本发明涉及电子封装基光伏焊带用钎料技术领域，尤其涉及一种光伏焊带用锡银基钎料合金及其制备方法。
背景技术：
随着科技的发展，太阳能利用的技术越来越成熟，而将太阳能转化成为电能时则需要光伏效应，光伏效应的发生又依赖于光伏焊带，光伏焊带又称镀锡铜带，在无氧铜带上镀上一层锡基钎料，是太阳能电池组件中重要的枢纽部分，其起着传输和汇集电池片所产生的电流的关键作用，当焊带质量较差时它的电流收集效率较低，二者有着密切的联系。在焊接过程中由于硅片焊接后经历瞬间冷却，而光伏焊带与电池硅片的热膨胀系数不匹配造成较大的焊接应力，使得焊点发生隐裂或碎片现象。另外在太阳能电池片的单片焊接和片接的互联过程中，焊接区域周围受热不均匀产生较大的温差，也会造成焊点局部应力集中导致焊接失效。
sn-pb二元焊料因其具有熔点低(183℃)、来源广泛、润湿性能好及综合力学性能优越，而被广泛应用于光伏焊带领域。但由于pb与含pb化合物具有毒性，对于人体和环境会造成极大的损害。随着人们环保意识的增强，开发和研究无铅焊料来代替传统sn-pb二元焊料迫在眉睫。锡银基钎料具有剪切强度、蠕变抗力、疲劳行为优越的特点，使接头更为可靠；但其共晶熔点为221℃，相比较sn-pb其熔点高出38℃，过高的熔点会导致钎焊温度的升高，钎焊过程中对光伏板造成损坏。
因此目前降低锡银基钎料熔点亟不可待，具有深远的显示意义和广阔的应用前景。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光伏焊带用锡银基钎料合金，该合金熔点低、导电率好、钎焊性能优良。
本发明的另一目的在于提供一种光伏焊带用锡银基钎料合金的制备方法，该方法简单，操作方便，便于批量化生产。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种光伏焊带用锡银基低熔点钎料合金，包括以下质量百分比的原料组分：ag0.5wt.％-3.5wt.％、cu0.3wt.％-1wt.％、bi1.0wt.％-5.0wt.％、ni0.01wt.％-0.35wt.％、pr0.01wt.％-0.3wt.％和v0.01wt.％-0.5wt.％，余量为sn。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进在于：
优选的，所述光伏焊带用锡银基低熔点钎料合金还包括：ti0.01wt.％-0.8wt.％。
进一步优选的，所述光伏焊带用锡银基低熔点钎料合金还包括：in10.0wt.％-20.0wt.％。
进一步优选的，所述光伏焊带用锡银基低熔点钎料合金还包括：zr0.01wt.％-0.2wt.％。
技术方案二：
一种光伏焊带用锡银基低熔点钎料合金的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将纯度为99.99％的锡、银、铜放入刚玉坩埚中，在真空环境中进行熔炼，待原材料完全熔化后保温30～60min，并且每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金a；
步骤2，将合金a等量分为两份，取其中一份与铋、钒在真空环境下进行熔炼，待全部熔化后保温30～60min，每10min搅拌一次，倒入模具冷却，得到合金b；
步骤3，取另一份合金a加入刚玉坩埚中，向其中加入镍、镨，在真空环境下进行熔炼，待其全部熔化后保温30～60min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金c；
步骤4，将合金b和合金c放入刚玉坩埚中，在真空环境下进行熔炼，保温30～60min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后冷却，即可。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进在于：
优选的，步骤2中，所述与铋、钒在真空环境下进行熔炼时，加入钛。
进一步优选的，步骤2中，所述与铋、钒在真空环境下进行熔炼时，还加入铟。
进一步优选的，步骤2中，所述与铋、钒在真空环境下进行熔炼时，还加入锆。
优选的，步骤1至步骤4中，真空度分别为-0.1mpa-0.1mpa。
优选的，步骤1，熔炼温度为在1000℃～1200℃；步骤2中，熔炼温度为800～1000℃；步骤3中，熔炼温度为1000～1500℃；步骤4中，熔炼温度为450～500℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的光伏焊带用锡银基钎料合金的熔点与sn-pb相近，导电率较好，钎焊性能优良；
(2)本发明的锡银基钎料合金在铜基板上的润湿性能和铺展性能优良，有利于光伏焊带的制备；
