CN112846538A - 一种太阳能电池片低损切割装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能电池片低损切割装置及方法，激光切割模块在待切割太阳能电池片两端切割开槽，激光辐射加热模块沿激光切割模块所划的线加热，冷却模块沿着激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却。本发明提供的太阳能电池片低损切割装置及方法，采用焦距比较短的低损切割头来实现对太阳能电池片的切割开槽，第一光纤激光器经低损切割头后聚焦的光斑直径为10μm～20μm，可降低激光对太阳能电池片表面的损伤，有助于电池片裂缝沿着裂纹扩展方向发展，提高裂缝的线性度，采用先激光加热再冷却的方式，利用热应力使太阳能电池片自行裂开，损伤小，切割过程中基本不会产生粉尘，提高切割过程的安全性，有利于提升电池组件发电效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池片切割技术领域，具体涉及一种太阳能电池片低损切割装置及方法。
背景技术
在太阳能电池制造行业，为了提高电池组件的发电功率，需要把太阳能电池切割成等面积的若干片来制作组件，但在太阳能电池片切割的过程中要尽量减少或者避免对太阳能电池片的损伤。
目前市场上主流的太阳能电池切割技术，是利用激光在太阳能电池背面加工出贯穿电池表面的切割道，然后再采用机械方法把电池沿着激光切割道掰开。这种加工方法会对电池片造成较大的损伤；且激光切割会损伤电池片表面的钝化层及硅片本身，还会产生大量粉尘，机械应力掰裂的方式会导致切割过程中碎片的增加，增加了组件的制造成本，因此，亟需一种既能对太阳能电池进行划片，又不会对电池片本身产生很大损伤的切割方法。
中国发明专利，公开号CN111590214A，公开了一种光伏电池片切割方法及用该方法制造的电池片，使用第一道激光在电池片切割位置的边缘形成第一切割线，使用第二道激光，其光斑沿着第一切割线的裂缝前面位置进行局部加热并沿第一切割线所在的方向并向远离所述的边缘的方向移动延伸，同时对被加热位置进行冷却，利用热应力切割，该方法中局部加热与冷却同时进行，所需激光热量高，温度控制困难，这会导致裂缝不严格按照裂纹扩展方向发展，降低了裂缝的线性度，同时较高的激光功率还会灼伤电池裂缝的端面，工艺条件要求严格，成品良品率不能保证。
发明内容
为解决现有技术中的技术问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池片低损切割装置及方法。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种太阳能电池片低损切割装置，包括激光切割模块、激光辐射加热模块和冷却模块，所述激光切割模块在待切割太阳能电池片两端切割开槽，激光辐射加热模块沿着激光切割模块所划的线加热至待切割太阳能电池片边缘，冷却模块沿着激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却至待切割太阳能电池片边缘。
进一步的，所述激光切割模块包括第一光纤激光器、低损切割头和振镜控制模块，所述低损切割头包括扩束镜和第一聚焦模块，第一光纤激光器、扩束镜和第一聚焦模块顺序可拆卸式连接在一起，第一光纤激光器与振镜控制模块连接，第一光纤激光器发出的激光依次通过扩束镜和第一聚焦模块后聚焦在待切割太阳能电池片表面，通过振镜控制模块控制第一光纤激光器发出的激光画出所需激光切割图形。
进一步的，所述第一光纤激光器经低损切割头后聚焦的光斑大小为10μm～20μm。
进一步的，所述激光辐射加热模块包括第二光纤激光器、准直模块和第二聚焦模块，所述第二光纤激光器、准直模块和第二聚焦模块顺序可拆卸式连接在一起，第二光纤激光器发出的激光依次通过准直模块和第二聚焦模块。
进一步的，所述准直模块包括准直透镜，第二聚焦模块包括聚焦透镜，第二光纤激光器出光口位于准直透镜的一倍焦距处，第二光纤激光器发出的激光经准直透镜准直后以平行光出射，平行光入射后聚焦在聚焦透镜的后焦距处。
进一步的，所述冷却模块设置于激光辐射加热模块上、朝向待切割太阳能电池片的一侧。
本发明提供了一种太阳能电池片低损切割方法，采用权利要求1-6任一所述的一种太阳能电池片低损切割装置进行切割，包括以下步骤：
步骤一、将待切割太阳能电池片放置于激光切割区域；
步骤二、第一光纤激光器发出的激光依次通过扩束镜和第一聚焦模块后聚焦在待切割太阳能电池片表面，聚焦光斑大小为10μm～20μm，通过振镜控制模块控制第一光纤激光器发出的激光在待切割太阳能电池片两端切割开槽；
步骤三、第二光纤激光器发出的激光依次通过准直模块和第二聚焦模块后沿着激光切割模块所划的线加热至待切割太阳能电池片边缘；
