CN112103373B - 太阳能电池片的边缘处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种边缘处理系统及方法，尤其是一种太阳能电池片的边缘处理系统及方法。按照本发明提供的技术方案，所述太阳能电池片的边缘处理系统，包括至少一个加工流道以及用于激光划线切割的激光扫描系统，在加工流道的激光加工台面上传送镀膜后的太阳能电池片后，利用所述激光扫描系统能对太阳能电池片的边缘镀膜进行激光划线切割，且对太阳能电池片的边缘镀膜划线切割深度大于所述太阳能电池片的边缘镀膜的厚度。本发明通过对太阳能电池的边缘镀膜进行激光划线切割，能有效解决镀膜过程中绕镀造成效率损失的问题，提高生产效率以及自动化程度，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种边缘处理系统及方法，尤其是一种太阳能电池片的边缘处理系统及方法。
背景技术
自20世纪70年代全球爆发石油危机以来，太阳能光伏发电技术在西方发达国家引起了高度重视，各国政府从环境保护和能源可持续发展战略的角度出发，纷纷制定政策鼓励和支持太阳能光伏发电技术，光伏行业在全球迅速发展。除结晶硅太阳能电池、非结晶硅太阳能电池外，还出现了各种化合物半导体太阳能电池，以及由两种太阳能电池构成的层积型太阳能电池等新型太阳能电池。太阳能因其具有清洁性和可再生性，成为了替代传统能源的最佳方案之一。随着多年来的研究和技术开发，太阳能光伏组件价格已大幅下降，且太阳能转化效率也得以提高使得太阳能光伏发电的商业化开发与应用成为可能。
当前，分布式光伏正大行其道。由于HJT电池具有高效、双面发电的优势，在分布式光伏电站中表现出广阔的应用前景。异质结HJT（Hereto-junction with Intrinsic Thin-layer）电池（同时也简称HIT，SHJ，SJT等），以N型单晶硅（c-Si）为衬底光吸收区，经过制绒清洗后，其正面依次沉积厚度为5-10nm的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和掺杂的P型非晶硅（p-a-Si:H），和硅衬底形成p-n异质结。硅片的背面又通过沉积厚度为5-10nm的i-a-Si:H和掺杂的N型非晶硅（n-a-Si:H）形成背表面场，双面沉积的透明导电氧化物薄膜（TCO）不仅可以减少收集电流时的串联电阻，还能起到像晶硅电池上氮化硅层那样的减反作用。最后通过丝网印刷在两侧的顶层形成金属基电极，这是异质结电池的典型结构。
与其他N型电池相比，HJT工艺步骤更为简单。虽然HJT工艺步骤简单，但是工艺难度大。比如，由于采用了薄膜沉积技术，需要用到高要求的真空设备；工艺要求严格，获得低界面态的非晶硅/晶体硅界面，对工艺环境和操作要求也比较高；c-Si电池制造过程中N型离子掺杂/扩散到p型硅基体形成微米级的N型掺杂膜层，这个膜层包围了整个HJT电池片片，从而造成了电池前后两面电极的分流。
为了避免分流就必须对电池边缘进行绝缘化处理。而且在电池片薄膜沉积过程中，容易产生薄膜绕镀的现象，导致在电池片的边缘出现了绕镀的薄膜，使得电池片的P面、N面相互连接，如果不做隔离会造成漏电流过大，并联电阻偏小的问题，严重影响电池片的转换效率及组件封装的可靠性。为了避免绕镀现象，很多公司采用沉积前涂保护漆、沉积时对电池片边缘压框或沉积后结电池片边缘进行金属蚀刻，这样会使制作工艺复杂化，无形中增加电池片的制作成本，且容易造成破片、破角等不良现象。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种太阳能电池片的边缘处理系统及方法，其通过对太阳能电池的边缘镀膜进行激光划线切割，能有效解决镀膜过程中绕镀造成效率损失的问题，提高生产效率以及自动化程度，安全可靠。
