RU2760378C1 - Способ изготовления модуля солнечных элементов - Google Patents

Способ изготовления модуля солнечных элементов Download PDF

Info

Publication number
RU2760378C1
RU2760378C1 RU2021105889A RU2021105889A RU2760378C1 RU 2760378 C1 RU2760378 C1 RU 2760378C1 RU 2021105889 A RU2021105889 A RU 2021105889A RU 2021105889 A RU2021105889 A RU 2021105889A RU 2760378 C1 RU2760378 C1 RU 2760378C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solar cell
silicone
layer
siel
solar
Prior art date
Application number
RU2021105889A
Other languages
English (en)
Inventor
Борис Николаевич Самсоненко
Владимир Александрович Хвостиков
Владимир Григорьевич Тарасенко
Original Assignee
Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") filed Critical Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн")
Priority to RU2021105889A priority Critical patent/RU2760378C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2760378C1 publication Critical patent/RU2760378C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам изготовления модулей высокоэффективных солнечных элементов на струнном каркасе в солнечных батареях космических аппаратов. Технический результат, достигаемый предлагаемым способом изготовления модуля солнечных элементов, заключается в увеличении срока эксплуатации, повышении надежности солнечной батареи и сокращении объема ремонтных работ за счет обеспечения прочности клеевого соединения силиконового наполнителя с тыльной металлизацией солнечных элементов и защитной подложкой. Достигается вышеуказанный технический результат тем, что в предложенном способе изготовления модуля солнечных элементов, включающем нанесение силиконового наполнителя на лицевую и тыльную стороны солнечных элементов, приклеивание на силиконовый наполнитель защитной подложки, выполнение вакуумной дегазации, перед нанесением силиконового наполнителя на тыльной стороне солнечного элемента формируют трехслойное адгезионное покрытие путем последовательного нанесения капельным распылением эпоксидного клея, силиконового компаунда СИЭЛ и промоутера адгезии, причем после нанесения слоя силиконового компаунда СИЭЛ выполняют термообработку при температуре 150÷180°С. 4 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к способам изготовления модулей высокоэффективных солнечных элементов на струнном каркасе в солнечных батареях космических аппаратов.
Известен способ изготовления полупроводникового устройства-модуля солнечного элемента и способ его инкапсуляции (патент Японии JP 2007527109, опубл. 20.09.2007 г.), принятый за аналог, в котором полученный модуль солнечных элементов включает в себя один или несколько солнечных элементов и жесткую или гибкую верхнюю пластину и/или подложку, имеющую герметизирующий материал, представляющий собой отверждаемый жидкий силиконовый инкапсулирующий материал. Композиция инкапсулирующего материала состоит по меньшей мере из жидкого диорганополисилоксана, сшивающего реагента в виде полиорганосилоксана, катализатора гидросилирования и может дополнительно содержать промоутер адгезии. Способ изготовления (герметизации) модуля солнечных элементов включает стадию равномерного нанесения жидкого силиконового герметизирующего материала в заданном количестве путем распыления, покрытия или распределения материала, а также стадию отверждения герметизирующего материала тепловым или инфракрасным излучением.
Недостаток данного способа герметизации модуля солнечных элементов-аналога заключается в недостаточной адгезии клеевого покрытия на основе отверждаемой силиконовой пленки к химически инертной поверхности Au тыльного контакта Cr/Au/Ag/Au высокоэффективных трехкаскадных фотопреобразователей со структурой GalnP/GalnAs/Ge, в результате при вакуумировании с нагревом формируются скрытые полости и происходит деградация солнечных элементов.
