CN114346476A - 一种低温无损切割电池片的结构及其工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低温无损切割电池片的结构及其工艺方法，激光加热作用于电池片上产生高温压应力，激光照射于电池片上以能够在电池片上形成热裂光斑，对热裂光斑及其周围位置进行预热以能够补偿降低热裂光斑作用于电池片上的加热温度；且配合低温处理后的冷却液，能够将激光加工过程温度控制在200℃以内的较低温度；这样在保证冷热温度梯度的前提下共同将裂片所需的高温上限拉低，即降低了激光加热电池片所需的温度，而且使得激光作用于电池片表面的热量流失变少，激光能量的利用率也更高，避免了能耗的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体涉及一种低温无损切割电池片的结构及其工艺方法。
背景技术
随着光伏技术研发与产业化的不断进步，高效率、低成本一直以来都是大家共同追逐的目标，对于太阳能电池片切割要求越来越高，以寻求更低的切割损伤。由激光热分离技术发展来的无损切割技术是一种常用的方式。切割过程中电池片依靠激光的热量将电池片***开，激光的直接照射使电池片局部的温度瞬间升高，通常在200-300℃甚至更高。对于部分高温敏感的电池会造成一定的影响，如高效异质结电池。但是降低激光直接照射电池片的加工温度会影响电池片的无损裂片。又由于电池片基材硅热导性较好，激光照射的热量扩散快，激光能量的利用率较低，造成了能耗的浪费。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种低温无损切割电池片的结构及其工艺方法，能够将激光加工过程温度控制在200℃以内的较低温度；这样在保证冷热温度梯度的前提下共同将裂片所需的高温上限拉低，即降低了激光加热电池片所需的温度，而且使得激光作用于电池片表面的热量流失变少，激光能量的利用率也更高，避免了能耗的浪费。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种低温无损切割电池片的工艺方法，激光加热作用于电池片上产生高温压应力，激光照射于电池片上以能够在电池片上形成热裂光斑，对热裂光斑及其周围位置进行预热以能够降低热裂光斑作用于电池片上所需的加热温度。
本发明提供一种低温无损切割电池片的结构及其工艺方法，能够将激光加工过程温度控制在200℃以内的较低温度；这样在保证冷热温度梯度的前提下共同将裂片所需的高温上限拉低，即降低了激光加热电池片所需的温度，而且使得激光作用于电池片表面的热量流失变少，激光能量的利用率也更高，避免了能耗的浪费。
作为优选技术方案，对热裂光斑及其周围位置进行预热包括以下步骤：对待切割的电池片整体进行恒温预热以能够使得激光加热作用于电池片上的加热中心温度恒定高于实际产生电池片无损裂片所需温度。
作为优选技术方案，对热裂光斑及其周围位置进行预热包括以下步骤：对待切割电池片的切割线两侧均匀加热以能够使得待切割电池片的切割线两侧温度保持一致。
作为优选技术方案，在激光加热作用于电池片后，冷却液再作用于电池片上的热裂光斑位置以能够使得电池片上产生低温拉应力，低温拉应力与高温压应力之间产生应力突破电池片抗拉强度极限以能够将电池片无损裂片。
本发明还提供一种低温无损切割电池片的结构，包括：加热板，在所述加热板上设有载平台，所述载平台上设有待切割的电池片，所述载平台用于将加热板的热量传递至待切割的电池片以能够降低热裂光斑作用于电池片上所需的加热温度。