具体地，对已经完成镀膜过后的太阳能电池片，通过激光系统对其背面镀膜层进行激光划线切割处理，即沿电池片周侧方向，在电池片厚度上进行切割，在电池片背面切割形成光斑槽线，使边缘绕镀的薄膜与电池片正面的大面积薄膜进行隔离，其中，切割深度大于所述太阳能电池片的镀膜层的厚度，所述镀膜层即边缘镀膜。
按照本发明提供的技术方案，所述太阳能电池片的边缘处理系统，包括至少一个加工流道以及用于激光划线切割的激光扫描系统，在加工流道的激光加工台面上传送镀膜后的太阳能电池片后，利用所述激光扫描系统能对太阳能电池片的边缘镀膜进行激光划线切割，且对太阳能电池片的边缘镀膜划线切割深度大于所述太阳能电池片的边缘镀膜的厚度。
在对太阳能电池片的边缘镀膜划线切割后，在所述太阳能电池片的边缘镀膜得到切割切口，所述切割切口的深度大于太阳能电池片的边缘镀膜的厚度；所述切割切口与太阳能电池片边缘的距离为0μm~100μm，所述切割切口的宽度为10μm~50μm。
所述激光扫描系统包括激光发射器，所述激光发射器发射的激光束经过光束调整装置、扫描振镜以及场镜能对激光加工台面上的太阳能电池片进行所需的激光划线切割，
所述激光发射器为绿光光纤激光器或红外光纤激光器，激光发射器的激光功率为30瓦-100瓦，激光发射器的发光频率为10k-5000kHz，扫描振镜的扫描速度为20-70米/秒。
还包括与激光加工台面正对应的定位相机，通过定位相机能对位于激光加工台面上太阳能电池片进行定位；
所述光束调整装置包括依次设置于光路上的第一反射镜、第二反射镜以及扩束器，扩束器扩束后的激光光束能进入扫描振镜内。
所述加工流道为两个，且两个加工流道呈平列分布，每个加工流道上的激光加工台面相互对应且邻近；定位相机与激光加工台面呈一一对应，利用场镜出射的激光束能对两个激光加工台面上的太阳能电池片进行激光划线切割。
一种太阳能电池片的边缘处理方法，提供激光扫描系统，并利用所述激光扫描系统对镀膜后太阳能电池片的边缘镀膜进行激光划线切割，且对太阳能电池片的边缘镀膜划线切割深度大于所述太阳能电池片的边缘镀膜的厚度。
在对太阳能电池片的边缘镀膜划线切割后，在所述太阳能电池片的边缘镀膜得到切割切口，所述切割切口的深度大于太阳能电池片的边缘镀膜的厚度；所述切割切口与太阳能电池片边缘的距离为0μm~100μm，所述切割切口的宽度为10μm~50μm。
所述激光扫描系统包括激光发射器，所述激光发射器发射的激光束经过光束调整装置、扫描振镜以及场镜能对激光加工台面上的太阳能电池片进行所需的激光划线切割，
所述激光发射器为绿光光纤激光器或红外光纤激光器，激光发射器的激光功率为30瓦-100瓦，激光发射器的发光频率为10k-5000kHz，扫描振镜的扫描速度为20-70米/秒。
还包括与激光加工台面正对应的定位相机，通过定位相机能对位于激光加工台面上太阳能电池片进行定位；
所述光束调整装置包括依次设置于光路上的第一反射镜、第二反射镜以及扩束器，扩束器扩束后的激光光束能进入扫描振镜内。
在所述场镜的出光扫描范围内设置两个并列分布的激光加工台面，两个所述激光加工台面相互邻近，定位相机与激光加工台面呈一一对应，利用场镜出射的激光束能对两个激光加工台面上的太阳能电池片进行激光划线切割。
本发明的优点：在不改变太阳能电池的其他工艺过程基础上，在薄膜沉积后，对太阳能电池片利用激光扫描系统进行激光边缘划线切割，解决太阳能电池片在薄膜沉积过程中出现的绕镀现象引起的效率损失问题。激光划线切割具有电池片合格率高、自动化程度高，无需消耗昂贵的特种气体和化学药品、绿色环保等优点，有效解决太阳能电池在镀膜过程中出现绕镀造成效率损失的问题，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
图2为本发明激光扫描系统的示意图。
