TWI513016B - 用以自基板之邊緣追蹤與移除塗層之系統及方法 - Google Patents

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Description

用以自基板之邊緣追蹤與移除塗層之系統及方法 主張優先權
本發明依據35U.S.C.§119(e)主張在2009年9月22日申請之美國暫時專利申請案第61/244,519號，其因此被加入作為參考。
發明領域
本發明係有關於光伏裝置及製造方法。
 背景
光伏裝置可包括沈積在一基板上之半導體材料，例如，具有一作為一窗層之第一層及一作為一吸收層之第二層。該半導體窗層可容許太陽輻射穿透至如一碲化鎘層等吸收層，這將太陽能轉換成電力。光伏裝置亦可包含一或多個透明導電氧化物層，該透明導電氧化物層亦經常是電荷之導體。
依據本發明之一實施例，一種用以自一基板移除塗層之方法包含：定位一基板之一邊緣；將一雷射光束沿一第一路徑以一入射角導引至靠近該基板之一邊緣之在該基板之一表面上之一第一位置，該入射角適合沿一第二路徑再導引該雷射光束，通過該基板，到達對應該基板之該定位邊緣之在該基板之一第二表面上的一第二位置，該第二表面包含一塗層；及剝蝕在該基板之第二表面上之第二位置處之塗層的至少一部份。
依據本發明之一實施例，一種用以自一基板移除塗層之系統包含：一第一資料介面，其可操作以接收及傳送有關一基板之一或多個邊緣的資料；一第二資料介面，其可操作以接收及傳送有關一基板之一或多個邊緣的資料；一感測器，其與該第一資料介面連通，該感測器可操作以偵測及追蹤一基板之邊緣且更可操作以透過該第一資料介面輸出一位置邊緣識別符，該位置邊緣識別符界定一基板之一邊緣之位置；一控制器，其與該感測器連通，該控制器組配來透過該第一資料介面由該感測器接收該位置邊緣識別符，且依據該接收之位置邊緣識別符輸出一調整信號；及一塗層移除裝置，其組配來從一基板之一邊緣移除塗層之一部份以形成一或多個未塗覆部份，該塗層移除裝置包含一雷射來源。
圖式簡單說明
第1圖是一用以追蹤一光伏模組之邊緣之系統的示意圖。
第2圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第3a圖是一光伏模組之示意圖。
第3b圖是一光伏模組之示意圖。
第4a圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第4b圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第5圖是一光伏模組之示意圖。
第6a圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第6b圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第7圖是一光伏模組之示意圖。
第8a圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第8b圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第9圖是一光伏模組之示意圖。
 詳細說明
一光伏裝置可包括一與一基板相鄰之透明導電氧化物層及多數半導體材料層。該等半導體材料層可包括一雙層，該雙層可包括一n型半導體窗層及一p型半導體吸收層，該n型窗層及該p型吸收層可被定位成互相接觸以產生一電場。多數光子可在與該n型窗層接觸時釋放多數電子-電洞對，將電子送至該n側且將電洞送至該p側。多數電子可經由一外電流路徑流回至該p側，所得到之電子流提供電流，該電流與由該電場產生之電壓結合，產生電力，結果是光子能量轉換成電力。
