CN101861653B - 太阳能电池板清边模块 - Google Patents

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Abstract

本发明总体涉及一种设置在自动化太阳能电池生产线中的清边模块。该清边模块可包括砂轮设备，用于从太阳能电池器件的多个边缘区除去材料，以及在除去材料之后清洁太阳能电池器件的边缘区。该清边模块还可包括摩擦元件，在该摩擦元件朝向砂轮设备周期性地横向前进时，摩擦元件的一部分被磨掉。提供了用于控制模块的各种面的操作和功能的控制器。

Description

太阳能电池板清边模块
技术领域
本发明的实施方式总体涉及一种在太阳能电池生产线中对太阳能电池器件进行薄膜板清边的设备与工艺。
背景技术
光伏(PV)器件或太阳能电池是将太阳光转换为直流(DC)电力的器件。通常的薄膜PV器件或薄膜太阳能电池具有一或多个p-i-n结。每个p-i-n结都包括p型层、本征层和n型层。当把太阳能电池的p-i-n结暴露于太阳光(由来自光子的能量组成)时，通过PV作用将太阳光转换为电力。可以将太阳能电池平铺为更大的太阳能电池阵列。通过连接多个太阳能电池并用特定的框架和连接器将它们联结为板来形成太阳能电池阵列。
通常，薄膜太阳能电池包括活性区，或光电转换单元，以及作为前电极或背电极设置的透明导电氧化物(TCO)膜。光电转换单元包括p型硅层、n型硅层和本征(i型)硅层，本征硅层夹在p型与n型硅层之间。可以使用包括微晶硅膜(μc-Si)、非晶硅膜(a-Si)、多晶硅膜(poly-Si)等在内的多种类型的硅膜来形成光电转换单元的p型、n型和/或i型层。背电极可以包含一层或多层导电层。
随着传统能源价格的升高，需要一种用低成本的太阳能电池器件产生电力的低成本方法。传统的太阳能电池制造工艺包括会导致难以接受的生产线停工的多个低效率操作。接缝与边缘清除是制造太阳能电池所必需的标准操作。此工艺通过沿着太阳能电池模块的边缘除去导电层，提供了太阳能电池模块中的活性电池的电性分离，同时实现了与外界环境的电性隔离和密封。传统的清边技术是用砂带打磨机来进行的。通过砂带打磨来清边是充分的，但是砂带本身的寿命却不如人意的短，这造成了时常发生的维修停工。砂带的过度消耗的原因部分是由于打磨材料易于聚积与附着在砂带的打磨面上，这即使不是全部的打磨机与打磨技术的固有问题，也是它们中的大多数的固有问题。这必然会带来高维修成本、过长的停工时间、低生产能力以及最终的高太阳能电池成本。因此，存在对于可靠、高效并且易于维护的接缝与边缘清除模块的需求。
发明内容
在本发明的一个实施方式中，一种用于对太阳能电池器件进行清边处理的模块包括：入口传送装置，被配置为传送太阳能电池器件到模块；清边台，被配置为在太阳能电池器件的相对的边缘区从太阳能电池器件的上表面除去材料；以及清洁组件。在一个实施方式中，所述清边台包括：台支撑结构；固定砂轮设备，连接到台支撑结构；活动砂轮设备，设置在台支撑结构上；第一自动修整设备，连接到固定砂轮设备；和第二自动修整设备，连接到活动砂轮设备。
在另一实施方式中，一种用于对太阳能电池器件进行清边处理的模块包括：入口传送装置，被配置为传送太阳能电池器件到模块；第一清边台，被配置为在太阳能电池器件的相对的边缘区从太阳能电池器件的上表面除去材料；第二清边台，被配置为在太阳能电池器件的剩下的相对的边缘区从太阳能电池器件的上表面除去材料；横向输送台，被配置为将太阳能电池器件从第一清边台传送至第二清边台；以及出口传送装置，被配置为传送太阳能电池器件离开模块。在一个实施方式中，所述第一清边台包括台支撑结构、固定砂轮设备和活动砂轮设备。在一个实施方式中，所述第二清边台包括台支撑结构、固定砂轮设备和活动砂轮设备
在本发明的又一实施方式中，一种用于制备太阳能电池器件的多个边缘的方法包括：使太阳能电池器件前进到第一清边台；通过利用第一固定砂轮设备和第一活动砂轮设备来施加恒定压力到太阳能电池器件的表面上，打磨太阳能电池器件的两个相对的边缘区；提供流体给所述两个相对的边缘区；在不转动所述太阳能电池器件的条件下传送太阳能电池器件到第二清边台；通过利用第二固定砂轮设备和第二活动砂轮设备来施加恒定压力到太阳能电池器件的表面上，打磨剩下的两个相对的边缘区；提供流体给所述剩下的两个相对的边缘区；以及从第二清边台移走太阳能电池器件。
附图说明
以能够具体地理解本发明的上述特征的方式，参照多个实施方式对上文所概述的本发明进行更具体的描述，其中在附图中示出了一些实施方式。然而应当注意到，附图仅示出了本发明的典型实施方式，而并非对本发明范围的限制，本发明还涵盖其他等效的实施方式。
图1示出根据本文描述的一个实施方式的形成太阳能电池器件的工艺顺序。
图2是根据本文描述的一个实施方式的太阳能电池生产线的平面图。
图3A是根据本文描述的一个实施方式的薄膜太阳能电池器件的截面侧视图。
图3B是根据本文描述的一个实施方式的薄膜太阳能电池器件的截面侧视图。
图3C是根据本文描述的一个实施方式的组合太阳能电池结构的平面图。
图3D是沿图3C的截面A-A的截面侧视图。
图3E是根据本文描述的一个实施方式的薄膜太阳能电池器件的截面侧视图。
图4示出根据本发明的清边模块的一个实施方式的示意性平面图。
图5是根据本发明的清边砂轮设备的一个实施方式的部分示意性调整后等角图。
图6A是根据本发明的清边台的一个实施方式的部分示意性等角图。
图6B是根据本发明的清边台的另一实施方式的部分示意性等角图。
图7是根据本发明的砂轮的一个实施方式的示意性调整后等角图。
图8是根据本发明的清边砂轮设备的一个实施方式的等角图。
图9A-9C是表示根据本发明的一个实施方式的自动修整设备的大致操作的部分示意性顶视图。
图10是根据本发明的清边模块的一个实施方式的示意性平面图。
图11A是根据本发明的一个实施方式的处理期间的清边砂轮设备的侧视图。
图11B是根据本发明的一个实施方式制备的具有边缘区的基板的侧视图。
图12是根据本发明的一个实施方式的清边砂轮设备的侧视图。
图13是根据本发明的一个实施方式制备的具有边缘区的基板的侧视图。
图14是根据本发明的一个实施方式制备的具有边缘区的基板的侧视图。
为了便于理解，在可能的情况下用相同的参考标号表示附图中共有的相同元件或单元。应当理解一个实施方式的元件和特征可以有益地合并到其它实施方式中，而不需要额外的引用。
具体实施方式
本发明总体涉及一种设置在太阳能电池自动化生产线中的清边模块。太阳能电池自动化生产线大致上是用于形成太阳能电池器件的自动化处理模块和自动化设备的布置。太阳能电池自动化生产线大致包括基板接收模块、具有至少一个处理腔室以沉积含硅层到基板表面上的一或多个吸收层沉积群集工具、沉积背接触层到基板表面上的一或多个背接触沉积腔室、适用于从基板表面除去材料的一或多个材料去除腔室、基板切割模块、用于制备基板的表面及边缘的模块(例如清边模块)、太阳能电池封装设备、适用于将组合基板加热并暴露到高于大气压的压力下的压热模块、用于连接将太阳能电池连接至外部部件的连接元件的接线盒连接模块、以及适用于测试与检验形成的太阳能电池器件质量的一或多个质量保证模块。
图1示出包含多个步骤(即步骤102-142)的工艺顺序100的一个实施方式，每个步骤都利用本文描述的新型的太阳能电池生产线200来形成太阳能电池器件。在该工艺顺序100中的结构、处理步骤的数量和处理步骤的次序并非对本文所描述的本发明的范围的限制。图2是生产线200的一个实施方式的平面图，意在于通过本***和***设计的其他相关方面来例示出一些典型的处理模块和工艺流程，因此并非对本文所描述的本发明的范围进行限制。
***控制器290可用于控制在太阳能电池生产线200中设立的一或多个部件。***控制器290促进了对整个太阳能电池生产线200的控制与自动化，并且典型地包括中央处理器(CPU)(未示出)、存储器(未示出)和辅助电路(或I/O)(未示出)。CPU可以是在控制各种***功能、基板移动、腔室处理和辅助硬件(例如，传感器、机械装置、电动机、灯，等等)的工业设置中以及在监测处理过程(例如，基板支撑件温度、电源变化、腔室处理时间、I/O信号，等等)中使用的计算机处理器的任意形式的其中一种。存储器连接到CPU，并且可以是易于获取的存储器中一种或多种，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或者任何其他形式的本地或远程数字存储器。可以将软件指令和数据编码并存储在存储器中以指示CPU的操作。辅助电路也连接到CPU，以按照传统的方式辅助处理器。辅助电路可包括高速缓存器、电源、时钟电路、输入/输出电路、子***等等。
***控制器290可读取的程序(或***指令)决定了可以对基板执行何种任务。优选地，该程序是***控制器290可读取的软件，其包括用以执行涉及基板的监测、移动、支撑、和/或定位的任务，以及执行在太阳能电池生产线200中执行的各种工艺方法任务和各种腔室处理方法步骤。在一个实施方式中，***控制器290还包括多个可编程逻辑控制器(PLC)和物料处理***控制器(例如，PLC或标准计算机)，其中多个可编程逻辑控制器用以在太阳能电池生产线中本地地控制一个或多个模块，物料处理***控制器处理整个太阳能电池生产线的更高级别的关键性移动、工序安排和运行。
图3A-3E中示出了太阳能电池300的例子，可以用图1中示出的工艺顺序和太阳能电池生产线200中示出的部件来形成并测试该太阳能电池300。图3A是单结非晶硅或微晶硅太阳能电池300的简要示意图，可以在下文描述的***中形成与分析该太阳能电池300。
