CN102916074B - 将一施覆的基材作线型构造化以制造薄层太阳电池模块的方法 - Google Patents
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Abstract
一种将一施覆的基材作线型构造化以制造薄层太阳电池模块的方法，其中在一上层结构平面内产生与一下层结构平面内已有沟槽之分布相匹配的沟槽，为此需用推导自所述已有沟槽之影像的控制因子沿y向控制构造化工具(8)，并且使该基材(1)在该构造化工具(8)下方来回移动。仅在正向送料时拍摄用以侦测已有沟槽的影像。在正向及反向送料时开设沟槽。
Description
技术领域
本发明是关于一种在施覆有薄层的基材上开设线型沟槽以制造薄层太阳电池模块的方法。其中，形成过渡区的构造化线条间的距离应尽量保持最小，以便将对于薄层太阳电池模块获得能量无贡献的过渡区最小化。
背景技术
同类型方法请参阅WO2010/144778A2。
薄层太阳电池模块以刚性或柔性平面基材为载体，其上施覆薄层。
制造薄层太阳电池模块时，一般需先在基材上平面施覆第一层，而后以规定间距线型移除该第一层，从而形成深度等于该第一层之厚度的p1沟槽(第一构造化平面)。
随后平面施覆用以充填p1沟槽之第二层。在尽量靠近p1沟槽处形成与之平行的p2沟槽，将所述p2沟槽内的第二层而非第一层移除(第二构造化平面)。
平面施覆用以充填p2沟槽之第三层后，分别在靠近p2沟槽及p1沟槽处形成p3沟槽，将所述p3沟槽内的第二及第三层而非第一层移除(第三构造化平面)。
彼此相距最近的p1沟槽、p2沟槽及p3沟槽共同构成将薄层太阳电池模块之单个功能区(亦称结构单元)隔开的过渡区。
先前技术中存在多种基于机械、化学或热力效应之沟槽开设工艺。同一过渡区之沟槽应当在不重迭不交叉情况下保持尽可能小的间距。
不论采用何种沟槽开设工艺，基材需至少在施覆层时接受热处理，以便实现永久性变形，进而实现已开设沟槽之变形。
故沟槽间距有其下限，此下限确保不同构造化平面之沟槽虽发生最大程度之变形，亦不会相互重迭或交叉。
在沟槽分布为常规定向之情况下，规定标称沟槽分布之安全间距约为100μm至200μm。也即，构造化工具如刻划针或雷射束平行于薄层太阳电池模块外缘以一定间距为同一过渡区之沟槽划线，所述间距视具体沟槽宽度而定彼此大约相差100μm至200μm。由此得出过渡区最小宽度大于200μm至400μm。沿加工方向以交替方向开设沟槽。
为能提供过渡区较窄而效率更佳之薄层太阳电池模块，DE102006051555A1提出在开设新沟槽之前或之后测定已有沟槽之分布，并在开设新沟槽时依照已有沟槽的分布调节该新沟槽之分布。
由此得一新沟槽，其沟槽分布与同一过渡区内相邻沟槽之沟槽分布相对应。如此便可将沟槽间距减至最小，从而满足隔离要求。
已有沟槽的分布较佳以光学方式测定，既可自基材底面亦可自基材的施覆顶面进行该光学侦测，既可在开设新沟槽之前亦可在开设新沟槽期间进行该光学侦测。
使用能追踪已有沟槽之分布的沟槽位置传感器实施沟槽侦测。用沟槽位置传感器的位置控制接收点，该接收点以明确间距追踪沟槽位置传感器，在该接收点上构造化工具对准基材。作为沟槽位置传感器的替代方案，亦可为部分制成之薄层太阳电池模块的较大部分拍摄影像，再用该些影像测定接收点以形成地图。
用沟槽位置传感器侦测沟槽之缺点在于，沟槽位置传感器必须位于接收点之前，也即，仅能在其中一加工方向上开设沟槽，或者须使用两沟槽位置传感器，或者说其中一沟槽位置传感器须作永久性转换处理。
