本發(fā)明涉及太陽能無人機研究領域，特別是涉及了一種太陽能無人機中柔性封裝的太陽能電池組塊及其制備方法。

背景技術：

能源和環(huán)境危機是當今人類面臨的嚴峻挑戰(zhàn)。太陽能是可再生能源，是取之不盡的能源資源，如何有效地開發(fā)和利用這些資源則日益受到全球范圍的重視。太陽電池片的制備經歷一個多世紀的科學發(fā)展和技術進步，太陽能電池的種類也越來越多，從計算器傳統(tǒng)太陽能燈、太陽能充電器，到光伏發(fā)電站、光伏建筑一體化，分布式屋頂發(fā)電系統(tǒng)等，在各個領域都得到廣泛的應用。單個太陽能電池片往往因為輸出電壓太低，輸出電流不合適，晶體硅太陽能電池片本身又比較脆，不能獨立抵御外界惡劣條件，因而在實際使用中需要把單體太陽能電池片進行串并聯，并加以封裝，接出外連線，成為可以獨立作為光伏電源使用的太陽能電池片組。太陽能電池片組件通過吸收陽光，將太陽的光能直接變成用戶所需的電能輸出。

現有技術的缺陷和不足：

1.在一般的市場應用中，絕大多數采用的是單晶硅電池、多晶硅電池和非晶硅電池等太陽能電池片，均以玻璃封裝，脆弱易損不能同時滿足輕、薄、可在曲面使用安裝等要求。

2.非晶硅、銅銦鎵硒、染料敏化等大多數柔性太陽能電池組件，存在轉換效率低或量產性差等問題。

3.太陽能電池片暴露在空氣中易氧化，在使用過程中易受到污染，使用壽命短；

技術實現要素：

為了解決背景技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能無人機中柔性封裝的太陽能電池組塊及其制備方法。

本發(fā)明制備獲得的太陽能電池組塊安裝到太陽能無人機機翼上，能滿足太陽能無人機在電池轉換效率和單位面積電池比功率兩方面的綜合要求，并能有效解決剛性太陽能電池陣與飛機翼型曲面的有效結合問題，可有效降低太陽能無人機在結構重量方面的損耗，進而提高太陽能無人機的載荷能力。

本發(fā)明采用的技術方案是：

一、一種太陽能無人機中柔性封裝的太陽能電池組塊：

包括太陽能電池片和緊貼在太陽能電池片背面的纖維增強材料，纖維增強材料通過環(huán)氧樹脂膠壓合在太陽能電池板背面。

本發(fā)明以高效的剛性太陽能電池為基礎，通過柔性薄膜太陽能電池封裝技術的合理借鑒與改進，利用單層玻璃纖維布材料，配以EL2環(huán)氧樹脂膠將剛性太陽能電池進行柔性模塊化封裝，形成剛柔一體太陽能電池模塊。

主要由自上而下依次疊放的表面封裝膜、太陽能電池片、電極線層、環(huán)氧樹脂膠層、玻璃纖維布層的五層組成，以玻璃纖維布作為纖維增強材料，電極線層緊貼在太陽能電池片下表面形成整體。

本發(fā)明五層的太陽能電池組塊在制作過程中先由自上而下依次疊放的第一pet聚酯薄膜、太陽能電池片、電極線層、環(huán)氧樹脂膠層、玻璃纖維布、第二pet聚酯薄膜的六層材料組成，再將第一pet聚酯薄膜和第二pet聚酯薄膜撕去，將表面封裝膜貼在電池片表面。

所述的表面封裝膜為高透超輕保護膜，高透是指透明度高于等于90％，超輕是指膜的單層每平方米質量小于等于20克。

具體實施的太陽能電池片采用剛性太陽能電池片。

所述纖維增強材料也可以采用芳綸、尼龍絲等其他絕緣纖維材料編織成布。

二、一種太陽能無人機中柔性封裝的太陽能電池組塊的制備方法：

1)電池片焊接：在潔凈室內，將太陽能電池片電極焊接，先進行單片焊接，再進行多片串焊，形成多片太陽能電池片組成一塊太陽能電池板，并將電極線層貼附在其下表面；所述的單片焊接和多片串焊均在表面帶預熱系統(tǒng)的串接模板上進行。

