CN107946218A - 一种可实现大产能的薄膜分离设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种可实现大产能的薄膜分离设备。该薄膜分离设备包括支架、带有转轴的驱动机构，以及多个分离机构，多个所述分离机构分别沿所述转轴的轴向排列，各个所述分离机构均包括用于吸附晶片底面的第一吸附件和用于吸附位于所述晶片顶面的薄膜的第二吸附件，所述第一吸附件与所述第二吸附件的吸附方向相反，所述第一吸附件与所述驱动机构均设于所述支架上，各个第一吸附件位于同一平面，且均位于支架的同一侧，所述第二吸附件通过连接杆与转轴连接，各个第二吸附件位于同一平面，且均位于转轴的同一侧。该薄膜分离设备结构简单，自动化程度高，节省了人力，降低了薄膜的分离成本，提高了薄膜的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种可实现大产能的薄膜分离设备，更具体地，是可应用于一种专有的湿法刻蚀工艺——外延剥离系统中，并可应用于大产能机台上，从而显著提高生产效率和设备利用率。
背景技术
目前，典型的湿法刻蚀工艺过程如图1所示，首先将装载带有聚合物薄膜的晶片(例如砷化镓晶片)放到特制的栏具内，然后使用机械手将栏具传输到工艺腔室内进行湿法刻蚀工艺，待工艺完成后再将栏具传输到卸载位以卸载刻蚀后的薄膜与晶片，随后使用分离机构对薄膜和晶片进行分离，最后将薄膜和晶片分别卸载至各自的卡塞里。
上述的薄膜与晶片分离环节，通常会用到外延剥离系统。外延剥离系统旨在将薄膜(例如薄的光伏膜)与生长的晶片(例如砷化镓基板)分离，该系统以贴合在晶片上的聚合物薄膜作为输入，并输出单独的晶片(例如砷化镓晶片)和粘贴到聚合物框架上的薄膜(例如光伏膜)。分离出的薄膜用于制备薄膜太阳能电池，分离出的晶片或衬底(例如砷化镓晶片)经过抛光和清洗后可重复使用多次，从而显著降低薄膜发电的成本。
现有的外延剥离方式主要有人工剥离和利用机械手剥离。以砷化镓太阳能电池生产线中的外延剥离设备为例，为了将刻蚀完成后的薄膜与砷化镓基板分离，一般而言，主要有如下两种方法：(1)对于产能要求不高的设备而言，一般采用的是人工分离的方法，具体为：操作人员穿戴特定的个人防护用品，使用相关工具如镊子、卡具等手动将薄膜从基板上撕开。此方法无法满足大产能产线的要求，另外对操作人员技术水平要求较高，稍有不慎，就会发生伤害人员的安全事故；(2)对于市面上可用的自动化设备，主要方式是使用机械手完成薄膜的分离动作，这种分离方式相较手动设备而言，产能有所提升，可以达到250UPH。即使如此，机械手每次也只能处理一片薄膜；对于10MW或20MW产线而言，此产能是远远不够的。
因此，设计一台大产能的自动化分离设备就显得尤为必要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种可实现大产能的薄膜分离设备，以解决现有外延剥离设备产能低的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可实现大产能的薄膜分离设备，其包括支架、带有转轴的驱动机构以及多个分离机构，多个所述分离机构分别沿所述转轴的轴向排列，各个所述分离机构均包括用于吸附晶片底面的第一吸附件和用于吸附位于所述晶片顶面的薄膜的第二吸附件，所述第一吸附件与所述第二吸附件的吸附方向相反，所述第一吸附件与所述驱动机构均设于所述支架上，各个第一吸附件位于同一平面，且均位于所述支架的同一侧，所述第二吸附件通过连接杆与所述转轴连接，各个所述分离机构的第二吸附件位于同一平面，且均位于所述转轴的同一侧。
进一步地，所述第一吸附件至少为两个，且间隔设置，并分别通过机械臂设于支架的同一侧。优选的，所述机械臂为真空叉片。
进一步地，所述机械臂的顶面用于安装所述第一吸附件，所述机械臂的端部与所述支架连接。
进一步地，所述连接杆一端与所述第二吸附件连接，另一端套接于所述转轴外围。
进一步地，所述转轴位于所述支架上方，且与所述支架之间存在间隙。
进一步地，所述薄膜分离设备还包括轴承，所述轴承设于所述支架上，所述转轴与所述轴承的内圈固定连接。
进一步地，所述转轴的端部与所述轴承的内圈固定连接。
优选的，所述轴承为两个，所述转轴的两端分别套接于两个所述轴承的内圈中。
进一步地，所述第一吸附件和第二吸附件均为真空吸盘，所述真空吸盘通过软管连接有真空发生器。
进一步地，所述薄膜分离设备还包括第一滑轨，所述驱动机构设于所述支架的顶端，所述支架的底端设有与所述第一滑轨配合滑动的第一滑槽。优选的，所述第一滑轨的长度方向与转轴的轴向相交叉；更优选的，所述第一滑轨的长度方向与转轴的轴向垂直。第一滑轨的设置，使得支架可自由移动，从而使驱动机构可灵活地移动位置，进而便于对不同位置处的薄膜进行分离。
