CN102610399A - 敏化太阳能电池封装系统和封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，公开了一种敏化太阳能电池封装系统和封装方法，该敏化太阳能电池封装系统包括：设置在操作仓内的吸附装置、压力装置、可移动的点胶装置和滴液装置，以及设置在所述操作仓外的控制装置；所述吸附装置包括可移动的上吸附单元和下吸附单元，所述上、下吸附单元分别通过压力装置产生负压，分别用于吸附上、下电极基板，所述下吸附单元设有胶体固化灯；所述点胶装置和滴液装置分别由所述控制装置控制，分别用于对所述下电极基板进行自动点胶和自动滴液，所述压力装置分别控制所述点胶装置的点胶压强和滴液装置的滴液压强。本发明封装工艺简单，封装自动化程度高，并同时提高太阳能电池的长期稳定性。

Description

敏化太阳能电池封装系统和封装方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种敏化太阳能电池封装系统和封装方法。

背景技术

二十一世纪以来，全球气候变暖和大气污染日益严重，常规化石能源面临危机，研发和利用可再生清洁能源成为了当今社会的重要课题。太阳能作为一种清洁、安全的可再生能源已经日益受到人们的重视。而将太阳能转化成电能是我们应用太阳能的一种重要方式。到现在，硅基太阳能电池以其较高的转换效率已经进入商业化应用阶段，然而，硅太阳能电池还存在很多问题，如生产工艺复杂、制造成本高、高纯硅原料缺乏以及在生产过程中造成环境污染等，因此寻找新型材料，开发新型太阳能电池已经成为目前发展太阳能电池工业的研究重点。

在太阳能电池中，染料敏化太阳能电池是一种新型的太阳能电池，它首先是在1991年由瑞士科学家Michael Gratzel和Brian O’Regan发明的。染料敏化太阳能电池(英文名Dye-Sensitized Solar Cell)是一种非常有应用前景的清洁太阳能装置，它具有结构简单、成本低廉、易于制造等优点，对光强度变化和温度变化不敏感，光电转换效率较高，光稳定性好，对环境无污染，是一种非常有发展前景的环保型太阳能电池。因此，自它诞生之日起就受到了人们的广泛关注。经过二十年的发展，染料敏化太阳能电池的光电转换效率已经稳定在10％左右。目前的研究主要集中在新染料的合成、新型半导体纳米晶薄膜材料的制备、新型固态电解质的合成以及电池的设计和封装工艺等方面。

目前，虽然小面积的染料敏化太阳能电池的研究水平已经接近非晶硅太阳能电池的研究水平，但要实现染料敏化太阳能电池工业化的生产，必须研究大面积的染料敏化太阳能电池。而目前大面积染料敏化太阳能电池的效率相对于小面积电池效率低很多，而且大面积的染料敏化太阳能电池的长期稳定性差，封装设备相对落后，重复性差，因此，改善大面积太阳能电池封装工艺，提高封装设备的自动化、稳定性成了目前亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何简化现有敏化太阳能电池封装系统的封装工艺，提高封装的自动化，并同时提高太阳能电池的长期稳定性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种敏化太阳能电池封装系统，包括：设置在操作仓内的吸附装置、压力装置、可移动的点胶装置和滴液装置，以及设置在所述操作仓外的控制装置；所述吸附装置包括可移动的上吸附单元和下吸附单元，所述上、下吸附单元分别通过压力装置产生负压，分别用于吸附上、下电极基板，所述下吸附单元设有胶体固化灯；所述点胶装置和滴液装置分别由所述控制装置控制，分别用于对所述下电极基板进行自动点胶和自动滴液，所述压力装置分别控制所述点胶装置的点胶压强和滴液装置的滴液压强。

进一步地，所述操作仓内还设有摄像装置，所述摄像装置包括摄像机和图像显示器，所述摄像机安装在所述操作仓的顶部，所述上吸附单元和下吸附单元分别将上、下电极基板移动到所述摄像机的下方进行上、下电极基板的贴合，所述摄像机将拍摄到的上、下电极基板贴合时的图像信息发送到图像显示器。

进一步地，还设有抽真空装置，所述抽真空装置包括真空泵、真空计和连接管，所述抽真空装置安装在操作仓的外部，在操作仓内设抽真空口，通过连接管将所述抽真空口与所述真空泵连接。

