La saldatura laser di BusBar è una tecnologia di lavorazione di precisione che utilizza un fascio di densità di energia - - - come fonte di calore per sciogliere accuratamente le barre di bus (tipicamente tin - rame rivestite) su celle solari e le linee della griglia cellulare, formando quindi una connessione elettrica affidabile. Offre vantaggi come l'alta velocità, il calore piccolo - zona interessata, la deformazione minima e la facilità di automazione, rendendolo uno dei processi chiave nelle moderne linee di produzione del modulo fotovoltaico (PV).
Configurazione chiave del sistema di saldatura laser
Un tipico sistema di saldatura laser Busbar consiste principalmente dai seguenti componenti, la cui configurazione influisce direttamente sulla qualità della saldatura:
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Componente |
Parametri di configurazione di descrizione e chiave |
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1. Fonte laser |
Tipo: in genere utilizza laser a fibre onde - continue (ad es. IPG, Raycus), grazie alla loro eccellente qualità del raggio e ad alta efficienza. Lunghezza d'onda: circa 1070 nm, che offre un buon assorbimento da parte dei materiali di rame e stagno. Potenza: regolabile tra 200 W e 1000 W a seconda della capacità di produzione e dello spessore del materiale. La stabilità della potenza è di fondamentale importanza. |
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2. Sistema di scansione Galvo |
Core Component: High - Speed Galvanometer Scanner (Galvo), che devia il raggio laser tramite specchi in movimento per consentire una scansione del percorso rapida e complessa. Accuratezza e velocità: alti - motori di precisione assicurano un posizionamento accurato, con un movimento di velocità - alto che corrisponde al ritmo della linea di produzione. Lens Field: F - Lice theta, garantendo coerenza del piano focale in tutta l'area di scansione. |
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3. Sistema di monitoraggio del processo |
Sistema di visione CCD: utilizzato per un posizionamento preciso di celle solari e barre di bus, compensando il disallineamento materiale. Monitoraggio della qualità della saldatura: integra sensori come pennacchio, acustico o rilevamento del plasma (ad es. PPI, coerente) per rilevare anomalie in tempo reale durante la saldatura, come schizzi o saldature scadenti (saldatura fredda). |
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4. Sistema di fissaggio e serraggio |
Posizionamento e serraggio: lo stadio di posizionamento di precisione garantisce un posizionamento accurato delle celle solari. Gli strumenti di serraggio elastici (ad es. Strisce di silicone) premono delicatamente la barra del bus contro la superficie cellulare durante la saldatura, garantendo un contatto stretto e prevenendo uno scarso legame. |
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5. Sistema di gas protettivo |
Tipo di gas: in genere utilizza alto - Purity azoto (N₂) o argon (AR). Funzione: impedisce al metallo fuso (in particolare alla stagno) di ossidazione ad alte temperature, che potrebbero formare scorie di ossido e influenzare la resistenza alla saldatura e la conducibilità elettrica. La progettazione dell'ugello e la portata del gas devono essere ottimizzate. |
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6. Sistema di controllo del software |
Programmazione del percorso: abilita l'impostazione flessibile dei percorsi di saldatura (in genere righe o più linee di segmento -), punti di avvio/end, tempi di ritardo di on/off laser, ecc. Gestione dei parametri: consente un controllo preciso e una gestione delle ricette di parametri come potenza laser, velocità di saldatura, frequenza e forma d'onda. |
Intervallo tipico dei parametri di saldatura:
- Potere laser: (Dipende dallo spessore del materiale e dalla velocità di saldatura)
- Velocità di saldatura: 100–500 mm/s
- Dimensione del punto: 50–200 μm
- Modulazione della forma d'onda: Può usare forme d'onda pulsate o continue; La potenza viene talvolta ridotta all'inizio e alla fine della saldatura per ridurre al minimo gli schizzi.
Classificazione per modalità raggio laser e caratteristiche di output
Questo è il metodo di classificazione più fondamentale, determinando direttamente la modalità di input energetica e la qualità della saldatura finale.
1. Singolo - modalità (singolo - modalità / modalità fondamentale) saldatura laser
◎ Vantaggi: Alta profondità - a - Rapporto di larghezza della cucitura della saldatura, velocità di saldatura rapida, calore piccolo - Zona interessata (HAZ), adatto alla saldatura di precisione e alle applicazioni di materiale sottile.
