專利名稱：太陽能薄膜電池激光蝕刻設備及蝕刻方法
太陽能薄膜電池激光蝕刻設備及蝕刻方法
技術領域：
本發明涉及激光切割技術領域，尤其涉及一種太陽能薄膜電池的
激光蝕刻i殳備及蝕刻方法。 [背景技術]
隨著現代工業的高速發展，技術快速的更新換代以及對能源的需 求，現在能源結構正在發生著根本性的變革，傳統的能源煤炭、石 油、天然氣使用量將在2020年一2040年到達高峰，而在2050年后將 會逐漸枯竭，替代能源，可再生能源(主要是太陽能)從2000年開始 迅猛發展，到2050年使用量將達到高峰。傳統太陽能電池是使用單晶 硅或多晶硅薄片，其硅用料較多，浪費嚴重，硅元素提純工藝復雜且 成本太高。非晶硅薄膜太陽能電池使用硅元素量很少所以無原料瓶頸， 成本低，且工藝成熟，所以發展4艮快，成為目前薄膜太陽能電池最成 熟的產品。
這種非晶硅薄膜太陽能電池鍍膜容易產生周邊的鍍膜不完整的缺 陷，影響電池板的性能和最終的成品封裝。激光蝕刻能在非晶硅薄膜 太陽能電池的四周IO毫米帶狀區域用激光蝕刻掉，以保證太陽能電池 片大小統一完整封裝，保證良好的絕緣性與成品制作。
現有的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備包括X軸運動系統、X軸 基座、Y軸運動系統、Y軸基座、工件夾具、立柱和激光器系統。工件夾具安裝在Y軸運動系統上，Y軸運動系統安裝在Y軸基座上，激光器 系統安裝在X軸運動系統上，X軸運動系統安裝在X軸才幾座上，X軸積^ 座通過安裝于Y軸機座的立柱橫跨安裝于Y軸機座上方。 現有的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備存在以下不足
1. 生產效率低即使采用雙激光蝕刻頭，也只能在Y軸方向對工 件兩側邊同時進4亍蝕刻，在X軸方向，工件兩側邊不可能同時進4亍蝕 刻，生產效率較低。
2. Y軸方向的進給距離大，Y軸運動系統的長度過長。
3. 工件夾具在工作過程中隨Y軸運動系統沿Y軸方向作進給運動， 給安裝進料輸送系統和出料輸送系統帶來困難，不便于自動化生產。
4. X軸機座通過安裝于Y軸機座的立柱橫跨安裝于Y軸機座上方， 難以安裝排塵系統，蝕刻產生的粉塵無法排除，難以改善工位的空氣 質量。
本發明要解決的技術問題是提供一種能夠采用雙激光蝕刻頭同步 進行蝕刻，生產效率較高，Y軸方向的進給距離小，Y軸運動系統的長 度較短的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備。
本發明進一步要解決的技術問題是提供一種能夠自動進料和出 料，自動化程度高的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備。
本發明更進一步要解決的技術問題是提供一種能夠安裝排塵系 統，以改善操作環境的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備。
本發明更另一個要解決的技術問題是提供一種生產效率較高的太陽能薄膜電池的激光蝕刻方法。
為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是， 一種太陽能
薄膜電池的激光蝕刻設備，包括機架、Y軸基座、工件夾具和蝕刻系統， 機架與Y軸基座固定連接，所述的蝕刻系統為2套，相向布置在Y軸 基座上；每套蝕刻系統包括X軸運動系統、X軸基座、Y軸運動系統和 激光器系統；所述的X軸運動系統安裝在X軸機座上，X軸機座安裝在 Y軸運動系統上，Y軸運動系統安裝在Y軸基座上，形成十字滑臺結構； 所述的工件夾具位于Y軸基座中部的上方，工件夾具的周邊夾緊裝置 安裝在機架上，工件夾具的中央支承裝置安裝在由位于Y軸基座中部 的支柱上；所述的激光器系統安裝在X軸運動系統上；激光器系統的 蝕刻頭伸向工件夾具的下方。
以上所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，所述的工件夾具的 周邊夾緊裝置包括二維定位機構，所述的二維定位機構包括3個固定 定位點和3個氣缸夾緊點；其中第一固定定位點固定在機架的一個橫 梁上，第一氣缸夾緊點沿Y軸方向對應第一固定定位點設置在^L架的 另1個橫梁上；第二固定定位點和第三固定定位點分別固定在機架的1 個縱梁上，第二氣缸夾緊點和第三氣缸夾緊點沿X軸方向分別對應第 二固定定位點和第三固定定位點設置在機架的另1個縱梁上。
以上所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，所述的第一固定定 位點和第一氣缸分別安裝在2個垂直升降氣缸上，所述的2個垂直升 降氣缸分別安裝在機架的橫梁上。
以上所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，包括進料輸送系統和出料輸送系統，所述的進料輸送系統和出料輸送系統沿Y軸方向分 別布置在工件夾具的兩側。
以上所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，所述的進料輸送系 統和出料輸送系統安裝在蝕刻系統上方的機架上，進料輸送系統、出 料輸送系統和工件夾具中央支承裝置都安裝有輸送皮帶，3套輸送皮帶 的上工作平面齊平，沿Y軸方向傳輸工件，構成工件輸送系統。
以上所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，所述激光器系統包 括半導體泵浦模塊、聲光Q開關、激光諧振腔膜片、擴束鏡、光學掃 描振鏡、"F-e"鏡組。
以上所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，在工件夾具的上方 的機架上裝有吸塵罩。
