CN101877370A - 用于制造薄膜太阳能电池模块的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对镀膜基材(6)进行边缘去膜及将其沿已去膜的边缘带分割成单个模块的装置，其中，一用于边缘去膜的激光扫描器(2)和一用于分割的激光头(9)设置在基材(6)的相对的两侧上并能根据加工方向相互定位，以及能在其运动方面被共同控制，使得激光扫描器(2)在加工方向上均以一固定的距离设置在激光头(9)的前面，其中提供两个互相垂直的、优选带有相应不同的指向的方向作为加工方向。

Description

用于制造薄膜太阳能电池模块的装置

技术领域

本发明涉及一种用于对镀膜的基材进行边缘去膜及用于将其沿已去膜的边缘带分割成单个模块的装置，如其按照类型由DE 9106843U1已知。

背景技术

现今，为了制造薄膜太阳能电池模块(模块)，主要先将玻璃基材板(基材)镀膜和结构化，然后将其沿边缘(构成分割开的模块的边缘的带)去膜并分割成单个的模块及封装，玻璃基材板的尺寸为一个模块的数倍，例如2.6m×2.2m。

已知多种不同的方法用于边缘去膜及分割，这些方法基于不同的技术并且原则上在一条生产线中在时间上前后相继地且在不同的加工站上、即通过不同的机器或装置被实施。

这意味着用于两个不同的加工站的投资支出、这两个加工站的空间需求，以及与分别对于边缘去膜和分割所需的过程时间无关地意味着在两个加工站上必需的用于操作过程和调节过程的辅助时间。

按照DE 91 06 843 U1的装置公开了一种与这种加工站不同的加工站。

在DE 91 06 843 U1中从这样的现有技术出发，其中在一个加工站中将毛坯玻璃板分割成多个单个玻璃片并且在一个另外的加工站中进行单个玻璃片的边缘去膜。

作为可能的在DE 91 06 843 U1描述的现有技术的用于边缘去膜的方法，提出了借助气焊火焰(Autogenflamme)的热方法以及借助磨削轮和抛光轮或喷砂的机械式去除方法。

被认为是缺点的是，对于分割和边缘去膜这两个加工步骤需要两个分开的加工站。

现在在DE 91 06 843 U1中提出，放弃目前的对已经切割好的单个玻璃片边缘去膜的原理，并对毛坯玻璃板在被分成单个玻璃片之前、在用于稍后分割的刮刻和分割线随后所在的区域(边缘带)内去膜。

由此，与单个玻璃片的边缘去膜相比，操作费用总体上降低。此外，可能的是，在生产线的唯一一个加工站中既进行单个玻璃片的刮刻或切割又进行必需的去膜。

在该加工站中，将毛坯玻璃板固定在水平或垂直的支承面上并且用磨削体压过单个玻璃片的边缘带。在对压过的区域去膜之后，毛坯玻璃板可以位置不变地保持平放或竖放，以便紧接着用玻璃切割小轮跟随与在磨削时相同的移动路径。随后断开单个玻璃片。以这种方式可以使用相同的控制程序以及仅更换了刀具的相同的运动装置来实施两个加工程序。

按照DE 91 06 843 U1的、用于去膜和切割的装置具有一个加工桥，该加工桥装备有磨削刀具和/或可更换地切割刀具。

首先，磨削刀具优选受计算机控制地沿一条预定的运动轨迹移动，该运动轨迹由各边缘区域的位置决定。如果磨削过程结束，就紧接着使切割刀具沿已去膜的带的中线跟随同一运动轨迹。虽然声称也能同时进行磨削和切割，但却没有进一步细述。

与在不同加工站中的加工相比，按照DE 91 06 843 U1的解决方案具有这样的优点：更小的空间需求、更少的投资需求以及通过缩短用于操作和调节过程的辅助时间而提高节拍时间。

只有当加工轨迹始终具有相同的不变的方向并且以始终相同的指向(Richtungssinn)行进时，节拍时间才可以通过过程时间的缩短以这样的方式减小，即去膜过程与分割过程同时或者时间上重叠地进行。只有这样，能一起前后移动地设置在一个桥上的磨削刀具和刮刻刀具才处在必需的相对位置中。

