高性能光伏铜带的研究与开发

【摘要】：太阳能用光伏铜带是太阳能电池中重要的枢纽,起着传输与汇聚电能的作用。为进一步提高太阳能电池的光电效率,除开发更高效的电池片以外,减小电能在传输过程中的损耗也至关重要;同时,降低晶体硅电池片焊接时的碎片率也能带来巨大经济效益的提升。经过几个阶段的分析测试与试验研究,得出以下结论:(1)应用ANSYS有限元软件模拟分析热浸镀制备的光伏焊带的冷却过程及太阳能电池片的焊接过程,并结合其他学者在金属材料的塑性变形与该材料弹性模量之间关系的研究,发现应制备低表面硬度的光伏铜带,这能降低成品光伏焊带中的残余应力同时能减小因铜带产生应变而作用于晶体硅电池片的应力。(2)为保证太阳能用光伏铜带的高导电率及性能稳定性,须严格控制带坯中氧含量并减少气孔数量;单道次加工率宜小,同时为更好控制成品带材性能,控制其精轧加工率(60%);上述工艺制备的铜带采用450℃×2h退火工艺得其第三方检测结果:导电率102.7%IACS,抗拉强度224MPa,显微维氏硬度45.8HV,延伸率45%。(3)工业试制于实际生产线上进行,结合实验室阶段研究结果,确定了光伏铜带的实际生产工艺:以优化后的熔炼铸造工艺生产的光伏铜带铸坯内部品质(晶粒细小均匀、气孔夹渣等缺陷少)和表面质量俱佳;粗轧时,道次加工率宜小且分布平缓;中轧时带材加工率保持在50%~60%为宜;精轧时,轧制厚度为0.1mm~0.25mm的光伏铜带时,后张力控制在5KN左右比较适合;采用400℃~450℃×7h退火钟罩炉退火工艺对0.7~1.0mm厚冷轧态光伏铜带进行中间退火,可获得组织性能良好的退火态光伏铜带,并为后续加工做好良好的铺垫;采用650℃×32~45m/min气垫式退火炉退火工艺对铜带中间退火,退火后组织性能良好;成品退火时,采用650℃×95m/min的气垫式退火炉工艺对加工率为50.4%、厚度为0.124mm进行成品退火,获得综合性能最佳的光伏铜带。(4)结合工业试制的试验经验与产品实际规格的需求,产业化生产时,对光伏铜带的轧制工艺进行了略微调整,产品性能优异:光伏铜带Cu纯度高达99.9953%,氧含量仅为8ppm,抗拉强度达223.67MPa,表面维氏硬度仅为46.7,表面粗糙度为0.15μm。(5)本试验所生产的高性能太阳能用光伏铜带产品获得了用户的一致好评,并为公司带来了良好的经济效益。 【关键词】：光伏 铜带 抗拉强度 导电率 硬度
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-22
• 1.1 光伏产业发展概况9-12
• 1.1.1 光伏效应及应用9-10
• 1.1.2 光伏产业发展现状10-12
• 1.2 太阳能电池概述12-14
• 1.2.1 太阳能电池类别12-13
• 1.2.2 太阳能电池发展过程13
• 1.2.3 晶体硅太阳能电池13-14
• 1.3 光伏组件的封装14-15
• 1.4 光伏铜带研究进展15-17
• 1.4.1 光伏铜带概述及行业现状15-16
• 1.4.2 光伏铜带对光伏组件效率的影响16
• 1.4.3 光伏铜带生产工艺16-17
• 1.5 ANSYS模拟技术的应用17-19
• 1.5.1 ANSYS模拟软件简介及发展过程17-18
• 1.5.2 ANSYS应用现状18
• 1.5.3 光伏铜带中应用的模拟技术18-19
• 1.6 光伏组件应用中出现的问题19-20
• 1.7 本文主要研究目标及内容20-22
• 1.7.1 研究目标20
• 1.7.2 研究内容20-21
• 1.7.3 研究难点及创新点21
• 1.7.4 课题来源21-22
• 第二章试验方法22-25
• 2.1 试验流程22-24
• 2.2 试验材料及设备24
• 2.3 检测设备24-25
• 第三章 基于ANSYS的模拟分析25-32
• 3.1 镀锡后冷却过程模拟分析25-29
• 3.2 光伏铜带对电池片焊接过程的影响分析29-30
• 3.3 小结30-32
• 第四章 工艺条件对光伏铜带组织性能的影响32-43
• 4.1 铸造工艺及铸造组织性能分析32-34
• 4.2 轧制工艺及冷轧组织性能分析34-38
• 4.3 退火工艺及退火组织性能分析38-42
• 4.4 实验室小结42-43
• 第五章 工业试制及产业化研究43-58
• 5.1 工业试制水平连铸工艺及带坯组织性能分析43-46
• 5.1.1 水平连铸工艺优化43-45
• 5.1.2 带坯组织性能分析45-46
• 5.2 工业试制轧制工艺及铜带组织性能分析46-50
• 5.2.1 粗轧工艺及铜带组织性能分析46-48
• 5.2.2 中轧工艺及铜带组织性能分析48-49
• 5.2.3 精轧工艺及铜带组织性能分析49-50
• 5.3 工业试制退火工艺及铜带组织性能分析50-53
• 5.3.1 钟罩炉退火工艺及铜带组织性能影响50-51
• 5.3.2 气垫式连续退火炉退火工艺及铜带组织性能影响51-53
• 5.4 工业试制小结53-54
• 5.5 产业化工艺制定54-55
• 5.5.1 熔炼铸造54
• 5.5.2 高精度太阳能用光伏铜带轧制54-55
• 5.5.3 光伏铜带热处理55
• 5.6 产业化成果55-57
• 5.6.1 产品性能55-56
• 5.6.2 目标完成情况56-57
• 5.7 产品的经济、社会效益57-58
• 第六章 结论58-60
• 参考文献60-63
• 附件63-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间的研究成果69-70

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