自光伏裝置之邊緣去除半導體材料及其他塗層之一部份經常是必要的，例如，工業要求規定光伏模組環繞其周邊維持一最小非導電寬度，因此控制該非導電區域之寬度以使該光伏裝置之輸出最大化是有利的。例如精準夾具及XY定位檯等控制邊緣寬度之習知方法通常是昂貴的且需要相當多之停機時間來維持所需之精準定位公差，另一種方法是使用一邊緣追蹤設備來定位一光伏裝置之邊緣，一塗層移除裝置之位置則可依據該未塗覆邊緣要求來調整。在自該邊緣去除塗層之一部份後，該塗層移除裝置可調整且再致動直到達成該未塗覆邊緣要求為止。類似地，該光伏裝置可被調整以容許在該邊緣之一相鄰區域上去除塗層，以達成該相鄰區域之相同未塗覆邊緣。
一種用以自一基板移除塗層之方法可包括：定位一基板之一邊緣；將一雷射光束沿一第一路徑以一入射角導引至靠近該基板之一邊緣之在該基板之一表面上之一第一位置，該入射角適合沿一第二路徑再導引該雷射光束，通過該基板，到達對應該基板之該定位邊緣之在該基板之一第二表面上的一第二位置，其中該第二表面可包括一塗層；及剝蝕在該基板之第二表面上之第二位置處之塗層的至少一部份。
該方法可包括各種任選之特徵。例如，該方法可包括沿靠近該基板之該定位邊緣之一區域掃瞄該雷射光束，該掃瞄可包括調整一基板至一或多個新位置，該掃瞄可包括調整一雷射來源至一或多個新位置，該掃瞄可包括形成與一第一未塗覆部份相鄰之一或多個相鄰未塗覆部份。該剝蝕可包括形成一第一未塗覆部份，該第一未塗覆部份可實質等於一最小未塗覆邊緣寬度。該剝蝕可包括形成一或多個相鄰未塗覆部份，其中該一或多個相鄰未塗覆部份與該第一未塗覆部份之組合可實質等於一最小未塗覆邊緣寬度。該方法可包括調整一基板至一或多個新位置，該調整可包括於一水平面、一垂直面，或兩者中再定位該基板。該方法可包括調整一雷射來源至一或多個新位置，該調整可包括於一水平面、一垂直面、或兩者中再定位該雷射來源。
一種用以自一基板移除塗層之系統可包括：一第一資料介面，其可操作以接收及傳送有關一基板之一或多個邊緣的資料；一第二資料介面，其可操作以接收及傳送有關一基板之一或多個邊緣的資料；一感測器，其與該第一資料介面連通，其中該感測器可操作以偵測及追蹤一基板之邊緣且更可操作以透過該第一資料介面輸出一位置邊緣識別符，且其中該位置邊緣識別符可界定一基板之一邊緣之位置；一控制器，其與該感測器連通，其中該控制器可組配來透過該第一資料介面由該感測器接收該位置邊緣識別符，且依據該接收之位置邊緣識別符輸出一調整信號；及一塗層移除裝置，其組配來從一基板之一邊緣移除塗層之一部份以形成一或多個未塗覆部份，其中該塗層移除裝置包含一雷射來源。
該系統可包括各種任選之特徵。例如，該控制器可更組配來接收一邊緣寬度識別符，且依據該邊緣寬度識別符輸出一調整信號，其中該邊緣寬度識別符界定一基板之一 最小邊緣寬度。該系統可包括一致動器，其中該致動器可組配來透過該第二資料介面由該控制器接收該調整信號。該致動器可組配來依據該接收之調整信號調整一基板至一或多個新位置。該致動器可組配來於一水平面、一垂直面、或兩者中再定位該基板。該致動器可組配來依據該接收之調整信號調整一安裝板至一或多個新位置。該致動器可組配來於一水平面、一垂直面、或兩者中再定位該安裝板。該安裝板可包括一間隙，使得該安裝板之兩部份設置成部份地互相分開且平行。該間隙可組配來收納一基板。該塗層移除裝置可沿該間隙之一邊緣安裝。該塗層移除裝置可被定位在該安裝板上。該控制器可被定位在該安裝板上。該感測器可被定位在該安裝板上。該感測器可包括一超音波、紅外線、非接觸、霍爾效應、鄰近、或光電二極體感測器。