◎ Svantaggi: Richiede tolleranze di assemblaggio estremamente strette (comunemente indicate come "gap zero"); Altrimenti, Burn - attraverso o difetti sono altamente probabili.
◎ Principio: Genera un punto laser molto fine vicino al limite di diffrazione (in genere 20-50 μm), raggiungendo una densità di energia estremamente elevata.
◎ Applicazioni: Era la soluzione mainstream nelle prime fasi; Ancora oggi utilizzato in applicazioni che richiedono un rigoroso controllo dell'input di calore, come batterie a pellicola - sottili e strutture specifiche nelle celle della batteria di alimentazione.
2. Quasi - Wave continuo (QCW) saldatura laser
◎ Vantaggi: Input di calore relativamente basso, che riduce il danno termico alla struttura interna delle celle della batteria; Controllo di schizzi efficaci.
◎ Svantaggi: La velocità di saldatura è in genere più lenta della saldatura laser a onda continua.
◎ Principio: Offre un'elevata energia in modalità pulsata, ma con un'alta frequenza di impulso, consentendo la formazione di una cucitura continua di saldatura. Genera potenza di picco molto elevata all'interno di ciascun ciclo di impulsi, sebbene la potenza media sia inferiore.
◎ Applicazioni: Quando salda il calore - Materiali sensibili (come le celle della batteria), il QCW è una scelta importante per ridurre al minimo gli effetti termici il più possibile.
3. Saldatura laser ibrida (saldatura laser ibrida)
◎ Vantaggi: Riduce in modo significativo gli schizzi e la porosità, migliora la levigatezza della superficie della cucitura della saldatura, offre una maggiore tolleranza alle lacune e si traduce in un processo di saldatura più stabile. Questa è attualmente la soluzione di fine - mainstream per affrontare i problemi di schizzi.
◎ Svantaggi: Configurazione del sistema più complessa e costi più elevati.
◎ Laser in fibra (FL): Responsabile della saldatura di penetrazione profonda, fornendo elevata capacità di penetrazione.
◎ laser a semiconduttore (SL):Responsabile del preriscaldamento e del raffreddamento controllato; Dispone di un punto di raggio più grande con distribuzione di energia uniforme.
Principio: non una singola classificazione del tipo laser, ma piuttosto una strategia combinata. La configurazione più comune è il laser a semiconduttore Laser + Fiber (fl - SL Hybrid).
◎ Applicazioni: High - End Power Battery Busbar Welding, particolarmente adatto ai clienti con requisiti di "tolleranza zero" per gli schizzi.
Classificazione mediante tecnologia di scansione e elaborazione del raggio
Questa categoria di tecnologia determina come il laser è diretto e applicato al materiale, influenzando direttamente l'efficienza e la flessibilità della produzione.
1. Saldatura di ottica fissa (ottica statica)
◎ Principio: La testa laser rimane stazionaria, mentre il percorso di saldatura viene raggiunto spostando il worktable (o usando un robot per spostare il pezzo).
◎ Caratteristiche: Semplice struttura del sistema, ma minore efficienza e scarsa flessibilità. Attualmente raramente utilizzato in linee di produzione di velocità - alte.
2. Saldatura scanner Galvo (saldatura scanner Galvo)
◎ Vantaggi: Velocità estremamente elevata, con efficienza di gran lunga superando i metodi di movimento meccanico; La programmazione altamente flessibile consente una facile saldatura di vari modelli 2D complessi.
◎ Svantaggi: Intervallo di scansione limitato (in genere all'interno di un singolo "campo"), che richiede un movimento robot per le aree al di fuori del campo; Elevati requisiti di planarità all'interno del campo per evitare di sfociare.
◎ Principio: Usa High - Speed Galvo Mirror Motors per riflettere il raggio laser, abilitando una rapida deflessione all'interno del piano sotto il controllo del software, raggiungendo millisecond - cambio di posizione di livello.
◎ Applicazioni: La tecnologia dominante per l'attuale saldatura a stringa fotovoltaica e la saldatura del modulo/pacchetto della batteria di alimentazione.
