[发明专利]柔性太阳电池组件及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种空间用柔性太阳电池组件及其制备方法和应用。

背景技术

高空长航时太阳能无人机具有飞行高度高、工作时间长、覆盖区域广、使用灵活、运行成本低和无环境污染等优点，成为执行情报、侦察、监视和通信中继等任务的理想空中平台，有着非常广阔的应用前景。它利用太阳光辐射能作为动力在高空长航时连续飞行的无人驾驶飞行器，它利用光电池将太阳能转化为电能，通过电动机驱动螺旋桨旋转产生飞行动力。白天，太阳能无人机依靠机体表面铺设的太阳电池将吸收的太阳光辐射能转换为电能，维持动力系统、航空电子设备和有效载荷的运行，同时对机载二次电源充电。如果白天存储的能力能够满足夜间飞行的需要，则理论上太阳能无人机可以实现“永久”飞行。

为了保证太阳能飞机具有足够的飞行动力，往往需要在其机翼、机身上铺设较多的太阳能电池组件，太阳能电池在太阳能飞机上的安装工艺是个技术难点。目前，无人机上铺设的太阳电池大多为刚性太阳电池，由于受到太阳能无人机翼型弧度和安装结构的限制，刚性且易碎易裂的太阳电池阵平面很难适应机翼上曲率变化大部位的贴合和安装。当机翼受载变形时，电池可能严重受损。这就要求既要解决对太阳能电池的封装问题，太阳能飞机本身又要为电池提供良好的铺设平台。为保证气动效率，太阳能电池不仅要保证安装时与飞机蒙皮共形，而且要保证在整个飞行过程中与蒙皮的紧密贴合，所以太阳能电池的柔韧性至关重要。传统的刚性太阳能电池组件一般采用PET透光膜（约200μm厚）+EVA层（约500μm厚）+单晶硅片或多晶硅片（约180μm厚）+TPE背光板，其面密度通常为2.0～2.5 kg/m²，导致太阳能电池组件缺乏柔韧性，不仅无法适应与翼型曲面的贴合，而且本身的质量较大，降低了太阳能飞机的载荷，难以满足太阳能飞机的应用需求。

减薄后的太阳电池阵列具有一定弯曲性能，被称为柔性太阳电池组件。但是电池片不是越薄越好，这是因为减薄后电池片的脆性增加，在弯曲受力不均匀的情况下极易碎裂，特别是在太阳能无人机等类似有较大弯曲结构的应用中更易碎裂。因而常规的柔性太阳电池组件仍具有很大的刚性，导致弯曲后回弹力较大，难以将其固定在无人机机翼等曲率大的结构表面。因此，常规的柔性太阳电池组件在无人机机翼骨架等曲率大的结构表面上安装铺设中，主要靠增加铆钉、销钉、搭扣等机械结构将太阳电池组件与机翼骨架等进行锁紧固定。这样，不仅增加了太阳能无人机等的重量，而且这些机械固定结构破坏了机翼等的表面光滑度和无人机等的气动保形性能。

例如，在已经公开的太阳能无人机用的太阳电池组件制作技术中，如CN 203659894 U和CN201510680597中均采用刚性的太阳电池制备太阳电池组件，为了保证电池组件中刚性太阳电池在弯曲过程中不发生碎裂，组件不能进行大的弯曲变形，很难适应机翼上曲率变化大部位的贴合。另外，如CN 203659894 U专利中虽较传统太阳电池组件面密度减轻35%以上，面密度仍达到1.2Kg/m²以上；同时，该专利中制备的太阳电池组件缺乏柔韧的支撑衬底难以保证太阳电池组件与无人机机翼骨架共性效果以及太阳电池片可靠性。同样，CN201510680597专利中虽然柔性的隔热材料作为支撑衬底，但由于该组件结构和工艺，难以避免不同材料经过热收缩不均衡后造成的组件翘曲和组件内部刚性太阳电池可靠性差等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种面密度低、弯曲和柔韧性能好、能适应与翼型曲面的贴合、可靠性好、不存在翘曲、碎裂等封装问题的柔性太阳电池组件，还相应提供一种该柔性太阳电池组件的制备方法及其在太阳能无人机等空间飞行器上的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种柔性太阳电池组件，包括从上至下依次热压封装的上蒙皮、第一封装胶膜、柔性太阳电池阵、第二封装胶膜、支撑件、第三封装胶膜和下蒙皮，所述支撑件为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板。

一种柔性太阳电池组件，包括从上至下依次热压封装的上蒙皮、第一封装胶膜、柔性太阳电池阵、第二封装胶膜、下蒙皮、第三封装胶膜和支撑件，所述支撑件为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫板。

作为上述两个技术方案的进一步改进：