CN113601007A - 一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，包括以下步骤：在太阳能电池片上预设切割N块分片，根据预设切割分片块数在太阳能电池片上设有N‑1条切割线；圆形聚焦的开槽激光在电池片两端开设有切割槽作为分片的起裂点；带动热裂激光的方向和喷出水雾的方向同时做补偿运动，以能够在切割过程中使得每一束热裂激光方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，并且喷出的水雾方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置；椭圆形离焦的热裂激光对切割线进行加热以形成热裂激光光斑，并且喷出水雾对热裂激光加热后的位置进行冷却以能够使得分片从外向里依次脱离太阳能电池片；不仅保证了无损切割的效果，提升多分片切割线的直线度，并且切割效率更高。

Description

一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺
技术领域
本发明涉及太阳能电池片加工技术领域，具体涉及一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺。
背景技术
随着新技术的迭代和大尺寸电池片的发展，全球光伏电站的发电成本已逐渐接近石化燃料发电成本，光伏发电正逐步进入平价发电时代。近来在面对大尺寸电池片的切割时，以往采用的传统机械掰片方式由于普遍存在的掰片精度差、隐裂风险大、抗弯曲强度低且极易出现脱晶现象等缺陷而逐渐被激光无损切割方式所取代。
无损切割最早应用于切割半片及三分片电池，也就是将电池片一分为二或者一分为三，电池片一分为三时，由于切割线两侧电池片大小不对称，会出现切割缝直线度比较差的问题。而当电池片需要一分为N(N≥4)时，这个问题会更加严重。解决这个问题的一种方法是先将电池片分成2个或者N/2个大片，再依次切割成N个小片，这样可以减轻切割不对称性带来的直线度差的问题。例如切割6分片，可将电池片先一次切割成两个小三分片或者三个小两分片，再继续将分割后的小片切成6分片。这种方式无疑可以提高切割缝的直线度，但问题也非常明显，切割效率比较低下。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，适用于切割缝更窄的多分片太阳能电池片，解决了多分片电池无损切割直线度差的问题，同时大大提升了切割效率，是一种兼顾效果与效率的工艺方法。
一种太阳能电池片无损切割工艺，包括以下步骤：
S1在太阳能电池片上预设切割N块分片，根据预设切割分片块数在太阳能电池片上设有N-1条切割线；
S2圆形聚焦的开槽激光在电池片两端开设有切割槽作为分片的起裂点；
S3带动热裂激光的方向和喷出水雾的方向同时做补偿运动，以能够在切割过程中使得每一束热裂激光方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，并且喷出的水雾方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置；
S4热裂激光对切割线进行加热形成椭圆形的热裂激光光斑，多个热裂激光光斑在太阳能电池片上呈中间远离太阳能电池片切割起始位置两侧逐渐靠近太阳能电池片切割起始位置的分布方式设置，并且喷出水雾对热裂激光加热后的位置进行冷却以能够使得分片从外向里依次脱离太阳能电池片。
本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，该工艺不仅可以解决多分片电池无损切割直线度差的问题，同时大大提升了切割效率，是一种兼顾效果与效率的工艺方法。
作为优选技术方案，步骤S4中热裂激光对切割线进行加热形成椭圆形的热裂激光光斑，包括以下步骤：
所述热裂激光器生成光斑经过准直形成圆形光斑，圆形光斑通过热裂激光头上的柱面镜协同离焦方式将圆形光斑调整成椭圆形的热裂激光光斑。
本发明还提供一种太阳能电池片无损切割结构，包括：太阳能电池片，在所述太阳能电池片上至少设有四块分片，每两块相邻分片之间形成切割线，在切割线上设有热裂激光光斑。
作为优选技术方案，包括：热裂激光器，所述热裂激光器上连接有柱面镜，所述热裂激光器与所述太阳能电池片相对应且相互配合并通过柱面镜在太阳能电池片上形成椭圆形的热裂激光光斑。
作为优选技术方案，每一个所述热裂激光器与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，并且每一个喷水阀与太阳能电池片切割方向呈垂直设置以能够补偿因不对称切割造成的切割弧度。