作为优选技术方案，包括：喷阀，所述喷阀用于喷出冷却液，所述喷阀的一端连接有进气管，所述喷阀的另一端连接有冷却液管，所述进气管与涡流管连接，所述涡流管用于产生冷气，所述冷却液管上设有流量计，所述进气管上设有进气阀门，所述流量计与进气阀门控制器电连接，所述进气阀门控制器用于控制进气阀门的开度以能够调节冷却液管对电池片喷冷却液的流速。
作为优选技术方案，包括：多位置测温反馈器，所述多位置测温反馈器与处理器电连接，所述处理器与控制器电连接，所述控制器控制修正加热板的加热温度和加热功率以使得加热板加热载平台的温度恒定，所述多位置测温反馈器包括：多根加热棒和热电偶，所述加热棒***加热板内，所述加热棒用于对载平台均匀加热，所述热电偶***载平台内且均匀分布于载平台内部，所述加热棒与所述热电偶相对应且相互配合以能够对载平台多位置进行测温反馈。
作为优选技术方案，在待切割电池片的切割线两侧设有加热组件以能够使得待切割电池片的切割线两侧温度保持一致。
作为优选技术方案，包括：热裂激光器，所述热裂激光器用于出射激光，所述热裂激光器与待切割电池片的切割线呈相对应设置，所述喷阀与待切割电池片的切割线呈相对应设置，且沿着电池片的切割方向所述喷阀设置于所述热裂激光器后端，所述载平台与驱动组件连接，所述驱动组件与PLC控制器电连接，所述PLC控制器通过驱动组件控制所述载平台相对热裂激光器传输电池片的传输速度。
作为优选技术方案，包括：测温仪，所述测温仪用于测量电池片上热裂光斑的温度，所述测温仪与控制器电连接，所述控制器控制热裂激光器出射激光的功率以能够使裂片过程中热裂光斑处电池片的实时温度≥电池片裂片的温度。
附图说明
图1为一种低温无损切割电池片的结构的结构图；
图2为一种低温无损切割电池片的结构的电路图；
图3为一种低温无损切割电池片的结构的电路图；
图4为一种低温无损切割电池片的结构的电路图；
图5为一种低温无损切割电池片的结构的电路图；
其中，1-加热板；2-载平台；3-电池片；4-热裂激光器；5-喷阀；6-进气管；7-涡流管；8-冷却液管。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。
可以理解，本发明是通过一些实施例达到本发明的目的。
如图1所示，本发明还提供一种低温无损切割电池片的结构，包括：加热板1、热裂激光器4、喷阀5和多位置测温反馈器，在所述加热板1上设有载平台2，所述载平台2上设有待切割的电池片，所述载平台2用于将加热板1的热量传递至待切割的电池片3以能够降低热裂光斑作用于电池片上所需的加热温度；为了解决电池片3两侧受热温度不一致会导致电池片在无损裂片过程中向温度高的一侧倾斜，电池片无损裂片切割直线度变差的技术问题，在待切割电池片3的切割线两侧设有加热组件(未示出)以能够使得待切割电池片3的切割线两侧温度保持一致，这样使得加热后的电池片3温度分布均匀，避免了电池片3两侧受热温度不一致出现，且电池片无损裂片切割直线度较好，电池片无损裂片产品的品质优良；所述热裂激光器4用于出射激光，所述喷阀5用于喷出冷却液，所述热裂激光器4与待切割电池片3的切割线呈相对应设置，所述喷阀5与待切割电池片3的切割线呈相对应设置，且沿着电池片3切割方向所述喷阀5设置于所述热裂激光器4后端5-10mm位置处，所述载平台2与驱动组件(未示出)连接，所述驱动组件(未示出)与PLC控制器电连接，所述PLC控制器通过驱动组件控制所述载平台2相对热裂激光器4传输电池片3的传输速度；所述喷阀5的一端连接有进气管6，所述喷阀5的另一端连接有冷却液管8，所述进气管6与涡流管7连接，所述涡流管7用于产生冷气，所述冷却液管(未示出)上设有流量计，所述进气管6上设有进气阀门(未示出)，所述流量计(未示出)与进气阀门控制器电连接，所述进气阀门控制器用于控制进气阀门(未示出)的开度以能够调节冷却液管8对电池片3喷冷却液的流速；所述多位置测温反馈器与处理器电连接，所述处理器与控制器电连接，所述控制器控制修正加热板1的加热温度和加热功率以使得加热板1加热载平台2的温度恒定；所述多位置测温反馈器包括：多根加热棒和热电偶，所述加热棒***加热板1内，所述加热棒用于对载平台2均匀加热，所述热电偶***载平台内且均匀分布于载平台2内部，所述加热棒与所述热电偶相对应且相互配合以能够对载平台2多位置进行测温反馈。
