CN105552135A - 一种轻质柔性太阳电池模块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种轻质柔性太阳电池模块，包括衬底、引出线、若干电池焊盘以及若干太阳电池串，所述衬底采用轻质的薄膜材料，所述太阳电池串平行地粘贴在衬底的一个表面上，在衬底上靠近太阳电池串的正、负输出端的位置设置通孔；所述电池焊盘和引出线敷设在衬底的另外一个表面上，且电池焊盘位于通孔处；所述电池焊盘和引出线为金属薄片；所述太阳电池串的正、负输出端分别通过通孔和电池焊盘相连接；所述电池焊盘和引出线相连接。由于本发明的轻质柔性太阳电池模块的衬底采用有机聚合物材料制成的薄膜，电池焊盘和引出线采用金属薄片的形式，多个太阳电池串通过电池焊盘并联在同一个引出线上，大大减少了所需的导线数量，从而降低了电池阵的重量和厚度。
Description
技术领域
本发明涉及航天领域电源技术，尤其涉及一种轻质柔性太阳电池模块及其制造方法。
背景技术
航天器绝大部分都采用太阳电池进行供电，在太阳电池板上设置多个太阳电池串，太阳电池串发出的电能通过电缆输送至航天器内部供航天器使用。如图1（a）所示，目前太阳电池阵电缆采用的普遍形式是：每个太阳电池串2的输出端21分别和一根多股导线3相连接，整个太阳电池板上连接多个太阳电池串的多根多股导线经过捆扎形成电缆束4后再与太阳电池阵驱动机构连接。由于一个太阳电池板上通常需要敷设几十个太阳电池串，因此采用这种方式的缺点是导线数量多、电缆束较粗，造成电池阵较厚、较重。
如图1（b）所示，另外还有一种方式是将连接电池串2的输出端21的多根导线3并联后再连接到一根多股导线5上，再将这根导线5和太阳电池阵驱动机构连接，这样可以减少电池阵的导线数量，但这种方式同样需要将导线5捆扎成电缆束，电池阵的厚度无法有效降低，且多根导线的并联需要通过连接点6实现，连结点数量的增加会影响太阳电池阵的可靠性。
另外，由于在太阳电池板上太阳电池串的数量较多，因此对应的导线数量也较多，导线的组装过程复杂。
发明内容
本发明解决的问题是现有的太阳电池阵导线数量多、电缆束粗、电池阵较厚、较重、导线组装过程复杂的问题。为解决所述问题，本发明提供一种轻质柔性太阳电池模块及其制作方法。
本发明提供一种轻质柔性太阳电池模块，包括：衬底、引出线、若干电池焊盘以及若干太阳电池串，所述衬底采用轻质的薄膜材料，所述太阳电池串平行地粘贴在衬底的一个表面上，在衬底上靠近太阳电池串的正、负输出端的位置设置通孔；所述电池焊盘和引出线敷设在衬底的另外一个表面上，且电池焊盘位于通孔处；所述电池焊盘和引出线为金属薄片；所述太阳电池串的正、负输出端分别通过通孔和电池焊盘相连接；所述电池焊盘和引出线相连接。
进一步，所述的轻质柔性太阳电池模块，还可包括：隔离二极管和二极管焊盘，所述隔离二极管为薄片形状，二极管焊盘为金属薄片，且和引出线敷设在衬底的同一个表面上，隔离二极管的正极和连接太阳电池串正输出端的电池焊盘相连接，隔离二极管的负极和二极管焊盘相连接，二极管焊盘和引出线相连接。
进一步，所述的衬底的材料为耐高低温、绝缘的有机聚合物。
进一步，所述的电池焊盘、引出线、二极管焊盘的材料为银、铜或可阀合金中的一种，或这几种材料的组合。
进一步，所述的通孔的尺寸应小于电池焊盘或二极管焊盘的尺寸。
本发明的另一技术方案是针对所提供的轻质柔性太阳电池模块的制作方法，包括：步骤一，在衬底的一个表面上敷设金属箔，用刻蚀的方法在金属箔上制造出引出线、电池焊盘、二极管焊盘等结构；步骤二，在衬底的另一个表面上对应电池焊盘的位置加工出通孔；步骤三，在衬底的表面粘贴太阳电池串或隔离二极管；步骤四，将太阳电池串的正、负输出端或隔离二极管分别与电池焊盘或二极管焊盘进行连接。
进一步，对所述通孔进行加工采用机械钻铣或激光刻蚀的方法。