如图3A所示，单结非晶硅或微晶硅太阳能电池300朝向光源或太阳辐射301来取向。太阳能电池300大致包括基板302，例如玻璃基板、聚合物基板、金属基板或其它适合的基板，在该基板上方形成薄膜。在一个实施方式中，基板302是尺寸约为2200mm×2600mm×3mm的玻璃基板。太阳能电池300还包括在基板302上方形成的第一透明导电氧化物(TCO)层310(例如，氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO))、在第一TCO层310上方形成的第一p-i-n结320、在第一p-i-n结320上方形成的第二TCO层340以及在第二TCO层340上方形成的背接触层350。为了通过加强光俘获来提高光的吸收，可选的是，可以用湿法、等离子体、离子和/或机械处理使基板和/或形成在基板上方的一层或多层薄膜纹理化。例如，在图3A示出的实施方式中，将第一TCO层310纹理化，随后在其上沉积的薄膜大致遵循位于其下方的表面的形貌。
在一种结构中，第一p-i-n结320可包括p型非晶硅层322、在p型非晶硅层322上方形成的本征非晶硅层324以及在本征非晶硅层324上方形成的n型微晶硅层326。在一实例中，p型非晶硅层322可形成为约60
Figure GPA00001138830700051
至约300的厚度，本征非晶硅层324可形成为约1,500
Figure GPA00001138830700061
至约3,500
Figure GPA00001138830700062
的厚度，n型微晶硅层326可形成为约100
Figure GPA00001138830700063
至约400的厚度。背接触层350可以包括，但不
Figure GPA00001138830700064
限于，从由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、Ni、Mo、导电碳及其合金或其组合构成的集合中选择的材料。
图3B是太阳能电池300的实施方式的示意图，该太阳能电池300是朝向光或太阳辐射301来取向的多结太阳能电池。太阳能电池300包括基板302，例如玻璃基板、聚合物基板、金属基板或其它适合的基板，在该基板上方形成薄膜。太阳能电池300还可以包括在基板302上方形成的第一透明导电氧化物(TCO)层310、在第一TCO层310上方形成的第一p-i-n结320、在第一p-i-n结320上方形成的第二p-i-n结330、在第二p-i-n结330上方形成的第二TCO层340以及在第二TCO层340上方形成的背接触层350。
在图3B所示的实施方式中，将第一TCO层310纹理化，随后在其上沉积的薄膜大致遵循位于其下方的表面的形貌。第一p-i-n结320可包括p型非晶硅层322、在p型非晶硅层322上方形成的本征非晶硅层324以及在本征非晶硅层324上方形成的n型微晶硅层326。在一实例中，p型非晶硅层322可形成为约60
Figure GPA00001138830700065
至约300的厚度，本征非晶硅层324可形成为约1,500
Figure GPA00001138830700067
至约3,500
Figure GPA00001138830700068
的厚度，n型微晶硅层326可形成为约100
Figure GPA00001138830700069
至约400
Figure GPA000011388307000610
的厚度。
第二p-i-n结330可包括p型微晶硅层332、在p型微晶硅层332上方形成的本征微晶硅层334以及在本征微晶硅层334上方形成的n型非晶硅层336。在一实例中，p型微晶硅层332可形成为约100
Figure GPA000011388307000611
至约400
Figure GPA000011388307000612
的厚度，本征微晶硅层334可形成为约10,000至约30,000
Figure GPA000011388307000614
的厚度，n型非晶硅层336可形成为约100至约500
Figure GPA000011388307000616
的厚度。背接触层350可以包括，但不限于，从由Al、Ag、Ti、Cr、Au、Cu、Pt、Ni、Mo、导电碳及其合金或其组合构成的集合中选择的材料。
图3C是示意性示出了形成的太阳能电池300的背面的实例的平面图，其中在生产线200中生产与测试该太阳能电池300。图3D是图3C中示出的太阳能电池300的一部分(参见截面A-A)的截面侧视图。尽管图3D示出了类似于图3A中示出的结构的单结太阳能电池的截面，但是图3D并不旨在对本文所描述的本发明的范围进行限制。
如图3C和3D所示，太阳能电池300可包括基板302、太阳能电池器件元件(例如，参考标号310-350)、一个或多个内部电连接器(例如，侧边总线(side buss)355、交叉总线(cross-buss)356)、接合材料层360、背玻璃基板361和接线盒370。接线盒370大致可以包括两个接线盒端子371、372，这两个接线盒端子通过与太阳能电池300的背接触层350和活性区电连通的侧边总线355和交叉总线356电连接到太阳能电池300的多个部分。为了避免与如下所讨论的对基板302具体执行的动作相关的混淆，上面设置有一层或多层沉积层(例如，参考标号310-350)和/或一个或多个内部电连接器(例如，侧边总线355、交叉总线356)的基板302通常被称为器件基板303。类似地，已经用接合材料360接合到背玻璃基板361的器件基板303被称为组合太阳能电池结构304。
图3E是太阳能电池300的示意性截面图，示出了用于在太阳能电池300中形成单个电池382A-382B的多个划线区。如图3E所示，太阳能电池300包括透明基板302、第一TCO层310、第一p-i-n结320和背接触层350。可以进行三次激光划线步骤来形成沟槽381A、381B和381C，一般需要这些沟槽以形成高效率的太阳能电池器件。尽管这些电池在基板302上一起形成，但是单个电池382A和382B由形成在背接触层350和第一p-i-n结320中的绝缘沟槽381C彼此隔离。此外，在第一p-i-n结320中形成沟槽381B，以使背接触层350与第一TCO层310电接触。在一个实施方式中，通过在沉积第一p-i-n结320及背接触层350之前，激光划线除去第一TCO层310的一部分，来形成绝缘沟槽381A。类似的，在一个实施方式中，通过在沉积背接触层350之前，激光划线除去第一p-i-n结320的一部分，以在第一p-i-n结320中形成沟槽381B。尽管在图3E中示出了单结型的太阳能电池，但是这种结构并不旨在对本文所描述的本发明的范围进行限制。
大致的太阳能电池形成工艺顺序
参见图1和图2，工艺顺序100一般开始于步骤102，在该步骤中，将基板302装载到设立于太阳能电池生产线200中的装载模块202内。在一个实施方式中，以“原始”状态接收基板302，在“原始”状态下基板302的边缘、总尺寸和/或清洁度未被很好地控制。接收“原始”基板302降低了形成太阳能电池器件之前制备与储存基板302的成本，从而降低了最终形成的太阳能电池器件的太阳能电池器件成本、设备成本和制造成本。然而典型地，在步骤102中，在基板302被接收进入***之前，接收在基板302表面上已沉积有透明导电氧化物(TCO)层(例如，第一TCO层310)的“原始”基板302是有益的。如果没有在“原始”基板的表面上沉积例如TCO层的导电层，那么需要在基板302表面上进行前接触沉积步骤(步骤107)，该步骤将在下文中讨论。
在一个实施方式中，以顺序的方式将基板302或303装载到太阳能电池生产线200中，因而不再采用盒(cassette)式或批量式的基板装载***。盒式和/或批量式装载***需要在运送基板到工艺顺序中的下一步骤之前，将基板从盒上卸载、进行处理、接着放回盒上，因此盒式和/或批量式装载***耗费了大量的时间并降低了太阳能电池生产线产量。采用批量式处理对于例如由单个基板制造多个太阳能电池器件的本发明的某些实施方式并无帮助。此外，采用批量式工艺顺序通常妨碍了基板在生产线上的不同步运送的应用，而在稳定态处理期间或是在一个或多个模块因为要进行维修或由于故障情况而停工时，不同步运送可以实现改进的基板产量。一般地，由于基板的排队和装载可能需要大量的额外时间，当一个或多个处理模块由于维修而停工或甚至是在正常操作期间，盒式或批量式的方案都不能实现本文所描述的生产线的产量。
在下一步骤104中，制备基板302的表面以预防后续工艺中的成品率问题。在步骤104的一个实施方式中，基板***到前端基板接缝模块204，该模块用于制备基板302或303的边缘以降低损害(例如后续工艺期间产生的碎屑或微粒)的可能性。对基板302或303的损害会影响器件成品率和制造可用的太阳能电池器件的成本。在一个实施方式中，前端接缝模块204用于将基板302或303的边缘磨圆或磨为斜边。在一个实施方式中，用镶嵌金刚石的带或圆盘打磨来自基板302或303的边缘的材料。在另一实施方式中，使用砂轮、喷砂处理、或激光消融技术消除来自基板302或303的边缘的材料。
