CN211759265U - 一种应用于脆性材料的激光切割设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种应用于脆性材料的激光切割设备，包括承载台，所述承载台的上表面成折弯面，所述折弯面的中部具有将承载台划分成两部分的中心区域；还包括用于切割的激光加工组件，激光沿所述中心区域进行扫描，在承载台施加的机械应力和激光热应力的共同作用下，对放置在承载台上表面的脆性材料样品进行切割。本实用新型可对脆性材料样品进行无损切割，降低常规红外激光热切割后带来的材料边缘损伤问题，提高了切割后脆性材料的机械载荷，进而提升了产品加工的优质率。

Description

一种应用于脆性材料的激光切割设备

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池片切割技术领域，尤其是一种应用于脆性材料的激光切割设备。

背景技术

由于单片电池的电压和电流较小，为了获得所需要的电流电压和输出功率，必须将若干单片电池串联并封装成光伏组件。一般情况下，封装后的光伏组件的输出功率(实际功率)小于该组件所有电池片的功率值之和(理论功率)，那么组件的封装损失比例就是(理论功率-实际功率)/理论功率。

一般来说，封装损失主要来源于光学损失和电学损失。前者包括焊带遮光、玻璃和EVA等封装材料引起的反射和吸收损失，后者主要是电池之间的失配、焊带电阻、汇流带电阻、焊接不良引起的接触电阻、接线盒电阻等引起的功率损失。

随着行业内太阳能高效电池研究的不断进步，目前大部分单多晶电池组件的额定工作电流较高，其平均值在8A-9A左右，电流在流经组件内部的焊带时会产生功率损耗，这部分损耗主要转化为焦耳热(P_loss＝I²R)存在于组件内部。因此随着电流的增大，这部分的损失也就越大。

为了解决这个问题，半片组件是行之有效的办法，半片电池技术是使用激光切割法沿着垂直于电池主栅线的方向将标准规格的电池片(如156mmx156mm)切成尺寸相同的两个半片电池片(如尺寸156x78mm)，由于电池片的电流和电池片面积有关，如此就可把通过主栅线的电流降低到整片的1/2，当半片电池串联以后，正负回路上电阻不变，这样功率损耗就降低为原来的1/4，从而最终降低了组件的功率损失，提高了封装效率和填充因子。一般的，半片电池组件比同版型的组件能提升5-10瓦(2％-4％)甚至更高。

目前行业内多采用红外激光热切割来进行电池片切割，但此方法会造成切面损伤较大，且效率损失严重。这种损伤目前没有很好的办法克服，同时对不同类型的电池切割损失也不同，尤其是对于异质结电池，激光切割会对电池和组件造成很大的效率、功率损失。

实用新型内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的应用于脆性材料的激光切割设备，可以对脆性材料进行切割，降低常规红外激光热切割后带来的脆性材料边缘损伤问题。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种应用于脆性材料的激光切割设备，包括承载台，所述承载台的上表面成折弯面，所述折弯面的中部具有将承载台划分成两部分的中心区域；还包括沿所述中心区域扫描并对放置在承载台上表面的脆性材料样品进行切割的激光加工组件。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述折弯面的形成结构为：承载台底面中部设有将其分割成两部分的转轴，转轴上方的承载台的两部分之间间隔处形成所述中心区域，两部分分别绕转轴转动，与水平面形成夹角θ，0＜θ≤20°。

还包括用于将脆性材料样品放置在所述承载台上表面、将脆性材料样品的待切割位置(如切割线)与中心区域对齐的取样装置。

所述取样装置采用真空吸盘装置。

还包括用于在取样装置抓取之前，先对待切割的脆性材料样品的边界进行识别的视觉检测装置。

视觉检测装置可采用常用的CCD摄像机等设备。

承载台为真空吸附台。

根据实际需求，脆性材料样品2可以为太阳能电池片、硅片、晶圆、氧化铝薄片等脆性材料。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型设计合理，操作方便，可以对脆性材料进行切割，降低常规红外激光热切割后带来的脆性材料边缘损伤问题，提高了切割后脆性材料样品的机械载荷。另外，常规红外激光热切割后，需要对样品进行裂片操作，而使用本实用新型的切割装置，脆性材料样品会自动裂成两个半片，减少了裂片的操作，减少了单片加工时间，提升了切割产能。

同时，本实用新型还具有如下优点：

本实用新型的承载台设置成绕转轴转动的两部分，根据脆性材料样品尺寸调节与水平面的夹角，利用真空吸附将对样品进行预弯曲，为样品提供稳定的外加机械应力，结合激光加工组件的热应力，从而提高了断片效率和断片切口的平滑度；

本实用新型利用视觉检测装置识别脆性材料样品的位置，保证切割位置和承载台的中心区域对齐，提高吸盘取放的移动精度，承载台将样品吸附在其表面提高定位精度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型实施时样品在承载台上的状态示意图。

