
[5]空间太阳能电池阵列技术综述[J]. 谢宗武,宫钇成,史士财,金明河,王达. 宇航学报. 2014(05)
[6]硅太阳能电池片焊接不良分析及对策[J]. 余建,张红,王勋荣. 常州信息职业技术学院学报. 2014(02)
[7]PBGA集成电路封装导电胶的疲劳寿命研究[J]. 刘培生,黄金鑫,陶玉娟,王金兰,缪小勇. 电子元件与材料. 2013(12)
[8]空间太阳电池焊接影响因素研究[J]. 苏彬,李洋. 电源技术. 2012(10)
[9]太阳电池组件焊接过程残余应力的数值模拟[J]. 孙国辉,晏石林,陈刚. 太阳能学报. 2011(05)
[10]绿色电子制造及绿色电子封装材料[J]. 杨艳,尹立孟,冼健威,马鑫,张新平. 电子工艺技术. 2008(05)
博士论文
[1]银填充导电胶中表面与界面研究[D]. 谈发堂.华中科技大学 2006
硕士论文
[1]各向同性导电胶剪切力学性能的加载率效应[D]. 吉新阔.太原理工大学 2018
[2]片状银粉混合纳米银线对导电胶的性能影响研究[D]. 李幸师.深圳大学 2016
[3]单晶硅电池板焊带钎焊工艺及可靠性研究[D]. 范萍.哈尔滨工业大学 2015
[4]导电银胶的研究与制备[D]. 王萍.机械科学研究总院 2012
[5]低熔点合金掺杂银粉导电胶的研究[D]. 黄耀鹏.中南大学 2009
[6]微电子组装用高性能银粉导电胶研究[D]. 柯于鹏.中南大学 2008
本文编号：3237012
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