Признаки аналога, общие с предлагаемым способом изготовления модуля солнечных элементов: нанесение силиконового наполнителя на лицевую и тыльную стороны солнечных элементов, приклеивание на силиконовый наполнитель защитной подложки, выполнение дегазации с нагревом.
Известен модуль солнечных элементов и метод его изготовления, принятый за прототип (ЕР 2234172 А1, опубл. 29.09.2010 г.), включающий прозрачную стеклянную панель; солнечные элементы, соединенные между собой с помощью металлических шин; тыльную защитную подложку; силиконовый наполнитель и герметизирующий компаунд, причем модуль изготавливается путем размещения солнечных элементов на стеклянной панели, формирования по периметру солнечной панели слоя герметизирующего компаунда, заливки силиконового наполнителя, компрессии тыльной защитной подложки к слою герметизирующего компаунда с одновременным заполнением внутреннего пространства модуля силиконовым наполнителем и последующим выполнением вакуумной дегазации. В качестве силиконового наполнителя применяют силиконовый герметик, полимеризующийся в гель при комнатной температуре, и имеющий широкий температурный интервал эксплуатации от -70°С до +300°С. В качестве герметизирующего компаунда используют силиконовые смолы со связующим компонентом на основе изобутилена, обладающие хорошей адгезией к стеклянной панели и защитной подложке.
Недостаток прототипа, применительно к изготовлению модуля из высокоэффективных трехкаскадных элементов GalnP/GalnAs/Ge, выращенных на германиевой подложке с тыльным контактом Cr/Au/Ag/Au, заключается в нарушении герметичности клеевого соединения солнечных элементов с защитной подложкой из-за недостаточной адгезии полимеризованного силиконового наполнителя к химически инертной поверхности слоя золота, при этом в процессе вакуумной дегазации силиконового наполнителя избыточное внутреннее давление может вызывать повреждение солнечных элементов.
Признаки прототипа, общие с предлагаемым способом изготовления модуля солнечных элементов следующие: нанесение силиконового наполнителя на лицевую и тыльную стороны солнечных элементов, приклеивание на силиконовый наполнитель защитной подложки, выполнение вакуумной дегазации.
Технический результат, достигаемый предлагаемым способом изготовления модуля солнечных элементов, заключается в увеличении срока эксплуатации, повышении надежности солнечной батареи и сокращении объема ремонтных работ за счет обеспечения прочности клеевого соединения защитной подложки с тыльной металлизацией солнечных элементов.
Отличительные признаки, обеспечивающие соответствие предлагаемого способа изготовления модуля солнечных элементов критерию «новизна», следующие: перед нанесением силиконового наполнителя на тыльной стороне солнечного элемента формируют трехслойное адгезионное покрытие путем последовательного нанесения капельным распылением эпоксидного клея, силиконового компаунда СИЭЛ и промоутера адгезии, причем после нанесения слоя силиконового компаунда СИЭЛ выполняют термообработку при температуре 150÷180°С.
Нанесение эпоксидного клея капельным распылением необходимо для создания слоя островковой конфигурации трехслойного адгезионного покрытия на поверхности химически инертного слоя золота тыльной металлизации солнечных элементов. Последующий сплошной слой трехслойного адгезионного покрытия - силиконовый компаунд СИЭЛ, в результате термообработки при 150÷180°С образует прочные адгезионные связи с островками эпоксидного клея и тыльной металлизацией. При термообработке осуществляется полимеризация с уплотнением структуры и полная дегазация слоя силиконового компаунда СИЭЛ. Нанесение слоя промоутера адгезии трехслойного адгезионного покрытия необходимо для создания активных химических связей на поверхности отвержденного силиконового компаунда СИЭЛ. Капельный метод распыления обеспечивает равномерное распределение промоутера адгезии на поверхности слоя силиконового компаунда СИЭЛ. В результате, при последующей наклейке защитной подложки (стеклотекстолитовой платы) на силиконовый наполнитель и вакуумной дегазации с нагревом, обеспечивается эластичное клеевое соединение защитной подложки с тыльной металлизацией солнечного элемента.