作为优选技术方案，所述热裂激光光斑的长轴为5-15mm，短轴为0.1-3mm。
作为优选技术方案，每一组相邻远离太阳能电池片切割起始位置的热裂激光光斑与靠近太阳能电池片切割起始位置的热裂激光光斑在太阳能电池片运行方向上的前后位置差为0.1-100㎜。
作为优选技术方案，包括：载平台，所述太阳能电池片设置于所述载平台一端面上，所述载平台上开设有导水槽，所述导水槽与太阳能电池片上的每条切割线呈相对应设置。
作为优选技术方案，所述载平台一端面上设有多个挡块，所述挡块与所述载平台连接，所述挡块用于防止在切割过程中的太阳能电池片位移。
作为优选技术方案，所述载平台另一端面设有多个独立真空腔，每一个所述独立真空腔相对应于太阳能电池片上的一块分片，所述独立真空腔与所述载平台相互配合以能够对切割过程中的太阳能电池片进行不同方式的真空吸附。
本本发明提供一种太阳能电池片无损切割工艺，该工艺不仅可以解决多分片电池无损切割直线度差的问题，同时大大提升了切割效率，是一种兼顾效果与效率的工艺方法
本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，具有以下有益效果：
1)本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，热裂激光光斑前后分布方式配合载平台真空吸附，可一次完成多条切割线的加工，简化设备结构的同时产能得到了大大提升；
2)本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，椭圆形的热裂激光光斑相比于圆形光斑缩短了短轴方向上的长度，提高了热效率，适用于切割缝更窄的太阳能电池片，对于多分片太阳能电池片无损切割更具有明显优势；
3)本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，运动模组或驱动组件带动热裂激光的方向和喷出水雾的方向在切割过程中实时补偿切割路径，以能够在切割过程中使得每一束热裂激光方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，并且喷出的水雾方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，解决了多分片无损切割中因切割线两侧太阳能电池片大小不对称带来的切割直线度问题，大大提升了多分片无损切割过程中切割线的直线度。
附图说明
图1为一种太阳能电池片无损切割结构的俯视图；
图2为一种太阳能电池片无损切割结构中B的放大图；
图3为一种太阳能电池片无损切割结构的正二侧视图；
图4为一种太阳能电池片无损切割结构中的热裂激光头的结构图；
图5为图4提供的一种太阳能电池片无损切割结构中的热裂激光头结构图的B-B剖视图。
其中，1-太阳能电池片；2-分片；3-切割线；4-热裂激光光斑；5-载平台；6-导水槽；7-太阳能电池片运行方向；8-挡块；9-真空腔；10-热裂激光；11-热裂激光器；12-热裂激光头；13-热裂激光；14-热裂光斑；15-柱面镜。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明还提供一种太阳能电池片无损切割结构，包括：太阳能电池片1，在所述太阳能电池片1上至少设有四块分片2，每两块相邻分片2之间形成切割线3，在切割线3上形成热裂激光光斑4，所述热裂激光器11上设有热裂激光头12，热裂激光头12连接有柱面镜13，所述热裂激光器11与所述太阳能电池片1相对应且相互配合并通过柱面镜13在太阳能电池片1上形成椭圆形的热裂激光光斑4，在切割过程中通过运动模组或驱动组件带动热裂激光器11及喷水阀(未示出)实时运动，使得每一个所述热裂激光器11与太阳能电池片1切割方向呈垂直设置，并且每一个喷水阀与太阳能电池片1切割方向呈垂直设置以能够补偿因不对称切割造成的切割弧度，提升切割线的直线度，所述热裂激光光斑4的长轴为5-15mm，短轴为0.1-3mm，所述载平台5一端面上设有所述太阳能电池片1，所述载平台5上开设有导水槽6，所述导水槽6与太阳能电池片1上的每条切割线3呈相对应设置以能够及时排出对热裂激光加热处冷却后的废水，每一组相邻远离太阳能电池片切割起始位置的热裂激光光斑4与靠近太阳能电池片切割起始位置的热裂激光光斑4在太阳能电池片运行方向7上的前后位置差为0.1-100㎜，保证了相邻热裂激光光斑在电池片上产生的热内应力不足以互相影响。