一雷射切割裝置可包括一提供一脈衝雷射光束之雷射來源，該脈衝雷射光束具有在一近紅外基本頻率之一波長且具有在大約50至大約100千赫之範圍中的一脈衝頻率及在大約8至大約70奈秒之範圍中的一脈衝時間。該雷射來源可以是一二極體激升、Q開關、銣摻雜、釩化釔雷射來源，其提供具有在其大約1064奈米之近紅外基本頻率之一波長的一脈衝雷射光束，且以大約50至大約100千赫之範圍中之一脈衝頻率以在大約8至大約70奈秒之範圍中的脈衝時間操作。該脈衝雷射光束可以藉一或多個鏡子反射至導引該雷射光束以實施該切割之一XYZ電流計控制鏡系統，更詳而言之，該XYZ電流計控制鏡系統可包括使一透鏡水平地移動以控制該光束在Z方向之焦距的一電流計控制聚焦器及在XY方向導引該光束之一電流計控制雙鏡總成，以便藉此共同地提供XYZ控制。
該切割可藉導引一雷射光束通過一基板之未塗覆表面至其塗覆表面，且通達用於該切割之不同區域來實施，且被切割之多數層係藉用於各切割之雷射之功率值控制。藉自該基板之未塗覆表面切割之雷射切割，沒有由提供該等切割之該等剝蝕所形成之氣體捲流，使得該等捲流不會防止下一次雷射脈衝通過該等塗層，以提供各下一次剝蝕。
該雷射切割裝置可包括多數氣體壓力及真空定位器，該等氣體壓力及真空定位器保持該基板在其未塗覆表面處呈平面且將該基板相對於該輸送方向橫向地定位，因此使該聚焦脈衝雷射光束之焦點在Z方向上且在被切割之層或多數層處。這些定位器以多數垂直延伸組設置在該雷射光束通過該玻璃片基板以提供該雷射切割之位置的上游與下游。在該切割位置之上游可有五個該等定位器且在該切割位置之下游可有五個該等定位器，各定位器可具有一中央位置，一真空由一真空源透過一連接導管施加至該中央位置。各定位器之一環狀多孔構件可延伸環繞該位置且接受由一氣體源通過一連接導管之加壓氣體，該等定位器可將該未塗覆玻璃片表面定位在大約4至大約6微米內，以便為在被切割之層或多數層處之雷射光束聚焦及剝蝕提供一準確位置。
設置在該切割位置上游之多數雷射偵測器可提供多數雷射偵測光束，該等雷射偵測光束由該未塗覆表面反射回來以偵測該基板之準確位置，且透過與該電流計鏡系統之聚焦器的連接，依據在該切割雷射光束之整個移動及切割範圍所偵測之位置聚焦該脈衝切割雷射光束。這偵測可調節例如當製造一玻璃基板時形成之輥波等基板之任何非平面性。
該雷射切割站輸送帶可在各雷射切割之間提供一輸送分度，在各雷射切割期間，該塗覆基板被固定地保持使得該雷射光束在已經先被水平地調整以在先前形成之相鄰切割之間提供適當間距之後，垂直地移動以實施該切割。該塗覆基板亦可沿輸送方向連續地被輸送，且該等雷射切割之路徑則是沿著該輸送方向且相對於一真正垂直方向成角度的，並且在完成各切割後，有該電流計控制鏡系統之一重設動作，使得該完成之通道具有一大致蝴蝶結構形。
在輸送至該第一切割站之前，該塗覆基板之兩上方角落被雷射標記上各個基準點，該等基準點被一對攝影機偵測以便為該板之準確位置及在該等基準點之間的間距提供一信號，使得該切割可以被準確地定位。這容許依熱膨脹或收縮之需要來調整及在不同基板上調整在基準點之間之不同間距。此外，各基板可設有一被一條碼讀取器感測之條碼，以便提供被切割之各特殊基板之辨識。另外，該裝置包括一接受來由該被切割之基板之塗覆側之排氣的排氣罩。為了確使該切割以適當功率值實施，該電流計控制鏡可週期性地反射該雷射光束至一功率計，該功率計所感測之功率可接著被用來提供來自該脈衝雷射來源之功率值之任何必要調整。為了提供通過不同層之第一、第二、及第三組切割，該等層之平均功率值分別是大約20瓦、大約8至9瓦、及大約4至5瓦。
請參閱第1圖，舉例而言，一用以自一基板150(例如，一光伏模組之一基板)移除塗層之系統可包括一邊緣追蹤系統100。邊緣追蹤系統100可包括一感測器110及一微處理器120，感測器110及微處理器120可透過資料介面170互相連通，該資料介面170可操作以接收及傳送與基板150之一邊緣位置有關之資料。感測器110可操作以偵測及追蹤基板150之邊緣160且可透過資料介面170將一位置邊緣識別符傳送至微處理器120，感測器110可包括任何適當之位置感測器，包括，例如，一超音波、紅外線、非接觸、霍爾效應、鄰近、或光電二極體感測器。