Достигается это тем, что в предложенном способе изготовления модуля солнечных элементов, включающем нанесение силиконового наполнителя на лицевую и тыльную стороны солнечных элементов, приклеивание на силиконовый наполнитель защитной подложки, выполнение вакуумной дегазации, перед нанесением силиконового наполнителя на тыльной стороне солнечного элемента формируют трехслойное адгезионное покрытие путем последовательного нанесения капельным распылением эпоксидного клея, силиконового компаунда СИЭЛ и промоутера адгезии, причем после нанесения слоя силиконового компаунда СИЭЛ выполняют термообработку при температуре 150÷180°С.
Пример конкретного выполнения предлагаемого способа изготовления модуля солнечных элементов иллюстрирован на фиг. 1÷3.
На фиг. 1 представлен вид тыльной поверхности солнечного элемента после нанесения эпоксидного клея. На фиг. 2а, б представлен вид тыльной стороны солнечного элемента для модуля на струнном каркасе: а) - после нанесения адгезионного покрытия; б) - после наклейки защитной подложки (стеклотекстолитовой платы) и распайки выводных шин. На фиг. 3 представлен вид фрагмента модуля солнечных элементов на струнном каркасе.
Для конкретного примера применения предлагаемого способа изготовления модуля солнечных элементов используют трехкаскадные фотопреобразователи с эпитаксиальной структурой GalnP/GalnAs/Ge, выращенной на германиевой подложке. Тыльный контакт солнечных элементов выполнен из последовательно напыленных слоев металлизации Cr/Au/Ag/Au.
На тыльную сторону солнечных элементов с контактным слоем металлизации Cr/Au/Ag/Au наносят капельным распылением эпоксидный клей ВК-9. При этом формируется первый слой трехслойного адгезионного покрытия, имеющий островковую конфигурацию (см. фиг. 1). Выполняют сушку эпоксидного клея ВК-9. Затем капельным распылением (с последующим равномерным распределением кистью) наносят второй слой трехслойного адгезионного покрытия - сплошной слой силиконового компаунда СИЭЛ (ТУ 2157-170-00209013-2016), разбавленного в растворителе. Для разбавления силиконового компаунда СИЭЛ используют бензин Нефрас в соотношении весовых(г) и объемных(мл) частей соответственно: 1 г СИЭЛ: 10 мл бензина Нефрас. При распылении указанной смеси происходит испарение бензина и формируется слой вязкой консистенции, состоящий преимущественно из силиконового компаунда СИЭЛ. Капельное нанесение силиконового компаунда СИЭЛ наиболее производительно, кроме того, в открытом виде смесь быстро загустевает. Выполняют термообработку при температуре 170°С, в течение 60 мин. При этом формируется прочное соединение между слоями эпоксидного клея и силиконового компаунда СИЭЛ. Одновременно происходят процессы полимеризации с уплотнением структуры и полная дегазация силиконового компаунда СИЭЛ (см. фиг. 2а). Использование температур менее 150°С нецелесообразно в связи со значительным уменьшением силы адгезионной связи силиконового компаунда СИЭЛ, разбавленного в бензине, с тыльной стороной солнечного элемента. Термообработка свыше 180°С нецелесообразна в силу ограниченной термической прочности применяемых материалов. Затем наносят с помощью капельного распыления третий слой трехслойного адгезионного покрытия - слой промоутера адгезии, для формирования активных химических связей на поверхности отвержденного слоя силиконового компаунда СИЭЛ. В качестве промоутера адгезии используют Пента П-14 (ТУ 0258-168-40245042-2006) в смеси с растворителем уайт-спирит в соотношении объемных частей 5÷1 соответственно. Добавление уайт-спирита усиливает проникающую способность Пента П-14 и предотвращает трещинообразование при термообработке. Применение промоутера адгезии способствует более однородному адгезионному сцеплению полимерных слоев по границе раздела. Возможно применение в качестве промоутера адгезии других грунтовочных композиций для полимеров. Выполняют термообработку слоя промоутера адгезии при 170°С, в течение 10 мин.