进一步地，所述下吸附单元包括自上而下依次装配的工作台、三轴微调机构和下水平导轨；所述胶体固化灯安装在所述工作台内，所述工作台上开有通过吸气管与所述压力装置连接的吸气口；所述下水平导轨位于所述摄像机的下方；所述三轴微调机构采用螺旋旋钮进行手动调节或是与自动驱动机构连接进行自动调节。

进一步地，所述上吸附单元包括支撑架以及设置在所述支撑架上的支撑台、吸附管和上水平导轨；所述吸附管设置在所述上水平导轨上，通过吸气管与所述压力装置连接；所述上水平导轨位于所述摄像机的下方并位于所述下水平导轨的下方。

进一步地，所述点胶装置和所述滴液装置安装在同一套三轴运动机构上，所述点胶装置包括点胶管以及位于所述点胶管两端的点胶针头和点胶阀，所述滴液装置包括滴液管以及位于所述滴液管两端的滴液针头和滴液阀；所述点胶阀和滴液阀由所述控制装置控制，所述三轴运动机构由所述控制装置控制。

进一步地，所述控制装置为触屏控制装置，内设置有运动模块、点胶模块和滴液模块，所述运动模块用于控制所述点胶装置和滴液装置的运动，所述点胶模块用于控制点胶装置进行点胶，所述滴液模块用于控制所述滴液装置进行滴液。

进一步地，所述摄像机为电荷耦合摄像机，所述图像显示器为电荷耦合图像显示器。

本发明还提供一种敏化太阳能电池封装方法，包括：

步骤1、下吸附单元吸附住下电极基板，点胶装置移到下电极基板的上方对下电极基板进行自动点胶；

步骤2、点胶装置移出，滴液装置移到下电极基板的上方并对下电极基板进行自动滴液；

步骤3、上吸附单元吸附住上电极基板，移动上、下吸附单元将上、下电极基板进行贴合；

步骤4、上、下电极基板贴合后，开启下吸附单元的胶体固化灯将胶体固化。

进一步地，在步骤1的点胶完成后，将操作仓封闭，启动抽真空装置对操作仓进行抽真空；在步骤3中，上、下吸附单元分别将上、下电极基板移动到摄像机的下方进行贴合，并通过图像显示器观察贴合过程的图像信息。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的一种敏化太阳能电池封装系统，采用设置在操作仓内的吸附装置、压力装置、可移动的点胶装置和滴液装置，以及设置在操作仓外的控制装置，可对下电极基板进行自动点胶和自动滴液，并可调节点胶装置的点胶压强和滴液装置的滴液压强，封装工艺简单，封装自动化程度高，并同时提高太阳能电池的长期稳定性。进一步地，采用摄像装置对上、下电极基板的对准贴合，防止因对准问题而造成的有效面积的减小，提高了该电池的使用率。进一步地，采用抽真空装置，可有效地去除空气的干扰，特别是在滴点解液和后续工序的贴合、固化过程中避免产生气泡。

附图说明

图1是本发明一种敏化太阳能电池封装系统的结构示意图；

图2是本发明的工作台的结构示意图；

图3是本发明一种敏化太阳能电池封装系统的工作原理图。

其中，1、操作仓；210、上吸附单元；211、支撑架；212、支撑台；213、吸附管；214、水平导轨；220、下吸附单元；221、胶体固化灯；222、工作台；223、三轴微调机构；224、下水平导轨；3、压力装置；4、点胶装置；5、滴液装置；6、控制装置；710、摄像机；720、图像显示器；8、三轴运动机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。附图中的箭头方向为物料或气体在系统中的传送方向。

