导电丝对准为工艺难点，叠栅设备为关键
思瀚产业研究院    2024-12-02

1、种子层：叠栅印刷对银浆&网版&设备的要求更低

叠栅的工艺流程为制备种子层、制备三角导电丝、将三角导电丝和种子层焊接结合。

叠栅对电池片电极图形的要求比常规电池要低，栅线形貌（银浆）、网版、设备等均可体现。（1）栅线（银浆）：可以采用虚线状或直线状金属种子层，间隔约10-20μm，对浆料的消耗量少，节约成本；

（2）网版：常规电池片栅线宽度、高度越来越小，要保持栅线形貌连续均匀，就要求网版线径必须尽量小，以降低因钢丝线遮挡而造成的栅线不均匀，叠栅对栅线印刷要求低，可以使用线径较大的网版进行印刷；

（3）设备：相较于传统生产工艺，叠栅不需要改变任何的工艺流程、材料、工装治具、设备、环境要求等，任何目前制作常规电池的生产线直接兼容。

2、三角导电丝：表面材料&形状设计为提升反光率的关键

相较于圆形、扁平或常规三角的导电丝，时创三角导电丝通过设计更优的形状和表面材料具备更优的反光率，同时还能低温焊接减少隐裂风险。

（1）圆形或扁平导电丝：其表面为平面结构， 垂直入射到导电丝表面的太阳光几乎全部被反射而损失掉，而三角导电丝可以较好吸收太阳光。

（2）常规三角导电丝：①更优的形状：R角一般大于30μm，圆弧过渡区占比较大，反光能力减弱，无法高效发挥三角导电丝的反光作用，对组件的峰值功率提升有限，而时创发明的导电丝三角形夹角在59-61度，三个R角控制在<15μm范围内，圆弧过渡区占比较小，反光效率高，具有更好组件功率增益效果；②更优的材料：常规多为铅锡合金，叠栅采用银、铝作为反光镀层，在可见光范围内， 金属Ag和Al是反射率最高的两款金属。

（3）低温焊接：下方的焊接镀层采用特定设计的低温合金可实现低温（<200℃） 焊接， 大大减少隐裂与碎片风险。

时创发明的导电丝适合低温焊接且反光效率高，功率增益大，具体流程来看：

（1）压延线材：所用导电丝线材基材抗拉强度在>250MPa，延伸率>23%，线径控制在0.1-0.5mm，所得三角形导电丝的截面为三角形， 三个夹角在59至61度之间，三个R角控制在<15μm范围内。

（2）针对2个反光面进行抛光：压延退火后的线材经过除油、抛光、钝化处理后，两个反光面粗糙度Ra值小于0.05μm。

（3）对2个反光面进行镀膜：采用PVD真空蒸镀工艺，所用蒸镀源为Ag或Al，镀层厚度控制在50-150nm。

（4）针对1个背光面进行镀膜：采用局部镀锡装置，焊接层所用锡合金为多元合金Sn-Bi-Cu-Ag-P， 焊接层厚度控制在5-25μm。

焊接面的锡层厚度也是工艺难点，如何控制锡层的厚度以及生产的效率。首先需要保护三角导电丝的两面不被锡污染，然后将第三个面与锡反应，达到单面涂锡的效果，其次需要将锡层的厚度加以控制，能够将锡层的厚度保证在0.1μm-10μm之间并且需要可控，由于组件制作中需要大量的导电丝，所以生产的效率也是至关重要。时创采用的单面镀锡装置通过泵体回流道的锡流量大小来实现涂锡的厚度， 提高收放线速度的时候也能够通过回流道锡流速的大小控制锡层的厚度，这样大大提高了生产效率。

3、焊接：如何又快又准地将导电丝“叠”到种子层上为工艺难点

第三步为最关键工序，即如何将种子层和导电丝结合，叠栅设备最难的地方在于100+根三角导电丝和种子层的对准焊接，同时还要兼顾良率和速率，即如何又快又准地将导电丝“叠”到种子层上为工艺难点。现有技术一是在电池片上难以做到致密排布，即电池片上焊带的数量受到工艺制约，难以生产具有高密度焊带的电池；二是即便通过焊带布设工装将焊带布设在电池片上，由于焊带较细、且为三角容易翻转，故叠栅需要新的工艺来进行生产，一般导电丝和种子层的结合依靠热焊接，热焊接有多种方式，通过我们对晶盛机电和时创能源的分析，目前可以通过旋转焊接或者焊带网排布的方式进行热焊接，对准主要依靠视觉系统和机械传动系统。

一种方式为通过旋转的加热辊筒来进行焊接，可以结合绕线张力实现焊接。常规的串焊方式为节拍形式，利用夹爪抓取焊带放置在电池片主栅上，再利用红外灯加热焊接，容易出现虚焊、隐裂等问题，而且不适应三角导电丝、生产节拍慢；叠栅可以采用持续旋转焊接工艺，能够使得对于原始电池片施加的温度整体均匀性高，此外通过绕线张力控制导电丝与电流收集层间的贴合力，再搭配匀速旋转焊接，从而实现了三角导电丝与电流收集层的焊接要求，更适用于叠栅电池结构中异形导电丝的焊接。

