一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金，其中合金各组元按质量百分比由以下组分组成：Zn 3％‑9％，Bi 1％‑5％，Ge 0.1％‑1％，Ce0.1％‑1％，余量为Sn，以上组分质量百分比之和为100％。该合金导电率较好。其制备方法为：步骤1：分别称取锌、铋、锗、铈及锡颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Zn 3％‑9％，Bi 1％‑5％，Ge 0.1％‑1％，Ce 0.1％‑1％，余量为Sn；步骤2：制备Sn‑Ge中间合金锭；步骤3：制备Sn‑Ce中间合金锭；步骤4：将制备得到的Sn‑Ge、Sn‑Ce中间合金锭及其他剩余原料进行冶炼得到钎料合金。该方法简单易操作。

Tin zinc based lead-free solder alloy for photovoltaic welding band and preparation method thereof

The present invention discloses a tin - zinc based lead-free solder alloy for photovoltaic welding belt, in which the components of the alloy are composed of the following components: Zn 3%, Bi 1%, 5%, Ge 0.1%, 1%, Ce0.1% 1%, and the allowance of Sn, and the sum of the mass percentage of the above components is 100%. The conductivity of the alloy is good. The preparation methods are as follows: Step 1: zinc, bismuth, germanium, cerium and tin particles are called respectively. Each element in the alloy meets the following conditions according to the mass percentage: Zn 3%, 9%, Bi 1%, 5%, Ge 0.1%, 1%, Ce 0.1%, 1%, and Sn; step 2: Sn Ge intermediate alloy ingot; step 3: Sn Ce intermediate Alloy ingots; step 4: the alloy Sn, Ge, Sn, Ce intermediate alloy and other remaining materials are smelted to obtain solder alloy. This method is simple and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金及其制备方法
本专利技术属于有色合金及光伏焊带
，具体涉及一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金；本专利技术还涉及该光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金的制备方法。
技术介绍
随着近现代工业的繁荣发展，传统煤炭、石油、天然气等化石燃料能源消耗日益加剧，从而使得地壳中化石燃料的储量急剧下降，世界能源危机愈发突出。新型清洁能源的研究与开发迫在眉睫，诸如太阳能、风能、水能、核能等。与水能、风能、核能等相比，太阳能在转化为其他能量(主要是电能)时没有任何排放和噪声，因此在众多清洁能源中太阳能是最具潜力的化石燃料替代能源之一。目前太阳能的应用技术相对成熟，并且安全可靠。光伏焊带又称镀锡铜带，即在无氧铜带上镀上一层锡基钎料，是太阳能电池组件中重要的枢纽部分，起着传输及汇聚电池片所产生电流的关键作用，焊带质量的好坏将直接影响到光伏组件电流的收集效率，对光伏组件的功率影响很大。光伏焊带的涂层是为了实现与电池硅片(单晶硅、多晶硅、非晶硅)的连接，因为电池片在钎焊后会经历瞬间冷却，所以在冷却过程中产生较大的收缩变形，而硅材料、银浆和焊带的热膨胀系数不匹配会造成焊带与电池片之间产生很大的应力，从而会对电池片的强度产生较大的影响。焊接结束后由于这种力的作用会造成电池片的弓形，这种弓形在后续的敷设、层压及使用过程中很有可能发展成隐裂或者碎片；另外在太阳能电池片的单片焊接和片接的互联过程中，材料的温度变化并不均匀，焊接区域局部也会出现较大的温差，也会导致电池片局部应力集中明显，最终导致焊接过程中电池片的破碎。目前光伏焊带用钎料合金主要是以Sn基、Pb基以及Sn-Pb基二元系钎料为主，主要由于其熔点低，价格低廉，润湿性能优异等优点在光伏焊带的制造领域得到了广泛的应用。但是铅是有毒金属，一方面，在人体中沉淀会引起中毒，铅及其化合物极易通过呼吸道、消化道和带伤口的皮肤侵入人体，容易导致多种疾病；另一方面，铅的使用并不符合现在所倡导的环保理念。综合考虑以上诸多因素，可知开发光伏焊带用新型低熔点无铅钎料合金是光伏行业发展的必然趋势。光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金不仅可以解决传统光伏焊带在制备和使用过程中无法避免的污染和毒害问题，而且能够减少由于钎焊温度过高而造成的电池片破碎，进一步提高光伏组件的功率。该工艺技术的推广应用，可减少对生态环境的污染，有着不可低估的环保效益。因此开发光伏焊带用新型低熔点无铅钎料已亟不可待，具有深远的现实意义和广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金，具有合金熔点低，导电率好的钎焊性能。本专利技术的另一个目的是提供一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金，其中合金各组元按质量百分比由以下组分组成：Zn3％-9％，Bi1％-5％，Ge0.1％-1％，Ce0.1％-1％，余量为Sn，以上组分质量百分比之和为100％。