CN107283988A - 一种太阳能电池层压工艺及层压阶段下腔充气*** - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种太阳能电池层压工艺及层压阶段下腔充气***，目的是提供一种提高生产效率和产品品质的太阳能电池层压工艺的层压阶段下腔充气***，该***进行太阳能电池层压工艺包括顺序进行的以下步骤：叠层、抽真空、加热、加压、压力释放；其特征在于：所述加压步骤中，上腔与下腔内的压力控制方法为：所述上腔的压力与下腔的压力同时上升，所述下腔的压力上升的速度小于上腔的压力上升速度；或所述上腔的压力上升一定时间后，所述下腔的压力开始缓慢上升。加压步骤中，下腔内也充入一定量大气，减小下腔内的密封树脂热熔时间，提高生产效率和产品品质。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池组件制造设备技术领域，特别涉及一种太阳能电池层压工艺及层压阶段下腔充气***。
背景技术
太阳能电池生产工艺，是用制备好的密封树脂将太阳能电池焊接为一体，自上而下将基体、EVA、电池发电主件、EVA、背板真空热压封装，并加装铝合金边框等制成太阳能电池组件。对太阳能电池组件的性能要求为功率衰减低、工作寿命长、有足够的机械强度，由于其发电层及导电层暴露在空气中，极易受到化学氧化、物理老化、水汽侵蚀等影响，对组件的输出功率、工作寿命及机械强度造成致命威肋，因此需要通过真空层压技术对其进行保护。真空层压在电池组件的制造过程中是至关重要的一道关键工序。
目前常用的层压机的真空压力控制装置的结构为：一台真空泵通过真空管路单独与层压机上腔相连接，并通过另一真空管路单独与层压机下腔相连接，各真空管路上分别设置有控制阀，层压机上腔和层压机下腔上还分别连接有充气管路，所述充气管路分别通过控制阀与大气相连通。层压时，分别打开各真空管路上的控制阀，同时分别关闭各充气管路上的控制阀；一台真空泵负责保障层压机上腔的真空度，同时负责保障层压机下腔的真空度；抽真空完毕后，分别关闭各真空管路上的控制阀，层压过程中，打开上腔充气管路上的控制阀，通过连通层压机上腔的充气管路使层压机上腔多次充气给压，使EVA,TPT、电池片、基体有效地粘合在一起；层压完成后，打开下腔充气管路上的控制阀，大气经各自的充气管路进入到层压机下腔，解除真空状态。但在加压中，下腔内保持高真空度时，其内空气很少，不能有效传导热量，导致密封树脂融化时间较长，层压机的工作效率不高。
发明内容
本发明目的是提供一种缩短生产时间、提高生产效率，改善产品品质的太阳能电池层压工艺及层压阶段下腔充气***。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种太阳能电池层压工艺，包括顺序进行的以下步骤：叠层、预加热、抽真空、加热、加压、压力释放；其特征在于：所述叠层步骤与预加热步骤同步，所述加热步骤分为两个阶段，第一加热阶段与抽真空步骤同步，第二加热阶段与加压步骤同步；所述加压步骤中，上腔与下腔内的压力控制方法为：所述上腔的压力与下腔的压力同时缓慢上升，所述下腔的压力上升的速度小于上腔压力上升速度；或所述上腔的压力上升一定时间后，所述下腔的压力开始缓慢上升；下腔内的压力上升至一定值后保持压力不变，直至加压步骤结束，所述加压步骤中下腔压力停止上升后，其压力可通过微量充气或微量抽真空进行调整。
优选的，所述加热步骤前还包括预加热步骤，所述预加热步骤与叠层步骤同步。
优选的，所述加压步骤中，下腔内压力保持不变的阶段，其压力可通过微量充气或微量抽真空进行调整。
优选的，将上腔升压的步骤分为多个时间阶段，其中第一个时间阶段内使上腔中的压力线性上升至一定值，其后的多个时间阶段，上腔内的压力逐渐上升至大气压力。