随后将基板302或303运送至清洁模块206，在该模块中，对基板302或303进行步骤106或基板清洁步骤，以除去基板表面上存在的任何污染物。常见的污染物可以包括在基板形成工艺(例如，玻璃制造工艺)期间和/或在基板302或303的运送或储存过程中沉积在基板302或303上的材料。典型地，清洁模块206利用湿法化学擦洗和漂洗步骤来除去任何不期望的污染物。
在一个实例中，清洁基板302或303的处理可以按照如下方式进行。首先，基板302或303从传送台或从自动化设备208进入清洁模块206的污染物除去区。通常，***控制器290设定各个基板302或303进入清洁模块206的时间。污染物除去区可以结合真空***利用干燥的圆柱形刷子从基板302表面移去和抽出污染物。接着，清洁模块206中的传送装置将基板302或303传送至预漂洗区，在预漂洗区中喷水管喷洒一定温度的DI热水，例如将来自DI热水器的50℃DI热水喷洒到基板302或303的表面上。一般地，由于器件基板303上设置有TCO层，并且由于TCO层一般是电子吸收材料，因此使用DI水来避免TCO层的可能污染和电离的任何痕迹。接着，漂洗过的基板302，303进入洗涤区。在洗涤区中，用刷子(例如，贝纶(perlon))和热水湿法清洁基板302或303。在某些实例中，使用洗涤剂(例如，AlconoxTM，CitrajetTM，DetojetTM，TranseneTM，和Basic HTM)、表面活性剂、PH值调节剂和其它化学洗涤剂来清洁基板和从基板表面除去不想要的污染物与微粒。水再循环***使热水的流动再循环。接着，在清洁模块206的最终漂洗区中，用周围环境温度的水漂洗基板302或303以除去污染的任何痕迹。最后，在干燥区中，用吹风机的热风干燥基板302或303。在一种结构中，在干燥处理完成时，使用消电离的杆从基板302或303消除电荷。
在下一步骤或步骤108中，通过划线处理将各单个电池彼此电性隔离。TCO表面和/或裸玻璃表面上的污染物微粒可能会干扰划线的进行。例如在激光划线中，假若激光束划过微粒，则不能划出连续的线，这造成了电池之间的短路。此外，划线之后，在电池的划线图案中和/或TCO上出现的任何微粒的碎屑都可能造成层与层之间的分流(shunting)和非均匀性。因此，通常需要一种很好限定并且很好维护的处理，以确保在整个生产过程中除去污染物。在一个实施方式中，清洁模块206可以从加利福尼亚州的圣克拉拉市的应用材料公司的能源与环境解决方案部门获取。
参见图1和图2，在一个实施方式中，进行步骤108之前，将基板302传送至前端处理模块(未在图2中示出)，在该模块中，对基板302进行前接触形成工艺或步骤107。在一个实施方式中，前端处理模块与下文所述的处理模块218类似。在步骤107中，一个或多个基板前接触形成步骤可以包括一个或多个制备、蚀刻和/或材料沉积步骤，以在裸太阳能电池基板302上形成前接触区。在一个实施方式中，步骤107包括用于在基板302的表面上形成前接触区的一个或多个PVD步骤。在一个实施方式中，前接触区包括透明导电氧化物(TCO)层，该TCO层可包括从由锌(Zn)、铝(Al)、铟(In)和锡(Sn)构成的集合中选择的金属元素。在一实例中，使用氧化锌(ZnO)来形成前接触层的至少一部分。在一个实施方式中，前端处理模块是可以从加利福尼亚州的圣克拉拉市的应用材料公司获取的ATONTM PVD 5.7设备，在该设备中进行一个或多个处理步骤以沉积前接触区。在另一实施方式中，采用一个或多个CVD步骤在基板302的表面上形成前接触区。
随后将器件基板303传送到划线模块208，在该模块中，对器件基板303进行步骤108或前接触隔离步骤，以将器件基板303表面的不同区域彼此电性隔离。在步骤108中，通过采用例如激光消融处理的材料移除步骤，从器件基板303的表面除去材料。步骤108成功的标准是在最小化划线区域的同时获得良好的电池与电池以及电池与边缘的隔离。
在一个实施方式中，使用Nd:钒酸盐(Nd:YVO4)激光源从器件基板303的表面消融材料，以形成将器件基板303的一个区域与相邻区域电性隔离的多条线。在一个实施方式中，在步骤108期间进行的激光划线处理利用波长为1064nm的脉冲激光将设置在基板302上的材料图案化，从而将组成太阳能电池300的各单个电池(例如，参考电池382A和382B)隔离。在一个实施方式中，使用可从加利福尼亚州的圣克拉拉市的应用材料公司获取的5.7m2基板激光划线模块来提供用于精确地电性隔离器件基板303的表面区域的简单可靠的光学与基板操作。在另一实施方式中，用喷水切割工具或金刚石划线来隔离器件基板303表面上的各个区域。
可能需要通过使用主动温度控制硬件组件，来确保进入划刻模块208的器件基板303的温度保持在约20℃至约26℃的范围内，该主动温度控制硬件组件可包括电阻加热器和/或冷却组件(例如，热交换器、热电设备)。在一个实施方式中，需要将器件基板303的温度控制在约25+/-0.5℃。
随后将器件基板303传送到清洁模块210，在该模块中，对器件基板303进行步骤110或预沉积基板清洁步骤，以除去进行电池隔离步骤(步骤108)之后在器件基板303表面上存在的任何污染物。一般地，清洁模块210利用湿法化学擦洗和漂洗步骤除去进行电池隔离步骤之后在器件基板303表面上存在的任何不想要的污染物。在一个实施方式中，在器件基板303上进行与上面的步骤106中描述的处理类似的清洁处理，以除去器件基板303表面上的任何污染物。
随后将器件基板303传送到处理模块212，在该模块中，对器件基板303进行包含一个或多个光吸收层沉积步骤的步骤112。在步骤112中，一个或多个光吸收层沉积步骤可包括用于形成太阳能电池器件的各种区域的一个或多个制备、蚀刻和/或材料沉积步骤。步骤112通常包括用于形成一个或多个p-i-n结的一系列子处理步骤。在一个实施方式中，一个或多个p-i-n结包括非晶硅和/或微晶硅材料。通常，在处理模块212内设立的一个或多个群集工具(例如，群集工具212A-212D)中进行一个或多个处理步骤，以形成在器件基板303上形成的太阳能电池器件中的一层或多层。在一个实施方式中，在传送器件基板303至群集工具212A-212D中的一个或多个之前，将器件基板303传送至蓄能器211A。在一个实施方式中，在太阳能电池器件形成为包括多结的情况下，例如在图3B所示的串联结太阳能电池300的情况下，处理模块212中的群集工具212A适合于形成第一p-i-n结320，而群集工具212B-212D被配置为形成第二p-i-n结330。
在工艺顺序100的一个实施方式中，在进行过步骤112之后进行冷却步骤或步骤113。冷却步骤通常用于稳定器件基板303的温度，以确保在随后的处理步骤中，各个器件基板303经历的工艺条件都是可重复的。通常，离开处理模块212的器件基板303的摄氏温度可以改变很大范围并超过50℃，这可能会造成随后的处理步骤与太阳能电池性能的变化不定。
在一个实施方式中，在一个或多个蓄能器211中设立的一个或多个基板支撑位置进行冷却步骤113。在生产线的一种结构中，如图2所示，可以在其中一个蓄能器211B里将处理过的器件基板303放置一段所需的时间，以控制器件基板303的温度。在一个实施方式中，使用***控制器290控制器件基板303经过蓄能器211的位置、时间和移动，以在进入生产线的下游进程之前控制器件基板303的温度。
随后，将器件基板303传送到划线模块214，在该模块中，对器件基板303进行步骤114或互连形成步骤，以将器件基板303表面的各种区域彼此电性隔离。在步骤114，通过进行例如激光消融处理的材料移除步骤从器件基板303的表面除去材料。在一个实施方式中，使用Nd:钒酸盐(Nd:YVO4)激光源从基板表面消融材料，以形成将太阳能电池与相邻的太阳能电池电性隔离的多条线。在一个实施方式中，使用从应用材料公司获取的5.7m2基板激光划线模块来进行精确的划线处理。在一个实施方式中，在步骤108期间进行的激光划线处理利用波长为532nm的脉冲激光将设置在器件基板303上的材料图案化，从而将组成太阳能电池300的各单个电池隔离。如图3E所示，在一个实施方式中，通过进行激光划线处理在第一p-i-n结320层中形成沟槽381B。在另一实施方式中，利用喷水切割工具或金刚石划线来隔离太阳能电池表面上的各种区域。
可能需要通过使用主动温度控制硬件组件，来确保进入划刻模块214的器件基板303的温度保持在约20℃至约26℃的范围内，该主动温度控制硬件组件可包括电阻加热器和/或冷却组件(例如，热交换器、热电设备)。在一个实施方式中，需要将基板的温度控制在约25+/-0.5℃。
