一种太阳能电池激光清边机以及清边方法与流程

1.本发明属于光伏太阳能加工技术领域，具体涉及一种太阳能电池激光清边机以及清边方法。


背景技术：

2.太阳能电池通常由太阳能电池基板和附着于太阳能电池玻璃基板上的薄膜层结构构成，例如钙钛矿太阳能电池，在太阳能电池基板上的薄膜层包括由下之上的透明导电层、钙钛矿层(或者其他材料的膜层)、导电层。在太阳能电池的生产工艺中，会沿着太阳能电池玻璃基板边缘进行清边，以防止太阳能电池在安装到金属时，薄膜层与金属边框发生短路或者水分进入使得导电性能降低，因此，对太阳能电池进行清边，是在太阳能电池制造过程中必不可少的工序。
3.然而，传统的太阳能电池清边工艺中，通常是采用一台大功率的红外激光器，完成清边过程，但这种工艺在太阳能电池的清边过程中，会对太阳能点至造成较大的边缘热影响，从而影响太阳能电池的导电性和整体性能。此外，还有一些新的加工工艺及设备，例如申请号为202010361352.5的发明专利申请文件中公开了膜去除方法、基板处理方法和基板处理装置；以及申请号为201080050150.3的专利文件中也公开了太阳能电池模块的制造方法及太阳能电池模块的制造装置。但是研究发现，现有的这些技术在对太阳能电池进行清边的过程中，依然不能对太阳能电池进行有效的清边。


技术实现要素：

4.技术问题：本发明提供一种能够对太阳能电池进行有效清边的激光清边机以及利用该清边机进行清边的方法，能够有效的降低清边过程中的边缘热影响。
5.技术方案：一方面，本发明提供一种激光清边机，包括：
6.机台；
7.多个直线驱动机构，多个所述直线驱动机构设置在机台上，围成一矩形的加工区域；每个所述直线驱动机构上设置有激光清洗头，所述激光清洗头包括机架、设置在所述机架上端的微动模组、设置在所述微动模组上的第一激光系统和设置在所述机架下部的第二激光系统；所述第一激光系统用于对太阳能电池进行划线，将太阳能电池发划分有效区域和无效区域，所述第二激光系统用于将无效区域清除；
8.工作平台，所述工作平台设置在机台上，并位于所述矩形的加工区域中，所述工作平台上设置有若干气孔，通过所述气孔能够进行吹气或吸气，使得太阳能电池能够气浮在工作平台上方或吸附在工作平台表面；
9.升降传输机构，设置在工作平台上，用于在太阳能电池清边过程中将太阳能电池进行升降及传输。
10.在进行清边时，升起升降传输机构，将太阳能电池向前传输到设定位置，然后升降传输机构下降，工作平台向外吹气，将太阳能电池气浮于工作平台上方，启动加紧定位部件
对太阳能电池进行加紧定位；然后加紧定位部件缩回，逐渐较小对外的气压，使太阳能电池落于工作平台表面，将太阳能电池吸附；然后启动第一激光系统，并在直线驱动机构的驱动下，对太阳能电池进行划线，将太阳能电池表面的膜层分割为有效区域和无效区域；然后启动第二激光系统，在直线驱动机构的驱动下，将无效区域的膜清除；清除完毕后，直线驱动机构归位，激光清洗头回到初始位置；然后升降传输机构上升，，将清边后的太阳能电池向前输送下料。利用该设备，通过两个激光系统配合完成清边操作，可以有效地降低激光对太阳能电池造成的边缘热影响，保证太阳能电池的性能。此外，自动化程度高，可以极大地提高生产效率。
11.进一步地，四个所述直线驱动机构均侧立设置，能够保证工作台面的高度公差和平行，消除设备制造时加工误差的影响，并且易于安装和调试。
12.进一步地，所述第一激光系统包括第一激光器、第一激光器和聚焦透镜，第一激光器发出的激光光束经第一激光器反射后照进聚焦透镜，经聚焦透镜聚焦后射出。
13.进一步地，所述第二激光系统包括第二激光器、第二反射镜、振镜和场镜，第二激光器发出的激光光束经第二反射镜反射后依次进入振镜和场镜后射出。
14.进一步地，所述机台上设置有若干个加紧定位部件，所述加紧定位部件位于所述直线驱动机构的外侧，用于对清边机上的太阳能电池进行加紧定位。
15.进一步地，所述聚焦透镜上设置有吸尘罩，所述吸尘罩上设置有激光过孔和抽尘口，从聚焦透镜出来的激光光束穿过所述激光过孔，可以在清边过程中同步进行吸尘，避免烟尘对太阳能电池造成影响。
