TW201824570A - 包括線內切割之製造系統及方法 - Google Patents

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馬克 詹斯 伏塔納
家穎 馬
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美商3M新設資產公司
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Abstract

一種自動化光伏(PV)次總成製造方法，其涉及材料條之線內(in-line)切割。將一帶縱向切割成多個條。將該等條分隔開並導入相對於該PV電池次總成之一表面間隔開的位置，該PV電池次總成包含一或多個PV電池。在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時使該等條保持附接至該帶。該多個條經定位於一PV電池次總成之該表面上的附接位置處。

Description

包括線內切割之製造系統及方法
本揭露大致上係關於用於製造光伏電池次總成之系統及方法。
當今有前景之能源資源之一者是陽光。目前全球有以百萬計的家庭從太陽光伏系統獲得電力。對太陽能電力需求的增長伴隨著對下述裝置及材料需求的一增長：能夠滿足對這些應用之要求的裝置及材料。可以藉由使用光伏電池(PV電池)達成將日光轉換為電力。光伏電池之尺寸相對小且一般組合成具有較大功率輸出之實體整合式PV電池模組。光伏電池模組大致上由二或更多「串(string)」PV電池形成，每串包含複數個PV電池，該複數個PV電池配置成列且使用鍍錫扁銅線串聯電連接，該等鍍錫扁銅線亦稱為電連接件、互聯條(tabbing ribbon)、匯流排、或匯流條(bus wire)。
光伏電池模組一般包含一或多個PV電池，該一或多個PV電池在PV電池之兩側上由封裝材料包圍。兩個玻璃(或適合的聚合材料)板鄰近該封裝材料之前側及背側定位並與之接合。該兩個板對太陽能輻射透明且一般亦稱為前側層及背側層(或背板(backsheet))。該前側層及該背片可由相同材料或不同材料製成。該封 裝材料係光可透過的聚合物材料，其囊封該等PV電池且亦接合至該前側層及該背片，以便實體地密封該等電池。此層壓構造為該等電池提供機械支撐且亦保護該等電池免於歸因於諸如風、雪、及冰等環境因素之損壞。
該PV電池模組可用覆蓋由一金屬框架嚙合之該模組之邊緣的密封劑來適配至該金屬框架中。該金屬框架保護該模組之該等邊緣、提供額外的機械強度、且促進將該金屬框架與其他模組組合，以便形成可安裝至適合支撐件的更大的陣列或太陽能板，該支撐件以最大化太陽能輻射之接收的適當角度固持該等模組。
一些實施例係關於一種自動化光伏(PV)次總成之製造方法。將一帶縱向切割成多個條。將該等條分隔開並導入相對於該PV電池次總成之一表面間隔開的位置，該PV電池次總成包含一或多個PV電池。在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時使該等條保持附接至該帶。該多個條經定位於該PV電池次總成之該表面上的附接位置處。
一些實施例涉及一種自動化光伏(PV)電池次總成製造系統。一輸入轉軸固持一捲輸入帶。一帶切割機構將該帶縱向切割成多個條。一或多個導件將該多個條分隔並導入間隔開的位置以將該等條置於該PV電池次總成上之附接位置處。該系統經組態以使在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時保持該等條附接至該帶。
根據一些態樣，以約0.1mm至約0.2mm之精確度將各條導至其間隔開的位置。
一些實施例涉及一種自動化製造方法。將一帶縱向切割成多個條。將該等條分隔開並導入相對於一基材之一表面間隔開的位置。在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時使該等條保持附接至該帶。該多個條經定位於該基材之該表面上的附接位置處。
一種自動化製造系統，其包括經組態以固持一捲輸入帶之一輸入轉軸。一帶切割機構將該帶縱向切割成多個條。一或多個導件將該多個條分隔並導入間隔開的位置以將該等條置於基材之一表面上之附接位置處。在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時使該等條保持附接至該帶。
從下文實施方式將可容易明白本申請案之此等及其他態樣。然而，在任何情況下皆不應將上述發明內容視為對所主張之標的之限制，該標的僅由隨附申請專利範圍單獨定義。
100‧‧‧PV電池模組
101‧‧‧PV電池
101a‧‧‧前側；PV電池表面
101b‧‧‧背側；PV電池表面
111‧‧‧匯流排
112‧‧‧匯流排
113‧‧‧指狀電極
121‧‧‧空白區域；特徵
200‧‧‧PV電池模組
201a‧‧‧經互連PV電池；第一電池
201b‧‧‧經互連PV電池；第二電池
201c‧‧‧經互連PV電池
211‧‧‧互聯條
220‧‧‧LRF膜/光重導向膜
224‧‧‧匯流排
225‧‧‧黏著劑
228‧‧‧背片
230‧‧‧前側層
232‧‧‧封裝材料
234‧‧‧可撓性聚合層
235a‧‧‧主表面
235b‧‧‧主表面
236‧‧‧結構化表面
238‧‧‧反射塗層
290‧‧‧PV電池次總成；太陽能次總成；太陽能基材
291‧‧‧前側；PV電池
292‧‧‧背側
302‧‧‧襯墊
303‧‧‧黏著劑層
304‧‧‧LRF層；輸入輥
305‧‧‧襯墊
306‧‧‧黏著劑層
307‧‧‧導電層
311‧‧‧帶
312‧‧‧帶
391‧‧‧較寬材料；帶
392‧‧‧條
392a‧‧‧細長側面
393‧‧‧形狀；條
393a‧‧‧非平行之部分
399‧‧‧切割線
400‧‧‧自動化系統
401‧‧‧帶
