CN102655949B - 用于跟踪基板的边缘及从基板的边缘去除涂层的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于从基板去除涂层的方法，所述方法可包括：定位基板的边缘；以适合于沿着第二路径重新引导激光束的入射角度，沿着第一路径引导激光束到达基板的表面上接近基板的边缘的第一位置，引导激光束通过基板，引导激光束到达基板的第二表面上与基板的被定位的边缘对应的第二位置，其中，第二表面可包括涂层；使位于基板的第二表面上的第二位置处的至少一部分涂层消融。

Description

用于跟踪基板的边缘及从基板的边缘去除涂层的系统和方法
本申请要求于2009年9月22日提交的第61/244,524号美国临时专利申请的优先权，该申请通过引用被包含于此。
技术领域
本发明涉及一种光伏装置及生产方法。
背景技术
光伏装置可包括沉积在基板上的半导体材料，例如，半导体材料具有用作窗口层的第一层及用作吸收层的第二层。半导体窗口层可允许太阳辐射穿透到将太阳能转换成电的吸收层(例如，碲化镉层)。光伏装置还可包括一个或多个透明的导电氧化物层，所述一个或多个透明的导电氧化物层通常还作为电荷的导体。
发明内容
光伏装置可包括靠近基板的透明导电氧化物层及半导体材料层。半导体材料层可包括铋(bi)层，铋层可包括n型半导体窗口层和p型半导体吸收层。n型窗口层和p型吸收层可彼此接触地布置，以生成电场。光子可以是自由电子-空穴对，该自由电子-空穴对与n型窗口层接触，将电子发送到n侧及将空穴发送到p侧。电子可通过外部电流路径回流到p侧。由此产生的电子流提供电流，该电流与来自电场的由此产生的电压相结合而生成电能。结果是将光子能量转换成电能。
通常需要从光伏装置的边缘去除一部分半导体材料及一部分其他涂层。例如，行业要求指示光伏装置在其周界的周围保持最小非导电宽度。因此，有利于控制非导电区域的宽度，以使光伏装置的输出最大化。控制边缘宽度的传统方法(例如，精密固定装置和XY定位台)通常昂贵，且需要相当长的停工期以保持期望的精确定位公差。可选方式是利用边缘跟踪仪器来定位光伏装置的边缘。然后，可基于无涂覆边缘的要求调节涂层去除装置的位置。在从边缘去除一部分涂层之后，涂层去除装置可重新调节及重新启用，直到满足无涂覆边缘的要求为止。类似地，光伏装置可被调节，以允许在边缘的相邻区域上去除涂层，从而实现所述相邻区域的相同的无涂覆边缘宽度。
一种用于从基板去除涂层的方法可包括：定位基板的边缘；以适合于沿着第二路径重新引导激光束的入射角度，沿着第一路径引导激光束到达基板的表面上接近基板的边缘的第一位置，引导激光束通过基板，引导激光束到达基板的第二表面上与基板的被定位的边缘对应的第二位置，其中，第二表面可包括涂层；使位于基板的第二表面上的第二位置处的至少一部分涂层消融。
所述方法可包括各种可选特征。例如，所述方法可包括：沿着接近基板的被定位的边缘的区域扫描激光束。扫描可包括将基板调节到一个或多个新位置。扫描可包括：将激光源调节到一个或多个新位置。扫描可包括：靠近第一无涂覆区形成一个或多个相邻的无涂覆区。消融可包括：形成第一无涂覆区。第一无涂覆区可基本等于最小无涂覆边缘宽度。消融可包括：形成一个或多个相邻的无涂覆区，其中，所述一个或多个相邻的无涂覆区和第一无涂覆区的组合可基本等于最小无涂覆边缘宽度。所述方法可包括：将基板调节到一个或多个新位置。调节可包括：在水平面或竖直面上重新布置基板，或者在水平面和竖直面两个平面上重新布置基板。所述方法可包括：将激光源调节到一个或多个新位置。调节可包括：在水平面或竖直面上重新布置激光，或者在水平面和竖直面两个平面上重新布置激光。
一种用于从基板去除涂层的系统可包括：第一数据接口，可操作以接收和传送与基板的一个或多个边缘相关的数据；第二数据接口，可操作以接收和传送与基板的一个或多个边缘相关的数据；传感器，与第一数据接口通信，其中，传感器可以可操作以检测和跟踪基板的边缘，且传感器还可以可操作以通过第一数据接口输出边缘位置标识符，其中，边缘位置标识符可定义基板的边缘的位置；控制器，与传感器通信，其中，控制器可被构造成通过第一数据接口从传感器接收边缘位置标识符，并基于接收的边缘位置标识符输出调节信号；涂层去除装置，被构造成从基板的边缘去除一部分涂层，以形成一个或多个无涂覆区，其中，涂层去除装置包括激光源。