3. saldatura oscillante / oscillata
◎ Vantaggi: Aumenta efficacemente la larghezza della saldatura, migliorando significativamente la tolleranza alle lacune dell'assemblaggio; Muove la piscina fusa per promuovere la fuga di gas, riducendo la porosità e gli schizzi; Migliora la formazione di cuciture di saldatura.
◎ Svantaggi: Riduce leggermente la velocità di saldatura massima.
◎ Principio: Integra un modulo di oscillazione (tipicamente elettromagnetico o vocale guidato) nella testa di saldatura, consentendo al raggio laser di oscillare in frequenza - in rapido e alto - lungo uno schema predefinito (ad esempio, circolare, figura - otto, linear).
◎ Applicazioni: È diventata una funzionalità standard per migliorare la qualità della saldatura Busbar - in particolare per i materiali in alluminio - ed è comunemente integrato con scanner Galvo o sistemi robotici.
4. Scatto a trave di saldatura (scissione del raggio)
◎ Vantaggi: L'efficienza di produzione è significativamente migliorata, consentendo la saldatura simultanea di più punti di saldatura o cuciture.
◎ Svantaggi: Sistema ottico complesso; La distribuzione di energia uniforme tra i raggi è fondamentale; Costo più elevato.
◎ Principio: Utilizza componenti ottici per dividere un singolo raggio laser in più raggi (ad es. 2 in 1, 4 in 1), consentendo la saldatura simultanea in più posizioni.
◎ Applicazioni: Adatto per scenari di produzione di efficienza - elevati, come saldare contemporaneamente più punti nelle macchine per saldatura a stringa fotovoltaica.
Saldatura laser a scansione galvo
Classificazione mediante strategia di saldatura e applicazione materiale
1. Singolo - saldatura a livello
L'approccio più comune, in cui il raggio laser è direttamente irradiato sulla superficie della barra bus e del terminale cellulare (o nastro fotovoltaico e cella solare) per la saldatura.
2. Saldatura di penetrazione
Utilizzato principalmente per le strutture nelle batterie di alimentazione in cui un connettore (o Busbar) copre il terminale cellulare. Il focus laser è in genere impostato sulla superficie del connettore, consentendo all'energia di penetrare attraverso il connettore e formare un pool fuso sulla superficie terminale, raggiungendo il legame metallurgico. È necessario un controllo preciso dell'input di energia per evitare l'ustione -.
3. Saldatura di diverse combinazioni di materiali
Alluminio - a - saldatura in alluminio: più comune, ma l'alluminio ha un'elevata riflettività laser ed è soggetto a porosità e schizzi, rendendola una sfida tecnica. Spesso affrontato utilizzando tecniche di saldatura o saldatura ibride oscillanti.
Copper - a - saldatura di rame: il rame ha una riflettività ancora più elevata e un'eccellente conduttività termica, che richiede una densità di potenza più elevata e un controllo dei parametri più preciso.
Alluminum - a - saldatura in metallo eterogenea di rame: il tipo più difficile. Tende a formare fragili composti intermetallici (IMC), che possono degradare la conducibilità elettrica e la resistenza meccanica. Sono necessarie tecniche speciali come la saldatura a velocità - elevata (per ridurre l'input del calore), la saldatura oscillante (per promuovere la diffusione uniforme in lega) e il controllo specializzato della forma d'onda per sopprimere l'eccessiva crescita dello strato IMC.