由DE 20 2008 005 970 U1已知一种借助激光辐射对薄膜太阳能模块进行边缘去膜的方法和装置。

为了实施该方法，使脉冲式激光束从基材的未镀膜的一侧指向到待去膜的边缘区域上。激光束具有矩形的横截面，其带有相对锋利的边缘和相同的强度分布。激光束根据激光脉冲的重复率以这样的速度扫描边缘区域，使得该边缘区域完全地在没有大的重叠损失的情况下被激光束加载。激光束和薄膜太阳能模块之间的为此必需的相对运动通过一个扫描器的扫描运动与该扫描器和薄膜太阳能模块之间的沿环绕的边缘的中线方向的平移相对运动的叠加来实现。在边缘去膜时除掉的材料在释放时被吸走。

为了实施该方法，公开了一种带有位置固定地安装的激光站的装置，该装置包括一个激光器、一个扫描器和一个光学系统，它们统一地设置在一个紧凑的壳体中。薄膜太阳能模块在激光站侧被一个铰接臂机器人在其未镀膜的一侧上在中间通过一个真空夹具保持。控制该铰接臂机器人，使得薄膜太阳能模块在激光站的射束出口下方以恒定的速度进行相应于边缘的环绕的中线的轨迹运动。在薄膜太阳能模块的下方，一抽出通道的漏斗形开口以到薄膜太阳能模块的相对小的距离位于加工场中。

在DE 20 2008 005 970 U1中描述的装置仅设置和适合用于边缘去膜。

同样公开了多种机械式和热式方法以及对此适合的装置，用于分割已经镀膜的、结构化的且设有去膜的边缘区域的基材。

优选考虑这样的方法，用所述方法在第一工作步骤中沿所有预期的分割线产生深裂缝，之后为了将基材分解成单个的模块，在第二工作步骤中推动该深裂缝完全通过基材。深裂缝例如可以通过机械的刮刻小轮或激光束来激发。

通过激发热应力使材料分裂的激光方法基于低于材料软化温度的有限的局部加热的原理，由此在材料中形成压应力，同时基于紧接着借助定向的冷却剂射束进行骤然冷却的原理，由此产生拉应力。在材料中产生的这些力促成分割裂缝。

在WO 96/20062中，除了这样一种激光方法外，还公开了一种实施这样的方法的装置。

该装置包括：一个具有激光器和沿该激光器的光轴设置的聚焦系统的辐射部件；一个相对于该辐射部件能错开的机构，通过该机构将冷却剂送入切割区域；用于固定待切割的材料的装置；用于使激光器和冷却剂相对于工件错开的装置；以及一个控制装置。

一些其它的公开文献涉及优化在辐射光斑中的辐射密度分布或者射束光斑形状的方法，以改善分割过程的质量和速度。

相应地，用于实施方法的各装置的区别基本上仅在于不同的射束成形元件或射束导向元件。

这样的装置原则上都具有以下特征：

●一个激光辐射源，其原则上具有可控的辐射功率和辐射时间。根据激光器，发出的辐射束除了不同的波长和辐射功率外尤其是可以具有不同的辐射横截面形状和不同的辐射密度分布。

●一个激光头，在该激光头内部设有光学装置，以使激光辐射束朝向工件表面聚焦。这些光学装置在个别情况下可附加地用于射束成形和射束导向或改变射束密度分布。

●用于使激光头和工件沿着分割线相对运动的装置。

●一个具有冷却剂喷嘴的冷却剂装置，其在运动方向上以可变的或固定的距离设置在激光头后面。

●一个控制装置，激光头和与该控制装置连接的冷却剂喷嘴通过该控制装置在分割线的方向上定位。

由DE 10 2005 027 800 A1已知一种这样的装置，其中特别之处在于设有两个冷却喷嘴，以便分割裂缝可在一个运动方向上以变换的指向产生。

TSL-方法原则上仅适合于易碎的材料、尤其是玻璃基材，它们未被镀膜或者在分割线的区域内已被去膜。在分割区域内的基材表面不应有残留物并且是无损伤的，也就是说尤其是没有微小裂缝。

回到DE 91 06 843 U1，该文献涉及对单个玻璃片边缘去膜和分割的装置并因此构成最接近于本发明装置的现有技术，可以归纳得出该装置的缺点在于：不可能在两个互相垂直的方向(x和y)上以不同的指向同时进行边缘去膜和分割，由此两个程序的过程时间有助于节拍时间。

