CN101170140A - 一种太阳能组件及其封装方法和专用封装工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能组件，其包括一个PCB板和多个太阳能电池片；所述多个太阳能电池片设置于所述PCB板的一面，并通过从所述太阳能电池片的主栅线引出的电极引线与所述PCB板电连接，且从所述每个太阳能电池片的主栅线引出的电极引线为至少两条。此外，在所述多个太阳能电池片背面接近两侧与所述PCB板之间具有两个连接处，一个连接处为设有锡膏的焊接处，另一个连接处为设有粘接剂的粘接处。并进一步公开了制造上述太阳能组件的封装工具，以及使用该封装工具制造上述太阳能组件的封装方法。使用该封装工具和封装方法可以高效且高质地制备太阳能组件，且该太阳能组件在焊接固化过程中不易碎裂，且其多引线的设置保证了其在使用过程中的电路安全性。

Description

一种太阳能组件及其封装方法和专用封装工具

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种小型太阳能组件及其封装法方法和专用封装工具。

背景技术

随着人类的不断发展，能源消耗越来越大，使得太阳能组件的相关技术工艺成为了全社会大力关注的热点问题。对于太阳能组件本身而言，其工作寿命的长短和封装工艺有着直接的关系。在现有技术中，中国专利CN200520069876公开了一种太阳能灯的电路装置，所述装置包括太阳能电池、控制电路和LED。其中，所述太阳能电池中包含多个经切割后的太阳能电池片，所述太阳能电池片整齐排列在一块PCB板(印刷电路板)的一面上，控制电路装在另一块PCB板上，上述两个PCB板的背面利用胶粘合在一起，从而形成太阳能电池和控制器一体化的草坪灯控制模块。在该专利中，简单地将多个太阳能电池片排列在一起，并没有对其进行限制性的排列，那么其必然存在排列不规整的可能，该不规整的可能在更大程度上显示在所述多个太阳能电池片的上表面条本不在一个水平面上，那么这种形态下的太阳能电池板不利于其在手机等电子设备中的安装，市场利用率很低。此外，在该专利中并没有公开所述多个太阳能电池片和PCB板的连接方式，现有技术中多采用大面积的焊接工艺来实现所述太阳能电池片和PCB板的连接，在上述焊接过程中，由于所述PCB板的焊盘和锡膏的膨胀系数是不同的，所以很容易造成太阳能电池片的碎裂。最为重要的是，在现有技术中，将多个太阳能电池片封装在所述PCB板上时，从所述每个太阳能电池片主栅线上引出并和PCB板相连接的电极引线都是单引线，对于该种引线设计而言，一旦引线损坏，将会造成整个太阳能电池的瘫痪，从而导致设备无法正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种在PCB板上规整排列多个太阳能电池片，并具有多电极引线的连接可靠的太阳能组件，同时进一步公开了上述太阳能组件的封装方法及专用封装工具，以提高封装效率和封装过程中产品的质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下三个技术方案：

一种太阳能组件，包括一个PCB板和多个太阳能电池片；所述多个太阳能电池片设置于所述PCB板的一面，并通过从所述太阳能电池片的主栅线引出的电极引线与所述PCB板电连接；从所述每个太阳能电池片的主栅线引出的电极引线为至少两条。当然可以选择所述从每个太阳能电池片的主栅线引出的电极引线为两条。

其中，所述多个太阳能电池片背面接近两侧与所述PCB板之间具有两个连接处，一个连接处为设有锡膏的焊接处，另一个连接处为设有粘接剂的粘接处。所述粘接剂为硅胶。

此外，还可在所述太阳能电池片的两侧分别设置热固胶覆盖层，其中一侧的热固胶覆盖层沿主栅线至少覆盖住所述电极引线，另一侧的热固胶覆盖层沿所述太阳能电池片主栅线端的横向延伸的另一端至少覆盖住所述多个太阳能电池片的边缘部分。其中，所述热固胶优选双组分热固胶。

