光伏領域中銀和鉛的消耗是實現(xiàn) 100% 可再生能源生產(chǎn)目標的主要關注點之一。雙面 PERC + 太陽能電池的正面接觸使用銀，背面則通過鋁金屬化與硅接觸，但鋁的天然氧化層阻礙了標準焊接工藝，因此通常使用背面銀焊盤實現(xiàn)電池與銅線的互連。

超聲波焊接技術

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原理：超聲波焊接通過空化效應破壞鋁的氧化層，使熔融焊料（SnZn10）與鋁形成金屬間接觸，從而生成可焊接的表面。優(yōu)勢：

• 完全避免背面銀墊的使用，減少銀消耗20%~40%。
• 錫鋁合金的電阻率比銀鋁合金低6倍以上，降低了接觸電阻。
• 兼容現(xiàn)有的標準焊接工藝，無需增加生產(chǎn)步驟。

具體實驗操作

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PERC+太陽能電池的金屬柵線布局展示了三種不同類型的 PERC + 電池（5BB 布局的 A 型和 B 型、9BB 布局的 C 型）的正反面結(jié)構。紅色線條標注了超聲波鍍錫區(qū)域的位置，位于背面鋁母線的銀焊盤之間，寬度 1 mm，長度 5–12 mm。超聲波鍍錫使用Sn90Zn10無鉛焊料，通過超聲波焊接站進行，頻率為60kHz，功率范圍4W至12W，焊接頭溫度可在150°C至480°C之間調(diào)節(jié)。超聲波焊接頭從220°C的焊料槽中收集焊料，并在180°C的太陽能電池上進行操作，以防止焊料在應用過程中凝固。通過手動焊接過程，將銅帶焊接在這些鍍錫區(qū)域上。

損傷檢查

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PL成像檢測損傷對比了超聲波功率12 W、焊鐵溫度300°C下鍍錫前后的PL圖像，在最大超聲波功率12W和300°C的焊接頭溫度下，電池在鍍錫區(qū)域的發(fā)光減少不到1%，表明超聲波焊接過程對電池表面的損傷極小。這說明超聲波鍍錫技術在破壞鋁氧化層的同時，不會對電池的其他部分造成顯著損害。

機械附著力

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不同工藝參數(shù)下的剝離力測試結(jié)果行業(yè)標準（DIN EN 50461）：剝離力需≥1 N/mm圖a：5BB 電池（A 型）在不同超聲功率（4–12 W）和溫度（250–400°C）下的剝離力。當功率≥10 W、溫度300–400°C 時，剝離力中位數(shù)達1.5–2.8 N/mm，超過標準要求的 1 N/mm。圖b：9BB電池（C 型）在不同超聲功率（6–10 W）和焊頭移動速度（25–250 mm/s）下的剝離力。速度提高至250 mm/s 時，10 W 功率下剝離力中位數(shù)達3 N/mm，表明更高主柵密度可提升機械穩(wěn)定性。超聲功率和溫度是影響附著力的關鍵因素，9BB電池因鋁漿料結(jié)構優(yōu)化表現(xiàn)更優(yōu)。

結(jié)構分析

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超聲波鍍錫母線的掃描電子顯微鏡（SEM）橫截面圖像超聲波功率對焊料滲透的影響：

• 低功率（4 W）無法實現(xiàn)全滲透，導致機械和電學性能不足；
• 高功率（10 W）通過破壞氧化層、填充孔隙和形成金屬鍵合，同時提升機械強度（剝離力達標）和導電性（電阻降低）。

無損傷工藝驗證：

• 鍍錫后鋁母線結(jié)構保持完整，未出現(xiàn)顆粒變形或漿料致密化，證明超聲波能量被精準用于氧化層破除和焊料滲透，而非破壞母線本身。

電池性能

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接觸電阻測量路徑示意圖

不同超聲功率下鋁母線鍍錫前后的線路電阻（四點探針測量）評估兩種接觸方案的路徑電阻（Rpath）

• 傳統(tǒng)方案：鋁母線 → 銀焊盤 → 銅互連（存在 Al/Ag 界面電阻）；
• 超聲波方案：鋁母線 → 錫焊盤 → 銅互連（存在 Al/SnZn 界面電阻）。