(3)本发明的锡银基钎料合金的制备方法简单，操作方便，可用于批量化生产。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的原料组分为：银1.5wt.％，铜0.5wt.％，铋2.0wt.％，镍0.03wt.％，钒0.08wt.％，余量为锡。
按照上述各原料组分及其质量百分比配制光伏焊带用锡银基钎料合金的原料，在真空环境下进行熔炼，真空度为-0.1mpa-0.1mpa。制备方法按以下步骤进行：
步骤1：称取纯度为99.99％的锡958.9g、银15g、铜5g放入刚玉坩埚中，在真空环境中进行熔炼，熔炼温度为在1000℃，待原材料完全熔化后保温30min，并且每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金a；
步骤2：将合金a等量分为两份，取其中一份与铋20g、钒8g在真空环境下进行熔炼，熔炼温度为800℃，待全部熔化后保温30min，每10min搅拌一次，倒入模具冷却，得到合金b。
步骤3：取另一份合金a加入刚玉坩埚中，向其中加入镍3g，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为1000℃，待其全部熔化后保温30min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金c。
步骤4：将合金b和合金c放入刚玉坩埚中，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为450℃，保温30min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后冷却，即可得到光伏焊带用锡银基钎料合金。
对实施例1得到的光伏焊带用锡银基钎料合金进行性能测试，得到其熔点为217℃，导电率为7.86ms/m，铺展率为81.5％。
实施例2
本实施例提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的原料组分为：银1.5wt.％，铜0.8wt.％，铋3.0wt.％，镍0.08wt.％，钒0.03wt.％，钛0.02wt.％，余量为锡。
按照上述所述各原料组分及重量百分比配制光伏焊带用锡银基钎料合金，在真空环境下进行熔炼，真空度为-0.1mpa-0.1mpa。制备方法按以下步骤进行。
步骤1：称取纯度为99.99％的锡945.7g、银15g、铜8g放入刚玉坩埚中，在真空环境中进行熔炼，熔炼温度为在1200℃，待原材料完全熔化后保温45min，并且每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金a；
步骤2：将合金a等量分为两份，取其中一份与铋30g、钒3g钛2g在真空环境下进行熔炼，熔炼温度为900℃，待全部熔化后保温45min，每10min搅拌一次，倒入模具冷却，得到合金b。
步骤3：取另一份合金a加入刚玉坩埚中，向其中加入镍8g，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为1200℃，待其全部熔化后保温45min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金c。
步骤4：将合金b和合金c放入刚玉坩埚中，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为450℃，保温45min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后冷却，即可得到光伏焊带用锡银基钎料合金。
对实施例2制得的光伏焊带用锡银基钎料合金进行性能测试，得到其熔点为217.4℃，导电率为7.79ms/m，铺展率为82.6％。
实施例3
本实施案例提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的原料组分为：银2.0wt.％，铜0.8wt.％，铋2.5wt.％，镍0.25wt.％，钒0.16wt.％，钛0.3wt.％，镨0.08wt.％，余量为锡。
按照上述所述各原料组分及重量百分比配制光伏焊带用锡银基钎料合金，在真空环境下进行熔炼，真空度为-0.1mpa-0.1mpa。制备方法按以下步骤进行。
步骤1：称取纯度为99.99％的锡939.1g、银20g、铜8g放入刚玉坩埚中，在真空环境中进行熔炼，熔炼温度为在1200℃，待原材料完全熔化后保温60min，并且每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金a；
步骤2：将合金a等量分为两份，取其中一份与铋25g、钒1.6g钛3g在真空环境下进行熔炼，熔炼温度为1000℃，待全部熔化后保温60min，每10min搅拌一次，倒入模具冷却，得到合金b。