上述PCB板可以选择双面PCB板。

一种用于制造上述太阳能组件的封装工具，其包括：一个用于将所述多个太阳能电池片整齐固定于所述PCB板上的定位片，所述定位片具有一个容纳多个太阳能电池片的中空区域，以及一个用于将所述多个太阳能电池片压实于所述PCB板上的压板。其中，所述封装工具还可以包括一个底座，所述底座具有一个容纳并固定PCB板的凹槽。

其中，所述的凹槽深度应该等于或小于所述PCB板加所述太阳能电池片的高度之和。

一种使用上述封装工具来制造上述太阳能组件的封装方法，其包括如下步骤：(1)在PCB板上的前述焊接处和粘接处分别敷上锡膏和粘合剂；(2)将定位片置于经步骤(1)处理后的PCB板上，并在定位片位于PCB板上方的中空部分内依次整齐安放多个太阳能电池片；(3)将压板置于定位片的上方，将所述多个太阳能电池片与PCB板压实；(4)将经压实后的封装有多个太阳能电池片的PCB板以及定位片和压板整体放入回流炉中焊接固化；(5)待封装工具或加设有封装工具的PCB板冷却后，除去定位片和压板，取出PCB板；(6)将从所述每个太阳能电池片主栅线上引出的电极引线焊接到所述PCB板上，即可得到封装后的太阳能组件；其中，所述的粘合剂为硅胶。

也可将经步骤(1)处理后的PCB板放入设置有凹槽的底座内，之后将所述定位片置于所述PCB板的上方。

在上述步骤(6)之后，将热固胶覆盖在电极引线或电极引线和靠近所述电极引线的太阳能电池片的一侧，以及太阳能电池片的横向延伸的另一端和靠近该端的PCB板上；然后将上述PCB板放入烘箱内，保温2～3小时，随炉冷却至室温。其中，所述的热固胶为双组分热固胶。所述烘箱的温度为60～65℃。

在上述封装方法中，所述的粘合剂为硅胶。所述步骤(4)中的回流炉焊接固化时间为1-6min；所述回流炉中的温度控制为在1-2min内温度从20℃上升到150℃，在2-4min内温度恒定为140℃，在4-5min内温度从150℃上升到230℃，在5-6min内温度从230℃降低到220℃。所述步骤(5)中的封装工具冷却为随所述回流炉冷却；所述回流炉的温度冷却速率为70-75℃/min。步骤(6)中所述的焊接为超声波焊接。

所述PCB板为双面PCB板，所述多个太阳能电池片设置于所述双面PCB板的一面。

所述热固胶的覆盖采用点胶工艺。

本发明公开的技术具有如下优点：

(1)太阳能组件中多引线的设置，保证了在单一引线损坏的前提下，另外的引线保证太阳能组件的电路连通，进而保证设备的正常运行；

(2)所述多个太阳能电池片和PCB板的连接采用一端焊接一端粘接的方式，有效地减小了二者之间的接触面积，降低了所述安装有多个太阳能电池片的PCB板在回流炉焊接固化过程中，由于温度升高，位于PCB板上的焊盘以及锡膏的膨胀系数不同，从而引起太阳能电池片的碎裂的可能性；

(3)采用超声波焊接技术将每片太阳能电池片主栅线引出的引线使用超声波焊接技术将其焊接到PCB板上，该技术大大减小了焊点的面积，相应地大大释放了太阳能硅片的有效吸光面积，提高了太阳能组件的工作效率；

(4)为了保证引线以及太阳能电池片的寿命，本发明采用点胶技术将双组分热固胶覆盖于引线及PCB板上，该点胶技术的使用大大提高了覆盖胶层的均匀度和平整性，从而加快了其固化效率；

(5)本发明还独创了太阳能组件的封装工具，简单实用，造价低廉，操作简便，实现了在PCB板上规整排列多个太阳能电池片，还能保持所述多个太阳能电池片的上表面为一平面。