402‧‧‧條
402a‧‧‧切割部分
403‧‧‧襯墊
411‧‧‧PV電池基材；PV電池次總成；太陽能次總成
411a‧‧‧表面
421‧‧‧輸入轉軸
422‧‧‧輸入輥
430‧‧‧帶切割機構
431‧‧‧旋轉模具
432‧‧‧砧
441‧‧‧導件
450‧‧‧移動機構
452‧‧‧條定位機構；條定位器
453‧‧‧組件；拉緊調節輥
454‧‧‧襯墊移除組件
461‧‧‧附接次系統
471‧‧‧導件
481‧‧‧輸送帶
491‧‧‧控制系統
500‧‧‧PV電池次總成製造系統
501‧‧‧帶
502‧‧‧條
502a‧‧‧互聯條
511‧‧‧PV電池次總成
51la‧‧‧PV電池
531‧‧‧旋轉模具；帶切割機構
532‧‧‧旋轉砧；帶切割機構
541a‧‧‧精確度導件
541b‧‧‧精確度導件
541c‧‧‧精確度導件
550‧‧‧箭頭
571‧‧‧精確度導件
599‧‧‧位置
601‧‧‧帶
602‧‧‧條
630‧‧‧帶切割機構
671‧‧‧精確度導件
710‧‧‧步驟
720‧‧‧步驟
730‧‧‧步驟
740‧‧‧步驟
750‧‧‧步驟
w1‧‧‧寬度
w2‧‧‧寬度
x‧‧‧方向
y‧‧‧方向
圖1A及圖1B分別顯示一PV電池之前側及背側的相片；圖1C係一相片，其顯示包含多個PV電池之一PV電池模組之一部分；圖2A係根據一些實施例之一PV電池模組之一部分的經互連PV電池的一剖面圖示； 圖2B係根據一些實施例之包含一PV電池之一PV電池總成的一部分的一剖面圖，該PV光伏(PV)電池具有匯流排，該等匯流排上設置有光重導向膜(LRF)；圖3A及圖3B係本文中所描述之系統及方法可採用之帶的剖面圖；圖3C繪示纏繞至一輥上之一較寬材料，其在本文中稱為帶；圖3D圖示根據一些實施例將圖3C之帶切割成寬度相等的三條；圖3E圖示將圖3C之帶切割成一細長幾何形狀以置於一PV電池模組之PV電池之間；圖4係概念地繪示根據本文中所揭示之實施例的用於將條施加至PV電池次總成之一自動化系統的一方塊圖；圖5係根據一些實施例之一PV電池次總成製造系統之一部分的透視圖；圖6係圖示根據一些實施例在帶切割機構將輸入帶切開之後將三條分隔之一特寫的照片；而圖7係根據一些實施例說明製造PV電池次總成之一自動化方法之一流程圖。
圖式非必然按比例繪製。在圖式中所使用的類似數字指稱類似組件。但是，將明白，在給定圖式中使用元件符號指稱組件，並非意圖限制在另一圖式中具有相同元件符號之組件。
本文中所揭示之實施例涉及製造PV電池次總成(例如，個別PV電池或PV電池模組)之系統及方法及方法。所揭示之系統及方法涉及切割細窄材料條並將其等定位於一基材(例如，PV電池及/或PV電池次總成)之表面上。在一些實施方案中，將細窄條定位以附接至PV電池之表面及/或PV電池之間、及/或附接於一PV電池模組之邊緣處。該等細窄條可包括但不限於：跨PV電池之前側表面及/或背側表面延伸的集電匯流排；跨PV電池之前側表面及/或背側表面延伸、及於PV電池之間延伸以將一模組中之PV電池互連的互聯條；及/或於PV電池次總成之多個位置上方延伸以增進PV電池之光吸收的光重導向膜(LRF)。一PV電池次總成可包括例如一個別PV電池或一PV電池模組。
圖1A及圖1B分別顯示一PV電池101之前側101a及背側101b的相片；圖1C係顯示包含多個PV電池101之一PV電池模組100之一部分的一相片；並且圖2A係根據一些實施例之一PV電池模組200之一部分的經互連PV電池201a至201c的一剖面圖。
如圖1A及圖1B所繪示，PV電池101可包括位於PV電池101之光吸收前側101a上的集電匯流排111，且亦可包括位於電池101之背側101b上的匯流排112。指狀電極113跨PV電池101之前側延伸且電連接至匯流排111及/或至連接PV電池之互聯條。在一些組態中，前側及/或背側匯流排及/或指狀電極可經絲網印刷或以其他方式沉積於PV電池表面101a、101b上。在一些組態中，前側及/或背側匯流排可包含寬度小於3mm、小於2mm、小於1.5mm、或甚 至小於1mm之金屬條，諸如銅條或鋁條。可藉由黏著劑及/或焊料將條附接至PV電池。如圖2A之剖面圖最佳所示，一模組200中之串聯連接之PV電池201a-201c可包括導電互聯條211，其從一個電池201a之前側291延伸至一相鄰電池201b之背側292。
參考圖1A至圖1C，在PV電池101之前側101a上，匯流排111及/或互聯條產生非作用經遮蔽之區域，該等區域減少可供用於吸收入射光之有效表面積。因此，由PV電池101產生之電流的量因前側匯流排111及/或互聯條之存在而對應地減小。類似地，介於配置於PV電池模組100中之PV電池101之間的空白區域121並不促進模組100之光吸收或電流產生。
根據一些實施例，一光重導向膜(LRF)可安置於PV電池之匯流排、互聯條、及/或模組之空白區域、及/或PV電池或PV電池模組之其他非作用經遮蔽之區域上。LRF將光朝向PV電池或PV電池模組之有效區域重導向。依此方式，可增加PV電池或PV電池模組之總功率。圖2A顯示具有LRF 220之一PV電池模組200，該LRF 220設置於一PV電池模組中之PV電池之前側201a上的互聯條211上方。圖2B係包含一PV電池291之一PV電池次總成290之一部分的剖面圖，該PV電池291具有匯流排224，該等匯流排224上設置有LRF 220。
如圖2A所示，PV電池模組200可包括一背保護器構件，通常呈背片228之形式。在一些實施例中，背片228係一電絕緣材料，諸如玻璃、聚合層、用強化纖維(例如，玻璃、陶瓷或聚合纖 維)強化之聚合層、或木質塑合板。在一些實施例中，背片228包括一類型之玻璃或石英。在一些實施例中，玻璃係熱回火的。一些例示性玻璃材料包括鈉鈣矽基玻璃。在其他實施例中，背片228係一聚合膜。例示性背片包括多層聚合物膜。可商購之一背板的一實例係可自3M Company,Saint Paul,Minn.商購的3MTM ScotchshieldTM膜。例示性背片係包括擠出PTFE之彼等背片。背片可連接至一建築材料，諸如屋頂隔膜(例如，在建築整合式光伏電池(BIPV)中)。
