CN201324912Y - 一种非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，包括X轴运动***、Y轴运动***、Y轴机座、工件夹具、机座和光路***，所述的X轴运动***安装在机座上，Y轴机座通过立柱安装在机座的上方；Y轴运动***安装在Y轴机座的下面，工件夹具以悬挂方式安装在Y轴运动***的下面，光路***的工作组件位于工件夹具的下方并分别安装在X轴运动***或机座上。本实用新型结合进料***和出料***，可以大大提高非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备的自动化程度，降低操作者劳动强度，提高非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划的生产效率。

Description

一种非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备

[技术领域]

本实用新型涉及激光切割技术领域，尤其涉及对非晶硅薄膜太阳能电池的前电极进行刻划的激光自动刻划设备。

[背景技术]

随着现代工业的高速发展，技术快速的更新换代以及对能源的需求，现在能源结构正在发生着根本性的变革，传统的能源：煤炭、石油、天然气使用量将在2020年-2040年到达高峰，而在2050年后将会逐渐枯竭，替代能源，可再生能源(主要是太阳能)从2000年开始迅猛发展，到2050年使用量将达到高峰。传统太阳能电池是使用单晶硅或多晶硅薄片，其硅用料较多，浪费严重，硅元素提纯工艺复杂且成本太高。非晶硅薄膜太阳能电池使用硅元素量很少所以无原料瓶颈，成本低，且工艺成熟，所以发展很快，成为目前薄膜太阳能电池最成熟的产品。

如图1所示，这种非晶硅薄膜太阳能电池在基板1(玻璃)上共有三层：前电极2、非晶硅(a-Si)3和后电极4。非晶硅薄膜太阳能电池的激光刻划是根据这种非晶硅薄膜太阳能电池的制作工艺过程，分别在不同的工艺时段选用不同波长的激光设备进行刻划，非晶硅薄膜太阳能电池共有三层，所以需要进行三次刻划才能完成整个制作过程。按刻划非晶硅薄膜电池的工艺要求，刻划非晶硅电池薄膜，要求精确重复定位的机床、能量均匀的激光器，刻划线宽L1、L2、L3要细，且刻线直线性好、光滑清晰，刻线膜层两侧无粘连短路，为了使单片电池板上能发出较高的功率，L的距离需要尽可能的短。在现有技术中，使用传统的机械的方法或化学溶剂蚀刻很难实现这样的工艺要求，且化学溶剂蚀刻方式要增加污水处理设备，占用厂房面积大，成本高，对环境造成污染，不利环保。

现有的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，包括X轴运动***、X轴机座、Y轴运动***、Y轴机座、工件夹具、立柱和光路***。工件夹具安装在Y轴运动***上，Y轴运动***安装在Y轴机座上，光路***安装在X轴运动***上，X轴运动***安装在X轴机座上，X轴机座通过安装于Y轴机座的立柱横跨安装于Y轴机座上方。光路***的左切割头和右切割头都位于工件夹具上方且都平行安装在X轴运动***上。现有的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备存在的主要缺点是，不便于安装自动化的进出料***，设备自动化程度差，操作者劳动强度大，生产效率较低。

[发明内容]

本实用新型要解决的技术问题是提供一种便于安装自动化的进出料***的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备。

本实用新型进一步要解决的技术问题是提供一种自动化程度高，操作者劳动强度较低，生产效率高的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，包括X轴运动***、Y轴运动***、Y轴机座、工件夹具、机座和光路***，所述的X轴运动***安装在机座上，Y轴机座通过立柱安装在机座的上方；Y轴运动***安装在Y轴机座的下面，工件夹具以悬挂方式安装在Y轴运动***的下面，光路***的工作组件位于工件夹具的下方并分别安装在X轴运动***或机座上。

以上所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，包括进料***和出料***，所述的进料***包括进料机架、进料传送组件和进料升降组件；所述的进料传送组件和进料升降组件沿Y轴方向串联地安装在进料机架上，进料升降组件从Y轴机座的一侧伸入到Y轴机座的下方；所述的出料传送组件和出料升降组件沿Y轴方向串联地安装在出料机架上，出料升降组件从Y轴机座的另一侧伸入到Y轴机座的下方。

以上所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，所述工件夹具的主体是曰字形的底板，曰字形的底板的两侧梁和中梁上安装有复数个支承工件的支撑柱，支撑柱的顶面位于同一平面上；所述的进料升降组件和出料升降组件的主体部分的下方均装有气缸，进料升降组件和出料升降组件的主体部分在气缸的作用下垂直升降；所述的进料升降组件和出料升降组件的主体部分各包括2套并列的传送带，传送带沿Y轴方向传输工件；当工件夹具在Y轴运动***的带动下移动到进料升降组件或出料升降组件的正上方时，进料升降组件或出料升降组件2套并列的传送带在气缸的作用下进入工件夹具的主体曰字形的底板中的空档，传送带的工作平面高出工件夹具底板支撑柱的上平面，并与进料传送组件和出料传送组件的工作平面齐平。