步骤3：取另一份合金a加入刚玉坩埚中，向其中加入镍2.5g、镨0.8g，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为1500℃，待其全部熔化后保温60min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金c。
步骤4：将合金b和合金c放入刚玉坩埚中，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为500℃，保温30～60min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后冷却，即可得到光伏焊带用锡银基钎料合金。
对实施例3制得的光伏焊带用锡银基钎料合金进行性能测试，得到其熔点为217.8℃，导电率为7.82ms/m，铺展率为83.5％。
实施例4
本实施案例提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的原料组分为：银2.0wt.％，铜1.0wt.％，铋3.0wt.％，镍0.3wt.％，钒0.15wt.％，钛0.25wt.％，镨0.1wt.％，铟15.0wt.％，余量为锡。
按照上述所述各原料组分及重量百分比配制光伏焊带用锡银基钎料合金，在真空环境下进行熔炼，真空度为-0.1mpa-0.1mpa。制备方法按以下步骤进行。
步骤1：称取纯度为99.99％的锡782g、银20g、铜10g放入刚玉坩埚中，在真空环境中进行熔炼，熔炼温度为在1000℃，待原材料完全熔化后保温30min，并且每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金a；
步骤2：将合金a等量分为两份，取其中一份与铋30g、钒1.5g钛2.5g、铟150g在真空环境下进行熔炼，熔炼温度为800℃，待全部熔化后保温30min，每10min搅拌一次，倒入模具冷却，得到合金b。
步骤3：取另一份合金a加入刚玉坩埚中，向其中加入镍3g、镨1g，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为1000℃，待其全部熔化后保温60min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金c。
步骤4：将合金b和合金c放入刚玉坩埚中，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为500℃，保温30～60min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后冷却，即可得到光伏焊带用锡银基钎料合金。
对实施例4制得的光伏焊带用锡银基钎料合金进行性能测试，得到其熔点为181.6℃，导电率为7.93ms/m，铺展率为83.8％。
实施例5
本实施案例提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的原料组分为：银2.0wt.％，铜1.0wt.％，铋3.0wt.％，镍0.3wt.％，钒0.15wt.％，钛0.25wt.％，镨0.1wt.％，铟15.0wt.％，锆0.08wt.％，余量为锡。
按照上述所述各原料组分及重量百分比配制光伏焊带用锡银基钎料合金，在真空环境下进行熔炼，真空度为-0.1mpa-0.1mpa。制备方法按以下步骤进行。
步骤1：称取纯度为99.99％的锡781.2g、银20g、铜10g放入刚玉坩埚中，在真空环境中进行熔炼，熔炼温度为在1200℃，待原材料完全熔化后保温30min，并且每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金a；
步骤2：将合金a等量分为两份，取其中一份与铋30g、钒1.5g钛2.5g、铟150g、锆0.8g在真空环境下进行熔炼，熔炼温度为900℃，待全部熔化后保温30min，每10min搅拌一次，倒入模具冷却，得到合金b。
步骤3：取另一份合金a加入刚玉坩埚中，向其中加入镍3g、镨1g，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为1000℃，待其全部熔化后保温30min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金c。
步骤4：将合金b和合金c放入刚玉坩埚中，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为450℃，保温30～60min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后冷却，即可得到光伏焊带用锡银基钎料合金。