大致上平坦的光透射且非導電之前側層230上覆於PV電池201a-201c，該前側層230亦提供對PV電池201之支撐。在一些實施例中，前側層230包括一類型之玻璃或石英。在一些實施例中，玻璃係熱回火的。一些例示性玻璃材料包括鈉鈣矽基玻璃。在一些實施例中，前側層具有低鐵含量(例如，少於約0.10%的總鐵，更佳地少於約0.08%、0.07%或0.06%的總鐵)及/或在其上之一抗反射塗層以最佳化光透射。在其他實施例中，前側層係一障壁層。
在一些實施例中，一封裝材料232插入於背片228與前側層230之間，從而包圍電池201a-201c及互聯條211。例如，封裝材料232可包含一適合的光透明的非導電材料。在一個實施例中，封裝材料232係乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)或離子聚合物。在一種例示性方法中，可依離散片之形式來提供封裝材料232，該等離散片定位在PV電池201之陣列下方及/或頂部，繼而將彼等組件夾入背片228與前側層230之間。隨後，在真空下加熱層壓構造，導致封裝材料片材液化得足以圍繞PV電池201流動並封裝PV電池201，同時填 充介於前側層230與背片228之間之空間中的任何空隙。在冷卻時，經液化之封裝材料凝固。在一些實施例中，封裝材料可另外於原位經固化以形成一透明固體基質。封裝材料黏附至前側層230及背片228，以形成一層壓次總成。用於PC電池及/或PV電池模組之適合的封裝材料及其他材料、組件、及/或組態描述於共同擁有的美國專利申請公開案2015/0155411中，該公開案以引用方式整體併入本文中。
如結合圖2A及圖2B所討論，PV電池匯流排、互聯條、及LRF係可設置於PV電池之表面上的細材料條。如圖2A所示，一第一PV電池201a由互聯條211電連接至一第二電池201b。在圖2A所示之特定實施例中，經互連PV電池201a、201b與彼此直接相鄰，但未直接相鄰之電池亦落在本揭露之範圍內。在圖2A所示之特定實施例中，互聯條211跨越第一電池201a之整個長度且於第一電池201a上方延伸，延伸超越第一電池201a之邊緣並向下彎曲到第二電池201b下方。接著，互聯條211跨越第二電池201b之整個長度且於第二電池201b下方延伸。LRF 220經定位成與模組200之光接收側上的互聯條211相鄰。在一個實施例中，依可撓聚合膜連續條之形式來提供LRF膜220，該連續條安置於模組200之整個長度上方。在另一實施例中，於每一PV電池上方提供LRF之離散的不連續區段。
圖2B提供根據一些實施例之一太陽能次總成290之一部分的一實施例的一剖面圖。太陽能基材290包括具有二或更多個匯流排224之一PV電池291，該等匯流排跨PV電池291之長度延伸。指狀電極係於PV電池匯流排224之間跨PV電池之表面延伸、且電連 接至匯流排及/或互聯條之精細接觸件。指狀接觸件在圖2B中不可見，但可在圖1A中觀察到。如上文所討論，互聯條可用於互連一模組中之PV電池。儘管圖2B中未顯示，但互聯條可完全或部分地於匯流排224上方延伸，例如於匯流排224與LRF 220之間延伸。在各種實施例中，互聯條及/或匯流排之寬度可小於約4mm、小於約3mm、小於約2mm、或甚至小於約1mm。
在一些實施例中，可於PV電池之長度的一部分上或者於實質上整個長度上設置匯流排224及/或互聯條211，該長度係沿著圖2A及圖2B所指示之y方向。LRF 220可設置於匯流排224及/或互聯條211中之一或多者上方。在一些實施例中，LRF與匯流排及/或互聯條完全重疊，以便最大化PV電池之功率。在一替代性實施例中，LRF並不完全與匯流排及/或互聯條重疊。在一些實施例中，LRF依條之形式提供，該等條比匯流排或互聯條稍寬。圖2B顯示與匯流排224重疊並沿著寬度方向(圖2B中之x方向)延伸超越匯流排224的LRF 220。在一些實施例中，各匯流排或互聯條之寬度可係約1.5mm而各LRF之寬度係約1.5mm。在一些實施例中，LRF之寬度之範圍係從約0.7mm至約3.0mm。
任何類型之LRF皆可用於本申請案，包括但不限於描述於美國專利第5,994,641號(Kardauskas)、第4,235,643號(Amick)、第5,320,684號(Amick等人)、第4,246,042號(Knasel等人)、以及美國公開案第2006/0107991號(Baba)、及第2010/0200046號(Sauar等人)、及第2010/0330726號(Gonsiorawski) 中之彼等，該等專利中之每一者之揭露內容以引用方式整體併入本文中。一種例示性LRF係一多層構造，如圖2B所示。光重導向膜220包含一可撓性聚合層234，其具有一第一大致上平坦之主表面235a及一第二大致上平坦之主表面235b。結構化表面236係與可撓性聚合層234之第一主表面235a相鄰。在一些實施例中，可撓性聚合層234係聚烯烴(例如，聚乙烯、聚丙烯)、聚酯(例如，聚對苯二甲酸乙二酯(PET))、及聚丙烯酸酯(例如，聚甲基(甲基)丙烯酸酯(PMMA))中之一者。在一些實施例中，結構化表面236由一熱塑性聚合物及一可聚合樹脂中之一者製成。在一些實施例中，結構化表面進一步包含一反射塗層238，諸如金屬化層(例如，鋁、銀)。