图3为本发明存在两个加工流道的示意图。
图4为现有HJT太阳能电池镀膜后的示意图。
图5为本发明进行激光划线切割后的示意图。
图6为本发明切割切口在太阳能电池片上的俯视图。
附图标记说明：1-激光发射器、2-光束调整装置、3-扫描振镜、4-场镜、5-定位相机、6-激光加工台面、7-第一反射镜、8-第二反射镜、9-扩束器、10-振镜第一电机、11-振镜内第一镜体、12-振镜第二电机、13-振镜内第二镜体、14-第一流道第一工位、15-第一流道第二工位、16-第一流道顶升模块、17-第一流道加工台面、18-第一流道第三工位、19-第二流道第一工位、20-第二流道第二工位，21-第二流道第三工位、22-第二流道顶升模块、23-边缘镀膜、24-太阳能电池片以及25-第二流道加工台面与26-切割切口。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1和图4所示：为了能有效解决镀膜过程中绕镀造成效率损失的问题，提高生产效率以及自动化程度，本发明提供激光扫描系统，并利用激光扫描系统对镀膜后太阳能电池片24的边缘镀膜23进行激光划线切割，且对太阳能电池片24的边缘镀膜23划线切割深度大于太阳能电池片24的边缘镀膜23的厚度。
具体地，镀膜后的太阳能电池片24存在边缘镀膜23，通过激光扫描系统能对边缘镀膜23进行激光划线切割，对太阳能电池片24的边缘镀膜23划线切割深度大于太阳能电池片24的边缘镀膜23的厚度，即保证对边缘镀膜23进行划穿，以能实现边缘镀膜23与太阳能电池片24上需要保留的薄膜隔离，以解决绕镀造成效率损失的问题。与现有其他采用解决绕镀的问题相比，采用激光扫描系统进行激光划线切割时，能提高生产效率以及自动化程度。
如图5所示，在对太阳能电池片24的边缘镀膜23划线切割后，在太阳能电池片24的边缘镀膜23得到切割切口26，切割切口26的深度大于太阳能电池片24的边缘镀膜23的厚度；切割切口26与太阳能电池片24边缘的距离为0μm~100μm，切割切口26的宽度为10μm~50μm。
本发明实施例中，切割切开26贯穿边缘镀膜23，切割切口26的深度大于太阳能电池片24的边缘镀膜23的厚度。具体实施时，切割切口26与太阳能电池片24边缘的距离为0μm~100μm，切割切口26的宽度为10μm~30μm，图5中w1为切割切口26与太阳能电池片24边缘间的距离，w1可为100μm，w2为切割切口26的宽度，w2可为30μm，通过切割切口26从而能大大减少采用现有其他边缘处理方法的绝缘面积，可以有效增大短路电流，进一步减少太阳能电池片的光电转换效率的损失。此外，图5中，w3为切割切口26的深度，w4为边缘镀膜23的厚度，从图5中可以看出，切割切口26的深度w3大于边缘镀膜23的厚度w4，即切割切口26贯穿边缘镀膜23。如图6所示，为切割切口26在太阳能电池片24上的俯视图，切割切口26呈环状，且切割切口26环绕太阳能电池片24，从而能有效实现太阳能电池片24与边缘镀膜23间的隔离。
如图1所示，激光扫描系统包括激光发射器1，激光发射器1发射的激光束经过光束调整装置2、扫描振镜3以及场镜4能对激光加工台面6上的太阳能电池片24进行所需的激光划线切割，
激光发射器1为绿光光纤激光器或红外光纤激光器，激光发射器1的激光功率为30瓦-100瓦，激光发射器1的发光频率为10k-5000kHz，扫描振镜3的扫描速度为20-70米/秒。
本发明实施例中，激光发射器1可以选用现有常用的形式，具体可以根据需要进行选择，只要能满足激光发射器1的功率、频率等要求均可，此处不再赘述。具体地，激光发射器器1出射的激光光束，经过光束调整装置2调整激光出射光束的直径和传播路径，光束从光束调整装置2出射，进入到扫描振镜3和场镜4中，激光光束在场镜4出射后，激光光斑在激光加工台面6上汇聚聚焦，通过扫描振镜3中X方向与Y方向的偏振，实现激光在激光加工台面6上的太阳能电池片24的边缘处理。