对部分制成之薄层太阳电池模块的较大部分进行沟槽侦测要求所用摄影机的接收器矩阵具有极高之像素数，以便在为相应大小之目标区域拍摄影像时获得足够高之分辨率，相关摄影机遂成为极其昂贵之测量器材。
DE102008059763A1揭露一种依照先前加工平面内单独一沟槽之分布在一当前加工平面内开设沟槽的方法，用传感器侦测该先前沟槽之分布，再据此得出适用于后续加工平面之所有沟槽的校正值。藉此虽能检出先前沟槽相对于理想直线之变形，但无法检出先前沟槽间之偏差。
EP0482240A1亦揭露一种依照先前加工平面内已有沟槽之分布在一当前加工平面内开设沟槽的方法。为此需用侦测组件观测该已有沟槽并产生校正信号，再用该校正信号控制工具。此工具同样须至少稍后于该侦测组件设置，以便在侦测信号控制下形成平行于该已有沟槽之沟槽。因此，使用侦测器时须将沟槽产生的方向变化考虑在内，设置两侦测器或者仅沿其中一加工方向进行加工。
WO2008/056116A1所揭露的构造化方法同样用固定于构造化工具之传感器以光学方式侦测先前加工平面内已有沟槽之分布与位置。对相邻沟槽之侦测先于构造化，同时在当前加工平面内进行沟槽构造化。将被侦测沟槽的分布与位置予以暂存并在下一构造化过程中用来使下一沟槽对齐已有沟槽。亦即在构造化过程中，会连续在每次构造化时皆侦测一次先前加工平面。
WO2010/144778A2亦关于一种按照已有沟槽之分布为薄层太阳电池模块开设线型沟槽的方法。用摄影机侦测至少一先前沟槽之位置以刻划出第一相邻沟槽，而后用摄影机侦测该第一相邻沟槽之位置，以便据此在靠近第二先前沟槽处开设第二相邻沟槽。
在沿加工方向对薄层太阳电池模块进行第一扫描运动时，用摄影机侦测至少一已有沟槽之分布，以便在下一扫描运动中按照该至少一被侦测沟槽的分布形成另一沟槽。在以相反加工方向进行第二扫描运动时，同样用摄影机侦测至少一已有沟槽之分布，以便在下一扫描运动中按照该至少一被侦测沟槽的分布形成另一沟槽，此为可选方案。藉此在扫描运动中以与已有沟槽相同之方向产生新沟槽。此方法特征在于，在后续扫描运动中始终对刚形成的沟槽进行侦测，藉此测定沟槽间距以作校准之用。
在工具(在此为雷射束)相对于摄影机之布置方式方面有两种方案可供选择。
其一，将摄影机整合于扫描仪并用同一分光器将光路及雷射束对准工具。此方案看似仅理论上可行，具体而言，即摄影机侦测与雷射开槽可同时进行。
另一方案是将摄影机与扫描仪固定于同一支架上且相对错位分布。故此方案实际操作时同样存在上文阐述以不同方向进行加工时所提出的问题。
发明内容
本发明之目的在于对将一薄层太阳电池模块作构造化的方法进行改良，以提高时间效率及经济效益。
本发明关于一种将一施覆的基材作线型构造化以制造薄层太阳电池模块的方法，其中在一包含多个结构平面之多层大面积型基材中开设沿x向分布的沟槽，为此需使该基材在多个送料过程中水平沿x向在两端位间来回移动，在该基材(1)上方可在所述送料过程之间沿y向移动至不同位置的构造化工具(8)至少在部分送料过程中对该基材(1)产生作用，从而分别在一上层构造化平面内产生一沟槽，该构造化工具在控制信号控制下沿y向偏转，拍摄用以侦测一下层构造化平面内已有沟槽的影像，用所述影像推导控制信号以形成与已有沟槽之分布相匹配的沟槽，其中，仅在正向送料时拍摄用以侦测已有沟槽的影像，在正向及反向送料时开设沟槽。
较佳在每次正向送料时皆侦测该下层结构平面内由第n沟槽与第n+1沟槽组成的沟槽对，在该上层结构平面内形成第n-1沟槽并在随后之反向送料时形成第n沟槽。
附图说明
图1为适于用来实施该方法之装置的简图；
图2为该方法以薄层太阳电池模块在图1所示装置内之位置变化为参照的处理步骤；
