CN216541351U

CN216541351U - 一种绝缘膜的长波长激光加工装置

Info

Publication number: CN216541351U
Application number: CN202122470632.2U
Authority: CN
Inventors: 马蓉; 朱凡; 陆红艳
Original assignee: Wuhan DR Llaser Technology Corp Ltd
Current assignee: Wuhan DR Llaser Technology Corp Ltd
Priority date: 2021-10-14
Filing date: 2021-10-14
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2031-10-14

Abstract

本实用新型公开了一种绝缘膜的长波长激光加工装置，属于绝缘膜加工设备领域，通过设置具有激光发生单元、激光聚焦单元的激光加工模组，以及使激光和待加工绝缘膜相对移动的扫描运动单元，利用激光加工模组中长波长激光器的对应设置，能够发出波长为3.4μm~20μm的激光，并以此完成绝缘膜的激光加工。本实用新型中的绝缘膜的长波长激光加工装置，其结构简单，设置简便，能在无需设置吸收剂或者关联剂等改性材料的基础上，准确实现绝缘膜的激光加工，提升绝缘膜加工的效率和精度，降低光伏组件中绝缘膜加工的成本，改善太阳能电池绝缘膜激光加工的质量，具有较好的实用价值和应用前景。

Description

一种绝缘膜的长波长激光加工装置

技术领域

本实用新型属于绝缘膜加工设备领域，具体涉及一种绝缘膜的长波长激光加工装置。

背景技术

随着碳中和战略、绿色能源结构调整的不断推进，绿色建筑、零耗能建筑等分布式光伏飞速发展，对光伏组件的效率、可靠性、发电收益提出了更高的要求。根据光伏组件设置形式的不同，可以将其分为单玻组件和双玻组件，在分布式屋顶应用时，双玻组件的双面优势无法充分发挥，使得单玻组件日益成为学界、业界共同关注的焦点。

同时，在光伏组件制备领域中，背接触技术是一种新型的成型技术，相比于传统的光伏组件设置结构，其可去除正面焊带设计，使得电流运动均在背面进行，减少正面遮挡，把组件正面受光面积利用至极致，实现转换效率质的提升。

目前，常见的背接触技术主要有金属穿孔卷绕技术（MWT）和叉指式背接触技术（IBC），两种背接触光伏组件加工时，往往需要对绝缘膜进行诸如开孔等加工。由于激光加工具备高效、准确的加工特点，因而被广泛应用到绝缘膜的开孔工艺中，例如在现有发明专利CN103346202B中，提到使用EVA材料进行绝缘，并采用波长300~1100nm的激光开孔。在现有技术中，常用的绝缘膜材料通常由EVA或PET等材料组成，或者由多层不同材料的绝缘膜组成，其厚度在0.1mm~1mm。虽然现有的加工设备能一定程度上满足上述绝缘膜材料的加工，但是，申请人在研究中发现，由于现有技术常用的绝缘薄膜如PET、EVA等的颜色接近透明，对于可见光的吸收率非常低，导致现有波长300~1100nm的激光开孔设备加工效果很差，需要根据波长加入相关吸收剂及关联剂等改性材料使其变色才能增加吸收率，这一定程度上增加了光伏组件的加工成本。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本实用新型提供了一种绝缘膜的长波长激光加工装置，能准确实现光伏组件的绝缘膜加工，保证绝缘膜加工准确性的同时，简化绝缘膜的加工工序，降低绝缘膜的加工成本。