Островковая структура эпоксидного слоя при капельном распылении необходима для снижения термических напряжений. Сплошной слой силиконового компаунда СИЭЛ (толщиной 10÷15 мкм) выполняет функцию защиты границы раздела адгезионного покрытия с тыльной металлизацией от паров продуктов полимеризации, возникающих при распайке коммутационных выводных шин. Слой промоутера адгезии обеспечивает адгезионное соединение слоя силиконового компаунда СИЭЛ и силиконового наполнителя. Далее выполняют наклейку на лицевую и тыльную поверхности солнечного элемента соответственно защитной стеклянной пластины и защитной подложки. При этом на центральную часть стеклянной пластины, а затем и тыльной стороны солнечного элемента, наносят определенное количество силиконового наполнителя холодного отверждения марки СКТНФ (ТУ 38.103129-77) на основе низкомолекулярного фенилметилсилоксанового каучука со стандартным катализатором полимеризации № 18 (ТУ6-02-805-78) (раствор оловоорганических соединений в эфирах ортокремниевой кислоты) и прижимают к тыльной стороне солнечных элементов защитную подложку (стеклотекстолитовую плату) из радиационно-стойкого фольгированного материала (МИ 1222.8-1-35-02, ТУ2296-005-00213060-96).
В процессе растекания силиконового наполнителя СКТНФ происходит заполнение внутреннего пространства между стеклянной пластиной, солнечным элементом и защитной подложкой. Существенным преимуществом применения низкомолекулярного каучука СКТНФ в качестве силиконового наполнителя является технологическая легкость последующей очистки поверхности солнечного элемента от излишков отвержденного материала посредством раскрошивания. В отсутствие трехслойного адгезионного покрытия, состоящего из последовательно нанесенных слоев: эпоксидного клея; силиконового компаунда СИЭЛ, отвержденного при термообработке 150÷180°С и промоутера адгезии термостойкое клеевое соединение тыльного контакта солнечного элемента с защитной подложкой не обеспечивается. Затем выполняют вакуумную дегазацию солнечных элементов с постадийным увеличением температуры до ~ 100°С в течение ~ 50 часов для более полного удаления продуктов полимеризации. При необходимости возможно увеличение температуры обработки до 150°С. Далее припаивают выводные шины солнечного элемента к контактным площадкам защитной подложки (см. фиг. 2б). Последовательно соединенные с помощью выводных шин солнечные элементы образуют фотоэлектрический модуль (см. фиг. 3). Адгезионное покрытие, сформированное к тыльной стороне солнечного элемента, согласно предложенному способу, в процессе распайки выводных шин сохраняет целостность и клеевое соединение с защитной подложкой остается неповрежденным. Скрытые полости под площадками пайки отсутствуют, что необходимо для надежной работы, увеличения срока эксплуатации солнечной батареи и сокращения объема ремонтных работ. При выполнении испытаний на отрыв стеклотекстолитовой платы от солнечного элемента разрыв осуществляется по материалу силиконового наполнителя СКТНФ. Трехслойное адгезионное покрытие, состоящее из слоя эпоксидного клея, имеющего островковую конфигурацию; слоя силиконового компаунда СИЭЛ, отвержденного при температуре 150÷180°С, и промоутера адгезии обеспечивает эластичное клеевое соединение силиконового наполнителя СКТНФ с тыльной металлизацией солнечного элемента и защитной подложкой.