適用於形成結構化表面之可聚合樹脂可包括光起始劑與至少一種含有丙烯酸酯基團之化合物的摻合物。較佳地，樹脂摻合物含有單官能性、雙官能性或多官能性的化合物，以確保在照射時形成經交聯之聚合網絡。本文中可使用的能夠藉由自由基機制聚合的樹脂之說明性實例包括衍生自環氧樹脂、聚酯、聚醚、及胺甲酸酯之丙烯基樹脂、乙烯性不飽和化合物、具有至少一側接丙烯酸酯基團之異氰酸酯衍生物、除丙烯酸化環氧樹脂以外的環氧樹脂、以及其混合物及其組合。用語「丙烯酸酯(acrylate)」在本文中用於包括丙烯酸酯與甲基丙烯酸酯二者。美國專利第4,576,850號(Martens)(整體併入本文中)揭示了可用於形成LRF之結構化表面的經交聯之樹脂的實例。在一些實施例中，樹脂係非鹵化樹脂。使用非鹵化樹脂的一些效益包括它們更環保且不腐蝕金屬之事實。
LRF的一些實施例包括反射塗層。在一些實施例中，反射塗層係鏡塗層。一反射或鏡射塗層可提供入射日光之反射且因此可阻斷入射日光入射在聚合物材料上(該等聚合物材料可由於UV曝露而退化)。可以使用任何所欲的反射塗層或鏡塗層。藉由光學密度或百分比透射率測量一些例示性厚度。明顯地，塗層越厚，就阻斷越多的UV光越多。然而，太厚的塗層會造成該塗層內壓力增加，導致塗層裂解。另外，當曝露於濕熱試驗及/或高壓蒸煮試驗(pressure cooker testing)時，塗層越厚通常越不耐用。例如，一LRF可具有介於約35nm至約60nm之間之一反射塗層或鏡塗層厚度。
在PV電池模組之層壓過程期間，重要的是維持匯流排及/或互聯條與LRF條之間之配準。在一種製成PV電池模組的例示性方法中，用一黏著劑225(諸如熱活化黏著劑或壓敏性黏著劑)將LRF條附接至匯流排及/或互聯條。在一些實施例中，熱活化黏著劑係乙烯乙酸乙烯酯聚合物(EVA)。其他類型之適合的熱活化黏著劑包括聚烯烴。將LRF膜定位於PV電池或PV電池模組上方並對該等LRF膜施加熱量以使熱活化黏著劑熔化，從而將LRF條有效接合至匯流排、互聯條或其他非作用區域。在一些實施例中，可在加熱步驟之前將其他層層壓或塗佈至PV模組上(例如，背片、封裝材料、前側層)。加熱步驟可使用任何適合的加熱機構(諸如例如熱風器或紅外線加熱器)來執行。在一些實施例中，加熱機構安置於層壓構造下方(例如，與背片相鄰)。在一些實施例中，加熱機構安置於層壓構造上方(例如，與光導向介質相鄰)。
在一些實施例中，黏著劑係壓敏性黏著劑(PSA)。適合類型之PSA包括(但不限於)丙烯酸酯、聚矽氧、聚異丁烯、脲及其組合。在一些實施例中，PSA係丙烯酸或丙烯酸酯PSA。如本文中所使用，用語「丙烯酸(acrylic)」或「丙烯酸酯(acrylate)」包括具有丙烯酸基團或甲基丙烯酸酯基團中之至少一者的化合物。可例如藉由組合至少兩種不同單體(第一單體及第二單體)來製作實用的丙烯酸PSA。例示性適合的第一單體包括2-甲基丁基丙烯酸酯(2-methylbutyl acrylate)、2-乙基-已基丙烯酸酯(2-ethylhexyl acrylate)、異辛基丙烯酸酯(isooctyl acrylate)、丙烯酸十二酯(lauryl acrylate)、丙烯酸正癸酯(n-decyl acrylate)、4-甲基-2-丙烯酸戊酯(4-methyl-2-pentyl acrylate)、異辛基丙烯酸酯(isoamyl acrylate)、二級丁基丙烯酸酯(sec-butyl acrylate)、及丙烯酸異壬酯(isononyl acrylate)。例示性適合的第二單體包括：(甲基)丙烯酸(例如，丙烯酸、甲基丙烯酸、亞甲基丁二酸(itaconic acid)、順丁烯二酸(maleic acid)、及反丁烯二酸(fumaric acid))；(甲基)丙烯醯胺((meth)acrylamide)(例如，丙烯醯胺(acrylamide)、甲基丙烯醯胺(methacrylamide)、N-乙基丙烯醯胺(N-ethyl acrylamide)、N-羥乙基丙烯醯胺(N-hydroxyethyl acrylamide)、N-辛基丙烯醯胺(N-octyl acrylamide)、N-t-丁基丙烯醯胺(N-t-butyl acrylamide)、N,N-二甲基丙烯醯胺(N,N-dimethyl acrylamide)、N,N-二乙基丙烯醯胺(N,N-diethyl acrylamide)、及N-乙基-N-二羥乙基丙烯醯(N-ethyl-N-dihydroxyethyl acrylamide))；(甲基)丙烯酸酯(例如，2-羥乙基丙烯酸酯(2-hydroxyethyl acrylate)或甲基丙烯酸酯 (methacrylate)、環已基丙烯酸酯(cyclohexyl acrylate)、t-丙烯酸丁酯(t-butyl acrylate)、或丙烯酸異冰片酯(isobornyl acrylate))；N-乙烯吡咯啶酮(N-vinyl pyrrolidone)；N-乙烯己內醯胺(N-vinyl caprolactam)；α-烯烴(alpha-olefin)；乙烯醚(vinyl ether)；烯丙基醚(allyl ether)；苯乙烯單體(styrenic monomer)；或馬來酸(maleate)。可藉由在配方中包括交聯劑來製作丙烯酸PSA。
在一些實施例中，選擇性將黏著劑施加至電連接器(匯流排或互聯條)，其中LRF條之寬度等於或稍大於電連接器之寬度。較佳地，黏著劑係透明的。所欲的透明度係對可見光為至少80%之透明度。在一些實施例中，所欲的透明度係對可見光為至少90%之透明度。在其他實施例中，將透明黏著劑施加至PV電池之整個表面之上(例如，溢流塗佈(flood coated))。接著，小心地將LRF條定位於電連接器上方並使其與該等電連接器配準。接著，對整個結構進行加熱以使黏著劑熔化並確保光導向介質充分接合至電連接器。
本文中所揭示之實施例係關於將細窄材料條施加至一PV電池次總成之一或多個表面的系統及方法。該PV電池次總成可包含一個別PV電池或配置於一PV電池模組中之多個PV電池。該等細窄條可包含例如金屬匯流排條、互聯條、及/或LRF條。
