一种电池片切割装置及切割方法与流程

1.本发明涉及太阳能电池制造技术领域，更具体地，涉及一种电池片切割装置及切割方法。


背景技术：

2.众所周知，太阳能电池单片不能作为直接的供电电源使用，需要将多片太阳能电池片拼接起来进行封装形成组件，这种组件称之为太阳能电池板。其中，太阳能电池板是太阳能发电系统中的重要组成部分。
3.现有技术中，太阳能电池片主要采用划裂技术进行切割，也即通过激光将单晶或者多晶电池片切割成两半或者多份。然而，采用划裂技术对电池片进行切割的工艺首先需要在电池片的表面烧蚀出槽深为50～60um的切割槽，然后使用机械掰片工艺使电池片分离，显然此工艺路线容易造成电池片热影响区扩大、隐裂碎片、断面质量差及强度较低等问题，从而影响太阳能发电系统的效率及质量；同时由于切割深度较深会产生大量粉尘，严重影响操作人员身体健康。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于解决现有电池片切割方法存在电池片碎片率较高、热损伤区域较大，切割形成的电池片强度较低且断面质量差，导致影响太阳能发电系统的效率及质量的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电池片切割装置，采用了如下所述的技术方案：
6.该电池片切割装置包括安装座、运输装置、第一激光发射组件、第二激光发射组件、第一移动装置、治具和冷却组件；
7.所述安装座竖向设置，且位于所述运输装置的顶端；所述第一激光发射组件、第二激光发射组件和第一移动装置均安装于所述安装座上，且所述第一激光发射组件和第二激光发射组件并排设置并均位于所述第一移动装置的顶部；所述治具能够通过所述运输装置的带动在所述第一激光发射组件和第二激光发射组件的激光辐射区域内移动，所述治具用于装载电池片；
8.所述第一激光发射组件和第二激光发射组件均设置于所述治具的上方，且所述第一激光发射组件发出的第一激光和第二激光发射组件发出的第二激光能先后射向安装于所述治具上的电池片；所述第一激光用于沿电池片的切割道对电池片开设出切割槽，所述第二激光用于对开槽后的电池片沿对应的所述切割槽辐射加热以使电池片沿所述切割槽进行裂片；
9.所述第一移动装置位于所述治具的上方；
10.所述冷却组件沿第一方向滑动设置于所述第一移动装置上；所述冷却组件包括至少一个喷嘴，所述喷嘴的喷口朝向所述治具，所述喷嘴从喷口喷出的冷源能够跟随所述第
二激光对电池片的所述切割槽的加热部位进行随行冷却并加速电池片的自动裂片，其中，所述第一方向为所述第一激光发射组件和第二激光发射组件并排的方向。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一激光发射组件包括脉冲激光器和第一振镜扫描系统，所述脉冲激光器发出的第一激光经过所述第一振镜扫描系统后能射向安装于所述治具上的电池片；
12.所述第二激光发射组件包括连续激光器和第二振镜扫描系统，所述连续激光器发出的第二激光经过所述第二振镜扫描系统后能射向安装于所述治具上的电池片。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述治具在第一方向滑动设置于所述运输装置上，所述运输装置能沿第一方向直线移动。
14.作为上述技术方案的进一步改进，所述运输装置包括第二移动装置和第三移动装置；
15.所述治具沿第一方向滑动设置于所述第二移动装置上，所述第二移动装置沿第二方向滑动设置于所述第三移动装置上以使所述治具靠近或者远离所述安装座，所述第一方向与所述第二方向在水平面上不相平行。
16.作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却组件还包括安装板以及设置于所述安装板上的冷源发生装置；所述安装板沿所述第一方向滑动设置于所述第一移动装置上，所述冷源发生装置与所述喷嘴连接。
17.作为上述技术方案的进一步改进，所述冷源发生装置包括本体、至少一个进气管和至少一个进水管；所述本体与所述安装板靠近所述第二激光发射组件的一侧连接，所述本体内形成有空腔；所述进气管、所述进水管与所述喷嘴均设置于所述本体的外壁上且均与所述空腔连通。
18.为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供一种电池片切割方法，采用了如下所述的技术方案：
