CN112670369B - 铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制作方法及汇流条的焊接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制作方法及汇流条的焊接装置，属于太阳能电池技术领域。本发明的汇流条焊接装置包括机架、导向组件、牵引组件、焊接组件和压紧组件，待焊接的汇流条被牵引组件牵引至待焊接区域末端，并被末压块压紧，之后焊接组件对汇流条进行焊接，同时压紧组件将汇流条与背电极层压紧，完成焊接工作。本装置是以冷加工的方式，实现汇流条与薄膜太阳能电池背电极的连接。本发明的太阳能电池的制作方法，利用本发明的汇流条焊接装置进行汇流条的焊接，通过有效地排布焊点，实现连续生产，解决相关技术中超声波焊接装置实现汇流条与薄膜背电极的连接，存在的生产成本高、维修设备周期长、虚焊过焊等技术问题。

Description

铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制作方法及汇流条的焊接装置

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体是一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制作方法及汇流条的焊接装置。

背景技术

光伏发电已是当今社会的一种高效地利用清洁能源的方式。截止到2018年底，全球累计光伏组件发电装机超过510GW，其中铜铟镓硒薄膜太阳能电池占到了2.05GW，未来五年年均复合增长率估计可达16.53％。在各种已经商业化的太阳能电池中，铜铟镓硒薄膜太阳能电池因其理论效率高、材料消耗少、生产能耗低等优点逐步扩大了其应用领域，尤其是在浮法玻璃上制备的薄膜电池，具有抗震性好、效率高和弱光性好等优势，能完美的契合BIPV、屋顶发电、移动能源等领域对太阳能电池的要求，在国家日益重视光伏发电今天，必将得到广泛的应用。

在铜铟镓硒薄膜太阳能电池制备过程中，必不可少的一步是通过焊接汇流条的方式将电池正负极电流汇集并引入到接线盒中。汇流条的焊接方式有很多，比较常见的是将一侧带有粘胶的导电银胶直接粘连在电池正负极上，这种方式加工工艺简单、速度快、稳定性高，但是导电银胶价格非常昂贵，大大的增加了生产成本。目前多采用超声波焊接方式进行汇流条的焊接，然而由于工艺的复杂性和稳定性，实际应用在薄膜太阳能电池加工上的并不多。在专利“超声波焊接机构和超声波焊接装置”(授权公告号CN 208772707 U)中提到了一种超声波焊接机构及超声波焊接装置，这种技术具备工艺简单、焊接良好等优点，但仍存在几点缺陷：(1)焊接过程需要电阻丝加热，设备耗能高，设备维修耗时长；(2)焊接过程属于连续焊接，焊点较多，降低焊头使用寿命；(3)铜铟镓硒薄膜太阳能电池多以钼(Mo)作为背电极材料，钼的硬度和熔点都非常高，辅助加热对焊接起不了作用，使用该连续焊接方法会出现大量虚焊或者容易造成已焊接的汇流条断裂。

发明内容

本发明的目的是提供铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置，以冷加工的方式，实现汇流条与薄膜太阳能电池背电极的连接，优化焊点数量，大大增加焊头使用寿命，节约生产成本，同时，不需要额外的加热装置，维修时间短。

本发明采用如下技术方案：一种铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置，包括机架、两组导向组件、两组牵引组件、至少两组焊接组件和两组压紧组件，所述的机架为对称结构，机架架在两根水平螺旋杆上，水平螺旋杆的两端分别安装在两个底座上，机架可沿水平螺旋杆左右移动，所述的底座固定在底板的四个角上，机架的顶板上固定有竖直螺旋杆，竖直螺旋杆上螺旋安装一块┌形支撑板；

所述的导向组件包括导向轮，导向轮通过轮轴固定在水平导向杆靠左端的下方，水平导向杆右端固定在┌形支撑板的竖直板上，导向组件用来调整汇流条的牵引角度及受力状态；

所述的牵引组件位于导向组件右侧，由下支杆、第一气缸、侧压板、第二气缸和牵引压块组成，下支杆固定在水平导向杆下方，所述的下支杆与水平导向杆之间的夹角为60°，下支杆的末端安装有第一气缸，第一气缸的气缸轴与侧压板连接，侧压板上固定有第二气缸，第二气缸的气缸轴与第一气缸的气缸轴垂直，第二气缸的气缸轴上固定有牵引压块；