產生和操縱細窄材料條可能具有挑戰性，該等細材料條藉由將一較寬材料原料縱向切割成多個條、且隨後將該等較細條捲繞到卷軸上以用於儲存來形成。本文中所揭示之實施例係關於涉及將一較寬帶縱向線內切割成多個細窄條且在製造程序期間將細窄條定位之 系統及方法。使用本文中所述之方式，則不需將材料縱向切割成高度細長之細窄條纏繞至卷軸上以備稍後使用。使用本文中所述之線內切割程序，一較寬帶之一卷軸可替代多個細窄材料卷軸，減少操作成本及材料處理之複雜度。
圖3A及圖3B係本文中所描述之系統及方法可採用的帶311、312的剖面繪示。帶311係一多層結構，其包含具有一結構化表面之LRF層304。LRF層304係設置於由一襯墊302覆蓋之一黏著劑層303上。帶312適合用於形成用於PV電池之匯流排及/或互聯條。帶312包含一導電(例如，金屬)層307，該導電層設置於一黏著劑層306上，該黏著劑層可由一襯墊305覆蓋。
圖3C繪示纏繞至一輸入輥304上之一較寬材料391，該較寬材料在本文中稱為帶。舉例而言，輸入輥304可包含一卷軸之水平纏繞的帶。帶391具有一長度l1及一寬度w1，其中l1>>w1。如本文中所揭示，可將帶391沿切割線399線內切割以產生具有寬度w2之多個條392，其中w1>w2，如圖3D所示。替代地，可將帶391切割成具有不同寬度w2、w3、w4的多個條，其中w2≠w3≠w4。條392具有實質上平行的兩個細長側面392a。
在一些實施例中，由系統線內切割的形狀可係較圖3D所描繪之簡單平行四邊形的形狀複雜的幾何形狀。圖3E圖示可自較寬帶391切割出的多個幾何形狀393。形狀393經組態以適配於PV模組(見圖1C之特徵121)之非光伏作用空間中的PV電池之間。圖3E圖示切割成具有實質上相同形狀之三個幾何形狀的帶391。替代 地，可將帶391切割成具有不同幾何形狀的多個條。條393包括具有具非平行之部分393a之細長側面的區段。
圖4係概念地繪示根據本文中所揭示之實施例的用於將條相對於PV電池次總成切割並定位之一自動化系統400的一方塊圖。系統400包括一輸入轉軸421，該輸入轉軸經組態以固持具有寬度w1之帶401的一輸入輥422。
一線內帶切割機構430經組態以將帶401沿其縱軸切割成具有寬度w2之多個條402，其中w2<w1。舉例而言，帶切割機構430可包含一旋轉剪力(rotary shear)、粉碎切刀(crush cutter)、或捏縮切刀(pinch cutter)，其包含之一旋轉模具431及砧432，如圖4所示。在一些實施方案中，帶切割機構430可包含一雷射切割機構。
在一些實施例中，帶401及/或條402可包括一襯墊403，在將條402置於PV電池基材411a之表面上之前即將該襯墊移除。舉例而言，襯墊403可係保護設置於帶401上之一壓敏黏著劑之一保護膜。圖4繪示可選的組件453、454，其等經組態以促進移除襯墊403。在一些實施例中，襯墊移除組件454包括一真空系統，該真空系統施加一真空以移除襯墊403。在一些實施例中，一襯墊移除組件454包含一廢料轉軸，該廢料轉軸在襯墊403自帶401移除時將該襯墊上捲。可選地，廢料轉軸可由一馬達驅動以促進拉緊帶401及/或條402。可選地或附加地，拉緊帶401及/或條402可使用一拉緊調節輥453來達成。
一或多個導件441將多個條402分隔開並將該多個條402導入預界定之間隔開的位置以將該等條置於該PV電池次總成411上。在一些組態中，系統400亦包括一或多個額外導件，例如將帶401導入輸入轉軸421與帶切割機構430之間之一帶401。
系統400經組態以使在將多個條402導向相對於PV電池次總成411之該等預界定之間隔開之位置的同時保持該等條附接至該帶。在一些實施例中，可在將該等條導至間隔開之位置之後、但在將其等置於PV電池次總成上之附接位置處之前，將其等切割成較短的片段。舉例而言，可先將匯流排切割以適配一個別PV電池，再將匯流排置於PV電池上之附接位置處。
系統包括一移動機構450，該移動機構經組態以推進帶401並移動條402穿過製造系統400。移動機構450包括一條定位機構452(例如一平台或其他定位機構)，該條定位機構經組態以將在其間隔開之位置中的條402移動至PV電池次總成411之表面411a上之附接位置。在一些實施例中，在將該等條置於PV電池次總成之附接位置處及/或附接至PV電池次總成之附接位置時，該等條保持附接至該帶。條定位器452可由一馬達/條帶系統驅動，該系統自動將條推進置於附接位置處。在條定位器452推進條時，條可係在其間隔開之位置中。移動機構亦可包括一或多個馬達，其(等)經耦合以旋轉輸入轉軸421及/或砧432之一或多者以使帶移動穿過系統400。
在將條置於PV電池次總成上之附接位置處之前或之後，可將條切割成較短的片段。圖4圖示條402定位於PV電池次總成411之表面411a上之一附接位置處之一切割部分402a。
如圖4所繪示，系統400可包括將條402附接至PV電池次總成之表面411a的一可選附接次系統461。舉例而言，在一些實施例中，附接次系統461可包含一焊接次系統，其中將條焊接至PV電池次總成之表面411a。舉例而言，條可係適合作為互聯條使用的導電金屬膜條。在一些實施例中，條定位器452可經組態以將導電互聯條放置並切割至基材表面411a上。在一些實施例中，附接次系統461可係在將互聯條定位於PV電池次總成411之表面411a上之附接位置處之後將互聯條焊接至PV電池次總成411之匯流排上的一焊接站。