所述载平台2的材质优选导热金属。
如图2所示，本发明还提供一种低温无损切割电池片的结构，包括：多位置测温反馈器，所述多位置测温反馈器与处理器电连接，所述处理器与控制器电连接，所述控制器控制修正加热板1的加热温度和加热功率以使得加热板1加热载平台的温度恒定；当待切割的电池片3放置于载平台2时，多位置测温反馈器采集载平台2的温度信号，并对处理器发送载平台2的温度信号，所述处理器检测到信号，处理信号，传输载平台2的温度数据至控制器，所述控制器控制修正加热板1的加热温度和加热功率以使得加热板1加热载平台2的温度恒定，加热载平台2的温度的温度范围优选50-150℃，由于电池片3导热性好的特点，能够保证电池片3放置于载平台2上后能快速升温至一个温度后保持其温度恒定。
如图3所示，本发明还提供一种低温无损切割电池片的结构，所述载平台1与驱动组件(未示出)连接，所述驱动组件(未示出)与PLC控制器电连接，所述PLC控制器控制所述载平台传输电池片相对热裂激光器的传输速度；当待切割的电池片进行无损裂片时，所述PLC控制器通过驱动组件(未示出)控制载平台1传输电池片3相对热裂激光器4以100-1000mm/s的传输速度运行，传输速度以100-1000mm/s的传输速度且相对热裂激光器4运行，延长了电池片3激光照射时间，配合椭圆热裂光斑在切割方向较长的长度，电池片3被激光加热的时间延长，激光裂片加热的温度也相应降低，降低了热裂激光器能耗。
如图4所示，本发明还提供一种低温无损切割电池片的结构，所述喷阀5的一端连接有进气管6，所述喷阀5的另一端连接有冷却液管8，所述进气管6与涡流管7连接，所述涡流管7用于产生冷气，所述冷却液管(未示出)上设有流量计(未示出)，所述进气管6上设有进气阀门(未示出)，所述流量计(未示出)与进气阀门控制器电连接，所述进气阀门控制器控制进气阀门(未示出)的开度以能够调节冷却液管8对电池片3喷冷却液的流速；电池片3无损裂片时，预设冷却液的流速阈值，当冷却液的实际流速值小于冷却液的流速阈值，所述流量计采集冷却液的实际流速值小于冷却液的流速阈值信号，并对处理器发送冷却液的实际流速值小于冷却液的流速阈值信号，所述处理器检测到信号，处理信号，传输冷却液的实际流速值小于冷却液的流速阈值数据至进气阀门控制器，所述进气阀门控制器控制开大进气阀门的开度以能够调大冷却液管8对电池片3喷冷却液的流速；当冷却液的实际流速值大于冷却液的流速阈值，所述流量计采集冷却液的实际流速值大于冷却液的流速阈值信号，并对处理器发送冷却液的实际流速值大于冷却液的流速阈值信号，所述处理器检测到信号，处理信号，传输冷却液的实际流速值大于冷却液的流速阈值数据至进气阀门控制器，所述进气阀门控制器控制关小进气阀门的开度以能够调小冷却液管8对电池片3喷冷却液的流速；当冷却液流速小于预设冷却液的流速阈值时会造成冷却液吸热速度不够，会影响电池片3裂片的效果，当冷却液流速大于预设冷却液的流速阈值时，较强的冷却液冲击力也会降低电池片裂片效果；所述进气阀门控制器控制进气阀门的开度以能够调节冷却液管8对电池片3喷冷却液的流速在冷却液的流速阈值(10-20ml/min)范围内；设定喷阀5较低出水口高度(小于5mm)以能够稳定控制喷阀5喷冷却液于电池片3上的位置。