在一个实施方式中，太阳能电池生产线200具有位于划线模块214之后的至少一个蓄能器211。在生产过程中，可以利用蓄能器211C将准备供应的基板提供给处理模块218和/或提供收集区，其中若处理模块218停工或赶不上划线模块214的产量，则在该收集区中可以存储来自处理模块212的基板。在一个实施方式中，一般需要监视和/或主动控制离开蓄能器211C的基板温度，以确保背接触形成步骤120的结果是可重复的。按照一个方面，需要确保离开蓄能器211C或到达处理模块218的基板温度在约20℃至约26℃的范围内。在一个实施方式中，需要将基板的温度控制在约25+/-0.5℃。在一个实施方式中，需要设置能够容纳至少约80个基板的一个或多个蓄能器211C。
随后，将器件基板303传送至处理模块218，在该模块中，对器件基板303进行一个或多个基板背接触形成步骤或步骤118。在步骤118，一个或多个基板背接触形成步骤可以包括用于形成太阳能电池器件的背接触区的一个或多个制备、蚀刻和/或材料沉积步骤。在一个实施方式中，步骤118一般包括用于在器件基板303的表面上形成背接触层350的一个或多个PVD步骤。在一个实施方式中，一个或多个PVD步骤用于形成包括从由锌(Zn)、锡(Sn)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)、镍(Ni)、钒(V)、钼(Mo)和导电碳构成的集合中选择的金属层的背接触区。在一实例中，用氧化锌(ZnO)或镍钒合金(NiV)来形成背接触层305的至少一部分。在一个实施方式中，使用可以从加利福尼亚州的圣克拉拉市的应用材料公司获取的ATONTM PVD 5.7设备来进行一个或多个处理步骤。在另一实施方式中，用一个或多个CVD步骤在器件基板303的表面上形成背接触层350。
在一个实施方式中，太阳能电池生产线200具有位于处理模块218之后的至少一个蓄能器211。在生产过程中，可以利用蓄能器211D将准备供应的基板提供给划线模块220和/或提供收集区，其中若划线模块220停工或赶不上处理模块218的产量，则在该收集区中可以存储来自处理模块218的基板。在一个实施方式中，一般需要监视和/或主动控制离开蓄能器211D的基板温度，以确保背接触形成步骤120的结果是可重复的。按照一个方面，需要确保离开蓄能器211D或到达划线模块220的基板温度在约20℃至约26℃的范围内。在一个实施方式中，需要将基板的温度控制在约25+/-0.5℃。在一个实施方式中，需要设置能够容纳至少约80个基板的一个或多个蓄能器211C。
随后，将器件基板303传送到划线模块220，在该模块中，对器件基板303进行步骤120或背接触隔离步骤，以将基板表面上包含的多个太阳能电池彼此电性隔离。在步骤120，通过进行例如激光消融处理的材料移除步骤从基板表面除去材料。在一个实施方式中，用Nd:钒酸盐(Nd:YVO4)激光源从器件基板303表面消融材料，以形成将太阳能电池与相邻的太阳能电池电性隔离的多条线。在一个实施方式中，用从应用材料公司获取的5.7m2基板激光划线模块来精确地刻划器件基板303的需要划线的区域。在一个实施方式中，在步骤120期间进行的激光划线处理利用波长为532nm的脉冲激光将设置在器件基板303上的材料图案化，从而将组成太阳能电池300的各单个电池隔离。如图3E所示，在一个实施方式中，通过进行激光划线处理，在第一p-i-n结320和背接触层350中形成沟槽381C。
随后，将器件基板303传送至质量保证模块222，在该模块中，对器件基板303进行步骤122或质量保证和/或分流消除步骤，以确保在基板表面上形成的器件满足所要求的质量标准，并在某些情况下纠正所形成的器件中的缺陷。在步骤122，通过使用一个或多个基板接触探针，用探测设备测量形成的太阳能电池器件的质量和材料特性。
在一个实施方式中，质量保证模块222将低能级的光射向太阳能电池的p-i-n结，并用一个或多个探针测量太阳能电池的输出，以确定形成的太阳能电池器件的电学特性。如果模块在形成的器件中检测到缺陷，则它可以进行修正动作来纠正在器件基板303上形成的太阳能电池的缺陷。在一个实施方式中，若存在短路或其它类似的缺陷，则需要在基板表面上的多个区域之间产生反偏压，以控制和/或修正太阳能电池器件的一个或多个形成有缺陷的区域中。在修正过程中，反偏压通常传递足够高的电压，以使得太阳能电池中的缺陷被修正。在一个实例中，若在器件基板303的本应当隔离的区域之间存在短路，则可以将反偏压的强度提高到某一水平，该反偏压强度水平使隔离区之间的区域的导电元件改变相位、分解或以某种方式改变，以消除或减小电短路的程度。
在工艺顺序100的一个实施方式中，将质量保证模块222与工厂自动化***一起应用，以在质量保证测试过程中解决在形成的器件基板303中发现的质量问题。在一种情况中，可以使器件基板303返回工艺顺序中的上游，以使得能够对器件基板303重新进行一个或多个生产步骤(例如，背接触隔离步骤(步骤120))，从而用处理过的器件基板303修正一个或多个质量问题。
随后，可选地，将器件基板303传送至基板分区模块224，在该模块中，利用基板分区步骤124将器件基板303切割为多个较小的器件基板303，以形成多个较小的太阳能电池器件。在步骤124的一个实施方式中，将器件基板303***到基板分区模块224，该基板分割模块224使用CNC玻璃切割工具来精确地切割与分区器件基板303以形成所需尺寸的太阳能电池器件。在一个实施方式中，将器件基板303***到分区模块224，该分区模块224使用玻璃划线工具来精确地刻划器件基板303的表面。接下来器件基板303沿着所刻划的线断裂，形成具有完成太阳能电池器件所需要的尺寸和数量的分区。
在一个实施方式中，可以将步骤102-122配置为采用适合于在大尺寸的器件基板303(例如2200mm×2600mm×3mm的玻璃器件基板303)上进行处理步骤的设备，而向前的步骤124可以适用于制造各种较小尺寸的太阳能电池器件，而不再需要额外的设备。在另一实施方式中，将步骤124设置在工艺顺序100中的步骤122前面，这样可以分区初始的大尺寸器件基板303以形成多个单个的太阳能电池，接下来一次一个地或者成组地(即一次两个或更多个)对这些单个的太阳能电池进行测试与特征化。在这种情况下，可以将步骤102-121配置为采用适合于在大尺寸的器件基板303(例如2200mm×2600mm×3mm的玻璃基板)上进行处理步骤的设备，上进行处理步骤的设备，而向前的步骤124和122适用于制造各种较小尺寸的模块，而不再需要额外的设备。
重新参看图1和图2，随后将器件基板303传送至接缝/边缘清除模块226，在该模块中，利用基板表面与边缘制备步骤126来制备器件基板303的各种表面，以防止在随后的工艺中的成品率问题。在步骤126的一个实施方式中，将器件基板303***到用于制备器件基板303的边缘的接缝/边缘清除模块226，以塑型与制备器件基板303的各边缘。对器件基板303边缘的损害可能会影响器件成品率和生产可用的太阳能电池器件的成本。在另一实施方式中，接缝/边缘清除模块226用于从器件基板303的边缘(例如，10mm)除去沉积材料，以提供可以用于在器件基板303与背玻璃之间形成可靠密封(即，下面描述的步骤134-136)的区域。从器件基板303的边缘除去材料还有助于防止最终形成的太阳能电池中的电短路。
在一个实施方式中，用砂轮将沉积材料从器件基板303的边缘区打磨掉。在另一实施方式中，用双砂轮从器件基板303的边缘除去沉积材料。在又一实施方式中，用喷砂或激光消融技术从器件基板303的边缘除去沉积材料。在一个实施方式中，为了减少可能由喷砂引入的潜在污染物微粒的量，优选采用一个或多个砂轮而不是喷砂技术。按照一个方面，通过使用塑型的砂轮、成角度倾斜并对准的砂带磨光机和/或磨轮，使用接缝/边缘清除模块226将器件基板303的边缘磨圆或磨为斜边。在下面名称为“清边模块及工艺”的部分中将给出示例性接缝/边缘清除模块226的更详细描述。
随后将器件基板303传送至预筛选模块228，在该模块中，对器件基板303进行可选用的预筛选步骤128，以确保在基板表面上形成的器件满足所要求的质量标准。在步骤128，通过使用一个或多个基板接触探针，用发光源和探针设备测量形成的太阳能电池器件的输出。若模块228在形成的器件中检测出缺陷，则它可以采取修正动作或者废弃该太阳能电池。
随后将器件基板303传送至清洁模块230，在该模块中，对器件基板303进行步骤130或预层压基板清洁步骤，以除去在进行了步骤122-128之后的基板303表面上出现的任何污染物。典型地，清洁模块230利用湿法化学擦洗和漂洗步骤除去在进行了电池隔离步骤之后的基板表面上出现的任何不想要的污染物。在一个实施方式中，对基板303进行与步骤106所描述的处理类似的清洁处理，以在基板303表面上除去任何污染物。
随后将基板303传送至接合线连接模块231，在该模块中，对基板303进行步骤131或接合线连接步骤。步骤131用于连接各种电线/导线，这些电线/导线是连接各种外部电学部件至形成的太阳能电池器件所需要的。典型地，接合线连接模块231是可靠并快速地形成多个互连的自动化线接合设备，这些互连往往是形成在生产线200中生产的大尺寸太阳能电池所需要的。