以上所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，所述的工件夹具包括二维定位机构，所述的二维定位机构包括3个固定定位点和3个气缸夹紧点；其中第一固定定位点固定在夹具底板的一个端梁上，第一气缸夹紧点沿Y轴方向对应第一固定定位点设置底板的另1个端梁上；第二固定定位点和第三固定定位点分别固定在底板的1个侧梁上，第二气缸夹紧点和第三气缸夹紧点沿X轴方向分别对应第二固定定位点和第三固定定位点设置在底板的另1个侧梁上。

以上所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，所述的第一固定定位点和第一气缸分别安装在2个垂直升降气缸上，所述的2个垂直升降气缸分别固定在底板的2个端梁上。

以上所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，所述光路***的工作组件包括左CCD定位***、右CCD定位***、左切割头和右切割头；左CCD定位***和右CCD定位***沿X轴方向分别固定在机座上，左切割头和右切割头沿X轴方向分别安装在X轴运动***上。

以上所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，所述X轴运动***包括用于调节左切割头和右切割头间距的双头间距调节装置，其中1个切割头安装在双头间距调节装置上。

以上所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，所述光路***包括激光器和将激光器发出的激光束分别引导到所述左切割头和右切割头的双路传导***。

以上所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，所述激光器为波长是1024nm的固体激光器。

以上所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，Y轴运动***采用直线电机驱动，X轴运动***采用伺服电机带动，高精密丝杆副传动，光栅尺反馈。

本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备的Y轴机座通过立柱安装在机座的上方；Y轴运动***安装在Y轴机座的下面，工件夹具以悬挂方式安装在Y轴运动***的下面，便于安装自动化的进出料***，以提高设备的自动化程度和生产效率。

本实用新型如进一步安装进料***和出料***，则可以大大提高自动化程度，降低操作者劳动强度，提高设备的生产效率。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是非晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图。

图2是非晶硅薄膜太阳能电池刻划线的示意图，

图3是本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例的剖视图。

图4是本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例的俯视图。

图5是本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例工件夹具的立体图。

图6是本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例Y轴组件的立体图。

图7是本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例X轴组件的立体图。

图8是本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例光路组件的立体图。

图9是本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例主机的左侧视图

图10是本实用新型本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例进料***的主视图。

图11是本实用新型本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例进料***的俯视图。

图12是本实用新型本实用新型的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例出料***的主视图。

图13是本实用新型本实用新型非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备实施例出料***的俯视图。

[具体实施方式]

本实用新型实施例的刻划设备用于对非晶硅薄膜太阳能电池的前电极进行刻划，如图1所示的L1部分。

如图3至图13所示，本实用新型的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，由主机6、进料***5和出料***7三大部分组成。主机6包括X轴组件、Y轴组件、工件夹具15、立柱和光路组件。

如图7所示，X轴组件包括X轴机座23、X轴托板24、X轴丝杠25、X轴导轨26、X轴电机座27、X轴光栅尺28、X轴电机29、还包括轴承、联轴器。X轴组件安装在主机的机座22上。

如图6所示，Y轴组件包括Y轴机座18、Y轴托板19、直线电机20、Y轴导轨21、还包括Y轴光栅尺28’。Y轴组件通过立柱52固定在主机机座22的上方。

工件夹具15以悬挂方式安装在Y轴托板19的下面。

光路***的工作组件位于工件夹具15的下方并分别安装在X轴托板24和主机机座22上。

如图3、图8和图9所示，光路组件通过X轴托板24安装在X轴组件上，包括右切割头33、左切割头33’，右切割头调节组件32。左切割头33’和右切割头33沿X轴方向分别安装在X轴运动***上。右切割头调节组件32由精密小导程丝杠、导轨、伺服马达，轴承、联轴器等组成，带动右切割头33，调节两切割头间的距离，以满足不同的刻划电池间距。光路组件还包括激光器30和将激光器30发出的激光束分别引导到所述右切割头33和左切割头33’的光路传导***，光路组件采用分光结构，激光器30发出的光就已经分出两束能量均匀的激光，其中一束通过两次45度的反射导引到右切割头33，并由右切割头33聚焦到非晶硅薄膜太阳能电池板的膜层表面，另一束激光也经过两次45度的反射导引到左切割头33’，并由左切割头33’聚焦到非晶硅薄膜太阳能电池板的膜层表面，实现双头切割，效率提高一倍。

