CN101584051A - 用于太阳能电池板划线的激光束校准的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
描述了一种方法，它用于在再涂于其中为了制作太阳能电池板而划出了线条的一个或多个下层之上的材料的薄顶层中精确定位激光划出的线条。这通过一种光学器件单元来实现，光学器件单元产生一个或多个激光束，以便在所述电池板的顶层中划出一个或多个线条。校准检测器***与光学器件单元附连，以及检测器与光学器件单元偏移某个距离，使得检测器测量电池板将在后续时间划线的区域的下层中的划线之一的位置。控制和运动***接受来自与光学器件单元附连的校准检测器的数据，并且使用该数据来校正光学器件单元在垂直于划线方向的方向相对于电池板的相对位置，以便使激光划出的线条相对于下层中已经划出的线条精确地放置。当光学器件单元在电池板的不同区域中进行顶层的激光划线的同时，运动***使电池板相对于光学器件单元和关联的校准检测器移动，使得检测器遵循下层之一中划出的线条的一个或多个的路径，并且测量全长度上的线条的位置。本发明还包括用于执行上述方法的激光烧蚀工具。
Description
技术领域
本发明涉及相对于大薄膜太阳能电池板上的现有划出的线条精确校准用于分割该电池板的平行激光划线的新方法，并且基于一种检测***，它在正进行其它线条的划线的同时在与正在被划出的线条相邻的位置记录现有线条的位置。这种方法允许相对于先前划出的线条非常精确地设置辅助划出的线条的位置，并且准许补偿电池板的变形所引起的位置的不规则。
背景技术
激光用于对太阳能电池板中存在的薄层划线以便创建和互连子单元是多年来众所周知的。该技术包括在玻璃板上涂敷通常是例如氧化锡、氧化锌或氧化铟锡等透明导体氧化物的下电极材料的薄层，并且以通常5-10mm间隔激光划出线条，以便将该层分成电绝缘区域。然后将发电层、如非晶硅涂敷到整个区域，并且再次使用激光在这个层中平行于并且尽可能靠近第一层的初始划线来划出线条。然后涂敷通常是例如铝等金属的第三顶层，以及激光第三次用于在这个层中靠近并且平行于其它线条来划出线条，以便中断电连续性。
通过这种方法，在电池板的所有电池之间进行电串联连接，使得整个电池板所产生的电压由各电池中形成的电位与电池数量之积给出。电池板通常分割成50-100个电池，使得整个电池板输出电压在50伏范围之内。JP10209475提供所使用的标准激活工艺的全面描述。
与ITO/硅/铝结构一样，许多其它材料也能用于制作太阳能电池板。其它同样有效的装置根据碲化镉(CdTe)、二硒化铜铟(CIS)和玻璃基晶体硅(CSG)来制作。在所有情况下，激光用于对所涉及层的部分或全部划线。
用来对各个层划线的激光束有时从玻璃片的涂层侧来施加，但是也能从相对侧来施加，在这种情况下，激光束在与薄膜进行交互之前经过玻璃。所使用的10个激光一般工作在光谱的红外线(1064nm波长)区，但工作在二次谐波波长(532nm)的激光也广泛使用。有时甚至使用UV激光。激光一般以数纳秒到数百纳秒的范围的脉冲长度进行脉动，并且工作在数kHz到数百kHz的范围的脉冲重复频率。
在一些情况下，太阳能电池板在不透明衬底、如金属片上制成。在这种情况下，通过衬底的辐射是不可能的，因此所有划线工艺需要从涂层侧入射的光束。在其它一些情况下，太阳能电池板在柔性衬底、如金薄金属或聚合物片上制成。在前一种情况下，仅来自涂层侧的辐射是可能的。在后一种情况下，来自涂层侧或者通过衬底的辐射都是可能的。
所有这些装置的共同特性在于，必须创建长度各高达一米或数米的多个划线以便分割电池板上的各层。因此，通常需要在可接受的电池板加工时间通过太阳能电池板加工工具来制作每层高达多于100m的总划线长度。根据电池板大小、生产线产量要求和工具数量，其加工时间一般需要在1到3分钟的范围。这表示要求高达每秒数米的激光划线速率。
已经建造激光工具来实现这个目的。在一些情况下，工具具有固定光学器件，这表示电池板必须在一个方向非常迅速地移动然后在另一个方向步进。为了避免过度的电池板速度，往往使用具有多个平行束的光学器件单元。作为这种情况的一个示例，能采用8个平行光束在100秒之内来处理尺寸大约为1.1m×1.1m、需要160个单独划线的电池板，其中电池板以小于300mm/sec的最大速度移动。
在上述情况下，具有多个光束的束单元是固定的，并且电池板在二维中移动。其它布置也是可能的。在另一种情况下，电池板保持为固定，以及束单元或光学器件单元通过电池板上的移动支架(gantry)在二维中移动。中间的方式也是可能的，其中，电池板沿一个轴移动，而光学器件单元在电池板上的支架上沿另一个轴移动。