发明内容

本发明的目的在于，发明一种装置，通过该装置能对镀膜的基材在不同的方向上和以不同的指向沿着要形成的各模块的边缘带同时去膜和分割。

该目的由具有权利要求1的特征的装置来实现。有利的进一步构型在从属权利要求中说明。

本发明的重点在于，该装置为了边缘去膜和分割而具有工具，所述工具能从相反的两侧作用于基材。由此应临近地并排作用于基材的各工具不相互阻碍。

此外，这些工具彼此间的相对位置能总是相互独立地且不相互阻碍地改变，使得用于分割的工具在运动方向上始终设置在用于边缘去膜的工具的后面。

广义上理解，这里为了分割，工具是指激光头，该激光头将来自第一激光束源的第一激光束指向到基材上，而为了去膜，工具是指激光扫描器，该激光扫描器将来自第二激光束源的第二激光束同样指向到基材上。

根据本发明，为了边缘去膜，使第二激光束经由激光扫描器指向到镀膜基材的未镀膜的一侧上。在此，扫描器进行扫描运动，通过该扫描运动第一激光束以一预定的扫描角度垂直于待去膜的边缘带的中线地对基材加载激光辐射。在此，形成的边缘带的宽度由扫描角度和激光扫描器到基材的距离决定。

第二激光束和基材之间的、在边缘带的中线方向上的相对运动在x方向上通过平放在运送支承部上的基材自身的直线运动来实现，而在y方向上通过激光扫描器的移动来实现。

优选使用Nd:YAG-激光器作为用于边缘去膜的第二激光束源。

为了沿边缘带的中线制出分割裂缝，使第一激光束经由激光头在镀膜的一侧上指向到基材上。为此，优选使用CO₂激光器作为第一激光束源。

为了分割，在沿边缘带的中线的分割裂缝方向上的相对运动在x方向上也通过平放在运送支承部上的基材自身的直线运动实现，而在y方向上通过激光头的移动来实现。

激光扫描器和激光头在y方向上能移动地设置在两个彼此平行定向的桥上，其中，至少支承激光头的上桥固定地设置。支承激光扫描器的下桥可以在x方向上调节到不同的、优选三个与上桥平行的位置中，或者可以位置固定地设置、优选与上桥固定连接，其中，优选一十字滑座在下桥上被导向，激光扫描器通过该十字滑座除了在y方向上的移动外还可在x方向上移动到不同位置中。

为了能除掉在边缘去膜时产生的废料，设有具有至少一个抽出漏斗的抽出装置，该抽出漏斗以一预定的距离相对于激光头设置。

附图说明

下面借助附图通过三个实施例示例地进一步说明该装置。

附图：

图1a以俯视图示出装置的第一实施方式的原理图，

图1b以侧视图示出按照图1a的装置的原理图，

图2a以俯视图示出装置的第二实施方式的原理图，

图2b以侧视图示出按照图2a的装置的原理图，

图3a以俯视图示出装置的第三实施方式的原理图，

图3b以侧视图示出按照图3a的装置的原理图。

具体实施方式

在图1a和1b中示出按照本发明的装置的有利的第一实施方式。

该装置包括一个在所示的笛卡儿坐标系的y方向上定向的下桥1，一激光扫描器2在y方向上能移动地设置在该下桥上。

在下桥1的上方设有一个运送装置，该运送装置具有运送支承部3和带有夹持单元5的进给桥4。

运送支承部3在用于基材6的支承区域中具有空隙，这些空隙与边缘带的布置和宽度相对应并且朝上桥8定向，以便来自激光扫描器2的第二激光束能无阻碍地入射到基材6上。

一要加工的、完成镀膜的和结构化的基材6(用料)平放在运送支承部3上，夹持单元5中的至少两个将该基材保持就位。进给桥4能沿着直线导向装置7平行于下桥1移动，运送支承部3连同进给桥4一起运动并由此沿x方向水平地、在下桥1的上方运送基材6。

在运送装置上方，在中间设置有上桥8，该上桥在与下桥1相同的方向上定向。在上桥8上安装有能以90°摆动的、能分别在其各终端位置中固定的激光头9。一未示出的抽出系统的两个抽出漏斗10径向对置地与激光头9固定相连，从而使得这两个抽出漏斗在激光头9的两个终端位置中在x方向上或者在y方向上与激光头9处于一条线上。在此，抽出漏斗10的开口尽可能近地处于平放的基材6的上方，以便能完全地抽出在边缘去膜时产生的废料。在激光头9和抽出漏斗10之间分别设有冷却喷嘴，为清楚起见没有在附图中示出它们。

在附图中示出第一断裂刀11和第二断裂刀12，它们通过有目的的抬起对分割线分别在y方向和x方向上从下方加载一个力F，以最终分开各模块。

在附图中未示出两个激光束源以及各自的到激光扫描器2或激光头9的激光束输入装置。也未示出用于以马达使激光头9和激光扫描器2移动的以及用于运送装置的各驱动装置和控制单元。