附图说明

图1是本发明太阳能组件的结构示意图；

图2是本发明所述的太阳能组件的优化结构示意图；

图3是本发明太阳能组件封装方法的工艺流程图；

图4是本发明太阳能组件的专用封装工具的使用状态示意图；

图5是本发明太阳能组件的PCB板上涂覆焊膏和粘接剂的相应位置示意图；

附图中各标号分别表示为：底座-101；定位片-102；压板-103；太阳能电池片-201；PCB板-202；主栅线-203；电极引线-204；连接处-205；覆盖层-206。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但应当说明的是，这些实施例仅用于说明本发明所述的组件、工具和方法，而并不能将本发明的范围局限于此。

如图1所示为本发明太阳能组件的结构示意图，该图显示的是从每个太阳能电池片201的主栅线203引出双电极引线的实施例；当然，作为可以选择的实施例，本发明所述的从每个太阳能电池片201的主栅线203引出的电极引线204可以为三条或更多。本发明所述的太阳能组件包括PCB板202，以及设置在PCB板202上的多个太阳能电池片201，所述多个太阳能电池片201整齐排列于PCB板202上设置有焊盘的一面上；所述的整齐排列需实现多个太阳能电池片201横向两端位于一条直线上，且其上表面均处于一个平面。此外，在所述太阳能电池片201背面(即所述太阳能电池片201与所述PCB板202的连接面)的接近两侧与所述PCB板202之间具有两个连接处205(参见图5)，一个连接处205为设置有锡膏的焊接处，另一个连接处205为设有粘接剂的粘接处；所述靠近电极引线204的连接处205，可以是焊接处，也可以设置为粘接处，那么在该处选择设置焊接处时，相应地远离电极引线204的连接处205则是粘接处。其中，本发明所述的太阳能组件还在多个太阳能电池片201的同一侧还设置主栅线203，并从每个太阳能电池片201的主栅线203中引出两条电极引线204，电极引线204被焊接到PCB板202上，实现与所述PCB板202的电连接。

上述太阳能组件的工作原理如下：首先，太阳能电池片201吸收照射在其表面的光线，并通过光电转换器将光能转化为电能，转化成的电能以电子的形式存在于太阳能电池片201中；然后，电子通过所述电极引线204被引入所述PCB板202上的电路中，PCB板202上的电路将接收到的电子引入与PCB板202连接的输出控制电路中，再进行后续处理。本发明突出的贡献在于，双/多电极引线的设置保证了当太阳能组件中一条电极引线204断开时，双电极引线中另一条电极引线204的设置可以维持太阳能组件上述工作过程的正常进行。

图2示出的是本发明所述的太阳能组件的又一实施例的结构示意图，其在上述太阳能组件的基础上，加设了两个覆盖层206，所述覆盖层206为热固胶覆盖层；其中，一个覆盖层206沿主栅线203覆盖住引线和靠近引线的太阳能电池片201的横向一端，另一个覆盖层206则覆盖住太阳能电池片201沿主栅线203端的横向延伸的另一端和靠近该端的PCB板202上；该实施例的设置是考虑到了在一般情况下，由于铝线的裸露设计，长期使用易引起其磨损断裂，为了更好地保护电极引线204，特在其上以及与其连接的太阳能电池片201上加设覆盖层206；该覆盖层206的设置，将引线完整地包覆在内，但由于其设置宽度有限，所以其覆盖面积也有限，故在后续应用于电子设备中时，其定位面积较小，从而影响到了该组件设置的整体稳定性，故本发明为了解决该问题在与主栅线203端相对的太阳能电池片201的横向另一端和靠近该端的PCB板202上设置另一覆盖层206。

当然，作为上述实施例的另外的可以选择的实施例，也可以仅仅为了保护电极引线204，在所述电极引线204上涂覆热固胶覆盖层，避免其暴露在外，由于使用而引起损坏。也可以在沿太阳能电池板201主栅线203端的横向延伸的另一端仅仅覆盖住所述太阳能电池板201的边缘部分。

