[发明专利]超薄金属材料焊接工艺

说明书

本发明涉及一种超薄金属材料焊接工艺，包括以下步骤：S01对待焊的材料表面进行激光表面处理，在表面形成微纳尺度的金属凸起或颗粒；S02采用焊接工艺对激光处理后的材料进行焊接，在低焊接热输入下实现超薄金属材料的高性能连接。与现有技术相比，本发明可在低焊接热输入下，实现界面的可靠连接，从而避免焊接热造成的材料损伤。

技术领域

本发明属于太阳能电池连接技术领域，涉及一种用于降低超薄金属材料焊接临界热输入的激光表面处理方法。

背景技术

与传统供能器件相比，太阳能电池具有诸多独特优势：可持续、无污染、无噪声、重量轻、可弯折(柔性太阳能电池)、稳定可靠，在建筑、交通、通讯、海洋、气象、航天等领域有着广泛应用。太阳能电池组件通常由几十片至数百片的电池片通过串并联构成，具体来说，电池片之间通常由高导电材料金属制成的互连片相连形成电流通路，因此，互连片与电池片、互连片与互连片之间的连接质量直接作用于电池的可靠性。

一般来说，互连片为微米级厚的金属箔(如银箔)；电池片的电极表面为高导电材料镀层(如银、金、铜)，下方为半导体层，衬底为玻璃或高分子材料。对于互连片焊接来说，高的焊接热输入极易造成箔片焊穿，造成强度与导电性的大幅下降；而对于电池片焊接来说，高的焊接温度极易损害半导体层以及高分子衬底，这会造成电池的导电性下降甚至失效。

因此，解决以上问题，减少焊接过程对焊件的影响，对于太阳电池的制造具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供超薄金属材料焊接工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：超薄金属材料焊接工艺，包括以下步骤：

S01对待焊的材料表面进行激光表面处理，在表面形成微纳尺度的金属凸起或颗粒；

S02采用焊接工艺对激光处理后的材料进行焊接，材料表面的微纳尺度的金属凸起或颗粒可在低于材料熔点的温度下发生熔化，在焊接过程中，处于连接界面的微纳金属凸起或颗粒发生熔化和凝固，获得界面的冶金连接，进而在低焊接热输入下实现超薄金属材料的高性能连接。

进一步地，所述的待焊的材料为厚度为1～500μm的超薄金属材料或具有同等厚度金属镀层的材料，待焊的材料包括太阳能电池的互连片与电池片、互连片与互连片之间的连接。

进一步地，所述的激光表面处理是采用超快激光在待焊的材料表面进行处理。

进一步地，所述的超快激光为飞秒激光或皮秒激光。

进一步地，所述的激光表面处理的轨迹采用平行线排布或交叉的平行线排布形式，相邻平行线间隔为0.5～50μm。

进一步地，所述的激光表面处理步骤为，首先采用酒精或其他清洁剂对于材料待处理表面进行清洁，除去表面污染物，将清洁后的材料固定于工作台面上，确保样品待加工表面平整无翘曲，采用超快激光对材料待加工区域进行表面处理，激光功率设置为10～30mW，波长为450～550nm，脉宽为260～300fs，脉冲频率为0.5～3 MHz，激光扫描速度为5～15mm/s。

进一步地，激光表面处理后在材料表面形成微纳尺度的金属凸起或颗粒的大小为10nm～1μm，密度为每平方微米10～5000个。

进一步地，所述的焊接工艺为电阻焊或热压焊。

进一步地，一次焊接的材料层数为2层以上。

进一步地，所述的焊接工艺的临界热输入一般为常规未经激光表面处理的焊接临界热输入的20％-50％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：