CN100550435C - 一种太阳能电池板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池板及其制作方法，在所述太阳能电池板的PCB板的一面上，设置有至少一组太阳能晶片的贴装位，在每一组贴装位上设置有多个交错分布的焊盘，用于分别连接太阳能晶片的正、负电极；在每一组贴装位上贴装有一太阳能晶片，每一个太阳能晶片构成一单电池；所述PCB板的同一面上还设置有两个电极焊盘，所有由太阳能晶片构成的单电池通过导带串联或并联后分别连接两组电极焊盘，其中，一组电极焊盘作为电源的正极输出，另一组电极焊盘作为电源的负极输出。本发明彻底克服了现有的太阳能电池板必须手工焊接的不足，提供了一种PCB板的结构设计方案，用于率先采用先进的SMT工艺进行高效大批量的太阳能电池板的生产。

Description

一种太阳能电池板及其制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池板的设计技术领域，尤其涉及一种太阳能电池板及其制作方法。
背景技术
太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。
目前，常用的太阳能晶片的正负电极分别分布在电池晶片的两面。对于这样的太阳能晶片，必须采用手工焊接的方式，在电池晶片的两面分别用导线焊接并引出太阳能晶片的正、负电极，然后将太阳能晶片手工粘贴在PCB板上并将引线焊接在PCB板上，如图1所示。这样的制作方式，极大地影响了生产效率和产品的可靠性，无法实现高效率大批量的生产。
但是，随着大众对新能源的开发和使用，以及大众环保节能意识的提高，使得对太阳能电池的需求越来越大。因此，就需要改进对太阳能电池板结构的设计，用于满足大批量生产的需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池板及其制作方法，其太阳能电池板可以广泛应用于太阳能灯具和移动电源上，而且可以采用SMT工艺进行大批量生产，提高了制作的生产效率和产品的可靠性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的太阳能电池板，在所述太阳能电池板的PCB板的一面上，设置有至少一组太阳能晶片的贴装位，在每一组贴装位上设置有多个交错分布的焊盘，用于分别连接太阳能晶片的正、负电极；在每一组贴装位上贴装有一太阳能晶片，每一个太阳能晶片构成一单电池；所述PCB板的同一面上还设置有两个电极焊盘，所有由太阳能晶片构成的单电池通过导带串联或并联后分别连接两组电极焊盘，其中，一组电极焊盘作为电源的正极输出，另一组电极焊盘作为电源的负极输出。
其中，在所述PCB板的同一面上，每一个太阳能晶片的两侧分别设置有一测试点，其中，一个测试点通过导带连接所有与该太阳能晶片正电极相连的焊盘，另一个测试点通过导带连接所有与该太阳能晶片的负电极相连的焊盘。其中，在每一贴装位内，连接太阳能晶片同一电极的导带上设置有至少一个焊盘。每一个太阳能晶片为切割成长度是30～40mm或40～50mm的太阳能小晶片，每一个太阳能小晶片至少有一组正负电极。
其中，在所述贴装位内，连接太阳能晶片正电极的导带及焊盘宽度小于太阳能晶片的正电极宽度，连接太阳能晶片负电极的导带及焊盘宽度小于太阳能晶片的负电极宽度。
其中，在所述每个电极焊盘上设置有两个元件通孔，用于通过跳线将电极引向所述PCB板的另一面。其中，所述PCB板上设置有至少两个定位孔，用于自动贴片流程中进行精确对位。
上述太阳能电池板的制作方法，所述方法按照以下步骤进行：A、根据需求绘制电路制作PCB板，在PCB板的一面上设置至少一组太阳能晶片的贴装位，在每一组贴装位上设置多个交错分布的焊盘，用于分别连接太阳能晶片的正、负电极；在所述PCB板的同一面上还设置两组电极焊盘，与太阳能晶片正、负电极相连的所有焊盘通过导带分别连接两组电极焊盘，其中，一组电极焊盘作为电源的正极输出，另一组电极焊盘作为电源的负极输出；B、在所述PCB板上设置丝网印刷指示定位线，并在丝网印刷中指明贴片方向；C、将所述PCB板定位，并采用SMT工艺在所述PCB板上贴装太阳能晶片，制作太阳能电池板。其中，所述步骤C中，采用耐高温的粘合剂对每一个太阳能晶片进行预固定，如粘合剂可以优选红胶，以及采用辅助定位夹具对太阳能晶片进行定位。
