CN111438447A - 一种薄膜开孔方法、太阳能电池封装膜及开孔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种薄膜开孔方法、太阳能电池封装膜及开孔方法，涉及开孔加工领域；设置激光脉冲在待开孔薄膜上形成的均匀光斑的尺寸；确定根据待开孔薄膜的材料确定单次激光脉冲的能量；根据单次激光脉冲能量确定在待开孔薄膜上形成目标开孔的打孔次数；根据单次激光脉冲的预设时间间隔和打孔次数在待开孔薄膜上形成目标开孔。相比于现有技术，本发明提供的薄膜开孔方法能够使开孔一次性成型，从而提高了工艺加工效率，并且能够有效减少孔内残留，改善开孔质量；另外，通过将激光脉冲分多次施加至薄膜能够有效缓解开孔边缘的热影响效果，避免了开孔的黑边碳化问题，使开孔的边缘效果更好，并使开孔尺寸能够被精确控制。
Description
技术领域
本发明涉及开孔加工领域，特别涉及一种薄膜开孔方法、太阳能电池封装膜及开孔方法。
背景技术
在薄膜开孔领域，利用激光进行开孔被广泛应用于各个领域，尤其是在薄膜太阳能电池激光加工领域，有一道工艺需要在薄膜太阳能电池背面的封装膜开孔，以引出电极，从而为后面焊接互联工艺做准备。
现有技术中，在薄膜太阳电池的封装膜上进行激光开孔的方法主要有两种，一种是利用激光进行填充式开孔，通过将激光采用螺旋式或其他方式去除目标开孔尺寸范围内的封装膜聚合物而形成目标开孔，该方法通过控制激光能量大小及填充位置可以得满足工艺要求的目标开孔，但在开孔过程中容易造成开孔内封装膜聚合物残留，从而影响开孔的质量和尺寸，且加工效率较慢；另一种是采用大激光光斑进行开孔，现有技术中的大激光光斑一般采用高斯光斑，该方法能够提高加工效率，但容易造成开孔的周边产生黑边碳化现象，这种黑边碳化现象一方面影响了开孔的尺寸，另一方面使得开孔周边的薄膜凹凸不平，导致太阳能电池之间不能进行很好的拼接，进而影响了太阳能电池的可靠性。
因此，如何获得一种既能保证工艺效果、又能提高工艺效率的薄膜开孔方法是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种薄膜开孔方法、太阳能电池封装膜及开孔方法，用以解决现有技术中的薄膜开孔方法形成的开孔工艺效果差以及工艺效率低的问题。
一方面，本发明提供一种薄膜开孔方法，包括：
根据目标开孔尺寸设置激光脉冲在待开孔薄膜上形成的光斑的尺寸，其中，所述光斑为均匀光斑；
根据所述待开孔薄膜的材料类型确定单次激光脉冲的能量，所述单次激光脉冲包括至少一个激光单脉冲；
根据所述单次激光脉冲的能量，确定在所述待开孔薄膜上利用所述激光脉冲打孔形成所述目标开孔的打孔次数，其中，所述打孔次数至少为两次；
根据所述单次激光脉冲的预设时间间隔和确定的所述打孔次数对所述待开孔薄膜打孔。
优选的，根据所述待开孔薄膜的材料类型确定单次激光脉冲的能量为：所述单次激光脉冲的能量小于等于所述待开孔薄膜的材料在被一次激光脉冲照射过程中不产生焦化的极限能量值。
优选的，所述单次激光脉冲的能量值等于所述单次激光脉冲中包括的所述激光单脉冲的数量与所述激光单脉冲的能量的乘积。
优选的，所述根据所述单次激光脉冲的能量，确定在所述待开孔薄膜上利用所述激光脉冲打孔形成所述目标开孔的打孔次数为：根据所述目标开孔的深度和所述单次激光脉冲在所述待开孔薄膜上的打孔的深度计算得到，或者
根据在所述待开孔薄膜上形成所述目标开孔所需要的激光能量总值与所述单次激光脉冲的能量值计算得到。
优选的，所述预设时间间隔大于等于预设的固定值，并且，所述预设的固定值大于相邻的所述激光单脉冲之间的时间间隔。
优选的，当在所述待开孔薄膜上形成多个所述目标开孔时，先对部分或全部所述目标开孔所对应的所述待开孔薄膜上的位置施加第一次所述单次激光脉冲，再对所述部分或全部所述目标开孔所对应的所述待开孔薄膜上的位置施加第二次所述单次激光脉冲，依次进行，直至所述部分或全部所述目标开孔形成。
优选的，所述均匀光斑为平顶光斑。
优选的，所述均匀光斑利用衍射光学元件获得。