其中，在進行太陽能電池片焊接時，為確保該太陽能電池組件輸出的高效性，焊接過程應在潔凈室內完成。

2)進行裁剪和清理：將第一pet聚酯薄膜、表面封裝膜、第二pet聚酯薄膜和玻璃纖維布根據太陽能電池板的面積進行剪裁，然后對第一pet聚酯薄膜和第二pet聚酯薄膜進行清潔和打蠟的預處理，使得第一pet聚酯薄膜的下表面和第二pet聚酯薄膜的上表面無異物和雜質并經打蠟處理；

3)將第二pet聚酯薄膜鋪在干凈平整的桌面上，將剪裁好的玻璃纖維布展開覆蓋在第二pet聚酯薄膜上；

4)配制環(huán)氧樹脂膠，采用EL2環(huán)氧樹脂膠，AT30胺類快速固化劑，樹脂和固化劑的質量比是10:3，EL2環(huán)氧樹脂膠和玻璃纖維布的質量比是1:1，將環(huán)氧樹脂膠均勻地涂抹到玻璃纖維布上，使得玻璃纖維布與第二pet聚酯薄膜完全粘合；

5)將焊好的電池片板及其下貼附的電極線層置于涂好膠水的玻璃纖維布上，再將第一pet聚酯薄膜鋪在電池片板上，下表面朝下并與太陽能電池板的上表面接觸；

6)通過上述步驟將第一pet聚酯薄膜和第二pet聚酯薄膜在完成層疊步驟后，用透明膠帶進行臨時固定；

7)將步驟6)制成的半成品放入密封的真空袋中，抽真空進行固化；

8)從真空袋中取出，形成剛柔一體的太陽能電池模塊，修剪電池模塊周圍多余的加工余料，撕去第一pet聚酯薄膜和第二pet聚酯薄膜，然后將太陽能電池板上表面鋪上表面封裝膜再放入真空袋里壓平，取出后獲得太陽能電池組塊。

所述步驟中抽真空進行固化的處理是在真空氣壓為-0.09Mpa的條件下，從常溫加熱到固化溫度65℃，靜置12個小時。

步驟7中，抽真空進行固化的處理是在真空氣壓為-0.09Mpa的條件下，從常溫加熱到固化溫度65℃，靜置12個小時。

步驟8中，抽真空進行固化的處理是在真空氣壓為-0.09Mpa的條件下，從常溫加熱到封裝溫度105℃，靜置1個小時。

所述太陽能電池組塊用于安裝到太陽能無人機機翼上。

其中，該第一pet聚酯薄膜的下表面需進行預處理，具體是：第一pet聚酯薄膜的下表面需用潔凈軟布以旋轉的方式均勻地涂抹環(huán)氧樹脂脫膜蠟，15分鐘后，再用凈軟布將朦糊的表面漸漸擦至光亮，重復三次。

其中，第一pet聚酯薄膜的下表面必須保持高度的潔凈。

其中，太陽能電池片可采用高效的砷化鎵太陽能電池、高效的單晶硅太陽能電池或高效的多晶硅太陽能電池。

其中，電極線層采用鍍錫的無氧銅，鍍銀的退火無氧銅、退火的純銀箔或退火的鍍銀純鋁。

其中，該玻璃纖維布的剪裁布紋方向應于電池片背后的柵線垂直。

其中，該表面第二pet聚酯薄膜的上表面需進行預處理，具體是：第二pet聚酯薄膜的上表面需用凈軟布以旋轉的方式均勻地涂抹環(huán)氧樹脂脫膜蠟，15分鐘后，再用凈軟布將朦糊的表面漸漸擦至光亮，重復三次。

其中，第一pet聚酯薄膜、第二pet聚酯薄膜、表面封裝膜、玻璃纖維布的尺寸應略大于所要封裝的電池片組的大小。

本發(fā)明的表面封裝膜主要用于位于剛柔一體太陽能電池模塊的上表面，在滿足足夠透光率的情況下起保護太陽能電池片的作用；電極線層主要用于輸出太陽能電池片所產生的電能；環(huán)氧樹脂膠層填充于太陽能電池片與增強纖維布的間隙之中。