在一个实施方式中，用接合线连接模块231在形成的背接触区(步骤118)上形成侧边总线355(图3C)和交叉总线356。在这种结构中，侧边总线355可以是能够被固定、接合和/或熔合至背接触区中设立的背接触层350以形成良好的电接触的导电材料。在一个实施方式中，侧边总线355和交叉总线356分别包括金属条，例如铜带、涂镍的银带、涂银的镍带、涂锡的铜带、涂镍的铜带或其它导电材料，该金属条能够输运太阳能电池传递的电流并且可靠地接合至背接触区中的金属层。在一个实施方式中，金属条的宽度为约2mm至约10mm，厚度为约1mm至约3mm。
可以通过使用例如绝缘带的绝缘材料357，将在接点处电连接至侧边总线355的交叉总线356与太阳能电池的一层或多层背接触层电性隔离。各个交叉总线356的端部通常具有一条或多条导线，所述导线用于将侧边总线355和交叉总线356连接至接线盒370中的电连接点，接线盒370用于将形成的太阳能电池连接至其他的外部电学部件。
在下一个步骤132，制备接合材料360(图3D)和“背玻璃”基板361以将其传送到太阳能电池形成工艺中(即，工艺顺序100)。在玻璃铺设模块232中进行该制备工序，玻璃铺设模块232包括材料制备模块232A、玻璃装载模块232B和玻璃清洁模块232C。通过使用层压处理(下文所讨论的步骤134)，将背玻璃基板361接合到在上面的步骤102-130中形成的器件基板303上。在步骤132的一个实施方式中，制备聚合材料以将其放置在器件基板303上的背玻璃基板361与沉积层之间，从而形成防止外界环境在太阳能电池的寿命内将其腐蚀的密封。
参见图2，步骤132包括一系列的子步骤，在这些子步骤中，在材料制备模块232A中制备接合材料360，接着将接合材料360设置在器件基板303上方，背玻璃基板361被装载到装载模块232B中并由清洁模块232C洗涤，接着将背玻璃基板361设置在接合材料360及器件基板303上方。
在一个实施方式中，材料制备模块232A适合于接收薄片形状的接合材料360，并进行一个或多个切割动作以提供适当尺寸的接合材料，例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)，以在形成于器件基板303上的背玻璃与太阳能电池之间形成可靠的密封。一般地，在使用聚合物的接合材料360时，需要控制将接合材料360存储与整合到太阳能电池器件中的太阳能电池生产线200的温度(例如，16-18℃)和相对湿度(例如，RH 20-22％)，以确保在接合模块234中形成的接合的性质是可重复的，并确保聚合材料的大小是稳定的。通常需要在使用接合材料以前，在温度和湿度受控的区域中(例如，T＝6-8℃，RH＝20-22％)存储接合材料。
形成大尺寸太阳能电池时，在接合的器件(步骤134)中的多个部件堆叠的偏差将成为一个问题。因此，对接合材料性质与切割工艺的偏差的精确控制可以确保形成可靠的密封。在一个实施方式中，由于PVB的UV稳定性、防湿性、热循环、优良的US耐火等级、符合国际建筑标准、低成本以及可重复利用的热塑性等优点，使用PVB可以更为有益。
在步骤132的一部分，利用自动化机械设备，将接合材料360传送并设置在器件基板303的背接触层350、侧边总线355(图3C)和交叉总线356(图3C)元件的上方。随后***件基板303和接合材料360以接收背玻璃基板361，可以通过使用与设置接合材料360相同的自动化机械设备或第二自动化机械设备，将背玻璃基板361放置在器件基板303和接合材料360的上方。
在一个实施方式中，在将背玻璃基板361放置在接合材料360上方之前，对背玻璃基板361进行一个或多个制备步骤，以确保能够按照需要实现随后的密封工艺以及最终的太阳能电池产品。在一种情况下，以“原始”状态接收背玻璃基板361，在“原始”状态下基板361的边缘、总尺寸和/或清洁度未被很好地控制。接收“原始”基板降低了形成太阳能器件之前制备与存储基板的成本，从而降低了最终形成的太阳能电池器件的太阳能电池器件成本、设备成本和生产成本。在步骤132的一个实施方式中，在进行背玻璃基板清洁步骤之前，在接缝模块(例如，接缝模块204)中制备背玻璃基板361的表面和边缘。在随后的步骤132的子步骤中，将背玻璃基板361传送到清洁模块232C，在该模块中对基板361进行基板清洁步骤，以除去在基板361的表面上存在的任何污染物。常见的污染物可以包括在基板形成工艺(例如，玻璃制造工艺)期间和/或在基板361的运送过程中在基板361上沉积的材料。典型地，清洁模块232C利用如上所述的湿法化学擦洗和漂洗步骤来除去任何不想要的污染物。随后通过使用自动化机械设备，将制备的背玻璃基板361放置在接合材料及器件基板上方。
随后将器件基板303、背玻璃基板361和接合材料360传送到接合模块234，在该模块中进行步骤134或层压步骤，以将背玻璃基板361接合至上述步骤102-130中形成的器件基板。在步骤134，诸如聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯醋酸乙烯酯(EVA)的接合材料360夹在背玻璃基板361与器件基板303之间。用接合模块234中设立的各种加热元件与其它设备对该结构进行加热和加压，以形成接合并密封的器件。器件基板303、背玻璃基板361和接合材料360因而形成了组合太阳能电池结构304(图3D)，该结构至少部分地密封了太阳能电池器件的活性区。在一个实施方式中，在背玻璃基板361中形成的至少一个孔至少部分地保持未被接合材料360覆盖，从而让部分的交叉总线356或侧边总线355能够保持暴露的状态，这样在之后的步骤(即，步骤138)中能够电连接太阳能电池结构304的这些区域。
随后将组合太阳能电池结构304传送到压热模块236，在该模块中，对组合太阳能电池结构304进行步骤136或压热步骤，以除去在步骤134期间接合的结构中残留的气体并确保形成良好的接合。在步骤134，将接合的太阳能电池结构304***到压热模块的处理区中，其中传送高温和高压气体至该处理区，以在器件基板303、背玻璃基板和接合材料360之间减少残留气体的量并改善接合性。在压热模块中进行该处理还有益于确保玻璃及接合层(例如，PVB层)中的应力更加受控，以防止将来由于接合/层压处理期间引起的应力造成密封的失效或玻璃的失效。在一个实施方式中，需要加热器件基板303、背玻璃基板361和接合材料360到达一定的温度，该温度能够实现在形成的太阳能电池结构304的一个或多个部件中的应力松弛。
随后将太阳能电池结构304传送到接线盒连接模块238，在该模块中，对形成的太阳能电池结构304进行接线盒连接步骤138。在步骤138期间采用的接线盒连接模块238用于在部分形成的太阳能电池上安装接线盒370(图3C)。安装的接线盒370在外部电学部件与内部电连接点之间起到接口的作用，其中外部电学部件将连接到形成的太阳能电池，例如其它太阳能电池或电力网；内部电连接点诸如为导线，在步骤131形成。在一个实施方式中，接线盒370包含一个或多个接线盒端子371、372，以使形成的太阳能电池能够轻易且***地连接至传递所产生的电力的其它外部设备。
随后将太阳能电池结构304传送至器件测试模块240，在该模块中，对太阳能电池结构304进行器件筛选与分析步骤140，以确保在太阳能电池结构304表面上形成的器件满足所要求的质量标准。在一个实施方式中，器件测试模块240是用于对一个或多个形成的太阳能电池的输出进行质量验证与测试的太阳能模拟模块。在步骤140，通过使用适合与接线盒370中的端子电接触的一个或多个自动化部件，用发光源和探测设备测量形成的太阳能电池器件的输出。若模块在形成的器件中检测出缺陷，则它可以进行修正动作或者废弃该太阳能电池。
随后将太阳能电池结构304传送至支撑结构模块241，在该模块中，对太阳能电池结构304进行支撑结构安装步骤141，以提供具有连接到步骤102-140中形成的太阳能电池结构304的一个或多个安装元件的完成的太阳能电池器件，从而完成能够在用户的场所轻便、快速安装的太阳能电池器件。
随后将太阳能电池结构304传送到卸载模块242，在该模块中，对基板进行步骤142或器件卸载步骤，以从太阳能电池生产线200卸除形成的太阳能电池。
在太阳能电池生产线200的一个实施方式中，生产线中的一个或多个区域位于清洁的室内环境中，以减少或阻止污染物影响太阳能电池器件的成品率和使用寿命。在一个实施方式中，如图2所示，在用于进行步骤108-118与步骤130-134的模块周围设置了等级为10,000的清洁室内空间250。
清边模块及工艺
利用在基板表面与边缘制备步骤126期间进行的接缝/边缘清除模块226和工艺顺序，从可变尺寸的器件基板303的四个边缘除去材料。在此工序中除去的材料可以包括软金属材料层，还可以包括硬TCO和含硅层，已经发现这些材料会大大地减少传统带式设备的寿命，这是由于在砂带表面的打磨部分上的软材料累积会导致砂带丧失其打磨切割能力。这种除去材料的区域提供了太阳能模块中的活性电池的电性绝缘。此外，清边处理提供了上面可以形成可靠密封的区域，从而防止了由外界环境的侵蚀造成的形成的太阳能电池器件的活性区的过早退化。