本专利技术所采用的另一种技术方案是：一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金的制备方法，具体步骤如下：步骤1：分别称取纯度均为99.99％的锌颗粒、铋颗粒、锗颗粒、铈颗粒及锡颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Zn3％-9％，Bi1％-5％，Ge0.1％-1％，Ce0.1％-1％，余量为Sn，以上组分质量百分比之和为100％；步骤2：制备Sn-Ge中间合金锭；步骤3：制备Sn-Ce中间合金锭；步骤4：将制备得到的Sn-Ge中间合金锭、Sn-Ce中间合金锭及其他剩余原料进行冶炼得到光伏焊带用Sn-Zn-Bi-Ge-Ce钎料合金。本专利技术的特征在于，步骤2的具体制备方法为：将部分锡颗粒、全部的锗颗粒置于坩锅中升温至1050℃，待全部熔化后，用钨棒搅拌5min，接着冷却至400℃保温30min，保温期间，每隔5min用钨棒搅拌一次；冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护，最后铸成Sn-Ge中间合金锭。步骤2中，制备得到的Sn-Ge中间合金锭中按质量百分比由以下组分组成：Sn95％，Ge5％，以上组分质量百分比之和为100％。步骤3的具体制备方法为：将部分锡颗粒、全部的铈颗粒置于坩锅中升温至900℃，待全部熔化后，用钨棒搅拌5min，接着冷却至400℃保温30min，保温期间，每隔5min用钨棒搅拌一次，冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护，最后铸成Sn-Ce中间合金锭待用。步骤3中，制备得到的Sn-Ce中间合金锭中按质量百分比由以下组分组成：Sn95％，Ce95％，以上组分质量百分比之和为100％。步骤4的具体制备方法为：采用可控温的电磁搅拌熔炼炉，先将剩余的锡颗粒置于坩埚中加热至500℃-550℃，待锡颗粒全部熔化后加入Sn-Ge中间合金锭、Sn-Ce中间合金锭、锌颗粒及铋颗粒，待合金全部熔化后保温30min-50min，保温期间，每隔5min-10min用玻璃棒搅拌一次，冶炼过程中采用松香进行保护，最后铸成光伏焊带用Sn-Zn-Bi-Ge-Ce钎料合金。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金熔点低，导电率较好，钎焊性能优良；(2)本专利技术光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金在铜基板上的润湿性能和铺展性能优良，有利于光伏焊带的制备；(3)本专利技术光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金的制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金，其中合金各组元按质量百分比由以下组分组成：Zn3％-9％，Bi1％-5％，Ge0.1％-1％，Ce0.1％-1％，余量为Sn，以上组分质量百分比之和为100％。该合金中各组分的作用和功能如下：锡(Sn)在钎料中的主要作用；①金属锡和铜基板之间有良好的亲和力作用，因此借助于低活性焊剂就可以达到良好的润湿；②金属锡在钎焊过程中与基板铜易生成Cu6Sn5金属间化合物层，有利于提高钎焊接头的强度；③锡锌共晶合金熔点低(195℃)，符合光伏电池板钎焊工艺要求。锌(Zn)在钎料中的作用：①利用锌来降低锡的熔点；②提升钎料合金的抗拉强度和抗蠕变性能。铋(Bi)在钎料中的作用：①由于铋的熔点低(271.3℃)，在钎料合金中主要用来降低合金熔点；②利用铋来降低表面张力，增加钎料铺展性能；③在钎料中添加铋有助于提高钎料合金的流动性。锗(Ge)在钎料中的作用：①提高钎料的电子迁移率、空穴迁移率；②细化晶粒。铈(Ce)在钎料中的作用：①增加钎料润湿性能；②增加电导率；③细化晶粒。本专利技术还提供了一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：分别称取纯度均为99.99％的锌颗粒、铋颗粒、锗颗粒、铈颗粒及锡颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Zn3％-9％，Bi1％-5％，Ge0.1％-1％，Ce0.1％-1％，余量为Sn，以上组分质量百分比之和为100％；由于合金组成中Ge、Ce元素均属于高熔点范畴，为了解决纯金属冶炼过程中低熔点元素严重烧损的问题，必须在冶炼工艺上采取中间合金的措施来完成，Sn-Ge及Sn-Ce中间合金的成分均为近共晶成分，其流动性好、液固相线温度区间较小，偏析较少，合金冶炼设备为箱式电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金，其特征在于，其中合金各组元按质量百分比由以下组分组成：Zn 3％‑9％，Bi 1％‑5％，Ge 0.1％‑1％，Ce 0.1％‑1％，余量为Sn，以上组分质量百分比之和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金，其特征在于，其中合金各组元按质量百分比由以下组分组成：Zn3％-9％，Bi1％-5％，Ge0.1％-1％，Ce0.1％-1％，余量为Sn，以上组分质量百分比之和为100％。2.一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1：分别称取纯度均为99.99％的锌颗粒、铋颗粒、锗颗粒、铈颗粒及锡颗粒，使合金中各组元按质量百分比满足以下条件：Zn3％-9％，Bi1％-5％，Ge0.1％-1％，Ce0.1％-1％，余量为Sn，以上组分质量百分比之和为100％；步骤2：制备Sn-Ge中间合金锭；步骤3：制备Sn-Ce中间合金锭；步骤4：将制备得到的Sn-Ge中间合金锭、Sn-Ce中间合金锭及其他剩余原料进行冶炼得到光伏焊带用Sn-Zn-Bi-Ge-Ce钎料合金。3.根据权利要求2所述的一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金的制备方法，其特征在于，步骤2的具体制备方法为：将部分锡颗粒、全部的锗颗粒置于坩锅中升温至1050℃，待全部熔化后，用钨棒搅拌5min，接着冷却至400℃保温30min，保温期间，每隔5min用钨棒搅拌一次；冶炼过程中采用质量比为1.25:1的KCl+LiCl熔盐进行保护，最后铸成Sn-Ge中间合金锭。4.根据权利要求3所述的一种光伏焊带用锡锌基无铅钎料合金的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，慕二龙，张立胜，许桓瑞，李静，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61