一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片的制作方法
【專利摘要】一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，包括：基材，所述基材為鉬箔；位于所述鉬箔表面的過渡層，所述過渡層為雙層結(jié)構(gòu)，包括位于基材表面的鉻層和位于鉻層表面的鎳層；位于所述過渡層表面的銀層。實驗已經(jīng)證明，本發(fā)明所提供的耐原子氧的太陽電池電路用互連片耐原子氧能力強，可以延長太陽電池陣的空間環(huán)境壽命，擴大太陽電池陣的應(yīng)用領(lǐng)域，提升光伏發(fā)電的應(yīng)用范圍。它特別適合于長壽命的航天飛行器，尤其是國際空間站這種低軌、長壽命、大功率的飛行器。其與銀質(zhì)互連片相比，該新型互連片的應(yīng)用空間更廣，壽命更長。
【專利說明】—種耐原子氧的太陽電池電路用互連片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電鍍及太陽電池電路焊接領(lǐng)域的研究，涉及一種耐原子氧金屬鑰材料表面電鍍處理和焊接工藝，具體涉及到金屬材料的成型、金屬表面電鍍處理以及與太陽電池的焊接等方面的內(nèi)容。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽電池是一種利用光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。傳統(tǒng)的晶體硅太陽能電池和砷化鎵太陽電池采用金屬銀質(zhì)互連片連接成電池電路，可以采用錫焊或者電阻焊接的方式實現(xiàn)互連片與太陽電池或其他電路的導(dǎo)通。由于傳統(tǒng)金屬銀互連片耐原子氧能力非常差，導(dǎo)致太陽電池陣在軌運行壽命降低，特別是在低地球軌道上限制了該種互連片的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明解決的問題是提供一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，以解決現(xiàn)有太陽電池電路用互連片耐原子氧能力差的問題。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，包括:基材，所述基材為鑰箔；位于所述鑰箔表面的過渡層，所述過渡層為雙層結(jié)構(gòu)，包括位于基材表面的鉻層和位于鉻層表面的鎳層；位于所述過渡層表面的銀層。
[0005]進一步，所述鑰箔的材料是純度為99.5以上的鑰，所述鑰箔100的厚度為10 μ m~30 μ m。
[0006]進一步，所述鉻層采用的是鉻101，所述鉻層0101的厚度為0.2μπ-θ.5μπι。
[0007]進一步，所述鎳層采用的是鎳102，所述鎳層0102的厚度為0.5 μ π-2 μ m。
[0008]進一步，所述銀層的厚度為5 μ π-?Ο μ m。
[0009]進一步，所述互連片包括一處Ω環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述Ω環(huán)形結(jié)構(gòu)的位置根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)計。
[0010]進一步，所述鑰箔在氮氣環(huán)境下，在壓強為(TlOOPa，溫度為700°C條件下，進行2h~3h的高溫退火處理。
[0011]進一步，所述鉻層、鎳層、銀層采用電鍍的方法形成。
[0012]進一步，所述互連片焊接區(qū)域為雙面鍍銀，非焊接區(qū)域為雙面鍍銀或者局部鍍銀，雙面鍍銀區(qū)域互連片總厚度為20 μ π-50 μ m。
[0013]本發(fā)明中互連片的基材為金屬鑰材料，鑰的厚度在一定合理范圍內(nèi)，鑰基材太厚無法進行焊接，太薄其機械性能和導(dǎo)電性能無法滿足要求。本發(fā)明應(yīng)用的是鑰箔材厚度為10 μ m~30 μ m。
[0014]由于鑰箔可焊接性非常差，所以對鑰箔表面進行電鍍銀，來提高鑰箔的可焊接性。鑰箔鍍銀技術(shù)難度高，傳統(tǒng)的電鍍工藝不能滿足太陽電池用互連片的技術(shù)要求，其鍍層牢固度低，焊接性能差，焊接強度低，焊接參數(shù)不穩(wěn)定等一系列問題。本發(fā)明對互連片的結(jié)構(gòu)層進行設(shè)計，解決了以上不足。
[0015]本發(fā)明的特點是:本發(fā)明采用耐原子氧能力強的金屬鑰箔作為基材，通過電鍍方式將純銀鍍到基材的表面，使用了中間鍍層金屬鉻和金屬鎳，通過合理設(shè)計各鍍層厚度，實現(xiàn)產(chǎn)品的熱匹配性良好，提高了鍍層間的牢固度。