另一种太阳能电池板划线方式使用单光束来划出所有线条，但使用电流计驱动镜扫描仪***使该光束高速移动。美国专利申请公布US2003/0209527A1描述了这种情况。扫描仪***用于使激光束在600mm宽的电池板的全宽度上以高达4m/sec的速度移动，同时使电池板沿经过扫描仪单元的正交方向移动。
申请GB0611738.6描述了这个发明的扩充，其中扫描仪单元用于使光束高速移动，如US2003/0209527A1中所述，但是扫描仪单元所产生的光束扫描区域的长度限制到所需线条总长度的一小部分而不是线条全长度。其结果是需要多个条带(band)来划出线条的全长度。这意味着，与扫描仪单元的光束运动一样，需要衬底沿两个轴相对于扫描仪单元的运动，以便覆盖全部区域。
无论使用相对于电池板的光束运动的什么方法，发电层和顶部电极层中的激光划线均需要可靠地设置成非常靠近下层中的现有划线，以便使划线之间的无效区域(inactive area)为最小。由于制造期间的电池板变形和大小变化，需要测量先前划线的位置并且通过调整电池板或光束运动进行补偿，以便保持精确的相对定位。整个电池板膨胀和收缩的全局测量易于通过在加载之后测量电池板上的第一和最后一个划线的位置及角度来进行。这个数据能用于通过调整控制相对于电池板的光束运动的参数来校正这些全局变化。但是，简单全局变形校正不足以允许划线的紧密精确设置，因为划线间距因制作第一划线的工具上的误差或者后续电池板处理期间引起的误差而会变得不规则。‘在线’***确保所有划线相对于先前划线精确地设置。将我们的校准***称作“动态划线校准”(DSA)。申请GB611718.6描述了将这种校准***用于其中扫描仪用来使光束移动以及通过垂直于划线线条方向的一系列平行条带来对电池板划线的情况。在本申请中，我们描述了动态划线校准***的使用，其中没有使用扫描仪，而是使用一个或多个光束通过平行于划线方向的一系列线条或条带来对电池板划线。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于精确定位激光划出的线条的方法，其特征在于，通过以下来处理再涂于一个或多个下层之上的材料的薄顶层，下层中为了制作太阳能电池板而已经划出线条：
光学器件单元，产生一个或多个激光束，以便在电池板的顶层中划出一个或多个线条；
校准检测器***，与光学器件单元附连，检测器与光学器件单元偏移某个距离，使得检测器在电池板将于后续时间划线的区域测量下层中的划线之一的位置；
控制和运动***，其中来自与光学器件单元附连的校准检测器的数据用于校正光学器件单元在垂直于划线方向的方向相对于电池板的相对位置，以便允许激光划出的线条相对于下层中已经划出的线条精确地放置；以及
运动***，其中，在光学器件单元在电池板的不同区域中进行顶层的激光划线的同时，电池板正在相对于光学器件单元移动，以及校准检测器遵循下层之一中划出的线条的一个或多个的路径，并且测量全长度上的线条的位置。
根据本发明的第一方面的第一优选版本，该方法的特征在于，具有关联的校准检测器的光学器件单元向电池板输送单光束。
根据本发明的第一方面的第二优选版本，该方法的特征在于，具有关联的校准检测器的光学器件单元向电池板输送多个光束。
根据本发明的第一方面的第三优选版本或者它的第一优选版本，该方法的特征在于，具有关联的校准检测器的单个光学器件单元用于通过一系列单线条来对电池板划线。
根据本发明的第一方面的第四优选版本或者它的第一或第二优选版本，该方法的特征在于，各具有它自己的校准检测器并且分别能够在垂直于划线方向的方向单独移动的多个光学器件单元并行用于通过一系列划线的条带来划线电池板。
根据本发明的第一方面的第五优选版本或者它的上述任一个优选版本，该方法的特征在于，光学器件单元及关联的校准检测器位于电池板的涂层侧。
根据本发明的第一方面的第六优选版本或者它的上述任一个优选版本，该方法的特征在于，太阳能电池板的衬底材料是光学不透明的。
根据本发明的第一方面的第七优选版本或者它的上述第一至第四优选版本的任一个，该方法的特征在于，光学器件单元及关联的校准检测器位于电池板上的与涂层侧的相对侧。
根据本发明的第一方面的第八优选版本或者它的上述第一至第六优选版本的任一个，该方法的特征在于，太阳能电池板的衬底材料是光学透明的。
根据本发明的第一方面的第九优选版本或者它的上述任一个优选版本，该方法的特征在于，太阳能电池板的衬底材料是刚性的。
根据本发明的第一方面的第十优选版本或者它的上述第一至第八优选版本的任一个，该方法的特征在于，太阳能电池板的衬底材料是柔性的。
根据本发明的第一方面的第十一优选版本，该方法的特征在于，校准检测器单元由在例如CCD相机的一维或二维阵列检测器上创建下层中的预先划出的线条的图像的光学***组成。
根据本发明的第一方面的第十二优选版本，该方法的特征在于，DSA检测器单元包括用于检测和测量下层中预先划出的线条的位置的另外某种光学方法。
