一种以光伏电池为衬底的印刷电路板及其制造方法与流程

1.本发明属于印刷电路技术领域，涉及一种以光伏电池为衬底的印刷电路板及其制造方法。


背景技术：

2.本文中的光伏供能模块是指具有光伏发电和电源管理功能的供能模组，主要由光伏电池和具有电源管理功能的电路板组成，被广泛地应用于仪器仪表、感应器等的电源供给，可直接给负载系统或蓄电装置提供电能，但已知技术中的光伏供能模块的光伏电池和电源管理电路板是分离状态的，电源管理电路板是传统的电路板，而且光伏电池和传统的电路板的连接导线会占有一定空间以及弯折导线，这样分离的器件导致光伏供能模块结构松散、体积大，容易拉断连接导线，造成光伏供能模块在使用和运输过程中的不方便。


技术实现要素：

3.为解决以上光伏供能模块存在的光伏电池与电路板分离问题，首先需要实现将电路与光伏电池一体化，再将电子元器件（包括被动元件和功能器件）、连接座等焊接或邦定在光伏电池上，形成光伏供能模块的器件集成化。
4.本发明的目的就是要发明一种以光伏电池为衬底的印刷电路板及其制造方法，通过将电路直接印刷在光伏电池上形成以光伏电池为衬底的印刷电路，同时以光伏电池为供能源。
5.本文中将以光伏电池为衬底的印刷电路板英文缩写为pvpcb（photovoltaic print circuit board），将以块状电池为衬底的印刷电路板英文缩写为b-pvpcb（block-photovoltaic print circuit board），将以薄膜电池为衬底的印刷电路板英文缩写为tf-pvpcb（thin film-photovoltaic print circuit board）。
6.为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种以光伏电池为衬底的印刷电路板(pvpcb)，其特征在于：包括光伏电池及其背电极的背电极保护层，在背电极保护层上制作有电路，电路上设有电子元器件以及连接座的焊盘，背电极保护层上开有电极窗口，光伏电池的输出电极从电极窗口引出与电路连接，在电路上覆盖有电路保护层，电路保护层开有焊盘窗口，电子元器件和连接座的焊盘覆盖在焊盘窗口上，在焊盘上覆盖有焊盘保护层；电子元器件及连接座可直接焊接在pvpcb的焊盘上。
7.所述的光伏电池为块状电池或薄膜电池，其为衬底的印刷电路分别称为以块状电池为衬底的印刷电路板(b-pvpcb）或以薄膜电池为衬底的印刷电路板（tf-pvpcb）。
8.所述的以块状电池为衬底的印刷电路板（b-pvpcb）包括块状电池及其背电极的背电极保护层、背电极保护层上的电路、电路保护层、焊盘和焊盘保护层。
9.所述的块状电池为单晶硅、多晶硅、砷化镓等。
10.所述以薄膜电池为衬底的印刷电路板（tf-pvpcb）包括在基底上依次叠层有前电极层、光电转换层和背电极层的薄膜电池，以及背电极层上的背电极保护层、背电极保护层
上的电路、电路保护层、焊盘和焊盘保护层。
11.所述的薄膜电池的基底材料为玻璃、聚酰亚胺、ppa等透明材料。
12.所述的薄膜电池的前电极层为氧化铟锡（ito）膜、fto膜、azo（zno:al）膜等；所述的薄膜电池的光电转换层为非晶硅、非晶硅/晶体硅（hjt）叠层、钙钛矿、碲化镉、铜铟镓硒等。
13.所述的薄膜电池的背电极层为碳浆、铝膜等。
14.所述的背电极保护层为环氧树脂、乙烯醋酸乙烯酯、聚氨酯等绝缘材料，背电极保护层厚度在10~50μm之间。