所述的焊接组件包括超声波发生器、换能器、变幅器和焊头，超声波发生器连接电源，超声波发生器的输出端通过高频电能线与换能器连接，换能器与变幅器连接，变幅器与焊头连接，所述的焊接组件固定在第三气缸的气缸轴上，第三气缸安装在┌形支撑板的竖直板上，且位于牵引组件的右侧；

所述的压紧组件包括两块焊接压板和末压板，两块焊接压板分别固定在两个第四气缸的气缸轴上，两个第四气缸都安装在┌形支撑板的竖直板上，且位于第三气缸的左右两侧，焊接压块用于在焊接过程中对汇流条进行压紧，使其与被焊接金属层良好接触；末压板固定在第五气缸的气缸轴上，第五气缸固定在底板的右侧末端，末压板用于在焊接时对汇流条末端压紧。

超声波发生器用来将输入的低频电流转换为输出的高频电流(高频电流的频率范围与超声频率范围相同，一般为20-50千赫)，换能器将高频电流转成高频的机械振动，变幅器用来改变振幅和校准振幅，焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，将汇流条焊接于铜铟镓硒薄膜太阳能电池的焊接组件上。通过有效地排布焊点，实现汇集铜铟镓硒薄膜太阳能电池电流的目的，并解决相关技术中超声波焊接装置实现汇流条与薄膜背电极层的连接，存在的生产成本高、维修设备周期长、虚焊过焊等技术问题。

本发明的有益效果：

1、优化焊点数量，焊头使用寿命大大增加，大大的节约了生产成本；

2、焊接时间短，不需任何助焊剂、气体、焊料，设备无任何额外加热装置，维修时间短；

3、设备结构简单，应用性强，有利于工业推广。

作为本发明的优化，还包括汇流条卷轴，所述的汇流条卷轴位于导向组件的左侧，批量的、成卷状的汇流条料卷套在汇流条卷轴上，不需要人工送料，更大程度上实现自动化。

作为本发明的优化，还包括裁切组件，所述的裁切组件包括裁切刀，裁切组件位于牵引组件与焊接组件之间，裁切组件实现每一块电池板焊接后对汇流条进行自动裁切，便于后续太阳能电池的焊接。

本发明还提供了铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：

(1)在玻璃基板上溅射金属，形成背电极层；

(2)刻划背电极层，在背电极层上形成第一凹槽；

(3)利用三步共蒸发法、电镀后硒化、共溅射硒化法或溅射后硒化法制备铜铟镓硒吸收层，利用化学水浴法或蒸发法在吸收层表面制备缓冲层CdS或InS，溅射法制备高阻层i-ZnO，形成PN结层；

(4)刻划PN结层，形成作为前后电极连接通道的第二凹槽；

(5)在PN结层上溅射透明导电氧化物AZO层；

(6)刻划透明导电氧化物AZO层和PN结层，形成第三凹槽；

(7)刻划除去基板边缘的PN结层及透明导电氧化物AZO层，露出背电极层；

(8)从玻璃基板表面刻划掉所有的沉积层，暴露出玻璃基板表面；

(9)利用本发明的铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置进行汇流条的焊接，具体为：

①牵引组件牵引汇流条至底板末端，末压块对汇流条末端进行压紧；

②焊接压块对汇流条进行压紧，同时焊接组件对汇流条进行焊接；

③机架右移送料，同时牵引压块对汇流条进行压紧，完成一次焊接后焊接压块和焊接组件随机架一并右移。

④重复②③的动作直至焊接完成，裁断汇流条；

(10)经过IV测试、层压、封装处理获得铜铟镓硒薄膜太阳能电池。

本发明的铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制作方法，在汇流条焊接步骤，先通过理论计算，确定最优焊点间距，按照最优间距排布多个焊头(一般为2～6个焊头)，通过焊接压块将汇流条有效地固定在钼背电极表面，多个焊头同时加压工作，焊接完成一次后，焊头和焊接压块在气缸作用下抬起，移动至下一个区域，再次焊接，依次作业，直到完成整个太阳能组件的焊接。本发明以冷加工的方式，实现汇流条与薄膜太阳能电池背电极的连接，优化焊点数量，、大大增加焊头使用寿命、节约生产成本，与此同时，设备无任何额外加热装置，维修时间短。