具体地，扫描振镜3以及场镜4均可以采用现有常用的形式，具体与激光发射器1配合，并实现划线切割的激光光斑的具体控制与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
如图2所示，光束调整装置2包括依次设置于光路上的第一反射镜7、第二反射镜8以及扩束器9，扩束器9扩束后的激光光束能进入扫描振镜3内；
还包括与激光加工台面6正对应的定位相机5，通过定位相机5能对位于激光加工台面6上太阳能电池片24进行定位。
本发明实施例中，经过激光发射器1外部的第一反射镜7和第二反射镜8能调整激光发射器1出射光束的传播路径方向；然后，激光光束通过扩束器9，使得激光光束的直径发生改变。光束从扩束器9出射，进入到扫描振镜3中。
具体地，扫描振镜3包括振镜第一电机10、振镜内第一镜体11、振镜第二电机12以及振镜内第二镜体13，其中，振镜第一电机10的输出轴与振镜内第一镜体11适配连接，振镜第二电机12的输出轴与振镜内第二镜体13适配连接，振镜内第一镜体11以及振镜内第二镜体13可以采用现有常用的反射镜，通过振镜第一电机10能带动振镜内第一镜体11的旋转，通过振镜第二电机12能带动振镜内第二镜体13的旋转。通过振镜内第一镜体11、振镜内第二镜体13的旋转配合，即实现X方向与Y方向的偏振，从而能控制经场镜4出射后聚焦的光斑在激光加工台面6上太阳能电池片24的位置，从而实现对所需位置的边缘镀膜23的激光划线切割。
具体实施时，定位相机5可以采用现有的常用的形式，定位相机5对激光加工台面6上太阳能电池片24的定位方式与现有相一致，如通过定位相机5可以获取激光加工台面6上太阳能电池片24的图像，根据所获取的图像能判断太阳能电池片24的中心以及边缘位置等，从而能为激光扫描系统中最终聚焦的激光光斑的位置提供依据，具体对太阳能电池片24的定位方式可以根据需要进行选择，此处不再赘述。
进一步地，在场镜4的出光扫描范围内设置两个并列分布的激光加工台面6，两个激光加工台面6相互邻近，定位相机5与激光加工台面6呈一一对应，利用场镜4出射的激光束能对两个激光加工台面6上的太阳能电池片24进行激光划线切割。
本发明实施例中，场镜4可以选用大幅面场镜，从而能实现对两个激光加工台面6上的太阳能电池片24进行激光划线切割。具体实施时，每个定位相机5与激光加工台面6呈一一对应，从而能有效获取每个激光加工台面6上太阳能电池片24的位置状态。在获取每个激光加工台面6上太阳能电池片24的位置状态后，根据扫描振镜3能控制经场镜4出射后聚焦的光斑落在太阳能电池片24上的位置，实现对所需位置的边缘镀膜23的激光划线切割。
综上，本发明的太阳能电池片的边缘处理系统，包括至少一个加工流道以及用于激光划线切割的激光扫描系统，在加工流道的激光加工台面6上传送镀膜后的太阳能电池片24后，利用激光扫描系统能对太阳能电池片24的边缘镀膜23进行激光划线切割，且对太阳能电池片24的边缘镀膜23划线切割深度大于太阳能电池片24的边缘镀膜23的厚度。
本发明实施例中，加工流道用于实现对不同太阳能电池片24的输送，从而对边缘处理前以及边缘处理后的太阳能电池片24进行自动输送，提高加工效率，例如，加工流道选用皮带输送。可依据需求，选择加工流道个数，加工流道可以是一个或多个。激光扫描系统对HJT太能电池片24的划线切割的过程，以及激光扫描系统的具体实现均具体可以参考上述说明，此处不再赘述。
具体地，加工流道为两个，输送方式采用皮带输送，且两个加工流道呈平列分布，每个加工流道上的激光加工台面6相互对应且邻近；定位相机5与激光加工台面6呈一一对应，优选地，定位相机5位于激光加工台面6下方，激光加工台面6上方用于承载太阳能电池片24；利用场镜4出射的激光束能对两个激光加工台面6上的太阳能电池片24进行激光划线切割。
