CN102208472A - 高聚光倍数太阳能电池的散热器及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高聚光倍数太阳能电池的散热器，由铜薄层、银铜钛合金层、金刚石膜、银铜钛合金层和铜底座组成，在聚光太阳能电池底下形成铜薄层，铜薄层下面形成银铜钛合金层，此铜薄层和银铜钛合金层上形成绝缘通道，银铜钛合金层下面形成金刚石膜，金刚石膜下面再形成银铜钛合金层，银铜钛合金层下面形成铜底座，铜底座中形成冷却水通道。本发明还公开了该散热器的制造方法。本发明的散热器能应用在聚光倍数1600倍以上的聚光太阳能电池上，整体热导率高达400W/(m·K)以上，散热效果优于热导率为280W/(m·K)的Al2O3陶瓷散热器，具有更高效的散热作用，使得聚光太阳能电池能在较高的聚光倍数下稳定工作且减少光电转换效率的下降。

Description

高聚光倍数太阳能电池的散热器及制造方法
技术领域
本发明涉及一种聚光太阳能电池的散热装置，具体涉及应用特殊材料和结构作聚光太阳能电池的散热装置及制造方法。
背景技术
传统的燃料能源渐渐稀缺，对环境造成的危害日益突出，太阳能作为地球上一个用之不竭的可再生能源宝库，大力发展光伏产业已经成为各国政府的共识。专家预测，到2030年太阳发电将占世界发电总量的50%。
在全球对光伏产业投以众望时，聚光太阳能电池是所有形式的太阳能电池中最有优势的。目前国际市场上已经出现聚光电池，尤其以欧美国家为代表。但鉴于目前聚光电池的技术应用处于前期试验推广阶段尚未实现规模化发展，其价格约为普通光电池的5至10倍，其光电转化率却高达30%。所以“价廉物美的定日镜+高转化率聚光电池+高效率的散热体系”的发电模式成为目标，能比现有大面积平板式光伏电池有更大的降价空间。
聚光太阳能电池发电效率高，通过菲涅尔透镜将太阳光聚到电池芯片上，聚光倍数越大发电量越大。随着聚光倍数的增加，使得聚光太阳能电池温度急遽上升，如果不迅速把热量导走，不仅导致发电效率下降，还会烧坏电池芯片。所以高效率的散热体系是太阳能电池系统的一个关键技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高聚光倍数太阳能电池的散热器及制造方法，采用特殊材料和结构的导热层作为太阳能聚光电池散热装置，使得聚光太阳能电池能在更高的聚光倍数下工作。
为了实现上述目的，本发明的解决方案是：
一种高聚光倍数太阳能电池的散热器，由铜薄层、银铜钛合金层、金刚石膜、银铜钛合金层和铜底座组成，在聚光太阳能电池底下形成铜薄层，铜薄层下面形成银铜钛合金层，此铜薄层和银铜钛合金层上形成绝缘通道，银铜钛合金层下面形成金刚石膜，金刚石膜下面再形成银铜钛合金层，银铜钛合金层下面形成铜底座，铜底座中形成冷却水通道。
所述冷却水通道的上端为方形结构。
所述铜薄层厚度为50～100μm。
一种高聚光倍数太阳能电池的散热器制造方法：首先利用电子辅助热丝化学气相沉积法（EACVD），在钼衬底上沉积金刚石膜；利用磁控溅射化学气相沉积法，在真空反应室里充氢气保护，磁控溅射蒸镀钛与金刚石结合，在金刚石膜上下面表层形成碳化钛结构；利用磁控溅射蒸镀银铜合金，在碳化钛表层形成银铜钛合金层；利用激光焊接技术，将金刚石膜底下的银铜钛合金层与铜底座焊接在一起，铜底座的冷却水通道上端为方形结构；将金刚石膜上面的银铜钛合金与铜薄层焊接在一起；再把聚光太阳能电池焊接到铜薄层上；最后利用激光直写方法，在金刚石膜上面的银铜钛合金层和铜薄层去掉一个绝缘通道。
所述金刚石膜的厚度为200～300μm。
所述碳化钛结构的厚度为0.01～0.02μm。
所述银铜钛合金层的厚度为0.05～0.10μm。
所述绝缘通道宽1mm深0.15μm。
本发明在聚光太阳能电池散热器里采用金刚石作为导热层，金刚石的热导率为1100～1800W/(m·K)，且铜的热导率为400W/(m·K)，整个导热通道的结构具有高的热导率，能快速把热量传导到冷却水，由快速的水流带走热量，迅速降低聚光太阳能电池的温度。
另一方面采用金刚石作为绝缘材料，避免封装聚光太阳能电池需要另加绝缘层，避免绝缘层降低导热通道的热导率。
本发明的散热器能应用在聚光倍数1600倍以上的聚光太阳能电池上，其整体热导率高达400W/(m·K)以上，散热效果优于热导率为280 W/(m·K)的Al2O3陶瓷散热器，具有更高效的散热作用，使得聚光太阳能电池能在较高的聚光倍数下稳定工作且减少光电转换效率的下降。
附图说明
图1是太阳能电池及其一体化散热器的主要结构示意图；
图2是太阳能电池封装在一体化散热的俯视示意图。
标号说明
散热器10                 聚光太阳能电池11
铜薄层12                 银铜钛合金层13
金刚石膜14               银铜钛合金层15
正负电极绝缘通道16       铜底座17
冷却水通道18。
具体实施方式
如图1所示，本发明揭示的一种高聚光倍数太阳能电池的散热器10，由铜薄层12、银铜钛合金层13、金刚石膜14、银铜钛合金层15和铜底座16组成。
聚光太阳能电池11底下是一层厚度为50～100μm的铜薄层12，铜薄层12下面是银铜钛合金层13，铜薄层12和银铜钛合金层13上形成聚光电池的正负电极绝缘通道16，银铜钛合金层13下面是金刚石膜14，金刚石膜14下面是银铜钛合金层15，银铜钛合金层15下面是铜底座17，铜底座17中形成冷却水通道18，冷却水通道18的上端为方形结构。
具体制作方法为：
利用电子辅助热丝化学气相沉积法（EACVD），在钼衬底上沉积厚度为200～300μm的CVD金刚石膜14。生长参数为衬底温度850～1000℃，热丝电流15A，衬底偏压-250V，反应室气压4.5×103Pa，氢气流量400sccm，甲烷流量8sccm，乙醇流量1sccm。采用震荡的办法把金刚石从钼衬底上脱离开。采用金刚石既作聚光太阳能电池封装电路的绝缘层，又作聚光太阳能电池的导热层。
进一步在金刚石膜14上下表面形成碳化钛。利用磁控溅射化学气相沉积法，在真空反应室里充氢气保护，金刚石膜14放置于带热电偶的底托，金刚石膜14的温度为700～800℃，利用磁控溅射蒸镀钛与金刚石膜14的表面结合，在金刚石膜14表层形成厚度为0.01～0.02μm的碳化钛结构。蒸镀需要两次，把金刚石膜14的上下面都形成碳化钛结构。
接着在金刚石膜14上下表面形成银铜钛合金层13和15。利用磁控溅射蒸镀蒸镀银铜合金，金刚石膜14的温度为500℃左右，在金刚石膜14的碳化钛表层形成厚度为0.05～0.10μm银铜钛合金层13和15。蒸镀需要两次，把金刚石膜14的上下面的碳化钛上面覆上银铜合金。
接着利用激光焊接把金刚石膜14下表层的银铜钛合金层15和铜底座17焊接在一起，铜底座的冷却水通道18上端为方形结构，此铜底座17有利于均匀和快速冷却。把金刚石14的上表层的银铜钛合金层13与厚度为50～100μm的铜薄层12焊接在一起。如图2的所示，再把聚光太阳能电池11焊接在铜薄层12之上。
然后利用激光直写方法，在金刚石膜14上面的铜薄层12和银铜钛合金层13去掉一个宽1mm深0.15μm的正负电极绝缘通道16。
至此，形成本发明的聚光太阳能电池的散热器10。