19.该电池片切割方法包括如上所述的电池片切割装置，所述方法包括如下步骤：
20.送料步骤：将电池片安装于治具上，所述运输装置带动所述治具上的电池片到达所述第一激光发射组件下方的开槽工位；
21.开槽步骤：所述第一激光发射组件发出的第一激光聚焦于电池片的切割道进行开槽以形成切割槽；所述第一激光为脉冲激光；
22.裂片步骤：所述运输装置带动开槽后的电池片到达所述第二激光发射组件下方的裂片工位；所述第二激光发射组件发出的第二激光对开槽后的电池片沿对应的切割槽进行辐射加热以使电池片沿切割槽进行裂片；所述第二激光为连续激光；
23.所述第一移动装置控制所述冷却组件在第一方向上移动，使所述喷嘴喷出的冷源跟随所述第二激光对电池片的切割槽的加热部位进行随行冷却。
24.作为上述技术方案的进一步改进，所述第一激光对电池片的切割道进行开槽形成的切割槽的槽深范围为5～30um。
25.作为上述技术方案的进一步改进，在所述第一激光发射组件发出的第一激光聚焦于电池片的切割道进行开槽的步骤中，所述第一激光的移动速度的范围为1000～1800mm/s；
26.在所述第二激光发射组件发出的第二激光对开槽后的电池片沿对应的切割槽进
行辐射加热以使电池片进行裂片的步骤中，所述第二激光的移动速度的范围为400～600mm/s。
27.作为上述技术方案的进一步改进，在所述喷嘴喷出的冷源跟随所述第二激光对电池片的切割槽的加热部位进行随行冷却的步骤中，所述喷嘴喷出的冷源为水雾，所述喷嘴喷出水雾的气流压力的范围为0.3～0.6mpa，水流量的范围为2～5ml/min。
28.与现有技术相比，本发明实施例提供的电池片切割装置及切割方法主要有以下有益效果：
29.该电池片切割装置通过第一激光发射组件发出的第一激光对电池片的切割道进行开槽形成切割槽、第二激光发射组件发出的第二激光对电池片开槽后的电池片沿切割槽辐射加热以使电池片沿切割槽进行裂片，冷却组件的喷嘴喷出冷源跟随第二激光对电池片的切割槽的加热部位进行随行冷却并加速电池片的自动裂片；第二激光和喷嘴喷出的冷源配合产生温度差形成热应力，使电池片沿切割槽快速断开以使电池片自动裂成两半。该电池片切割装置及切割方法通过第一激光、第二激光与冷源配合对电池片进行切割使电池片沿切割道直接断裂，无需使用机械掰片工艺，能够有效降低切割过程中电池片的碎片率，降低电池片在切割时导致的热损伤区域，提高电池片的整体强度及提高电池片的断面质量和直线度，实现电池片的低损切割。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明一个实施例中的电池片切割装置的结构示意图；
32.图2为图1中电池片切割装置的另一方向的结构示意图；
33.图3为图1中电池片切割装置的冷源发生装置的结构示意图；
34.图4为本发明一个实施例中的电池片切割方式的示意图；
35.图5为本发明另一个实施例中的电池片切割方式的示意图。
36.附图标记：
37.100、电池片切割装置；
38.1、安装座；2、治具；3、运输装置；31、第二移动装置；32、第三移动装置；4、第一激光发射组件；41、第一振镜扫描系统；5、第二激光发射组件；51、第二振镜扫描系统；6、第一移动装置；7、冷却组件；71、安装板；72、冷源发生装置；721、本体；722、进气管；723、进水管；725、空腔；73、喷嘴；8、电池片；81、切割道。
具体实施方式
39.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语和属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
40.本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
41.本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
42.此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是和其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以和其他实施例相结合。