根据本发明的第一方面的第十三优选版本或者它的上述任一个优选版本，该方法的特征在于，电池板在线性台架上沿一个轴移动，而光学器件单元及关联的校准检测器在安装到电池板之上或之下的正交台架上单独移动。
根据本发明的第一方面的第十四优选版本或者它的上述第一至第九优选版本的任一个，该方法的特征在于，电池板在划线期间保持为固定，而光学器件单元及关联的校准检测器在安装到电池板之上或之下的正交台架上单独移动，这个台架安装到使第一台架沿电池板的全长度移动的另一个台架上。
根据本发明的第一方面的第十五优选版本或者它的上述第一至第九优选版本的任一个，该方法的特征在于，单个光学器件单元及关联的校准检测器在划线期间保持为固定，而电池板沿两个轴移动，以便覆盖电池板的整个区域。
根据本发明的第一方面的第十六优选版本或者它的上述第一至第九优选版本的任一个，该方法的特征在于，电池板沿两个轴移动以便覆盖电池板的整个区域，而各具有其关联的校准检测器的一个以上光学器件单元用于对电池板划线，一个光学器件单元是固定的，而其它所有光学器件单元能够在台架上沿垂直于划线方向的方向单独移动。
根据本发明的第二方面，提供一种激光烧蚀工具，其特征在于，适合于执行第一方面或者它的任何优选版本的方法。
根据本发明的第三方面，提供一种产品，其特征在于，通过按照第一方面或者它的上述任一个优选版本的方法来形成。
太阳能电池板的划线期间出现的一个主要问题是电池板表面的划线位置的精确控制。大多数太阳能电池板制造布置要求三个独立的顺序激光划线操作。在下电极层中制作第一系列划出的线条。这个第一层中的划线的定位精度要求远不及第二和第三层中的后续划线那么重要，因为这些后续划线必须相对于先前划线非常精确地设置，以便使3个平行划线之间的电池板的无效区域为最小。这意味着，划线必须设置成尽可能靠拢但必须没有接触。相对于现有划线的所需光束设置的精度是在微米级或者更好。如果采用单光束通过一系列独立线条或者由具有多个光束的光学器件单元通过一系列线条的条带来对电池板划线，则适当的检测器***用于在进行划线的同时测量电池板上的下层中与正在划出的线条或条带相邻的现有划线的位置。所收集的数据被存储，并且用于在随后对测量条带划线时校正电池板或光学器件单元运动。这样，该***连续测量待划线的下一个条带中的先前划出的线条的精确位置，同时执行辅助划线相对于各条带中的主划线的精确放置。将这种校准技术称作“动态划线校准”(DSA)。
通过将适当的检测器与各光学器件单元附连以其最简单形式来实现动态划线校准(DSA)。检测器在垂直于划线的方向与光束中心偏移使它放置在相邻划线条带的宽度之内的距离。在这个位置中，当光学器件单元在电池板表面之上移动或者电池板在光学器件单元之下移动时，检测器记录下一次将要划线的条带中的划出的线条的一个或多个的位置。
由于光学器件单元的运动沿划线进行，所以检测器遵循相邻的现有划线的一个或多个。用于本申请的检测器是某种形式的光学成像***，其中现有划线的图像投射到适当的1维或2维阵列相机、如CCD相机上。来自相机的输出数据的定期记录提供关于从光学器件头(optics head)到正在遵循的划线的距离的信息，并且允许记录划线与预计路径的偏离。这个数据与支架或电池板台架上的位置编码器所生成的数据链接，以便提供对于其全长度的划线位置的完整记录。在已经划出完整条带之后，使得有关一个或多个划线的位置的完整数据集合。与ITO/硅/铝结构一样，许多其它材料也能用于制作太阳能电池板。其它同样有效的装置根据碲化镉(CdTe)、二硒化铜铟(CIS)和玻璃基晶体硅(CSG)来制作。在所有情况下，激光用于对所涉及层的部分或全部划线。
用来对各个层划线的激光束有时从玻璃片的涂层侧来施加，但是也能从相对侧来施加，在这种情况下，激光束在与薄膜进行交互之前经过玻璃。所使用的激光一般工作在光谱的红外线(1064nm波长)区，但工作在二次谐波波长(532nm)的激光也广泛使用。有时甚至使用UV激光。激光一般以数纳秒到数百纳秒的范围的脉冲长度进行脉动，并且工作在数kHz到数百kHz的范围的脉冲重复频率。
在一些情况下，太阳能电池板在不透明衬底、如金属片上制成。在这种情况下，通过衬底的辐射是不可能的，因此所有划线工艺需要从涂层侧入射的光束。在其它一些情况下，太阳能电池板在柔性衬底、如金薄金属或聚合物片上制成。在前一种情况下，仅来自涂层侧的辐射是可能的。在后一种情况下，来自涂层侧或者通过衬底的辐射都是可能的。
所有这些装置的共同特性在于，必须创建长度各高达一米或数米的多个划线以便分割电池板上的各层。因此，通常需要在可接受的电池板加工时间通过太阳能电池板加工工具来制作每层高达多于100m的总划线长度。根据电池板大小、生产线产量要求和工具数量，这些加工时间一般需要在1到3分钟的范围。这表示要求高达每秒数米的激光划线速率。已经建造激光工具来实现这个目的。在一些情况下，工具具有固定光学器件，这表示电池板必须在一个方向非常迅速地移动然后在另一个方向步进。为了避免过度的电池板速度，往往使用具有多个平行束的光学器件单元。作为这种情况的一个示例，能采用8个平行光束在100秒之内来处理尺寸大约为1.1m×1.1m、需要160个单独划线的电池板，其中电池板以小于300mm/sec的最大速度移动。