为实现上述目的，本实用新型提供一种绝缘膜的长波长激光加工装置，包括用于固定待加工绝缘膜的加工台和对应该加工台设置的激光加工模组，

所述激光加工模组包括激光发生单元和激光聚焦单元；

所述激光发生单元为长波长激光器，用于发出波长为3.4μm~20μm的激光；所述激光聚焦单元用于聚焦所述激光，形成激光光斑并聚焦于待加工的绝缘膜上；

所述长波长激光加工装置还包括用以使激光和待加工绝缘膜相对移动的扫描运动单元。

作为本实用新型的进一步改进，所述激光发生单元为长波长激光器，用于发出波长为9μm~11μm的激光。

作为本实用新型的进一步改进，所述激光发生单元为CO₂激光器。

作为本实用新型的进一步改进，所述扫描运动单元为设置在激光加工模组中的振镜；

和/或与所述激光加工模组或所述加工台连接的升降模组、二维移动模组或者三维移动模组。

作为本实用新型的进一步改进，所述扫描运动单元为2D振镜、2.5D振镜，或，

和激光加工模组或加工台连接的二维移动模组。

作为本实用新型的进一步改进，所述扫描运动单元为3D振镜，或，

和激光加工模组或工作台连接的三维移动模组。

作为本实用新型的进一步改进，所述扫描运动单元为二维移动模组和升降模组的组合，二者中的一个连接激光加工模组，另一个连接加工台；

或

所述扫描运动单元为2D振镜或2.5D振镜和升降模组的组合，所述2D振镜或2.5D振镜设置在激光聚焦单元之前，所述升降模组和加工台连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述激光加工模组还包括设置在激光光路上的整形单元，所述整形单元用于对所述激光光斑整形。

作为本实用新型的进一步改进，所述加工台台面设置有负压吸附孔，所述加工台与负压吸附模组连接，所述绝缘膜通过负压吸附固定在加工台台面。

作为本实用新型的进一步改进，所述加工台上设置有接料槽，所述接料槽为大于废料尺寸的负压吸附孔。

作为本实用新型的进一步改进，所述激光加工模组为并列设置的多个；

或者所述激光加工模组设置有分光装置，用于将激光分成并列设置的多束。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：

（1）本实用新型的绝缘膜的长波长激光加工装置，其通过设置具有激光发生单元、激光聚焦单元的激光加工模组，利用激光加工模组中长波长激光器的对应设置，可在无需设置相关吸收剂及关联剂等改性材料使绝缘膜变色以增加吸收率的同时，有效实现绝缘膜的激光加工，有效改善了绝缘膜的激光加工工艺，保证绝缘膜加工质量的同时，降低了绝缘膜加工的成本。

（2）本实用新型的绝缘膜的长波长激光加工装置，其通过不同振镜和/或二维移动模组或者三维移动模组的对应设置，能准确实现激光光斑与绝缘膜在二维平面或者三维空间内的相对运动，满足绝缘膜扫描加工的需求，并对应满足较薄绝缘膜和较厚绝缘膜的加工需要，提升绝缘膜加工的准确性。

（3）本实用新型的绝缘膜的长波长激光加工装置，其通过在激光光路中设置扩束镜，进而改善聚焦光斑的大小，得到更小的聚焦光斑，取得更好的工艺效果，有效提升产能和能量的利用效率。

（4）本实用新型的绝缘膜的长波长激光加工装置，其通过在激光光路中设置整形单元，以之实现激光光斑的整形，满足不同应用场景下的绝缘膜激光加工，提升激光加工装置的适用范围和兼容性，降低激光加工装置的应用成本。

（5）本实用新型的绝缘膜的长波长激光加工装置，其结构简单，设置简便，能在无需设置吸收剂或者关联剂等改性材料的基础上，准确实现绝缘膜的激光加工，提升绝缘膜加工的效率和精度，降低光伏组件中绝缘膜加工的成本，改善太阳能电池绝缘膜激光加工的质量，具有较好的实用价值和应用前景。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中绝缘膜的长波长激光加工装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2中绝缘膜的长波长激光加工装置的结构示意图；

图3是本实用新型优选实施例2的加工效果图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：

1、激光加工模组；2、加工台；3、待加工产品；

101、长波长激光器；102、调节底架；103、第一反射镜；104、第二反射镜；105、扩束镜；106、整形单元；107、振镜；108、场镜。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例：

请参阅图1和图2，本实用新型优选实施例中的绝缘膜的长波长激光加工装置包括激光加工模组1和加工台2。其中，激光加工模组1对应加工台2设置，用于发射激光束到待加工产品3，并完成待加工产品3加工。加工台2对应待加工产品3设置，用于待加工产品3的固定，使得待加工产品3可以准确固定在加工台面上。所述激光加工模组1包括激光发生单元和激光聚焦单元；所述激光发生单元为长波长激光器，用于发出波长为3.4μm~20μm的激光；所述激光聚焦单元用于聚焦所述激光，形成激光光斑并聚焦于待加工的绝缘膜上；相应地，还包括用于实现激光加工光束与绝缘膜相对移动的扫描运动单元，使得激光可以按照预设图形、路径进行加工。