优选的，在加压步骤中，上腔压力上升的第一个时间阶段的时间不少于2min。
优选的，所述预加热步骤中，承压加热板的温度升高至密封树脂熔点温度的40％-50％，所述加热步骤中，第一加热阶段承压加热板的温度升高至到密封树脂熔点温度的80％-85％。
一种太阳能电池层压工艺的层压阶段下腔充气***，包括机架，所述机架上放置层压装置，所述层压装置包括开口向下的凹形腔体的上盖，所述上盖与机架上设置的升降气缸的活塞杆连接，所述上盖下方设置开口向上的凹形腔体的下盖，所述下盖内设置承压加热板，所述下盖放置在可沿水平方向运动的传动带上；所述上盖下方开口处设置膜片，使上盖内腔与弹性膜片之间的区域形成上腔，上盖与下盖闭合后，所述弹性膜片与下盖内腔之间的区域形成下腔；所述层压***还包括控制***；所述上盖上部中央位置设置上腔真空接头、上腔大气接头，所述上腔真空接头与上腔真空管的一端连接，所述上腔真空管的另一端与上腔真空阀的一端连接，所述上腔真空阀的另一端与真空泵连接，所述上腔大气接头与上腔充气阀连接；所述下盖下部中央位置设置下腔真空接头、下腔大气接头，所述下腔真空接头与下腔真空管的一端连接，所述下腔真空管的另一端与下腔真空阀的一端连接，所述下腔真空阀的另一端与真空泵连接，所述下腔大气接头与下腔充气阀连接。
优选的，所述上腔内设置上腔压力传感器；所述下腔内设置下腔压力传感器。
优选的，所述下腔大气接头至少连接了一个用于调压的泄气阀，当然也可以同时连接两个泄气阀，如下腔大气接头分别与第一泄气阀、第二泄气阀连接；使用时，第一泄气阀的泄气速度大于第二泄气阀的泄气速度。
优选地，所述的上腔真空阀、下腔真空阀可与相邻的层压装置的真空泵连接。当所述的上腔真空阀、下腔真空阀所在的层压装置的真空泵损坏时可以通过调用与其连接的相邻层压装置的真空泵，以保证所述的上腔真空阀、下腔真空阀所在的层压装置的正常运行。
优选的，所述上腔充气阀、下腔充气阀分别与空气干燥器、空气过滤器连接。
附图说明
图1为太阳能电池层压加压阶段下腔充气***示意图；
图2为太阳能电池模块剖视图；
图3为叠层步骤时层压装置示意图；
图4为抽真空步骤时层压装置示意图；
图5为加压步骤中，上腔压力恢复时层压装置示意图；
图6为第n-1层压装置加压步骤时，其与第n层压装置之间的下腔补偿阀255打开时，第n-1层压装置示意图；
图7为第n-1层压装置加压步骤中，其与第n层压装置之间的下腔补偿阀255关闭后，其与第n-1层压装置的下腔连接的下腔充气阀257打开时，第n-1层压装置示意图；
图8为第n-1层压装置与第n层压装置气体管路连接示意图；
图9为加压步骤中，所述上腔的压力与下腔的压力同时缓慢上升，所述下腔的压力上升的速度小于上腔的压力上升速度的示意图；
图10为加压步骤中，所述上腔的压力缓慢上升一定时间后，所述下腔的压力开始缓慢上升的示意图。
具体实施方式
图4-图7中箭头所示的方向，表示空气流动的方向，图2中所示的太阳能电池模块结构是为更好的对层压步骤进行解释，以方便本领域技术人员更好的理解，因此本发明所述的太阳能电池的层压***不限于仅针对图2中的结构，也可用于其他结构类似的太阳能电池模块的层压***中。另外，与本发明中的权利要求等同的变形或变更均在本发明的范围内。
如图1所示的，一种太阳能电池层压工艺的层压阶段下腔充气***，包括机架100，所述机架100上放置层压装置200，可以沿机架100上沿竖直方向放置多层的层压装置200，也可以根据厂房的场地形状制作机架100，并根据机架100的形状水平放置多个层压装置200。所述层压装置200包括开口向下的凹形腔体的上盖210，所述上盖210与机架100上设置的升降气缸101的活塞杆连接，所述上盖210下方设置开口向上的凹形腔体的下盖220，所述下盖220内设置承压加热板221，所述下盖220放置在可沿水平方向运动的传动带102上；所述上盖210下方开口处设置膜片230，使上盖内腔与弹性膜片230之间的区域形成上腔231，上盖210与下盖220闭合后，所述弹性膜片230与下盖220内腔之间的区域形成下腔232；所述层压***还包括控制***。