在上述情况下，具有多个光束的束单元是固定的，而电池板在二维中移动，但其它布置也是可能的。在另一种情况下，电池板保持为固定，以及束单元或光学器件单元通过电池板上的移动支架在2维中移动。中间的方式也是可能的，其中，电池板沿一个轴移动，而光学器件单元在电池板上的支架上沿另一个轴移动。
另一种太阳能电池板划线方式使用单光束来划线所有线条，但使用电流计驱动镜扫描仪***使该光束高速移动。
美国专利申请公布US2003/0209527A1描述了这种情况。扫描仪***用于使激光束在600mm宽的电池板的全宽度上以高达4m/sec的速度移动，同时使电池板沿经过扫描仪单元的正交方向移动。
申请GB0611738.6描述了这个发明的扩充，其中扫描仪单元用于使光束高速移动，如US2003/0209527A1中所述，但是扫描仪单元所产生的光束扫描区域的长度限制到所需线条总长度的一小部分而不是线条全长度。其结果是需要多个条带来划出线条的全长度。这意味着，与扫描仪单元的光束运动一样，需要衬底沿两个轴相对于扫描仪单元的运动，以便覆盖全部区域。
无论使用相对于电池板的光束运动的什么方法，发电层和顶部电极层中的激光划线均需要可靠地设置成非常靠近下层中的现有划线，以便使划线之间的无效区域为最小。由于制造期间的电池板变形和大小变化，需要测量先前划线的位置并且通过调整电池板或光束运动进行补偿，以便保持精确的相对定位。整个电池板膨胀和收缩的全局测量易于通过在加载之后测量电池板上的第一和最后一个划线的位置及角度来进行。这个数据能用于通过调整控制相对于电池板的光束运动的参数来校正这些全局变化。但是，简单全局变形校正不足以允许划线的紧密精确设置，因为划线间距因制作第一划线的工具上的误差或者后续电池板处理期间引起的误差而会变得不规则。
‘在线’***确保所有划线相对于先前划线精确地放置。将我们的校准***称作“动态划线校准”(DSA)。申请GB611718.6描述了将这种校准***用于其中扫描仪用来使光束移动以及通过垂直于划线方向的一系列平行条带来对电池板划线的情况。在本申请中，我们描述了动态划线校准***的使用，其中没有使用扫描仪，而是使用一个或多个光束通过平行于划线方向的一系列线条或条带来对电池板划线。
发明公开
对太阳能电池板划线期间出现的一个主要问题是电池板表面上的划线位置的精确控制。大多数太阳能电池板制造布置要求3个独立的顺序激光划线操作。在下电极层中制作第一系列划出的线条。这个第一层中的划线的定位精度要求远不及第二和第三层中的后续划线那么重要，因为这些后续划线必须相对于先前划线非常精确地设置，以便使三个平行划线之间的电池板的无效区域为最小。这意味着，划线必须设置成尽可能靠拢但必须没有接触。相对于现有划线的所需光束设置的精度是在10微米级或者更好。
如果采用单光束通过一系列独立线条或者由具有多个光束的光学器件单元通过一系列线条的条带来对电池板划线，则适当的检测器***用于在进行划线的同时测量电池板上的下层中与正在划出的线条或条带相邻的现有划线的位置。所收集的数据被存储，并且用于在随后对测量的条带划线时校正电池板或光学器件单元运动。这样，该***连续测量待划线的下一个条带中的先前划出的线条的精确位置，同时执行辅助划线相对于各条带中的主划线的精确放置。将这种校准技术称作“动态划线校准”(DSA)。
通过将适当的检测器与各光学器件单元附连以其最简单形式来实现动态划线校准(DSA)。检测器在垂直于划线的方向与光束中心偏移使它设置在相邻划线条带的宽度之内的距离。在这个位置中，当光学器件单元在电池板表面之上移动或者电池板在光学器件单元之下移动时，检测器记录下一次将要划线的条带中的划出的线条的一个或多个的位置。由于光学器件单元的运动沿划线进行，所以检测器遵循相邻的现有划线的一个或多个。用于本申请的检测器是某种形式的光学成像***，其中现有划线的图像投射到适当的1维或2维阵列相机、如CCD相机上。来自相机的输出数据的定期记录提供关于从光学器件头到正在遵循的划线的距离的信息，并且允许记录划线与预计路径的偏离。这个数据与支架或电池板台架上的位置编码器所生成的数据链接，以便提供对于其全长度的划线位置的完整记录。在已经划出完整条带使得有关相邻条带中的一个或多个划线的位置的数据的完整集合被记录之后，数据被处理并下载到台架控制器。这种数据下载操作能在电池板或光学器件单元从刚经过激光划线的条带上方的位置移动到刚经过测量的相邻条带上方的位置时进行。然后，已记录和处理的划线位置数据用于校正台架运动，使得对于先前划出的线条的微小偏移来校正所划出的线条的轨迹，因此每个新线条与每个先前划出的线条之间的间距能精确地保持。