Quasi - saldatura a laser a onda continua
Analisi della causa principale per gli schizzi (punti di esplosione) difetti nella saldatura laser in busta
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Categoria dei difetti |
Manifestazione specifica |
Conseguenze dirette |
Meccanismo centrale |
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Problemi di input di energia |
Numerose gocce di metallo irregolari attorno al punto di saldatura |
Corto circuito, scarso aspetto, contaminazione |
Eccessiva densità di energia provoca vaporizzazione violenta istantanea del metallo; La pressione del vapore espelle il metallo fuso. |
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Problemi di materiale e superficie |
Dimensioni incoerenti di schizzi, superficie di saldatura ruvida |
Scarsa saldatura (saldatura fredda), aumento della resistenza a contatto |
La vaporizzazione e l'espansione delle impurità di rivestimento o dei contaminanti di superficie (ad es. Olio, umidità) attivano schizzi. |
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Problemi di gas protettivi |
Ossidazione annerita nel punto di saldatura, accompagnata da schizzi |
Aumentata fragilità della saldatura, conducibilità elettrica ridotta |
Il fallimento del gas protettivo porta alla reazione tra metallo fuso e aria; La scarsa fluidità e la pressione del vapore irregolare causano schizzi. |
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Stabilità delle attrezzature e del processo |
Fenomeno degli schizzi instabili, qualità fluttuante (buona/cattiva intermittente) |
Fluttuazioni di resa, difficile da controllare |
L'instabilità dei parametri o la condizione di attrezzatura instabile causano anomalie periodiche nell'input di energia o nello stato fisico. |
Analisi della causa principale per gli schizzi di buste e i difetti del punto di esplosione
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Dimensione di analisi |
Contenuto specifico |
Spiegazione ed esempi |
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Caratteristiche dei difetti |
Aspetto macroscopico |
Dents chiaramente visibili, fori (punti di esplosione) sulla cucitura della saldatura, con particelle metalliche irregolari sparse. |
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Aspetto microscopico |
Bordi irregolari delle ammaccature, che mostrano la morfologia del metallo fuso lacerato forzatamente. |
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Metodi di diagnosi |
Ispezione visiva/microscopio |
Osservazione diretta dell'aspetto della saldatura per identificare aree discontinue o contrapposta. |
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Test El |
Macchie luminose nel punto di saldatura (indicando una maggiore resistenza delle serie e riscaldamento localizzato) o macchie scure (che indicano la concentrazione di corrente nelle vicinanze). |
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Monitoraggio offline |
Le telecamere di speed - High possono catturare chiaramente il processo dinamico della vaporizzazione metallica e l'espulsione delle goccioline. |
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Monitoraggio online |
I monitor di segnale plasmatico/ottico integrato attivano allarmi durante la saldatura, indicando segnali anormalmente intensi a quel punto. |
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Impatti diretti |
Prestazioni elettriche |
Scarsa saldatura: la perdita di materiale nei punti di esplosione riduce un'area conduttiva efficace, causando un forte aumento della resistenza di contatto. |
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Prestazioni meccaniche |
Riduzione della forza di connessione: difetti nella resistenza alla trazione inferiore del punto di saldatura, rendendola soggetta a fallimento nei processi successivi. |
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Rischio di affidabilità |
Rischio di hot spot: High - punti di resistenza generano calore continuo durante il funzionamento, causando potenzialmente effetti di hot spot e danneggiando le celle solari. |
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Rischio di sicurezza |
Short Circuit: grandi particelle di schizzi possono colmare i circuiti adiacenti, portando a un modulo corto - guasto del circuito. |
Analisi della causa principale per gli schizzi di buste e i difetti del punto di esplosione
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Categoria causa principale |
Causa radicale specifica |
Soluzioni e misure di ottimizzazione |
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Parametri di processo |
Potere eccessivo |
Condurre doe (progettazione di esperimenti) per identificare una finestra di processo gratuita -; Ridurre adeguatamente la potenza laser. |
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Velocità troppo lenta |
Aumentare la velocità di saldatura per abbreviare i tempi di esposizione al laser e prevenire un eccessivo accumulo di calore. |
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Nessun controllo della rampa |
Abilita la funzione "Ramp Up/Down" (Slope Rise/Fall) per la potenza del laser per garantire una transizione di potenza regolare durante le fasi di avvio/arresto. |
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Troppo piccola dimensione del punto |
Aumentare leggermente la distanza di defocus per ingrandire la dimensione del punto e ridurre la densità di energia di picco. |