15.所述的电路的导体材料为碳浆、石墨烯或金属导电浆料，其中碳浆导体电路宽度在1.0~3.0mm之间，厚度在10~50μm之间。
16.所述的电路保护层为环氧树脂、聚氨酯、异丁烯橡胶等绝缘材料作为绝缘保护层，其厚度控制在5~30μm之间。
17.所述的焊盘为铜浆，厚度在10~30μm之间。
18.所述的焊盘保护层的材料为抗氧化材料，如松香。
19.一种以光伏电池为衬底的印刷电路板(pvpcb)的制造方法，包括以下步骤：步骤1：在光伏电池的背电极上通过丝网印刷或喷涂的方法涂覆背电极保护层，将产品放入烤箱中，以80～160℃温度烘烤30~180min，待固化后取出；所述的丝网印刷方法需要在丝网上制作电极窗口；所述的喷涂方法需要先将光伏电池的输出电极遮挡，喷涂后将遮挡片去除，露出输出电极；步骤2：在背电极保护层上印刷电路，印刷后进行加热固化，将产品放入烤箱中，以80～160℃温度烘烤30~120min，待固化后取出；步骤3：在固化后的电路上通过丝网印刷或喷涂方法涂覆电路保护层，加热固化，将产品放入烤箱中，以80～160℃温度烘烤30~180min，待固化后取出；所述的丝网印刷方法需要在丝网上制作焊盘窗口；所述的喷涂方法需要在电路的焊盘处进行遮挡，喷涂后将遮挡片去除，露出焊盘窗口；步骤4：在电路保护层的焊盘窗口处印刷焊盘，加热固化形成端电极，将产品放入烤箱中，以80～160℃温度烘烤30~180min，待固化后取出；步骤5：在焊盘上涂覆焊盘保护层；步骤6：在电路保护层上丝印字符后进行固化。
20.本发明产生的积极有益效果是：由于在光伏电池上直接印刷电路并可在上面进行电子元器件的焊接，使得光伏电池和电源管理电路成为一体，为光伏供能模块集成化的立体封装提供了技术支持和保证，体积小，结构紧凑，使用和运输方便，大大简化了设计难度和占用空间，为光伏供能模块的广泛应用和选择提供了条件；同时避免了传统电路板加工过程中的化学刻蚀和钻孔粉尘，绿色环保；由于大大降低了材料的使用和用量，降低产品成本。
附图说明
21.图1：本发明的实施例1的整体结构爆炸示意图。
22.图2：本发明的实施例1的整体结构示意图。
23.图3：本发明的实施例1的应用结构示意图。
24.图4：本发明的实施例2的整体结构示意图。
25.图5：本发明的实施例3的整体结构爆炸示意图。
26.图6：本发明的实施例3的应用结构爆炸示意图。
27.图中，1、薄膜电池，101、基底玻璃，102、聚酰亚胺，103、前电极层，104、光电转换层，105、背电极层，106、光伏电池输出电极，2、背电极保护层，201、电极窗口，3、电路，4、电路保护层，401、焊盘窗口，5、焊盘，501、焊盘保护层，6、电子元器件，7、连接座，8、晶硅电池，801、前板玻璃，802、胶膜，803、背接触式硅片，804、背板玻璃，9、发光led芯片。
具体实施方式
28.实施例1 在玻璃上沉积的以薄膜电池为衬底的刚性印刷电路板。
29.本实施例的薄膜电池1的基底玻璃101为低铁玻璃，前电极层103为ito，光电转换层104为非晶硅或非晶硅/晶体硅叠层，背电极层105为碳浆，背电极保护层2为环氧树脂，电路3为碳浆，光伏电池输出电极106和焊盘5为铜浆，焊盘保护层501为含有松香类有机溶剂的有机保护层。