各种传感器能用作DSA检测器，但是，最简单的形式可能是基于将下层中划出的线条光学成像到一维或二维阵列检测器上。2维CCD相机是适当的检测器的好示例。对检测器的要求是测量当被另一个薄膜覆盖时一个薄膜中切出的线条的位置。由于用于各种薄膜的不同的材料，在划线位置的薄膜的光透射性质通常显著改变，因此光透射的变化能易于测量。例如，如果要求是定位在非晶硅的再涂层之下的透明导体层、如ITO中划出的线条，则在划出的线条周围的电池板的区域用灯光适当照明时，这个线条能易于通过光学成像***通过电池板从膜层上方或者备选地从膜层下方观测线条来定位。灯光照明能属于明场或暗场类型，并且能从与检测器相同一侧或者从相对侧入射到电池板。在前一种情况下，照明光源能与DSA检测器相机附连，或者照明光甚至能通过检测器相机的成像光学器件来导向。在其中灯光照明来自电池板与检测器相机的相对侧的情况下，则需要确保光源安装到使它与电池板的相对侧的光学器件单元及关联DSA检测器一致地移动的台架***上。如果光学器件单元仅将单光束输送到电池板，则DSA检测器的理想位置是使得它测量下层中与顶层中正在划出的线条紧密相邻的划出的线条的位置。这意味着，在垂直于划线方向的方向从光束位置到检测器位置的偏移通常在5到15mm的范围之内。如果这种小偏移是困难的，则检测器能偏移更大距离，以观测偏移若干线条间距距离的预先划出的线条。这种方法仅引起精度的微小损失，因为对于检测器与光束之间的较小距离的玻璃电池板上的划线位置的变形不可能很明显。
如果光学器件单元将多个光束输送到电池板，使得在该单元同一遍经过电池板上方期间划出包含许多线条的条带，则DSA检测器的理想位置是使得它测量下层中靠近顶层中将要划线的下一个条带的中心的划出的线条的位置。例如，以20mm间距向电池板15输送4个光束的光学器件单元最明智地将DSA检测器定位成使得它测量待划线的4个线条的下一个条带中的第二或第三预先划出的线条。这种定位将检测器设置在距离当前正在划线的条带中的第二或第三线条80mm的位置。由于多头单元中的光束之间的间距通常是固定的，所以使用DSA检测器输出数据对光学器件单元或电池板台架位置应用的校正必定应用到所有光束。对多束单元中的各个光束的位置的校正通常是不可能的，但是，如果光束间隔是适度的，并且光束的数量不大，则相对于先前划线的辅助划线位置的精度损失很低，因为对于多束跨度的宽度发生的电池板变形很小。
对于这种多束光学器件单元，光束间距往往是划线间距的倍数，因为将光束之间设置成小于数10mm是困难的。对于其中光束间距为20mm以及要求是以10mm间距来划出的线条的上述示例，光学器件单元或电池板在每遍划线结束时沿垂直于划线的方向的步进是不规则的，其中具有10mm和70mm的交替步幅。如果光学器件单元以30mm的间距产生4个光束，则以5mm间距划出线条是最佳的，它通过5mm的5个步幅之后接着95mm的1个步幅来实现。在这些多束情况下，DSA检测器最佳地设置成测量靠近待划线的下一个条带的中心的预先划出的线条之一。
如果需要划出与电池板的任一边缘平行的线条，则各光学器件单元能具有与其附连的2个DSA检测器。检测器以相对彼此90度角采用从平行于两个台架轴的光学器件单元中心线的偏置方向来安装。在每个情况下，与光学器件头中心线的偏置距离例如是在相邻划线条带的中心之上设置10个检测器。
这种’动态划线校准’(DSA)的方法非常有效，因为它允许测量和补偿待测量的所有线条的划线位置的局部变化，而没有明显减缓整体划线过程。DSA实现这个目的，因为在一个条带中记录电池板上的下层膜中已经存在的划线的一个或多个的位置的同时，与相邻条带中在上层中正在精确定位和划出辅助线条，因此没有对划线过程添加明显的时间。所需的唯一额外时间是用于测量线条的第一条带。但是，由于沿第一条带的这遍校准能以比划出线条时所使用的速度明显要快的容许的最大台架速度来实现，并且由于存在要划线的多个条带，因此，增加用于收集与第一条带中的线条位置关联的数据的一遍附加高速经过对总时间增加微小量。
附图说明
现在参照附图来描述本发明的示范实施例，附图包括：
图1示出适合于通过标准方法(没有扫描仪)来对太阳能电池板划线的布置的总图，其中单激光束划出与矩形电池板的长边平行的线条；
图2示出适合于通过更复杂的布置对太阳能电池板划线的布置的总图，其中各输送4个光束的2个光学器件单元并行操作以便划出与矩形电池板的长边平行的线条；
图3示出光学器件单元的一个示例，其中入射单光束分成4个独立光束，它们然后在电池板表面上聚焦；
图4示出具有向电池板输送8个平行光束的单个光学器件单元的太阳能电池板划线工具布置的平面图，其具有用于相对现有划线位置的新划线的集合的动态划线校准的附连到单元的检测器；