本发明的太阳能电池板的结构设计，可以结合以美国SUNPOWER公司为代表的新型高效太阳能晶片(如图2所示，此种特殊结构太阳能晶片其正电极和负电极在太阳能电池晶体的同一面上)和SMT工艺(表面安装技术，简称SMT)进行高效大批量生产，使得这种结构的太阳能电池板的光电转换效率高达22％，而且其产品具有结构紧凑、体积小、耐振动、抗冲击，性能优、生产效率高等优点。
本发明彻底克服了现有的太阳能电池板必须手工焊接的不足，率先采用先进的SMT工艺设计，是一种新型PCB太阳能电池板，尤其是能适用于高效批量生产，并且能提高产品性能及可靠性、降低生产成本。本发明的太阳能电池板能广泛用于太阳能草坪灯、庭院灯、路灯及移动电源上。
附图说明
图1为现有技术中太阳能电池板的结构示意图；
图2为新型太阳能晶片的结构示意图；
图3为本发明太阳能电池PCB印制板的电路设计结构示意图；
图4为图3的PCB印制板封装后的结构示意图；
图5为采用图3结构的PCB板的太阳能电池板的结构示意图；
图6为本发明太阳能电池PCB印制板的另一实施例的结构示意图；
图7为本发明太阳能电池PCB印制板的又一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的技术方案。
如图3和图4所示，本发明主要提供了一种太阳能电池板的结构设计方案。本发明太阳能电池板的PCB板的结构如图3所示，在PCB板200的一面上设置有至少一组太阳能晶片的贴装位210，其用于自动或手动贴装太阳能晶片，在每一组贴装位200上设置有多个交错分布的焊盘211，用于分别连接太阳能晶片的正、负电极；在PCB板200的同一面上还设置有两组电极焊盘240，与太阳能晶片正、负电极相连的所有焊盘211通过导带(230、231、232)分别连接两组电极焊盘240，其中，一组电极焊盘240作为电源的正极输出，另一组电极焊盘240作为电源的负极输出。在上述结构的PCB板200的各组贴装位210上采用手动或自动的方式贴装太阳能晶片(此概念包括太阳能晶片的切片，下同)后，封装即可形成本发明所说的太阳能电池板，如图5所示，在每一组贴装位上贴装一太阳能晶片，而每一个太阳能晶片构成一单电池，其正、负电极通过与其相连的焊盘211和导带(231、232)将单电池的正、负电极引向太阳能晶片的两侧，然后所有由太阳能晶片构成的单电池通过导带(230)串联或并联后分别连接上述两组电极焊盘，为用户提供不同大小的电压和电流。当然上述每组电极焊盘可以设置为两个焊盘，各组焊盘适当错开。根据不同场合的需求，设计大小不同或不同规格的PCB板。
上述太阳能电池板PCB板的结构设计主要是为了应用正、负电极均在同一面的太阳能晶片，并采用SMT工艺实现大批量的贴片生产。以美国SUNPOWER公司为代表的新型高效太阳能晶片，此种太阳能晶片具有特殊的结构，其太阳能晶片的正、负电极均分布在电池晶片的同一面上，对于不同型号，其正电极宽度约为0.9mm、或1.1mm、或1.3mm、或1.5mm，负电极宽度约为0.23mm、或0.29mm、或0.28mm、或0.4mm，正、负电极间的间距约为0.33mm、或0.3mm、或0.37mm、或0.2mm。每一组电极可提供的电压约为0.6V，通过串联可提供更高电压。选取不同的长度，可提供不同的电流；通过并联，可提供更大的电流。因此，根据不同的设计需要，每一个太阳能晶片可以为切割成长度是30～40mm或40～50mm的太阳能小晶片，每一个太阳能小晶片要至少有一组正负电极，如双电极、三电极、四电极等多电极的太阳能小晶片，然后再贴装在PCB板上进行串、并联，得到所需的电流、电压。