图4是接缝/边缘清除模块226的一个实施方式的示意性平面图。诸如自动化设备281的入口传送装置410将器件基板303传送进入第一清边台420。在该第一清边台，处理器件基板303的两个相对的侧边边缘，从这两个边缘除去材料。随后器件基板303进入横向输送台430。这里，将器件基板303馈送入第二清边台440。在该清边台内，处理器件基板303的剩余两个相对的侧边边缘，从这两个边缘除去材料。此时，完成了基板表面与边缘制备步骤126，太阳能电池器件离开接缝/边缘清除模块226以进行前面所述的进一步处理。
图5是根据本发明的清边砂轮设备500的一个实施方式的部分示意性调整后等角图。一般地，设备500包括安装结构510、电动机512、电动机滑轮514、砂轮滑轮516、砂轮518和保护装置520。安装结构510典型地安装到下文所述的第一清边台420或第二清边台440中的横向构件。安装结构510可以包括垂直调整构件522、水平调整构件524和角对准构件526。垂直调整构件522、水平调整构件524和角对准构件526的示范性实施方式可以包括双重调整机构，例如粗调和微调螺钉。垂直调整构件522、水平调整构件524和角对准构件526可以用于设定用于器件基板303的接缝与边缘清除的清边砂轮设备500的初始对准。
清边砂轮设备500可以具有的另一特征是包括恒压构件528。恒压构件528可以包括弹簧和阻尼器的机械、气压或液压***，以确保在清边处理期间不论器件基板303的厚度或厚度变化如何，砂轮518都给器件基板303施加恒定的向下压力。因此，清边砂轮设备500可以从器件基板303的上表面除去相同量的材料，而不论器件基板303的厚度或厚度变化如何。在这种结构中，与实际基板厚度或基板厚度变化无关的恒定向下压力的提供还可有助于自动补偿砂轮518的磨损。可能影响砂轮磨损的常见因素可以包括：从器件基板303除去材料造成的正常磨损和砂轮518的清洁或“修整(dressing)”造成的磨损，这将结合图8在下文中讨论。
在一个实施方式中，清边砂轮设备500包括用于检测引入的器件基板303的高度的传感器530。传感器530可以是接近传感器或机械式测隙规传感器。在一个实施方式中，传感器530检测引入的器件基板303的高度并将此信息发送给控制器，例如发送给***控制器290的本地部分。此外，例如通过下面将参照图9A-9C描述的感应机构605，还可以确定砂轮518的直径。接下来利用这种综合信息设定恒压构件528中的硬停机构件，以限制砂轮518的外圆周的深度。
在另一实施方式中，在前一个器件基板303的打磨期间，利用从传感器530获取的信息和从恒压构件528获取的关于砂轮518高度的信息来设定恒压构件528中的硬停机构件的高度。在这种结构中，当在第一器件基板上打磨时，通过在第一器件基板303的打磨期间检测恒压构件528提供的补偿量，以及通过对测得的补偿量与传感器530检测得到的器件基板303的上表面的高度进行比较，来确定砂轮518的高度。当用传感器530检测第二器件基板303时，比较该信息与第一器件基板303的信息，以设定恒压构件528中的硬停机。由此针对引入的器件基板303来设定砂轮518的初始高度，以补偿砂轮518的直径的任何磨损。这种结构由于将恒压构件528调节为引入的器件基板303的高度，因此最小化或消除了引入的器件基板303的前缘的任何增加的打磨。
在一个替代实施方式中，恒压构件528可以包括一个或多个电动机，例如步进电动机。在此实施方式中，恒压构件528使砂轮沿器件基板303表面的方向延伸直至遭受到指定的阻力。
图6A是第一清边台420或第二清边台440的一个实施方式的部分示意性等角图。第一清边台420或第二清边台440通常包括基板传送装置610(例如，自动化设备281)、支撑结构612、固定砂轮设备614和活动砂轮设备616。可以将固定砂轮设备614固定在支撑结构612的一端，而将活动砂轮设备616设置在支撑结构612的相对端。在操作时，通过设置在活动砂轮设备616上的位置传感器618，可以感测器件基板303的宽度。接着可以由***控制器290调整活动砂轮设备616的横向位置，以使活动砂轮设备616位于能够从器件基板303的上表面边缘除去适当量的材料的位置。在一个实施方式中，***控制器290从传感器618接收信号，并将这些信号发送给致动器622以便移动所述横向活动的砂轮设备616。致动器622可包括能够沿着支撑结构612移动所述活动砂轮设备616的多种设备的其中之一，例如一个或多个电动机或汽缸。在另一实施方式中，可以手动地定位活动砂轮设备616。这样，可以利用第一清边台420或第二清边台440从器件基板303的上表面边缘除去材料，而不论器件基板303的宽度如何。在一个实施方式中，固定砂轮设备614和活动砂轮设备616都包括被配置为沿着与器件基板303移动的方向相反的方向旋转的砂轮518。
图6B是第一清边台420或第二清边台440的另一实施方式的部分示意性等角图。在此实施方式中，第一清边台420或第二清边台440通常包括基板传送装置610(例如，自动化设备281)、支撑结构612、第一固定砂轮设备614、第二固定砂轮设备615、第一活动砂轮设备616和第二活动砂轮设备617。在此实施方式中，可以将第一固定砂轮设备614和第二固定砂轮设备615固定在支撑结构612的一端。可以将活动砂轮设备616和617设置在支撑结构612的相对端。在操作时，通过设置在活动砂轮设备616、617中的一个或两个上的位置传感器618，可以感测器件基板303的宽度。接着可以由***控制器290调整活动砂轮设备616和617的横向位置，以使活动砂轮设备616和617位于能够从器件的上表面边缘除去适当量的材料的位置。在一个实施方式中，***控制器290从一个或多个传感器618接收信号，并将这些信号发送给一个或多个致动器622以便移动所述横向活动的砂轮设备616、617。致动器622可以包括能够沿着支撑结构612移动所述活动砂轮设备616、617的多种设备的其中之一，例如一个或多个电动机或汽缸。在另一实施方式中，可以手动地定位活动砂轮设备616、617。这样，可以利用第一清边台420或第二清边台440从器件基板303的上表面边缘除去材料，而不论玻璃基板的宽度如何。在一个实施方式中，第一固定砂轮设备614、第二固定砂轮设备615、第一活动砂轮设备616和第二活动砂轮设备617都包括被配置为沿着与器件基板303移动的方向相反的方向旋转的砂轮518。
重要的是，应注意到可以单独地控制活动砂轮设备616和617，也可以将活动砂轮设备616和617连接在一起，以在表面制备与边缘制备步骤126中确保同轴性。此外，这种双砂轮的结构可以安装到如图6B所示的单支撑结构，也可以安装到具有可以独立运作的两个或更多个轮的双支撑结构(未示出)。
此外，这种双砂轮结构可以应用于两个阶段的边缘去除处理。在一个实施方式中，第一轮从器件基板303的上表面除去涂覆的材料层，第二轮从器件基板303的表面清除任何的剩余材料并将表面抛光。这样，完全除去了堆叠的膜层，并给清边区提供了随后的层压处理所需要的充分的表面粗糙度。在另一实施方式中，各个轮除去指定的材料。在此实施方式中，可以调整各个轮的性能使该砂轮仅有效地除去所期望除去的材料。
图7是砂轮518的一个示范性实施方式的示意性调整后等角图。砂轮518可以包括具有一个或多个冷却液流体入口712的内圆周710。砂轮518还可以包括主体部分714和***716。***716包括砂轮518的打磨部分。在一个实施方式中，砂轮的打磨部分包括磨料粒度大小为约100粒至约1000粒的微粒。在一个实施方式中，打磨部分包括树脂接合的金刚石微粒。另外，***可以包括一个或多个开口槽718。在此实施方式中，冷却液流体可以引入流体入口712，流经砂轮518的主体部分714，并经由一个或多个流体通道720到达***716的开口槽718。这样砂轮518可以将打磨处理所需的冷却液传送到工作区，并在开口槽718提供空间用于任意软材料的积累。这种特征可以延长砂轮518的寿命，并解决了对软材料清除的需求。在一个实施方式中，开口槽718和流体通道720在砂轮518的圆周均匀分布，以在打磨操作时确保转动平衡。
图8是清边砂轮设备500的一个实施方式的等角图，该清边砂轮设备500包含自动修整设备800。自动修整设备800通常用于制备与维护砂轮518的打磨面518A。自动修整设备800一般是自动化的，以便能够在上面所述的步骤126的一个或多个阶段制备或维护打磨面518A。在步骤126的一个实施方式中，接缝/边缘清除模块226包含一个或多个修整操作，在生产作业中，该修整操作可以在例如清边模块的闲置期间、维修活动期间、每个器件基板303之间或多个器件303之间进行。
在一个实施方式中，自动修整设备800包括横向致动器802，横向致动器802用于在一个或多个砂轮518修整操作期间将自动修整元件801定位为与打磨面518A相啮合。在修整操作期间，自动修整元件801摩擦砂轮518的表面，以除去可能影响清边砂轮设备500性能的任何外来的微粒或其它粘附的材料。在一个实施方式中，自动修整元件801可以是钢刷和/或磨石。在一个实施方式中，自动修整元件801是可以由诸如氧化铝的多孔的、陶瓷材料构成的打磨块。
在一个实施方式中，横向致动器802适合于通过利用***控制器290发送的指令，以受控的力度使自动修整元件801抵靠打磨面518A一段所需的时间。在一个实施方式中，横向致动器802可以是气压或液压致动的汽缸。在另一实施方式中，横向致动器802可以是电动机，例如步进电动机。
