Способ изготовления гибкого фотоэлектрического модуля
FLEXIBLE PHOTOELECTRIC MODULE MANUFACTURING METHOD

Изобретение относится к области электротехники, а именно, к способам изготовления гибких фотоэлектрических модулей для преобразования энергии солнечного излучения в электричество, которые могут быть использованы для электропитания потребителей и заряда аккумуляторов на борту электрических и гибридных транспортных средств морского и воздушного применения.
Из уровня техники известен способ изготовления гибкого фотоэлектрического модуля, содержащий следующие стадии: подачу гибкой пленки, полученной соединением листа стойкого к воздействию ультрафиолетового излучения материала с листом стойкого к воздействию высоких температур электроизоляционного материала, и содержащей на своей верхней стороне множество сквозных отверстий, совпадающих с соединительными точками на задней стороне фотоэлектрических элементов, а на нижней стороне – печатную микросхему, остановку гибкой пленки у паяльной маски, размещение фотоэлектрических элементов на указанной пленке и пайку фотоэлектрических элементов волной припоя к соединительным точкам на задней стороне указанной пленки (см. патент RU2393590, кл. H01L 31/05, опубл. 27.06.2005). Недостатками известного способа являются необходимость наличия на поверхности единичных фотоэлектрических преобразователей контактов, нанесенных методом трафаретной печати, а также неизбежность дополнительной операции пайки волной припоя.
Кроме того, из уровня техники известен способ изготовления путём термоформирования гибкого фотоэлектрического модуля, содержащего единичные фотоэлектрические преобразователи, расположенные внутри центрального электроизолирующего полимерного слоя, расположенные по обеим его сторонам прозрачные защитные электроизолирующие полимерные слои и токосъёмные элементы с низкотемпературным припоем (см. патент US10038113, кл. H01L 31/0224, опубл. 31.07.2018). Основными недостатками известного способа являются излишняя трудоёмкость и затратность производства, а также необходимость использования дополнительных средств крепления модуля в проектном положении.
Технической проблемой, решаемой созданием заявленного изобретения, является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении изготовления гибкого фотоэлектрического модуля. Поставленная проблема решается, а технический результат достигается тем, что согласно предлагаемому способу изготовления гибкого фотоэлектрического модуля формируют первый защитный слой из гибкого плоского листа прозрачного электроизолирующего полимера, наносят на его наружный слой адгезив, подвергают термообработке и закрывают защитной пленкой; формируют второй защитный слой из гибкого плоского листа прозрачного электроизолирующего полимера, наносят на его наружный слой гидрофобизирующее покрытие в жидкой фазе и сушат при температуре 20-60˚С; фиксируют оба защитных слоя в технологической оснастке, параллельно накладывают покрытые низкотемпературным припоем проводящие проволоки с заранее припаянными перпендикулярно к ним поперечными шинами, смазанными технологическим адгезивом; на оба защитных слоя помещают центральный слой из гибкого плоского листа прозрачного электроизолирующего полимера с заранее пробитыми напротив проводящих проволок окнами под фотоэлектрические преобразователи и между ними – окнами под поперечные шины, таким образом, что поперечные шины этого защитного слоя располагаются в соответствующих окнах; располагают в соответствующих окнах единичные фотоэлектрические преобразователи и накрывают полученную сборку оставшимся защитным слоем таким образом, что поперечные шины этого защитного слоя располагаются в соответствующих окнах; на заключительном этапе помещают сборку в ламинатор при температуре 100-180˚С на 10-15 минут.
На фиг.1 представлены составные элементы фотоэлектрического модуля, изготовленного предлагаемым способом, в поперечном сечении;
на фиг.2 – то же, в сборе;
на фиг.3 – лист центрального слоя с окнами, вид сверху;
на фиг.4 – защитный слой с токосъёмными элементами.
Получаемый при реализации предлагаемого способа гибкий фотоэлектрический модуль состоит из следующих основных элементов:
1 – прозрачное гидрофобное покрытие;
2 – верхний защитный слой электроизолирующего прозрачного полимера;
3 – поперечная шина;
4 – проводящая проволока, покрытая низкотемпературным припоем;
5 – центральный слой электроизолирующего полимера;
6 – единичный фотоэлектрический преобразователь;
7 – нижний защитный слой электроизолирующего прозрачного полимера;
8 – адгезионный слой;
9 – защитная пленка адгезионного слоя;
10 – окна для поперечных шин 3;
11 – окна для фотоэлектрических преобразователей 6.