在一些實施例中，條402可由一黏著劑(例如，由熱、輻射、及/或超音波能量固化之黏著劑)附接。黏著劑層可係一壓敏黏著劑。在此等實施例中，附接次系統461可經組態以將黏著劑暴露至熱、輻射、超音波能量、壓力、及/或其他狀況之一或多者，以將條402附接至次總成表面411a。熱敏及/或壓敏黏著劑之使用實用於將聚合膜(例如LRF)附接至基材表面411a、或使用一導電壓敏及/或溫敏黏著劑將導電條附接至太陽能次總成411之表面411a。在一些實施例中，系統可不包括一分開之附接次系統。舉例而言，在一些實施例中，該等條可包含具壓敏黏著劑層之LRF。LRF條可由條定位器452接著至表面411a上。
系統400可係一自動化製造系統之一部分，該系統包括一輸送帶481，其經組態以將PV電池次總成411移動穿過製造系統400之各種階段。舉例而言，輸送帶481可將PV電池次總成411自一先前製造階段移動至將條402切割、定位、及/或附接之階段。接續，輸送帶可將PV電池次總成移動至額外的製造階段。為促進自動化操作，系統400包括一控制系統491，其經組態以控制帶切割機構430、導件471及441、移動機構450、附接次系統461、輸送帶481、及/或自動化系統之其他組件之一或多者。在一些實施例中，控制系統自經配置以感測系統組件之操作的多個感測器(例如，帶位置/張力感測器、環境感測器(溫度及/或濕度感測器)、條位置及/或張力感測器等)接收輸入，並基於感測器輸入提供控制系統組件操作之輸出信號。根據一些實施例，在將條導至其間隔開之位置期間，各條402之張力可控制在條寬度之約10至約500g/mm內。在一些實施方案中，導件471、441使各條402能導至其間隔開的位置及/或能以約0.1mm至約0.2mm之精確度將條402置於附接位置處。根據一些實施例，控制系統491包括實施程式化指示以控制多個組件之操作的一處理器。控制系統可經組態以控制例如帶之移動、條之切割、條之拉緊、條之放置、及條之附接之一或多者。
圖5係根據一些實施例之一PV電池次總成製造系統500之一部分的透視圖。圖5描繪帶一水平纏繞卷軸之帶501，其具有係條502三倍之寬度，條502係施加至PV電池次總成511。在一些實施例中，可使用一非水平纏繞卷軸。一精確度導件571將帶501導至 一粉碎切割、剪力切割、或其他類型之切割機構。在一粉碎切割實施方案中，帶501於圍繞著y軸旋轉的旋轉模具531與旋轉砧532之間運行，以藉由模具531與砧532之間之粉碎切割將帶530切割成三條。在此經繪示實施方案中，帶切割機構531、532將帶切割成具寬度相等之三個條502。將了解，自帶產生之條的數量可多於或少於三，且將取決於具體應用。
三條502自圖5中指示為位置599處出現時已經分隔開。將條502以分開的精確度導件541a、541b、541c導至(箭頭550所指示之)間隔開的位置，再將條502置於PV電池次總成511之表面上的一附接位置處。圖5圖示包含多個PV電池511a之PV電池次總成511。在一些實施方案中，該等條係導電的(例如金屬條)，且PV電池511係由條502a作用為互聯條之區段電連接。在一些實施例中，條可包含定位於互聯條502a頂部上之一LRF膜。在一些實施例中，條可包含如先前關聯於圖3A及圖3B論述之PV電池511a之匯流排。
圖6係圖示在帶切割機構630將輸入帶601切割之後將三條602分隔之一特寫的照片。圖6亦提供將帶601導至切割機構630之精確度導件671之一視圖。
圖7係根據一些實施例說明製造PV電池次總成之一自動化方法之一流程圖。該方法包括將具有寬度w1之一帶切割710成具有寬度w2之多個條，其中w2<w1。舉例而言，在將帶置於PV電 池次總成上之前，可將帶切開成具有實質上相等寬度之數條(例如三條)，而不進一步修剪帶之邊緣。
將該等條實體上分隔開720並導730入相對於該PV電池次總成之一表面間隔開的位置，該PV電池次總成包含一或多個PV電池。在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時使該等條保持附接至該帶。帶之厚度可小於約300μm、小於約150μm、小於約100μm、或甚至小於約50μm。將條置於PV電池次總成之表面之附接位置處，並將條附接750至PV電池次總成。帶及條可係附接至PV電池次總成作為匯流排或互聯條之一金屬膜。在又其他實施例中，帶包含置於一互聯條層上、於一PV電池模組之PV電池之間、在PV電池模組之邊緣處、及/或在PV電池次總成之其他位置處之聚合光重導向層。
該系統及方法涉及將一帶線內切割成多個條、並在使該等條保持附接至該帶的同時將該等條導至間隔開之位置。在一些實施例中，在該等條位於其間隔開之位置處時，該等條可係以例如至少0.5mm、1mm、2mm、3mm、或多於3mm但小於約20mm或小於約10mm之一距離分開。在將條導至間隔開的位置後，可將其等定位於PV電池次總成之多個表面及/或結構之一或多者上之附接位置處。在多個實施例中，可將該等條置於PV電池次總成之封裝材料層、玻璃層、及一背板層之一或多者上。在一些實施例中，可將該等條置於並附接於一模組之PV電池之間、或於PV電池模組之邊緣處、或PV電池次總成之其他位置處。
可使用一壓敏或熱活性黏著劑將該等條附接至PV電池次總成。如先前所論述者，帶及/或條可包括在將條導至間隔開的位置前移除之一保護襯墊。若條係導電的(例如，金屬匯流排或互聯條)，可將條焊接至次總成或使用導電黏著劑附接至次總成。若條係LRF，可使用非導電壓敏黏著劑將將條附接至次總成。
已就PV電池太陽能次總成於本文中論述此線內切割及定位方式。不過將了解，亦可將此等方式應用於涉及將材料條施加至一基材之一表面之任何類型的次總成。
本文中所揭示之項目包括：
項目1.一種自動化光伏(PV)電池次總成製造方法，其包含：將一帶縱向切割成多個條；分隔該多個條；將該多個條導入相對於該PV電池次總成之一表面間隔開的位置，該PV電池次總成包含一或多個PV電池，在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時使該等條保持附接至該帶；及將該多個條定位於該PV電池次總成之該表面上的附接位置處。