30.制作背电极保护层2、电路3、电路保护层4、焊盘5、焊盘保护层501的同样大小的丝印网板，背电极保护层2上开有电极窗口201，电路保护层4上开有焊盘窗口401，电极窗口201对应位置是背电极层105的光伏电池输出电极106，焊盘窗口401对应电子元器件6的焊盘5，在已沉积好的薄膜电池1的背电极层105上丝印背电极保护层2，印好后放到烘箱以120℃温度烘烤60min固化后取出，再在背电极保护层2上丝印电路3，印好后放到烘箱以100℃温度烘烤30min至固化后取出，再在电路3上丝印电路保护层4，印好后放到烘箱以120℃温度烘烤100min至固化后取出，再在电路保护层4上的焊盘窗口401上丝印焊盘5，印好后放到烘箱以150℃温度烘烤60min至固化后取出，再在焊盘5上涂抹焊盘保护层501，在室温下放置，然后丝印字符，完成制作。使用时，将电子元器件6和连接座7直接焊接在焊盘5上，然后进行立体封装后包装即可。
31.对于其它薄膜电池硬质衬底的印刷电路板同样可采用本实施例的制造方法。
32.实施例2 在聚酰亚胺上沉积的以薄膜电池为衬底的柔性印刷电路板。
33.本实施例的薄膜电池1的基底102为聚酰亚胺(pi)，前电极层103为fto，光电转换层104为钙钛矿薄膜层以及电荷传输层或铜铟镓硒，背电极层105为银浆，背电极保护层2为为环氧树脂，电路3为石墨烯浆料，光伏电池输出电极106和焊盘5为铜浆，焊盘保护层501为含有松香类有机溶剂的有机保护层。
34.制作背电极保护层2、电路3、电路保护层4、焊盘5、焊盘保护层501的同样大小的丝印网板，背电极保护层2上开有电极窗口201，电路保护层4上开有焊盘窗口401，电极窗口201对应位置是背电极层105的光伏电池输出电极106，焊盘窗口401对应电子元器件6的焊盘5，在已沉积好的薄膜电池1的背电极层105上丝印背电极保护层2，印好后放到烘箱以100℃温度烘烤80min至固化后取出，再在背电极保护层2上丝印电路3，印好后放到烘箱以100℃温度烘烤50min至固化后取出，再在电路3上丝印电路保护层4，印好后放到烘箱以100℃温度烘烤80min至固化后取出，再在电路保护层4上的焊盘窗口401上丝印焊盘5，印好后放到烘箱以120℃温度烘烤30min至固化后取出，再在焊盘5上涂覆焊盘保护层501，在室温下
晾置，然后丝印字符，完成制作。使用时，将电子元器件6和连接座7直接焊接在焊盘5上，然后进行立体封装后包装即可。
35.对于其它以薄膜电池为衬底的柔性印刷电路板同样可采用本实施例的制造方法。
36.实施例3 以背接触式硅片为衬底的印刷电路板。
37.晶硅电池8为背接触式硅片803，背电极保护层2为为环氧树脂，电路3为银浆，光伏电池输出电极106为银浆和焊盘5为铜浆，焊盘保护层501为含有松香类有机溶剂的有机保护层。
38.在背接触式硅片803的背电极面上丝印背电极保护层2，背电极保护层2的电极窗口201对应背接触硅片803的引出正负电极，印好后放到烘箱以150℃温度烘烤50min至固化后取出，再在背电极保护层2上丝印电路3，印好后放到烘箱以120℃温度烘烤30min至固化后取出，再在电路3上丝印电路保护层4，印好后放到烘箱以150℃温度烘烤50min至固化后取出，再在电路保护层4上的焊盘窗口401上丝印焊盘5，印好后放到烘箱以120℃温度烘烤30min至固化后取出，再在焊盘5上丝印焊盘保护层501，在室温下晾置。
39.使用时，先将做好的以背接触式硅片为衬底的印刷电路板上焊接发光led芯片9，焊接后将其通过胶膜802封装在前板玻璃801和背板玻璃804中间制成夹层玻璃，中间的发光led芯片9可通过背接触式硅片803供电发光。