本發(fā)明玻璃纖維布是指玻璃纖維編織成的布，玻璃纖維布位于剛柔一體太陽能電池模塊的下表面，在滿足太陽能電池片柔性封裝的同時，起到一定結構支撐的作用；玻璃纖維布與太陽能電池片復合成一體，增加其韌性，使其具有單片電池片45°彎曲而不破碎的能力。

本發(fā)明的優(yōu)勢和有益效果是：

本發(fā)明可在保持太陽能電池陣高效輸出的同時，有效解決剛性太陽能電池陣列與太陽能無人機翼型曲面的有效結合問題，目前較為先進用于電池片封裝的CIGS薄膜面密度為1700g/m²，而此封裝工藝光伏模塊的面密度僅為為545g/m²，其厚度僅為0.2mm，輸出功率為100W的電池板重量僅為270G，是傳統(tǒng)封裝工藝太陽能電池板的1/6，因而可為太陽能無人機的輕質化設計與載荷能力的提高提供技術支持。

本發(fā)明的表面封裝膜具有雙向性收縮率大，耐熱性能高，奶油性能好等優(yōu)點，透光率達95％，每平方米13-17g，厚度為10～15微米，背面涂有薄層熱敏膠，在一定溫度條件下，具有粘性，能與太陽能電池片粘合在一起，防止太陽能電池片的氧化以及保護電池片；因其具有熱縮性，一定溫度下，材料收縮，使電池片表面更加平滑；又因厚度薄，電池片相當于和流動的空氣接觸，飛行過程中，表面的空氣流動，帶走熱量，主動散熱，提高了電池片的轉換效率。

總結來說，本發(fā)明制備獲得電池組塊柔韌性好，質量密度小，成本低，能非常好地適用于太陽能無人機，貼附在機翼上能滿足太陽能無人機在電池轉換效率和單位面積電池比功率兩方面的綜合要求，并能有效解決剛性太陽能電池陣與飛機翼型曲面的有效結合問題，能有效降低太陽能無人機在結構重量方面的損耗，進而提高太陽能無人機的載荷能力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備過程中所需材料的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明獲得太陽能電池組塊的結構示意圖。

圖3為本發(fā)明方法流程圖。

圖中：1.第一PET聚酯薄膜；2.太陽能電池片；3.電極線層；4.環(huán)氧樹脂膠；5.玻璃纖維布；6.第二PET聚酯薄膜；7.表面封裝膜。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進行詳細說明

如圖3所示，本發(fā)明的實施例及其實施制備過程如下：

實施例的太陽能電池組塊是由自上而下依次疊放的表面封裝膜7、太陽能電池片8、電極線層3、環(huán)氧樹脂膠層4、玻璃纖維布5的五層組成，如圖2所示，以玻璃纖維布5作為纖維增強材料，電極線層緊貼在太陽能電池片下表面形成整體。

太陽能電池片2本實施例中采用轉換效率為21.8％的美國空間站用SUNPOWER太陽能單晶電池片。電極線層3焊接在高效太陽能電池片2下表面的主柵線上，起輸出電能的作用，本實施例采用退火的鍍銀純鋁。環(huán)氧樹脂膠層4填充于太陽能電池片2下表面與玻璃纖維布5的孔隙之中，采用EL2環(huán)氧樹脂膠。玻璃纖維布5位于剛柔一體太陽能電池模塊的下表面，在滿足太陽能電池片柔性封裝的同時，起到結構支撐的作用。表面封裝膜7位于本發(fā)明電池組件的外表面，本實施例采用透光率為95％的熱縮超輕高透蒙皮，可在滿足足夠透光率的情況下起保護太陽能電池片2的作用，防止太陽能電池片2物理損壞和化學氧化。

1)原材料采購、檢驗，保證所選材料滿足使用要求和工藝成型要求，尤其是環(huán)境適應性要求；

2)電池片焊接：在潔凈室內，將太陽能電池片電極焊接，先進行單片焊接，再進行多片串焊，使得太陽能電池片上的電極相串聯連接，形成多片太陽能電池片組成一塊太陽能電池板，并將電極線層貼附在其下表面；所述的單片焊接和多片串焊均在表面帶預熱系統(tǒng)的串接模板上進行，焊接前太陽能電池片被固定在板上并與具有預熱溫度的板接觸，可以保證太陽能電池片盡可能小的變形，從而減小碎片率。