对实施例5制得的光伏焊带用锡银基钎料合金进行性能测试，得到其熔点为183.2℃，导电率为7.89ms/m，铺展率为84.2％。
对比例1
本实施案例提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的原料组分为：银1.5wt.％，铜0.5wt.％，铋2.0wt.％，镍0.03wt.％，余量为锡。
按照上述所述各原料组分及重量百分比配制光伏焊带用锡银基钎料合金，在真空环境下进行熔炼，真空度为-0.1mpa-0.1mpa。制备方法按以下步骤进行：
步骤1：称取纯度为99.99％的锡959.7g、银15g、铜5g放入刚玉坩埚中，在真空环境中进行熔炼，熔炼温度为在1200℃，待原材料完全熔化后保温30min，并且每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金a；
步骤2：将合金a等量分为两份，取其中一份与铋20g在真空环境下进行熔炼，熔炼温度为1000℃，待全部熔化后保温30min，每10min搅拌一次，倒入模具冷却，得到合金b。
步骤3：取另一份合金a加入刚玉坩埚中，向其中加入镍0.3g，磷0.1g，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为1000℃，待其全部熔化后保温30min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金c。
步骤4：将合金b和合金c放入刚玉坩埚中，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为450℃，保温30min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后冷却，即可得到光伏焊带用锡银基钎料合金。
对对比例1制得的光伏焊带用锡银基钎料合金进行性能测试，得到其熔点为216.3℃，导电率为7.84ms/m，铺展率为80.1％。
对比例2
本实施案例提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的原料组分为：银1.5wt.％，铜0.8wt.％，铋3.0wt.％，镍0.08wt.％、钒0.03wt.％，余量为锡。
按照上述所述各原料组分及重量百分比配制光伏焊带用锡银基钎料合金，在真空环境下进行熔炼，真空度为-0.1mpa-0.1mpa。制备方法按以下步骤进行：
步骤1：称取纯度为99.99％的锡945.9g、银15g、铜8g放入刚玉坩埚中，在真空环境中进行熔炼，熔炼温度为在1000℃，待原材料完全熔化后保温30min，并且每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金a；
步骤2：将合金a等量分为两份，取其中一份与铋30g、钒0.3g在真空环境下进行熔炼，熔炼温度为900℃，待全部熔化后保温45min，每10min搅拌一次，倒入模具冷却，得到合金b。
步骤3：取另一份合金a加入刚玉坩埚中，向其中加入镍0.8g、磷0.3g，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为1500℃，待其全部熔化后保温60min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金c。
步骤4：将合金b和合金c放入刚玉坩埚中，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为500℃，保温60min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后冷却，即可。
对对比例2制得的光伏焊带用锡银基钎料合金进行性能测试，得到其熔点为216.9℃，导电率为7.81ms/m，铺展率为81.3％。
对比例3
本实施案例提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的原料组分为：银2.0wt.％，铜0.8wt.％，铋2.5wt.％，镍0.25wt.％、镨0.08wt.％，余量为锡。
按照上述所述各原料组分及重量百分比配制光伏焊带用锡银基钎料合金，在真空环境下进行熔炼，真空度为-0.1mpa-0.1mpa。制备方法按以下步骤进行：
步骤1：称取纯度为99.99％的锡943.7g、银20g、铜8g放入刚玉坩埚中，在真空环境中进行熔炼，熔炼温度为在1200℃，待原材料完全熔化后保温60min，并且每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金a；
步骤2：将合金a等量分为两份，取其中一份与铋25g在真空环境下进行熔炼，熔炼温度为800℃，待全部熔化后保温30min，每10min搅拌一次，倒入模具冷却，得到合金b。