В рамках такой конструкции покрытие 1 предотвращает блокирование доступа света к фотоэлектрическим преобразователям 6 из-за пленки снега и льда на поверхности модуля. Защитные слои 2 и 7 предохраняют фотоэлектрические преобразователи 6 от воздействия окружающей среды и предотвращают поражение пользователя электрическим током, а также короткие замыкания между единичными фотоэлектрическими преобразователями 6.
Параллельно расположенные проводящие проволоки 4, вмонтированные в защитные слои 2 и 7 напротив фотоэлектрических преобразователей 6, и прикреплённые перпендикулярно им поперечные шины 3 образуют токосъёмные элементы. Проволоки 4 покрыты низкотемпературным припоем с температурой плавления <100˚С. Поперечные шины 3 выступают над защитным слоем 2 или 7 на толщину центрального слоя 5 и служат для последовательного соединения фотоэлектрических преобразователей 6 в модуль для набора требуемого рабочего напряжения, а проводящая проволока 4, вмонтированная в электроизолирующий полимер, служит для токосъема с поверхностей фотоэлектрических преобразователей 6.
Центральный слой 5 в виде гибкого плоского листа электроизолирующего полимера с пробитыми окнами 10 и 11 играет роль матрицы при сборке модуля (в окнах 10-11 фиксируются на своих местах отдельные фотоэлектрические преобразователи 6 и поперечные шины 3), а впоследствии снижает механические напряжения в защитных слоях 2 и 7 при деформации модуля.
Адгезионный слой 8 служит для быстрого и надежного крепления фотоэлектрического модуля на внешних поверхностях транспортных средств, а защитная пленка 9 предотвращает адгезию слоя к таре и технологическому оборудованию в процессе изготовления и транспортировки модуля (до его установки на транспортное средство).
Для изготовления такого модуля используют предлагаемый способ, реализуемый следующим образом.
Формируют первый защитный слой 7 из гибкого плоского листа прозрачного электроизолирующего полимера, наносят на его наружный слой адгезив для формирования слоя 8, подвергают термообработке и закрывают защитной пленкой 9.
Формируют второй защитный слой 2 из гибкого плоского листа прозрачного электроизолирующего полимера, наносят на его наружный слой гидрофобизирующее покрытие в жидкой фазе и сушат при температуре 20-60˚С для формирования слоя 1.
Фиксируют первый защитный слой 7 в технологической оснастке, параллельно накладывают покрытые низкотемпературным припоем проводящие проволоки 4 с заранее припаянными перпендикулярно к ним поперечными шинами 3, смазанными технологическим адгезивом.
Фиксируют второй защитный слой 2 в технологической оснастке, параллельно накладывают покрытые низкотемпературным припоем проводящие проволоки 4 с заранее припаянными перпендикулярно к ним поперечными шинами 3, смазанными технологическим адгезивом.
На первый 7 или второй 2 защитный слой помещают центральный слой 5 из гибкого плоского листа прозрачного электроизолирующего полимера с заранее пробитыми напротив проводящих проволок 4 окнами 11 и между ними – окнами 10, таким образом, что поперечные шины 3 этого защитного слоя располагаются в соответствующих окнах 10. Центральный слой 5 может быть предварительно смазан технологическим адгезивом или зафиксирован в оснастке.
В окна 11 укладывают фотоэлектрические преобразователи 6, сборку симметрично накрывают слоем 7 (или 2) таким образом, что поперечные шины 3 этого защитного слоя располагаются в соответствующих окнах 10.
В заключении сборку помещают в ламинатор при температуре 100-180˚С на 10-15 минут.
Предлагаемый способ позволяет значительно упростить изготовление, поскольку использует однотипные элементы и материалы, которые легко фиксируются в проектном положении за счёт центрального слоя 5 в виде гибкого плоского листа с окнами 10-11, форма которых повторяет форму соответствующих элементов 3 и 6, и, за счёт нанесения на проволоки 4 низкотемпературного припоя, позволяет осуществлять окончательную сборку за одну технологическую операцию ламинирования.