所述系统可包括各种可选特征。例如，控制器还可被构造成接收边缘宽度标识符，并基于边缘宽度标识符输出调节信号，其中，边缘宽度标识符定义基板的最小边缘宽度。系统可包括致动器，其中，致动器可被构造成通过第二数据接口从控制器接收调节信号。致动器可被构造成基于接收的调节信号将基板调节到一个或多个新位置。致动器可被构造成在水平面或竖直面上重新布置基板，或者在水平面和竖直面两个平面上重新布置基板。致动器可被构造成基于接收的调节信号将安装板调节到一个或多个新位置。致动器可被构造成在水平面或竖直面上调节安装板，或者在水平面和竖直面两个平面上调节安装板。安装板可包括间隙，使得安装板的两个部分彼此部分地分开且平行地平放。该间隙可被构造成容纳基板。涂层去除装置可沿着间隙的边缘安装。涂层去除装置可布置在基板上。控制器可布置在安装板上。传感器可布置在安装板上。传感器可包括超声波传感器、红外传感器、非接触式传感器、霍尔效应传感器、接近传感器或光电二极管传感器。
一种激光划线(scribing)设备可包括：激光源，提供脉冲激光束，该脉冲激光束在近红外基频下具有波长、具有大约50千赫兹至大约100千赫兹范围内的脉冲频率、具有大约8纳秒至大约70纳秒范围内的脉冲持续时间。激光源可以是提供脉冲激光束的钒酸钇激光源、掺钕型激光源、Q开关激光源、二极管泵浦激光源，该脉冲激光束在其近红外基频下具有大约1064纳米的波长、在大约50千赫兹至大约100千赫兹范围内的脉冲频率下操作、具有大约8纳秒至大约70纳秒范围内的脉冲持续时间。该脉冲激光束可被一个或多个反射镜反射到引导激光束以执行划线的XYZ检流计控制的反射镜系统。更具体地说，XYZ检流计控制的反射镜系统可包括：检流计控制的聚焦装置，使透镜水平地运动，以控制光束沿着Z方向的焦距；检流计控制的双反射镜组件，沿着XY方向引导光束，从而共同地提供XYZ控制。
可通过引导激光束通过基板的无涂覆表面到达基板的涂覆表面、到达用于划线的不同区域来执行划线，使得划线的层受到用于每个划线器的激光的功率级控制。通过划线器从基板的无涂覆表面进行激光划线，不会存在由提供划线的消融形成的气体烟流，从而该烟流不能防止下一个激光脉冲通过涂层以提供每个下一次消融。
激光划线设备可包括气体压力定位器和真空定位器，气体压力定位器和真空定位器使基板在基板的无涂覆表面上保持平坦且相对于输送方向横向地布置基板，从而被聚焦的脉冲激光束的焦点沿着Z方向位于正被划线的一层或多层上。这些定位器布置在竖直地延伸的装置中，位于激光束穿过玻璃片基板以提供激光划线的位置的上游和下游。可在划线位置的上游存在五个定位器及在划线位置的下游存在五个定位器。每个定位器可具有中央位置，真空从真空源通过相关管道施加到该中央位置。每个定位器的环形多孔渗透构件可在该中央位置的周围延伸，并通过相关管道从气源接收增压气体。定位器可将无涂覆的玻璃片表面定位在大约4微米至大约6微米内，以为激光束聚焦以及在正被划线的一层或多层上进行的消融提供精确位置。
布置在划线位置的上游的激光检测器可提供从无涂覆表面反射回来的激光检测光束，以检测基板的精确位置，且激光检测器可响应于在运动范围内检测的位置以及使划线激光束进行划线，通过连接到检流计反射镜系统的聚焦装置使脉冲划线激光束聚焦。该检测可适用于基板的任何非平面度，例如，当制造玻璃基板时形成的辊波。
激光划线站输送器可以在涂覆的基板保持静止期间，在每个激光划线器之间设置输送系数，使得激光束在首先已经水平地调节以在先前形成的相邻划线之间设置合适的间隔之后，竖直地运动以执行划线。还可能沿着输送方向连续地输送涂覆的基板，然后，激光划线的路径沿着输送方向和相对于真实竖直方向均存在角度，在每次划线完成之后，重新设置检流计控制的反射镜系统的运动，使得完整的通道具有大致为蝴蝶结的构造。
在输送到第一划线站之前，涂覆的基板的两个上角被激光标刻有通过一对相机检测的相应基准，以为面板的精确位置及所述基准之间的间隔提供信号，以使得可精确地定位划线。这允许对于热膨胀或收缩所必需的调节以及允许在不同基板上的基准之间存在不同间隔。另外，每个基板可设置有通过条形码读取器感测的条形码，以提供对正被划线的每个特定基板的识别。另外，设备包括排气罩，该排气罩接收来自正被划线的基板的涂覆侧的排气。为了确保以合适的功率级执行划线，检流计控制的反射镜可将激光束周期性地反射到功率计，然后，可使用功率计感测的功率，以提供对来自脉冲激光源的功率级进行任何必需的调节。为了提供通过不同层的第一组划线、第二组划线、第三组划线，激光的平均功率级分别是大约20瓦、大约8瓦至9瓦、大约4瓦至5瓦。