本实用新型的绝缘膜的长波长激光加工装置，待加工产品1为绝缘膜，尤其是太阳能电池背接触用绝缘膜，特别适用于EVA、PET的单层或者一种或多种的多层组合膜。

更细节地，激光发生单元为长波长激光器101，其可产生波长为3.4μm~20μm的激光，以之实现对绝缘膜的加工。进一步优选地，长波长激光器101为CO₂激光器，其发出的激光波长为9μm~11μm。

更细节地，所述聚焦单元为聚焦镜/组或者场镜。

具体而言，所述扫描运动单元为设置在激光加工模组中的振镜，和/或与激光加工模组或加工台连接的升降模组、二维移动模组或者三维移动模组。以上可选方式或其组合，可以使激光（加工光束）在平面二维或者三维方向上相对移动，使得激光可以按照预设图形、路径进行加工。

优选实施例中的激光加工模组1包括激光发生单元、激光聚焦单元和振镜，分别用于产生激光、对激光进行聚焦和引导激光按照预设路径进行扫描。

同时，激光加工模组1中对应长波长激光器101还设置有振镜107和场镜108，前者作为扫描运动单元，设置在长波长激光器101和场镜108之间光路上，用于引导激光沿预设路径扫描，实现绝缘膜的预设路径加工；后者设置在振镜107后的光路上，加工台2之前，可用于对激光聚焦，使得激光光斑聚焦于待加工产品3上。

更详细地，激光加工模组1中还包括优化光路的设置，例如反射镜、扩束镜等，在一个具体实施例1中，长波长激光加工装置如图1中所示，此时的激光加工模组1中，自长波长激光器101发出的激光束轴线与聚焦于绝缘膜上的激光束轴线平行设置，且激光束的传播方向发生了180°偏转，为此，在振镜107与长波长激光器101之间设置有如图1中所示的第一反射镜103和第二反射镜104，两反射镜互成90°间隔设置，使得激光束依次作用两反射镜后可完成180°的转向。

利用第一反射镜103和第二反射镜104的对应设置，可以实现激光束的反射转向，使得激光光路上的相关设备可以紧凑的设置，进而有效缩短设备的长度。

优选地，在第二反射镜104与振镜107之间还设置有扩束镜105，用于对激光束进行扩束放大。实际设置时，扩束镜105并非必须设置，可根据需求对应设置或者不设置。不过，扩束镜105的设置关系到聚焦光斑的大小控制，而聚焦光斑的大小可依据如下公式确定：

d=(4M²λf)/πD

式中，M²为激光器的光束质量，λ为激光波长，f为场镜焦距，D为场镜入射光束直径。不难看出，当入射光束直径D越大时，聚焦光斑的尺寸越小，即通过对激光光束进行放大，可以得到更小的聚焦光斑，这使得工艺上能得到更好的工艺效果，更有利于能量的利用以及产能的提升。

进一步优选地，在扩束镜105与振镜107之间还设置有整形单元106，用于对加工光束进行整形，在实际设置时，整形单元106可以采用衍射光学元器件、透镜组、相位板等获得平顶光、环形光或平顶环形光，进一步可获得多点平顶光、环形光或平顶环形光等，满足不同的加工需求。其中，平顶光可有效减小加工热影响区域，而环形光可根据样品需要打孔的尺寸精确调整，而根据打孔图形精确获得多点平顶光、环形光或平顶环形光，能进一步显著提高产能。

更细节地，在一个具体实施例中，整形单元106为整形镜片，其可将光斑整形成方形。

整形单元106本领域的技术人员可以根据激光加工模组1的具体配置设置在合适的位置，例如在振镜107之前。

进一步地，优选实施例中的振镜107可根据需要优选为2D振镜、2.5D振镜和3D振镜。实际设置时，常采用2D振镜实现一定幅面的二维加工；该设置形式主要适用于绝缘膜厚度较小应用环境下的应用，更具体地，适用于厚度小于0.3mm的绝缘膜加工。更进一步增加加工幅面可采用2.5D振镜，实现不同幅面、不同焦点的二维动态加工；更进一步加工更厚的绝缘膜可采用3D振镜，实现不同深度、不同焦点的三维动态加工。这样的设置不仅可以实现水平方向加工路径的调整，还能实现激光焦点随加工深度变化而进行的动态调整，主要适用于厚度较大绝缘膜的加工，例如厚度大于0.3mm的绝缘膜加工。