16.进一步地，所述升降传输机构设置于所述工作平台下方，所述升降传输机构包括若干个滚轮传输单元，所述滚轮传输单元的滚轮能够穿过在工作平台上开设的滚轮过孔进行升降。
17.进一步地，所述升降传输机构包括支撑体、第一驱动部件、第二驱动部件以及所述的若干滚轮传输单元，若干所述滚轮传输单元设置在所述支撑体上，所述滚轮传输单元包括横梁和设置在所述横梁上的若干滚轮以及传动轮，所述传动轮与滚轮之间通过同步带进行传动；所述第一驱动部件用于驱动支撑体上下运动，第二驱动部件驱动滚轮转动。
18.进一步地，所述工作平台下面设置有接气部件，所述接气部件与所述气孔连接，通过接气部件与外界气压机连接。
19.进一步地，所述机台上设置有激光功率检测装置，用于对激光系统的功率进行检测。
20.进一步地，所述加紧定位部件为气缸或电缸，结构简单，易于控制。
21.另一方面，提供一种利用所述的太阳能电池清边机对太阳能电池进行清边的方法，包括：
22.将激光清洗头复位，将太阳能电池吸附在工作平台上；
23.启动第一激光系统发出第一激光照射在太阳能电池的薄膜层上，在四个直线驱动机构驱动下，对太阳能电池进行划线，将太阳能电池分割为有效区域和无效区域；
24.关闭第一激光系统，启动第二激光系统发出第二激光透过玻璃基板照射在薄膜层上，利用振镜改变激光光束聚焦位置，并在四个直线驱动机构驱动下，将无效区域中的薄膜清除。
25.通过上述方法，有效的降低清边过程中的对太阳能电池造成边缘热影响，并且清边效率高。
26.进一步地，所述第一激光的功率小于第二激光的功率。
27.进一步地，在太阳能电池上料时，升起升降传输机构，将太阳能电池置于升降传输机构上；降下升降传输机构，工作平台向外吹气，使太阳能电池气浮于工作平台上方；加紧定位部件伸出，推动太阳能电池到准确清边位置后，缩回加紧定位部件；逐渐减小工作平台的吹气气压，直至太阳能电池回落到工作平台上，工作平台将太阳能电池吸附。
28.进一步地，在太阳能电池进行划线，以及在对无效区域进行清除时，进行吸尘操作，通过吸尘罩，将烟尘吸走，从而避免烟尘对太阳能电池造成的影响。
29.本发明与现有技术相比，具有以下优点：在进行清边时，升起升降传输机构，在滚轮的作用下，将太阳能电池向前传输到设定位置，滚轮停止，然后升降传输机构下降，工作平台向外吹气，将太阳能电池气浮于工作平台上方，启动加紧定位部件对太阳能电池进行加紧定位；然后加紧定位部件缩回，逐渐较小对外的气压，使太阳能电池落于工作平台表面，将太阳能电池吸附；然后启动第一激光系统，并在直线驱动机构的驱动下，对太阳能电池进行划线，将太阳能电池表面的膜层分割为有效区域和无效区域；然后启动第二激光系统，在直线驱动机构的驱动下，将无效区域的膜清除；然后升降传输机构上升，并在滚轮作用下，将清边后的太阳能电池向前输送下料。利用该设备，通过两个激光系统配合完成清边操作，可以有效地降低激光对太阳能电池造成的边缘热影响，保证太阳能电池的性能，并且清边效率高，自动化程度高。
附图说明
30.图1为本发明的实施例中清边机的立体总装图；
31.图2为图1中a处的局部放大图；
32.图3为图1中b处的局部放大图；
33.图4为本发明的实施例中清边机的立体图；
34.图5为本发明的实施例中清边机的侧视图；
35.图6为图5中c处的局部放大图；
36.图7为本发明的实施例中清边机的俯视图；
37.图8为图7中d处的局部放大图；
38.图9为太阳能电池清边工艺的示意图；
39.图10为本发明的实施例中直线驱动机构的安装示意图；
40.图11为本发明的实施例中激光清洗头的立体图；
41.图12为本发明的实施例中激光清洗头另一视角的立体图；
42.图13为本发明的实施例中激光光路的示意图；
43.图14为本发明的实施例中吸尘罩的结构图；
44.图15为本发明的实施例中清边方法的流程图。
