دليل لحام الليزر بوسار: العملية ، المعلمات ، العيوب والحلول للطاقة الشمسية و EV

إن اللحام بالليزر من BUSBARS هو تقنية للآلات الدقيقة التي تستخدم حزمة ليزر عالية الكثافة - - كمصدر للحرارة لذوبان الأشرطة (عادةً ما تشكل tin - شرائط نحاسية مغلفة) على خطوط الخلايا المقطوعة وخطوط الخلية ، وتكوين اتصال كهربائي موحد. إنه يوفر مزايا مثل السرعة العالية ، والحرارة الصغيرة - المنطقة المتأثرة ، والحد الأدنى من التشوه ، وسهولة الأتمتة ، مما يجعلها واحدة من العمليات الرئيسية في خطوط إنتاج الكهروضوئية الحديثة (PV).

يتكون نظام لحام الليزر النموذجي بشكل أساسي من المكونات التالية ، والتي يؤثر تكوينها بشكل مباشر على جودة اللحام:

نطاق معلمة اللحام النموذجي:

• قوة الليزر: (يعتمد على سمك المواد وسرعة اللحام)
• سرعة اللحام: 100-500 مم/ثانية
• حجم البقعة: 50–200 μm
• تشكيل الموجة: قد تستخدم أشكال الموجات النبضية أو المستمرة ؛ يتم تقليل الطاقة في بعض الأحيان في بداية ونهاية اللحام لتقليل التعثر.

آلة لحام الليزر لبوسار

هذه هي الطريقة الأساسية للتصنيف ، وتحديد وضع إدخال الطاقة مباشرة وجودة اللحام النهائية.

1. وضع واحد - (الوضع المفرد -

◎ المزايا: ارتفاع العمق - إلى - نسبة عرض التماس اللحام ، وسرعة اللحام السريع ، والحرارة الصغيرة - المنطقة المتأثرة (haz) ، مناسبة للتطبيقات الدقيقة لحام وتطبيقات المواد الرقيقة.

◎ العيوب: يتطلب التحمل الضيق للغاية في التجميع (يشار إليه عادة باسم "الفجوة صفر") ؛ خلاف ذلك ، احترق - من خلال أو العيوب محتملة للغاية.

◎ مبدأ: يولد بقعة ليزر دقيقة جدًا بالقرب من حد الحيود (عادة 20-50 ميكرون) ، لتحقيق كثافة طاقة عالية للغاية.

◎ التطبيقات: هل كان الحل السائد في المراحل المبكرة ؛ لا تزال تستخدم اليوم في التطبيقات التي تتطلب تحكمًا صارمًا في مدخلات الحرارة ، مثل بطاريات الأفلام الرقيقة - وهياكل محددة في خلايا بطارية الطاقة.

2. quasi - موجة مستمرة (QCW) لحام الليزر

◎ المزايا: مدخلات حرارة منخفضة نسبيا ، مما يقلل من الأضرار الحرارية للبنية الداخلية لخلايا البطارية ؛ السيطرة الفعالة على الركض.

◎ العيوب: سرعة اللحام عادة ما تكون أبطأ من اللحام بالليزر المستمر.

◎ مبدأ: يوفر طاقة عالية في وضع نبض ، ولكن مع تردد نبض عالي ، مما يتيح تكوين التماس اللحام المستمر. يولد طاقة ذروة عالية للغاية داخل كل دورة نبض ، على الرغم من أن متوسط ​​الطاقة أقل.

◎ التطبيقات: عندما يتم لحام الحرارة - المواد الحساسة (مثل خلايا البطارية) ، فإن QCW هو خيار مهم لتقليل التأثيرات الحرارية قدر الإمكان.

3. لحام الليزر الهجين (لحام الليزر الهجين)

◎ المزايا: يقلل بشكل كبير من الركض والمسامية ، ويحسن نعومة سطح التماس اللحام ، ويوفر تسامحًا أعلى للفجوات ، ويؤدي إلى عملية لحام أكثر استقرارًا. هذا هو حاليا الحل الرئيسي - النهائي لمعالجة مشكلات التعثر.

◎ العيوب: تكوين نظام أكثر تعقيدًا وتكلفة أعلى.

◎ ليزر الألياف (FL): مسؤول عن اللحام العميق بالاختراق ، وتوفير القدرة على الاختراق العالية.

◎ ليزر أشباه الموصلات (SL):مسؤول عن التسخين والتبريد الخاضع للرقابة ؛ يتميز بقعة شعاع أكبر مع توزيع طاقة موحدة.

المبدأ: ليس تصنيف نوع ليزر واحد ، بل استراتيجية مشتركة. التكوين الأكثر شيوعًا هو ليزر ليزر الألياف + أشباه الموصلات (fl - sl hybrid).