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Materiali in arrivo |
Spessore eccessivo di rivestimento in latta su busta |
Rafforzare l'ispezione del materiale in arrivo; Coordinarsi con i fornitori per controllare lo spessore dello strato di stagno nell'intervallo ottimale. |
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Problemi di composizione di stagno |
Confermare il tipo di lega di latta; Evita materiali contenenti - ebollizione - Impurità punti (ad esempio, alcuni rame fosforizzato). |
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Contaminazione superficiale |
Migliorare la gestione della pulizia dei materiali in arrivo e della linea di produzione; Garantire alcun olio, strati di ossido o umidità nell'area di saldatura. |
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Scarsa saldabilità delle linee della griglia |
Feedback al produttore di celle solari per ottimizzare la formulazione della pasta di rete e il processo di stampa/sinterizzazione dello schermo. |
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Stato dell'attrezzatura |
Problemi di gas protettivi |
Controllare l'approvvigionamento di gas: assicurarsi un'elevata purezza del gas (ad es. 99,99% N₂), regolare la portata (~ 15–25 L/min) e assicurarsi che l'ugello sia sbloccato e correttamente angolato verso la piscina di fusione. |
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Pressione di serraggio insufficiente |
Regolare o sostituire i morsetti per garantire un contatto stretto tra la barra bus e la cella solare durante la saldatura, minimizzando la resistenza termica. |
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Potenza di uscita laser instabile |
Calibrare periodicamente l'uscita laser utilizzando un misuratore di potenza per garantire la stabilità. |
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Galvo/Focus Drift |
Eseguire la manutenzione regolare delle attrezzature e l'allineamento del sistema ottico. |
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Guasto del sistema di raffreddamento |
Controllare la temperatura dell'acqua del laser e del refrigeratore per garantire un raffreddamento efficiente e prevenire l'effetto "lente termico". |
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Fattori ambientali |
Alta umidità ambientale |
Controllare l'umidità dell'officina per prevenire la condensa del vapore acqueo sulle superfici dei materiali. |
Causa radicale Traceabilità per gli schizzi di buste e i punti di esplosione:
- Primo grafico (analisi del meccanismo): Aiuta gli ingegneri a comprendere rapidamente le principali categorie da cui possono originare gli schizzi.
- Secondo grafico (analisi dei difetti): Descrive il processo fisico di formazione di schizzi, aiutando a capire "perché esplode".
- Terzo grafico (tracciabilità della causa principale): È lo strumento più critico per risolvere il problema. Traccia il fenomeno ai fattori finali più specifici, attuabili e controllabili.
Sequenza di risoluzione dei problemi consigliati per applicazioni pratiche:
- Dai la priorità ai parametri di processo: Controllare se le impostazioni correnti sono all'interno della finestra di processo verificata, in particolare la potenza del laser e la velocità di saldatura. Verificare immediatamente se la rampa di alimentazione - su/giù il controllo è abilitata.
- Quindi ispezionare lo stato dell'attrezzatura: Confermare se la portata di gas protettiva e la purezza soddisfano i requisiti; Controlla se lo strumento di serraggio è intatto; Verificare la stabilità dell'uscita laser (può essere misurata con un misuratore di potenza).
- Successivamente, esamina i materiali in arrivo: Campionare casualmente l'attuale batch di barre di bus per controllare lo spessore dello strato di stagno e la pulizia della superficie, confrontandoli con lotti precedentemente buoni.
- Infine, valuta le condizioni ambientali: Controlla se ci sono cambiamenti anormali nella temperatura, all'umidità o al fornitura di gas.
Difetti, cause e soluzioni comuni di saldatura
Di seguito sono riportati i problemi più frequentemente riscontrati nella saldatura laser Busbar, insieme alle cause alla radice e alle soluzioni corrispondenti.
1. Saldatura fredda / resistenza alla saldatura insufficiente
Fenomeno:
Elevata resistenza di contatto nel punto di saldatura, bassa resistenza a connessione meccanica; Una leggera forza esterna può causare distacco. Il test EL mostra punti luminosi localizzati o resistenza in serie anormalmente elevate.
Cause:
◎ Ingresso energetico insufficiente: L'energia laser è troppo bassa o la velocità di saldatura è troppo veloce, con conseguente insufficiente profondità di penetrazione e mancata formazione di un legame metallurgico efficace.
◎ Cavo contatto/gap: Pressione di serraggio inadeguata o celle solari deformate creano spazi tra le linee di buste e la griglia cellulare.
◎ Contaminazione della superficie: Strati di ossido, residui di olio o resti di flusso sulla griglia cellulare o sulla superficie della barra del bus ostacola la bagnatura.
◎ disallineamento del raggio: Il disallineamento di Galvo o l'errore di posizionamento visivo fa sì che il raggio laser perdesse l'area di saldatura prevista.
Soluzioni:
◎ Ottimizzare i parametri laser (aumentare la potenza o ridurre la velocità) per garantire un ingresso di energia sufficiente.
◎ Ispezionare e regolare l'apparecchio di serraggio per garantire una pressione uniforme e stabile.