Claims (8)

1.高聚光倍数太阳能电池的散热器，其特征在于：由铜薄层、银铜钛合金层、金刚石膜、银铜钛合金层和铜底座组成，在聚光太阳能电池底下形成铜薄层，铜薄层下面形成银铜钛合金层，此铜薄层和银铜钛合金层上形成绝缘通道，银铜钛合金层下面形成金刚石膜，金刚石膜下面再形成银铜钛合金层，银铜钛合金层下面形成铜底座，铜底座中形成冷却水通道。
2.根据权利要求1所述的高聚光倍数太阳能电池的散热器，其特征在于：所述冷却水通道的上端为方形结构。
3.根据权利要求1所述的高聚光倍数太阳能电池的散热器，其特征在于：所述铜薄层厚度为50～100μm。
4.高聚光倍数太阳能电池的散热器制造方法，其特征在于通过以下步骤来实现：
首先利用电子辅助热丝化学气相沉积法，在钼衬底上沉积金刚石膜；
利用磁控溅射化学气相沉积法，在真空反应室里充氢气保护，磁控溅射蒸镀钛与金刚石结合，在金刚石膜上下面表层形成碳化钛结构；
利用磁控溅射化学气相沉积法蒸镀银铜合金与金刚石表层的碳化钛结合，在碳化钛表层形成银铜钛合金层；
利用激光焊接技术，将金刚石膜底下的银铜钛合金层与铜底座焊接在一起，铜底座的冷却水通道上端为方形结构；将金刚石膜上面的银铜钛合金与铜薄层焊接在一起；再把聚光太阳能电池焊接到铜薄层上；
最后利用激光直写方法，在金刚石膜上面的银铜钛合金层和铜薄层去掉一个绝缘通道。
5.根据权利要求4所述的高聚光倍数太阳能电池的散热器制造方法，其特征在于：所述金刚石膜的厚度为200～300μm。
6.根据权利要求4所述的高聚光倍数太阳能电池的散热器制造方法，其特征在于：所述碳化钛结构的厚度为0.01～0.02μm。
7.根据权利要求4所述的高聚光倍数太阳能电池的散热器制造方法，其特征在于：所述银铜钛合金层的厚度为0.05～0.10μm。
8.根据权利要求4所述的高聚光倍数太阳能电池的散热器制造方法，其特征在于：所述绝缘通道宽1mm深0.15μm。
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