如图1和图3，一种敏化太阳能电池封装系统，包括：设置在操作仓1内的吸附装置、压力装置3、可移动的点胶装置4和滴液装置5，以及设置在操作仓1外的控制装置6。吸附装置包括可移动的上吸附单元210和下吸附单元220，该上、下吸附单元210、220分别通过压力装置3的吸附作用产生负压，所产生的负压分别用于吸附上、下电极基板，下吸附单元设有胶体固化灯221。该胶体固化灯221与点胶装置4所用的胶体的类型一致，以使胶体固化达到将上、下电极基板进行封装的目的，在本实施例中，点胶装置4采用的封框胶为紫外线胶体(简称为UV胶)和隔离物(简称为Spacer)的混合胶，故该胶体固化灯221采用的是紫外线灯(简称为UV灯)。点胶装置4和滴液装置5分别由控制装置6进行控制，分别用于对下电极基板进行自动点胶和自动滴液，压力装置3分别控制点胶装置4的点胶压强和滴液装置5的滴液压强。滴液装置5所滴的液体为电解液。利用控制装置6的预设参数能够有效的控制点胶量和封框图形，并且利用spacer的直径来控制上下电极间的厚度，以实现两电极间电解液厚度的控制，可采用15-30微米的Spacer。

为了上、下电极基板在封装过程中有效地去除空气的干扰，特别是在滴液和后续工序的贴合、固化过程中避免产生气泡，该封装系统还设有抽真空装置，图中未示出，安装在操作仓1的外部，该抽真空装置包括真空泵、真空计和连接管，在操作仓内设置抽真空口，通过连接管将抽真空口与真空泵连接，在操作仓封闭后对操作仓进行抽真空。

由于封装过程是在操作仓内进行不易观察到上、下电极基板的贴合状态，特别是在采用真空状态进贴合的时候，为了方便观察到上、下电极基板的贴合状态，该封装系统的操作仓1的内部还设有摄像装置，该摄像装置包括摄像机710和图像显示器720，摄像机710安装在操作仓1的顶部，上吸附单元210和下吸附单元220分别将上、下电极基板移动到该摄像机710的下方进行上、下电极基板的贴合，摄像机710将拍摄到的上、下电极基板贴合时的图像信息发送到图像显示器720。为了精确拍摄到上、下电极基板贴合过程中各个角度的图像信息，摄像装置采用双摄像机结构，如图1所示。为了精确地实现了上、下电极基板的对准贴合，有效地实现上、下电极基板的对准贴合，防止因对准问题而造成的有效面积的减小，提高了该电池的使用率。摄像机710采用电荷耦合摄像机(英文名为Charge-coupled Device，简称CCD图像传感器)，对应的，图像显示器为电荷耦合图像显示器(简称CCD图像显示器)。当下电极基板的位置识别点(即MARK点)进入摄像机710的视野内，上吸附单元210吸附上电极基板移到下电极基板的上方，此时通过人眼观察图像显示器720调整对位，可通过螺旋旋钮或通过控制装置来调整下吸附单元220的位置，使下玻璃的位置识别点(即MARK点)进入摄像机710视野内并与上电极基板的位置识别点对正，调整下吸附单元220使下电极基板上升，上吸附单元210松弛，使得上、下电极基板贴合。为了保证观察的高清晰度，该双摄像机的镜头间距最小距离为8mm，最大距离根据MARK点距离尺寸可调，镜、物间距离一般为128mm，视野：约3.6×4.8mm。

下吸附单元220包括自上而下依次装配的工作台222、三轴微调机构223和下水平导轨224；胶体固化灯221安装在工作台222内，工作台222上开有通过吸气管与压力装置3连接的吸气口225；下水平导轨224位于摄像机710的下方。三轴微调机构223可采用螺旋旋钮进行手动调节或是与自动驱动机构连接进行自动调节，可以微调工作台222上下、前后、左右的位置。为了提高封装效果和吸附效果，胶体固化灯221和吸气口225呈矩阵分布在工作台222上，如图2所示。

上吸附单元210包括支撑架211以及设置在该支撑架211上的支撑台212、吸附管213和上水平导轨214。为了增强对上电极基板的吸附能力，吸附管213可设为多个，图1中为两个。吸附管213设置在上水平导轨214上，通过吸气管与压力装置3连接；上水平导轨214位于摄像机710的下方并位于下水平导轨的下方。压力装置3为吸附管213提供负压吸附上电极基板，支撑台212用于暂时存放上电极基板。吸附管213可通过手动或与自动驱动机构连接自动地在水平导轨214上左右移动。进一步地，上吸附单元210还可设置有上下、前后滑动的运动机构。