四點探針測量表明，超聲波鍍錫顯著降低了母線的線路電阻，10W功率下電阻降低達40%。

超聲波鍍錫與銀焊盤的路徑電阻老化對比初始狀態(tài)下，超聲波鍍錫接觸的路徑電阻（0.3 mΩ）顯著低于銀焊盤（3 mΩ），因 Al/Ag 復合層電阻率高。經(jīng)600 次熱循環(huán)后，鍍錫接觸電阻升至 2.5 mΩ，仍低于銀焊盤的4.5 mΩ，證明其長期導電性更優(yōu)。

組件性能

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組件在濕度 - 凍結(jié)（HF）循環(huán)下的效率和填充因子老化

超聲波鍍錫組件與參考組件的 I-V 特性對比對比超聲波鍍錫組件（US Module 1/2）與銀焊盤參考組件（Reference 1）的老化表現(xiàn)。經(jīng)200 次 HF 循環(huán)后，鍍錫組件效率損失 < 3.6%，符合 IEC 標準（≤5%），證明抗?jié)駸崂匣芰_標。超聲波鍍錫組件在初始光電性能上不劣于傳統(tǒng)銀焊盤組件，甚至因串聯(lián)電阻降低而略有提升。

US Module 3 的電致發(fā)光（EL）圖像顯示5片9BB 半切電池組成的組件，邊緣區(qū)域因手動焊接出現(xiàn)小裂紋（右側(cè)第二片電池暗區(qū)），提示需優(yōu)化接觸位置（如采用連續(xù)母線設計）以減少破損風險。

組件在熱循環(huán)（TC）下的效率和填充因子老化對比超聲波鍍錫組件（US Module 3）與銀焊盤參考組件（Reference 2）的熱循環(huán)穩(wěn)定性。經(jīng)600次TC循環(huán)后，鍍錫組件效率損失< 2.2%，遠低于標準限值，驗證了長期機械和電氣可靠性。超聲波鍍錫工藝憑借其在機械強度、電氣性能和抗老化能力等方面的出色表現(xiàn)，成功實現(xiàn)了雙面 PERC + 太陽能電池背面的無銀、無鉛互連，不僅顯著降低了貴金屬消耗，還提升了組件性能。在機械可靠性層面，180°剝離力測試顯示，超聲波鍍錫焊盤的附著力中位數(shù)可達 3N/mm，遠超 DIN EN 50461 標準要求的 1N/mm，且 95% 的斷裂發(fā)生在鋁母線漿料與硅基底界面，證明焊接界面強度已超越傳統(tǒng)銀焊盤方案。

美能拉脫力綜合測試儀

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美能拉脫力綜合測試儀ME-CELL-CTT根據(jù)光伏行業(yè)研發(fā)的，專用于光伏行業(yè)硅晶片、硅料、電池組件等相關產(chǎn)品的剝離力、抗拉強度等測試的專用測試設備。本設備為臥立式一體電池片測試儀同時兼具臥式 180° 剝離強度測試和立式電池片彎曲測試。

• 臥式測試模塊可達到28個傳感器同時使用
• 立式測試模塊可用于成品電池或材料的拉伸壓縮、彎曲等試驗
• 符合CB/T16491-2009，CB/T16491-96與JB/T17797-95國家標準

通過使用美能拉脫力綜合測試儀對超聲波鍍錫后的電池互連進行拉脫力測試，我們進一步驗證了該技術的可靠性。結(jié)果顯示，超聲波鍍錫后的互連在不同工藝參數(shù)下均展現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能，拉脫力遠高于行業(yè)標準要求的1N/mm，最高可達3N/mm，這為大規(guī)模生產(chǎn)中的應用提供了堅實的基礎。

原文參考：Ultrasonic Tinning of Al Busbars for a Silver-FreeRear Side on Bifacial Silicon Solar Cells

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