另一方面，本发明还提供一种太阳能电池封装膜的开孔方法，包括利用上述薄膜开孔方法，在所述太阳能电池封装膜上形成开孔。
再一方面，本发明还提供一种太阳能电池封装膜，包括开孔，所述开孔采用薄膜开孔方法形成。
本发明的有益技术效果：
本发明提供的薄膜开孔方法，利用激光能量均匀分布的均匀光斑进行打孔，并且根据待开孔薄膜的材料类型将激光脉冲分多次施加至待开孔薄膜进行打孔以形成目标开孔，相较于现有技术中的填充式开孔方法，本发明能够使开孔一次性成型，从而提高了工艺加工效率，并且能够有效减少孔内残留，改善开孔质量；并且，通过将激光脉冲分多次施加至薄膜，能够有效缓解开孔边缘的热影响效果，避免了开孔的黑边碳化问题，从而使开孔的边缘效果更好，并且使开孔尺寸能够被精确控制，避免了开孔附近的黑边碳化部分对开孔尺寸的影响。
本发明提供的太阳能电池封装膜的开孔方法，采用前述提供的薄膜开孔方法在封装膜上形成开孔，能够使开孔一次性成型，从而提高了工艺加工效率，并且能够有效减少孔内残留，改善开孔质量；并且，通过在待开孔薄膜上分多次进行打孔以形成目标开孔，能够有效缓解开孔边缘的热影响效果，使开孔的边缘效果更好，从而使相邻太阳能电池之间能够更好的拼接，提高了太阳能电池的可靠性；并且，所形成的开孔不会出现黑边碳化问题，从而保证了开孔的尺寸，避免了太阳能电池产生漏电现象。
本发明提供的太阳能电池封装膜，所述封装膜上形成的开孔采用前述提供的薄膜开孔方法形成，能够使相邻太阳能电池之间能够更好的拼接，从而提高太阳能电池的可靠性，并且能够避免太阳能电池产生漏电现象。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种薄膜开孔方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的薄膜开孔方法、太阳能电池封装膜及开孔方法进行详细描述。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种薄膜开孔方法的流程示意图。
如图1所示，本实施例提供的薄膜开孔方法包括：
步骤S1，根据目标开孔尺寸设置激光脉冲在待开孔薄膜上形成的光斑的尺寸，其中，光斑为均匀光斑。
步骤S2，根据待开孔薄膜的材料类型确定单次激光脉冲的能量，其中，单次激光脉冲包括至少一个激光单脉冲。
步骤S3，根据所确定的单次激光脉冲的能量确定在待开孔薄膜上利用激光脉冲打孔形成目标开孔的打孔次数，其中，打孔次数至少为两次。
步骤S4，根据单次激光脉冲的预设时间间隔和确定的打孔次数对待开孔薄膜打孔。
本实施例提供的薄膜开孔方法，利用激光能量均匀分布的均匀光斑进行打孔，并且根据待开孔薄膜的材料类型将激光脉冲分多次施加至待开孔薄膜以形成目标开孔，相较于现有技术中的填充式开孔方法，本发明能够使开孔一次性成型，从而提高了工艺加工效率，并且能够有效减少孔内残留，改善开孔质量；并且，本实施例通过将激光脉冲分多次施加至薄膜，能够有效缓解开孔边缘的热影响效果，避免了开孔的黑边碳化问题，从而使开孔的边缘效果更好，并且使开孔尺寸能够被精确控制，避免了开孔附近的黑边碳化部分对开孔尺寸的影响。
下面对本实施例提供的薄膜开孔方法进行详细描述。
本实施例提供的激光开孔方法利用激光光斑进行打孔，并且激光光斑选择为均匀光斑，本领域中，均匀光斑指的是在光斑尺寸范围内能量均匀分布的光斑。优选的，均匀光斑为平顶光斑，并且，均匀光斑通过在激光器上设置衍射光学器件(Diffraction OpticalElement，DOE)获得，但本实施例中获得均匀光斑的方法不仅仅限于通过DOE获取，还可以通过其他方式获取，这里不做限定。
由于本实施例提供的激光开孔方法利用激光光斑进行打孔，因而在上述步骤S1中，激光设备所发射的激光脉冲在待开孔薄膜上形成的均匀光斑的尺寸应与目标开孔的尺寸一致，具体地，光斑的大小与目标开孔的直径近似相等，具体尺寸可以通过实际测试调整确定。
