CN111416010A - 一种太阳电池电路高压防护设计结构及其制备方法 - Google Patents

一种太阳电池电路高压防护设计结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳电池电路高压防护设计结构及其制备方法，该结构包含：基板、太阳电池、互连片、组件连接片、盖片胶、防静电粘结剂以及导电玻璃盖片；太阳电池之间通过互连片连接；导电玻璃盖片具有凹口，以将太阳电池封装在内部；太阳电池通过盖片胶粘接于凹口内，导电玻璃盖片包覆太阳电池的上表面和四周；太阳电池串并联后，形成太阳电池模块，太阳电池模块的输出端与组件连接片连接；太阳电池模块通过防静电粘结剂粘贴于基板上。导电玻璃盖片具有包覆太阳电池的特殊结构，避免太阳电池直径裸露于空间环境中，太阳电池模块与基板粘结，玻璃盖片表面的电荷直接传输至粘结剂上，从技术上解决了静电放电对太阳电池的损伤影响。

Description

一种太阳电池电路高压防护设计结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及空间太阳能电池阵技术领域，具体涉及一种太阳电池电路高压防护设计结构及其制备方法。
背景技术
太阳电池阵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。传统的太阳电池阵电压设计只有几十伏(一般低于50V)，为解决大功率传输，减少功率传输损失逐渐发展了高压太阳电池阵(电压高于50V)。由于空间级太阳电池阵所处环境恶劣，特别是处于等离子体环境中的高压太阳电池阵易发生ESD放电，进而将太阳电池电路击穿，造成太阳电池阵输出功率降低甚至失效。为有效解决太阳电池阵高压传输和空间环境放电问题，需要对高压太阳电池阵进行静电放电防护设计，达到高压防护的目的。
史亮等“CN201410451763.8一种低轨道航天器高压太阳电池阵二次放电防护方法”采用透明导电膜进行高压二次放电防护，与本技术方案不同。
崔新宇等“CN201210075993.X三结高压大功率太阳电池阵防静电放电方法”通过增加基板表面绝缘强度的被动防护方法进行高压防护，与本技术方案不同。
为有效解决高压太阳电池阵防护设计及制作工艺难题，实现高可靠连接，需提出一种高压太阳电池模块结构，通过新结构设计解决现有的不足，以利于大功率、高载荷的太阳电池阵技术发展。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于开发高压太阳电池电路防护设计结构及制备方法，以解决太阳电池阵高压防护难题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种高压太阳电池电路防护设计结构，其包含：基板、太阳电池、互连片、组件连接片、盖片胶、防静电粘结剂以及导电玻璃盖片；所述的太阳电池之间通过所述的互连片连接；所述的导电玻璃盖片具有凹口，以将所述的太阳电池封装在内部；所述的太阳电池通过所述的盖片胶粘接于所述的凹口内，所述的导电玻璃盖片包覆所述太阳电池的上表面和四周；所述的太阳电池串并联后，形成太阳电池模块，太阳电池模块的输出端与组件连接片连接；所述的太阳电池模块通过所述的防静电粘结剂粘贴于所述的基板上。
较佳地，所述的导电玻璃盖片采用参铈玻璃。
较佳地，所述的导电玻璃盖片与所述的太阳电池的结构匹配。
较佳地，所述的导电玻璃盖片的边缘进行倒圆角处理。
较佳地，所述的太阳电池为集成旁路二极管太阳电池。
较佳地，所述的互连片包含N型互连片和P型互连片；所述的太阳电池通过焊接引出N型互连片和P型互连片；所述的N型互连片连接太阳电池的N极与串联方向的太阳电池的P极，所述的P型互连片连接太阳电池上旁路二极管的N极与相邻太阳电池的P极。
较佳地，所述的粘结剂具有高阻性，其体积电阻为106Ω·cm。