在一个实施方式中，在一个或多个修整操作期间，一旦抵靠转动的砂轮518的自动修整元件801所产生的摩擦动作将自动修整元件801的先前的修整面消耗掉，则纵向致动器803可以使自动修整元件801前进以提供新的修整面。纵向致动器803可以是气压或液压致动的汽缸，例如双动汽缸。或者，纵向致动器803可以是电动机。在一个实施方式中，纵向致动器803是与***控制器290电通信的电动机。
图9A-9C是表示自动修整设备800的大致操作的部分示意性顶视图。图9A表示位于其原位置或完全缩回位置的自动修整元件801。在该位置，自动修整元件801完全避开了打磨区，让砂轮518能够进行基板打磨操作。可以引入诸如接近传感器的感应机构805，以检测自动修整元件801何时位于其原位置，可以利用***控制器290让基板打磨操作仅在自动修整元件位于其原位置时进行。
在砂轮518打磨基板表面时，砂轮518的打磨面518A逐渐被微粒堵塞住，从而导致打磨效率降低。这时，需要对砂轮518进行修整。
图9B表示位于修整位置的自动修整元件801。在修整操作期间，横向致动器802在箭头“A”表示的方向上使自动修整元件801横向地前进。随着自动修整元件801的前进，当它抵靠打磨面518A时，自动修整元件801的摩擦动作将砂轮518的打磨面518A的一部分除去。自动修整元件801与打磨面518A之间的相互作用产生了新的修整过的打磨面。
在一个实施方式中，以规律的时间间隔修整砂轮518的打磨面518A，例如每小时修整一次等等。在此实施方式中，每次修整砂轮518的时候，都可消耗修整元件801的总宽度“W”。也就是说，横向致动器802可以使自动修整元件801横向地前进直至砂轮518摩擦透过自动修整元件801的整个横向厚度或宽度“W”。
在另一实施方式中，以规律的使用间隔修整砂轮518的表面518A，例如在每个打磨操作之后修整。在此实施方式中，每次修整砂轮518的时候，仅消耗自动修整元件801的部分宽度。也就是说，横向致动器802可以使自动修整元件801横向地前进直至砂轮518摩擦透过自动修整元件801的厚度的设定长度，例如消耗25mm宽的自动修整元件的1mm。此实施方式可以得到比前一实施方式更有效率的砂轮设备500，然而还需要克服另外的难题。
例如，随着时间的过去，由于打磨和修整操作，砂轮518的直径减小。因此，为了在每次的修整操作中消耗自动修整元件801的厚度的一致部分，应改变横向致动器802需要使自动修整元件801从原位置前进的距离。因此，砂轮设备500可包括与***控制器290通信并由其控制的反馈回路。可以利用***控制器290和横向致动器802来控制与监视自动修整元件801相对于砂轮518的位置，以确保以自动化的基板打磨处理期间的一个或多个间隔进行一致的修整处理。
在一个实施方式中，在打磨操作期间，可以使用恒压构件528(图5)中的传感器或位置监视元件来确定砂轮518的径向损耗。接着***控制器290可以利用这种差异来确定横向致动器802需要将自动修整元件801横向延长的额外距离，以补偿来自砂轮518的表面518A的材料的径向损耗。
一旦消耗完自动修整元件801的全部宽度，则可以操纵自动修整元件801以提供新的表面给下一修整操作。在一个实施方式中，如图9C所示，纵向致动器803以箭头“B”的方向使自动修整元件801纵向地前进一段指定的距离，以使砂轮518能够接触到自动修整元件801的新的区域。可以设置诸如接近传感器的感应机构806以检测自动修整元件801何时处于完全延伸的位置，该完全延伸的位置标志着自动修整元件801的全部宽度被消耗。可以利用***控制器290从感应机构805接收信号，并接着发送指令给横向致动器802以使自动修整元件801返回原位置。***控制器290可以接着发送指令给纵向致动器803以使自动修整元件801前进一段适当的距离，以此提供新的修整面。因此，可以在自动修整元件801的完全消耗与置换之前进行多个修整操作。这样实现了维修和修复的停工时间更少、效率更高的砂轮设备500。
清边设备
为了保证层压处理(步骤134)在接合材料(例如聚乙烯醇缩丁醛(PVB))与基板表面302A(图11B)之间形成所要求的接合，在基板表面与边缘清除步骤126过程中，已经发现形成的边缘区1002中的表面302A的清洁度是很重要的。如上文所提到的，牢固的接合阻止或抑制了可能侵蚀诸如太阳能电池300的太阳能电池器件的活性区的外界环境污染物的侵蚀。从器件基板303的边缘清除材料还可有助于在最终形成的太阳能电池器件中隔离及防止短路。
图11B是表示步骤126期间在器件基板303上形成的边缘区1002的截面图的简要示意图。通过除去器件基板303的多个部分来形成多个边缘区1002，除去的多个部分可以包括在基板302的表面302B上沉积的多层材料层(例如，图3D中的参考标号310-350)。
图10是具有多个清洁模块1010的接缝/边缘清除模块226的一个实施方式的示意性平面图，其中设置这些清洁模块1010以在进行步骤126之后清洁器件基板303的边缘区1002。在处理过程中，诸如自动化设备281的入口传送装置410沿着路径“A”将器件基板303传送进入第一清边台420。在该第一清边台420，如上文所述使用固定砂轮设备614和活动砂轮设备616处理器件基板303的两个相对的侧边(例如，边缘区1002)。在一个实施方式中，由第一清边台420形成了边缘区1002之后，用相邻设置的清洁模块1010分别清洁每个边缘区。随后器件基板303进入横向输送台430。这里，将器件基板303馈送入第二清边台440。在该第二清边台440内，处理器件基板303的剩余两个相对的侧边，从这两个侧边除去材料。在一个实施方式中，由第二清边台440形成了边缘区1002之后，用相邻设置的清洁模块1010分别清洁每个边缘区。此时，完成了基板表面与边缘清除处理或步骤126，器件基板303沿着路径“A”离开接缝/边缘清除模块226以进行前面所述的进一步处理。
图11A是在清边处理(步骤126)的部分过程中的器件基板303的侧视图，在该步骤中用设备500中的砂轮518来形成多个边缘区1002。如图所示，沿方向“A”馈送器件基板303，以使砂轮518可以从基板302的表面除去一层或多层材料层1004。设备500还可以包括润滑源1080，该润滑源1080被设置为给砂轮518和器件基板303的表面提供润滑液“C”，从而加强清边处理的效果。在一个实例中，润滑液“C”包括去离子(DI)水。已发现通过控制基板馈送速度、提供润滑液“C”和控制砂轮518中的磨料粒度大小，可以获得更平滑的表面，这种更平滑的表面趋向于改善层压处理步骤(步骤134)期间在接合材料(例如，PVB)与边缘区1002之间产生的接合。在一个实例中，设备500上的基板馈送速度可以为约10m/min，砂轮518中的磨料粒度大小为高于约440粒。在一个实例中，砂轮518中的磨料粒度大小在约440粒与约700粒之间。
在一个实施方式中，如图11A-11B所示，设置清洁模块1010以利用喷射源1011清洁形成的边缘区1002的一部分。在这种结构中，将喷液“D”射向边缘区1002的至少一部分，以带走或除去形成的边缘区1002的表面302A上的任何残留材料。在一个实施方式中，喷液“D”是基本上横跨整个边缘区1002喷射的高压喷液。在一个实例中，清洁处理包括在边缘区1002以高于约50巴(bar)的供给压力喷射喷液“D”，该喷液“D”包括诸如DI水的流体。在另一个实例中，清洁处理包括在边缘区1002以约50巴至约150巴的供给压力喷射诸如DI水的流体。可以按照约8兆欧-厘米至约18兆欧-厘米的电阻率提供DI水。通常，包含在喷液中的流体可以包括DI水、一种或多种表面活性剂(例如，非离子的表面活性剂)、异丙醇或其它合适的材料及其组合，其能够从边缘区1002除去微粒(例如，玻璃微粒、除去的材料层1004的碎屑、油)。在一个实施方式中，需要在加压的喷液“D”中包含的加压流体里提供气体，以改善清洁能力。所提供的气体可以是清洁干燥空气(CDA)、氮气或其它类似气体。
参见图10和图12，包含在接缝/边缘清除模块226中的清洁模块1010可以包括一个或多个清洁元件，这些清洁元件用于清洁基板1001的边缘区1002。在一个实施方式中，一个或多个清洁元件包括：设置在第一清边台420中的支撑结构1012上的两个或更多个喷射源1011，使得这些喷射源1011可以给形成的边缘区1002传递喷液“D”；以及设置在第二清边台440中的支撑结构1012上的两个或更多个喷射源1011，使得这些喷射源1011可以给随后形成的边缘区1002传递喷液“D”。
在另一实施方式中，一个或多个清洁元件包括摩擦抛光轮1070，用于通过机械摩擦和进一步抛光表面302A从边缘区1002除去微粒。在一个实施方式中，摩擦抛光轮1070包括分离的旋转轮，在旋转轮的表面上设置有细小的金刚石或二氧化硅基粉末或胶状物，以在器件基板303通过摩擦抛光轮1070的下方时进一步摩擦器件基板303的表面。