为了节省空间和经费，点胶装置4和滴液装置5可安装在同一套三轴运动机构8上。其中，点胶装置4包括点胶管以及位于该点胶管两端的点胶针头和点胶阀，滴液装置5包括滴液管以及位于该滴液管两端的滴液针头和滴液阀；其中，点胶阀和滴液阀由控制装置进行控制，可自动打开和关闭。该三轴运动机构8由控制装置6进行控制，可以自动调节点胶装置4和滴液装置5上下、左右、前后的位置。点胶阀和滴液阀均采用回吸胶阀；点胶针头和滴液针头均采用塑座针头，使得点胶量和滴液量可精确到0.01ml。三轴运动机构8的X、Y、Z三轴全部由伺服电机驱动，伺服电机连接到控制装置6，通过程序自动控制，可按工艺要求实现点胶和滴液时的点、线、圆弧等的轨迹运动，点胶时间、运动速度等参数可在控制界面进行编辑。

上述三轴运动机构的各轴运动精度为：

X轴(左右)的运动精度：±0.05mm；

Y轴(上下)的运动精度：±0.05mm；

Z轴(前后)的运动精度：±0.03mm。

其中，控制装置6为触屏控制器，其内设置有点胶模块、滴液模块和运动模块；点胶模块用于控制点胶装置4进行自动点胶；滴液模块用于控制滴液装置5进行自动滴液；运动模块用于控制三轴运动机构8运动的方向和速度，以调节点胶和滴液的运动轨迹，实现点胶装置和滴液装置的转换和取得合适胶框。

下电极基板的制作方法：采用FTO导电玻璃板尺寸为5cm×5cm，FTO导电玻璃板经过超声水浴清洗并烘干，然后用自动丝网印刷机在FTO导电玻璃板上丝印表面尺寸为4cm×4cm的TiO₂浆料，该TiO₂浆料的厚度控制在7-10微米左右。将丝印好的基片置于马弗炉中500℃下烘烤一个小时，控制升降温速度为1℃/min。然后取出基片在染料N719(也可以是N3或黑染料等其他种类的染料)中浸泡24-36小时后形成下电极基板。

拿出浸泡过染料的下电极基板，同上电极基板(溅射100nm铂的FTO导电玻璃板)一同放置到封装系统中进行封装。UV胶粘度优选为14000，UV胶针头的外直径优选为0.4mm，滴注电解液针头的外径优选为0.1mm，点胶压强优选500kpa，走胶速度优选50cm/min。

如图3、本发明还提供一种敏化太阳能电池封装方法，包括：

步骤1、下吸附单元220吸附住下电极基板，点胶装置4移到下电极基板的上方对下电极基板进行点胶；

具体过程为：预先在压力装置3中设置好下吸附单元220的吸附力和点胶装置4的点胶压强，使得点胶装置4产生负压吸附下电极基板，手动或自动调节下吸附单元220的位置，同时通过控制装置6的运动模块调节点胶装置4的位置，使得下电极基板处于点胶装置4的下方，开启控制装置6的点胶模块进行自动点胶。

步骤2、点胶装置移出，滴液装置移到下电极基板的上方并对下电极基板自动滴液；

具体过程为：通过控制装置6的运动模块实现点胶装置4和滴液装置5的转换，在压力装置3中预设滴液装置5的滴液压强，开启控制装置6中的滴液模块开始对下电极基板进行滴电解液。

步骤3、上吸附单元210吸附住上电极基板，移动上、下吸附单元210、220将上、下电极基板进行贴合；

具体过程为：手动或自动调节上吸附单元210和下吸附单元220的位置，使得上、下电极基板位置相对实现贴合。

步骤4、上、下电极基板贴合后，开启下吸附单元的胶体固化灯将胶体固化。

为了上、下电极基板在封装过程中有效地去除空气的干扰，特别是在滴液和后续工序的贴合、固化过程中避免产生气泡，在步骤1点胶完成后，还包括将操作仓1封闭后，通过压力装置3对操作仓进行抽真空的步骤，步骤2、3和4在真空状态下进行。在步骤3中，上、下吸附单元210、220分别将上、下电极基板移动到摄像机710的下方进行贴合，同时通过图像显示器720观察贴合过程的图像信息，以确保上、下电极基板的对准贴合，防止因对准问题而造成的有效面积的减小。