进一步，所述太阳电池串或隔离二极管的正、负输出端与电池焊盘或二极管焊盘的连接采用电阻焊接、钎焊或超声焊接中的任意一种。
进一步，采用硅橡胶将所述的太阳电池串或隔离二极管粘贴在衬底上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
由于本发明的衬底采用有机聚合物材料制成的薄膜，电池焊盘、引出线和二极管焊盘采用金属薄片的形式，可以降低电池阵的重量和厚度。
由于多个太阳电池串通过电池焊盘并联在同一个引出线上，大大降低了电池阵的导线数量。
由于电池焊盘、引出线、二极管焊盘等结构采用刻蚀的方法一次性制成，避免了传统太阳电池阵繁琐的电缆制作过程，简化了电池阵的组装工艺。
由于电池焊盘、引出线为一体化结构，大幅减少了传统太阳电池阵电路中所需要的焊接点的数量，提高了太阳电池阵的可靠性。
附图说明
图1a为目前太阳电池阵一种组装形式的示意图；
图1b为目前太阳电池阵另一种组装形式的示意图；
图2为本发明的实施例1的太阳电池模块的示意图；
图3a为本发明的太阳电池模块的太阳电池串的截面示意图；
图3b为本发明的太阳电池模块的太阳电池串的平面示意图；
图4为本发明的实施例1的太阳电池模块的引出线和电池焊盘的示意图；
图5为本发明的太阳电池串和电池焊盘连接的示意图；
图6为本发明的实施例1在衬底上制作通孔的示意图；
图7为本发明的实施例1在衬底上敷设太阳电池串的示意图；
图8为本发明的实施例2的太阳电池模块的示意图；
图9为本发明的实施例2的太阳电池模块的引出线、电池焊盘、隔离二极管、二极管焊盘示意图；
图10为本发明的隔离二极管和焊盘连接的示意图；
图11为本发明的实施例2的太阳电池模块的引出线、电池焊盘、二极管焊盘的制作示意图；
图12为本发明的实施例3的太阳电池模块的示意图；
图13为本发明的实施例3的太阳电池模块的引出线、电池焊盘、隔离二极管、二极管焊盘、电池串跨接线示意图；
图14为本发明的实施例3的太阳电池模块的引出线、电池焊盘、二极管焊盘、电池串跨接线的制作示意图；
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下文中结合实施例和附图对本发明作进一步阐述。
实施例1：
参见图2，本发明的轻质柔性太阳电池模块的一种形式，所述太阳电池模块包括：衬底1、若干太阳电池串2、若干电池焊盘3以及引出线4。所述衬底1采用轻质的薄膜材料，所述太阳电池串2平行地粘贴在衬底1的一个表面上，在衬底1上靠近太阳电池串2的正、负输出端的位置设置通孔11；所述电池焊盘3和引出线4敷设在衬底1的另外一个表面上，且电池焊盘3位于通孔11处；所述电池焊盘3和引出线4为金属薄片；所述太阳电池串2的正、负输出端分别通过通孔11和电池焊盘3相连接；所述电池焊盘3和引出线4相连接。
进一步地，参见图3a和图3b，太阳电池串2由多个太阳电池片21和多个互连片22相互串联构成，互连片22为金属箔片，互连片22的一端和太阳电池片21的正电极相连接，另一端和另一片太阳电池片21的负电极相连接。位于太阳电池串2的一端且和太阳电池片21的正电极相连接的互连片为太阳电池串2的正输出端221，位于太阳电池串2的另一端且和太阳电池片21的负电极相连接的互连片为太阳电池串2的负输出端222。
进一步地，参见图4，电池焊盘分为正端电池焊盘31和负端电池焊盘32两种，引出线分为正端引出线41和负端引出线42两种，正端引出线41和负端引出线42分别设置在呈直线排列的电池焊盘的两侧，正端引出线41和正端电池焊盘31相连，负端引出线42和负端电池焊盘32相连。
进一步地，参见图5，太阳电池串上每一片太阳电池21均通过硅橡胶7粘接在衬底1的一个表面上，太阳电池串的正输出端221通过衬底1上的通孔11和正端电池焊盘31采用焊接的方法进行连接。