如图8所示的，所述上盖210上部中央位置设置上腔真空接头241、上腔大气接头242，所述上腔真空接头241与上腔真空管243的一端连接，所述上腔真空管243的另一端与上腔真空阀244的一端连接，所述上腔真空阀244的另一端与真空泵260连接，所述上腔大气接头242与上腔充气阀247连接；所述下盖220下部中央位置设置下腔真空接头251、下腔大气接头252，所述下腔真空接头251与下腔真空管253的一端连接，所述下腔真空管253的另一端与下腔真空阀254的一端连接，所述下腔真空阀254的另一端与真空泵260连接，所述下腔大气接头252与下腔充气阀257连接。所述上腔真空管243与下腔真空管253之间通过稳压阀245连接；相邻的两个层压装置的下腔真空管253之间还通过下腔补偿阀255连接。
所述上腔231内设置上腔压力传感器248，所述下腔232内设置下腔压力传感器258，下腔大气接头252还与第一泄气阀259-1、第二泄气阀259-2连接，所述第一泄气阀259-1的泄气速度大于第二泄气阀259-2的泄气速度，通过下腔压力传感器258可以方便的对下腔232内的压力状态、充气和泄气的状态进行有效监测。加压步骤中，下腔232内的压力上升是通过控制第一泄气阀259-1实现。下腔232内的压力维持稳定是通过控制下腔真空阀254和第二泄气阀259-2实现。
对于多个层压装置200来说，如果只设置一个真空泵260，一旦该真空泵260出现故障，则整个***无法正常运行，因此更好的实施方式是，所述层压装置200的上腔真空阀244、下腔真空阀254分别与多个真空泵260连接，即相邻的几个层压装置200连接多个真空泵260，正常工作时一个真空泵工作，当一个真空泵260出现故障，则自动切换并使用其他相邻的真空泵260继续工作，有效的避免真空泵故障导致抽真空不足出现气泡和产品不良。
所述承压加热板221下表面与下盖220底部的上表面之间形成的加热区域222内充满油液，所述下盖220在加热区域222两侧设置进油口和出油口，并与油泵连接，所述油泵的入口与出口位置设置电加热丝。对承压加热板221进行加热时，控制***控制电加热丝在油泵工作时通电，这样加热区域222内的油液处于加热状态，且循环流动，可让加热区域222内的油液温度均匀，油液与承压加热板221的底部接触传热时，承压加热板221上表面的温度变化均匀。也可以在承压加热板221底部直接设置电加热丝对其进行加热。
进行太阳能电池层压工艺，包括顺序进行的以下步骤：叠层、抽真空、加热、加压、压力释放。所述加热步骤分为两个阶段，第一加热阶段与抽真空步骤同步，第二加热阶段与加压步骤同步；
如图2、图3所示的，太阳能电池的叠层步骤为，使用密封树脂003在基板001上密封多个太阳能电池单元002。所述密封树脂003可以使用EVA或离聚物树脂。在密封树脂003上层叠有密封基板004。密封树脂003具有与基板001和密封基板004大致相同的外形尺寸。在密封树脂003内含有气泡005。气泡005是由于在基板和密封用基板004之间设置密封树脂003时混入空气而产生。
更好的实施方式是，所述加热步骤前还包括预加热步骤，所述预加热步骤与叠层步骤同步。预加热步骤中，控制***将承压加热板221的温度升高至密封树脂003熔点温度的40％-50％，这样可以有效减少加热步骤的时间，同时在叠层步骤中提前对密封树脂003预热，减少其中的气泡。