右CCD定位***11和左CD定位***11’以一定间距沿X轴方向用安装架固定在主机机座22上。

进料***5和出料***7如图2、图10至图13所示。

进料***5包括进料机架42、进料传送组件和进料升降组件，进料传送组件和进料升降组件沿Y轴方向串联地安装在进料机架42上。进料升降组件从Y轴机座的左侧伸入到Y轴机座的下方。进料传送组件包括进料台43、多楔带47、工件导向柱38和步进马达46。进料升降组件包括进料升降台48、升降台导向柱44、升降气缸45，在升降台48上安装有2套并列的多楔带47。进料升降台48在升降气缸45的作用下垂直升降，多楔带47用来沿Y轴方向传输工件。

出料***7包括出料机架49、出料传送组件和出料升降组件，出料升降组件和出料传送组件沿Y轴方向串联地安装在出料机架49上。出料升降组件从Y轴机座的右侧伸入到Y轴机座的下方。出料升降组件包括出料升降台51、升降台导向柱44、升降气缸45，在升降台51上安装有2套并列的多楔带47。出料传送组件包括出料台50、多楔带47、工件导向柱38和步出马达46。出料升降台51在升降气缸45的作用下垂直升降，多楔带47用来沿Y轴方向传输工件。

进料机架42和出料机架49分别与主机机座22固定。

本实施例中工件夹具的结构如图5所示。工件夹具15的主体是曰字形的夹具底板35。曰字形的底板35的两侧梁和中梁40上安装有复数个支承工件37的，在同一平面上的点支撑柱39。两侧梁上各装有1排工件导向柱38。

夹具底板35上有用于定位非晶硅薄膜太阳能电池板的二维定位机构。二维定位机构包括3个固定定位点和3个气缸夹紧点。其中第一固定定位点4103固定在夹具底板的一个端梁上，第一气缸夹紧点3603沿Y轴方向对应第一固定定位点4103设置底板的另1个端梁上。第二固定定位点4101和第三固定定位点4102分别固定在底板的1个侧梁上，第二气缸夹紧点3601和第三气缸夹紧点3602沿X轴方向分别对应第二固定定位点和第三固定定位点设置在底板的另1个侧梁上。其中，三个固定定位点为三个定位轮。

在本实施例中，非晶硅薄膜太阳能电池基板采用点支撑，三点定位，工件夹具X方向两个定位轮定位，Y方向一个定位轮定位，定位精度高，重复性好，定位轮相对面方向有夹紧气缸夹紧，边梁上的支撑柱和中梁40上的支撑柱与非晶硅薄膜太阳能电池板点接触，避免了刻划的线出现短路，且支撑柱高度可调。

在本实施例中，夹具底板35的两侧梁上各装有1排工件导向柱38，对出入夹具的工件的进行导向。第一固定定位点和第一气缸分别安装在2个垂直升降气缸上，2个垂直升降气缸分别固定在夹具底板35的2个端梁上。当工件进出工件夹具时，2个垂直升降气缸分别带动第一固定定位点4103和第一气缸夹紧点3603离开夹具上工件的进出口，便于工件37沿Y轴方向进出工件夹具。

当工件夹具15在Y轴运动***的带动下移动到进料升降台48或出料升降台51的正上方时，进料升降台48或出料升降台中2套并列的多楔带47在升降气缸45的作用下进入工件夹具15曰字形的底板中的空档，此时，多楔带47的上工作平面高出工件夹具底板支撑柱39的上平面，并与进料传送组件和出料传送组件多楔带47的上工作平面齐平。

本实施例中的激光器为波长是1024nm的固体激光器。

本实施例的Y轴机座18、机座22和立柱52都是采用铸件。其中X轴机座23采用大理石加工，变形小，使得X轴组件的精度高。Y轴托板19带动工件夹具15沿Y方向运动，即为划线运动，X轴托板24带动右切割头33和右切割头33’沿X轴方向运动，即为进给运动。在本实施例中，Y轴组件采用直线电机驱动，加速度大，运动速度快，能更好地满足刻划效率。X轴组件由伺服电机带动，使用高精密丝杆副传动，加光栅尺反馈，能够满足刻划的精度。

本实施例的刻划设备的左右两CCD定位***以一定距离固定地安装主机底座上，两CCD定位***之间的距离为根据非晶硅薄膜太阳能电池工艺需求调整好的固定不动左右两切割头的距离，捕获第一次刻划前电极2时的两切割头刻线的间距，保证了第一层膜刻线的精度。