項目2.如項目1之方法，其中在將該多個條定位於該等附接位置時該等條保持附接至該帶。
項目3.如項目2之方法，其進一步包含將該等條於該等附接位置處附接至該PV電池次總成之該表面。
項目4.如項目3之方法，其中在將該多個條附接至該PV電池次總成時該多個條保持附接至該帶。
項目5.如項目1至3中任一項之方法，其中該帶包含一聚合膜或一金屬帶。
項目6.如項目1至4中任一項之方法，其中該帶包含一黏著劑層。
項目7.如項目6之方法，其中該黏著劑層係一壓敏性黏著劑層。
項目8.如項目7之方法，其進一步包含將一襯墊自該帶或自該多個條移除。
項目9.如項目1至8中任一項之方法，其中該帶之該寬度係各條之一寬度的至少三倍。
項目10.如項目1至9中任一項之方法，其中各條之一寬度係小於3mm。
項目11.如項目1至10中任一項之方法，其中該帶之一厚度係介於約10μm與約300μm之間。
項目12.如項目1至11中任一項之方法，其進一步包含在該導向期間將各條之張力控制在該條之寬度之約10至約500g/mm內。
項目13.如項目1至12中任一項之方法，其中導向該多個條包含將各條以約0.1mm至約0.2mm之精確度導至其間隔開的位置。
項目14.如項目1至13中任一項之方法，其中切割該帶包含切割寬度相等的多個條。
項目15.如項目1至13中任一項之方法，其中切割該帶包含切割寬度不相等的多個條。
項目16.如項目1至15中任一項之方法，其中切割該帶包含切割該帶但不修剪該帶之邊緣。
項目17.如項目1至16中任一項之方法，其中定位該多個條包含定位匯流排、互聯條、及光重導向膜之至少一者。
項目18.如項目1至17中任一項之方法，其中該多個條具有實質上彼此平行之細長側面。
項目19.如項目1至17中任一項之方法，其中該多個條具有彼此不平行之部分的細長側面。
項目20.如項目1至19中任一項之方法，其中定位該多個條包含將該多個條定位於PV電池次總成之光伏非作用區域處。
項目21.如項目1至20中任一項之方法，其中定位該多個條包含將該多個條定位於一PV電池模組之PV電池之間。
項目22.如項目1至20中任一項之請求項方法，其中定位該多個條包含將該多個條定位於一PV電池模組之邊緣處。
項目23.一種自動化光伏電池次總成製造系統，其包含：一輸入轉軸，其經組態以固持一捲輸入帶；一帶切割機構，其經組態以將該帶縱向切割成多個條；及一或多個導件，其(等)經組態以將該多個條分隔並導入間隔開的位置以將該等條置於該光伏(PV)電池次總成上之附接位置 處，該系統經組態以使在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時保持該等條附接至該帶。
項目24.如項目23之系統，其進一步包含經組態以將該帶導至該輸入轉軸與該帶切割機構之間之一導件。
項目25.如項目23至24中任一項之系統，其中該輸入輥係一水平纏繞卷軸。
項目26.如項目23至24中任一項之系統，其中該輸入輥係一非水平纏繞卷軸。
項目27.如項目23至26中任一項之系統，其中該帶切割機構包含一旋轉模具。
項目28.如項目23至26中任一項之系統，其中該帶切割機構包含一雷射切割機構。
項目29.如項目23至29中任一項之系統，其中該帶切割機構經組態以切割寬度相等的多個條。
項目30.如項目23至29中任一項之系統，其中該帶切割機構經組態以切割寬度不相等的多個條。
項目31.如項目23至30中任一項之系統，其中該帶切割機構經組態以切割具有實質上彼此平行之細長側面的多個條。
項目32.如項目23至30中任一項之系統，其中該帶切割機構經組態以切割具有細長側面的條，其中該等細長側面之部分彼此不平行。
項目33.如項目23至32中任一項之系統，其進一步包含經組態以將該多個條定位於該等附接位置之一條定位機構。
項目34.如項目33之系統，其中在該多個條位於該PV電池次總成之附接位置處之後該多個條保持附接至該帶。
項目35.如項目34之方法，其中在將該多個條附接至該PV電池次總成之後該多個條保持附接至該帶。
項目36.如項目23至35中任一項之系統，其中該等附接位置係於該PV電池次總成之互聯條上方。
項目37.如項目23至35中任一項之系統，其中該等附接位置係於該PV電池次總成之非作用部分上方。
項目38.如項目23至37中任一項之系統，其進一步包含一附接系統，其經組態以施加熱、壓力、輻射、及超音波能量之一或多者至該多個條。
項目39.如項目23至38中任一項之系統，其進一步包含一拉緊機構，其將各條之張力控制在該條之寬度之約10至約500g/mm內。
項目40.如項目23至39中任一項之系統，其進一步包含一控制系統，其經組態以控制下列之一或多者：推進該帶、切割該多個條、拉緊該多個條、將該多個條導至該等間隔開位置、將該多個條定位於該等附接位置、及附接該多個條。
項目41.一種自動化光伏電池次總成製造系統，其包含：一輸入轉軸，其經組態以固持一捲輸入帶；一帶切割機構，其經組態以將該帶切割成多個條；及一或多個導件，其(等)經組態以將該多個條分隔並導入間隔開的位置以將該等條置於該光伏(PV)電池次總成上之附接位置 處，該系統經組態以使在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時保持該等條附接至該帶，其中以約0.1mm至約0.2mm之精確度將各條導至其間隔開的位置。
項目42.如項目41之系統，其中該帶之一厚度係介於約10μm至約300μm之間。
項目43.如項目41至42中任一項之系統，其中各條之一寬度係小於約3mm。
項目44.如項目41至43中任一項之系統，其進一步包含一拉緊機構，其經組態以將各條在被導向時之張力控制在該條之寬度之約10至約500g/mm內。