如图3所示，为两个加工流道的具体情况示意图，具体地，第一流道具有第一流道第一工位14、第一流道第二工位15以及第一流道第三工位18，第一流道第二工位15位于第一流道第一工位14与第一流道第三工位18之间，在第一流道第二工位15上设置第一流道加工台面17，在第一流道第二工位15的两侧还设置第一流道顶升模块16，第一流道顶升模块16具体可以采用现有常用的形式。同理，第二流道具有第二流道第一工位19、第二流道第二工位20以及第二流道第三工位21，第二流道第二工位20与第二流道第一工位19与第二流道第三工位21之间，在第二流道第二工位20上设置第二流道加工台面25，在第二流道第二工位20的两侧设置第二流道顶升模块22。
具体实施时，两个加工流道在传送太阳能电池片24时，为非同步传送的。加工开始后，第一加工流道运送HJT电池片至第一流道第一工位14，这时开始处于低位的第一流道第二工位15工位流道在第一流道顶升模块16的工作下升高，使得第一流道第二工位15与第一流道第一工位14和第一流道第三工位18水平，太阳能电池片25从第一流道第一工位14运送至第一流道第二工位15工位，第一流道顶升模块16下降，太阳能电池片24落在第一流道加工台面17上，第一流道加工台面17的真空模块工作，固定太阳能电池片24，与第一流道加工台面17对应的定位相机5拍照定位，然后激光开始加工第一流道加工台面17的太阳能电池片24。
在本发明实施例中，可以理解：当第一流道第二工位15与第一流道第一工位14和第一流道第三工位18位于同一水平高度时，第一流道加工台面17位于第一流道第二工位15下方，在第一流道顶升模块16的作用下第一第二工位15可远离或靠近第一流道加工台面17，以实现太阳能电池片24的加工及传输，优选地，在第一加工台面17上设置凹型口，用于适配第一流道第二工位上的皮带，以使太阳能电池片24更平稳地位于第一流道加工台面17上，便于定位相机5的定位精准。第二流道的情况可以参考第一流道的说明，此处不再赘述。
在激光加工第一流道加工台面17的太阳能电池片24的同时，右侧第二加工流道上第二流道第二工位20一侧的第二流道顶升模块22工作上升，太阳能电池片24从第二流道第一工位19被传送至第二流道第二工位20，第二流道顶升模块22下降，太阳能电池片24落在第二流道加工台面25，第二流道加工台面25吸真空，定位相机5拍照，完成定位。
在第一流道加工台面17上的太阳能电池片24激光加工完成后，激光在扫描振镜的调整下，激光扫描区域转至第二流道加工台面25，激光扫描系统无需过多停止出光等待上下料耗时的时间差，就可以立刻进行第二流道加工台面25上太阳能电池片24的激光加工，在同一时间，第一流道加工台面17破真空，第一流道顶升模块16上升，使得第一流道第二工位15与第二流道第三工位18水平，已处理的太阳能电池片24从第一流道第二工位15工位传送至第一流道第三工位18，然后，太阳能电池片24由第一加工流道传送出去。
同时，从第一流道第一工位14传送进来新的太阳能电池片24至第一流道第二工位15工位，第一流道顶升模块16下降，太阳能电池片24落在第一流道加工台面17上，利用第一流道加工台面17的真空吸附完成固定，并利用定位相机5定位。第二流道加工台面25上的太阳能电池片24加工完成后，激光转至第一流道加工台面17进行激光加工。第二流道加工台面25破真空，第二流道顶升模块22上升，使得第二流道第二工位20与第二流道第三工位21水平，已处理的太阳能电池片24从第二流道第二工位20传送至第二流道第三工位21，然后由第二加工流道传送下去，同时传送新的太阳能电池片24从第二流道第一工位19传送至第二流道第二工位20，第二流道顶升模块22，太阳能电池片24落至第二流道第二工位20，并完成固定和相机定位，以此往复。