45.图中有：100、机台；200、加紧定位部件；300、直线驱动机构；400、激光清洗头； 410、机架；420、微动模组；430、第一激光系统；431、第一激光器；432、第一反射镜；433、聚焦透镜；440、第二激光系统；441、第二激光器；442、第二反射镜；443、振镜；444、场镜；450、吸
尘罩；451、激光过孔；452、抽尘口；500、工作平台；510、气孔；520、接气部件；530、滚轮过孔；600、升降传输机构；610、滚轮传输单元；611、滚轮；612、横梁；613、传动轮；614、同步带；620、支撑体；700，激光功率检测装置。
具体实施方式
46.下面结合实施例和说明书附图对本发明作进一步的说明。说明的是，术语“第一”、“第二”等仅是为了便于描述，不能理解为对数量等的限制。
47.结合图1
‑
8，该激光清边机包括：机台100、多个直线驱动机构300、工作平台500、升降传输机构600；在本发明的实施例种，共采用了四个直线驱动机构300，直线驱动机构300可以采用直线电机、直线模组等。优选的方案中，采用了四个直线电机，四个直线电机均设置在机台100上，围成一矩形的加工区域，因为太阳能电池是矩形的，需要对矩形的四个边同时进行清边，以提高生产效率。通常，太阳能电池时长方形的，存在两个相对的长边和两个相对的对边，因此四个直线电机中，有两个相对设置的长行程直线电机和两个相对设置的短行程直线电机，从而形成的矩形区域和太阳能电池的形状相似。直线电机可以采用现有的高精度的直线电机。在每个直线电机上均设置一个激光清洗头400，那么每个直线电机可以驱动一个激光清洗头沿着预设的运动轨迹运动，完成对太阳能电池一个边的清除。因此四个直线电机同时驱动各自的激光清洗头400进行工作，就可以对太阳能电池的四个边进行同时清除，有效地提高了生产效率。
48.在本发明的实施例中，激光清洗头400包括机架410、设置在机架410上端的微动模组420、设置在微动模组420上的第一激光系统430和设置在机架410下部的第二激光系统440。本发明的清边机主要是针对一种新的激光清边工艺而研制的，在进行清边时，首先利用第一激光系统430发出的激光对太阳能电池进行划线，在直线驱动机构的驱动下，将太阳能电池表面的薄膜层分割成有效区域(需要保留的区域)和无效区域(需要清除的区域)，如图9所示，然后利用第二激光系统440，在直线驱动机构300的驱动下，将无效区域的薄膜清除。
49.工作平台500设置在机台100上，并位于所述矩形的加工区域中，其作用是在对太阳能电池进行平台支撑。在本发明的实施例中，在工作平台500上开有若干气孔510，通过气孔510对外吹气或者吸气，从而能够将太阳能电池气浮于工作平台500的上方或者吸附于工作平台500表面。在工作平台500下面设置有接气部件520，接气部件520 与气孔510连通，通过接气部件520连接外部气压机等，使得气孔对外吹气或吸气，从而使得太阳能电池时气浮于工作平台上方，或是吸附与工作平台表面。
50.升降传输机构600设置在机台100上，用于将太阳能电池升起或者降下，并且能够使得太阳能电池向前传输。在具体的实施过程中，升降传输机构600可以采用机械手等，但利用机械手会使得整个设备的体积增大，成本增加，因此在本发明的一个优选的实施例中，采用了另一种结构形式，升降传输机构设置在工作平台500的下方，升降传输机构600包括若干个滚轮传输单元610，滚轮传输单元610的滚轮611能够通过开设在工作平台500上的滚轮过孔530穿过工作平台500，当需要将太阳能升起时，滚轮611穿过工作平台向上运动，从而支撑太阳能电池升起，当需要将太阳能电池落下时，则滚轮 611下降，使得太阳能电池下降；而需要将太阳能电池向前传输时，滚轮611转动，将太阳能电池向前传输。
51.具体的，在本发明的实施例中，升降传输机构600包括支撑体620、第一驱动部件、第二驱动部件以及上述的若干个滚轮传输单元610，滚轮传输单元610设置在支撑体620 上，滚轮传输单元610包括横梁612、设置在横梁612上的若干传动轮613以及若干个上述的滚轮611，滚轮611与传动轮613之间通过同步带614进行传动。第一驱动部件可以采用电缸、气缸或油缸，利用第一驱动部件推动支撑体620上下运动，从而使得滚轮传输单元610可以上下运动，进而带动太阳能电池进行升降。而第二驱动部件可以采用电机、液压马达等，驱动传动轮613转动，从而带动所有的滚轮611转动，以传输太阳能电池。
