CN101295751B - 太阳电池的封装制备装置和封装太阳电池的方法 - Google Patents

太阳电池的封装制备装置和封装太阳电池的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于太阳电池，尤其是薄膜太阳电池的封装制备装置，该封装制备装置包括：封装预处理室，用于在封装前对所述后盖进行预处理；基片暂存室，用于暂存镀膜后的基片；封装工作室，用于将所述基片和所述后盖封装在一起；以及用于固化胶水的硬化装置。本发明还公开了一种用于封装太阳电池，尤其是薄膜太阳电池的方法。采用本发明的太阳电池的封装制备装置及其封装方法，能够从根本上减少封胶形成气泡，同时也可以预先消除挥发性物质对器件的不利影响，有效控制作用在基片和盖片的作用力的大小和均匀性，减少器件胶线宽度的波动性，从而达到很好的封装效果。

Description

太阳电池的封装制备装置和封装太阳电池的方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳电池的封装制备装置，特别是薄膜太阳电池的封装制备装置。本发明还涉及一种用于封装太阳电池，尤其是薄膜太阳电池的方法。
背景技术：
太阳电池，尤其是薄膜太阳电池的制备，离不开封装。在制作薄膜太阳电池的工艺过程中，封装操作是其中非常重要的环节之一，封装的好坏直接影响到电池阻碍水分及氧气侵入的能力。外界进入的水分和氧气能够破坏薄膜太阳电池中的薄膜材料的固有性能和耐久性，从而缩短器件的寿命、降低器件的稳定性。
在现有技术中，在太阳电池的封装中存在的主要问题有：一是玻璃盖片和器件基片之间的封胶形成的气泡或虫洞较多，如此一来，将会降低封胶对外界的水分及氧气的阻隔性，即外界的水分与氧气容易经由虫洞或形成的气泡处穿过封胶进入封装面板，从而会影响电池的正常运作；二是作用在基片和后盖上的作用力的不均匀造成了器件胶线宽度的波动过大，影响了封装的效果；三是在器件的高温测试中，封胶中含有的挥发性物质如有机溶剂会释放出来，其可能是对器件有害的气体，例如该挥发性物质会破坏电池薄膜材料，从而降低器件的良品率。
发明内容：
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种用于太阳电池的封装制备装置，特别是提供一种用于薄膜太阳电池的封装制备装置。
本发明的另一个目的是提供一种采用上述的封装制备装置来封装太阳电池的方法，特别是提供一种用于薄膜太阳电池的封装方法。
上述封装装置和封装方法能够从根本上避免封装过程中封胶形成的气泡或虫洞，解决胶线宽度均匀性较差的问题，以及消除封胶中的挥发性物质，从而提高器件的良品率。
根据本发明，一种用于太阳电池的封装制备装置，该太阳电池包括后盖和基片，该后盖和基片通过胶水结合在一起，其特征在于，该封装制备装置包括：封装预处理室，用于在封装前对所述后盖进行预处理；基片暂存室，用于暂存镀膜后的基片；封装工作室，用于将所述基片和所述后盖封装在一起；以及用于固化胶水的硬化装置；其中，所述封装预处理室、所述基片暂存室、所述封装工作室和所述硬化装置之间的操作通过机械手进行；所述封装预处理室包括：壳体，用于限定一密封操作环境；用于在其上承载后盖的滑轮组件；用于加热以对胶水进行除气的加热组件；用于使后盖升降的升降机构；以及用于冷却后盖的冷却组件；其中，所述滑轮组件、所述加热组件、所述升降机构和所述冷却组件在所述密封操作环境中进行操作；所述封装工作室包括：壳体，用于限定一密封操作环境；用于承载基片的上盖板，所述上盖板具有一光滑的吸附面，在该吸附面上形成有用于吸附基片的真空槽，所述上盖板包括至少一个与所述真空槽连通的抽气管；用于承载后盖的底座，所述底座具有一用于承载后盖的承载台，所述上盖板可以与所述底座相互闭合以限定一个密封的腔体，所限定的密封腔体至少与一个真空泵连接，用于对密封腔体进行抽气和充气；导向定位装置，用于对传送进入封装工作室中的基片和盖板进行定位；用于使上盖板升降的升降装置；以及用于使底座升降的升降装置；其中，所述上盖板、所述底座、所述导向定位装置、所述用于使上盖板升降的升降装置和所述用于使底座升降的升降装置在所述密封操作环境中进行操作。
所述加热组件优选地为红外加热组件，所述冷却组件优选地采用冷却水来达到冷却效果。