邊緣160可包括基板150之一頂緣、基板150之一側、及/或基板150之一底緣。邊緣160可部份地、實質地、或完全地被塗覆。資料介面170可操作以透過包括無線或有線通訊等任何適當裝置接收及傳送資料，在一實施例中，微處理器120可組配來透過資料介面170由感測器110接收一位置邊緣識別符。微處理器120可組配來依據該位置邊緣識別符及一儲存之寬度識別符計算一調整識別符，其中該寬度識別符界定基板150之一邊緣160之最小未塗覆寬度。該寬度識別符可代表一指定工業標準，或任何其他要求。微處理器120可透過資料介面180輸出該調整識別符，資料介面180可使用包括無線或硬線通訊之任何形式的通訊傳送該調整識別符。
請參閱第2圖，邊緣追蹤系統100可相鄰安裝板200安裝。安裝板200可包括一間隙220，使得安裝板200之兩部份設置成部份地互相分開且平行，間隙220可組配來收納基板150。請參閱第1與2圖，安裝板200可相鄰致動器230安裝，該致動器230可組配來透過資料介面180由微處理器120接收一調整識別符。致動器230亦可組配來依據接收之調整識別符於任何所需方向調整安裝板200之位置，例如，致動器230可組配來在一水平面、一垂直面、或其任何組合中調整安裝板200。請參閱第2圖，塗層移除裝置210可安裝在安裝板200上之任一處，例如，塗層移除裝置210可沿間隙220之一邊緣安裝。請參閱第2、3a與3b圖，塗層移除裝置210可組配來從基板150之邊緣160移除塗層310之一部份以形成第一未塗覆部份300。塗層移除裝置210可包括用以由一光伏裝置移除塗層之任何適當裝置，例如，塗層移除裝置210可包含一雷射來源。第4a、4b、8a與8b圖，非限制性地顯示使用包含一雷射來源400之一塗層移除裝置210。藉將一雷射光束410導引至基板150之玻璃基板側820側，當雷射光束410通過基板150之塗覆相對側時可由邊緣160移除塗層310之一部份，如第8b圖所示。塗層移除裝置210可組配來掃瞄基板150以移除塗層310之另外的部份。
請再參閱第3a與3b圖，塗層310可包括用以製造光伏模組之任何適當塗層材料，且可由多數層構成。例如，塗層310可包括一鎘或一矽，塗層310可包括一非晶質矽，塗層310可包括一化合物半導體材料。例如，塗層310可包括一鍗化鎘層及/或一硫化鎘層。塗層移除裝置210可組配來從基板150移除某些或所有塗層310。
雷射光束410通過基板150之路徑是可預測的。請參閱第8a、8b與9圖，舉例而言，雷射光束410在雷射進入點800處以一相對垂直線940之入射角920進入實質平坦未塗覆側310。玻璃層830之折射率910與基板150外側之外折射率900不同，一旦雷射光束410通過玻璃層830後，改變雷射光束410之速度、角度及路徑。雷射光束410相對垂直線940以折射角930延伸穿過玻璃層830到達雷射離開點810。該折射角930與該入射角920之關係如下：n1 *sinθ1 =n2 *sinθ2 ，其中n1 定義該外折射率900，n2 定義該玻璃層折射率910，θ1 定義該入射角920，且θ2 定義該折射角930。因此，該等折射率可被用來追蹤及預測雷射光束410之雷射離開點810，容許相對於該雷射之位置及角度關鍵性地放置該光伏模組。有關於雷射光束410之預測路徑的計算可在塗層移除裝置210以外或在塗層移除裝置210內計算。