如图5所示，本发明还提供一种低温无损切割电池片的结构，包括：测温仪(未示出)，所述测温仪(未示出)用于测量电池片上热裂光斑的温度，所述测温仪(未示出)与控制器电连接，所述控制器控制热裂激光器出射激光的功率以能够使裂片过程中热裂光斑处电池片的实时温度≥电池片裂片的温度；当电池片无损裂片时，所述测温仪(未示出)采集热裂光斑的温度信号，所述测温仪(未示出)检测到信号，处理信号，传输热裂光斑的温度数据至控制器，控制热裂激光器的功率以能够使裂片过程中热裂光斑处电池片的实时温度≥电池片裂片的温度，通过测温仪(未示出)来测量热裂光斑的温度，热裂光斑测温点的位置优选热裂光斑中心偏后的位置(即热裂光斑中心往喷冷却液位置偏一点)，所述控制器控制热裂激光器出射激光的功率使热裂光斑的温度≥电池片裂片的最低温度，根据需求也能够选择使热裂光斑的温度≤最高激光加工温度，热裂光斑的温度优选100-180℃。
本发明提供一种低温无损切割电池片的工艺方法，采用将热裂光斑沿切割方向拉长形成椭圆光斑、降低激光切割电池片的速度、对电池片进行预热和低温冷却液几种工艺配合以能够将激光加工过程温度控制小于200℃的较低温度；这样在保证冷热温度梯度的前提下共同将裂片所需的高温上限拉低，即降低了激光加热电池片所需的温度，而且使得激光作用于电池片表面的热量流失变少，激光能量的利用率也更高，避免了能耗的浪费。
本发明提供一种低温无损切割电池片的工艺方法，包括以下步骤：激光加热作用于电池片3上产生高温拉应力，激光照射于电池片3上以能够在电池片3上形成热裂光斑，对热裂光斑及其周围位置进行预热以能够补偿降低热裂光斑作用于电池片3上所需的加热温度；对热裂光斑及其周围位置进行预热包括以下步骤：对待切割的电池片3整体进行恒温预热以能够使得激光加热作用于电池片3上的加热中心温度恒定高于实际产生电池片3裂片所需温度；对热裂光斑及其周围位置进行预热还包括以下步骤：对待切割电池片3的切割线两侧均匀加热以能够使得待切割电池片3的切割线两侧温度保持一致，避免电池片3两侧接受热量(温度)不一致，切割电池片直线度变差的技术问题；电池片3经过提前预热，激光作用在其表面的热量流失变少，激光能量的利用率也更高；载平台2带动电池片3匀速从开槽激光器(未示出)、热裂激光器4和喷阀5下方运行，通过开槽激光器(未示出)出射的脉冲激光在电池片3边缘两端开短槽，热裂激光器4出射激光照射电池片3从开短槽位置引导切割线开始分离电池片3，在激光加热作用于电池片3后，冷却液再作用于电池片上的热裂光斑位置以能够使得电池片3上产生低温拉应力，低温拉应力与高温压应力之间产生拉应力突破电池片抗拉强度极限以能够将电池片无损裂片，将电池片无损裂片一分为二；同时将热裂光斑沿切割方向拉长成椭圆光斑，椭圆光斑的长轴方向长度1-20mm，椭圆热裂光斑的长轴方向沿着切割线移动，较长的椭圆光斑的长轴能拉长激光局部加热的时间，椭圆热裂光斑相比圆光斑所需的裂片温度更低；
其中喷阀5向电池片3喷冷却液的位置紧跟热裂光斑尾部，甚至能够覆盖一小部分热裂光斑尾部，这样能够快速缩短电池片3低温拉应力与高温压应力之间作用的时间，快速给电池片3降温。通过涡流管7产生冷气作为喷阀5的进气气源，再配合常温冷却液在喷阀5内部混合产生低温冷却液和热裂光斑加热处形成稳定的温度梯度(低温拉应力与高温压应力之间形成温度梯度)，就能降低电池片3无损裂片所需的温度，这样激光加热所需的温度就能降低，所需的激光功率相应降低。