所述基片暂存室包括一壳体，该壳体用于限定一密封操作环境，在所述基片暂存室内具有用于承载镀膜基片的滑轮组件，其中该滑轮组件与基片的非镀膜区接触，该滑轮组件在所述密封操作环境中进行操作。
优选地，所述上盖板与所述底座的相互闭合的表面上设置有密封圈以及用于定位的导柱和标杆。
所述底座可以包括底座框架和石英玻璃，所述石英玻璃固定在底座框架上，其***通过密封圈密封。
所述硬化装置设置在封装工作室的底座的正下方，其透过石英玻璃对胶水进行固化。
所述胶水优选地为UV胶水，所述硬化装置主要由UV光源组成。
根据本发明的另一方面，一种采用上述的封装制备装置来封装太阳电池，尤其是薄膜太阳电池的方法，包括如下步骤：
a)封装前的预处理：被涂有封装胶水的后盖由封装预处理室的滑轮组件传送到封装预处理室中进行预处理，即在真空环境下对后盖进行加热以消除胶水中的气泡和挥发性物质；然后由冷却组件冷却该盖片，防止变形，并起到稳定性能的作用；其中，后盖涂有胶水的一面朝上。
b)镀膜基片的定位(对位)：镀膜基片由暂存室的滚轮组件传送到镀膜基片暂存室中，然后由机械手将其送至封装工作室的标杆处，接着由对位装置的导柱对其定位；定位完毕后，通过上盖板的吸附面的真空槽将其吸附在上盖板上并上升至一定位置；其中，基片镀有膜的一面朝下，滑轮组件和机械手与基片的非镀膜区接触。
c)后盖的定位：经过预处理后的后盖，由机械手将其传送至封装工作室的标杆处，接着由对位装置的导柱对其定位；定位完毕后，将其放置在封装工作室的底座承载台上。
d)后盖和基片的压合封装：后盖和基片经对位后，通过封装工作室中的升降机构将它们送至快要接触的位置，然后，向密封腔体内充气，后盖与基片在外界气压下被压合在一起，胶水被均匀挤压；其中，整个封装过程是在惰性气体的环境下进行，以降低密封腔体内的水分和氧气含量，后盖和基片为被压合之前，后盖和基片的两个表面之间的距离大于0.02mm。
e)使用硬化装置对胶水进行固化，完成固化后，打开密封腔体，取出封装好的器件。
在所述封装前的预处理步骤中，真空环境的真空度优选地为10-3Torr，加热温度优选地小于200℃。
所述惰性气体通常是氮气。
本发明可以获得这样的技术效果：如上所述，采用根据本发明的太阳电池的封装方法及其封装制备装置，先通过封装预处理室在真空环境下对后盖上的胶水进行加热除气，从根本上减少了封胶形成气泡的可能，同时也可以预先消除挥发性物质对器件的不利影响。在惰性气体(通常为氮气)环境下的封装工作室进行压合封装，通过导向定位装置对基片和后盖精确定位后，然后由可以精密调控升降速度的升降装置来调整基片与后盖封装压合前的位置，最后通过向密封腔体充气用气压来实现基片和后盖的封装压合，这样能够有效控制作用在基片和盖片的作用力的大小和均匀性，减少器件胶线宽度的波动性，从而达到了很好的封装效果。
附图说明：
通过本发明的太阳电池的封装制备装置和用于封装太阳电池的方法的优选的、非限制性实施例的详细说明，本发明的其他特征和优点将更明显，参考附图，下面将对本发明非限制性实施例进行说明，其中：
图1为本发明的用于封装太阳电池的方法的流程图；
图2为根据本发明的太阳电池的封装制备装置的基片暂存室的剖视图。其中图2(b)为图2(a)的俯视图；
图3为根据本发明的太阳电池的封装制备装置的封装预处理室的剖视图；
图4为根据本发明的太阳电池的封装制备装置的封装工作室及UV固化装置的剖视图。
具体实施方式：
以下将参照相关附图，说明根据本发明的优选实施例的薄膜太阳电池的封装制备装置。
本发明提供的封装装置包括基片暂存室100(图2)、封装预处理室200(图3)、封装工作室300(图4)以及硬化装置22(图4)。
其中，如图2，尤其是图2(a)所示，基片暂存室包100包括：壳体3，用于形成密封操作环境；滚轮组件2，用于承载和传输镀膜基片1。如图2(b)所示，该镀膜基片1包括非镀膜区4和镀膜区5(图中显示为镀膜面朝下)。
参见图3，封装预处理室200包括：壳体7，用于形成密封操作环境；滚轮组件10，用于传输后盖9；升降装置11，用于将后盖9托起至离加热组件8适当的距离以便进行加热；加热组件8，用于对后盖9上涂布的胶水进行加热以便除去气泡和挥发性物质；冷却组件6，其可以使用冷却水对后盖9进行冷却，并稳定后盖的变形。整个加热和冷却过程中是在真空环境下进行的。