如图4所示的，抽真空步骤为，当上盖210与下盖220闭合后，上腔231和下腔232被膜片230分隔成两个相互独立的密闭空间，打开上腔真空阀244、下腔真空阀254，使上腔231、下腔232中的空气分别通过上腔真空管243、下腔真空管253，被真空泵260抽走，在抽真空过程中通过上腔压力传感器248、下腔压力传感器258对上腔231、下腔232内的压力进行监测，当上腔231、下腔232之间的压力差大于70kP时，则将稳压阀245打开，这样可以防止与上腔231或下腔232连接的真空管路或真空阀或真空泵出现故障时，相应的腔体内无法抽真空的问题。通过对上腔231和下腔232进行抽真空，然后关闭上腔真空阀244、下腔真空阀254。这样，在抽真空步骤中将密封树脂43中的部分气泡45脱泡。
抽真空步骤的同时，控制***提高承压加热板221的温度，进行加热步骤的第一加热阶段，承压加热板221的温度升高至到密封树脂003熔点温度的80％-85％。
如图5所示的，加压步骤为，打开上腔充气阀247，使上腔231内的压力大于下腔232内的压力，两个腔体之间的压力差对膜片230施加向下的压力，使基板001、太阳能电池单元002、溶化后的密封树脂003、密封用基板004的整体紧贴，并将密封树脂003中的气泡脱泡。加压步骤的同时，进行加热步骤的第二加热阶段，控制***将承压加热板221的温度升高至高于密封树脂003融点的温度。
在加压步骤中，由于承压加热板221被加热到比密封树脂003的融点高的温度，所以密封树脂003熔化，将太阳能电池模块密封。但是，在该状态下，下腔232内为真空状态，其热传导较差，密封树脂003容易产生熔融残留物。该现象发生是由于在真空状态下，传递热能的气体分子数非常少，所以热传导会变小，难以对太阳能电池模块整体进行均匀加热。
为了减小密封树脂003的融化时间，如图9所示的，所述加压步骤中，上腔231与下腔232内的压力控制方法为：上腔充气阀247打开的同时，第一泄气阀259-1打开，所述上腔231的压力与下腔232的压力同时上升，所述下腔232的压力上升的速度小于上腔231的压力上升速度。为了使上腔231内的压力恢复至大气压后，上腔231、下腔232内的压力仍在一定时间内保持一定的压力差值，下腔232内的压力上升至一定值后停止上升，这时下腔232内的压力值范围可以是2kPa—15kPa。
如图10所示的，所述加压步骤中，也可以使用另一种上腔231与下腔232的压力控制方法：上腔充气阀247打开一定时间后，第一泄气阀259-1打开，所述上腔231的压力上升一定时间后，所述下腔232的压力开始缓慢上升，到设定值后停止上升，这时下腔232内的压力值范围可以是2kPa—15kPa。
所述上腔231升压的步骤可以分为多个时间阶段，其中第一个时间阶段内使上腔231中的压力线性上升至大气压力的一定值，其后的多个时间阶段，上腔231内的压力逐渐上升至大气压力。这样可以让多个时间阶段内上腔231升压速度不同，在开始的几个时间阶段，上腔231升压速度较慢，其后的几个时间阶段，上腔231升压的速度逐渐加快，这样可以有效减小上腔231升压的时间。同时为了放置上腔231内压力升高的速度过快，导致太阳能电池组被压变形，上腔231压力缓慢上升的第一个时间阶段的时间不少于2min。
所述加压步骤中，下腔232内压力保持不变的阶段，其压力可通过微量充气或微量抽真空进行调整，当下腔232内压力因微量漏气导致其内压力升高，则打开下腔真空阀254，减小下腔232内的压力；当下腔232内压力稍微低于预定压力时，则打开第二泄气阀259-2，对下腔232微量充气，以保证下腔232内压力维持稳定。
下腔大气接头还可只与一个泄气阀连接。使用时，可通过泄气和微调来完成连接两个泄气阀的功能。当然，此时最好在泄压阀上连接一个稳压阀，通过泄压阀与稳压阀配合使用。