图3为该方法第一实施例之处理步骤及各处理步骤所得结果；及
图4为该方法第二实施例之处理步骤及各处理步骤所得结果。
【主要组件符号说明】
1：基材
2：第一传送带
3：第二传送带
4：输送装置
5：抓持器
6：门架
7：摄影机
8：构造化工具
9：分析控制单元
10：加工头
具体实施方式
下文藉实施例对本发明作详细说明。
图1为先前技术中适于用来实施该方法之装置的简图。
该装置包括两前后等高设置的传送带2、3、沿x向进行输送且设有抓持器5的输送装置4、固定式门架6及分析控制单元9，该门架上装有至少一加工头10，该加工头位于传送带2、3上方，包含摄影机7及构造化工具8且可沿y向移动。加工头原则上亦可设在传送带下方，然此方案在技术上缺点多过优点，以下不再作详细介绍。
上述组件所采用的相对布置方式使得被放置于其中一传送带2、3之工件(在此为基材1)可被抓持器5抓持后，由输送装置4沿x向送往另一传送带2、3。
与此同时可藉由垂直对准传送带2、3所构成之支撑面的摄影机7对平放于该支撑面的基材1进行光学侦测，从而在送料过程中为一覆盖基材1总长的条型区段拍摄影像。摄影机7在基材1上的目标区域宽度大于同一构造化平面内两相邻沟槽(沟槽对)间之规定距离，因而基材1每在摄影机下方穿过一次(下称“送料”)，摄影机7便能侦测两已存在于基材1上之沟槽。
为了使摄影机7能成对侦测基材1上的沟槽，该摄影机以可沿y向移动之方式安装在门架6上，亦即可处于与基材1宽度及沟槽间距有关之规定位置。
构造化工具8同样以可沿y向在规定位置间移动之方式安装在门架6上。构造化工具8可在送料过程中沿y向在有限范围内围绕该些位置偏转，从而描述一轨迹，该轨迹沿x向分布，但在y向上可在有限范围内偏离直线。
分析控制单元9与摄影机7及构造化工具8连接，用于根据摄影机7此前所侦测之已有沟槽的形状偏差对构造化工具8进行控制。
如前文所述，该方法是按照已有之P1构造化沟槽开设p2构造化沟槽，或者按照p1或p2构造化沟槽开设p3构造化沟槽。p1、p2及p3构造化分别指一构造化平面内之构造化，其中p3构造化在p2构造化之上，p2构造化在p1构造化之上。
下文将参照图2详细说明该方法之第一实施例。
基材1已在之前的制程中被施覆第一层，此第一层为一接触层(例如，钼)，随后设置由规定间距之沟槽构成的p1结构，再施覆第二层，该第二层为一光电层(例如，CuInS2)。在该第二层中开设与已有沟槽相对应的其他沟槽(p2结构)。新开设沟槽应与p1结构保持尽可能精确的平行性，与p1结构间之距离公差应保持±10μm。
制造p2结构时，需用第一传送带2将基材1送入装置并在第一端位上用抓持器5将基材固定于输送装置4。基材1可在输送装置4协助下沿x向在第一端位与第二端位间移动，第二端位是为基材被放置于第二传送带3之位置。
自第一端位至第二端位之送料下称正向送料，自第二端位至第一端位之送料下称反向送料，以示区别。
基材1于第一正向送料时从门架6下方穿过，在此过程中摄影机7侦测第一沟槽对，即第一及第二p1沟槽。每次用摄影机7拍摄影像时，皆可从为沟槽对之被侦测沟槽段所拍摄的影像中获得校正值，此校正值为相关沟槽段中各沟槽偏离理想直线之程度。获知摄影机7之矩阵接收器相对于基材1的相对位置后，可将被侦测沟槽的校正值分配给基材1于拍摄影像时之位置。将所述校正值储存于分析控制单元9，以便在后续送料(即，在上层构造化平面内产生沟槽)过程中用该些校正值来产生与位置有关的沟槽控制因子。将该些校正值分配给每次拍摄影像时自同一起点出发分别由一规定距离所确定的位置。