下面应说明装置的在图1a和图1b中所示的第一实施方式的作用方式。

为此，例如基材6应分解为四个相同大小的模块。相应地，在x方向上对三个边缘带并在y方向上对三个边缘带去膜，它们分别具有相同的宽度。

沿着边缘带的中线，与去膜同时地、直接跟随去膜地制出分割裂缝。

只有在所有分割裂缝制出之后，基材6才沿着分割裂缝通过断裂刀11和12的作用而断开。

代替以相同的宽度构造所有边缘带，当环绕的分割不是必需的、而是基材6的棱边也应用作模块的棱边时，也可以仅宽度减半地构造环绕的边缘区域。边缘带的宽度可以简单地通过改变扫描角度而变化。

为了用按照第一实施方式的装置来加工基材6，将该基材平放到运送支承部3上的一个位置中，如图1所示。

基材6由各夹持单元5固定并且以一个棱边平行于上桥8地定向。

当在中间位于固定的上桥8上的激光头9处于图1a和1b所示的位置中并且当下桥1平行于上桥8地以一预定的距离错开地位于位置P1中时，其中激光扫描器2同样在中间位于下桥1上，边缘带的去膜可以在x方向上在基材6的中间的上方进行。

激光扫描器2和激光头9在运动方向上前后设置，一个抽出漏斗10定位在激光扫描器2的上方。

有利的是，第一激光束的横截面在运动方向上形成细长的窄的椭圆，这对于技术人员来说可从多个基于热激光束分离的方法中得知。

为了对中间的边缘带去膜并制出中间的分割裂缝，现在在激光扫描器2和激光头9位置固定的情况下，使基材6在x正方向上移动穿过这两个桥1、8之间，由此加工在x负方向上进行。

去膜和制出分割裂缝的过程如现有技术中已知的那样进行。例如DE 20 2008 005 970 U1已知一种借助激光束去膜的方法，而由WO96/20062已知一种借助激光束制出分割裂缝的方法。

当扫描器2和激光头9在y方向上分别在桥1、8上移动了一段相同的路程时——这通过对各自所属的驱动装置的共同控制来实现，在扫描器2和激光头9处于相同的相对位置时可以进行在x负方向上的另外的加工。对此，在桥1、8上设有导轨，滑座14、15在这些导轨上被导向，激光头9和激光扫描器2分别固定在这些滑座上。

之前，基材6必须被运回其初始位置中。

加工也可以以相反的指向、即在x正方向上进行，由此省去将基材6运送到其初始位置中的辅助时间。在这种情况下，下桥必须平行于上桥8地以所述预定的距离错开地移动到位置P3中，由此将激光扫描器2在加工方向上定位在激光头9的前方。在该位置中，另一抽出漏斗10设置激光扫描器2的上方。

为了在y方向上进行加工将激光头9旋转90°。

这样一方面将椭圆形的射束光斑在加工方向上定向，另一方面在加工方向上彼此前后地调整两个抽出漏斗10。

现在，将下桥1移动到位置P2中，正好在上桥8的下方。根据所选的加工方向是y正方向还是负方向来将激光扫描器2以所述预定的距离设置在激光头9的前方或后方。

对于在y方向上的加工，基材6保持位置固定，而激光扫描器2在y方向上移动，激光头9跟随其后。

在边缘带被完全去膜及刮刻之后，基材6相应地被运送至断裂刀11、12之一的上方。在y方向上的各分割裂缝依次被移动到第一断裂刀11的上方，该第一断裂刀在抬起时将基材6顶起，直至基材6沿着分割裂缝断开。

在x方向上的各分割裂缝以这样的方式断开，即第二断裂刀12在y方向上移动并且依次在这些分割裂缝下方抬起。

沿着各分割裂缝，至少在已去膜的边缘的宽度上在运送支承部3中设有空隙。一方面，这些空隙是必需的，以便从激光扫描器2出来的激光束可以无阻碍地进入基材6中，另一方面，断裂刀11、12穿过这些空隙抬起。因此，在运送支承部3中的这些空隙对去膜和断裂是有用的。

在图2a和2b示出按照本发明的装置的有利的第二实施方式。与第一实施方式不同，这里下桥1与上桥8固定连接并且与该上桥形成一个框架13。

上滑座14在上桥8上被导向，在该上滑座上以相同的距离相对于激光头9固定有三个抽出漏斗10，该激光头能以90°摆动地设置在上滑座14上。所以，与第一实施方式不同，各抽出漏斗10相对于上滑座14始终处于不变的位置。