参见图4，封装工作室300包括：壳体18，用于形成密封操作环境；上盖板16，用于承载镀膜后的基片，上盖板具有吸附面17(通常为平面的)，在该吸附面17上形成有用于吸附基片的真空槽，上盖板16上形成有与所述真空槽连通的抽气管，该抽气管与真空泵连接，用于产生负压来吸附基片；用于承载后盖的底座，该底座具有一用于承载后盖的承载台20，底座包括底座框架和石英玻璃，该石英玻璃被固定在底座框的底部上，其***用例如密封圈密封；导向定位装置，设置在上盖板与底座之间，包括固定在底座上的导柱19以及标杆；升降装置13，14，分别用于升降上盖板和底座的承载台来调整镀膜基片与后盖的距离，同时用来实现镀膜基片和后盖的压合封装前的位置处理。所述上盖板可以与所述底座相互闭合以限定一个密封的腔体，所形成的密封腔体至少与一个真空泵连接，用于对密封腔体进行抽气和充气
仍然参见图4，硬化装置22被安装在封装工作室300的底座的下面，一般由UV光源组成，用来固化胶水，UV光通过石英玻璃来实现对胶水的固化。
下面描述本发明的采用上述的封装装置来封装太阳电池的方法和过程。
参照图1所示来说明封装工艺是如何实现的。图1示出了总体的封装流程图。首先，机械手从基片暂存室100中取出镀膜基片1送入到封装工作室300；接着，机械手从封装预处理室200中取出后盖9送入到封装工作室300，然后基片1和后盖9在封装工作室300中实现压合封装；最后通过UV硬化装置22对胶水进行固化，机械手从封装工作室取出器件由成品输出口输出。
下面结合图2、4所示来具体地详细说明本发明的封装方法和封装装置中的基片暂存室的操作以及镀膜基片在封装工作室中的对位(定位)。镀膜面朝下的镀膜基片1由滚轮组件2传送到基片暂存室的壳体3内，其中滚轮组件2接触基片的区域为非镀膜区4，未触及基片的镀膜区5的膜层以保护基片1的镀膜区；接着通过机械手把镀膜基片1送入到封装工作室300的壳体18内的支架21上；通过定位装置中的导柱19对镀膜基片对位，对位完毕后，上盖板16在电机的控制下通过上盖板升降组件13带着上盖板16下降，接触镀膜基片1时，通过抽气装置比如真空泵开始抽气，在负压的作用下，吸附面17的吸取机构15吸附着镀膜基片1，接着再由升降机构13上升到一定位置。
结合图3、4所示来具体说明封装预处理室的操作以及后盖在封装工作室中的对位以及封装压合操作。被涂布了胶水的后盖9(胶水面朝上)由滚轮组件10传送到封装预处理室的壳体7内，接着由升降组件11带动顶杆将后盖9升至离加热组件8适当的位置，然后关闭壳体的闸阀12，对封装预处理室进行抽真空，当真空度达到10-3Torr左右时，开启加热组件8对后盖9进行加热除气，温度控制在200℃以下，几分钟后停止加热，接着开启冷却组件6对后盖9冷却。
等温度冷却下来后，对封装预处理室200充入惰性(通常是氮气)气体，然后通过机械手把后盖9送入到封装工作室300的壳体18内的支架21上，接着由对位装置的导柱19对其进行对位(定位)后放置于底座承载台20上；然后，由承载台升降组件14带着后盖9上升到一定位置，使得后盖9和基片1的相对距离在2mm之间但不限于此距离。此时，后盖停在这个位置，而上盖板升降组件13带着镀膜基片1再次下降，使得镀膜基片1和后盖9即将接触时即距离在0.02mm左右但不限于此距离，停止下降，然后关闭抽气装置(比如真空泵，未示出)，并打开充气装置(未示出)经由上盖板的吸附面的真空槽充气，此时由上盖板与底座相互闭合而限定的密封腔体内的气压逐渐上升，而器件内部的气压无法上升，这样内外的压强差迫使基片1和后盖9紧密粘合，胶线逐渐被压开。
最后，打开硬化装置的UV灯组件22，固化胶水，经机械手取出器件由成品输出口输出，如图1所示。
尽管已经参考附图，对本发明的封装装置的结构和封装方法进行了说明，但是上述公开内容仅是为了更好地理解本发明，而不是以任何方式限制权利要求的范围。故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种用于太阳电池的封装制备装置，该太阳电池包括后盖和基片，该后盖和基片通过胶水结合在一起，其特征在于，该封装制备装置包括：
封装预处理室，用于在封装前对所述后盖进行预处理；
基片暂存室，用于暂存镀膜后的基片；
封装工作室，用于将所述基片和所述后盖封装在一起；以及