图5示出具有各向电池板输送4个光束并且各具有用于相对现有划线的新划线的集合的动态划线校准的检测器的2个光学器件单元的太阳能电池板划线工具布置的平面图。
具体实施方式
图1示出太阳能电池板划线布置的最简单形式之一。由涂敷有ITO或其它导体或半导体层或者层的组合的玻璃、金属或聚合物衬底组成的大平面太阳能电池板11安装在允许它沿一个轴X移动的台架***上。要求是沿X方向在涂层中划出与矩形电池板的长边平行延伸的多个平行线条。来自激光的光束12经由反射镜传递到光学器件头，并且由透镜13聚焦到电池板表面上，以便在电池板上划出线条14。光学器件单元安装在电池板上方的支架的移动滑架(carriage)上，使得它能够沿方向Y移动。与X轴平行延伸的涂层中的划线的行在一系列线条中创建，如图所示。光束在沿X移动过电池板全长度之后，光学器件单元沿Y步进划线间距，以及该过程以电池板沿相反的X方向移动来重复进行。这样，采用多个线条对整个电池板区域划线。
图2示出更复杂布置，其中要求是使用创建多个光束的光学器件单元在太阳能电池板涂层中划出与矩形电池板的长边平行延伸的线条。电池板21安装在允许它沿X方向移动的台架上。两个激光束22/22’被导向在Y方向被分隔电池板一半宽度的两个光学器件单元23/23’。光学器件单元各包含允许它们产生4个光束的分束光学器件，并且分束光学器件安装在电池板上方的支架的滑架上以便允许它们沿Y方向移动。通过使电池板沿X方向连续移动并且同时采用两个光学器件单元执行划线操作，在与长轴平行延伸的一系列条带中对电池板的全部区域划线。在已经覆盖电池板的全长度之后，光学器件单元沿Y方向步进条带的宽度，以及该过程重复进行。在图2所示的其中划线间隔较大的具体情况下，仅需要经过电池板大约3遍以完成划线操作，但实际上需要大得多的遍数。具体来说，如果所需的划线间距只有5mm，但是各光学器件单元所发射的4个光束的间距为30mm，则需要经过之间的步幅为5mm、之后接着95mm的步幅的6遍，以完成各条带。如果需要划出总共96个线条，则需要总共经过12遍。
图3示出一种光学器件单元的设计，其中使用三个50％分束器32/32’和32”以及3个全反射镜33、33’和33”将入射单激光束31分成4个独立光束。各光束由透镜34聚焦到电池板35的表面上，使得4个平行划线能在电池板之上的光学器件头的经过的每遍中实现。划线之间的间隔能通过绕中心轴旋转整个光学器件头来调整。能制作与图3所示的相似的光学器件单元，它们具有任何适当数量的输出光束。2、4和8个光束单元肯定是易于想到的，但是还能够构造具有中间数量的光束的单元。
图4示出与图1所示的相似的布置的顶视图，其中太阳能电池板41能沿X方向行进，而光学器件单元42能沿Y方向在电池板上方行进。在所示情况下，单入射光束在光学器件单元中分成8个独立光束，使得在每遍制作8个划线。太阳能电池板已经涂敷有先前经过激光划线的一个或多个膜层43，并且电池板已经覆盖有附加层，以及要求是在顶涂层中划出平行于且非常靠近现有线条的新线条44的另一个集合。在这种情况下，DSA检测器装置45安装到光学器件单元上，如图所示。检测器面朝下，并且与编码器结合在X和Y轴台架中用来检测和记录电池板上的现有划线43的位置。检测器在Y方向与光学器件头有偏移，使得它在与8个当前正在划线的46相邻的线条条带中的点处查看电池板表面。在所示的图中，检测器与光学器件单元中心分隔大约等于8划线图案宽度的距离，这意味着，检测器记录与相邻条带的近似中心对应的现有划线位置数据。检测器能安装在沿X和Y方向与光学器件单元中心位置偏移的其它位置，只要它在待划线的下一个条带中某处的点处观测到电池板表面。还能够在必要时将DSA检测器安装在比单个条带的宽度更大的距离，但是在这种情况下，相对于现有划线的划线放置的精度可能因对于DSA检测器和光学器件单元之间的距离的电池板可能的变形而降低。
电池板沿X方向在光学器件头之下的每遍经过期间，关于相邻条带中的现有划线位置的数据被收集并且存储在适当的计算机中。然后，光学器件单元沿Y步进，使得测量条带放置在光学器件头之下，将已处理划线位置数据下载到台架控制器，以及对测量条带进行另一遍划线，其中已处理数据用于通过光学器件单元沿Y方向的移动来校正光束的轨迹，以便补偿现有划线与预计位置的偏离。