附图说明

图1是铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置的结构图。

图2是焊接组件的示意图。

图3是铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置的原理图。

图4是裁切组件的位置关系示意图。

图5是铜铟镓硒薄膜太阳能电池的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作具体描述：

铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置，如图1所示，包括机架20、两组导向组件、两组牵引组件、两组焊接组件和两组压紧组件。机架20为对称结构，由前侧板20c、后侧板20b和顶板20a组成，机架20的前侧板20c和后侧板20b分别架在两根水平螺旋杆13上，水平螺旋杆13的两端分别安装在两个底座12上，机架20可沿水平螺旋杆13左右移动，所述的底座12固定在底板11的四个角上，用于防止待焊接的太阳能电池的工作台14位于底板11上方，机架20的顶板20a上固定有两根竖直螺旋杆21，竖直螺旋杆21上螺旋安装一块┌形支撑板22，┌形支撑板22由水平板22a和竖直板22b组成；

所述的导向组件包括两个导向轮15，导向轮15通过轮轴固定在水平导向杆16靠左端的下方，水平导向杆12右端固定在┌形支撑板22的竖直板22b上；

所述的牵引组件位于导向组件右侧，由下支杆17、第一气缸18、侧压板25、第二气缸19和牵引压块26组成，下支杆17固定在水平导向杆16下方，所述的下支杆17与水平导向杆16之间的夹角为60°，下支杆17的末端安装有第一气缸18，第一气缸18的气缸轴与侧压板25连接，侧压板25上固定有第二气缸19，第二气缸19的气缸轴与第一气缸18的气缸轴垂直，第二气缸19的气缸轴上固定有牵引压块26；

如图2所示，所述的焊接组件28包括超声波发生器1、换能器3、变幅器4和焊头5，超声波发生器1连接电源，超声波发生器1的输出端通过高频电能线2与换能器3连接，换能器3与变幅器4连接，变幅器4与焊头5连接，所述的焊接组件28固定在第三气缸29的气缸轴上，第三气缸29安装在┌形支撑板22的竖直板22b上，且位于牵引组件的右侧；

所述的压紧组件包括两块焊接压板27和末压板23，两块焊接压板27分别固定在两个第四气缸30的气缸轴上，两个第四气缸30都安装在┌形支撑板22的竖直板22b上，且位于第三气缸29的左右两侧；末压板23固定在第五气缸24的气缸轴上，第五气缸24固定在底板11的右侧末端。

作为本实施例的优化，还包括汇流条卷轴31和裁切组件32，汇流条卷轴31位于导向组件的左侧，裁切组件32包括裁切刀，裁切组件32位于牵引组件与焊接组件之间。

如图3、图4所示，呈卷状的汇流条料卷套装在汇流条卷轴31上，汇流条107的末端绕过导向轮15，并被牵引压块26压紧，随着机架20沿水平螺旋杆13向右移动，汇流条107被牵引至工作台14的末端并被末压块23压紧，之后机架20左移的同时，焊接组件28对汇流条107进行焊接，同时焊接压块27将汇流条107与背电极层102压紧，重复上述动作，直到完成整个焊接工作，裁切组件32将汇流条107裁切，使未焊接的汇流条107与完成焊接的太阳能电池分离。

铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制作方法，包括以下步骤：

(1)在玻璃基板101上溅射金属(钼、铜、锌等)，形成背电极层102；

(2)利用激光刻划方法刻划背电极层102，在背电极层102上形成第一凹槽P1；

(3)利用三步共蒸发法、电镀后硒化、共溅射硒化法或溅射后硒化法制备铜铟镓硒吸收层，利用化学水浴法或蒸发法在吸收层表面制备缓冲层CdS或InS，溅射法制备高阻层i-ZnO，形成PN结层103；