类似地，太阳电池串的负输出端通过衬底上的通孔和负端电池焊盘采用焊接的方法进行连接。
上述实施例1中轻质柔性太阳电池模块的制造方法为：
步骤一，参见图4，在衬底1的一个表面上敷设金属箔，用光刻和腐蚀的方法在金属箔上制造出如图4所示的正端引出线41、负端引出线42、正端电池焊盘31、负端电池焊盘32等结构；
步骤二，参见图5和图6，在衬底1的另一个表面上对应电池焊盘3的位置加工出通孔11，通孔11的尺寸应小于正端电池焊盘31和负端电池焊盘32的尺寸，通孔加工可采用机械钻铣或激光刻蚀的方法；
步骤三，参见图7，在衬底1的表面粘贴太阳电池串2，太阳电池串2的正、负输出端221、222分别对应衬底1上的通孔11的位置，粘贴太阳电池串2可采用硅橡胶作为粘结剂。
步骤四，参见图5和图7，采用电阻焊接或钎焊的方法将电池串2的正、负输出端221、222分别和正端电池焊盘31、负端电池焊盘32进行连接。
实施例2：
参见图8，本发明的轻质柔性太阳电池模块的另一种形式，所述太阳电池模块包括：衬底1、若干太阳电池串2、若干电池焊盘3、引出线4、若干隔离二极管5以及若干二极管焊盘6。所述衬底1采用轻质的薄膜材料，所述太阳电池串2平行地粘贴在衬底1的一个表面，在衬底1上靠近太阳电池串2的正、负输出端的位置设置通孔11；所述电池焊盘3、引出线4、隔离二极管5、二极管焊盘6敷设在衬底1的另外一个表面，且电池焊盘3位于通孔11处；所述电池焊盘3、引出线4、二极管焊盘6为金属薄片；所述太阳电池串2的正、负输出端分别通过通孔11和电池焊盘3相连接；所述电池焊盘3与引出线4或隔离二极管5相连接，所述二极管焊盘6分别与隔离二极管5、引出线4相连接。
进一步地，参见图3，太阳电池串2采用和实施例1相同的结构形式。
进一步地，参见图9，电池焊盘分为正端电池焊盘31和负端电池焊盘32两种，引出线分为正端引出线41和负端引出线42两种，正端引出线41和负端引出线42分别设置在呈直线排列的电池焊盘的两侧，正端引出线41和二极管焊盘6相连，负端引出线42和负端电池焊盘32相连。所述隔离二极管5设置在正端电池焊盘31的旁边，所述二极管焊盘6设置在隔离二极管5的旁边，隔离二极管5的正极和正端电池焊盘31相连接，隔离二极管5的负极和二极管焊盘6相连接。
进一步地，参见图5，太阳电池串和电池焊盘的连接采用和实施例1相同的结构形式。
进一步地，参见图10，所述隔离二极管5为薄片形状，采用硅材料制成。隔离二极管5通过硅橡胶7粘接在衬底1的一个表面上。隔离二极管5的正、负极分别位于隔离二极管5的上、下两个表面，隔离二极管5的正极通过二极管正端互连片51和正端电池焊盘31相连接，隔离二极管5的负极通过二极管负端互连片52和二极管焊盘6相连接。
上述实施例2中轻质柔性太阳电池模块的制造方法为：
步骤一，参见图11，在衬底1的一个表面上敷设金属箔，用光刻和腐蚀的方法在金属箔上制造出如图11所示的正端引出线41、负端引出线42、正端电池焊盘31、负端电池焊盘32、二极管焊盘6等结构；
步骤二，参见图5和图6，在衬底1的另一个表面上对应正端电池焊盘31和负端电池焊盘32的位置加工出通孔11，通孔11的尺寸应小于正端电池焊盘31和负端电池焊盘32的尺寸，通孔加工可采用机械钻铣或激光刻蚀的方法；
步骤三，参见图7，在衬底1的表面粘贴太阳电池串2，太阳电池串2的正、负输出端221、222分别对应衬底1上的通孔11的位置，粘贴太阳电池串2可采用硅橡胶作为粘结剂；参见图9和图10，在衬底1的另一个表面的正端电池焊盘31和二极管焊盘6之间的位置粘贴隔离二极管5，粘贴隔离二极管5可采用硅橡胶作为粘结剂。
步骤四，参见图5、图7和图9，采用电阻焊接或钎焊的方法将太阳电池串2的正、负输出端221、222分别和正端电池焊盘31、负端电池焊盘32进行连接；参见图9和图10，采用电阻焊接或钎焊的方法将隔离二极管5的二极管正端互连片51、二极管负端互连片52分别和正端电池焊盘31、二极管焊盘6进行连接。