所述载平台5一端面设有多个挡块8，所述挡块8与所述载平台5连接，所述挡块8用于防止在切割过程中的太阳能电池片1位移，所述载平台5另一端面设有多个独立真空腔9，每一个所述独立真空腔9相对应于太阳能电池片上的一块分片2，所述独立真空腔9与所述载平台5相互配合以能够对切割过程中的太阳能电池片1进行不同方式的真空吸附，真空吸附太阳能电池片1优选两种真空吸附方式，一种是只吸太阳能电池片1的中间部分，真空度压力在-5kpa-20kpa之间；另一种是全吸太阳能电池片1，真空度压力≤-2kpa；本发明优选真空腔真空吸太阳能电池片中间部分，真空吸太阳能电池片中间部分对弱真空稳定性要求更低，整体工艺稳定性更好。
一种太阳能电池片无损切割工艺，包括以下步骤：
S1在太阳能电池片1上预设切割N块分片2，根据预设切割分片2块数在太阳能电池片上设有N-1条切割线3；
S2圆形聚焦的开槽激光在电池片两端开设有切割槽作为分片的起裂点；
S3带动热裂激光的方向和喷出水雾的方向同时做补偿运动，以能够在切割过程中使得每一束热裂激光方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，并且喷出的水雾方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置；
S4热裂激光对切割线进行加热形成椭圆形的热裂激光光斑4，多个热裂激光光斑4在太阳能电池片上呈中间远离太阳能电池片切割起始位置两侧逐渐靠近太阳能电池片切割起始位置的分布方式设置，并且喷出水雾对热裂激光加热后的位置进行冷却以能够使得分片从外向里依次脱离太阳能电池片。
步骤S4中热裂激光对切割线进行加热形成椭圆形的热裂激光光斑，包括以下步骤：
所述热裂激光器生成光斑经过准直形成圆形光斑，圆形光斑通过热裂激光头上的柱面镜协同离焦方式将圆形光斑调整成椭圆形的热裂激光光斑。
喷水雾对热裂激光光斑4加热后位置进行冷却，使得分片2脱离太阳能电池片。
所述开槽激光器优选红外纳秒脉冲激光器，步骤S1中通过红外纳秒脉冲激光器采用扩束及聚焦光斑在电池片两端上激光开槽，聚焦光斑直径在25um以内，开槽深度≥20％；
步骤S2中通过热裂激光器出光光斑经过聚焦、并进行光斑整形，在热裂激光器离焦状态下通过热裂激光头12上的柱面镜13在太阳能电池片上形成椭圆形热裂激光光斑，热裂激光光斑为长轴5-15mm、短轴0.1-3mm的椭圆光斑；所述热裂激光器优选输出功率为150-250W，所述热裂激光器11优选200W以上红外(1064-1080nm)单模或多模连续激光器。
开槽激光器(未示出)、喷水阀(未示出)和热裂激光器12设置于太阳能电池片1的上方，并且多组开槽激光器(未示出)、多组喷水阀(未示出)和多组热裂激光器12与阳能电池片运行方向7呈相对应设置，开槽激光器(未示出)设置的间距为对应分片的宽度，热裂激光器12设置的间距为对应分片的宽度，热裂激光器12与喷水阀(未示出)呈相对设置，开槽激光器(未示出)和热裂激光器12设置方式以提高了切割太阳能电池片的效率。
太阳能电池片1放置于载平台5上以500-1000mm/s速度匀速直线运动经过开槽激光器(未示出)和热裂激光器12下方，同时真空腔9与所述载平台5相互配合对太阳能电池片1进行真空吸附，防止太阳能电池片1偏离直线运动切割轨迹，太阳能电池片1在经过开槽激光器(未示出)下方时，处理器会控制开槽激光器(未示出)发出激光，在太阳能电池片1上开出所需长度和深度的槽作为分片的起裂点；太阳能电池片1在经过热裂激光器12下方时，处理器会控制热裂激光器12发出热裂激光，同时热裂激光穿过热裂激光光斑4切割，喷水阀喷出水雾对热裂激光光斑加热后位置进行冷却，以能够将分片2从外向里依次脱离太阳能电池片1，喷水阀上的二流体喷嘴的口径为0.15-0.4mm，喷雾量为5-30ml/min。
本发明提供一种太阳能电池片无损切割工艺，适用于切割缝更窄的太阳能电池片，对于多分片的太阳能电池片切割效率更高，无损切割后的分片品质较高。
本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，具有以下有益效果：
1)本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，热裂激光光斑前后分布方式配合载平台真空吸附，可一次完成多条切割线的加工，简化设备结构的同时产能得到了大大提升；
2)本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，椭圆形的热裂激光光斑相比于圆形光斑缩短了短轴方向上的长度，提高了热效率，适用于切割缝更窄的太阳能电池片，对于多分片太阳能电池片无损切割更具有明显优势；