待上述的电池封装过程完成后，关闭抽真空装置，移出电池。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种敏化太阳能电池封装系统，其特征在于，包括：设置在操作仓内的吸附装置、压力装置、可移动的点胶装置和滴液装置，以及设置在所述操作仓外的控制装置；所述吸附装置包括可移动的上吸附单元和下吸附单元，所述上、下吸附单元分别通过压力装置产生负压，分别用于吸附上、下电极基板，所述下吸附单元设有胶体固化灯；所述点胶装置和滴液装置分别由所述控制装置控制，分别用于对所述下电极基板进行自动点胶和自动滴液，所述压力装置分别控制所述点胶装置的点胶压强和滴液装置的滴液压强。

2.如权利要求1所述的敏化太阳能电池封装系统，其特征在于，所述操作仓内还设有摄像装置，所述摄像装置包括摄像机和图像显示器，所述摄像机安装在所述操作仓的顶部，所述上吸附单元和下吸附单元分别将上、下电极基板移动到所述摄像机的下方进行上、下电极基板的贴合，所述摄像机将拍摄到的上、下电极基板贴合时的图像信息发送到图像显示器。

3.如权利要求1所述的敏化太阳能电池封装系统，其特征在于，还设有抽真空装置，所述抽真空装置包括真空泵、真空计和连接管，所述抽真空装置安装在操作仓的外部，在操作仓内设抽真空口，通过连接管将所述抽真空口与所述真空泵连接。

4.如权利要求2所述的敏化太阳能电池封装系统，其特征在于，所述下吸附单元包括自上而下依次装配的工作台、三轴微调机构和下水平导轨；所述胶体固化灯安装在所述工作台内，所述工作台上开有通过吸气管与所述压力装置连接的吸气口；所述下水平导轨位于所述摄像机的下方；所述三轴微调机构采用螺旋旋钮进行手动调节或是与自动驱动机构连接进行自动调节。

5.如权利要求4所述的敏化太阳能电池封装系统，其特征在于，所述上吸附单元包括支撑架以及设置在所述支撑架上的支撑台、吸附管和上水平导轨；所述吸附管设置在所述上水平导轨上，通过吸气管与所述压力装置连接；所述上水平导轨位于所述摄像机的下方并位于所述下水平导轨的下方。

6.如权利要求1所述的敏化太阳能电池封装系统，其特征在于，所述点胶装置和所述滴液装置安装在同一套三轴运动机构上，所述点胶装置包括点胶管以及位于所述点胶管两端的点胶针头和点胶阀，所述滴液装置包括滴液管以及位于所述滴液管两端的滴液针头和滴液阀；所述点胶阀和滴液阀由所述控制装置控制，所述三轴运动机构由所述控制装置控制。

7.如权利要求1所述的敏化太阳能电池封装系统，其特征在于，所述控制装置为触屏控制装置，内设置有运动模块、点胶模块和滴液模块，所述运动模块用于控制所述点胶装置和滴液装置的运动，所述点胶模块用于控制点胶装置进行点胶，所述滴液模块用于控制所述滴液装置进行滴液。

8.如权利要求1所述的敏化太阳能电池封装系统，其特征在于，所述摄像机为电荷耦合摄像机，所述图像显示器为电荷耦合图像显示器。

9.一种敏化太阳能电池封装方法，其特征在于，包括：

步骤1、下吸附单元吸附住下电极基板，点胶装置移到下电极基板的上方对下电极基板进行自动点胶；

步骤2、点胶装置移出，滴液装置移到下电极基板的上方并对下电极基板进行自动滴液；

步骤3、上吸附单元吸附住上电极基板，移动上、下吸附单元将上、下电极基板进行贴合；

步骤4、上、下电极基板贴合后，开启下吸附单元的胶体固化灯将胶体固化。

10.如权利要求9所述的敏化太阳能电池封装方法，其特征在于，在步骤1的点胶完成后，将操作仓封闭，启动抽真空装置对操作仓进行抽真空；在步骤3中，上、下吸附单元分别将上、下电极基板移动到摄像机的下方进行贴合，并通过图像显示器观察贴合过程的图像信息。

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