請參閱第2、4a與4b圖，致動器230可更組配來將安裝板200由一第一位置420調整至一新位置430。致動器230可將安裝板200調整至多數新位置430，各新位置430容許塗層移除裝置210在一塗層之新區域上操作以形成與該第一未塗覆部份300相鄰之一或多個相鄰未塗覆部份500。請參閱第6a與6b圖，基板150亦可被調整(藉一致動器、一機械手 臂、或任何其他適當裝置)，使得一新塗覆部份600被定位在塗層移除裝置210前方。在一實施例中，新塗覆部份600可設置成與一未塗覆部份橫向地相鄰。該未塗覆部份可以是第一未塗覆部份300之任一者、一或多個相鄰未塗覆部份500之任一者、或其任何組合。基板150之調整平面可與安裝板200之調整平面不同，例如，安裝板200可在一水平面中調整，容許塗層移除裝置210沿一指定最小未塗覆邊緣寬度移動。基板150可通過間隙220，以容許塗層移除裝置210在基板150之邊緣160上之一行相鄰寬度上有效地操作。請參閱第7圖，舉例而言，如果安裝板200與基板150以在此說明之方式調整及再調整，可得到與所需未塗覆邊緣寬度一致之未塗覆邊緣之一連續部份700。
使用在此所述之方法製造之光伏裝置/模組可加入一或多個光伏陣列，該等陣列可以加入用以產生電力之各種系統。例如，一光伏模組可以一束光照亮以產生一光電流，該光電流可以被收集且由直流電(DC)轉換成交流電(AC)並且分配至一電力網。任何適當波長之光可被導引至該模組以產生包括，例如大於400nm或小於700nm(例如，紫外光)之光電流。由一光伏模組產生之光電流可與由其他光伏模組產生光電流合併，例如，該等光伏模組可以是一光伏陣列之一部份，合計之電流可由該光伏陣列之一部份被利用及分配。
上述實施例係藉圖與例子提供，在此應了解的是以上提供之例子可在某些方面改變且仍在申請專利範圍之範疇內。在此應明白的是雖然本發明已參照上述較佳實施例說明過了，其他實施例是在申請專利範圍之範疇內。
100．．．邊緣追蹤系統
110．．．感測器
120．．．微處理器
150．．．基板
160．．．邊緣
170,180．．．資料介面
200．．．安裝板
210．．．塗層移除裝置
220．．．間隙
230．．．致動器
300．．．第一未塗覆部份
310．．．塗層；實質平坦未塗覆側
400．．．雷射來源
410．．．雷射光束
420．．．第一位置
430．．．新位置
500．．．相鄰未塗覆部份
600．．．新塗覆部份
700．．．連續部份
800．．．雷射進入點
810．．．雷射離開點
820．．．玻璃基板側
830．．．玻璃層
900．．．外折射率
910．．．折射率
920．．．入射角
930．．．折射角
940．．．垂直線
第1圖是一用以追蹤一光伏模組之邊緣之系統的示意圖。
第2圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第3a圖是一光伏模組之示意圖。
第3b圖是一光伏模組之示意圖。
第4a圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第4b圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第5圖是一光伏模組之示意圖。
第6a圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第6b圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第7圖是一光伏模組之示意圖。
第8a圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第8b圖是一用以自一光伏模組移除材料之系統的示意圖。
第9圖是一光伏模組之示意圖。
100．．．邊緣追蹤系統
110．．．感測器
120．．．微處理器
150．．．基板
160．．．邊緣
170,180．．．資料介面

Claims (27)

  1. 一種用以自基板移除塗層之方法，該方法包含：定位一基板之一邊緣；將一雷射光束沿一第一路徑以一入射角導引至靠近該基板之定位邊緣之在該基板之一表面上之一第一位置，該入射角適合沿一第二路徑再導引該雷射光束，通過該基板，到達對應該基板之該定位邊緣之在該基板之一第二表面上的一第二位置，該第二表面包含一塗層，該基板之折射率係與該基板外側之外折射率不同，以使沿該第一路徑導引之該雷射光束沿著該第二路徑再導引；及剝蝕在該基板之該第二表面上之該第二位置處之塗層的至少一部份，以形成一第一未塗覆區段。