3)本发明提供一种太阳能电池片无损切割结构及其工艺，运动模组或驱动组件带动热裂激光的方向和喷出水雾的方向在切割过程中实时补偿切割路径，以能够在切割过程中使得每一束热裂激光方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，并且相对应喷出的水雾方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，解决了多分片无损切割中因切割线两侧太阳能电池片大小不对称带来的切割直线度问题，大大提升了多分片无损切割过程中切割线的直线度。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池片无损切割工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1在太阳能电池片上预设切割N块分片，根据预设切割分片块数在太阳能电池片上设有N-1条切割线；
S2圆形聚焦的开槽激光在电池片两端开设有切割槽作为分片的起裂点；
S3带动热裂激光的方向和喷出水雾的方向同时做补偿运动，以能够在切割过程中使得每一束热裂激光方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，并且喷出的水雾方向与太阳能电池片切割方向呈垂直设置；
S4热裂激光对切割线进行加热形成椭圆形的热裂激光光斑，多个热裂激光光斑在太阳能电池片上呈中间远离太阳能电池片切割起始位置两侧逐渐靠近太阳能电池片切割起始位置的分布方式设置，并且喷出水雾对热裂激光加热后的位置进行冷却以能够使得分片从外向里依次脱离太阳能电池片。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池片无损切割工艺，其特征在于，步骤S4中热裂激光对切割线进行加热形成椭圆形的热裂激光光斑，包括以下步骤：
所述热裂激光器生成光斑经过准直形成圆形光斑，圆形光斑通过热裂激光头上的柱面镜协同离焦方式将圆形光斑调整成椭圆形的热裂激光光斑。
3.一种太阳能电池片无损切割结构，其特征在于，包括：太阳能电池片，在所述太阳能电池片上至少设有四块分片，每两块相邻分片之间形成切割线，在切割线上设有热裂激光光斑。
4.根据权利要求4所述的太阳能电池片无损切割结构，其特征在于，包括：热裂激光器，所述热裂激光器上连接有柱面镜，所述热裂激光器与所述太阳能电池片相对应且相互配合并通过柱面镜在太阳能电池片上形成椭圆形的热裂激光光斑。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池片无损切割结构，其特征在于，每一个所述热裂激光器与太阳能电池片切割方向呈垂直设置，并且每一个喷水阀与太阳能电池片切割方向呈垂直设置以能够补偿因不对称切割造成的切割弧度。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池片无损切割结构，其特征在于，所述热裂激光光斑的长轴为5-15mm，短轴为0.1-3mm。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池片无损切割结构，其特征在于，每一组相邻远离太阳能电池片切割起始位置的热裂激光光斑与靠近太阳能电池片切割起始位置的热裂激光光斑在太阳能电池片运行方向上的前后位置差为0.1-100㎜。
8.根据权利要求3所述的太阳能电池片无损切割结构，其特征在于，包括：载平台，所述太阳能电池片设置于所述载平台一端面上，所述载平台上开设有导水槽，所述导水槽与太阳能电池片上的每条切割线呈相对应设置。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池片无损切割结构，其特征在于，所述载平台一端面上设有多个挡块，所述挡块与所述载平台连接，所述挡块用于防止在切割过程中的太阳能电池片位移。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池片无损切割结构，其特征在于，所述载平台另一端面设有多个独立真空腔，每一个所述独立真空腔相对应于太阳能电池片上的一块分片，所述独立真空腔与所述载平台相互配合以能够对切割过程中的太阳能电池片进行不同方式的真空吸附。
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