附图说明
图1是用于跟踪光伏模块的边缘的系统的示意图。
图2是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图。
图3a是光伏模块的示意图。
图3b是光伏模块的示意图。
图4a是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图。
图4b是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图。
图5是光伏模块的示意图。
图6a是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图。
图6b是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图。
图7是光伏模块的示意图。
图8a是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图。
图8b是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图。
图9是光伏模块的示意图。
具体实施方式
参照通过示例的方式给出的图1，用于从基板150(例如，用于光伏模块的基板)去除涂层的系统可包括边缘跟踪系统100。边缘跟踪系统100可包括传感器110和微处理器120。传感器110和微处理器120可通过数据接口170彼此通信，数据接口170可以可操作以接收和传送与基板150的边缘位置相关的数据。传感器110可以可操作，以检测和跟踪基板150的边缘160，且传感器110可通过数据接口170将边缘位置标识符传送到微处理器120。传感器110可包括任何合适的位置传感器，所述任何合适的位置传感器包括例如超声波传感器、红外传感器、非接触式传感器、霍尔效应传感器、接近传感器或光电二极管传感器。边缘160可包括基板150的顶部边缘、基板150的侧部和/或基板150的底部边缘。边缘160可部分地呈圆形。边缘160可被部分地涂覆、充分地涂覆、或完全地涂覆。数据接口170可以可操作，以通过包括无线通信或固线通信的任何合适的方式接收和传送数据。在一个实施例中，微处理器120可被构造成通过数据接口170从传感器110接收边缘位置标识符。微处理器120可被构造成基于边缘位置标识符和存储的宽度标识符计算调节标识符，其中，宽度标识符定义了基板150的边缘160的最小无涂覆宽度。宽度标识符可表示指定的行业标准或者任何其他要求。微处理器120可通过数据接口180输出调节标识符。数据接口180可使用包括无线通信或固线通信的任何合适的通信形式传送调节标识符。
参照图2，边缘跟踪系统100可被安装为靠近安装板200。安装板200可包括间隙220，使得安装板200的两个部分彼此部分地分开且平行地平放。间隙220可被构造成容纳基板150。参照图1和图2，安装板200可被安装为靠近致动器230，致动器230可被构造成通过数据接口180从微处理器120接收调节标识符。致动器230还可被构造成基于接收的调节标识符沿着任何需要的方向调节安装板200的位置。例如，致动器230可被构造成在水平面、竖直面、或者在水平面和竖直面的任意组合上调节安装板200。参照图2，涂层去除装置210可被安装在安装板200上的任意位置。例如，涂层去除装置210可沿着间隙220的边缘安装。参照图2、图3a和图3b，涂层去除装置210可被构造成从基板150的边缘160去除一部分涂层310，以形成第一无涂覆区300。涂层去除装置210可包括用于从光伏装置去除涂层的任何合适的装置。例如，涂层去除装置210可包括激光源。图4a、图4b、图8a和图8b通过非限制的方式描述了包括激光源400的涂层去除装置210的使用。通过引导激光束410到达基板150的玻璃基板侧820，随着激光束410通过基板150的与涂覆相对的一侧，可从边缘160去除一部分涂层310，如图8b所描述。涂层去除装置210可被构造成扫描基板150，以去除涂层310的另外的部分。