43.需要说明的是，本发明实施例中所述的电池片8可以为太阳能电池片，当然，也可以为其他合适类型电池的电池片。另外，本发明实施例中的电池片切割装置100可以用于太阳能电池自动生产系统或者生产线中，还可以用于其他的电池生产系统或者生产线中。
44.本发明实施例提供一种电池片切割装置100，请参考图1和图4，包括安装座1、治具2、运输装置3、第一激光发射组件4、第二激光发射组件5、第一移动装置6和冷却组件7；安装座1竖向设置，且位于运输装置3的顶端；第一激光发射组件4、第二激光发射组件5和第一移动装置6均安装于安装座1上，且第一激光发射组件4和第二激光发射组件5并排设置并均位于第一移动装置6的顶部；治具2能够通过运输装置3的带动在第一激光发射组件4和第二激光发射组件5的激光辐射区域内移动，治具2用于安装电池片8。
45.第一激光发射组件4和第二激光发射组件5均设置于治具2的上方，且第一激光发射组件4发出的第一激光和第二激光发射组件5发出的第二激光能先后射向安装于治具2上的电池片8；第一激光用于沿电池片8的切割道81对电池片8开设出切割槽，第二激光用于对开槽后的电池片8沿对应的切割槽91辐射加热以使电池片8沿该切割槽进行裂片。
46.第一移动装置6位于治具2的上方；冷却组件7沿第一方向滑动设置于第一移动装置6上；请参考图2，冷却组件7包括至少一个喷嘴73，喷嘴73的喷口朝向治具2，喷嘴73从喷口喷出的冷源能够跟随第二激光对电池片8的切割槽的加热部位进行随行冷却并加速电池片8的自动裂片，其中，第一方向为第一激光发射组件4和第二激光发射组件5并排的方向；可以理解地，电池片8的切割槽在通过第二激光辐射加热的同时进行冷源冷却，能够产生温度差形成热应力使电池片8自动裂成两半，且能够降低第二激光对电池片8的切割槽进行热辐射裂片时导致的热损伤，提高电池片8的强度。
47.由上可以理解地，该电池片切割装置100的工作原理大致如下：
48.运输装置3带动治具2在第一激光发射组件4和第二激光发射组件5的激光辐射区域内移动。首先使治具2移动至第一激光发射组件4的下方，第一激光发射组件4发出的第一激光聚焦于电池片8的切割道81进行开槽形成切割槽(图未示)；开槽完成后，运输装置3带动治具2移动至第二激光发射组件5的下方，第二激光发射组件5发出的第二激光对开槽后的电池片8沿对应的切割槽进行辐射加热以使电池片8沿该切割槽进行裂片；在第二激光对电池片8的切割槽进行辐射加热的同时，第一移动装置6控制冷却组件7在第一方向上移动，使喷嘴73喷出的冷源跟随第二激光对电池片8的切割槽的加热部位进行随行冷却并加速电
池片8的自动裂片；第二激光和喷嘴73喷出的冷源配合产生温度差形成热应力，使电池片8沿切割槽快速断裂以使电池片8自动裂成两半。
49.综上，相比于现有技术，该电池片切割装置100至少包括以下有益效果：
50.该电池片切割装置100结构简单，可以直接通过第一激光、第二激光与冷源配合对电池片8进行切割使电池片8沿切割道81直接并快速断裂，无需使用机械掰片工艺，能够有效降低切割过程中电池片8的碎片率，降低电池片8在切割时导致的热损伤区域，提高电池片8的整体强度及提高电池片8的断面质量和直线度，实现电池片8的低损切割。
51.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
52.在一些实施例中，请参考图2，第一激光发射组件4包括脉冲激光器(图未示)和第一振镜扫描系统41，脉冲激光器发出的第一激光经过第一振镜扫描系统41后能射向安装于治具2上的电池片8。可以理解地，第一振镜扫描系统41能够使第一激光对电池片8的切割道81进行准确定位，且可以改变第一激光的出光方向，使第一激光能够以预定的速度在电池片8表面移动以对电池片8的切割道81进行开槽。
53.在一些实施例中，请参考图2，第二激光发射组件5包括连续激光器(图未示)和第二振镜扫描系统51，连续激光器发出的第二激光经过第二振镜扫描系统51后能射向安装于治具2上的电池片8。可以理解地，第二激光通过第二振镜扫描系统51能够使第二激光对开槽后的电池片8的切割槽进行准确定位，且可以改变第二激光的出光方向，使第二激光能够以预定的速度沿着电池片8的切割槽移动以对电池片8进行辐射加热。
54.上述，第一激光为脉冲激光，第二激光为连续激光，通过先使用脉冲激光沿着电池片8表面的切割道81进行开槽形成切割槽，由于脉冲激光的脉宽相对较短且占空比小，因此能够降低电池片8切割道81附近的热影响区域；且由于脉冲激光能够破坏电池表面的平整性，因此能够提高电池片8的切割槽对随后的连续激光的吸收率；冷源跟随连续激光的光斑在电池片8上移动，以对电池片8的切割槽的加热部位进行随行冷却；连续激光和冷源组合产生温度差形成热应力，使电池片8沿切割槽处快速断开以使电池片8自动裂成两半。