52.在本发明的优选实施例中，四个直线驱动机构均是侧立设置的，从而保证与工作平台230台面的高度公差和平行。以直线电机为例，在机器的制造过程中，因为在大幅面方通焊接加工中会存在焊接时方通形变，加工中应力释放形变等使得直线电机安装基准误差公差偏大(
±
0.03mm)，长行程直线电机(本发明的一个实施例中采用了2200mm 的)基板加工厚度公差偏大
±
0.02mm)，采用正面安装时误差会偏移设计要求≥
±ꢀ
0.05mm，长行程直线电机其直线度可达到0.008mm，采用侧挂安装可把加工误差对应的影响去除掉，并且安装和调试方便，可参照图10。
53.调节y1和y2可使得直线电机的行走直线度与工作台板z3平行，调节x1和x2 可使得直线电机运行时与工作台板的间隔一致。
54.在本发明的实施例中，结合图11和图12第一激光系统430包括第一激光器431、第一反射镜432和聚焦透镜433，第一激光器431发出的激光光束经第一反射镜432反射后照进聚焦透镜433，经聚焦透镜433聚焦后射出。在对太阳能电池进行清边时，利用第一激光系统430将太阳能电池便面的薄膜划分为有效区域和无效区域。通常，在对太阳能电池进行区域划分时，并不需要很大功率的激光，而且，为了降低对太阳能电池的边缘热影响，第一激光器的功率越小越好，但是太小了又影响效率，因此必须均衡效率和热影响的问题。因此在本发明的实施例中，第一激光器431采用的是功率范围在 10～30w的激光器，这样可以降低设备的成本。并且，第一反射镜432将第一激光器431 发出的激光反射90
°
后射进聚焦透镜433，由聚焦透镜433聚焦后射到太阳能电池的表面上，在直线驱动机构300的驱动下，完成区域的划分。
55.在本发明的实施例中，第二激光系统440包括第二激光器441、第二反射镜442、振镜443和场镜444，第二激光器441发出的激光光束经第二反射镜442反射后进入依次进入振镜443和场镜444后射出。第二激光系统440主要是将无效区域中的薄膜清除，并且无效区域已经和有效区域分离，在清除的过程中，不会再对有效区域产生较大的热影响，因此可以采用功率较大的激光器，因此，在本发明的实施中，选用了功率范围在 100～500w的激光器。在继续无效区域清除时，第二激光器441发出的激光光束镜第二反射镜442反射90
°
后，射进振镜443，振镜443可以将光束进行聚焦，通过场镜444 射出，并且利用振镜443进行摆动，进行飞行打标，在直线驱动机构的驱动下，完成无效区域的清除。第一激光系统和第二激光系统构成的光路结构如图13所示。
56.在机台100上设置有若干个加紧定位部件200，加紧定位部件200的数量，需要根据激光清边机应用的太阳能电池的尺寸来确定，当激光清边机适用于加工大尺寸的太阳能电池时，可以多设置几个加紧定位部件200，具体的，加紧定位部件200设置在直线驱动机构的外侧，即矩形的加工区域的外侧，并且，为了对太阳能电池进行加紧定位，可以相对设置。在
本发明的实施例中，加紧定位部件200可以采用气缸或者电缸，那么在对太阳能电池进行加紧定位时，仅通过气缸或电缸的缸杆伸出，即可以将太阳能电池定位到准确的加工位置，结构简单，便于控制。
57.进一步地，因为在激光清边过程中，很容易产生高温的烟尘，而烟尘如果落在太阳能电池上时，极有可能对电池表面造成损伤，因此需要及时的将烟尘吸走。在本发明的实施例中，在聚焦透镜433上设置有吸尘罩450，如图14所示，吸尘罩450上设置有激光过孔451和抽尘口452，其中，抽尘口452可连接吸尘装置，并且从聚焦透镜433 出来的激光光束穿过所述激光过孔451。这样，从聚焦透镜433出来的激光光束可以垂直与吸尘罩450发出，并且，吸尘罩450能够完全的覆盖住从聚焦透镜433出来的激光光束的工作区域，从而提高了吸尘效率。而从第二激光系统440与第一激光系统430是近似相对的，从而在第二激光系统440工作时，烟尘也能够随时通过吸尘罩450吸走，从而避免了烟尘对电池的影响。