Claims (1)

  1. Способ изготовления модуля солнечных элементов, включающий нанесение силиконового наполнителя на лицевую и тыльную стороны солнечных элементов, приклеивание на слой силиконового наполнителя защитной подложки, выполнение вакуумной дегазации, отличающийся тем, что перед нанесением силиконового наполнителя на тыльной стороне солнечного элемента формируют трехслойное адгезионное покрытие путем последовательного нанесения капельным распылением эпоксидного клея, силиконового компаунда СИЭЛ и промоутера адгезии, причем после нанесения слоя силиконового компаунда СИЭЛ выполняют термообработку при температуре 150÷180°С.
RU2021105889A 2021-03-05 2021-03-05 Способ изготовления модуля солнечных элементов RU2760378C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105889A RU2760378C1 (ru) 2021-03-05 2021-03-05 Способ изготовления модуля солнечных элементов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105889A RU2760378C1 (ru) 2021-03-05 2021-03-05 Способ изготовления модуля солнечных элементов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760378C1 true RU2760378C1 (ru) 2021-11-24

Family

ID=78719348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021105889A RU2760378C1 (ru) 2021-03-05 2021-03-05 Способ изготовления модуля солнечных элементов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760378C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804057C1 (ru) * 2022-12-13 2023-09-26 Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") Способ изготовления модуля солнечных элементов

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007146717A (ru) * 2007-12-07 2009-06-20 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (RU) Способ изготовления чипов многослойных фотопреобразователей
RU2391745C1 (ru) * 2009-01-23 2010-06-10 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Способ изготовления каскадных солнечных элементов (варианты)
EP2234172A1 (en) * 2008-01-15 2010-09-29 Affinity Co., Ltd. Solar cell module and method for manufacturing the same
EP2844447A1 (de) * 2012-05-02 2015-03-11 Heraeus Noblelight GmbH Verfahren zur herstellung eines optischen moduls mit einer silikonoptik, optisches modul und seine verwendung
RU2694113C2 (ru) * 2017-11-24 2019-07-09 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" Тонкопленочный гибридный фотоэлектрический преобразователь и способ его изготовления

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007146717A (ru) * 2007-12-07 2009-06-20 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (RU) Способ изготовления чипов многослойных фотопреобразователей
EP2234172A1 (en) * 2008-01-15 2010-09-29 Affinity Co., Ltd. Solar cell module and method for manufacturing the same
RU2391745C1 (ru) * 2009-01-23 2010-06-10 Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН Способ изготовления каскадных солнечных элементов (варианты)
EP2844447A1 (de) * 2012-05-02 2015-03-11 Heraeus Noblelight GmbH Verfahren zur herstellung eines optischen moduls mit einer silikonoptik, optisches modul und seine verwendung
RU2694113C2 (ru) * 2017-11-24 2019-07-09 Автономная некоммерческая образовательная организация высшего образования "Сколковский институт науки и технологий" Тонкопленочный гибридный фотоэлектрический преобразователь и способ его изготовления

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2804057C1 (ru) * 2022-12-13 2023-09-26 Акционерное общество "Сатурн" (АО "Сатурн") Способ изготовления модуля солнечных элементов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6458628B1 (en) Methods of encapsulating a semiconductor chip using a settable encapsulant
JP4869408B2 (ja) 太陽電池モジュールおよびその製造方法
CN108231607A (zh) 芯片封装方法及封装结构
JP5891375B2 (ja) 光起電力モジュール
JP2015528023A (ja) 硬化性封入剤およびその使用
JP2001518718A (ja) 太陽電池の応用において用いるためのポリマー材料を改良する方法
JP2022159549A (ja) 光電池モジュール、光電池封止剤、及び光電池モジュールを製造する方法
KR20140070556A (ko) 도전성 접착제 및 태양 전지 모듈
CN101627465A (zh) 用于半导体的粘合膜和使用该粘合膜的半导体器件
RU2760378C1 (ru) Способ изготовления модуля солнечных элементов
KR0179644B1 (ko) 반도체 칩 본딩방법
JPH09223812A (ja) 太陽電池モジュール及び該製造方法
WO2012073702A1 (ja) 太陽電池モジュール及びその製造方法
RU2758203C1 (ru) Способ изготовления модуля солнечных элементов
EP2579318B1 (en) Photovoltaic cell module and photovoltaic cell
CN210012792U (zh) Uv减粘膜
WO2008041486A1 (en) Solar battery module
KR102026842B1 (ko) 직렬 롤링에 기반한 유기 실리콘 수지 광 변환체로 led를 본딩 패키징하는 공정방법
RU2804057C1 (ru) Способ изготовления модуля солнечных элементов
JP3163807B2 (ja) 太陽電池モジュールの製造方法
JP2018525816A5 (ru)
KR101364438B1 (ko) 에너지선 반응형 내열성 점착시트를 이용한 반도체 장치의 제조방법
TW202230613A (zh) 製造半導體裝置之方法
WO2022118929A1 (ja) 半導体装置の製造方法
EP3716344A1 (en) Manufacturing method of solar cell module