此外，需要说明的是：(1)所述太阳能组件的电极引线204的焊接工艺优选超声波焊接，从而保证焊点面积尽可能小，避免了普通焊接工艺由于焊点面积较大，而造成的对太阳能电池硅片有效吸光面积的占用，使得电池转化率降低；(2)电极引线204优选铝线；(3)多个太阳能电池片201的排列方式优选单列排列，该排列方式简单且高效，且排列整齐，极具美观性；此外，作为可以选择的另一方式，所述太阳能电池片201的排列也可以选择阵列排布。以下继续结合附图对太阳能组件的制作工艺步骤进行详细地阐述。

请看图3，图3是本发明所述太阳能组件封装方法的工艺流程图。

步骤10，在PCB板202设置有焊盘的一面的两端处分别敷上锡膏和粘合剂，所述覆盖锡膏和粘合剂的两端处对应前述的连接处205。本发明为了克服现有技术中由于PCB板和太阳能电池片之间大面积焊接连接而导致的因PCB板上的焊盘以及锡膏的热膨胀系数不同，在制备过程中易引起太阳能电池片碎裂的缺陷，特独创性地提出了太阳能电池片201和PCB板202之间一端用锡膏焊接，另一端用粘合剂实现粘结的连接方式，从而避免了上述缺陷。其中，所述粘合剂优选硅胶。

步骤20，取出本发明所述太阳能组件封装工具的底座101，底座101上设置有一个凹槽，将PCB板202设置有焊盘的一面向上放置于该凹槽内，凹槽的主要作用是为了固定PCB板202，故其大小应该大于或等于放入其内的PCB板202的尺寸，在一个优选实施例中，该凹槽尺寸稍大于PCB板202的尺寸，以不妨碍固定作用而又便于放入为佳；请同时参见图4，图4为本发明所述太阳能组件的专用封装工具的使用状态示意图，通过对该图的理解，不难看出：图中定位片102的设置处即为凹槽，但是由于其处于使用状态中，故无法示出凹槽。在此处，需要特别强调的是，所述凹槽的深度应该等于或小于所述PCB板202加所述太阳能电池片201的高度之和。

步骤30，然后将定位片102放置于PCB板202上并嵌入凹槽内，定位片102的尺寸优选与PCB板202相同，同时凹槽的深度也设计成与PCB板202和定位片102的厚度之和大体相当或稍深，这样就使得定位片102也能够嵌在凹槽内。定位片102上设置有中空部分，该中空部分是为了实现对后续要设置于PCB板202上的太阳能电池片201的限位作用，故所述中空部分的尺寸与整齐排列的多个太阳能电池片201尺寸相同。

步骤40，将多个太阳能电池片201依次放置于上述定位片102的中空部分内部，并实现其整齐排列。设置好上述太阳能电池片201后，所述太阳能电池片201的上表面应该保证稍高于底座101的上表面以及定位片102的上表面，以便后述的压板103可以更好地实现将所述多个太阳能电池片201和PCB板202压实。

步骤50，将太阳能组件封装工具中的压板103放置在经定位后的多个太阳能电池片201的上方(如图4所示)，并按压压板，将太阳能电池片201和PCB板202以及在它们之间的接触面上设置的锡膏和粘合剂压实。可见，压板103的作用就在于加强太阳能电池片201和PCB板202的连接致密性。其中，所述压板103可以滑动连接设置于定位片102上，也可以是与所述定位片102分离设置。所述压板103的尺寸应该尽可能地接近所述太阳能电池片201的横向长度，其材料可以选择使用钢、硬度较强的塑料或合金。

步骤60，将经压实后的封装有多个太阳能电池片201的PCB板202以及定位片102和压板103整体放入回流炉中焊接固化1-6min(分钟)；在该焊接固化程序中，可以优选温度控制为在1-2min内温度从20℃上升到150℃，在2-4min内温度恒定为140℃，在4-5min内温度从150℃上升到230℃，在5-6min内温度从230℃降低到220℃。经焊接固化后，所述多个太阳能电池片201和所述PCB板202之间设置的锡膏和热固胶固化，真正实现了上述二者之间的连接。

步骤70，对上述经回流炉焊接固化后的带有封装工具的太阳能组件进行冷却，该冷却程序可以将所述带有封装工具的太阳能组件取出对其进行自然降温冷却；也可以选择该带有封装工具的太阳能组件随回流炉一并冷却，若选择随炉冷却，则要控制回流炉温度冷却速率为70-75℃/min。