具体来看把旋转焊接的工艺流程：

（1）绕线：通过在圆柱形旋转焊接筒的表面贴原始电池片，然后卷绕导电丝，以焊接的方式完成原始电池片连接导电丝。

（2）旋转辊筒：在旋转焊接筒上绕线（导电丝） 完成后，使旋转焊接筒处于匀速旋转的模式。

（3）加热：在旋转过程中外部的加热装置开启加热，使若干原始电池片在旋转的同时将热量均匀的传递给每片原始电池片，并通过卷绕导电丝的张力，一次完成多片原始电池片的导电丝焊接， 大幅提升了焊接效率。

晶盛提供了一种焊带预制件，能够在网上直接贴合电池片，提高加工效率。通过提供焊带预制件，可在焊带预制件上直接贴合电池片，加工得到具有高密度焊带的电池片结构，省去了焊带布设的过程， 提高效率。

因此制作焊带网的装置为关键，核心为供线、拉线机构。（1）供线机构：用于供给焊带，具有若干个供线端，焊带位于所述供线端输出；（2）拉线机构：用于与所述供线端输出的焊带连接配合。供线端和拉线部可活动，使得所述拉线部与所述供线端可相互远离，以使焊带输出形成焊带网。

通过密集的焊带网和电池片进行结合。提供一焊带预制件， 焊带预制件具有焊带网；使电池片和焊带网之间接触贴合、连接。其中焊带网是由焊带相互平行且等间距排列所得， 且焊带网中的焊带排列之间，以使电池片上形成排列致密的焊带。

如何将导电丝“叠”到种子层上为工艺难点，热焊接方式下绕线的方向（对准）较难把控。通常叠栅所使用的导电丝规格相比传统焊带要更细，常规的焊带宽度一般在0.2mm以上， 例如扁平焊带规格有0.2*0.6mm、0.35*0.15mm等，常规圆丝焊带为0.26-0.3mm，导电丝宽度一般在0.15mm以下，所以焊接的方向一致性更难以控制；同时更细规格也会使导电丝底部锡层弧度增大，底部锡面呈圆弧，容易左右倾斜、翻转，增大焊接难度。

为了防止发生翻转，可以先预热让底部的锡层融化，由点及面稳定。在三角导电丝绕在电池片电流收集层前初步加热锡面，初步加热方式可以采用激光加热、加热通道、磁感线圈、电刷加热等，然后三角导电丝锡面融化状态下直接贴合在电池片电流收集层上， 加热后的三角导电丝锡面锡融化塑形后会变得更加平整，保证三角导电丝底边贴合，不会发生翻转或倾斜。

较薄的种子层和极细的导电丝接触面积小，容易焊接不良。叠栅电池为了降低成本、降低银耗量，一般电流收集层可做到10μm左右，再用超细的导电丝与其进行连接，但由于两者的接触面积很小，所以剥离所需的力极小，往往造成焊接不良或者导电丝脱离电流收集层的情况。

改进的叠栅可以通过增加焊盘来增强焊接力。在原本一条直线的电流收集层上增加大焊盘结构，从而增加导电丝与电流收集层的整体接触面积， 提高导电丝与电流收集层的焊接力，使剥离导电丝的困难增加，降低焊接虚焊率，进而提高叠栅电池片的生产良率。在一般情况下， 焊盘为圆形或者多边形。所述焊盘的形状可以为实心， 但更佳为镂空形状以进一步降低银耗。

预先将三角导电丝放置在转印模板的三角凹槽内并被吸附在模板的表面， 之后将多根三角导电丝同时焊接在电池片的表面，也可以提高焊接精度和焊接速度。

（1）连接速度快：通过多个模板的循环周转，将三角导电丝转移至电池片表面完成连接；

（2）连接精度高：三角导电丝在模板中的位置固定，仅需确保模板的三角凹槽的间距与电池片的电流收集层的间距保持一致；

（3）连接良率高：三角导电丝与电池片电流收集层重叠精度高、且贴合充分，只需确保每点的连接条件， 如焊接温度高于三角导电丝焊接熔点， 即可实现良好焊接。

4、针对BC背面电池的特殊要求，叠栅工艺相应进行了调整

针对BC电池，叠栅也调整了相应的背面电极图形结构，形成一种新的背面电极连接方式。BC电池的正面无金属电极、背面电极平行等距排布，针对BC电池的叠栅结构为电流收集层上覆盖导电丝，相邻叠栅结构电极相反。

导电连接条将所有相同电极导电丝连接在一起， 使得所有相同电极导电丝上的电流能相互自由流通， 消除了同一片电池上相同电极之间的电流差异。其特点在于先一体成串，再在片间距位置上选择性的切割断线，形成串联电路，该种方式避免了导电丝多次重复夹取牵引及定位，降低偏移风险。

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