58.进一步地，在本发明的实施例中，在机台100上设置有激光功率检测装置700，具体地，激光功率检测装置700设置在激光清洗头400的初始位置，在本发明中，激光清洗头400的初始位置为在两个直线驱动机构的交汇处，也就是矩形的工作区域的角点位置，因为，需要对四个激光清洗头400进行功率检测，因此至少需要设置两个激光功率检测装置，分别设置在矩形工作区域的两个角。在实际的工程中，仅需要检测第二激光系统发射出的激光的功率即可，因此，在进行太阳能电池的清边前，先将第二激光系统发出的激光打在激光功率检测装置上，检测激光的功率是否达到工艺需求。
59.利用本发明的实施例中所提出的清边机，首先在直线驱动机构的驱动下，利用激光清洗头400上的第一激光系统430对太阳能电池的薄膜层进行划线，将薄膜层分割成为无效区域和有效区域，然后在直线驱动机构的驱动下，通过第二激光系统，将无效区域中的薄膜清除干净，从而实现了太阳能电池的高效清边。并且，通过该清边机进行清边时，因为时通过两个过程完成清边的，可以有效地降低激光对太阳能电池造成的边缘热影响，保证太阳能电池的性能。此外，自动化程度高，可以极大地提高生产效率。
60.利用上述实施例中所提供的清边机，本发明的实施例中提供一种太阳能电池的激光清边方法，如图15，该清边方法包括：
61.s100：将激光清洗头400复位，将太阳能电池吸附在工作平台500上；
62.s200：启动第一激光系统430发出第一激光照射在太阳能电池的薄膜层上，在四个直线驱动机构300驱动下，对太阳能电池进行划线，将太阳能电池分割为有效区域和无效区域；
63.s300：关闭第一激光系统430，启动第二激光系统440发出第二激光光束透过玻璃基板照射在薄膜层上，利用振镜443改变激光光束聚焦位置，并在四个直线驱动机构300 驱动下，将无效区域中的薄膜清除。
64.通过上述方法，通过将太阳能电池表面的薄膜分割成为有效区域和无效区域，那么在第一激光照射是，仅仅是进行划线，而并不进行大范围的激光烧蚀，因此对有效区域造成的边缘热影响较小；并且在第二激光清除无效区域时，由于已经和有效区域分离，那么也就不会再对有效区域产生较大的边缘热影响，从而综合两次激光照射过程，完成清边，使得整个清边过程都未产生较大的热影响，从而保证了太阳能电池的整体性能，不会因为清边而造成较大影响。
65.进一步，所述第一激光的功率小于第二激光的功率，因为在对太阳能电池进行划线分割时，仅需要烧蚀很小的面积，因此仅需要小功率的激光即可保证加工效率，并且，利用小功率的激光能够有效地降低在清边过程中对太阳能电池造成边缘热影响，并且小功率的激光器能够降低设备的制造成本。而采用功率较大的第二激光，可以有效地提高清边效率，并且因为无效区域已经和有效区域分割开来，在对无效区域进行清除时，不会对有效区域造成较大的热影响。
66.此外，在本发明的实施例中，在太阳能电池上料时，升起升降传输机构600，将太阳能电池置于升降传输机构600上；降下升降传输机构600，工作平台500向外吹气，使太阳能电池气浮于工作平台500上方；加紧定位部件200伸出，推动太阳能电池到准确清边位置后，缩回加紧定位部件200；逐渐减小工作平台500的吹气气压，直至太阳能电池回落到工作平台500上，工作平台将太阳能电池吸附。主要作用时为了对太阳能电池进行位置调节，从而使得清边的精度更好，清边质量更好。
67.此外，为了减少激光烧蚀过程中产生的烟尘，在本发明的实施例中，在对太阳能电池进行清边时，同时进行吸尘，通过吸尘罩450将激光烧蚀产生的烟尘及时吸走，避免烟尘对太阳能电池表面造成损伤。
68.上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。