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加纳原位热循环条件下 c-Si 太阳能光伏电池互连中 Sn60Pb40 和 Sn3.8Ag0.7Cu（无铅）焊料的蠕变损伤研究
摘要：使用等效蠕变应变、累积蠕变应变和累积蠕变能量密度方法对 c-Si 太阳能光伏电池中焊接互连件的蠕变损伤进行了数值研究。该研究使用了三年（2012-2014 年）期间光伏 (PV) 模块户外风化数据来生成温度循环曲线，这些曲线作为热负荷和边界条件，用于研究焊接互连件在暴露于实际条件下时的热机械响应。还使用了之前研究中确定的 2012-2014 年数据的测试区域平均 (TRA) 温度循环。利用构成典型太阳能电池的组成材料的适当本构模型来生成准确的材料响应，以评估热循环造成的损坏。本研究模拟了两种形式的焊接互连件：Sn60Pb40 (SnPb) 和 Sn3.8Ag0.7Cu (无铅)。使用累积蠕变应变法对热循环载荷产生的互连损伤进行分析的结果显示，在 TRA、2012、2013 和 2014 年温度循环中，无铅焊料互连的损伤大于锡铅焊料互连。从锡铅到无铅的百分比变化分别为 57.96%、43.61%、44.87% 和 45.43%。这表明在 TRA 条件下无铅焊料受到了严重的损伤。累积蠕变能量密度 (ACED) 方法的结果显示，在 TRA 热循环期间用无铅焊料互连替换锡铅焊料互连后，累积蠕变能量密度的百分比变化为 71.4%（从 1.3573 × 10 5 J/mm 3 到 2.3275 × 10 5 J/mm 3 ）。在加纳库马西的 KNUST 测试点，研究结果表明，Sn60Pb40 焊料互连可能比无铅焊料互连更可靠。本研究采用的系统技术将对热机械可靠性研究界大有裨益。本研究还为光伏设计和制造工程师提供了有用的信息，帮助他们设计出坚固耐用的光伏模块。