步骤80，待上述带有封装工具的太阳能组件冷却后，除去定位片102和压板103，之后取出整齐排列多个太阳能电池片201的PCB板202。

步骤90，从每个太阳能电池片201主栅线203上引出两条或多条电极引线204，并将上述电极引线204焊接至所述PCB板202上；此处的焊接优选超声波焊接，其目的在于可以实现电极引线204与PCB板202之间的较小焊点的连接，同时避免了通常的焊接工艺容易引起的由于焊点面积较大而占用太阳能电池有效吸光区域的问题，在一定程度上可以提高太阳能电池的吸光效率。

步骤100，将热固胶分别覆盖在太阳能电池片201的两侧与PCB板202的连接处206，一侧是沿主栅线203覆盖，这是为了固定并保护电极引线204，因为铝质的电极引线204非常细，要防止其在安装及使用过程中由于磨损而断裂；另一侧与主栅线203端对称，沿太阳能电池片201的横向另一端覆盖热固胶，这是为了使多个太阳能电池片201与PCB板202之间更加牢固地连接，而且也使太阳能电池片201两侧等高，保证其平整性，既美观也便于整个太阳能组件的安装。其中，所述的热固胶优选双组分热固胶，所述双组分热固胶从其性质上来说，即是需要经过加热来实现其粘合目的的胶，从其组分上而言，其包含两种胶，通过上述两种胶的协同作用，在加热状态下实现对所述多个太阳能电池片201和PCB板202之间的粘合；所述胶可以是氟化乙烯丙稀、聚乙烯醇缩丁醛、透明双氧树酯、聚醋酸乙烯等，在现有技术中，只要是可以满足如下条件：①在可见光范围内具有高透光性；②具有弹性；③具有良好的电绝缘性能的胶体均适用于本发明。在对经焊接后的电极引线204进行上述覆盖胶处理时，可以使用手动覆盖胶处理，但是在本发明中优选采用的是点胶技术，该技术的使用避免了传统覆盖胶工艺中由于胶面高低不平而不利于胶体固化的弊端，一方面增强了胶体覆盖的均匀性，提高了胶面的平整度，提高了固化效率。

步骤110，将上述覆盖胶处理后的PCB板202放入温度为60～65℃的烘箱内，保温2～3小时。

步骤120，将经烘箱烘干处理后的PCB板随炉冷却至室温，即可得到封装后的太阳能组件。

在上述太阳能组件的工艺流程中，步骤(10)和步骤(20)是可以互换的。

通过对上述工艺流程的描述，不难看出，本发明所述的太阳能组件的制造，其专用封装工具起到了必不可少的作用。其包括底座101、定位片102以及压板103，对于上述三个部件的功能以及设置位置已经在上述工艺描述中清楚地公开，故在此不作赘述。

需要说明的是，上述工艺流程为制造本发明所述太阳能组件的优选流程。其使用了专用封装工具中的底座101、定位片102实现了对所述多个太阳能电池片201和PCB板202的整体定位。作为可以选择的实施例，所述专用封装工具可以只包含所述定位片102和压板103，那么相应地在上述工艺流程中就会相应地缺少步骤20。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (23)

1.一种太阳能组件，包括一个PCB板和多个太阳能电池片；所述多个太阳能电池片设置于所述PCB板的一面，并通过从所述太阳能电池片的主栅线引出的电极引线与所述PCB板电连接，其特征在于，从所述每个太阳能电池片的主栅线引出的电极引线为至少两条。

2.根据权利要求1所述的太阳能组件，其特征在于，所述多个太阳能电池片背面接近两侧与所述PCB板之间具有两个连接处，一个连接处为设有锡膏的焊接处，另一个连接处为设有粘接剂的粘接处。