在另一实施方式中，一个或多个清洁元件包括材料清除轮1071，用于通过机械摩擦从边缘区1002除去微粒。在一个实施方式中，材料清除轮1071包括具有许多刷毛(例如，＞0.15μm的尼龙刷毛)的分离的旋转轮，这些刷毛相对于边缘区1002运动以除去任何附着的微粒。在另一实施方式中，材料清除轮1071包括带式分配组件，该带式分配组件分配并移走一段长度的粘性材料，以将粘性材料在边缘区1002接触到的任何微粒粘起并除去。当粘性材料被分配到边缘区1002“上”和“从”边缘区1002移走时，该粘性材料通常由此粘住并保留其接触到的微粒。在一个实施方式中，通过利用对粘性材料的与边缘区1002发生接触的区域的显微镜观察，用带式分配组件来测试边缘区1002的清洁度。
在另一实施方式中，一个或多个清洁元件包括超声波换能器组件1072，用于通过利用从超声波换能器1073(图13和14)传递的能量从边缘区1002除去微粒。在一个实施方式中，超声波换能器组件1072包括在基板302的下方设置的超声波换能器1073，以使超声波能量可以透过基板302传递，从而带走残留在边缘区1002的表面302A上的微粒。
在一个实施方式中，如图13所示，将器件基板303浸入液槽1085，以使超音波能量能够从超声波换能器1073传递到基板302。在一个实施方式中，横向输送台430包括箱体1060(图10)，在箱体1060中超声波能量被传递到器件基板303。在此结构中，当器件基板303通过接缝/边缘清除模块226时，将器件基板303浸入并移出箱体1060。在一个实例中，箱体1060具有适合于保存诸如DI水的流体的一个或多个壁1087。在一个实施方式中，设置了反射器1086，以使从超声波换能器1073传递出的超声波反射回器件基板303的表面302A。反射器1086一般是设置在液槽1085中的固体材料，例如塑料、金属或陶瓷材料。
在另一实施方式中，如图14所示，将大部分的边缘区1002暴露给由边缘分配组件1020(图10)提供的流体“F”，以使超声波能量能够从超声波换能器1073传递至边缘区1002。在一个实施方式中，边缘分配组件1020包括流体箱1092、泵1091、偏流器1094、流体收集元件1093和超声波换能器1073。在操作时，泵1091适合于将流体“F”传递给偏流器1094，偏流器1094把流体偏流向边缘区1002和流体收集元件1093，以使流体“F”在回到流体箱1092之前接触边缘区1002和基板302的背面。在此结构中，将超声波换能器1073设置为通过流动的流体“F”来传递超声波能量至基板302的背面和边缘区1002。在一个实施方式中，在器件基板303通过接缝/边缘清除模块226时，对器件基板303的边缘应用超声波处理。流体“F”可以包括诸如DI水的流体。
尽管前文所述涉及了本发明的实施方式，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以设计出本发明的其它或进一步的实施方式，而本发明的范围由所附的权利要求书所确定。

Claims (15)

1.一种用于对太阳能电池器件进行清边处理的模块，包括：
入口传送装置，该入口传送装置被配置为传送太阳能电池器件到所述模块；
清边台，该清边台被配置为在所述太阳能电池器件的相对的边缘区从所述太阳能电池器件的上表面除去材料；以及
清洁组件，该清洁组件被配置为清洁所述太阳能电池器件的边缘区，
其中所述清边台包括：
台支撑结构；
固定砂轮设备，该固定砂轮设备连接到所述台支撑结构；
活动砂轮设备，该活动砂轮设备设置在所述台支撑结构上；
第一自动修整设备，该第一自动修整设备连接到所述固定砂轮设备并配置为自动修整所述固定砂轮设备的打磨面；和
第二自动修整设备，该第二自动修整设备连接到所述活动砂轮设备并配置为自动修整所述活动砂轮设备的打磨面。
2.根据权利要求1所述的模块，其中所述固定砂轮设备包括：
固定砂轮设备支撑结构，该固定砂轮设备支撑结构具有垂直调整构件、水平调整构件和角调整构件；
固定砂轮电动机；和
固定砂轮。
3.根据权利要求2所述的模块，其中所述活动砂轮设备包括；
活动砂轮设备支撑件，该活动砂轮设备支撑件具有垂直调整构件、水平调整构件和角调整构件；
活动砂轮电动机；
活动砂轮；和
太阳能电池器件边缘位置传感器。
4.根据权利要求3所述的模块，还包括致动器，该致动器被配置为根据所述太阳能电池器件边缘位置传感器提供的信息，横向定位所述活动砂轮设备。
5.根据权利要求3所述的模块，其中所述固定砂轮和所述活动砂轮分别包括：
多个通道，所述通道被配置为将流体从所述砂轮的内圆周引向所述砂轮的打磨面；和
在所述砂轮的打磨面上与所述通道流体连通的开口槽。
6.根据权利要求3所述的模块，其中所述第一和第二自动修整设备分别包括：
摩擦元件；
横向前进装置；
纵向前进装置；
被配置为确定所述摩擦元件何时处于完全延伸位置的感应机构；以及
被配置为确定所述摩擦元件何时处于完全缩回位置的感应机构。
7.根据权利要求1所述的模块，其中所述清洁组件包括：流体喷嘴，所述流体喷嘴对准所述固定砂轮设备和所述活动砂轮设备下游的所述太阳能电池器件的边缘区。
8.根据权利要求1所述的模块，其中所述清洁组件包括：
流体箱；
流体泵，该流体泵与所述流体箱流体连通；
偏流器，该偏流器被配置为将流体流从所述流体泵偏流到所述太阳能电池器件的边缘区上；
流体收集元件，该流体收集元件被设置为从所述太阳能电池器件的边缘区收集流体；和
超声波换能器，该超声波换能器设置在所述太阳能电池器件下方，并且被配置为传递超声波能量至所述太阳能电池器件。
9.一种用于对太阳能电池器件进行清边处理的模块，包括：
入口传送装置，该入口传送装置被配置为传送太阳能电池器件到所述模块；
第一清边台，该第一清边台被配置为在所述太阳能电池器件的相对的边缘区从所述太阳能电池器件的上表面除去材料，其中所述第一清边台包括第一台支撑结构、第一固定砂轮设备、第一自动修整设备、第一活动砂轮设备和第二自动修整设备，所述第一自动修整设备被配置为自动修整所述第一固定砂轮设备，所述第二自动修整设备被配置为自动修整所述第一活动砂轮设备；
第二清边台，该第二清边台被配置为在所述太阳能电池器件的剩下的相对的边缘区从所述太阳能电池器件的上表面除去材料，其中所述第二清边台包括第二台支撑结构、第二固定砂轮设备、第三自动修整设备、第二活动砂轮设备和第四自动修整设备，所述第三自动修整设备被配置为自动修整所述第二固定砂轮设备，所述第四自动修整设备被配置为自动修整所述第二活动砂轮设备；
横向输送台，该横向输送台被配置为将所述太阳能电池器件从所述第一清边台传送至所述第二清边台；以及
出口传送装置，该出口传送装置被配置为传送所述太阳能电池器件离开所述模块。
10.根据权利要求9所述的模块，其中每个清边台还包括清洁组件，其中每个清洁组件包括：
流体喷嘴，该流体喷嘴对准所述固定砂轮设备和所述活动砂轮设备下游的所述太阳能电池器件的边缘区；和
材料清除轮，该材料清除轮被配置为接触所述流体喷嘴下游的所述太阳能电池器件的边缘区。
11.根据权利要求9所述的模块，其中每个活动砂轮设备包括：
传感器，该传感器被配置为感测所述太阳能电池器件的边缘位置并发送信息给控制器；和
致动器，该致动器被配置为从所述控制器接收信号并根据所述传感器提供的信息横向定位所述活动砂轮设备。
12.根据权利要求11所述的模块，其中每个固定砂轮设备包括：
砂轮设备支撑结构，该砂轮设备支撑结构具有垂直调整构件、水平调整构件和角调整构件；
砂轮，在所述砂轮中设置有多个冷却剂通道，其中所述冷却剂通道将所述砂轮的内表面流体连接到所述砂轮的打磨面；和
补偿设备，该补偿设备被配置为确定所述砂轮的半径的损耗并发送信号给所述控制器。
13.根据权利要求12所述的模块，其中每个固定砂轮设备还包括恒压构件，该恒压构件被配置为不论所述太阳能电池器件的厚度如何都通过所述砂轮施加恒定的压力到所述太阳能电池器件的上表面上。
14.一种用于制备太阳能电池器件的多个边缘的方法，包括：
使太阳能电池器件前进到第一清边台；
通过利用第一固定砂轮设备和第一活动砂轮设备来施加恒定压力到所述太阳能电池器件的表面上，从所述太阳能电池器件的两个相对的边缘区除去材料；
用第一自动修整设备自动修整所述第一固定砂轮设备的表面和用第二自动修整设备自动修整所述第一活动砂轮设备的表面；
提供流体给所述两个相对的边缘区；
在不转动所述太阳能电池器件的条件下传送所述太阳能电池器件到第二清边台；
通过利用第二固定砂轮设备和第二活动砂轮设备来施加恒定压力到所述太阳能电池器件的表面上，从剩下的两个相对的边缘区除去材料；
用第三自动修整设备自动修整所述第二固定砂轮设备的表面和用第四自动修整设备自动修整所述第二活动砂轮设备的表面；
提供流体给所述剩下的两个相对的边缘区；以及
从所述第二清边台移走所述太阳能电池器件。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
锁住所述第一清边台，以阻止所述太阳能电池器件前进；
使打磨块朝向所述固定砂轮设备横向前进一段指定的距离，其中所述指定的距离表明所述打磨块宽度的损耗和设置在所述固定砂轮设备中的砂轮的半径的损耗；
打磨掉所述打磨块的宽度的一部分；
远离所述固定砂轮设备来缩回所述打磨块；
感测到所述打磨块处于完全缩回位置；以及
解锁所述第一清边台。
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