压力释放步骤为，上腔231中的压力恢复至大气压力后，与下腔232连接的下腔充气阀257打开，对下腔232充入空气，当下腔232内的压力恢复至大气压力后，控制***控制活塞102，带动上盖210向上运动，传送带102运动，将层压完毕的太阳能电池组件运送至其他工位，进行下一步加工。
在加压步骤、压力释放步骤中，上腔231、下腔232中充入空气时，承压加热板221和太阳能电池组件的温度仍较高，如果充入的空气湿度较大，在压力释放阶段，太阳能电池组件的温度下降较快，这样空气中的水分可能会在太阳能电池组件表面形成水滴，因此将上腔充气阀247、下腔充气阀257分别与空气干燥器、空气过滤器连接，这样可以更好的保护的太阳能电池组件。
如图4-图8所示的，当加压步骤完成后，上腔231内的压力为大气压力，下腔232内的压力仍小于大气压力，为了有效的利用下腔232内的真空，可以将不同的层压装置200进行不同生产步骤的时间错开。具体步骤为：在叠层步骤前，所述控制***将多层的层压装置进行编号，分别标号为第1层压装置、第2层压装置…第n层压装置。当第1层压装置完成加压步骤时，第2层压装置完成叠层步骤，此时第1层压装置与第2层压装置之间的下腔补偿阀255打开，第2层压装置内的稳压阀245打开，当第1层压装置的下腔232内的气压与第2层压装置的上腔231、下腔232内的气压达到一致后，下腔补偿阀255关闭，第1层压装置进行压力释放步骤，而此时第2层压装置内的上腔231、下腔232内已经有一定的真空度，再继续对第2层压装置进行抽真空步骤。这样可大大减少第2层压装置…第n层压装置的抽真空步骤的时间，同时其对真空泵的要求也可相应降低。为保证第1层压装置与第2层压装置抽真空的时间一致，第1层压装置抽真空步骤中上腔231、下腔232的抽气速度大于第2层压装置抽真空步骤中上腔231、下腔232的抽气速度。
由以上叙述可知，对于第2层压装置至第n层压装置，其在抽真空步骤前，上盖210与下盖220闭合后，还包括预抽真空步骤，所述预抽真空步骤为，控制***控制第n-1层压装置完成加压步骤时，让第n层压装置完成叠层步骤，此时第n-1层压装置与第n层压装置之间的下腔补偿阀255打开，当第n-1层压装置的下腔232内的气压与第2层压装置的上腔231、下腔232内的气压达到一致后，下腔补偿阀255关闭，第n-1层压装置进行压力释放步骤，第n层压装置继续抽真空步骤。
为防止预抽真空步骤中，下腔补偿阀255损坏，导致第n-1层压装置与第n层压装置之间无法连通，从而影响抽真空步骤的时间的问题，控制***设定第n-1层压装置加压步骤中，若第n-1层压装置与第n层压装置之间的下腔补偿阀255打开时间超过30s，则控制***关闭下腔补偿阀255。
因此更好的实施方式是，在第n-1层压装置进行加压步骤中，其上腔231中的压力恢复至大气压力的70-85％时，第n-1层压装置与第n层压装置之间的下腔补偿阀255打开。这样使第n-1层压装置的下腔232内部的传递热能的气体分子数增加，太阳能电池模块温度分布更均匀，也可以提前对第n层压装置的上腔231、下腔232进行抽真空，减少其抽真空步骤时间。此处描述为多层层压机。
Claims (10)
1.一种太阳能电池层压工艺，包括顺序进行的以下步骤：叠层、抽真空、加热、加压、压力释放；其特征在于：所述加热步骤分为两个阶段，第一加热阶段与抽真空步骤同步，第二加热阶段与加压步骤同步；所述加压步骤中，上腔(231)与下腔(232)内的压力控制方法为：所述上腔(231)的压力与下腔(232)的压力同时缓慢上升，所述下腔(232)的压力上升的速度小于上腔(231)的压力上升速度；或所述上腔(231)的压力上升一定时间后，所述下腔(232)的压力开始缓慢上升；下腔(232)内的压力上升至一定值后保持压力不变，直至加压步骤结束；所述加压步骤中下腔(232)压力停止上升后，其压力可通过微量充气或微量抽真空进行调整。