CN103872164A - 一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片 - Google Patents

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Abstract

一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，包括：基材，所述基材为钼箔；位于所述钼箔表面的过渡层，所述过渡层为双层结构，包括位于基材表面的铬层和位于铬层表面的镍层；位于所述过渡层表面的银层。实验已经证明，本发明所提供的耐原子氧的太阳电池电路用互连片耐原子氧能力强，可以延长太阳电池阵的空间环境寿命，扩大太阳电池阵的应用领域，提升光伏发电的应用范围。它特别适合于长寿命的航天飞行器，尤其是国际空间站这种低轨、长寿命、大功率的飞行器。其与银质互连片相比，该新型互连片的应用空间更广，寿命更长。

Description

一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片
技术领域
本发明属于电镀及太阳电池电路焊接领域的研究，涉及一种耐原子氧金属钼材料表面电镀处理和焊接工艺，具体涉及到金属材料的成型、金属表面电镀处理以及与太阳电池的焊接等方面的内容。
背景技术
太阳电池是一种利用光生伏特效应将光能直接转换为电能的半导体器件。传统的晶体硅太阳能电池和砷化镓太阳电池采用金属银质互连片连接成电池电路，可以采用锡焊或者电阻焊接的方式实现互连片与太阳电池或其他电路的导通。由于传统金属银互连片耐原子氧能力非常差，导致太阳电池阵在轨运行寿命降低，特别是在低地球轨道上限制了该种互连片的广泛应用。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，以解决现有太阳电池电路用互连片耐原子氧能力差的问题。
   为解决上述问题，本发明提供一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，包括：基材，所述基材为钼箔；位于所述钼箔表面的过渡层，所述过渡层为双层结构，包括位于基材表面的铬层和位于铬层表面的镍层；位于所述过渡层表面的银层。
进一步，所述钼箔的材料是纯度为99.5以上的钼，所述钼箔100的厚度为10μm~30μm。
进一步，所述铬层采用的是铬101，所述铬层0101的厚度为0.2μm~0.5μm。
进一步，所述镍层采用的是镍102，所述镍层0102的厚度为0.5μm~2μm。
进一步，所述银层的厚度为5μm~10μm。
进一步，所述互连片包括一处Ω环形结构，所述Ω环形结构的位置根据应用需要设计。
进一步，所述钼箔在氮气环境下，在压强为0~100Pa，温度为700℃条件下，进行2h~3h的高温退火处理。
进一步，所述铬层、镍层、银层采用电镀的方法形成。
进一步，所述互连片焊接区域为双面镀银，非焊接区域为双面镀银或者局部镀银，双面镀银区域互连片总厚度为20μm~50μm。
本发明中互连片的基材为金属钼材料，钼的厚度在一定合理范围内，钼基材太厚无法进行焊接，太薄其机械性能和导电性能无法满足要求。本发明应用的是钼箔材厚度为10μm~30μm。
由于钼箔可焊接性非常差，所以对钼箔表面进行电镀银，来提高钼箔的可焊接性。钼箔镀银技术难度高，传统的电镀工艺不能满足太阳电池用互连片的技术要求，其镀层牢固度低，焊接性能差，焊接强度低，焊接参数不稳定等一系列问题。本发明对互连片的结构层进行设计，解决了以上不足。
本发明的特点是：本发明采用耐原子氧能力强的金属钼箔作为基材，通过电镀方式将纯银镀到基材的表面，使用了中间镀层金属铬和金属镍，通过合理设计各镀层厚度，实现产品的热匹配性良好，提高了镀层间的牢固度。
主要性能指标：耐原子氧能力强，可耐原子氧总累积量7.50×1026个/m2以上。焊接性好，可与砷化镓太阳电池和硅太阳电池进行焊接，焊接后其电性能不衰降。提高了太阳电池电路的耐原子氧能力，延长了太阳电池阵的在轨运行寿命。
附图说明
图1为本发明提供的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片的刨面结构图；
图2为本发明提供的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片的一种应用结构的俯视图；
图3为图2中应用结构的立体图。
具体实施方式
下文结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，包括：基材0100，所述基材0100为钼箔；位于所述钼箔表面的过渡层，所述过渡层为双层结构，包括位于基材表面的铬层0101和位于铬层0101表面的镍层0102；位于所述过渡层表面的银层0103。
所述基材采用钼箔，材料可选钼100，纯度达到99.5%以上，采用压延的方法扎制而成。该箔材制作后，采用N2为保护气体，炉内压强维持在0~100 Pa,加热温度为700℃,高温退火处理2~3小时，提高了钼箔材的机械延展性和弯折性能。其弯曲疲劳强度（往复弯折180度）达50次以上。其线性膨胀系数在5×10-6/K左右，与太阳电池具有良好的热匹配性。电镀前将纯钼箔试样用砂纸打磨后,浸在脱脂液(NaOH:Na2CO3:Na2SiO3=3:2:1的混合溶液)中进行脱脂处理。脱脂并经清洗的试样放入10%的硫酸溶液中进行酸洗活化处理，酸洗后再经过水洗完成钼箔预处理。进一步，钼箔太厚无法进行焊接，太薄其机械性能和导电性能无法满足要求。本发明应用的是钼箔厚度为10μm~30μm。