在接下来的第一反向送料过程中用构造化工具8开设第一p2沟槽。构造化工具8较佳采用透过雷射光学系统而聚焦于基材1之雷射束。作为替代方案亦可使用机械刻划工具。
构造化工具8在控制因子控制下沿y向偏转，从而使所产生的沟槽平行于第一p2沟槽。在此过程中，用推导自第一p1沟槽的控制因子实施控制。
开始第二正向送料之前，摄影机7沿y向移动至对准第三及第四p1沟槽之位置。构造化工具8同样沿y向移动并对准第二p1沟槽。与第一正向送料一般，此时是侦测第二沟槽对即第三及第四p1沟槽并按上述方式对所拍摄的影像进行处理。同时开设第二p2沟槽。在此过程中，用推导自第二p1沟槽的控制因子实施控制。
而后如上文所述在每次正向送料时皆分别侦测一沟槽对(即第np1沟槽及第n+1p1沟槽)，开设第n-1p2沟槽并且在反向送料时仅产生第np2沟槽，直至制成全部之p2构造化沟槽。
始终自同一端位出发进行沟槽侦测，能使摄影机7之位置同步触发(即，自第一端位出发每次皆为等距触发摄影机)变得更为简单。
此外，始终自同一起点出发，亦能简化根据已有沟槽之影像计算控制因子(位置相关变量)的计算工作。
无需拍摄影像的反向送料所需时间较佳可全部用作计算时间。故每次送料时可处理更多影像，此能提高控制信号精度。
该装置可用于加工不同长度之基材1且始终以同一起点为参照计算控制因子，从而免去了繁琐的匹配计算工作。
图3对上述处理流程再次作了简单介绍。其中，已有沟槽用点线表示，被侦测沟槽用虚线表示，后续形成的沟槽用实线表示。指向附图右侧的箭头表示正向送料，指向附图左侧的箭头表示反向送料。
采用上述方法可实现时间效率更佳之单沟槽对应(Einzelspur-Mapping)，所谓“单沟槽对应”是指每个后续形成的沟槽皆与被选定之已有沟槽相对应。
图4为该方法之改良型实施方案，其中，门架6上同时安装使用多个包含摄影机7与构造化工具8之加工单元，以达到加快构造化速度之目的。每个加工单元仅在基材1上侦测一特定区段。
区段加工是同时进行，加工方式与加工整个基材1相似，详情可参阅第一实施例。
相应地，正向送料时侦测由第n沟槽与第n+1沟槽组成的沟槽对及由第m沟槽与第m+1沟槽组成的沟槽对，凡若不涉及第一正向送料者，则形成第n-1沟槽与第m-1沟槽。反向送料时仅形成第n沟槽与第m沟槽，而不侦测沟槽对。该第n沟槽与第m沟槽之间距等于所述区段的宽度。
Claims (2)
1.一种将一施覆的基材作线型构造化以制造薄层太阳电池模块的方法，其中在一包含至少一下层结构平面和上层平面结构的多层大面积型基材中开设沿x向分布的沟槽，为此需使该基材在多个送料过程中水平沿x向在两端位间来回移动，在该基材(1)上方能够在所述送料过程之间沿y向移动至不同位置的构造化工具(8)在所述送料过程中在该上层结构平面内产生一沟槽，其中该构造化工具在控制信号控制下沿y向偏转，拍摄影像用以获取该下层结构平面内已有的沟槽，其中用所述影像推导控制信号以在所述上层结构平面内形成与在所述下层结构平面内已有沟槽的分布相匹配的沟槽，其中，仅在正向送料时进行用以获取所述下层结构平面内已有沟槽的影像，所述上层结构平面内沟槽的产生发生在正向及反向送料过程中。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每次正向送料时皆侦测该下层结构平面内由第n沟槽与第n+1沟槽组成的沟槽对，并在该上层结构平面内形成第n-1沟槽，而在随后的反向送料时仅在该上层结构平面内形成第n沟槽。
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