55.在一些实施例中，治具2在第一方向滑动设置于运输装置3上，运输装置3沿第一方向直线移动。可以理解地，通过运输装置3带动治具2在第一方向上直线移动，以使安装于治具2上的电池片8能够根据加工需要移动到第一激光发射组件4的下方或者第二激光发射组件5的下方。
56.在一些实施例中，请参考图1和图2，该运输装置3包括第二移动装置31和第三移动装置32；
57.安装座1竖直安装于第三移动装置32上或者安装于外部机架上，治具2沿第一方向滑动设置于第二移动装置31上，第二移动装置31沿第二方向滑动设置于第三移动装置32上以使治具2靠近或者远离安装座1，第一方向与第二方向在水平面上不相平行。需要说明的是，在本实施例中，第一方向与第二方向相互垂直，例如第一方向为x轴方向，第二方向为y轴方向。
58.可以理解地，当需要对电池片8进行切割时，通过第三移动装置32可以带动第二移动装置31靠近安装座1，以使电池片8进入第一激光发射组件4的下方进行开槽，随后通过第二移动装置31带动开槽完成后的电池片8沿第一方向进入第二激光发射组件5的下方进行
裂片得到切割完成的电池片8。
59.在一些实施例中，请参考图1和图2，第一移动装置6、第二移动装置31和第三移动装置32均为直线电机模组。可以理解的，直线电机模组结构简单，不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，运动惯量减少，动态响应性能和定位精度高。当然，在其他实施例中，该第一移动装置6、第二移动装置31和第三移动装置32也可以选用电缸或者伺服电机丝杆结构等代替，在此不作特别的限制。
60.在一些实施例中，请参考图2，冷却组件7包括安装板71以及设置于安装板71上的冷源发生装置72；具体的，冷源发生装置72位于安装板71靠近第二激光发射组件5的一侧；安装板71沿第一方向滑动设置于第一移动装置6上，冷源发生装置72与喷嘴73连接，以使冷源发生装置72产生的水雾通过喷嘴73喷出。
61.在一些实施例中，请参考图2和图3，冷源发生装置72包括本体721、至少一个进气管722和至少一个进水管723；本体721与安装板71靠近第二激光发射组件5的一侧连接，本体721内形成有空腔725；进气管722、进水管723与喷嘴73均设置于本体721的外壁上且均与空腔725连通，具体在本实施例中，本体721的一端设置该进气管722与进水管723，与该端相对的另一端设置该喷嘴73，以使进气管722、进水管723与喷嘴73相对设置，提高喷射效率；需要说明的是，进气管722用于外接供气系统，供气系统通过该进气管722向本体721内的空腔725输送压缩空气，进水管723用于外接供水系统，供水系统通过进水管723向本体721内的空腔725输送冷却用水。可以理解地，水雾状的冷却水分布均匀，能够对电池片8的切割道81的加热部位进行均匀冷却降温，避免由于冷却不均匀导致电池片8存在局部热损伤，导致影响电池片8的发电效率及结构强度。
62.可以理解地，当进气管722与供气系统连接，进水管723与供水系统连接时，冷却水与压缩气体进入本体721的空腔725内混合并从喷嘴73中以水雾的形式喷出，对电池片8的切割道81的加热部位进行均匀冷却降温，提高电池片8的发电效率及结构强度。此外，可以通过在本体721上设置多个喷嘴73，多个喷嘴73能够同时通过第一移动装置6带动在第一方向上往复移动，多个喷嘴73能够同时对电池片8的多个切割道81进行辐射加热的部位同时进行冷却，因此可以对电池片8同时进行多道切割，以使电池片8可以断裂成多片，请参考图4，如将电池片8沿切割道81一分为二；或者，请参考图5，将电池片8沿两条切割道81一分为三等；从而实现不同的切割方式，兼容性高，且能够提高设备产能。
63.基于上述的电池片切割装置100，本发明实施例还提供一种电池片切割方法，请参考图1至图5，该电池片切割方法包括上述的电池片切割装置100，该电池片切割方法可以用于太阳能电池组装自动生产线上，还可以用于其他的电池生产系统或者生产装置中。
64.该电池片切割方法包括如下步骤：