采用太阳能晶片的切片来设计太阳能电池时，需要根据太阳能小晶片的规格，来制定PCB板上贴装位等的大小。如图3所示，其设置了7组用于贴装太阳能小晶片的的贴装位210，其中，每个小晶片的尺寸大约为42mm×6mm或42mm×7mm(由不同的晶片种类作相应切割)。在PCB板上保留三组正负电极，其正负极分别并联，而整板采用七块晶片相互串联后输出可达到4.2V电压、80mA的电流，而整个PCB板的尺寸可以为60mm×60mm。在PCB板的中间可以设计两个电极焊盘240，并在每个电极焊盘中设置有两个元件通孔，其可通过跳线将电源的输出电极连接到PCB板200的另一面，这一结构设计可以应用到其他实施例中。如图6和图7所示，本发明还给出了另两个PCB板的实施例。图6中，每个太阳能晶片的尺寸为31mm×6mm(或31mm×7mm)，保留三组正负电极，正负极分别并联。整板采用两块太阳能晶片串联后输出可达到1.2V电压、50mA的电流，而整个PCB板的尺寸为46mm×19mm。如图7中，每个太阳能晶片的尺寸为31mm×4mm(或31mm×5mm)，保留两组正负电极，正负极分别并联，而整板采用四块晶片串联后输出可达到2.4V电压、35mA的电流。而整个PCB板的尺寸为60mm×60mm的方形和直径65mm的圆形，中间设计焊盘，对于圆形的PCB板在定位时，可以多设计几个定位孔300，便于在采用SMT工艺进行批量生产时进行精确定位。
如图3和图4所示，在PCB板的同一面上，每一个太阳能晶片(即每一组贴装位210)的两侧还分别设置有一测试点220，用于对每一个太阳能晶片构成的单电池所提供的电压或电流进行测试，便于对采用SMT工艺大批量生产的太阳能电池板进行通断测试，保证产品的批量合格率。图5中，每一个太阳能晶片左边的测试点220通过导带(即图3中的231)连接所有与该太阳能晶片正电极相连的焊盘211，而其右边的测试点220通过导带(即图3中的232)连接所有与该太阳能晶片的负电极相连的焊盘211。从图3至图7可以看出，这一结构特征也可以应用其他实施例中，同样在封装PCB板后，测试点需要裸露在外，便于自动贴装太阳能晶片后对其进行测试。
从图3中可以看出，在进行PCB设计时，在贴装位210内，连接太阳能晶片正电极的导带231及焊盘211的宽度小于太阳能晶片的正电极宽度，连接太阳能晶片负电极的导带232及焊盘211的宽度小于太阳能晶片的负电极宽度，这样做是为了在进行自动贴装焊接时，有效避免正、负极发生短路的现象。例如，如果本发明采用上述正电极宽度约为0.9mm、负电极宽度约为0.23mm的结构和尺寸大小的太阳能晶片，则在贴装位内，连接太阳能晶片正电极的导带231的宽度可以为0.3～0.4mm，连接太阳能晶片负电极的导带232的宽度可以为0.1～0.29mm，最优选择是0.2mm。而且在图3还可以可见，在PCB板的同一面上，在每一组贴装位210内，连接太阳能晶片同一电极的导带上设置有至少一个焊盘，并且要保证在设置多个焊盘时，各个焊盘之间具有一定的间隔，交错排列，这样做是为了在进行自动贴装焊接时，有效避免电极发生断路的现象。
从以上结构描述可以看出，本发明的太阳能电池板可以采用小规格的太阳能晶片，也就是说可以利用废弃太阳能晶片板进行切割后制成小晶片，再根据需要通过本发明的PCB板设计方案进行组合制成太阳能电池，这样做可以有效地降低太阳能电池板的制作成本、减少了资源的浪费。
本发明还提供了一种制备太阳能电池的制作方法，所述方法按照以下过程进行：
首先，根据需求绘制电路制作PCB板，在PCB板的一面上设置至少一组太阳能晶片的贴装位，用于自动贴装太阳能晶片，在每一组贴装位上设置多个交错分布的焊盘，用于分别连接太阳能晶片的正、负电极；在上述PCB板的同一面上还设置两组电极焊盘，与太阳能晶片正、负电极相连的所有焊盘通过导带分别连接两组电极焊盘，其中，一组电极焊盘作为电源的正极输出，另一组电极焊盘作为电源的负极输出。
这一过程中，为了降低制造成本，可以采用单面板布线设计，选择低成本的纸质PCB板材或防火PCB板材，根据SMT的工艺特点，板厚以1.2mm～1.6mm左右为宜，并且根据不同的使用要求，可以设计不同的PCB板版型。在PCB板上还需要设置至少两个定位孔(如图3至图7中的定位孔300)，主要是为了在自动贴片流程中进行精确对位，防止板滑动，从而影响太阳能晶片的贴装效果。
然后，在上述PCB板上设置丝网印刷指示定位线，并在丝网印刷中指明贴片方向，这样做是为了便于每个太阳能晶片在采用SMT工艺时能精确定位及避免贴反，而且还可以避免在大批量制造过程中电极开路或短路现象的发生。
其次，将上述PCB板定位，并采用SMT工艺在所述PCB板上贴装太阳能晶片，制作太阳能电池板。由于使用的太阳能晶片厚度仅有270μm，易碎、易折断。因此，在进行上述SMT生产工艺时还需要注意以下几点：
