梅耶博格的“SmartWire”是光伏组件无主栅互联的主流技术路线之一。有学者研究发现，SmartWire所使用的低温焊料与电池片栅线的连接可能存在缺陷，从而造成组件在高温天气下的性能异常衰减。 上述论点由美国Sandia实验室的研究团队提出。他们对SmartWire小组件进行了各种加速老化序列测试，发现凡是参与过高温序列测试的样品，功率均有9%左右的衰减，并且衰减主要来自填充因子（FF）的衰减。 这些小组件被标记为A型样品。该团队对另外三种类型样品进行了剖面制样和电镜测试。这三种样品分别是制造于2020年（B型）、2022年（C型）和2018年（D型）的商业全尺寸SmartWire组件。A、B、C样品所用的低温焊料为锡铋合金，D样品中的低温焊料为铟锡合金。 A型样品的光学显微镜（OM）图像和C型样品的扫描电镜背散射图像（BEI）如下图所示。在背散射图像中可以看到铜焊丝和焊料间形成了厚度1um的界面层，能谱分析显示该界面层为铜锡合金。银浆和焊料之间观察不到类似的界面合金层，但有微裂纹存在（红箭头处）。研究团队由此推断，铜焊丝与焊料之间为冶金结合，结合强度较强；而银浆与焊料之间仅为物理接触，连接强度较弱。 随后，该研究团队设计了一套含有4个不同序列（I、II、III、IV）的加速老化测试方案，分别模拟冬季、春季、热带和沙漠四种环境或气候类型，并对多个A型样品进行了测试。测试样品被分为三组，A组参与序列I,II测试，B组参与序列III,IV测试，C组参与全部四个序列测试。结果显示，A组样品衰减较小，而B组与C组样品均有9%左右的功率衰减（图二）。 研究团队对衰减后的样品进行EL检测，发现了封装材料脱层、焊带栅线连接失效、断栅等缺陷（标题图左）。他们对缺陷位置（白色圆圈）进行了剖面制样和SEM表征，其背散射图显示背银浆料与焊料之间存在孔隙（标题图右）。 他们对该现象的解释如下：SmartWire工艺中电池片的互连，是在层压过程中实现的，靠的是带有焊丝的聚合物薄膜在层压后的冷却过程中收缩产生的压力，将焊丝压在电池片表面，使得焊丝通过其表面的焊料与银栅线形成物理接触。在高温序列测试中，组件温度升高导致聚合物薄膜膨胀，对焊丝的压力减小，焊丝（及焊料）便与栅线脱开了。 他们对组件在层压后的冷却过程（下图左）和高温序列测试过程（下图右）进行了有限元仿真。仿真结果显示，聚合物薄膜的收缩力在上述两个过程中具有相反的变化趋势，与他们的解释相一致。 研究团队由此指出，SmartWire技术中的低温焊料互联工艺存在不足，有可能导致组件在高温下的性能异常衰减；而IEC61215/61730标准中的序列测试，是针对串焊工艺设计的；对于SmartWire类型的组件，需要设计新的序列测试（例如本文中的III、IV），才能更准确地模拟这类组件的长期耐候性。 |