65.送料步骤：将电池片8安装于治具2上，运输装置3带动治具2上的电池片8到达第一激光发射组件4下方的开槽工位；
66.开槽步骤：第一激光发射组件4发出的第一激光聚焦于电池片8的切割道81进行开槽以形成切割槽；第一激光为脉冲激光；
67.裂片步骤：运输装置3带动开槽后的电池片到达第二激光发射组件5下方的裂片工位；第二激光发射组件5发出的第二激光对开槽后的电池片8沿对应的切割槽进行辐射加热以使电池片8沿切割槽进行裂片；第二激光为连续激光；
68.第一移动装置6控制冷却组件7在第一方向上移动，使喷嘴73喷出的冷源跟随第二激光对电池片8的切割槽的加热部位进行随行冷却。可以理解地，第二激光和喷嘴73喷出的冷源配合产生温度差形成热应力，使电池片8沿切割道81处断开使电池片8自动裂成两半。
69.需要说明的是，上述开槽步骤与裂片步骤中，并不需要在电池片8经第一激光照射开槽结束后再进行第二激光的辐射加热及冷源冷却。相反地，第一激光在电池片8移动期间，便可以开始通过运输装置3带动电池片8已经由第一激光开槽的部位进入到第二激光发射组件5的下方进行第二激光的辐射加热及冷源冷却。
70.可以理解地，上述电池片切割方法中，通过先使用脉冲激光对电池片8的切割道81进行开槽形成切割槽，由于脉冲激光的脉宽相对较短且占空比小，因此能够降低电池片8的热影响区域；且由于脉冲激光能够破坏电池片8表面的平整性，因此能够提高电池片8的切割槽对随后的连续激光的吸收率；冷源跟随连续激光在电池片8移动的光斑移动，以对电池片8的切割槽的加热部位进行随行冷却，连续激光和冷源组合产生温度差形成热应力，使电池片8沿切割槽处断开以使电池片8自动裂成两半。
71.综上，相比现有技术，该电池片切割方法至少包括以下有益效果：
72.该电池片切割方法直接通过第一激光、第二激光与冷源配合对电池片8进行切割使电池片8沿切割道81直接断裂，无需使用机械掰片工艺，因此能够降低电池片8在切割时导致的热损伤区域，有效降低切割过程中的碎片率，提高电池片8的整体强度及提高电池片8的断面质量和直线度，实现电池片8的低损切割。
73.在一些实施例中，第一激光对电池片8的切割道81进行开槽形成的切割槽的槽深范围为5～30um；可以理解地，切割道81的槽深可以为5um、10um、15um、20um、25um、30um等。可由理解地，将切割道81的槽深控制在5～30um之间，能够避免电池片8在开槽过程中碎片，以及进一步降低电池片8的热影响区域，提高电池片8对随后的连续激光的吸收率。
74.在一些实施例中，在第一激光发射组件4发出的第一激光聚焦于电池片8的切割道81进行开槽的步骤中，第一激光的移动速度的范围为1000～1800mm/s，可以理解地，第一激光的移动速度可以为1000mm/s、1200mm/s、1400mm/s、1600mm/s、1800mm/s等；
75.在第二激光发射组件5发出的第二激光对开槽后的电池片8沿对应的切割槽进行辐射加热以使电池片8进行裂片的步骤中，第二激光的移动速度的范围为400～600mm/s，可以理解地，第二激光的移动速度可以为400mm/s、450mm/s、500mm/s、550mm/s、600mm/s等。通过将第一激光的移动速度控制在1000～1800mm/s之间，第二激光的移动速度控制在400～600mm/s之间，以达到提高切割后的电池片8的整体强度及提高电池片8的断面质量和直线度的效果。
76.在一些实施例中，在喷嘴73喷出的冷源跟随第二激光对电池片8切割槽的加热部位进行随行冷却的步骤中，喷嘴73喷出的冷源为水雾，喷嘴73喷出水雾的气流压力的范围为0.3～0.6mpa，例如可以为0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa等；水流量的范围为2～5ml/min，例如可以为2ml/min、3ml/min、4ml/min、5ml/min等。可以理解地，通过将喷嘴73喷出水雾的气流压力控制在0.3～0.6mpa之间，水流量控制在2～5ml/min之间，能够使电池片8切割道81的加热部位达到良好的冷却效果，有效降低电池片8的热损伤区域，实现电池片8的低损切割。
77.显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附
图中给出了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。