返回参照图3a和图3b，涂层310可包括用于光伏模块的制造的任何合适的涂覆材料，且涂层310可由多个层组成。例如，涂层310可包含镉或硅。涂层310可包含非晶硅。涂层310可包含化合物半导体材料。例如，涂层310可包括碲化镉层和/或硫化镉层。图2中的涂层去除装置210可被构造成从基板150去除一些涂层310或全部涂层310。
激光束410通过基板150的路径是可预测的。参照通过示例的方式给出的图8a、图8b和图9，激光束410在激光入射点800处以相对于法线940的入射角度920进入玻璃层830的基本上平坦的无涂覆侧310。玻璃层830的折射率910与基板150外部的外部折射率900不同，从而一旦激光束410通过玻璃层830就改变激光束410的速度、角度和路径。激光束410以相对于法线940的折射角度930延伸通过玻璃层830，到达激光出射点810。折射角度930通过下面的等式与入射角度920建立关系：n1×sinθ1＝n2×sinθ2，其中，n1定义了外部折射率900，n2定义了玻璃层折射率910，θ1定义了入射角度920，θ2定义了折射角度930。因此，折射率可用于跟踪和预测激光束410的激光出射点810，从而允许相对于激光的角度和位置对基板150进行策略性布局。与激光束410的预测路径相关的计算可在外部进行计算，或者在涂层去除装置400内进行计算。
参照图2、图4a和图4b，致动器230还可被构造成将安装板200从第一位置420调节到新位置430。致动器230可将安装板200调节到多个新位置430。每个新位置430允许涂层去除装置210在新涂覆区域上操作，以靠近第一无涂覆区300形成一个或多个相邻的无涂覆区500。参照图6a和图6b，基板150还可(通过致动器、机器人手臂或者任何其他合适的装置)被调节，以使得在涂层去除装置210的前方布置新涂覆区600。在一个实施例中，新涂覆区600可靠近无涂覆区横向地平放。所述无涂覆区可以是第一无涂覆区300中的任意一个，可以是一个或多个相邻的无涂覆区500中的任意一个，或者可以是上述情形的任意组合。用于基板150的调节平面可以与用于安装板200的调节平面不同。例如，安装板200可在水平面上调节，从而允许涂层去除装置210沿着指定的最小无涂覆边缘宽度运动。基板150可通过间隙220，以允许涂层去除装置210针对基板150的边缘160上的宽度上相邻的列进行有效地操作。参照通过示例的方式给出的图7，如果安装板200和基板500两者均以在此讨论的方式调节及重新调节，则可获得与期望的无涂覆边缘宽度一致的无涂覆边缘的连续段700。
使用在此讨论的方法制造的光伏装置/模块可集成到一个或多个光伏阵列中。所述阵列可集成到用于发电的各种系统中。例如，光伏模块可利用光束照明，以产生光电流。可收集光电流，将光电流从直流(DC)转换成交流(AC)，将光电流分配到电网。可引导任何合适波长的光到达光伏模块，以产生光电流，例如，所述任何合适波长的光包括波长大于400nm或小于700nm的光(例如，紫外光)。从一个光伏模块产生的光电流可与从其他光伏模块产生的光电流结合。例如，光伏模块可以是光伏阵列的一部分，可从该光伏阵列产生并分配聚集的电流。
通过说明和示例的方式提供上面描述的实施例。应该理解的是，上面提供的示例可以在一定的方面进行改变且仍然落入权利要求的范围内。应该认识到，虽然已经参照上述优选的实施例描述了本发明，但是其他实施例也在权利要求的范围内。

Claims (27)

1.一种用于从基板去除涂层的方法，所述方法包括：
定位基板的边缘；
以适合于沿着第二路径重新引导激光束的入射角度，沿着第一路径引导激光束到达基板的表面上接近基板的边缘的第一位置，引导激光束通过基板，引导激光束到达基板的第二表面上与基板的被定位的边缘对应的第二位置，第二表面包括涂层，其中，由于基板的折射率与基板的外部的折射率不同而使得沿着第一路径引导的激光束沿着第二路径被重新引导；
使位于基板的第二表面上的第二位置处的至少一部分涂层消融，以形成第一无涂覆区。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：沿着接近基板的被定位的边缘的区域扫描激光束。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，扫描包括：将基板调节到一个或多个新位置。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，扫描包括：将激光源调节到一个或多个新位置。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，扫描包括：靠近所述第一无涂覆区形成一个或多个相邻的无涂覆区。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，第一无涂覆区基本等于指定的最小无涂覆边缘宽度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，消融还包括：形成一个或多个相邻的无涂覆区，