本发明提供一种低温无损切割电池片的结构及其工艺方法，能够将激光加工过程温度控制在200℃以内的较低温度；这样在保证冷热温度梯度的前提下共同将裂片所需的高温上限拉低，即降低了激光加热电池片所需的温度，而且使得激光作用于电池片表面的热量流失变少，激光能量的利用率也更高，避免了能耗的浪费。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种低温无损切割电池片的工艺方法，其特征在于，激光加热作用于电池片上产生高温压应力，激光照射于电池片上以能够在电池片上形成热裂光斑，对热裂光斑及其周围位置进行预热以能够降低热裂光斑作用于电池片上所需的加热温度。
2.根据权利要求1所述的低温无损切割电池片的工艺方法，其特征在于，对热裂光斑及其周围位置进行预热包括以下步骤：对待切割的电池片整体进行恒温预热以能够使得激光加热作用于电池片上的加热中心温度恒定高于实际产生电池片无损裂片所需温度。
3.根据权利要求1所述的低温无损切割电池片的工艺方法，其特征在于，对热裂光斑及其周围位置进行预热包括以下步骤：对待切割电池片的切割线两侧均匀加热以能够使得待切割电池片的切割线两侧温度保持一致。
4.根据权利要求1所述的低温无损切割电池片的工艺方法，其特征在于，在激光加热作用于电池片后，冷却液再作用于电池片上的热裂光斑位置以能够使得电池片上产生低温拉应力，低温拉应力与高温压应力之间产生应力突破电池片抗拉强度极限以能够将电池片无损裂片。
5.一种低温无损切割电池片的结构，其特征在于，包括：加热板，在所述加热板上设有载平台，所述载平台上设有待切割的电池片，所述载平台用于将加热板的热量传递至待切割的电池片以能够降低热裂光斑作用于电池片上所需的加热温度。
6.根据权利要求5所述的低温无损切割电池片的结构，其特征在于，包括：喷阀，所述喷阀用于喷出冷却液，所述喷阀的一端连接有进气管，所述喷阀的另一端连接有冷却液管，所述进气管与涡流管连接，所述涡流管用于产生冷气，所述冷却液管上设有流量计，所述进气管上设有进气阀门，所述流量计与进气阀门控制器电连接，所述进气阀门控制器用于控制进气阀门的开度以能够调节冷却液管对电池片喷冷却液的流速。
7.根据权利要求5所述的低温无损切割电池片的结构，其特征在于，包括：多位置测温反馈器，所述多位置测温反馈器与处理器电连接，所述处理器与控制器电连接，所述控制器控制修正加热板的加热温度和加热功率以使得加热板加热载平台的温度恒定，所述多位置测温反馈器包括：多根加热棒和热电偶，所述加热棒***加热板内，所述加热棒用于对载平台均匀加热，所述热电偶***载平台内且均匀分布于载平台内部，所述加热棒与所述热电偶相对应且相互配合以能够对载平台多位置进行测温反馈。
8.根据权利要求5所述的低温无损切割电池片的结构，其特征在于，在待切割电池片的切割线两侧设有加热组件以能够使得待切割电池片的切割线两侧温度保持一致。
9.根据权利要求6所述的低温无损切割电池片的结构，其特征在于，包括：热裂激光器，所述热裂激光器用于出射激光，所述热裂激光器与待切割电池片的切割线呈相对应设置，所述喷阀与待切割电池片的切割线呈相对应设置，且沿着电池片的切割方向所述喷阀设置于所述热裂激光器后端，所述载平台与驱动组件连接，所述驱动组件与PLC控制器电连接，所述PLC控制器通过驱动组件控制所述载平台相对热裂激光器传输电池片的传输速度。
10.根据权利要求9所述的低温无损切割电池片的结构，其特征在于，包括：测温仪，所述测温仪用于测量电池片上热裂光斑的温度，所述测温仪与控制器电连接，所述控制器控制热裂激光器出射激光的功率以能够使裂片过程中热裂光斑处电池片的实时温度≥电池片裂片的温度。
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