步骤四、冷却模块沿着激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却至待切割太阳能电池片边缘。
进一步的，步骤二中，所述第一光纤激光器发出的激光在待切割太阳能电池片两端切割出长度为1.5mm～2mm的切割槽，切割槽的宽度为20μm，深度为待切割太阳能电池片厚度的50％。
进一步的，步骤三中，所述第二光纤激光器发出的激光依次通过准直模块和第二聚焦模块后的激光光斑大小为2mm～3mm，激光功率为200W～400W，加热速度为400mm/s～900mm/s。
进一步的，步骤四中，所述冷却模块利用雾化的去离子水沿激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供了一种太阳能电池片低损切割装置及方法，利用低损切割头技术，采用焦距比较短的低损切割头来实现对太阳能电池片的切割开槽，由于低损切割头的焦距比较短，第一光纤激光器经低损切割头后聚焦的光斑直径很小，一般在10μm～20μm，一方面可以降低激光对太阳能电池片表面的损伤，另一方面也有助于太阳能电池片裂缝沿着裂纹扩展方向发展，提高了裂缝的线性度；采用在太阳能电池片两端开切割开槽再于切割槽处先激光加热再冷却的方式，利用热应力使太阳能电池片自行裂开，减少了对太阳能电池片的损伤，对电池组件发电的效率有一定的帮助，并且切割过程中基本不会产生粉尘或裂纹，提高了切割过程的安全性，提高了太阳能电池片的机械性能和工作效率，裂缝按照裂纹扩展方向发展，线性度高，良品率高，工艺步骤简便、便捷，可行性高，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明的激光切割模块的结构示意图
图2为本发明的激光辐射加热模块和冷却模块的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1-2所示，一种太阳能电池片低损切割装置，主要包括激光切割模块10、激光辐射加热模块20和冷却模块31，激光切割模块10在待切割太阳能电池片两端切割开槽，激光辐射加热模块20沿着激光切割模块10所划的线加热至待切割太阳能电池片边缘，冷却模块31沿着激光辐射加热模块20的激光加热直线进行冷却至待切割太阳能电池片边缘，激光加热模块10和冷却模块31可以使得待切割太阳能电池片表面存在温度梯度差，当热应力大于待切割太阳能电池片的断裂强度时，待切割太阳能电池片会沿着激光切割模块10所切割槽口裂开。
激光切割模块10主要包括第一光纤激光器11、低损切割头14和振镜控制模块15，低损切割头14主要包括扩束镜12和第一聚焦模块13，第一聚焦模块13包括聚焦镜，第一光纤激光器11、扩束镜12和第一聚焦模块13顺序可拆卸式连接在一起，振镜控制模块15与第一光纤激光器11连接并控制第一光纤激光器11的启闭、设置第一光纤激光器11的激光参数，振镜控制模块15可以根据需求控制第一光纤激光器11发出的激光画出所需要的激光切割图形，第一光纤激光器11出射的激光经过扩束镜12后光斑增大，激光束平行出射至聚焦镜，聚焦镜把平行光聚焦在待切割太阳能电池片表面，激光切割模块10通过振镜控制模块15来控制激光在待切割太阳能电池片两端切割出两段较短的切割槽，切割槽的长度为1.5mm～2mm。
激光辐射加热模块20包括第二光纤激光器21、准直模块22和第二聚焦模块23，第二光纤激光器21、准直模块22和第二聚焦模块23顺序可拆卸式连接在一起，准直模块22包括准直透镜，第二聚焦模块23包括聚焦透镜，第二光纤激光器21出光口位于准直透镜的一倍焦距处，第二光纤激光器21发出的激光经准直透镜的准直作用后以平行光出射，平行光入射后会聚焦在聚焦透镜的后焦距处，第二光纤激光器21发出的激光经过准直模块22和第二聚焦模块23后，激光辐射加热模块20的激光辐射光斑直径大小变为2mm～3mm之间，激光功率为200W～400W，该激光辐射光斑沿激光切割直线进行加热，其加热速度为400mm/s～900mm/s。
冷却模块31包括雾化器、气压表、水压表以及雾化喷嘴，气压表和水压表连接在雾化器管路上，分别通过气压表和水压表实时监测雾化气压和水压力数据，确保雾化过程的顺利实现，雾化器将去离子水雾化后通过与其连接的雾化喷嘴喷出，去离子水雾化后沿着激光辐射加热模块20的激光加热直线进行冷却，冷却模块31还可采用其他气冷、液冷等现有冷却方式沿着激光辐射加热模块20的激光加热直线进行冷却至待切割太阳能电池片边缘。
一种太阳能电池片低损切割方法，包括以下步骤：
步骤一、将待切割太阳能电池片放置于激光切割区域；
步骤二、第一光纤激光器11发出的激光依次通过扩束镜12和第一聚焦模块13后以平行光聚焦在待切割太阳能电池片表面，第一光纤激光器11经低损切割头14后聚焦的光斑直径大小为10μm～20μm，通过振镜控制模块15控制第一光纤激光器11发出的激光在待切割太阳能电池片两端切割两段比较短的切割槽；