图3为本实用新型实施时吸盘吸取样品的状态示意图。

图4为本实用新型实施时切割状态的俯视图。

图5为本实用新型实施时取样装置及脆性材料样品的流转状态示意图。

其中：1、取样装置；2、脆性材料样品；3、承载台；4、激光加工组件；5、诱导槽；6、转轴；7、中心区域；8、水平面；9、激光器切割路径；10、折弯面。

具体实施方式

下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。

本实用新型的应用于脆性材料的激光切割设备，适用于对脆性材料样品2进行切割加工，脆性材料样品2为太阳能电池片、硅片、晶圆、氧化铝薄片等脆性材料。

以下具体实施过程中，选择太阳能电池片为待加工的脆性材料样品2。

如图1和图2所示，本实施例的应用于脆性材料的激光切割设备，包括承载台3，承载台3的上表面成折弯面10，折弯面10可以为内凹形折弯面，其中部具有将承载台3划分为两部分的中心区域7；

还包括激光加工组件4，激光加工组件4产生的激光沿中心区域7进行扫描，并对放置在承载台3上表面的电池片2进行切割。

优选地，折弯面10的形成结构为：承载台3底面中部设有将其划分成两部分的转轴6，转轴6上方的承载台3的两部分之间间隔处，形成所述中心区域7，两部分分别绕转轴6转动，与水平面8形成夹角θ，0＜θ≤20°。

优选地，θ均为2°。

激光加工组件4包括发射激光的激光器、以及用以将激光按照中心区域进行扫描的引导装置。作为一种可以实施的方案，引导装置为设置在激光器上方的直线运动模组，带动激光器沿切割路线方向进行扫描。作为一种更为优选的实施方式，引导装置为设置在激光器下方的激光振镜，用以将激光器发出的激光按照切割路线进行扫描。

作为一种优选的方案，承载台3为真空吸附台，其连接真空发生装置，电池片吸附于台面上。承载台3的两部分分别沿转轴6转动，和水平面8之间都形成一定的角度，用真空将电池片吸附在承载台3上，电池片出现如图3所示的、与承载台3上表面的折弯面10相对应的轻微弯曲变形，从而在电池片内部施加机械应力。

如图3所示，进一步的，本实施例的应用于脆性材料的激光切割设备，还包括取样装置1，取样装置1将待切割的电池片的中心线与中心区域7对齐，放置在承载台3的上表面，以及将加工完成的电池片吸取转移至放料工位。

优选地，取样装置1采用真空吸盘、机械手装置，在取料工位、承载台和放料工位移动。

进一步的，本实施例的应用于脆性材料的激光切割设备，还包括视觉检测装置，例如CCD摄像机，真空吸盘将太阳能电池片吸起后，CCD摄像机识别太阳能电池片的边界，吸盘根据电池片位置，将电池片放置于承载台3上，使需切割位置位于承载台3中央，即转轴6上方所对应的中心区域7。

切割时，先用激光加工组件4在电池片需要切割的位置边缘对称划两条诱导槽5，接着激光加工组件4在太阳能电池需要切割的位置扫描一遍，激光对太阳能电池片扫描位置加热，在电池片内部施加热应力，扫描路径9如图4中虚线所示；诱导槽5的位置位于第二次激光扫描路径9的两端的电池片2的边缘。

太阳能电池片2在热应力和承载台3外加的机械应力的作用下，即能自动裂开成两个半片，最后吸盘将裂开后两个半片吸走。

进一步的，还包括诱导区域加工组件，所述的诱导区域激光加工组件可采用前述的激光加工组件4。

本实用新型在加工样品过程中，取样装置1及样品的位置状态关系如图5所示，加工时取样装置1两工位(取样位置，上料位置)间的流转方向图5中箭头方向所示。

利用本实用新型的应用于脆性材料的激光切割设备切割的电池片裂开后，切面十分平滑，且切割线无肉眼可见弯曲，与常规红外激光切割的切面相比切割效果更好；同时，对切割前后的电池片效率进行测试，切割电池片时的效率损失只有0.11％，远低于常规红外切割0.16％的效率损失。

以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种应用于脆性材料的激光切割设备，其特征在于：包括承载台(3)，所述承载台(3)的上表面成折弯面(10)，所述折弯面(10)的中部具有将承载台(3)划分成两部分的中心区域(7)；还包括沿所述中心区域(7)扫描并对放置在承载台(3)上表面的脆性材料样品(2)进行切割的激光加工组件(4)。

2.如权利要求1所述的应用于脆性材料的激光切割设备，其特征在于：所述折弯面(10)的形成结构为：承载台(3)底面中部设有将其分割成两部分的转轴(6)，转轴(6)上方的承载台(3)的两部分之间间隔处形成所述中心区域(7)，两部分分别绕转轴(6)转动，与水平面(8)形成夹角θ，0＜θ≤20°。

3.如权利要求2所述的应用于脆性材料的激光切割设备，其特征在于：还包括用于将脆性材料样品(2)放置在所述承载台(3)上表面、将脆性材料样品(2)的待切割位置与中心区域(7)对齐的取样装置(1)。

4.如权利要求3所述的应用于脆性材料的激光切割设备，其特征在于：所述取样装置(1)采用真空吸盘装置。

5.如权利要求3所述的应用于脆性材料的激光切割设备，其特征在于：还包括用于在取样装置(1)抓取之前，先对待切割的脆性材料样品(2)的边界进行识别的视觉检测装置。

6.如权利要求1-5之一所述的应用于脆性材料的激光切割设备，其特征在于：承载台(3)为真空吸附台。

Images