此外，太阳能电池片24的边缘处理系统，还包括控制系统，
获取传送指令，根据传送指令，控制系统控制加工流道传送镀膜后的太阳能电池片24至激光加工台面；
获取定位指令，根据定位指令，控制定位相机对电池片位置进行定位；
获取处理指令，根据处理指令，控制激光处理系统对电池片进行切割处理；
获取传送指令，根据传送指令，控制系统控制加工流道传送完成处理的镀膜后的太阳能电池片24脱离激光加工台面，和控制下一片镀膜后的太阳能电池片24至激光加工台面。
重新上述指令，完成批量镀膜后的太阳能电池片24切割处理。
具体实施时，上述利用第一加工流道、第二加工流道对太阳能电池片24进行输送的具体形式与现有相一致，具体对太阳能电池片24输送的过程以及采用真空吸附方式对太阳能电池片24进行固定等方式均为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。本发明通过在第一加工流道、第二加工流道上方设置激光扫描系统，并利用激光扫描系统能实现对第一加工流道、第二加工流道上输送的太阳能电池片24进行边缘处理，具体边缘处理的过程可以参考上述的具体说明，此处不再赘述。
Claims (4)
1.一种太阳能电池片的边缘处理方法，其特征是：提供激光扫描系统，通过加工流道的激光加工台面（6）上传送镀膜后的太阳能电池片（24）后，利用所述激光扫描系统对镀膜后太阳能电池片（24）的边缘镀膜（23）进行激光划线切割，且对太阳能电池片（24）的边缘镀膜（23）划线切割深度大于所述太阳能电池片（24）的边缘镀膜（23）的厚度，所述太阳能电池片（24）为HJT太阳能电池片；
所述镀膜后的太阳能电池片为薄膜沉积后的太阳能电池片；
在对太阳能电池片（24）的边缘镀膜（23）划线切割后，在所述太阳能电池片（24）的边缘镀膜（23）得到切割切口（26），所述切割切口（26）的深度大于太阳能电池片（24）的边缘镀膜（23）的厚度；所述切割切口（26）与太阳能电池片（24）边缘的距离为0μm~100μm，所述切割切口（26）的宽度为10μm~50μm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池片的边缘处理方法，其特征是：所述激光扫描系统包括激光发射器（1），所述激光发射器（1）发射的激光束经过光束调整装置（2）、扫描振镜（3）以及场镜（4）能对激光加工台面（6）上的太阳能电池片（24）进行所需的激光划线切割，
所述激光发射器（1）为绿光光纤激光器或红外光纤激光器，激光发射器（1）的激光功率为30瓦-100瓦，激光发射器（1）的发光频率为10k-5000kHz，扫描振镜（3）的扫描速度为20-70米/秒。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池片的边缘处理方法，其特征是：还包括与激光加工台面（6）正对应的定位相机（5），通过定位相机（5）能对位于激光加工台面（6）上太阳能电池片（24）进行定位；
所述光束调整装置（2）包括依次设置于光路上的第一反射镜（7）、第二反射镜（8）以及扩束器（9），扩束器（9）扩束后的激光光束能进入扫描振镜（3）内。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池片的边缘处理方法，其特征是：在所述场镜（4）的出光扫描范围内设置两个并列分布的激光加工台面（6），两个所述激光加工台面（6）相互邻近，定位相机（5）与激光加工台面（6）呈一一对应，利用场镜（4）出射的激光束能对两个激光加工台面（6）上的太阳能电池片（24）进行激光划线切割。
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