步骤三、第二光纤激光器21发出的激光依次通过准直模块22和第二聚焦模块23后沿着激光切割模块10所划的激光切割直线加热至待切割太阳能电池片边缘；
步骤四、冷却模块31沿着激光辐射加热模块20的激光加热直线进行冷却至待切割太阳能电池片边缘。
步骤二中，第一光纤激光器11发出的激光在待切割太阳能电池片两端切割出长度为1.5mm～2mm的切割槽，切割槽的宽度为20μm。
步骤三中，第二光纤激光器21发出的激光依次通过准直模块22和第二聚焦模块23后的激光辐射光斑直径大小为2mm～3mm，激光功率为200W～400W，激光辐射光斑沿激光切割直线进行加热，加热速度为400mm/s～900mm/s。
步骤四中，冷却模块31利用雾化的去离子水沿激光辐射加热模块20的激光加热直线进行冷却。
本发明未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种太阳能电池片低损切割装置，其特征在于，包括激光切割模块、激光辐射加热模块和冷却模块，所述激光切割模块在待切割太阳能电池片两端切割开槽，激光辐射加热模块沿着激光切割模块所划的线加热至待切割太阳能电池片边缘，冷却模块沿着激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却至待切割太阳能电池片边缘。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池片低损切割装置，其特征在于，所述激光切割模块包括第一光纤激光器、低损切割头和振镜控制模块，所述低损切割头包括扩束镜和第一聚焦模块，第一光纤激光器、扩束镜和第一聚焦模块顺序可拆卸式连接在一起，第一光纤激光器与振镜控制模块连接，第一光纤激光器发出的激光依次通过扩束镜和第一聚焦模块后聚焦在待切割太阳能电池片表面，通过振镜控制模块控制第一光纤激光器发出的激光画出所需激光切割图形。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池片低损切割装置，其特征在于，所述第一光纤激光器经低损切割头后聚焦的光斑大小为10μm～20μm。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池片低损切割装置，其特征在于，所述激光辐射加热模块包括第二光纤激光器、准直模块和第二聚焦模块，所述第二光纤激光器、准直模块和第二聚焦模块顺序可拆卸式连接在一起，第二光纤激光器发出的激光依次通过准直模块和第二聚焦模块。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能电池片低损切割装置，其特征在于，所述准直模块包括准直透镜，第二聚焦模块包括聚焦透镜，第二光纤激光器出光口位于准直透镜的一倍焦距处，第二光纤激光器发出的激光经准直透镜准直后以平行光出射，平行光入射后聚焦在聚焦透镜的后焦距处。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池片低损切割装置，其特征在于，所述冷却模块设置于激光辐射加热模块上、朝向待切割太阳能电池片的一侧。
7.一种太阳能电池片低损切割方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的一种太阳能电池片低损切割装置进行切割，包括以下步骤：
步骤一、将待切割太阳能电池片放置于激光切割区域；
步骤二、第一光纤激光器发出的激光依次通过扩束镜和第一聚焦模块后聚焦在待切割太阳能电池片表面，通过振镜控制模块控制第一光纤激光器发出的激光在待切割太阳能电池片两端切割开槽；
步骤三、第二光纤激光器发出的激光依次通过准直模块和第二聚焦模块后沿着激光切割模块所划的线加热至待切割太阳能电池片边缘；
步骤四、冷却模块沿着激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却至待切割太阳能电池片边缘。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能电池片低损切割方法，其特征在于，步骤二中，所述第一光纤激光器发出的激光在待切割太阳能电池片两端切割出长度为1.5mm～2mm的切割槽。
9.根据权利要求7所述的一种太阳能电池片低损切割方法，其特征在于，步骤三中，所述第二光纤激光器发出的激光依次通过准直模块和第二聚焦模块后的激光光斑大小为2mm～3mm，激光功率为200W～400W，加热速度为400mm/s～900mm/s。
10.根据权利要求7所述的一种太阳能电池片低损切割方法，其特征在于，步骤四中，所述冷却模块利用雾化的去离子水沿激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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