本实施例的薄膜开孔方法通过利用光斑进行开孔，能够使目标开孔一次性成型，相较于填充式开孔，减小了开孔内薄膜聚合物的残留，进一步改善了开孔质量；而且，相比采用高斯光斑进行开孔，采用的均匀光斑由于在光斑照射范围内能量分布均匀，使得目标开孔范围内的边缘区域和中间区域能量一致，因此在提高加工效率的同时，还能有效控制开孔的边缘效果，并精确控制开孔的尺寸。
在上述步骤S2中，单次激光脉冲指的是激光设备对待开孔薄膜连续发射的一组激光单脉冲的组合，具体地，单次激光脉冲中至少包括一个激光单脉冲，并且，单次激光脉冲中所包含的激光单脉冲的数量与薄膜的材质密切相关，当激光设备向薄膜发射激光信号时，由于薄膜材质的不同而使得薄膜所能承受的不产生焦化的极限激光能量值不同，例如，当某种薄膜材料所能承受的不产生焦化的极限激光能量值较高时，该薄膜对应的单次激光脉冲所包含的激光单脉冲的数量可以相应较多，而当某种薄膜材料所能承受的不产生焦化的极限激光能量值较低时，该薄膜对应的单次激光脉冲所包含的激光单脉冲的数量可以相应较少。薄膜材料所能承受的不产生焦化的极限能量值由本领域技术人员根据薄膜的材料结构推算出或根据实际经验获取，此处不做限定。
本实施例的单次激光脉冲所包含的激光单脉冲的数量根据待开孔薄膜所能承受的不产生焦化的极限激光能量值获得，即单次激光脉冲的能量小于等于待开孔薄膜的材料在被一次激光脉冲照射过程中不产生焦化的极限能量值，相应地，单次激光脉冲的能量值等于单次激光脉冲中包括的激光单脉冲的数量与激光单脉冲的能量的乘积，由于激光设备所发射的激光单脉冲所具有的能量是固定的，因而，在确定了单次激光脉冲的能量值后，能够利用单次激光脉冲的能量与激光单脉冲的能量作商而计算出单次激光脉冲中所包含的激光单脉冲的数量，实际操作中，操作人员通过设置激光设备的控制单元来控制单次激光脉冲照射过程中激光单脉冲的数量，从而对工艺过程进行控制。
在上述步骤S3中，由于单次激光脉冲的能量的确定是基于待开孔薄膜的材料所能承受的不产生焦化的极限能量值获得的，能量一般较低，因此在加工过程中不会对待开孔薄膜造成碳化不良，通过在待开孔薄膜上施加多次单次激光脉冲能够在保证形成目标开孔的同时避免目标开孔的黑边碳化问题。具体的打孔次数可以通过多种方式获得，如下：
一种方式为根据目标开孔的深度和在待开孔薄膜上利用单次激光脉冲打孔的深度进行计算，通过对目标开孔的深度和单次激光脉冲在待开孔薄膜上的打孔的深度进行求商即可获得打孔次数，具体地，设目标开孔的深度为H，单次激光脉冲在待开孔薄膜上打孔形成的深度为h，打孔次数为x，则：
其中
表示向上取整函数。
另一种方式为根据在待开孔薄膜上形成目标开孔所需要的激光能量总值与单次激光脉冲的能量值进行计算，具体地，首先根据目标开孔的尺寸以及待开孔薄膜的材质和厚度等参数预先评估形成目标开孔所需的激光能量总值，进而将激光能量总值与单次激光脉冲的能量求商即可获得打孔次数，具体的求商过程与上一方式相同，此处不再赘述。
另外还可以通过实验的方式获得，例如通过在待开孔薄膜的预备材料上进行实验打孔，记录所需的打孔次数。
在上述步骤S4中，将单次激光脉冲按预设的时间间隔，根据打孔次数施加至待开孔薄膜上以形成目标开孔，其中，预设的时间间隔大于等于预设值，该预设值的选取应以相邻两次单次激光脉冲之间的能量不会累加而使待开孔薄膜产生焦化为准则，并且，该预设值应大于相邻的激光单脉冲之间的时间间隔。
本实施例通过在待开孔薄膜上分多次进行打孔以形成目标开孔，能够有效缓解开孔边缘的热影响效果，避免了开孔的黑边碳化问题，从而避免了开孔的边缘处出现凹凸不平的形貌，同时保证了开孔尺寸的精确度，使开孔的边缘效果更好。
优选的，在实际应用中，当相邻两次单次激光脉冲之间的时间间隔为毫秒级时即可达到良好的效果，并且，优选打孔次数为三次时即可有效避免黑边碳化现象。
在实际生产过程中，薄膜上通常需要加工多个开孔，当使用上述方法进行多个开孔的加工时，可以先对部分开孔施加第一次激光脉冲，以完成首次加工，然后再对该部分开孔施加第二次激光脉冲进行第二次加工，依次进行，直至所有的激光脉冲均施加至薄膜上；或者，可以先对全部开孔施加第一次激光脉冲，以完成首次加工，然后再对所有开孔施加第二次激光脉冲进行第二次加工，依次进行，直至所有激光脉冲均施加至薄膜上。该加工过程能够在加工大量开孔的过程中节约加工时间，从而进一步提高工艺加工效率。