与本发明装置的第一实施方式不同，激光扫描器2并非位于一个简单的、在下桥1上在y方向上被导向的下滑座15上，而是位于一个十字滑座16上，由此它除了在y方向上外还能在x方向上移动到两个位置P4和P5中。

所以激光扫描器2可以选择性地定位在所述三个抽出漏斗10之一的下方，以便可以在x方向上以一个指向以及在y方向上以不同的指向加工基材6。

在该实施方式中有利的是，各抽出漏斗10在方向改变时无需随着激光头9旋转，由此可以较简单地构造在抽出装置内部所需的连接。

此外，可以省去如其对于第一实施例必需的、用于能移动的下桥1的导向装置，并且对于下桥1必需的马达驱动装置可由用于十字滑座16的x轴的、尺寸显著较小的驱动装置所替代。

图3a和3b示出了本发明装置的第三实施方式。

在此，激光扫描器2安装在一个能在下桥1上在y方向上移动的下滑座15上，在此该下桥也固定地构成。激光扫描器2在x方向上不能移动。

一单个的抽出漏斗10固定地安装在上滑座14上，激光头9以一固定的距离能绕该抽出漏斗以180°摆动地设置。

与第二实施方式相同，可以在x方向上以一个指向以及在y方向上以不同的指向加工基材6。

通过将一附加的激光头9集成到上桥8中，也可实现在x方向上以不同的指向进行加工。

按照本发明的装置能实现仅用一个装置进行边缘去膜、制出分割裂缝以及断开。

附图标记列表

1     下桥

2     激光扫描器

3     运送支承部

4     进给桥

5     夹持单元

6     基材

7     直线导向装置

8     上桥

9     激光头

10    抽出漏斗

11    第一断裂刀

12    第二断裂刀

13    框架

14    上滑座

15    下滑座

16    十字滑座

Claims (6)

1.用于对镀膜的基材(6)进行边缘去膜及沿着已去膜的边缘带分割成单个模块的装置，具有一位置固定的上桥(8)和一处于该上桥下方的支承部，基材(6)朝向上桥(8)定向地放置在该支承部上，其中，一工具在y方向上能移动地设置在上桥(8)上，该工具安装在一上滑座(14)上，该装置还具有至少一个驱动装置和一与该驱动装置连接的控制单元，其特征在于：所述工具是激光头(9)，该激光头将第一激光束从上方指向到基材(6)上，并且一抽出单元的至少一个抽出漏斗(10)以一固定的预定的距离相邻于该激光头(9)；在所述支承部的下方平行于上桥(8)定向地设有一下桥(1)，在该下桥上，一激光扫描器(2)在y方向上能移动地设置在一抽出漏斗(10)的下方；所述支承部是运送支承部(3)，基材(6)能在该运送支承部上面在x方向上被运送；以及在所述运送支承部(3)中设有空隙，所述空隙与边缘带相对应，以便来自激光扫描器(2)的第二激光束能无阻碍地从下方入射到基材(6)上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述激光头(9)能以90°摆动，并且在该激光头上径向对置地固定有两个抽出漏斗(10)；以及所述下桥(1)能相对于上桥(8)以所述预定的距离在x方向上以不同的指向移动，以便激光扫描器(2)能相对于激光头(9)在x方向上以所述预定的距离错开地设置。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述激光头(9)能以90°摆动地设置；三个抽出漏斗(10)以所述预定的距离相对于激光头(9)固定在上滑座(14)上；所述下桥(1)是位置固定的并且与上桥(8)形成一框架(13)，其中，在下桥(1)上，激光扫描器(2)安装在一十字滑座(16)上，以将该激光扫描器相对于激光头(9)在x方向上错开地设置。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：一抽出漏斗(10)固定安装在上滑座(14)上，并且激光头(9)以所述预定的距离能以180°绕该抽出漏斗(10)摆动地设置；以及激光扫描器(2)仅能在x方向上移动地安装在一下滑座(15)上。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：与上桥(8)平行地设有一能垂直运动的第一断裂刀(11)，且与此成直角设置地设有一个能垂直运动的且在y方向上能移动的第二断裂刀(12)，以沿着所形成的分割裂缝断开基材(6)。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：用于各个运动的各驱动装置与一个共同的控制装置相连接。

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