实施例3：
参见图12，本发明的轻质柔性太阳电池模块的另一种形式，所述太阳电池模块包括：衬底1、若干太阳电池串2、若干电池焊盘3、引出线4、若干隔离二极管5、若干二极管焊盘6以及电池串跨接线8。所述衬底1采用轻质的薄膜材料，所述太阳电池串2平行地粘贴在衬底1的一个表面，在衬底1上靠近太阳电池串2的正、负输出端的位置设置通孔11；所述电池焊盘3、引出线4、隔离二极管5、二极管焊盘6、电池串跨接线8敷设在衬底1的另外一个表面，且电池焊盘3位于通孔11处；所述电池焊盘3、引出线4、二极管焊盘6、电池串跨接线8为金属薄片；所述太阳电池串2的正、负输出端分别通过通孔11和电池焊盘3相连接；位于太阳电池串一端的电池焊盘3和引出线4相连接，位于太阳电池串另一端的电池焊盘3每二个与一个电池串跨接线8相连接。
进一步地，参见图3，太阳电池串采用和实施例1相同的结构形式。
进一步地，参见图13，电池焊盘分为正端电池焊盘31、负端电池焊盘32、负端跨接电池焊盘33和正端跨接电池焊盘34两种，引出线分为正端引出线41和负端引出线42两种，正端引出线41和负端引出线42分别设置在呈直线排列的电池焊盘的两侧，正端引出线41和二极管焊盘6相连，负端引出线42和负端电池焊盘32相连，每一个负端跨接电池焊盘33和相邻的一个正端跨接电池焊盘34通过电池串跨接线8相连接。所述隔离二极管5设置在正端电池焊盘31的旁边，所述二极管焊盘6设置在隔离二极管5的旁边，隔离二极管5的正极和正端电池焊盘31相连接，隔离二极管5的负极和二极管焊盘6相连接。
进一步地，参见图5，太阳电池串和电池焊盘的连接采用和实施例1相同的结构形式。
进一步地，参见图10，隔离二极管和正端电池焊盘、二极管焊盘的连接采用和实施例2相同的结构形式。
与实施例2不同的是，每两个相邻的太阳电池串为一组，其中一个太阳电池串的正输出端与正端电池焊盘31相连接，太阳电池串的负输出端与负端跨接电池焊盘33相连接，另一个太阳电池串的正输出端与正端端跨接电池焊盘34相连接，太阳电池串的负输出端与负端电池焊盘32相连接。这两个相邻的电池串通过跨接线8进行串联构成一个完整的电池电路，提供航天器所需的电压。
上述实施例3中轻质柔性太阳电池模块的制造方法为：
步骤一，参见图14，在衬底1的一个表面上敷设金属箔，用光刻和腐蚀的方法在金属箔上制造出如图14所示的正端引出线41、负端引出线42、正端电池焊盘31、负端电池焊盘32、负端跨接电池焊盘33、正端跨接电池焊盘34、二极管焊盘6、电池串跨接线8等结构；
步骤二，参见图5和图6，在衬底1的另一个表面上对应正端电池焊盘31、负端电池焊盘32、负端跨接电池焊盘33、正端跨接电池焊盘34的位置加工出通孔11，通孔11的尺寸应小于正端电池焊盘31、负端电池焊盘32、负端跨接电池焊盘33、正端跨接电池焊盘34的尺寸，通孔加工可采用机械钻铣或激光刻蚀的方法；
步骤三，参见图7，在衬底1的表面粘贴太阳电池串2，太阳电池串2的正、负输出端221、222分别对应衬底1上的通孔11的位置，粘贴太阳电池串2可采用硅橡胶作为粘结剂；参见图10和图13，在衬底1的另一个表面的正端电池焊盘31和二极管焊盘6之间的位置粘贴隔离二极管5，粘贴隔离二极管5可采用硅橡胶作为粘结剂。
步骤四，参见图5、图7和图13，采用电阻焊接或钎焊的方法将太阳电池串2的正、负输出端221、222分别和正端电池焊盘31或正端跨接电池焊盘34、负端电池焊盘32或负端跨接电池焊盘33进行连接；参见图10和图13，采用电阻焊接或钎焊的方法将隔离二极管5的二极管正端互连片51、二极管负端互连片52分别和正端电池焊盘31、二极管焊盘6进行连接。