步骤3：取另一份合金a加入刚玉坩埚中，向其中加入镍2.5g、镨0.8g，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为1000℃，待其全部熔化后保温30min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后得到合金c。
步骤4：将合金b和合金c放入刚玉坩埚中，在真空环境下进行熔炼，其熔炼温度为500℃，保温30min，每10min搅拌一次，取出倒入模具后冷却，即可。
对比例3制得的光伏焊带用锡银基钎料合金进行性能测试，得到其熔点为216.8℃，导电率为7.79ms/m，铺展率为80.4％。
对上述实施例1～5与对比例1～3制得的锡银基合金采用差热扫描热仪(dsc)进行熔点测试，分别得出实施例1制得锡银基钎料合金熔点为217℃，实施例2制得锡银基钎料合金熔点为217.4℃，实施例3制得锡银基钎料合金熔点为217.8℃，实施例4制得锡银基钎料合金熔点为181.6℃，实施例5制得锡银基钎料合金熔点为183.2℃。对比例1制得锡银基钎料合金熔点为216.3℃，对比例2制得锡银基钎料合金熔点为216.9℃，对比例3制得锡银基钎料合金熔点为216.8℃。
对比以上可知，加入铟元素和锆元素可明显改善钎料合金的熔点，由此可知，本发明的锡银基钎料合金的熔点接近sn-pb合金，但没有使用有毒的pb，其性能符合光伏电池板钎焊工艺要求。
对上述实施例1～6和对比例1～3制得的锡银基合金样品进行铺展率测试，并与普通sn60pb40合金和sn3.0ag0.7cu钎料合金进行对比，普通sn60pb40合金和普通sn3.0ag0.7cu钎料合金的润湿率分别为79.2％和80.9％。
铺展率测试按照gb11364～89的要求进行测试，采用40mm×40mm×0.1mm的紫铜片上进行铺展试验，合金试样质量取0.2g，每个合金试样的质量误差为±0.1％。将合金试样放置于紫铜片表面并采用松香进行助焊，使用箱式电阻炉在tm+50℃条件下保温60s进行润湿试验。取出后测试出铜片表面焊料的铺展率。测量3次取其平均值，实施例1～实施例5分别为81.5％、82.6％、83.5％、83.8％、84.2％，对比例1～对比例3铺展率分别为80.1％、81.3％、80.4％。
由此实验结果可知，实施例1的铺展率高于对比例1，这说明通过添加v元素能适当提高钎料的铺展率；实施例2的铺展率高于对比例2，这说明通过添加ti元素能够改善钎料的铺展率；实施例3的铺展率显著高于对比例3，这是由于实施例3中v和ti的双重作用显著提高了钎料的铺展率。对比实施例3与实施例4的铺展率，实施例4的铺展率大于实施例3，说明铟元素加入可改善钎料铺展性能；对比实施例4与实施例5的铺展率，实施例5的铺展率大于实施例4，说明锆元素加入可改善钎料铺展性能。
通过对比sn60pb40(79.2％)、sn3.0ag0.7cu(80.9％)钎料合金与实施例1～实施例5铺展率得出，本发明所提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的润湿率明显优于普通sn60pb40合金和sn3.0ag0.7cu钎料合金。
对上述实施例1～5和对比例1～3制得的锡银基合金样品进行导电性能测试，并与普通sn60pb40合金和sn3.0ag0.7cu合金进行对比，其中，普通sn60pb40合金的导电率为6.75ms/m，普通sn3.0ag0.7cu合金的导电率为7.82ms/m；对每种钎料取5个点进行测试并求取其平均值。实施例1～实施例5分别为7.86ms/m、7.79ms/m、7.82ms/m、7.93ms/m、7.89ms/m，对比例1～对比例3导电率分别为7.84ms/m、7.81ms/m、7.79ms/m。
通过实施例1与对比例1进行比较，说明v元素对于钎料的导电率有提升作用；实施例3的导电率大于对比例3，说明微量ti、v元素的双重作用对于钎料导电率有增加作用；实施例3与实施例4进行对比，实施例4的导电率高于实施率3说明in元素的加入可改善钎料导电率。
通过对比sn60pb40、sn3.0ag0.7cu钎料合金与实施例1～实施例5铺展率得出，本发明所提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的导电率明显优于sn60pb40，接近或优于sn3.0ag0.7cu钎料合金。
综上所述，本发明所提供的光伏焊带用锡银基钎料合金的熔点与sn-pb合金相近，并且导电率接近或优于锡银基钎料，钎焊性能优良；在铜基板上的润湿性能和铺展性能优于sn-pb合金和锡银基钎料，其润湿性能和铺展性能优良，有利于光伏焊带的制备。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。