  2. 如請求項1之方法，更包含沿靠近該基板之該定位邊緣之一區域掃瞄該雷射光束。
  3. 如請求項2之方法，其中掃瞄步驟包含調整一基板至一或多個新位置。
  4. 如請求項2之方法，其中掃瞄步驟包含調整一雷射來源至一或多個新位置。
  5. 如請求項2之方法，其中掃瞄步驟包含形成與該第一未塗覆區段相鄰之一或多個鄰接的未塗覆區段。
  6. 如請求項1之方法，其中該第一未塗覆區段實質等於一指定最小未塗覆邊緣寬度。
  7. 如請求項1之方法，其中剝蝕步驟更包含形成一或多個 鄰接的未塗覆區段，其中一或多個相鄰未塗覆區段與該第一未塗覆區段之組合實質等於一指定最小未塗覆邊緣寬度。
  8. 如請求項1之方法，更包含調整一基板至一或多個新位置。
  9. 如請求項8之方法，其中調整步驟包含於一水平面、一垂直面、或兩者中再定位該基板。
  10. 如請求項1之方法，更包含調整一雷射來源至一或多個新位置。
  11. 如請求項10之方法，其中調整步驟包含於一水平面、一垂直面、或兩者中再定位該雷射來源。
  12. 一種用以自基板移除塗層之系統，該系統包含：一第一資料介面，其係可操作以接收及傳送有關一基板之一或多個邊緣的資料；一第二資料介面，其係可操作以接收及傳送有關一基板之一或多個邊緣的資料；一感測器，其係與該第一資料介面連通，該感測器係可操作以偵測及追蹤一基板之邊緣，且更可操作以透過該第一資料介面輸出一位置邊緣識別符，該位置邊緣識別符界定一基板之一邊緣之位置；一控制器，其係與該感測器連通，該控制器係組配來透過該第一資料介面由該感測器接收該位置邊緣識別符，且依據所接收之該位置邊緣識別符輸出一調整信號；及 一塗層移除裝置，其係組配來使用如請求項1之方法從一基板之一邊緣移除塗層之一部份以形成一或多個未塗覆區段，該塗層移除裝置包含一雷射來源。
  13. 如請求項12之系統，其中該控制器係更組配來接收一邊緣寬度識別符，且依據該邊緣寬度識別符輸出一調整信號，該邊緣寬度識別符界定供一基板用之一指定最小未塗覆邊緣寬度。
  14. 如請求項12之系統，更包含一致動器，其中該致動器係組配來透過該第二資料介面從該控制器接收該調整信號。
  15. 如請求項14之系統，其中該致動器係組配來依據所接收之該調整信號調整一基板至一或多個新位置。
  16. 如請求項15之系統，其中該致動器係組配來於一水平面、一垂直面、或兩者中再定位該基板。
  17. 如請求項14之系統，其中該致動器係組配來依據所接收之該調整信號調整一安裝板至一或多個新位置。
  18. 如請求項17之系統，其中該致動器係組配來於一水平面、一垂直面、或兩者中調整該安裝板。
  19. 如請求項17之系統，其中該安裝板包含一間隙，使得該安裝板之兩部份設置成部份地互相分開且平行。
  20. 如請求項19之系統，其中該間隙係組配來收納一基板。
  21. 如請求項19之系統，其中該塗層移除裝置係沿該間隙之一邊緣安裝。
  22. 如請求項17之系統，其中該塗層移除裝置係定位在該安 裝板上。
  23. 如請求項17之系統，其中該控制器係定位在該安裝板上。
  24. 如請求項17之系統，其中該感測器係定位在該安裝板上。
  25. 如請求項12之系統，其中該感測器包含一超音波、紅外線、霍爾效應、或光電二極體感測器。
  26. 如請求項12之系統，其中該感測器包含一非接觸感測器。
  27. 如請求項12之系統，其中該感測器包含一鄰近感測器。
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