较佳地，所述的互连片为空间级金属材料。
本发明还提供了了上述的高压太阳电池电路防护设计结构的制备方法，所述的太阳电池为集成旁路二极管太阳电池，该方法包含以下步骤：
步骤一，采用焊接技术将互连片、太阳电池、二极管连接在一起；
步骤二，采用封装技术将太阳电池与导电玻璃盖片封装在一起，形成CIC太阳电池；
步骤三，采用焊接技术将不同CIC太阳电池串联在一起形成太阳电池模块；
步骤四，采用焊接技术将太阳电池模块的互连片与组件连接片连接在一起；
步骤五，采用粘结剂将太阳电池模块粘贴于基板上，形成太阳电池电路。
有益效果：
(1)导电玻璃盖片具有包覆太阳电池的特殊结构，且具有电荷传导能力，有利于解决电池电路模块高压保护连接问题。
(2)太阳电池模块与基板粘结，玻璃盖片表面的电荷直接传输至粘结剂上，从技术上解决了静电放电对太阳电池的损伤影响。
(3)太阳电池电路模块具有结构强度高，制作工艺简单，空间环境适应性好，特别是能适应LEO轨道上高通量的原子氧环境，提高了太阳电池阵空间环境适应性。
附图说明
图1为本发明的高压太阳电池电路防护设计结构的结构示意图。
图2为一实施例的太阳电池与互连片连接的结构示意图。
图3为一实施例提供的一种太阳电池电路用异型玻璃盖片。
图4为一实施例提供的一种CIC太阳电池封装结构图。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
如图1至图4所示，本发明的高压太阳电池电路防护设计结构包含：基板1、太阳电池31、互连片(N型互连片32、33和P型互连片34)、组件连接片(组件连接片41和组件连接片42)、盖片胶(图中未示)、防静电粘结剂2以及导电玻璃盖片36。太阳电池31为单体太阳电池，太阳电池31之间通过互连片连接。如图3所示，导电玻璃盖片36具有凹口，以将太阳电池31封装在内部；太阳电池31通过盖片胶粘接于凹口内，导电玻璃盖片36包覆太阳电池31的上表面和四周。太阳电池31串并联后，形成太阳电池模块，太阳电池模块的输出端与组件连接片连接。太阳电池模块通过防静电粘结剂2粘贴于基板1上，其中，太阳电池31及导电玻璃盖片36均与基板1粘接，以封装太阳电池31。互连片在导电玻璃盖片36和基板1之间伸出。
导电玻璃盖片36具有包覆太阳电池的特殊结构，且具有电荷传导能力，有利于解决电池电路模块高压保护连接问题。导电玻璃盖片36四周凸出，中间为凹口，太阳电池31封装于凹口内，因此导电玻璃盖片36包覆太阳电池31的上表面和四周，避免太阳电池直径裸露于空间环境中，因此不存在金属、等离子体及太阳电池的3结合区域，从原理上解决了高压放电对太阳电池造成的危害；通过粘结剂2，太阳电池模块与基板1粘结，太阳电池下表面也被高阻胶包覆，太阳电池工作状态下，玻璃盖片表面的电荷直接传输至粘结剂2上，从技术上解决了静电放电对太阳电池的损伤影响。
太阳电池31为集成旁路二极管太阳电池。如图2所示，互连片包含N型互连片32、33和P型互连片34；太阳电池31通过焊接引出N型互连片32、33和P型互连片34；N型互连片32、33分别连接太阳电池31的N极与串联方向的太阳电池31的P极，P型互连片34连接太阳电池上旁路二极管37的N极与相邻太阳电池31的P极。
一些实施例中，导电玻璃盖片36采用参铈玻璃。互连片为空间级金属材料。导电玻璃盖片36具有较高的强度，弯曲强度达300MPa以上，具有良好的耐辐照性能。
一些实施例中，导电玻璃盖片36与太阳电池31的结构匹配。图3中，导电玻璃盖片36呈长方形玻璃盖结构，中部为凹口，四周突出形成台阶，将太阳电池31封装在内部。
一些实施例中，导电玻璃盖片36的边缘进行倒圆角处理。
防静电粘结剂2具有高阻性，一些实施例中，其体积电阻为106Ω·cm。
本发明还提供了上述的高压太阳电池电路防护设计结构的制备方法，该方法包含以下步骤：