3.根据权利要求2所述的太阳能组件，其特征在于，所述粘接剂为硅胶。

4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能组件，其特征在于，在所述太阳能电池片的两侧分别设置热固胶覆盖层，其中一侧的热固胶覆盖层沿主栅线至少覆盖住所述电极引线，另一侧的热固胶覆盖层沿所述太阳能电池片主栅线端的横向延伸的另一端至少覆盖住所述多个太阳能电池片的边缘部分。

5.根据权利要求4所述的太阳能组件，其特征在于，所述热固胶为双组分热固胶。

6.根据权利要求1所述的太阳能组件，其特征在于，所述PCB板为双面PCB板。

7.根据权利要求1所述的太阳能组件，其特征在于，所述从每个太阳能电池片的主栅线引出的电极引线为双引线。

8.一种用于制造权利要求1所述太阳能组件的封装工具，其特征在于，所述封装工具包括：

一个用于将所述多个太阳能电池片整齐固定于所述PCB板上的定位片，所述定位片具有一个容纳多个太阳能电池片的中空区域；以及

一个用于将所述多个太阳能电池片压实于所述PCB板上的压板。

9.根据权利要求8所述的太阳能组件的封装工具，其特征在于，还包括一个底座，所述底座具有一个容纳并固定PCB板的凹槽。

10.根据权利要求9所述的太阳能组件的封装工具，其特征在于，所述凹槽的深度应该等于或小于所述PCB板加所述太阳能电池片的高度之和。

11.一种权利要求1-7所述的太阳能组件的封装方法，采用如权利要求8-10所述的封装工具，其包括如下步骤：

(1)在PCB板上的前述焊接处和粘接处分别敷上锡膏和粘合剂；

(2)将定位片置于经步骤(1)处理后的PCB板上，并在定位片位于PCB板上方的中空部分内依次整齐安放多个太阳能电池片；

(3)将压板置于定位片的上方，将所述多个太阳能电池片与PCB板压实；

(4)将经压实后的封装有多个太阳能电池片的PCB板以及定位片和压板整体放入回流炉中焊接固化；

(5)待封装工具或加设有封装工具的PCB板冷却后，除去定位片和压板，取出PCB板；

(6)将从所述每个太阳能电池片主栅线上引出的电极引线焊接到所述PCB板上，即可得到封装后的太阳能组件。

12.根据权利要求11所述的封装方法，其特征在于，将经步骤(1)处理后的PCB板放入设置有凹槽的底座内，之后将所述定位片置于所述PCB板的上方。

13.根据权利要求11所述的封装方法，其特征在于，在所述步骤(6)之后，将热固胶覆盖在电极引线或电极引线和靠近所述电极引线的太阳能电池片的一侧，以及太阳能电池片的横向延伸的另一端和靠近该端的PCB板上；然后将上述PCB板放入烘箱内，保温2～3小时，随炉冷却至室温。

14.根据权利要求13所述的封装方法，其特征在于，烘箱的温度为60～65℃。

15.根据权利要求13所述的封装方法，其特征在于，所述热固胶为双组分热固胶。

16.根据权利要求11所述的封装方法，其特征在于，所述粘合剂为硅胶。

17.根据权利要求11所述的封装方法，其特征在于，所述步骤(4)中的回流炉焊接固化时间为1-6min。

18.根据权利要求17所述的封装方法，其特征在于，所述回流炉中的温度控制为在1-2min内温度从20℃上升到150℃，在2-4min内温度恒定为140℃，在4-5min内温度从150℃上升到230℃，在5-6min内温度从230℃降低到220℃。

19.根据权利要求11所述的封装方法，其特征在于，所述步骤(5)中的封装工具冷却为随所述回流炉冷却。

20.根据权利要求19所述的封装方法，其特征在于，所述回流炉的温度冷却速率为70-75℃/min。

21.根据权利要求11或12或13所述的封装方法，其特征在于，所述PCB板为双面PCB板，所述多个太阳能电池片设置于所述双面PCB板的一面。

22.根据权利要求11所述的封装方法，其特征在于，步骤(6)中所述的焊接为超声波焊接。

23.根据权利要求13所述的封装方法，其特征在于，所述热固胶的覆盖采用点胶工艺。

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