图4示出通过电池板在光学器件单元之下经过9遍来完全处理的电池板的具体情况。第一遍是校准的一遍，其中DSA检测器测量第一条带中的现有划线的位置，位于所示图中的顶部。在这一遍中，激光是无效的。在这个校准的一遍之后，光学器件头沿Y方向移动，以便与待划出的线条的第一条带对应。在电池板下一遍在光学器件单元之下经过期间，在校准的那一遍所产生的数据用于连续校正光学器件单元沿Y方向的位置，同时电池板在其下方沿X移动，以便将8个激光划线定位成尽可能靠近现有划线。进行另外7遍，以便产生总共8个条带的划线或者总共64个划线。图中示出第6遍中间的过程。电池板正在沿X方向朝图的左侧移动，而光学器件单元正在划出与光学器件头下方的条带中的现有划线相邻的8个辅助划线，同时光学器件头上的检测器正在检测待划线的下一个条带中的先前的层划线的位置。使用前一遍中收集的数据，在每遍中进行对光学器件单元的Y位置的小校正，以便使激光划线相对于预先划出的线条精确地定位。图5示出与图2所示的相似的布置的顶视图，其中太阳能电池板51能沿X方向行进，而2个光学器件单元52/52’能沿Y方向在电池板上方行进。在这种情况下，2个光学器件单元安装在Y台架上的独立滑架上，使得它们能单独定位。各光学器件单元在一遍中创建4个平行划线。太阳能电池板已经涂敷有先前经过激光划线的一个或多个膜层53，并且电池板已经覆盖有附加层，以及要求是在顶涂层中划出平行于且非常靠近现有线条的新线条54的另一个集合。在这种情况下，DSA检测器装置55、55’与各光学器件单元附连，如图所示。检测器面朝下，并且与编码器结合在X和Y轴台架中用来检测和记录电池板上的现有划线53的位置。检测器在Y方向与光学器件单元中心位置偏移，使得它们在靠近与当前正在处理的条带相邻的现有划线的下一个条带的中间的位置处查看电池板表面。在所示的图中，检测器与光束线中心分隔大约等于一个划线条带宽度的距离，这意味着，检测器记录与相邻条带的中心近似对应的线条位置数据。检测器能安装在相对于光学器件单元的其它位置，只要它们在离光学器件单元不太远的点处观测到电池板表面，以免损害划线放置的精度。
电池板沿X方向在光学器件头之下的每遍经过期间，关于相邻条带中的现有划线位置的数据被收集并且存储在适当的计算机中。然后，光学器件头沿Y步进，使得测量条带放置在光学器件头之下，将已处理划线位置数据下载到台架控制器，以及对测量条带进行另一遍划线，其中已处理数据用于通过光学器件头沿Y方向的移动来校正光束的轨迹，以便补偿现有划线与预计位置的偏离。2个光学器件头按照在每遍结束时沿Y方向进行的移动以及按照每遍中进行的Y移动单独进行操作，以便这两个操作都能保持正在被划出的线条相对于电池板上的现有划线的精确定位。
图5示出通过光学器件头在电池板之上经过4遍来完全处理的电池板的具体情况。第一遍是校准的一遍，其中DSA检测器测量待划线的第一条带中的现有划线的位置。在这一遍中，激光是无效的。下一遍使用校准的那一遍所产生的数据来连续校正两个光学器件头沿Y方向的位置，同时电池板在其下方沿X移动，以便将各光学器件单元所产生的4个激光划线定位成尽可能靠近现有划线。进行另外2遍，以便产生各具有4个线条的总共6个条带的划线或者总共24个划线。这种布置仅作为示例示出，因为实际上会使用更大数量的线条。
图中示出第2遍中间的过程。电池板正在沿X方向朝图的左侧移动，而光学器件单元正在分别划出与各单元下方的条带中的现有划线相邻的4个辅助划线，同时单元上的检测器正在检测待划线的下一个条带中的先前的层划线的位置。使用前一遍中收集的数据，在每遍中进行对各单元的Y位置的小的单独校正，以便使激光划线相对于预先划出的线条精确地定位。
图5示出其中各产生4个光束的2个独立光学器件单元安装在电池板上方的支架台架上的具体情况。这不是唯一布置，并且其中使用更多光学器件单元的其它布置也是可能的。如果电池板很大，则多达4、6或8个的独立光学器件单元的数量会是易于想到的。这些单元能分别输送任何数量的光束。按照光学器件单元的数量和每个单元的波束的数量的最佳几何结构基于电池板的大小、待划出的线条数量、所需加工时间、以及最重要的当薄膜层涂敷到电池板上先前划出的线条之上时电池板变形的程度。
在以上所示的所有附图中，单光束或者具有多个光束的光学器件单元能够沿一个轴移动，因为它们与电池板上方的支架的台架上的一个或多个移动滑架附连。通过在支架下方承载电池板的正交台架来提供另一个运动轴。这不是排他的布置，而是其它几何结构也是可能的。对于单个光学器件单元的情况，这能保持固定，并且电池板在2个正交轴X和Y中移动。这样，在经过之间的Y运动步幅或者每遍经过中的Y运动校正通过电池板沿Y的移动来实现。对于其中存在多个光学器件单元的情况，在经过之间的Y运动步幅仍然能通过电池板Y运动来实现，但需要将除了一个以外的全部光学器件单元安装在附加小行进Y台架上，以便允许所有单元单独的精密Y运动，从而确保所有激光划线相对于现有划线的精确定位。在第三种情况下，电池板保持为固定，而光学器件单元在2个正交轴移动。这通过电池板上方的能够对于电池板的全长度移动的支架来实现，支架支承允许光学器件单元跨跃电池板的宽度移动的第二台架。如果存在一个以上光学器件单元，则各单元具有独立控制。
Claims (19)
1.一种用于精确定位激光划出的线条的方法，其特征在于，通过以下来处理再涂于一个或多个其它下层之上的材料的薄顶层，所述一个或多个其它下层中为了制作太阳能电池板的目的而已经划出线条：