进一步地，所述薄膜分离设备还包括与所述第一滑轨交叉设置的第二滑轨，所述第一滑轨的底端设有与所述第二滑轨配合滑动的第二滑槽。第二滑轨和第二滑槽的设置，使得第一滑轨可在第二滑轨上滑动，从而扩大了支架的移动范围，进而扩大了驱动机构的移动范围，从而使得该分离设备可对更大范围内的薄膜进行分离，也便于对分离后的薄膜和晶片进行运输和进行下一步的清洗等处理。
优选的，所述驱动机构为电机。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的薄膜分离设备，设置了分离机构，分离机构包括第一吸附件和第二吸附件，第一吸附件设于支架上，第二吸附件设于转轴上。使用时，先将第一吸附件置于晶片底面(可通过将机械臂插入晶片底部实现或其他可将第一吸附件放于晶片底面的方式)，驱动机构启动，转轴旋转，带动连接杆旋转，进而带动第二吸附件旋转，直至第二吸附件压紧薄膜，然后启动第一吸附件和第二吸附件的吸附功能，第一吸附件吸附晶片底面，第二吸附件吸附晶片顶面的薄膜，由于第一吸附件和第二吸附件的吸附方向相反，令转轴朝相反方向旋转，再加上这两个相反吸附力的不断吸附，薄膜逐渐从晶片顶面撕离，即该分离机构成功实现了薄膜与晶片的分离。
由于该分离机构有多个，且分别沿转轴的轴向排列，各个分离机构的第一吸附件位于同一平面，且均位于支架的同一侧，各个分离机构的第二吸附件位于同一平面，且均位于转轴的同一侧，所以转轴的一次转动可带动各个分离机构的第二吸附件同时转动，使得各个分离机构同时夹紧各自的带有薄膜的晶片，由此，启动吸附功能后，在转轴的反向转动下，各个分离机构可同时将各自的薄膜与晶片分离。也就是说，驱动机构的一次驱动，可分离多片薄膜，因而大大提高了薄膜分离效率，大大提高了产能。该薄膜分离设备，结构简单，易于操作和维护，自动化程度高，节省了人力，降低了薄膜的分离成本，提高了薄膜的生产效率，在太阳能电池生产领域具有很高的应用价值和推广意义。
2、本发明进一步设置了多个导轨，导轨的设置使得驱动机构可在大范围内自由移动，从而使得该分离设备可对更大范围内的薄膜进行分离，也便于对分离后的薄膜和晶片进行运输和进行下一步的清洗等处理，从而进一步提高了自动化程度。
附图说明
图1为目前典型的湿法刻蚀工艺过程示意图；
图2为本发明实施例所述薄膜分离设备的结构示意图；
图3为本发明实施例所述薄膜与晶片分离后的状态示意图；
其中，1、第二吸附件；2、第一吸附件；3、转轴；4、轴承；5、驱动机构；6、第二滑轨；7、第一滑轨；8、晶片；9、薄膜；10、支架；11、真空叉片；12、连接杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶端”、“底端”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2和图3所示，本实施例提供了一种可实现大产能的薄膜分离设备，其包括支架10、带有转轴3的驱动机构5以及四个分离机构(但不限于四个分离机构)，驱动机构5设于支架10上，四个分离机构分别沿转轴3的轴向排列，各个分离机构均包括用于吸附晶片底面(图2未示出)的第一吸附件2和用于吸附位于晶片顶面的薄膜(图2未示出)的第二吸附件1，第一吸附件2与第二吸附件1的吸附方向相反，第一吸附件2通过真空叉片11设于支架10上，各个分离机构的第一吸附件2位于同一平面，且均位于支架10的同一侧，第二吸附件1通过连接杆12与转轴3连接，各个分离机构的第二吸附件1位于同一平面，且均位于转轴3的同一侧。
具体而言，第一吸附件2为四个，且间隔设置，并均分为两组，每组分别通过真空叉片11设于支架10上，且四个第一吸附件2均位于支架10的同一侧。真空叉片11的顶面用于安装第一吸附件2，真空叉片11的端部与支架10连接。连接杆12一端与第二吸附件1连接，另一端套接于转轴3外围。转轴3位于所述支架10上方，且与支架10之间存在间隙。
进一步地，该薄膜分离设备还包括轴承4，轴承4设于支架10上，转轴3的端部与轴承4的内圈固定连接。优选的，轴承4为两个，转轴3的两端分别套接于两个轴承4的内圈中。
本实施例中，第一吸附件2和第二吸附件1均为真空吸盘，真空吸盘通过软管与真空发生器(图中未示出)连通。本实施例中的驱动机构5为电机。
进一步地，薄膜分离设备还包括第一滑轨7以及与第一滑轨7交叉设置的第二滑轨6，支架10第一端部的顶端设置该驱动机构5，支架10第一端部的底端设有与第一滑轨7配合滑动的第一滑槽(图中未示出)。第一滑轨7的设置，使得支架10可自由移动，从而使驱动机构5可灵活地移动位置，进而便于对不同位置处的薄膜进行分离。第一滑轨7端部的底端设有与第二滑轨6配合滑动的第二滑槽(图中未示出)。第二滑轨6和第二滑槽的设置，使得第一滑轨7可在第二滑轨6上滑动，从而扩大了支架10的移动范围，进而扩大了驱动机构5的移动范围，从而使得该分离设备可对更大范围内的薄膜进行分离，也便于对分离后的薄膜和晶片进行运输和进行下一步的清洗等处理。本实施例中，第一滑轨7的长度方向与转轴3的轴向垂直，第二滑轨6的长度方向与第一滑轨7的长度方向垂直。