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 (10)
1.一种轻质柔性太阳电池模块，包括：衬底、引出线、若干电池焊盘以及若干太阳电池串，其特征在于，所述衬底采用轻质的薄膜材料；
所述太阳电池串平行地粘贴在衬底的一个表面上，在衬底上靠近太阳电池串的正、负输出端的位置设置通孔；
所述电池焊盘和引出线敷设在衬底的另外一个表面上，且电池焊盘位于通孔处；所述太阳电池串的正、负输出端分别通过通孔和电池焊盘相连接；所述电池焊盘和引出线相连接。
2.依据权利要求1所述的轻质柔性太阳电池模块，其特征在于，还可包括：隔离二极管和二极管焊盘，所述隔离二极管为薄片形状，二极管焊盘为金属薄片，且和引出线敷设在衬底的同一个表面上，隔离二极管的正极和连接太阳电池串正输出端的电池焊盘相连接，隔离二极管的负极和二极管焊盘相连接，二极管焊盘和引出线相连接。
3.依据权利要求2所述的轻质柔性太阳电池模块，其特征在于，所述衬底的材料为耐高低温、绝缘的有机聚合物。
4.依据权利要求2所述的轻质柔性太阳电池模块，其特征在于，所述电池焊盘、引出线、二极管焊盘的材料为银、铜或可阀合金中的一种，或这几种材料的组合。
5.依据权利要求2所述的轻质柔性太阳电池模块，其特征在于，通孔的尺寸小于电池焊盘或二极管焊盘的尺寸。
6.依据权利要求2所述的轻质柔性太阳电池模块，其特征在于，所述电池焊盘和引出线为金属薄片。
7.基于权利要求1至6中任意一项轻质柔性太阳电池模块的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，在衬底的一个表面上敷设金属箔，用刻蚀的方法在金属箔上制造出引出线、电池焊盘、二极管焊盘等结构；步骤二，在衬底的另一个表面上对应电池焊盘的位置加工出通孔；步骤三，在衬底的表面粘贴太阳电池串或隔离二极管；步骤四，将太阳电池串的正、负输出端或隔离二极管分别与电池焊盘或二极管焊盘进行连接。
8.依据权利要求7所述的轻质柔性太阳电池模块的制作方法，其特征在于，对通孔进行加工采用机械钻铣或激光刻蚀。
9.依据权利要求7所述的轻质柔性太阳电池模块的制作方法，其特征在于，太阳电池串的正、负输出端或隔离二极管与电池焊盘或二极管焊盘的连接采用电阻焊接、钎焊或超声焊接中的任意一种。
10.依据权利要求7所述的轻质柔性太阳电池模块的制作方法，其特征在于，采用硅橡胶将太阳电池串或隔离二极管粘贴在衬底上。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109671789A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-04-23 | 上海空间电源研究所 | 一种空间用砷化镓薄膜太阳电池阵及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS6167966A (ja) * | 1984-09-11 | 1986-04-08 | Sharp Corp | 太陽電池アレイ |
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| CN104078522A (zh) * | 2014-07-02 | 2014-10-01 | 上海空间电源研究所 | 轻质的太阳电池子阵、该子阵的制作方法和电池阵 |
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2015
- 2015-12-07 CN CN201510886735.3A patent/CN105552135A/zh active Pending
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