光学器件单元，产生一个或多个激光束，以便在所述电池板的顶层中划出一个或多个线条；
校准检测器***，附连到所述光学器件单元，所述检测器与所述光学器件单元偏移某个距离，使得所述检测器在所述电池板将于后续时间划线的区域中测量所述下层中的划线之一的位置；
控制和运动***，其中来自附连到所述光学器件单元的校准检测器的数据用于校正所述光学器件单元在垂直于所述划线方向的方向相对于所述电池板的相对位置，以便允许所述激光划出的线条相对于下层中已经划出的线条精确地放置；以及
运动***，其中，当所述光学器件单元在所述电池板的不同区域中进行所述顶层的激光划线的同时，所述电池板正在相对于所述光学器件单元移动，以及所述校准检测器遵循所述下层之一中划出的线条的一个或多个的路径，并且测量全长度上的线条的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具有关联的校准检测器的光学器件单元向所述电池板输送单光束。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，具有关联的校准检测器的光学器件单元向所述电池板输送多个光束。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，具有关联的校准检测器的单个光学器件单元用于通过一系列单线条来对所述电池板划线。
5.如权利要求1、2和3所述的方法，其特征在于，各具有它自己的校准检测器并且分别能够在垂直于所述划线方向的方向单独移动的多个光学器件单元并行用于通过一系列划线的条带来对所述电池板划线。
6.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述光学器件单元以及关联的校准检测器位于所述电池板的涂层侧。
7.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池板的衬底材料是光学不透明的。
8.如权利要求1至5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述光学器件单元以及关联的校准检测器位于所述电池板的与涂层侧的相对侧。
9.如权利要求1至6和8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池板的衬底材料是光学透明的。
10.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池板的衬底材料是刚性的。
11.如权利要求1-9中的任一项所述的方法，其特征在于，所述太阳能电池板的衬底材料是柔性的。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校准检测器单元由在例如CCD相机的一维或二维阵列检测器上创建所述下层中的预先划出的线条的图像的光学***组成。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述DSA检测器单元由用于检测和测量所述下层中预先划出的线条的位置的另外某种光学方法组成。
14.如以上权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述电池板在线性台架上沿一个轴移动，而所述光学器件单元以及关联的校准检测器在安装到所述电池板之上或之下的正交的台架上单独移动。
15.如权利要求1至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述电池板在划线期间保持为固定，而所述光学器件单元以及关联的校准检测器在安装到所述电池板之上或之下的正交的台架上单独移动，这个台架安装到使第一台架沿所述电池板的全长度移动的另一个台架上。
16.如权利要求1至10中的任一项所述的方法，其特征在于，单个光学器件单元以及关联的校准检测器在划线期间保持为固定，而所述电池板沿两个轴移动以便覆盖所述电池板的整个区域。
17.如权利要求1至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述电池板沿两个轴移动以便覆盖所述电池板的整个区域，而各具有其关联的校准检测器的一个以上光学器件单元用于对所述电池板划线，一个光学器件单元是固定的，而其它所有光学器件单元能够在台架上沿垂直于所述划线方向的方向单独移动。
18.一种激光烧蚀工具，其特征在于，适合于执行以上权利要求的任一项所述的方法。
19.一种产品，其特征在于，通过如以上权利要求1至17中的任一项所述的方法来形成。
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