如图2所示，工件37从左到右的方向流动。首先，设备复位，此时进料升降台48和出料升降台51没有升起来，都处于最底位置，工件夹具15才能运行到最左位置，位于进料升降台48的上方，当工件37到达进料台43上，这个时候安装在进料台43上的感应器感应到工件，进料升降台48立即升起来，此时进料升降台48进入到工件夹具15内，工件37被输送到进料升降台48上，当工件全部到达进料升降台48后，升降气缸45下降，工件落到工件夹具15的支撑点39上，工件被定位装夹。然后，工件夹具15带着工件37沿Y轴方向运动进行刻划。全部刻划工件完成后，工件夹具15运行到最右端，此时出料升降台51升起来，进入到工件夹具15内，工件落到出料升降台51上，步进电机46运转，把工件带出到出料台50上来，当下一道工序允许流出时工件就被送出去。同时，工件夹具15运行到最左端，第二件工件上料进行刻划，重复相同的工作过程；当工件夹具上有工件时，进料台43不能进行上料，当出料台50上有工件时候，工件夹具15上的工件不能送出来。以上整个工作过程电脑和PLC控制。

在本实施例中，所有轴的电机驱动器、控制卡、其他电器元件、气路元件安装在电气柜中，布局紧凑合理。控制台12通过线与电气柜13控制器件连接。

本实施例非晶硅薄膜太阳能电池成套设备，控制部分采用电脑工控***控制，该***能对控制台、激光器30、X轴组件、Y轴组件、右切割头调节组件、图形刻线长度、调节位置进行有效协调及联动控制。

在上述实施例中，仅对本实用新型进行了示范性描述，但是本领域技术人员在不脱离本实用新型所保护的范围和精神的情况下，可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。

Claims (10)

1.一种非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，包括X轴运动***、Y轴运动***、Y轴机座、工件夹具、机座和光路***，其特征在于，所述的X轴运动***安装在机座上，Y轴机座通过立柱安装在机座的上方；Y轴运动***安装在Y轴机座的下面，工件夹具以悬挂方式安装在Y轴运动***的下面，光路***的工作组件位于工件夹具的下方并分别安装在X轴运动***或机座上。

2.根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，其特征在于，包括进料***和出料***，所述的进料***包括进料机架、进料传送组件和进料升降组件；所述的进料传送组件和进料升降组件沿Y轴方向串联地安装在进料机架上，进料升降组件从Y轴机座的一侧伸入到Y轴机座的下方；所述的出料传送组件和出料升降组件沿Y轴方向串联地安装在出料机架上，出料升降组件从Y轴机座的另一侧伸入到Y轴机座的下方。

3.根据权利要求2所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，其特征在于，所述工件夹具的主体是曰字形的底板，曰字形的底板的两侧梁和中梁上安装有复数个支承工件的支撑柱，支撑柱的顶面位于同一平面上；所述的进料升降组件和出料升降组件的主体部分的下方均装有气缸，进料升降组件和出料升降组件的主体部分在气缸的作用下垂直升降；所述的进料升降组件和出料升降组件的主体部分各包括2套并列的传送带，传送带沿Y轴方向传输工件；当工件夹具在Y轴运动***的带动下移动到进料升降组件或出料升降组件的正上方时，进料升降组件或出料升降组件2套并列的传送带在气缸的作用下进入工件夹具的主体曰字形的底板中的空档，传送带的工作平面高出工件夹具底板支撑柱的上平面，并与进料传送组件和出料传送组件的工作平面齐平。

4.根据权利要求3所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，其特征在于，所述的工件夹具包括二维定位机构，所述的二维定位机构包括3个固定定位点和3个气缸夹紧点；其中第一固定定位点固定在夹具底板的一个端梁上，第一气缸夹紧点沿Y轴方向对应第一固定定位点设置底板的另1个端梁上；第二固定定位点和第三固定定位点分别固定在底板的1个侧梁上，第二气缸夹紧点和第三气缸夹紧点沿X轴方向分别对应第二固定定位点和第三固定定位点设置在底板的另1个侧梁上。

5.根据权利要求4所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，其特征在于，所述的第一固定定位点和第一气缸分别安装在2个垂直升降气缸上，所述的2个垂直升降气缸分别固定在底板的2个端梁上。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，其特征在于，所述光路***的工作组件包括左CCD定位***、右CCD定位***、左切割头和右切割头；左CCD定位***和右CCD定位***沿X轴方向分别固定在机座上，左切割头和右切割头沿X轴方向分别安装在X轴运动***上。

7.根据权利要求6所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，其特征在于，所述X轴运动***包括用于调节左切割头和右切割头间距的双头间距调节装置，其中1个切割头安装在双头间距调节装置上。

8.根据权利要求6所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，其特征在于，所述光路***包括激光器和将激光器发出的激光束分别引导到所述左切割头和右切割头的双路传导***。

9.根据权利要求8所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，其特征在于，所述激光器为波长是1024nm的固体激光器。

10.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备，其特征在于，Y轴运动***采用直线电机驱动，X轴运动***采用伺服电机带动，高精密丝杆副传动，光栅尺反馈。

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