項目45.一種自動化製造方法，其包含：將一帶縱向切割成多個條；分隔該多個條；將該多個條導入相對於一基材之一表面間隔開的位置，在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時使該等條保持附接至該帶；及將該多個條定位於該基材之該表面上的附接位置處。
項目46.如項目45之方法，其中在將該多個條定位於該等附接位置時該等條保持附接至該帶。
項目47.如項目46之方法，其進一步包含將該等條於該等附接位置處附接至該基材之該表面。
項目48.如項目47之方法，其中在將該多個條附接至該基材之後該多個條保持附接至該帶。
項目49.如項目45至48中任一項之方法，其進一步包含將一襯墊自該帶或自該多個條移除。
項目50.如項目45至49中任一項之方法，其中該帶之一寬度係至少各條之一寬度的三倍。
項目51.如項目45至50中任一項之方法，其中各條之一寬度係小於3mm。
項目52.如項目45至51中任一項之方法，其中該帶之一厚度係介於約10μm與約300μm之間。
項目53.如項目45至52中任一項之方法，其進一步包含在該導向期間將各條之張力控制在該條之寬度之約10至約500g/mm內。
項目54.如項目45至52中任一者之方法，其中導向條包含將各條以約0.1mm至約0.2mm之精確度導至其間隔開的位置。
項目55.一種自動化製造系統，其包含：一輸入轉軸，其經組態以固持一捲輸入帶；一帶切割機構，其經組態以將該帶縱向切割成多個條；及一或多個導件，其(等)經組態以將該多個條分隔並導入間隔開的位置以將該等條置於基材之一表面上的附接位置處，該系統經組態以使在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時保持該等條附接至該帶。
項目56.如項目55之系統，其進一步包含經組態以將該多個條定位於該等附接位置之一條定位機構。
項目57.如項目56之系統，其中在該多個條位於該基材之附接位置處時該多個條保持附接至該帶。
項目58.如項目57之系統，其中在將該多個條附接至該基材之後該多個條保持附接至該帶。
項目59.如項目55至58中任一者之系統，其中該等導件經組態以將各條以約0.1mm至約0.2mm之精確度導至其間隔開的位置。
項目60.如項目55至59中任一項之系統，其進一步包含一拉緊機構，其將各條之張力控制在該條之寬度之約10至約500g/mm內。
項目61.如項目55至60中任一項之系統，其進一步包含一控制系統，其經組態以控制下列之一或多者：推進該帶、切割該多個條、拉緊該多個條、將該多個條導至該等間隔開位置、將該多個條定位於該等附接位置、及附接該多個條。
該等實施例之各種修改及變更對於所屬技術領域中具有通常知識者而言當為顯而易見，且應理解本揭露之此範疇不受限於本文中所提出的說明性實施例。舉例而言，除非另有指示，讀者應假設一項揭示之實施例的特徵亦可應用於全部其他揭示之實施例。
除非另有所指，本說明書及申請專利範圍中用以表達特徵之尺寸、數量、以及物理特性的所有數字，皆應理解為在所有情況下以用語「約(about)」修飾之。因此，除非另有相反指示，否則在前述說明書以及隨附申請專利範圍中所提出的數值參數係近似值，其可 依據所屬技術領域中具有通常知識者運用本文所揭示之教示所欲獲得的所欲特性而有所不同。使用端點來敘述之數字範圍包括所有歸於該範圍內的數字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5)以及該範圍內的任何範圍。
須了解，即使已在前文說明中提出各種實施例的眾多特性連同各種實施例的結構與功能細節，此詳細說明係僅用於解說，並可在細節處，尤其是在由各種實施例所解說之結構及零件配置的事項上，作變化，其變化範圍達表述附加之申請專利範圍所用之用語的廣泛通用意義所指示的全範圍。

Claims (15)

  1. 一種自動化光伏(PV)電池次總成製造方法，其包含：將一帶縱向切割成多個條；分隔該多個條；將該多個條導入相對於一PV電池次總成之一表面間隔開的位置，該PV電池次總成包含一或多個PV電池，在將該多個條導向該等間隔開之位置的同時使該等條保持附接至該帶；及將該多個條定位於該PV電池次總成之該表面上的附接位置處。
  2. 如請求項1之方法，其中該帶包含一聚合膜或一金屬帶。
  3. 如請求項1之方法，其中該帶包含一黏著劑層。
  4. 如請求項3之方法，其中該黏著劑層係一壓敏性黏著劑層。
  5. 如請求項4之方法，其進一步包含將一襯墊自該帶或自該多個條移除。
  6. 如請求項1之方法，其中該帶之一寬度係各條之一寬度的至少三倍。
  7. 如請求項1之方法，其中各條之一寬度係小於3mm。
  8. 如請求項1之方法，其中切割該帶包含切割寬度相等的多個條。
  9. 一種自動化光伏電池次總成製造系統，其包含：一輸入轉軸，其經組態以固持一捲輸入帶；一帶切割機構，其經組態以將該帶縱向切割成多個條；及一或多個導件，其(等)經組態以將該多個條分隔並導入間隔開的位置以將該等條置於一光伏(PV)電池次總成上之附接位置處，該系統經組態以使在將該多個條導向該等間隔開之位置的 同時保持該等條附接至該帶。
  10. 如請求項9之系統，其中該帶切割機構包含一旋轉模具。
  11. 如請求項9之系統，其中該帶切割機構經組態以切割寬度相等的多個條。
  12. 如請求項9之系統，其中該帶切割機構經組態以切割具有實質上彼此平行之細長側面的多個條。
  13. 如請求項9之系統，其進一步包含經組態以將該多個條定位於該等附接位置之一條定位機構。
  14. 如請求項9之系統，其中該等附接位置係於該PV電池次總成之互聯條上方。
  15. 如請求項9之系統，其進一步包含一附接系統，其經組態以施加熱、壓力、輻射、及超音波能量之一或多者至該多個條。
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