◎ التطبيقات: High - End Power Battery Butbar Welding ، وخاصة مناسبة للعملاء الذين لديهم متطلبات "التسامح الصفري" للترشيات.

تحدد فئة التكنولوجيا هذه كيفية توجيه الليزر وتطبيقه على المادة ، مما يؤثر بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج والمرونة.

1. لحام البصريات الثابتة (البصريات الثابتة)

◎ مبدأ: يظل رأس الليزر ثابتًا ، في حين يتم تحقيق مسار اللحام عن طريق تحريك قابلية العمل (أو استخدام روبوت لتحريك قطعة العمل).

◎ الميزات: بنية النظام البسيطة ، ولكن كفاءة أقل وسوء المرونة. نادراً ما تستخدم في خطوط إنتاج السرعة العالية-.

2. اللحام الماسح الضوئي Galvo (اللحام الماسح الضوئي Galvo)

◎ المزايا: سرعة عالية للغاية ، مع الكفاءة تتجاوز بكثير طرق الحركة الميكانيكية ؛ تتيح البرمجة المرنة للغاية اللحام بسهولة لأنماط ثنائية الأبعاد المعقدة المختلفة.

◎ العيوب: نطاق مسح محدود (عادة داخل "حقل واحد") ، يتطلب حركة روبوت للمناطق خارج الحقل ؛ متطلبات تسطيح عالية داخل الحقل لتجنب إزالة التركيز.

◎ مبدأ: يستخدم High - Speed ​​Galvo Mirror Motors لتعكس شعاع الليزر ، مما يتيح انحرافًا سريعًا داخل الطائرة ضمن التحكم في البرنامج ، وتحقيق Millisecond -.

◎ التطبيقات: التكنولوجيا المهيمنة للحام السلسلة الكهروضوئية الحالية ولحام بطارية الطاقة/الحزمة.

3. اللحام التذبذب / التذبذب

◎ المزايا: يزيد بشكل فعال من عرض اللحام ، مما يؤدي بشكل كبير إلى تحسين التسامح مع فجوات التجميع ؛ يثير حمام السباحة المنصهر لتعزيز الهروب من الغاز ، ويقلل من المسامية والركض ؛ يحسن تكوين التماس لحام.

◎ العيوب: يقلل قليلاً من أقصى سرعة لحام.

◎ مبدأ: يدمج وحدة التذبذب (عادةً ما يتم تدافع الكهرومغناطيسي أو لفائف الصوت) في رأس اللحام ، مما يتيح حزمة الليزر إلى التذبذب بسرعة وارتفاع - على طول نمط محدد مسبقًا (على سبيل المثال ، دائري ، الشكل- ثمانية ، خطي).

◎ التطبيقات: أصبحت ميزة قياسية لتعزيز جودة اللحام buSbar - خاصة بالنسبة للمواد الألومنيوم - وهي مدمجة عادة مع الماسحات الضوئية أو الأنظمة الآلية.

4. لحام تقسيم الشعاع (تقسيم الشعاع)

◎ المزايا: تم تحسين كفاءة الإنتاج بشكل كبير ، مما يتيح اللحام المتزامن لنقاط اللحام المتعددة أو طبقات.

◎ العيوب: نظام بصري معقد ؛ توزيع الطاقة الموحد بين الحزم أمر بالغ الأهمية ؛ تكلفة أعلى.

◎ مبدأ: يستخدم المكونات البصرية لتقسيم شعاع ليزر واحد إلى حزم متعددة (على سبيل المثال ، 2 في 1 ، 4 في 1) ، مما يسمح لحام متزامن في مواقع متعددة.

◎ التطبيقات: مناسبة لسيناريوهات إنتاج الكفاءة العالية- ، مثل اللحام في وقت واحد نقاط متعددة في آلات اللحام السلسلة الضوئية.

ماكينة لحام الليزر في جلفو

1. واحد - لحام الطبقة

النهج الأكثر شيوعًا ، حيث يتم تشعيع شعاع الليزر مباشرة على سطح بوسبر ومحطة الخلية (أو الشريط الكهروضوئي والخلايا الشمسية) للحام.

2. لحام الاختراق

يستخدم في المقام الأول للهياكل في بطاريات الطاقة حيث يغطي موصل (أو بوسار) محطة الخلية. عادةً ما يتم تعيين تركيز الليزر على سطح الموصل ، مما يسمح للطاقة بالاختراق من خلال الموصل وتشكيل تجمع منصهر على سطح الطرفية ، وتحقيق الترابط المعدني. مطلوب التحكم الدقيق في إدخال الطاقة لمنع حرق - من خلال.