当振镜107为2D振镜、后聚焦的2.5D振镜和后聚焦的3D振镜时，可对应设置场镜108进行协同作用来完成加工；而对于前聚焦的2.5D振镜和前聚焦的3D振镜，则不需要设置场镜108。显然，场镜108的设置也是非必须的，是否需要设置场镜108可以根据实际情况进行优选。而且，可以通过增大振镜107的扫描角度、场镜108的加工幅面以及多个激光头协同作用等方法来有效提升的产能。

在另一个具体实施例2中，如图2中所示，此时激光加工模组1中未设置第一反射镜103和第二反射镜104，为了保证光轴射入振镜107时与之同轴，对应长波长激光器101设置有调节底架102，其设置在长波长激光器101的底部，可对应改变长波长激光器101的位置，以此来调整长波长激光器101的光轴，确保进入振镜107的光轴与该振镜107同轴。

进一步地，扫描运动单元还可以为升降模组、二维移动模组，也可以为三维移动模组，可以和激光加工模组或者工作台连接，带动其进行升降、平面正交方向或者三维方向移动。

例如，二维运动模组可以实现水平方向加工路径的扫描调整，该设置形式主要适用于绝缘膜厚度较小应用环境下的应用，更具体地，适用于厚度小于0.3mm的绝缘膜加工。相应地，三维移动模组可带动相应对象在三维正交方向上进行往复移动，不仅可以实现加工路径的调整，还能实现激光焦点随加工深度变化而进行的动态调整，主要适用于厚度较大绝缘膜的加工，例如厚度大于0.3mm的绝缘膜加工。

更具体地，优选实施例中的二维移动模组可以与激光加工模组1固接，也可以与加工台2固接，前者用于带动激光光斑相对加工台面运动，完成预设加工路径的扫描加工；后者用于带动待加工产品3相对激光光斑进行相对运动，进而完成预设加工路径的扫描加工。显然，前述的2D振镜或者2.5D振镜也是实现二维移动模组的功能。

同时，当移动模组为三维移动模组时，其可以与激光加工模组1固接，也可以与加工台2固接，通过三维移动模组的控制，实现待加工产品3与激光光斑在水平面上的位置相对调整，以及激光光斑在待加工产品3厚度方向上的位置调整，确保激光焦点与加工深度对应。显然，前述的3D振镜来实现三维移动模组的功能。

而且，为了实现三维空间内的位置相对调整，还可以选择二维移动模组或者2D、2.5D振镜与升降模组的组合形式，利用两组件之间的组合控制，实现激光光斑与绝缘膜相对位置的调整。例如，利用二维移动模组来调整激光加工模组1的位置，并设置升降模组来调整加工台2的相对高度，反之亦然，更优选的，选择2D、2.5D振镜用以实现激光光斑在二维方向的移动，升降模组固定在加工台2上，调整其高度，通过以上方式，便可实现二维加工路径的调整和激光聚焦深度的调整，且控制更加灵活，准确。

需要说明的是，优选实施例中的升降模组、二维移动模组与三维移动模组虽然在图1、图2中未示出，但其采用现有技术中的成熟技术便可对应实现，例如升降模组可以通过气缸或者直线电机模组实现，二维移动模组可以通过二维直线模组来实现等，故在此不做赘述。

此外，在实际设置时，激光加工模组1可以根据需要设计为并排设置的多个，以对应增大加工幅面，实现多光束并行加工，或者，激光加工模组1中设置分光装置，将激光分成并列设置的多束，实现多光束并行加工，提高加工效率。分光装置可以为现有技术的分光镜等，其位置本领域技术人员可以根据需要设置，例如，设置在激光聚焦单元之前。

更进一步地，加工台2优选为台面相对水平小于0.05°的加工台，加工台2台面上设置负压吸附孔，加工台2和负压吸附模组连接，用于吸附待加工产品1，保证绝缘膜平整地设置在加工台2上。另外，优选地，在加工台2上设置有接料槽，用于接收加工废料；实际设置时，接料槽可以为负压吸附孔，且略大于废料尺寸，在绝缘膜加工过程中实现加工废料的接收和排出。

