关键字：互连条；屈服强度；翘曲；晶粒；功率

       太阳能光伏组件中涉及的材料众多，涉及金属、高分子、无机材料，互连条在太阳能光伏组件中用于连接电池，起收集、传输电流作用。在传统制备组件的过程中，互连条与电池需要进行手工焊接，焊接后电池会有一定程度的翘曲。随着电池向着轻薄化发展，互连条与电池焊接后电池的翘曲更加明显。在组件制备过程中，电池翘曲越明显，电池隐裂、碎片的几率越高。生产过程中发现，电池片的翘曲与互连条力学性能有着明显的关系。互连条的屈服强度越大，电池片翘曲程度越大。随着电池技术的发展，电池的转换效率将会越来越高，电池在工作时通过的电流越来越大，这就要求增加收集电池电流的互连条截面积，为了不影响电池受光面积，因此通常会考虑增加互连条厚度。为减小电池片的翘曲度，在使用大截面互连条时要求互连条必须有低的屈服强度。因此，在使用互连条时，为了保证电池片具有较低的翘曲度，尽量采用屈服强度低的互连条。但在选择互连条时，低屈服强度的互连条需要满足一定抗拉强度和延伸率。互连条的屈服强度主要取决于互连条铜基材的屈服强度，因此铜基的性能是互连条性能的决定因素，不能由于为了满足互连条低屈服强度的要求而使铜基材发生过烧。

       本文主要研究不同屈服强度的互连条与电池片翘曲度的关系，并对互联条铜基材进行组织观察，分析影响电池片翘曲的关键因素。选择低屈服强度的互连条，将不同厚度的互连条应用于组件，测试电池翘曲和组件功率变化。

       选择不同屈服强度的互连条，表层合金锡铅焊料为Sn62Pb36Ag2系焊料，铜基截面尺寸为1.8mm*0.2mm，互连条截面尺寸为1.8mm*0.25mm。互连条力学测试采用万能电子拉力机测试，测试过程中，互连条标距100mm，每种规格的互连条取5个有效数据，实际测试过程中定义规定塑性延伸强度Rp0.2为屈服强度。

       分别取不同屈服强度的互连条，规格均为1.8mm*0.25mm*294mm，采用手工焊方式焊接于156多晶硅电池上，每片电池正面焊接3根互连条，电池片厚度为190~210μm，焊接温度325℃±5℃，焊接完毕后测量电池的翘曲度，测试方式如图1所示，每种规格的互连条焊接2片电池，每个电池翘曲度测试3个点，最终的翘曲度取测量平均值。

       将不同屈服强度的互连条制样，磨去表面锡合金层，对铜基进行研磨、抛光、腐蚀，铜基腐蚀采用FeCl3＋盐酸＋酒精溶液，采用光学显微镜观察铜基的金相组织。

       选取屈服强度在同一水平的低屈服强度互连条，屈服强度的差别小于3MPa，互连条规格分别是1.8mm*0.20mm、1.8mm*0.25mm和1.8mm*0.3mm，对应的铜基规格分别为1.8mm*0.15mm、1.8mm*0.20mm和1.8mm*0.25mm，将其应用与组件，测试其功率。

3 结果与分析

       表2是不同屈服强度的互连条焊接电池 后电池的翘曲度，图2是翘曲度的趋势图。从表中数据看出，随着互连条屈服强度的增加，电池翘曲度逐渐减小，当互连条屈服强度达到40Mpa时，电池几乎无翘曲度。

 

       从试验数据可以看出，电池的翘曲度与互连条的屈服强度有着密切的联系，而互连条的屈服强度主要取决于铜基强度。在铜及铜合金中，引起铜及铜合金强度增加的强化机制主要是固溶强化、沉淀强化、细晶强化、形变强化等机理。互连条采用的铜基为纯铜，结合铜基材的加工工艺考虑，铜加工过程中会存在加工应力和残余应力，可能会影响互连条应力分布，但能使铜基材发生强度增加的机制主要为细晶强化和形变强化。细晶强化的机制为：在多晶体金属中，晶粒越细屈服强度就越高，多晶体在受力变形的过程中，位错会发生滑移，位错被晶界阻碍而塞积在晶界表面，晶粒越细，单位面积内晶界就越多，位错被阻碍的作用就越明显，从而使材料强化。形变强化的机制为：金属在冷变形的过程中，会产生大量的位错，金属变形的主要的方式是位错的运动，位错的运动过程中相互交截，形成割阶，使位错的可动性减小，同时位错的交缠形成位错结，使位错运动变得困难，从而提高材料强度。

       图3是不同屈服强度的互连条铜基材的金相组织。图中可以看出，在互连条屈服强度为105Mpa时，铜基晶粒组织都为等轴晶与孪晶，且等轴晶比较细小；当互连条屈服强度降低到91MPa时，铜基中的部分细小晶粒长大，当互连条屈服强度降低到54MPa时，铜基中的细小晶粒已经基本长大；而互连条屈服强度降低到40MPa时，铜基中的晶粒出现了明显的长大。

图三 不同屈服强度的互连条铜基材的金相组织，100*（a）1#，（b）2#，（c）3#，（d）4#

        如前所述，晶粒的细化会引起材料强度的提高。因此本试验中的四个互连条样品，随着铜基材晶粒的粗化，铜基在单位面积内晶界减少，形变产生的位错所受阻碍减少，铜基强度随之下降。

       对同屈服强度水平、不同规格的互连条进行测试，屈服强度、翘曲度和组件功率结果如表3。

       从测试数据看出，互连条屈服强度较低时，互连条焊接电池后，电池的翘曲度均较低。同时可以看出，随着互连条铜基厚度的增加，组件最大的发电功率增加。因此，使用低屈服强度的互连条时，可以选用更厚的规格，在增加组件功率输出的同时降低电池碎裂的几率。

4 结论

       本文采用不同屈服强度的互连条，通过互连条与电池的焊接试验测量翘曲度，得出互连条屈服强度与电池翘曲度的关系，并观察互连条铜基材的金相组织，具体结论如下：

       1）随着互联条屈服强度的降低，电池在焊接互连条后的翘曲度逐渐减小，当互连条的屈服强度降低至40MPa时，电池的翘曲度很微小。

       2）电池的翘曲度与互连条的屈服强度密切相关，而互连条的铜基材是决定互连条屈服强度的关键因素，通过对铜基金相组织的观察，发现互连条屈服强度越小，铜基晶粒越粗大，互连条屈服强度为40MPa时，铜基晶粒会明显粗化。

       3）随着互连条铜基厚度的增加，组件最大的发电功率增加。因此，使用低屈服强度的互连条时，可以选用更厚的规格，在增加组件功率输出的同时降低电池碎裂的几率。

5 建议

       随着技术的发展，对互连条这一光伏组件制造的辅材材料的要求越来越高，低屈服强度的互连条将成为趋势，这就要求互连条的制造厂商在制备过程中更加精细的控制生产过程，对于此有以下几点建议：

       1）做好铜基材的软化退火工艺，调整好铜带退火的工艺，尽量保证退火充分，采用优良的铜带退火设备；退火后的铜带在收卷时不能增加其应力，即需采用合适的铜带收卷装置。

       2）控制互连条浸锡过程中的张力，这需要改变目前互连条浸锡的设备，尽量减少浸镀过程以及成品收卷时的张力。