用于固化胶水的硬化装置；
其中，所述封装预处理室、所述基片暂存室、所述封装工作室和所述硬化装置之间的操作通过机械手进行；
所述封装预处理室包括：
壳体，用于限定一密封操作环境；
用于在其上承载后盖的滑轮组件；
用于加热以对胶水进行除气的加热组件；
用于使后盖升降的升降机构；以及
用于冷却后盖的冷却组件；
其中，所述滑轮组件、所述加热组件、所述升降机构和所述冷却组件在所述密封操作环境中进行操作；
所述封装工作室包括：
壳体，用于限定一密封操作环境；
用于承载基片的上盖板，所述上盖板具有一光滑的吸附面，在该吸附面上形成有用于吸附基片的真空槽，所述上盖板包括至少一个与所述真空槽连通的抽气管；
用于承载后盖的底座，所述底座具有一用于承载后盖的承载台，所述上盖板可以与所述底座相互闭合以限定一个密封的腔体，所限定的密封腔体至少与一个真空泵连接，用于对密封腔体进行抽气和充气；
导向定位装置，用于对传送进入封装工作室中的基片和盖板进行定位；
用于使上盖板升降的升降装置；以及
用于使底座升降的升降装置；
其中，所述上盖板、所述底座、所述导向定位装置、所述用于使上盖板升降的升降装置和所述用于使底座升降的升降装置在所述密封操作环境中进行操作。
2.根据权利要求1所述的封装制备装置，其特征在于：所述加热组件为红外加热组件，所述冷却组件采用冷却水来达到冷却效果。
3.根据权利要求1所述的封装制备装置，其特征在于：所述基片暂存室包括一壳体，该壳体用于限定一密封操作环境，在所述基片暂存室内具有用于承载镀膜基片的滑轮组件，其中该滑轮组件与基片的非镀膜区接触，该滑轮组件在所述密封操作环境中进行操作。
4.根据权利要求1所述的封装制备装置，其特征在于：所述上盖板与所述底座的相互闭合的表面上设置有密封圈以及用于定位的导柱和标杆。
5.根据权利要求1或4所述的封装制备装置，其特征在于：所述底座包括底座框架和石英玻璃，所述石英玻璃固定在底座框架上，其***通过密封圈密封。
6.根据权利要求1或4所述的封装制备装置，其特征在于：所述硬化装置设置在封装工作室的底座的正下方，其透过石英玻璃对胶水进行固化。
7.根据权利要求6所述的封装制备装置，其特征在于：所述胶水为UV胶水，所述硬化装置主要由UV光源组成。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的封装制备装置，其特征在于：所述太阳电池为薄膜太阳电池。
9.一种采用上述权利要求1-8中任一项限定的封装制备装置来封装太阳电池的方法，包括如下步骤：
a)封装前的预处理：被涂有封装胶水的后盖由封装预处理室的滑轮组件传送到封装预处理室中进行预处理，即在真空环境下对后盖进行加热以消除胶水中的气泡和挥发性物质；然后由冷却组件冷却该盖片，防止变形，并起到稳定性能的作用；其中，后盖涂有胶水的一面朝上，
b)镀膜基片的定位：镀膜基片由暂存室的滚轮组件传送到镀膜基片暂存室中，然后由机械手将其送至封装工作室的标杆处，接着由定位装置的导柱对其定位；定位完毕后，通过上盖板的吸附面的真空槽将其吸附在上盖板上并上升至一定位置；其中，基片镀有膜的一面朝下，滑轮组件和机械手与基片的非镀膜区接触，
c)后盖的定位：经过预处理后的后盖，由机械手将其传送至封装工作室的标杆处，接着由定位装置的导柱对其定位；定位完毕后，将其放置在封装工作室的底座承载台上，
d)后盖和基片的压合封装：后盖和基片经对位后，通过封装工作室中的升降机构将它们送至快要接触的位置，然后，向密封腔体内充气，后盖与基片在外界气压下被压合在一起，胶水被均匀挤压；其中，整个封装过程是在惰性气体的环境下进行，以降低密封腔体内的水分和氧气含量，后盖和基片为被压合之前，后盖和基片的两个表面之间的距离大于0.02mm，
e)使用硬化装置对胶水进行固化，完成固化后，打开密封腔体，取出封装好的器件。
10.根据权利要求9中所述的方法，其特征在于：在所述封装前的预处理步骤中，真空环境的真空度为10-3Torr，加热温度小于200℃。
11.根据权利要求9或10中所述的方法，其特征在于：所述惰性气体通常是氮气。
12.根据权利要求9或10中所述的方法，其特征在于：所述太阳电池为薄膜太阳电池。
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