步骤一，采用焊接技术将互连片32、33与太阳电池31的负极连接在一起，将互连片34与二极管37的正极连接在一起；
步骤二，采用封装技术将太阳电池31与导电玻璃盖片36封装在一起，形成CIC太阳电池3；
步骤三，采用焊接技术将不同CIC太阳电池3串联在一起形成太阳电池模块；
步骤四，采用焊接技术将太阳电池模块的互连片与组件连接片41、42连接在一起；
步骤五，采用防静电粘结剂2将太阳电池模块粘贴于基板1上，形成太阳电池电路。
实验已经证明，本发明通过导电玻璃盖片36、防静电的粘结剂2、集成旁路二极管式太阳电池31、组件连接片41、组件连接片42、互连片32、33、34等设计，将太阳电池31上表面及四周包覆起来，此结构有效解决电池电路模块高压保护连接问题，该结构具有结构强度高，制作工艺简单，空间环境适应性好，特别是能适应LEO轨道上高通量的原子氧环境，提高了太阳电池阵空间环境适应性。太阳电池模块具有高度集成性，结构可靠，太阳电池模块力学响应小。二极管不占用太阳电池发电面积，提高太阳电池阵空间发电能力。
本发明所提供的一种高压太阳电池电路防护设计结构及其制备方法，将为高压太阳电池阵工程化应用提供保障，将为低轨观测卫星、高轨卫星、我国空间站、神舟飞船、天宫系列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，提高我国高压太阳电池阵的应用水平，为国防做出贡献。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种高压太阳电池电路防护设计结构，其特征在于，包含：基板、太阳电池、互连片、组件连接片、盖片胶、防静电粘结剂以及导电玻璃盖片；
所述的太阳电池之间通过所述的互连片连接；
所述的导电玻璃盖片具有凹口，以将所述的太阳电池封装在内部；所述的太阳电池通过所述的盖片胶粘接于所述的凹口内，所述的导电玻璃盖片包覆所述太阳电池的上表面和四周；
所述的太阳电池串并联后，形成太阳电池模块，太阳电池模块的输出端与组件连接片连接；
所述的太阳电池模块通过所述的防静电粘结剂粘贴于所述的基板上。
2.根据权利要求1所述的高压太阳电池电路防护设计结构，其特征在于，所述的导电玻璃盖片采用参铈玻璃。
3.根据权利要求1所述的高压太阳电池电路防护设计结构，其特征在于，所述的导电玻璃盖片与所述的太阳电池的结构匹配。
4.根据权利要求1所述的高压太阳电池电路防护设计结构，其特征在于，所述的导电玻璃盖片的边缘进行倒圆角处理。
5.根据权利要求1所述的高压太阳电池电路防护设计结构，其特征在于，所述的太阳电池为集成旁路二极管太阳电池。
6.根据权利要求5所述的高压太阳电池电路防护设计结构，其特征在于，所述的互连片包含N型互连片和P型互连片；所述的太阳电池通过焊接引出N型互连片和P型互连片；所述的N型互连片连接太阳电池的N极与串联方向的太阳电池的P极，所述的P型互连片连接太阳电池上旁路二极管的N极与相邻太阳电池的P极。
7.根据权利要求1所述的高压太阳电池电路防护设计结构，其特征在于，所述的防静电粘结剂具有高阻性，其体积电阻为106Ω·cm。
8.根据权利要求1所述的高压太阳电池电路防护设计结构，其特征在于，所述的互连片为空间级金属材料。
9.权利要求1-8中任意一项所述的高压太阳电池电路防护设计结构的制备方法，其特征在于，所述的太阳电池为集成旁路二极管太阳电池，该方法包含以下步骤：
步骤一，采用焊接技术将互连片、太阳电池、二极管连接在一起；
步骤二，采用封装技术将太阳电池与导电玻璃盖片封装在一起，形成CIC太阳电池；
步骤三，采用焊接技术将不同CIC太阳电池串联在一起形成太阳电池模块；
步骤四，采用焊接技术将太阳电池模块的互连片与组件连接片连接在一起；
步骤五，采用防静电粘结剂将太阳电池模块粘贴于基板上，形成太阳电池电路。
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