[0016]主要性能指標(biāo):耐原子氧能力強，可耐原子氧總累積量7.50X 1026個/m2以上。焊接性好，可與砷化鎵太陽電池和硅太陽電池進行焊接，焊接后其電性能不衰降。提高了太陽電池電路的耐原子氧能力，延長了太陽電池陣的在軌運行壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明提供的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片的刨面結(jié)構(gòu)圖；
圖2為本發(fā)明提供的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片的一種應(yīng)用結(jié)構(gòu)的俯視
圖；
圖3為圖2中應(yīng)用結(jié)構(gòu)的立體圖。
【具體實施方式】
[0018]下文結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0019]如圖1所示，本發(fā)明提供一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，包括:基材0100，所述基材0100為鑰箔；位于所述鑰箔表面的過渡層，所述過渡層為雙層結(jié)構(gòu)，包括位于基材表面的鉻層0101和位于鉻層0101表面的鎳層0102 ;位于所述過渡層表面的銀層0103。
[0020]所述基材采用鑰箔，材料可選鑰100，純度達(dá)到99.5%以上，采用壓延的方法扎制而成。該箔材制作后，采用N2為保護氣體，爐內(nèi)壓強維持在0-100 Pa,加熱溫度為700°C，高溫退火處理3小時，提高了鑰箔材的機械延展性和彎折性能。其彎曲疲勞強度(往復(fù)彎折180度)達(dá)50次以上。其線性膨脹系數(shù)在5 X IO-6A左右，與太陽電池具有良好的熱匹配性。電鍍前將純鑰箔試樣用砂紙打磨后，浸在脫脂液(Na0H:Na2C03:Na2Si03=3:2:l的混合溶液)中進行脫脂處理。脫脂并經(jīng)清洗的試樣放入10%的硫酸溶液中進行酸洗活化處理，酸洗后再經(jīng)過水洗完成鑰箔預(yù)處理。進一步，鑰箔太厚無法進行焊接，太薄其機械性能和導(dǎo)電性能無法滿足要求。本發(fā)明應(yīng)用的是鑰箔厚度為10um~30μm。
[0021]鑰箔預(yù)處理完成后進行電鍍鉻層0101處理，材料可選鉻101，金屬鉻與金屬鑰熱膨脹系數(shù)接近，其線性膨脹系數(shù)在6.2 X1O-6A左右，結(jié)構(gòu)層具有良好的熱匹配性。通過電鍍的方式將金屬鉻鍍到基材的表面。其鉻層0101厚度為0.2 um~0.5 μ m。電鍍鉻101時鑰100為陰極，鉻101為陽極，在鉻鹽液中進行電鍍鉻101。鉻層太薄結(jié)構(gòu)牢度不好，太厚造成互連片結(jié)構(gòu)層彎曲疲勞性能降低。
[0022]電鍍鉻層0101工序完成后進行電鍍鎳層0102處理，金屬鎳線性膨脹系數(shù)在13 X IO-6A左右，與銀層0103熱膨脹系數(shù)接近，具有良好的熱匹配性。通過電鍍的方式將金屬鎳102鍍到鉻層0101的表面，形成鎳層0102。所述鎳層0102的厚度為0.5 μ m^2 μ m,其與鉻層和銀層結(jié)合牢固。鎳層厚度太薄，互連片結(jié)構(gòu)熱匹配性差，太厚影響焊接牢固度。
[0023]電鍍鎳時鑰層0100、鉻101組合體為陰極，鎳102為陽極，在鎳鹽液中進行電鍍鎳102。[0024]電鍍鎳層0102完成后再電鍍銀層0103，電鍍銀層0103的主要目的是提高互連片的焊接性能。所述銀層0103厚度約為5 μ m-10μ m,通過電鍍的方式將銀鍍在金屬鎳102的表面形成銀層0103。所形成的互連片具有良好的結(jié)構(gòu)牢固度，各層間的熱膨脹系數(shù)遞增，熱匹配特性好，且整體結(jié)構(gòu)結(jié)合力高。耐彎曲疲勞性能好，可進行沖壓成型。
[0025]電鍍銀時，鑰層0100、鉻層0101、鎳層0102組合體為陰極，銀層0103為陽極，在銀鹽液中進行電鍍銀層0103。
[0026]電鍍銀層0103完成后對銀層0103表面進行鈍化處理，選用苯并三氮唑(BTA)和石臘為保護劑對互連片試樣進行鈍化處理，常溫鈍化30iT50S后，采用高壓水進行沖洗，最后用吹風(fēng)筒將表面吹干，采用苯并三氮唑(BTA)和石臘為保護劑可以防止損壞銀層0103表面。