钼箔预处理完成后进行电镀铬层0101处理，材料可选铬101，金属铬与金属钼热膨胀系数接近，其线性膨胀系数在6.2×10-6/K左右，结构层具有良好的热匹配性。通过电镀的方式将金属铬镀到基材的表面。其铬层0101厚度为0.2μm~0.5μm。电镀铬101时钼100为阴极，铬101为阳极，在铬盐液中进行电镀铬101。铬层太薄结构牢度不好，太厚造成互连片结构层弯曲疲劳性能降低。
电镀铬层0101工序完成后进行电镀镍层0102处理，金属镍线性膨胀系数在13×10-6/K左右，与银层0103热膨胀系数接近，具有良好的热匹配性。通过电镀的方式将金属镍102镀到铬层0101的表面，形成镍层0102。所述镍层0102的厚度为0.5μm~2μm，其与铬层和银层结合牢固。镍层厚度太薄，互连片结构热匹配性差，太厚影响焊接牢固度。
电镀镍时钼层0100、铬101组合体为阴极，镍102为阳极，在镍盐液中进行电镀镍102。
电镀镍层0102完成后再电镀银层0103，电镀银层0103的主要目的是提高互连片的焊接性能。所述银层0103厚度约为5μm~10μm，通过电镀的方式将银镀在金属镍102的表面形成银层0103。所形成的互连片具有良好的结构牢固度，各层间的热膨胀系数递增，热匹配特性好，且整体结构结合力高。耐弯曲疲劳性能好，可进行冲压成型。
电镀银时，钼层0100、铬层0101、镍层0102组合体为阴极，银层0103为阳极，在银盐液中进行电镀银层0103。
电镀银层0103完成后对银层0103表面进行钝化处理，选用苯并三氮唑(BTA)和石腊为保护剂对互连片试样进行钝化处理,常温钝化30s~50s后,采用高压水进行冲洗，最后用吹风筒将表面吹干，采用苯并三氮唑(BTA)和石腊为保护剂可以防止损坏银层0103表面。
在本发明的实际应用中，电镀完成后进行互连片冲压处理，按照太阳电池电路的需求进行结构减应力设计，图2为本发明提供的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片的一种应用结构的俯视图；图3为图2中应用结构的立体图。由图2和图3可以看出，可以通过在本发明所提供的互连片上设定位置形成Ω环形结构来在应用中对电流形成缓冲，所述Ω环形结构的位置根据应用需要设计。
由于钼箔可焊接性非常差，所以对钼箔表面进行电镀银，还可以提高钼箔的可焊接性。钼箔镀银技术难度高，传统的电镀工艺不能满足太阳电池用互连片的技术要求，其镀层牢固度低，焊接性能差，焊接强度低，焊接参数不稳定等一系列问题。本发明对互连片的结构层进行设计，解决了以上不足。所述互连片焊接区域为双面镀银，非焊接区域为双面镀银或者局部镀银，双面镀银区域互连片总厚度为20μm~50μm。
实验已经证明，本发明所提供的耐原子氧的太阳电池电路用互连片耐原子氧能力强，可以延长太阳电池阵的空间环境寿命，扩大太阳电池阵的应用领域，提升光伏发电的应用范围。它特别适合于长寿命的航天飞行器，尤其是国际空间站这种低轨、长寿命、大功率的飞行器。其与银质互连片相比，该新型互连片的应用空间更广，寿命更长。
本发明所提供的耐原子氧的太阳电池电路用互连片将为低轨观测卫星、高轨卫星、我国空间站、神州飞船、天宫系列、探月工程等一系列的飞行器提供广阔的应用市场。该技术创新填补国内了空白，提高我国太阳电池阵的应用水平，为国防做出贡献。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，其特征在于，包括：基材，所述基材为钼箔；位于所述钼箔表面的过渡层，所述过渡层为双层结构，包括位于基材表面的铬层和位于铬层表面的镍层；位于所述过渡层表面的银层。
2.依据权利要求1所述的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，其特征在于，所述钼箔的材料是纯度为99.5以上的钼，所述钼箔的厚度为10μm~30μm。
3.依据权利要求1所述的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，其特征在于，所述铬层采用的是铬101，所述铬层的厚度为0.2μm~0.5μm。
4.依据权利要求1所述的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，其特征在于，所述镍层采用的是镍102，所述镍层的厚度为0.5μm~2μm。
5.依据权利要求1所述的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，其特征在于，所述银层的厚度为5μm~10μm。
6.依据权利要求1所述的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，其特征在于，所述互连片包括一处Ω环形结构，所述Ω环形结构的位置根据应用需要设计。
7.依据权利要求1所述的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，其特征在于，所述钼箔在氮气环境下，在压强为0~100Pa，温度为700℃条件下，进行2h~3h的高温退火处理。
8.依据权利要求1所述的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，其特征在于，所述铬层、镍层、银层采用电镀的方法形成。
9.依据权利要求1所述的一种耐原子氧的太阳电池电路用互连片，其特征在于，所述互连片焊接区域为双面镀银，非焊接区域为双面镀银或者局部镀银，双面镀银区域互连片总厚度为20μm~50μm。
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