1、针对不同规格的太阳能晶片设计上料托盘或编带；
2、针对不同规格的太阳能晶片设计专用的吸嘴及相适应的模具夹具进行手工或自动贴片，如吸嘴的头可以适当延长，以适应长方形太阳能晶片的需要，并采用辅助定位夹具对太阳能晶片进行定位；
3、为防止太阳能晶片在回流焊过程中发生位移，要在贴片同时采用耐高温的粘合剂对每个太阳能晶片进行预固定，如红胶；
4、为防止PCB板变形，要合理设定回流焊炉的各温区炉温，这可以根据SMT生产工艺要求导出，属于现有技术的公知常识。
综上所述，在本发明的PCB板的结构设计中，需要根据对太阳能晶片的精确测量，精确设计焊盘线宽、分布和间距，并且在进行SMT贴装工艺时还需要注意了上述几个关键点，便可以有效地进行太阳能电池板的大批量生产。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种太阳能电池板，其特征在于，在所述太阳能电池板的PCB板的一面上，设置有至少一组太阳能晶片的贴装位，在每一组贴装位上设置有多个交错分布的焊盘，用于分别连接太阳能晶片的正、负电极；
在每一组贴装位上贴装有一太阳能晶片，每一个太阳能晶片构成一单电池；
所述PCB板的同一面上还设置有两个电极焊盘，所有由太阳能晶片构成的单电池通过导带串联或并联后分别连接两组电极焊盘，其中，一组电极焊盘作为电源的正极输出，另一组电极焊盘作为电源的负极输出。
2、根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，在所述PCB板的同一面上，每一个太阳能晶片的两侧分别设置有一测试点，其中，一个测试点通过导带连接所有与该太阳能晶片正电极相连的焊盘，另一个测试点通过导带连接所有与该太阳能晶片的负电极相连的焊盘。
3、根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，在每一贴装位内，连接太阳能晶片同一电极的导带上设置有至少一个焊盘。
4、根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，每一个太阳能晶片为切割成长度是30～40mm或40～50mm的太阳能小晶片，每一个太阳能小晶片至少有一组正负电极。
5、根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，在所述贴装位内，连接太阳能晶片正电极的导带及焊盘宽度小于太阳能晶片的正电极宽度，连接太阳能晶片负电极的导带及焊盘宽度小于太阳能晶片的负电极宽度。
6、根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，在所述每个电极焊盘上设置有两个元件通孔，用于通过跳线将电极引向所述PCB板的另一面。
7、根据权利要求1所述的太阳能电池板，其特征在于，所述PCB板上设置有至少两个定位孔，用于自动贴片流程中进行精确对位。
8、一种太阳能电池板的制作方法，其特征在于，所述方法按照以下步骤进行：
A、根据需求绘制电路制作PCB板，在PCB板的一面上设置至少一组太阳能晶片的贴装位，在每一组贴装位上设置多个交错分布的焊盘，用于分别连接太阳能晶片的正、负电极；在所述PCB板的同一面上还设置两组电极焊盘，与太阳能晶片正、负电极相连的所有焊盘通过导带分别连接两组电极焊盘，其中，一组电极焊盘作为电源的正极输出，另一组电极焊盘作为电源的负极输出；
B、在所述PCB板上设置丝网印刷指示定位线，并在丝网印刷中指明贴片方向；
C、将所述PCB板定位，并采用SMT工艺在所述PCB板上贴装太阳能晶片，制作太阳能电池板。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，采用粘合剂对每一个太阳能晶片进行预固定。
10、根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤C中，采用辅助定位夹具对太阳能晶片进行定位。
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