準(zhǔn)同步焊接
為了檢驗焊接的特性,我們設(shè)計了一個盒子形狀的測試部件,這種部件在汽車行業(yè)中最為常見(見圖3)。盒蓋是由摻雜了30%玻璃的PBT(聚丁烯對苯二酸鹽)制成的。我們使用壓縮空氣來漲破盒子來檢驗焊接的質(zhì)量。
圖3 激光焊接測試盒
在開環(huán)過程中,處理溫度變化范圍很小。使用固定的焊接速度,激光功率必須要保證±2%的穩(wěn)定性,這樣才能達到大約11.2帕的最大破壞氣壓。
在閉環(huán)過程中,處理溫度能夠從210℃變化到280℃,對焊接結(jié)果沒有太大的影響。處理溫度變化范圍比在開環(huán)過程中大,并且破壞氣壓超過11.7帕。在高溫計的測量范圍中,焊接過程會受到激光透射部件的光學(xué)屬性的限制。在近紅外區(qū)的透射決定了所能實現(xiàn)的最大焊接速度。掃描振鏡及糾正色差平場透鏡的工作面積范圍,限制了焊接部件的大小。
焊接
用高功率半導(dǎo)體激光器實施的激光焊接,除了在電子制造領(lǐng)域具備優(yōu)勢外,也能在薄膜太陽能電池焊接應(yīng)用中大顯身手。使用連續(xù)半導(dǎo)體激光器焊接,能獲得幾平方毫米大小的焊點(見圖4)。激光焊接是一種非接觸性焊接技術(shù),而且能精確散熱,熱影響區(qū)非常小。這限制了焊接過程中太陽能電池產(chǎn)生的熱應(yīng)力。
通常硅太陽能電池互相連接成一條細線,然后層疊在模塊里。這種技術(shù)要求使用額外的設(shè)備來處理又長、又易碎的細線。采用激光焊接,能通過直接焊接疊層,完全避免對細線的處理。這些模塊的層疊順序一般是玻璃、聚合乙烯乙烯醋酸酯 (EVA)、鍍錫帶、太陽能單元、鍍錫帶和透明 PVF 底層(聚乙烯化合物氟化物)。PV模塊的前面和后面能夠透射激光。焊接可以在層疊之前或之后進行。關(guān)于焊點的拉力和接觸電阻,激光焊點的質(zhì)量超過其他連接技術(shù)。激光焊點的拉力比其他方法高出3倍,而熱阻只有其他方法的14%[1]。
不需要移動光學(xué)透鏡及太陽能電池單元,掃描振鏡可以焊接太陽能電池模塊上的所有連接點。由于平場透鏡有限的工作面積,必須要移動掃描振鏡以處理模塊的所有單元。
圖5顯示了閉環(huán)焊接過程中,溫度和激光功率相對于時間的變化曲線。溫度上升了150ms后,保持了200ms的穩(wěn)定,以將熱影響降至最小。
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