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池层压工艺，其特征在于：所述加热步骤前还包括预加热步骤，所述预加热步骤与叠层步骤同步。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池层压工艺，其特征在于：将上腔(231)升压的步骤分为多个时间阶段，其中第一个时间阶段内使上腔(231)中的压力线性上升至一定值，其后的多个时间阶段，上腔(231)内的压力逐渐上升至大气压力。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池层压工艺，其特征在于：在加压步骤中，上腔(231)压力上升的第一个时间阶段的时间不少于2min。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池层压工艺，其特征在于：所述预加热步骤中，承压加热板(221)的温度升高至密封树脂(003)熔点温度的40％-50％，所述加热步骤中，第一加热阶段承压加热板(221)的温度升高至到密封树脂(003)熔点温度的80％-85％。
6.一种太阳能电池层压工艺的层压阶段下腔充气***，包括机架(100)，所述机架(100)上放置层压装置(200)，所述层压装置(200)包括开口向下的凹形腔体的上盖(210)，所述上盖(210)与机架(100)上设置的升降气缸(101)的活塞杆连接，所述上盖(210)下方设置开口向上的凹形腔体的下盖(220)，所述下盖(220)内设置承压加热板(221)，所述下盖(220)放置在可沿水平方向运动的传动带(102)上；所述上盖(210)下方开口处设置膜片(230)，使上盖(210)内腔与弹性膜片(230)之间的区域形成上腔(231)，上盖(210)与下盖(220)闭合后，所述弹性膜片(230)与下盖(220)内腔之间的区域形成下腔(232)；所述层压***还包括控制***；
其特征在于：所述上盖(210)上部中央位置设置上腔真空接头(241)、上腔大气接头(242)，所述上腔真空接头(241)与上腔真空管(243)的一端连接，所述上腔真空管(243)的另一端与上腔真空阀(244)的一端连接，所述上腔真空阀(244)的另一端与真空泵(260)连接，所述上腔大气接头(242)与上腔充气阀(247)连接；所述下盖(220)下部中央位置设置下腔真空接头(251)、下腔大气接头(252)，所述下腔真空接头(251)与下腔真空管(253)的一端连接，所述下腔真空管(253)的另一端与下腔真空阀(254)的一端连接，所述下腔真空阀(254)的另一端与真空泵(260)连接，所述下腔大气接头(252)与下腔充气阀(257)连接。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能电池层压工艺的层压阶段下腔充气***，其特征在于：所述上腔(231)内设置上腔压力传感器(248)；所述下腔(232)内设置下腔压力传感器(258)。
8.根据权利要求6所述的一种太阳能电池层压工艺的层压阶段下腔充气***，其特征在于：所述下腔大气接头(252)还至少连接有一个用于调压的泄气阀。
9.根据权利要求6所述的一种太阳能电池层压工艺的层压阶段下腔充气***，其特征在于：所述上腔真空阀(244)、下腔真空阀(254)分别与相邻层压装置的真空泵(260)连接。
10.根据权利要求6所述的一种太阳能电池层压工艺的层压阶段下腔充气***，其特征在于：所述上腔充气阀(247)、下腔充气阀(257)分别与空气干燥器、空气过滤器连接。
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