如下，通过3个优选实施例和1个对比实施例来对比不同设备条件下绝缘膜的加工效果，以下以MWT 电池的绝缘膜打孔加工为例进行说明，当然，本申请不限于此，还可以适用于其他类似的单层、多层绝缘膜的激光加工。所述加工不限于切割、打孔等。

其中，在优选实施例1中，激光加工模组1包括激光发生单元和激光聚焦单元。具体地，激光发生单元为CO₂激光器，其波长为3.4μm~20μm，更为优选的为9~11μm，所述的激光器的功率为150W。激光聚焦单元包括场镜108，使激光光斑聚焦于绝缘膜上。同时，激光加工模组1还包括作为激光扫描单元的振镜107，其设置在场镜108的上方，引导激光沿预设路径扫描，从而实现沿预设路径的加工。此外，还包括依次设置在激光发生单元后的扩束镜105，使得激光光束通过放大后可得到更小的聚焦光斑。

相比之下，优选实施例1~3的差异在于：

优选实施例1中加工的绝缘膜为多层材料（两层EVA层夹一层PET层），厚度为0.3mm左右。

优选实施例2中还包括整形单元106，其在该优选实施例中为整形镜片，将光斑整形成方形。

优选实施例3和实施2的区别在于不使用振镜，而使用三维移动模组带动加工台2移动，移动过程中，随着加工深度改变焦点（工作台向上移动，实现焦点向下移动）。在该优选实施例中，加工的绝缘膜也为多层材料（两层EVA层夹一层PET层），但厚度更大，为0.5mm左右。

相应地，对比实施例中采用的加工设备与优选实施例2中的激光加工设备大体相同，最大的差异在于其采用的激光加工单元为红外激光器，激光波长为1064nm。

进一步地，对比实施例和优选实施例1~3中的加工结果如下表1中所示。参见图3，为优选实施例2的加工效果图。

表1不同实施例中的绝缘膜加工结果

不难看出，采用本实用新型中的长波长激光加工装置后，其在加工绝缘膜时产生的光斑大小存在显著的增大，且熔渣残留量显著降低，表明绝缘膜的加工质量大幅提升。同时，通过三维移动模组和二维移动模组、升降模组的对应设置，绝缘膜加工厚度大幅提升，且绝缘膜加工质量进一步提升。

本实用新型中的绝缘膜的长波长激光加工装置，其结构简单，设置简便，能在无需设置吸收剂或者关联剂等改性材料的基础上，准确实现绝缘膜的激光加工，提升绝缘膜加工的效率和精度，降低光伏组件中绝缘膜加工的成本，改善太阳能电池绝缘膜激光加工的质量，具有较好的实用价值和应用前景。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种绝缘膜的长波长激光加工装置，包括用于固定待加工绝缘膜的加工台和对应该加工台设置的激光加工模组，其特征在于，

所述激光加工模组包括激光发生单元和激光聚焦单元；

2.根据权利要求1所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述激光发生单元为长波长激光器，用于发出波长为9μm~11μm的激光。

3.根据权利要求1所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述激光发生单元为CO₂激光器。

4.根据权利要求1至3中任一所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述扫描运动单元为设置在激光加工模组中的振镜；

5.根据权利要求4所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述扫描运动单元为2D振镜、2.5D振镜，或，

和激光加工模组或加工台连接的二维移动模组。

6.根据权利要求4所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述扫描运动单元为3D振镜，或，

和激光加工模组或工作台连接的三维移动模组。

7.根据权利要求4所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述扫描运动单元为二维移动模组和升降模组的组合，二者中的一个连接激光加工模组，另一个连接加工台；

或

8.根据权利要求4所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述激光加工模组还包括设置在激光光路上的整形单元，所述整形单元用于对所述激光光斑整形。

9.根据权利要求4所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述加工台台面设置有负压吸附孔，所述加工台与负压吸附模组连接，所述绝缘膜通过负压吸附固定在加工台台面。

10.根据权利要求9所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述加工台上设置有接料槽，所述接料槽为大于废料尺寸的负压吸附孔。

11.根据权利要求4所述的绝缘膜的长波长激光加工装置，其中，所述激光加工模组为并列设置的多个；