其中，所述一个或多个相邻的无涂覆区和所述第一无涂覆区的组合基本等于指定的最小无涂覆边缘宽度。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：将基板调节到一个或多个新位置。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，调节包括：在水平面或竖直面上重新布置基板，或者在水平面和竖直面两个平面上重新布置基板。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：将激光源调节到一个或多个新位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，调节包括：在水平面或竖直面上重新布置激光，或者在水平面和竖直面两个平面上重新布置激光。
12.一种用于从基板去除涂层的系统，所述系统包括：
第一数据接口，用于接收和传送与基板的一个或多个边缘相关的数据；
第二数据接口，用于接收和传送与基板的一个或多个边缘相关的数据；
传感器，与第一数据接口通信，传感器用于检测和跟踪基板的边缘，传感器还用于通过第一数据接口输出边缘位置标识符，边缘位置标识符定义基板的边缘的位置；
控制器，与传感器通信，控制器被构造成通过第一数据接口从传感器接收边缘位置标识符，并基于接收的边缘位置标识符输出调节信号；
涂层去除装置，被构造成利用根据权利要求1所述的方法从基板的边缘去除一部分涂层，以形成一个或多个无涂覆区，涂层去除装置包括激光源。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，控制器还被构造成接收边缘宽度标识符，并基于边缘宽度标识符输出调节信号，边缘宽度标识符定义基板的指定的最小无涂覆边缘宽度。
14.根据权利要求12所述的系统，所述系统还包括致动器，其中，致动器被构造成通过第二数据接口从控制器接收调节信号。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，致动器被构造成基于接收的调节信号将基板调节到一个或多个新位置。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，致动器被构造成在水平面或竖直面上重新布置基板，或者在水平面和竖直面两个平面上重新布置基板。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，致动器被构造成基于接收的调节信号将安装板调节到一个或多个新位置。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，致动器被构造成在水平面或竖直面上调节安装板，或者在水平面和竖直面两个平面上调节安装板。
19.根据权利要求17所述的系统，其中，安装板包括间隙，使得安装板的两个部分彼此部分地分开且平行地平放。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述间隙被构造成容纳基板。
21.根据权利要求19所述的系统，其中，涂层去除装置沿着所述间隙的边缘被安装。
22.根据权利要求17所述的系统，其中，涂层去除装置布置在安装板上。
23.根据权利要求17所述的系统，其中，控制器布置在安装板上。
24.根据权利要求17所述的系统，其中，传感器布置在安装板上。
25.根据权利要求12所述的系统，其中，传感器包括超声波传感器、红外传感器、霍尔效应传感器或光电二极管传感器。
26.根据权利要求12所述的系统，其中，传感器包括非接触式传感器。
27.根据权利要求12所述的系统，其中，传感器包括接近传感器。
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