◎ Rafforzare la pulizia dei materiali in arrivo e il controllo della pulizia.
◎ Calibrare regolarmente lo scanner Galvo e il sistema di visione.
2. Burn - attraverso / cracking di celle solari
Fenomeno:
L'energia laser eccessiva brucia attraverso il substrato di silicio della cella solare, causando frammentazione cellulare o microcrack. Il test EL mostra evidenti macchie scure o linee scure.
Cause:
◎ Ingresso energetico eccessivo: L'energia laser è troppo alta, la velocità di saldatura è troppo lenta o il tempo di permanenza dei punti laser è troppo lungo.
◎ posizione di messa a fuoco improprio: Il punto focale si trova sotto la superficie della cella solare, portando a energia eccessivamente concentrata.
◎ Spessore cellulare incoerente: Le variazioni nello spessore delle celle solari in entrata causano le aree più sottili più inclini a bruciare - attraverso parametri fissi.
Soluzioni:
◎ Ottimizzare i parametri laser (ridurre la potenza o aumentare la velocità).
◎ Ricalibra il piano di messa a fuoco per assicurarsi che sia proprio sulla superficie del pezzo.
◎ Prendi in considerazione l'implementazione di un sistema di controllo del feedback dell'energia - reale che regola dinamicamente la potenza in base alla riflettività superficiale o alle radiazioni termiche.
3. Schizzi
Fenomeno:
Le goccioline di metallo fuso vengono espulse durante la saldatura e la terra sulla superficie delle celle solari o sull'area circostante. Ciò può causare cortocircuiti (se si collegano circuiti adiacenti), scarso aspetto o perdita di materiale nel punto di saldatura.
Cause:
◎ Ingresso energetico eccessivo: Il metallo subisce una vaporizzazione rapida e violenta; La pressione del vapore espelle il metallo fuso.
◎ Problemi materiali: Il rivestimento in busta (strato di stagno) è troppo spesso o contiene componenti volatili.
◎ gas protettivo insufficiente: Il flusso di gas inadeguato non riesce a sopprimere efficacemente la vaporizzazione esplosiva del vapore metallico.
Soluzioni:
◎ Utilizzare la funzione di controllo di rampa: aumentare gradualmente o ridurre la potenza laser all'inizio e alla fine della saldatura per evitare improvvise variazioni di potenza.
◎ Ottimizza la portata e l'angolo protettivo del gas per coprire meglio la piscina di fusione.
◎ Regola i parametri di processo in modo appropriato per identificare una finestra di processo gratuita -.
4. Ossidazione / anneri di superficie
Fenomeno:
La superficie della saldatura è ruvida, oscurata e priva di lucentezza, con conseguente riduzione della conducibilità elettrica e prestazioni meccaniche.
Cause:
◎ Incapacità del gas protettivo: Purezza del gas insufficiente, bassa portata o blocco degli ugelli porta a reagire in metallo fuso con ossigeno nell'aria.
◎ Contaminazione ambientale: Scarsa qualità dell'aria intorno all'area di saldatura.
Soluzioni:
◎ Ispezionare e garantire che il sistema di alimentazione del gas protettivo funzioni correttamente; Usa High - Gas inerte Purity (ad es. 99,999%).
◎ Aumentare la portata del gas o ottimizzare il design degli ugelli per garantire la copertura completa della piscina di fusione.
5. Aspetto di cucitura di saldatura irregolare
Fenomeno:
Larghezza incoerente della saldatura, saldatura intermittente, presenza di ammaccature o gobbe (camelback).
Cause:
◎ Parametri instabili: Fluttuazioni in potenza laser o non - velocità di saldatura uniforme.
◎ Alimentazione incoerente: Variazioni nello spessore della barra del bus, dello spessore del rivestimento o della piattaforma.
◎ Accumulo di calore: Durante la saldatura continua, il calore residuo dei precedenti punti di saldatura influisce sul prossimo punto di saldatura.
Soluzioni:
◎ Eseguire una manutenzione regolare sul sistema laser per garantire un'uscita stabile.
◎ Controllare rigorosamente la qualità del materiale in arrivo.
◎ Aggiungi il tempo di raffreddamento nel percorso di saldatura o usa Skip - Modalità di saldatura per disperdere gli effetti termici.