3. لحام مجموعات المواد المختلفة

الألومنيوم - إلى - لحام الألومنيوم: الأكثر شيوعًا ، لكن الألومنيوم لديه انعكاس بالليزر عالي ويعرضة للمسامية والبطيخ ، مما يجعله تحديًا تقنيًا. غالبًا ما يتم تناولها باستخدام تقنيات اللحام المتذبذبة أو التقنيات اللحام الهجينة.

COPPER - إلى - لحام النحاس: النحاس لديه انعكاس أعلى وموصلية حرارية ممتازة ، مما يتطلب كثافة طاقة أعلى والتحكم في المعلمة أكثر دقة.

Aluminum - إلى - لحام المعادن غير المتجانسة النحاسية: النوع الأكثر صعوبة. إنه يميل إلى تكوين مركبات متعددة الأطوار الهشة (IMCs) ، والتي يمكن أن تحلل الموصلية الكهربائية والقوة الميكانيكية. هناك حاجة إلى تقنيات خاصة مثل اللحام العالي - (لتقليل مدخلات الحرارة) ، وتذبذب اللحام (لتعزيز انتشار سبيكة موحدة) ، والتحكم في شكل الموجة المتخصصة لقمع نمو طبقة IMC المفرط.

Quasi - جهاز لحام الليزر الموجي المستمر

السبب الجذري التتبع لترشيش بوسار ونقاط الانفجار:

1. المخطط الأول (تحليل الآلية): يساعد المهندسين على فهم الفئات الرئيسية التي قد ينشأ منها الرش.
2. الرسم البياني الثاني (تحليل العيب): يصف العملية المادية لتشكيل الركض ، مما يساعد على فهم "لماذا ينفجر".
3. الرسم البياني الثالث (السبب الجذري التتبع): هي الأداة الأكثر أهمية لحل المشكلة. يتتبع الظاهرة إلى العوامل النهائية الأكثر تحديداً وقابلة للتنفيذ ويمكن التحكم فيها.

تسلسل استكشاف الأخطاء وإصلاحها الموصى بها للتطبيقات العملية:

1. إعطاء الأولوية لمعلمات العملية: تحقق مما إذا كانت الإعدادات الحالية ضمن نافذة العملية التي تم التحقق منها ، وخاصة قوة الليزر وسرعة اللحام. تحقق فورًا إذا تم تمكين التحكم في السلطة - لأعلى/لأسفل.
2. ثم فحص حالة المعدات: تأكيد ما إذا كان معدل تدفق الغاز الواقي والنقاء يفي بالمتطلبات ؛ تحقق مما إذا كانت أداة التثبيت سليمة ؛ تحقق من استقرار إخراج الليزر (يمكن قياسه بمقياس الطاقة).
3. بعد ذلك ، فحص المواد الواردة: عينة عشوائيا الدفعة الحالية من الأشرطة للتحقق من سماكة طبقة القصدير ونظافة السطح ، ومقارنتها مع دفعات جيدة سابقا.
4. أخيرًا ، تقييم الظروف البيئية: تحقق مما إذا كانت هناك أي تغييرات غير طبيعية في درجة حرارة ورشة العمل أو الرطوبة أو إمدادات الغاز.

فيما يلي أكثر المشكلات التي واجهتها في اللحام بالليزر بالليزر ، إلى جانب أسبابها الجذرية والحلول المقابلة.

1. لحام البرد / قوة اللحام غير الكافية

ظاهرة:

مقاومة ملامسة عالية عند نقطة اللحام ، قوة اتصال ميكانيكية منخفضة ؛ قوة خارجية طفيفة يمكن أن تسبب الانفصال. يُظهر اختبار EL البقع المضيئة المترجمة أو مقاومة سلسلة عالية بشكل غير طبيعي.

الأسباب:

◎ عدم كفاية مدخلات الطاقة: قوة الليزر منخفضة للغاية أو أن سرعة اللحام سريعة جدًا ، مما يؤدي إلى عدم كفاية عمق الاختراق وعدم تكوين الترابط المعدني الفعال.

◎ سوء الاتصال/الفجوة.

◎ تلوث السطح: طبقات الأكسيد ، بقايا الزيت ، أو بقايا التدفق على شبكة الخلية أو ترطيب سطح بوسار.

◎ اختلال شعاع: غلفو اختلال أو خطأ في تحديد المواقع البصرية يؤدي إلى تفويت شعاع الليزر منطقة اللحام المقصودة.

الحلول:

◎ تحسين معلمات الليزر (زيادة الطاقة أو تقليل السرعة) لضمان إدخال الطاقة الكافي.

◎ فحص وضبط لاعبا اساسيا لضمان ضغط موحد ومستقر.