另外，本实施例提供的薄膜开孔方法，在加工较大孔径的开孔时，效果尤为显著，这里较大孔径开孔指的是直径大于等于200μm的开孔，由于采用均匀光斑进行打孔而非传统的填充式打孔，因而在形成较大孔径的开孔时，能够在保证开孔质量的前提下，极大提高加工效率。
实施例二
本发明实施例二提供一种太阳能电池封装膜的开孔方法，利用上述实施例一提供的薄膜开孔方法在太阳能电池封装膜上形成开孔。
本实施例提供的太阳能电池封装膜的开孔方法，采用本发明实施例一提供的薄膜开孔方法在太阳能电池背面的封装膜上形成开孔，能够使开孔一次性成型，从而提高了工艺加工效率，并且能够有效减少孔内残留，改善开孔质量；并且，通过将激光脉冲分多次施加至薄膜能够有效缓解开孔边缘的热影响效果，使开孔的边缘效果更好，使相邻太阳能电池之间能够更好的拼接，提高了太阳能电池的可靠性；并且，所形成的开孔不具有黑边碳化问题，从而保证了开孔的尺寸，避免了太阳能电池产生漏电现象。
实施例三
本发明实施例三提供一种太阳能电池封装膜，封装膜上包括开孔，该开孔利用上述实施例一提供的薄膜开孔方法形成。
本实施例提供的太阳能电池封装膜，在封装膜上形成的开孔采用本发明实施例一提供的薄膜开孔方法形成，能够使相邻太阳能电池之间能够更好的拼接，从而提高太阳能电池的可靠性，并且能够避免太阳能电池产生漏电现象。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种薄膜开孔方法，其特征在于，包括：
根据目标开孔尺寸设置激光脉冲在待开孔薄膜上形成的光斑的尺寸，其中，所述光斑为均匀光斑；
根据所述待开孔薄膜的材料类型确定单次激光脉冲的能量，所述单次激光脉冲包括至少一个激光单脉冲；
根据所述单次激光脉冲的能量，确定在所述待开孔薄膜上利用所述激光脉冲打孔形成所述目标开孔的打孔次数，其中，所述打孔次数至少为两次；
根据所述单次激光脉冲的预设时间间隔和确定的所述打孔次数对所述待开孔薄膜打孔。
2.根据权利要求1所述的薄膜开孔方法，其特征在于，根据所述待开孔薄膜的材料类型确定单次激光脉冲的能量为：所述单次激光脉冲的能量小于等于所述待开孔薄膜的材料在被一次激光脉冲照射过程中不产生焦化的极限能量值。
3.根据权利要求1所述的薄膜开孔方法，所述单次激光脉冲的能量值等于所述单次激光脉冲中包括的所述激光单脉冲的数量与所述激光单脉冲的能量的乘积。
4.根据权利要求1所述的薄膜开孔方法，所述根据所述单次激光脉冲的能量，确定在所述待开孔薄膜上利用所述激光脉冲打孔形成所述目标开孔的打孔次数为：根据所述目标开孔的深度和所述单次激光脉冲在所述待开孔薄膜上的打孔的深度计算得到，或者
根据在所述待开孔薄膜上形成所述目标开孔所需要的激光能量总值与所述单次激光脉冲的能量值计算得到。
5.根据权利要求1所述的薄膜开孔方法，其特征在于，所述预设时间间隔大于等于预设的固定值，并且，所述预设的固定值大于相邻的所述激光单脉冲之间的时间间隔。
6.根据权利要求1所述的薄膜开孔方法，其特征在于，当在所述待开孔薄膜上形成多个所述目标开孔时，先对部分或全部所述目标开孔所对应的所述待开孔薄膜上的位置施加第一次所述单次激光脉冲，再对所述部分或全部所述目标开孔所对应的所述待开孔薄膜上的位置施加第二次所述单次激光脉冲，依次进行，直至所述部分或全部所述目标开孔形成。
7.根据权利要求1-6任一项所述的薄膜开孔方法，其特征在于，所述均匀光斑为平顶光斑。
8.根据权利要求1-6任一项所述的薄膜开孔方法，其特征在于，所述均匀光斑利用衍射光学元件获得。
9.一种太阳能电池封装膜的开孔方法，其特征在于，包括利用权利要求1-8任一项所述的薄膜开孔方法，在所述太阳能电池封装膜上形成开孔。
10.一种太阳能电池封装膜，包括开孔，其特征在于，所述开孔采用权利要求1-8任一项所述的薄膜开孔方法形成。
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