本发明的可实现大产能的薄膜分离设备的工作过程如下：工作时，驱动机构5带动转轴3转动，转轴3同时带动多个连接杆12旋转，使第二吸附件1与第一吸附件2保持一定的角度(如10°)；然后将驱动机构5沿第一滑轨7运动，以将整个分离设备沿第一滑轨7向栏具内移动以便将真空叉片11插入晶片底部，此时第一吸附件2接触晶片底面，驱动机构5继续带动转轴3旋转，从而带动连接杆12旋转，进而带动第二吸附件1旋转，直至第二吸附件1压紧薄膜，然后启动第一吸附件2和第二吸附件1的真空吸附功能，比如通过真空发生器打开真空；此时，驱动机构5继续沿第一滑轨7移动，将晶片从栏具内取出并运动至分离位以进行薄膜分离；由于第一吸附件2吸附晶片底面，第二吸附件1吸附晶片顶面的薄膜的上表面，第一吸附件2和第二吸附件1的吸附方向相反，驱动电机5反向旋转，令转轴3朝相反方向旋转，使得第一吸附件2和第二吸附件1的吸附方向相反，在这两个相反吸附力的不断吸附下，薄膜逐渐从晶片顶面撕离，即该分离机构成功实现了薄膜9与晶片8的分离，如图3所示。
由于该分离机构有多个，且分别沿转轴的轴向排列，各个分离机构的第一吸附件位于同一平面，且均位于支架的同一侧，各个分离机构的第二吸附件位于同一平面，且均位于转轴的同一侧，所以转轴的一次转动可带动各个分离机构的第二吸附件同时转动，使得各个分离机构同时夹紧各自的带有薄膜的晶片，由此，启动吸附功能后，在转轴的反向转动下，各个分离机构可同时将各自的薄膜与晶片分离。也就是说，驱动机构的一次驱动，可分离多片薄膜，因而大大提高了薄膜分离效率，大大提高了产能。
该薄膜分离设备，结构简单，易于操作和维护，自动化程度高，节省了人力，降低了薄膜的分离成本，提高了薄膜的生产效率，在太阳能电池生产领域具有很高的应用价值和推广意义。本实施例进一步设置的多个导轨，可使得驱动机构可在大范围内自由移动，从而使得该分离设备可对更大范围内的薄膜进行分离，也便于对分离后的薄膜和晶片进行运输和进行下一步的清洗等处理，从而进一步提高了自动化程度。
本发明的实施例是为了示例和描述而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，包括支架、带有转轴的驱动机构，以及多个分离机构，多个所述分离机构分别沿所述转轴的轴向排列，各个所述分离机构均包括用于吸附晶片底面的第一吸附件和用于吸附位于所述晶片顶面的薄膜的第二吸附件，所述第一吸附件与所述第二吸附件的吸附方向相反，所述第一吸附件与所述驱动机构均设于所述支架上，各个所述第一吸附件位于同一平面，且均位于所述支架的同一侧，所述第二吸附件通过连接杆与所述转轴连接，各个所述第二吸附件位于同一平面，且均位于所述转轴的同一侧。
2.根据权利要求1所述可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，所述第一吸附件至少为两个，且间隔设置，并分别通过机械臂设于支架的同一侧。
3.根据权利要求2所述可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，所述机械臂的顶面用于安装所述第一吸附件，所述机械臂的端部与所述支架连接。
4.根据权利要求1所述可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，所述连接杆一端与所述第二吸附件连接，另一端套接于所述转轴外围。
5.根据权利要求1所述可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，所述转轴位于所述支架上方，且与所述支架之间存在间隙。
6.根据权利要求5所述可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，还包括轴承，所述轴承设于所述支架上，所述转轴与所述轴承的内圈固定连接。
7.根据权利要求6所述可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，所述转轴的端部与所述轴承的内圈固定连接。
8.根据权利要求1所述可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，所述第一吸附件和第二吸附件均为真空吸盘，所述真空吸盘通过软管连接有真空发生器。
9.根据权利要求1～8任一项所述可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，还包括第一滑轨，所述驱动机构设于所述支架的顶端，所述支架的底端设有与所述第一滑轨配合滑动的第一滑槽。
10.根据权利要求9所述可实现大产能的薄膜分离设备，其特征在于，还包括与所述第一滑轨交叉设置的第二滑轨，所述第一滑轨的底端设有与所述第二滑轨配合滑动的第二滑槽。
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