◎ تعزيز تنظيف المواد الواردة والتحكم في النظافة.

◎ معايرة بانتظام ماسح جلفو ونظام الرؤية.

2. حرق - من خلال / cracking الخلايا الشمسية

ظاهرة:

تحترق طاقة الليزر المفرطة من خلال ركيزة السيليكون من الخلية الشمسية ، مما يسبب تجزئة الخلايا أو microcracks. يظهر اختبار EL بقع داكنة واضحة أو خطوط مظلمة.

الأسباب:

◎ مدخلات الطاقة المفرطة: قوة الليزر مرتفعة للغاية ، وسرعة اللحام بطيئة للغاية ، أو أن وقت السكن البقع الليزري طويل جدًا.

◎ موقف التركيز غير لائق: تقع النقطة البؤرية أسفل سطح الخلية الشمسية ، مما يؤدي إلى طاقة مركزة بشكل مفرط.

◎ سماكة الخلية غير المتناسقة: تسبب الاختلافات في سماكة الخلايا الشمسية الواردة أن تكون مناطق أرق أكثر عرضة للحرق - من خلال معلمات ثابتة.

الحلول:

◎ تحسين معلمات الليزر (تقليل الطاقة أو زيادة السرعة).

◎ إعادة معايرة مستوى التركيز للتأكد من أنها على وجه التحديد على سطح الشغل.

◎ فكر في تنفيذ نظام التحكم في التغذية المرتدة في الطاقة الحقيقي - الذي يعدل الطاقة بشكل ديناميكي بناءً على انعكاس السطح أو الإشعاع الحراري.

3

ظاهرة:

يتم طرد قطرات المعادن المنصهرة أثناء اللحام والأرض على سطح الخلية الشمسية أو المنطقة المحيطة. قد يتسبب ذلك في دوائر قصيرة (إذا كانت توصيل الدوائر المجاورة) أو ضعف المظهر أو فقدان المواد عند نقطة اللحام.

الأسباب:

◎ مدخلات الطاقة المفرطة: المعدن يخضع للتبخير السريع والعنف. ضغط البخار يخرج المعدن المنصهر.

◎ قضايا المواد: طلاء BUSBAR (طبقة القصدير) سميك جدًا أو يحتوي على مكونات متطايرة.

◎ غاز واقٍ غير كافٍ: فشل تدفق الغاز غير الكافي في قمع التبخير المتفجر بفعالية للبخار المعدني.

الحلول:

◎ استخدم وظيفة التحكم في التراجع: زيادة أو تقليل قوة الليزر تدريجياً في بداية ونهاية اللحام لتجنب تغييرات الطاقة المفاجئة.

◎ تحسين معدل تدفق الغاز الواقي وزاوية لتغطية أفضل تجمع الذوبان.

◎ اضبط معلمات العملية بشكل مناسب لتحديد نافذة العملية المجانية -.

4. أكسدة السطح / التزامن

ظاهرة:

سطح اللحام خشن ، مظلم ، ويفتقر إلى اللمعان ، مما يؤدي إلى انخفاض الموصلية الكهربائية والأداء الميكانيكي.

الأسباب:

◎ فشل الغاز الواقي: نقاء الغاز غير الكافي ، معدل التدفق المنخفض ، أو انسداد الفوهة يؤدي إلى رد فعل المعادن المنصهرة مع الأكسجين في الهواء.

◎ التلوث البيئي: رديئة جودة الهواء حول منطقة اللحام.

الحلول:

◎ فحص وضمان أن نظام إمداد الغاز الواقي يعمل بشكل صحيح ؛ استخدم الغاز الخامل النقاء العالي - (على سبيل المثال ، 99.999 ٪).

◎ زيادة معدل تدفق الغاز أو تحسين تصميم الفوهة لضمان التغطية الكاملة لمسبح الذوبان.

5. مظهر التماس لحام غير متكافئ

ظاهرة:

عرض اللحام غير المتناسق ، اللحام المتقطع ، وجود الخدوش أو الحدب (camelback).

الأسباب:

◎ المعلمات غير المستقرة: تقلبات في قوة الليزر أو غير - سرعة لحام موحدة.

◎ التغذية غير المتسقة: الاختلافات في سماكة بسبار ، سمك الطلاء ، أو التسطيح.

◎ تراكم الحرارة: أثناء اللحام المستمر ، تؤثر الحرارة المتبقية من نقاط اللحام السابقة على نقطة اللحام التالية.

الحلول:

◎ أداء صيانة منتظمة على نظام الليزر لضمان إخراج مستقر.

◎ تحكم بدقة جودة المواد الواردة.

◎ أضف وقت التبريد في مسار اللحام أو استخدم وضع اللحام - لتفريق التأثيرات الحرارية.