(4)利用激光刻划方法刻划PN结层103，形成作为前后电极连接通道的第二凹槽P2；

(5)在PN结层103上溅射透明导电氧化物AZO层104；

(6)利用机械刻划或者激光刻划方法将按刻划工艺参数刻划透明导电氧化物AZO层和PN结层，形成第三凹槽P3；

(7)利用机械刻划方法按照刻划工艺参数除去基板边缘的PN结层及透明导电氧化物AZO层，露出背电极层102，用于后续汇流条107的铺设；

(8)利用激光设备按照刻划工艺参数从玻璃基板101表面刻划掉所有的沉积层，暴露出玻璃基板表面106；

(9)利用本发明的铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置进行汇流条的焊接，具体为：

①牵引组件牵引汇流条107至底板末端，末压块23对汇流条107末端进行压紧；

②焊接压块27对汇流条107进行压紧，同时焊接组件28对汇流条107与背电极层102进行焊接形成焊点105；

③机架20右移送料，同时牵引压块26对汇流条107进行压紧，完成一次焊接后焊接压块27和焊接组件28随机架20一并右移。

④重复②③的动作直至焊接完成，裁断汇流条；

(10)经过IV测试、层压、封装处理获得铜铟镓硒薄膜太阳能电池。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效替换或修改，都应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置，包括机架、两组导向组件、两组牵引组件、至少两组焊接组件和两组压紧组件，其特征在于：所述的机架为对称结构，机架架在两根水平螺旋杆上，水平螺旋杆的两端分别安装在两个底座上，机架可沿水平螺旋杆左右移动，所述的底座固定在底板的四个角上，机架的顶板上固定有竖直螺旋杆，竖直螺旋杆上螺旋安装一块┌形支撑板；

所述的导向组件包括导向轮，导向轮通过轮轴固定在水平导向杆靠左端的下方，水平导向杆右端固定在┌形支撑板的竖直板上；

所述的牵引组件位于导向组件右侧，由下支杆、第一气缸、侧压板、第二气缸和牵引压块组成，下支杆固定在水平导向杆下方，所述的下支杆与水平导向杆之间的夹角为60°，下支杆的末端安装有第一气缸，第一气缸的气缸轴与侧压板连接，侧压板上固定有第二气缸，第二气缸的气缸轴与第一气缸的气缸轴垂直，第二气缸的气缸轴上固定有牵引压块；

所述的焊接组件包括超声波发生器、换能器、变幅器和焊头，超声波发生器连接电源，超声波发生器的输出端通过高频电能线与换能器连接，换能器与变幅器连接，变幅器与焊头连接，所述的焊接组件固定在第三气缸的气缸轴上，第三气缸安装在┌形支撑板的竖直板上，且位于牵引组件的右侧；

所述的压紧组件包括两块焊接压板和末压板，两块焊接压板分别固定在两个第四气缸的气缸轴上，两个第四气缸都安装在┌形支撑板的竖直板上，且位于第三气缸的左右两侧；末压板固定在第五气缸的气缸轴上，第五气缸固定在底板的右侧末端。

2.根据权利要求l所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置，其特征在于：还包括汇流条卷轴，所述的汇流条卷轴位于导向组件的左侧。

3.根据权利要求l或2所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置，其特征在于：还包括裁切组件，所述的裁切组件包括裁切刀，裁切组件位于牵引组件与焊接组件之间。

4.铜铟镓硒薄膜太阳能电池的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在玻璃基板上溅射金属，形成背电极层；

(2)刻划背电极层，在背电极层上形成第一凹槽；

(3)利用三步共蒸发法、电镀后硒化、共溅射硒化法或溅射后硒化法制备铜铟镓硒吸收层，利用化学水浴法或蒸发法在吸收层表面制备缓冲层CdS或InS，溅射法制备高阻层i-ZnO，形成PN结层；

(4)刻划PN结层，形成作为前后电极连接通道的第二凹槽；

(5)在PN结层上溅射透明导电氧化物AZO层；

(6)刻划透明导电氧化物AZO层和PN结层，形成第三凹槽；

(7)刻划除去基板边缘的PN结层及透明导电氧化物AZO层，露出背电极层；

(8)从玻璃基板表面刻划掉所有的沉积层，暴露出玻璃基板表面；

(9)利用权利要求1至3中任一项所述的铜铟镓硒薄膜太阳能电池汇流条的焊接装置进行汇流条的焊接，具体为：

①牵引组件牵引汇流条至底板末端，末压块对汇流条末端进行压紧；

②焊接压块对汇流条进行压紧，同时焊接组件对汇流条进行焊接；

③机架右移送料，同时牵引压块对汇流条进行压紧，完成一次焊接后焊接压块和焊接组件随机架一并右移;

④重复②③的动作直至焊接完成，裁断汇流条；

(10)经过IV测试、层压、封装处理获得铜铟镓硒薄膜太阳能电池。

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