電池片在模板上定好位置后，取15mm左右的短焊帶，焊接于相鄰兩塊電池片的焊點間，作為片間的串接；同時，在電池片中間，三條串接焊帶間，還焊有一條匯流條，提高串接線路的可靠性。

3)進行裁剪和清理：將第一pet聚酯薄膜1、表面封裝膜7、第二pet聚酯薄膜6和玻璃纖維布5根據太陽能電池板的面積進行剪裁，用專用裁剪機按組件規(guī)格裁剪第一pet聚酯薄膜、表面封裝膜、第二pet聚酯薄膜和玻璃纖維布，四周留有5～10mm的加工余量，然后對第一pet聚酯薄膜和第二pet聚酯薄膜進行清潔和打蠟的預處理，使得第一pet聚酯薄膜的下表面和第二pet聚酯薄膜的上表面無異物和雜質并經打蠟處理；

4)將第二pet聚酯薄膜鋪在干凈平整的桌面上，其進行過預處理的上表面朝上，將剪裁好的玻璃纖維布展開覆蓋在第二pet聚酯薄膜上；

5)配制環(huán)氧樹脂膠，采用EL2環(huán)氧樹脂膠，樹脂和固化劑的質量比是10:3，實施例的固化劑采用快速性胺類固化劑，EL2環(huán)氧樹脂膠和玻璃纖維布的質量比是1:1，將環(huán)氧樹脂膠均勻地涂抹到玻璃纖維布上，環(huán)氧樹脂膠由上表面滲透過玻璃纖維布到下表面，使得玻璃纖維布與第二pet聚酯薄膜完全粘合；

6)將焊好的電池片板及其下貼附的電機線層置于涂好膠水的玻璃纖維布上，再將第一pet聚酯薄膜鋪在電池片板上，下表面朝下并與太陽能電池板的上表面接觸；

7)通過上述步驟將第一pet聚酯薄膜和第二pet聚酯薄膜在完成層疊步驟后，用透明膠帶進行臨時固定，防止第一pet聚酯薄膜和第二pet聚酯薄膜發(fā)生相對移動；

8)如圖1所示，將步驟6制成的半成品同定位模板放入密封的真空袋中，0.8～1個大氣壓下抽真空進行固化，固化溫度和時間與環(huán)氧樹脂膠相適應，在真空氣壓為-0.09Mpa的條件下，從常溫加熱到固化溫度65℃，靜置12個小時。

9)從真空袋中取出，此時務必保證環(huán)氧樹脂膠已固化，形成剛柔一體的太陽能電池模塊，修剪電池模塊周圍多余的加工余料，撕去第一pet聚酯薄膜和第二pet聚酯薄膜，然后將太陽能電池板上表面鋪上表面封裝膜再放入真空袋里壓平，抽真空進行固化的處理是在真空氣壓為-0.09Mpa的條件下，從常溫加熱到封裝溫度105℃，靜置1個小時，在此工藝條件下表面封裝膜背面的熱敏膠具有粘性，在外部壓力的作用下可以緊緊貼在電池片表面。)取出后獲得太陽能電池組塊，最終如圖2所示，完成剛柔一體太陽能電池組塊的封裝。

本實施例可在保持太陽能電池陣高效輸出的同時，有效解決剛性太陽能電池陣列與太陽能無人機翼型曲面的有效結合問題，因為經過封裝處理后，單塊電池片可以45°彎曲而不破碎，目前較為先進用于電池片封裝的CIGS薄膜面密度為1700g/m²，而采用本封裝工藝光伏模塊的面密度僅為545g/m²，其厚度僅為0.2mm，輸出功率為100W的光伏模塊重量僅為270G，是傳統(tǒng)封裝工藝太陽能電池板的1/6，因而可為太陽能無人機的輕質化設計與載荷能力的提高提供技術支持。

在制造成本上，本封裝工藝所需材料費不超過100元/m²，額外設備需求少；而傳統(tǒng)EVA，PET為襯底封裝的工藝，材料費在150元/m²以上，且封裝過程，需要專用的真空層壓機熱壓，進一步增加了其成本。

由此可見，本發(fā)明能夠有效解決剛性太陽能電池陣列與太陽能無人機翼型曲面的有效結合問題，實現了輕質化并提高了載荷能力，并且轉換效率高，成本低，達到其突出顯著的技術效果。