[0027]在本發(fā)明的實際應(yīng)用中，電鍍完成后進行互連片沖壓處理，按照太陽電池電路的需求進行結(jié)構(gòu)減應(yīng)力設(shè)計，圖2為本發(fā)明提供的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片的一種應(yīng)用結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖3為圖2中應(yīng)用結(jié)構(gòu)的立體圖。由圖2和圖3可以看出，可以通過在本發(fā)明所提供的互連片上設(shè)定位置形成Ω環(huán)形結(jié)構(gòu)來在應(yīng)用中對電流形成緩沖，所述Ω環(huán)形結(jié)構(gòu)的位置根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)計。
[0028]由于鑰箔可焊接性非常差，所以對鑰箔表面進行電鍍銀，還可以提高鑰箔的可焊接性。鑰箔鍍銀技術(shù)難度高，傳統(tǒng)的電鍍工藝不能滿足太陽電池用互連片的技術(shù)要求，其鍍層牢固度低，焊接性能差，焊接強度低，焊接參數(shù)不穩(wěn)定等一系列問題。本發(fā)明對互連片的結(jié)構(gòu)層進行設(shè)計，解決了以上不足。所述互連片焊接區(qū)域為雙面鍍銀，非焊接區(qū)域為雙面鍍銀或者局部鍍銀，雙面鍍銀區(qū)域互連片總厚度為20 μ m-50 μ m。
[0029]實驗已經(jīng)證明，本發(fā)明所提供的耐原子氧的太陽電池電路用互連片耐原子氧能力強，可以延長太陽電池陣的空間環(huán)境壽命，擴大太陽電池陣的應(yīng)用領(lǐng)域，提升光伏發(fā)電的應(yīng)用范圍。它特別適合于長壽命的航天飛行器，尤其是國際空間站這種低軌、長壽命、大功率的飛行器。其與銀質(zhì)互連片相比，該新型互連片的應(yīng)用空間更廣，壽命更長。
[0030]本發(fā)明所提供的耐原子氧的太陽電池電路用互連片將為低軌觀測衛(wèi)星、高軌衛(wèi)星、我國空間站、神州飛船、天宮系列、探月工程等一系列的飛行器提供廣闊的應(yīng)用市場。該技術(shù)創(chuàng)新填補國內(nèi)了空白，提高我國太陽電池陣的應(yīng)用水平，為國防做出貢獻。
[0031]本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，其特征在于，包括:基材，所述基材為鑰箔；位于所述鑰箔表面的過渡層，所述過渡層為雙層結(jié)構(gòu)，包括位于基材表面的鉻層和位于鉻層表面的鎳層；位于所述過渡層表面的銀層。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，其特征在于，所述鑰箔的材料是純度為99.5以上的鑰，所述鑰箔的厚度為10μπ 30μπι。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，其特征在于，所述鉻層采用的是鉻101，所述鉻層的厚度為0.2 μ π Ο.5 μ m。
4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，其特征在于，所述鎳層采用的是鎳102，所述鎳層的厚度為0.5 μ m^2 μ m。
5.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，其特征在于，所述銀層的厚度為5 μ π ?Ο μ m。
6.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，其特征在于，所述互連片包括一處Ω環(huán)形結(jié)構(gòu)，所述Ω環(huán)形結(jié)構(gòu)的位置根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)計。
7.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，其特征在于，所述鑰箔在氮氣環(huán)境下，在壓強為(TlOOPa，溫度為700°C條件下，進行2tT3h的高溫退火處理。
8.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，其特征在于，所述鉻層、鎳層、銀層采用電鍍的方法形成。
9.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐原子氧的太陽電池電路用互連片，其特征在于，所述互連片焊接區(qū)域為雙面鍍銀，非焊接區(qū)域為雙面鍍銀或者局部鍍銀，雙面鍍銀區(qū)域互連片總厚度為20 μ m~50 μ m。
【文檔編號】H01L31/05GK103872164SQ201210525639
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】王志彬, 賀虎, 陳萌炯, 邢路, 朱亞雄, 黃三玻, 陸劍峰, 王訓(xùn)春, 王建立 申請人:上?？臻g電源研究所