本發明太陽能薄膜電池的激光蝕刻方法的技術方案是，采用2套 蝕刻系統，2套激光蝕刻系統的激光器蝕刻頭相向布置，同時工作，分 別沿U字形路徑作蝕刻運動，聯合完成對工件周邊的蝕刻工作。
以上所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻方法，2套激光蝕刻系統 的激光器蝕刻頭同時作順時針的蝕刻運動，或同時作逆時針的蝕刻運 動。
以上所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻方法，工件的鍍膜面朝上， 激光由下向上透過基板照射到鍍膜層，去除工件表面的鍍膜層。
本發明太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備采用了 2套蝕刻系統，相 向布置在Y軸基座上。每套蝕刻系統都包括X軸運動系統、X軸基座、 Y軸運動系統和激光器系統；所述的X軸運動系統安裝在X軸機座上，X軸機座安裝在Y軸運動系統上，Y軸運動系統安裝在Y軸基座上，形 成十字滑臺結構。本發明Y軸方向的進給距離小，Y軸運動系統的長度 短，有利于降低設備成本；2套蝕刻系統同時工作，分別沿U字形路徑 作蝕刻運動，聯合完成對工件周邊的蝕刻工作，簡化了生產工藝，提 高了生產效率，成品率和產品質量。本發明的結構還^^于安裝排塵系 統，有利于改善操作環境。
本發明如進一 步采用進料輸送系統和出料輸送系統，便可以實現 進料和出料自動化，極大地提高生產效率，降低操作者的勞動強度。 [附圖"i兌明]
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是本發明太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備的正截面視圖。 圖2是圖1中的A向一見圖。 圖3是圖1中的B向視圖。
圖4是本發明非晶硅薄膜太陽能電池的蝕刻區域和蝕刻路徑示意圖。
圖5是本發明太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備的左3見圖 圖6是本發明太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備控制拒主視圖 圖7是本發明太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備的光學系統的主截 面視圖
圖8是本發明太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備的光學系統的俯截 面視圖[具體實施方式
]
本發明的激光蝕刻設備用于對非晶硅薄膜太陽能電池的邊緣進行
蝕刻去膜處理，圖4所示的陰影部分是非晶硅薄膜太陽能電池的邊緣 需要蝕刻的部分。
如圖1至圖8所示本發明太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備實施例 包括機架30、大理石的Y軸基座6、大理石的Y軸基座6安裝在機架 30之上。在Y軸基座6上安裝了 2套同樣的蝕刻系統，2套蝕刻系統 在Y軸基座6上相向布置。每套蝕刻系統有X軸運動系統8、 X軸基座 8，、 Y軸運動系統7和激光器系統9。 X軸運動系統8安裝在X軸才/L座 8，上，X軸機座8，安裝在Y軸運動系統7上，Y軸運動系統7安裝在 Y軸基座6上，形成十字滑臺結構。工件夾具位于Y軸基座6中部的上 方，其中，工件夾具包括周邊夾緊裝置12a和中央支承裝置12b。周邊 夾緊裝置12a安裝在機架的中部，中央支承裝置12b由安裝在Y軸基 座6中部的支柱20支承。激光器系統9安裝在X軸運動系統上，激光 器系統的蝕刻頭9a沿Y軸方向伸向工件夾具的下方，可以達到工件的 中心。本發明的激光器為波長10 6 4nm的固體激光器。
在本實施例中Y軸運動系統7和X軸運動系統8采用伺服電機帶 動，由大導程、高扭矩絲桿傳動。
本發明中的輸送系統包括進料輸送系統11，工件夾具的中央支承 裝置12b和出料輸送系統13。進料輸送系統11和出料輸送系統13， 沿Y軸方向分別布置在工件夾具的兩側，安裝在激光器系統上方的機 架上.進料輸送系統11、出料輸送系統13和中央支承裝置12b都安裝有輸送皮帶14， 3套輸送皮帶的上工作平面齊平，沿Y軸方向傳輸工 件，構成工件輸送系統。輸送皮帶14采用防止跑偏的多楔帶，由步進 電機16驅動。進料輸送系統ll,工件夾具和出料輸送系統13沿輸送 皮帶14的兩側都有引導工件的軟材料導向輪15。工件夾具的導向輪 15安裝在機架的2個縱梁上。
工件4由進料輸送系統11流進工件夾具的中央支承裝置12b,然 后由周邊夾緊裝置12a夾緊。周邊夾緊裝置12a以機架30作為框架， 對工件4采用二維定位機構三點定位。二維定位機構包括3個固定定 位點和3個氣缸夾緊點；其中第一固定定位點1903通過1個垂直升降 氣缸18固定在機架右側的一個橫梁上，第一氣釭夾緊點2003沿Y軸 方向對應第一固定定位點1903通過另1個垂直升降氣釭18設置在機 架的另1個橫梁上。第二固定定位點1901和第三固定定位點1902分 別固定在機架的1個縱梁上，第二氣缸夾緊點2001和第三氣缸夾緊點 2002沿X軸方向分別對應第二固定定位點2001和第三固定定位點2002 設置在機架對面的另1個縱梁上。工件4流進工件夾具的中央支承裝 置12b前，2個垂直升降氣缸18將第一固定定位點1903和第一氣缸夾 緊點2003提起，便于工件4進入工件夾具；工件4進入夾具后，2個 垂直升降氣缸18將第一固定定位點1903和第一氣缸夾緊點2003放下， 3夾緊氣缸將工件4夾緊。蝕刻完成后，3氣缸將工件4+>開，2個垂 直升降氣釭18再次將第一固定定位點1903和第一氣缸夾緊點2003提 起，中央支承裝置12b的輸送皮帶將工件輸往出料輸送系統13。
激光器系統包括半導體泵浦模塊25、聲光Q開關24、激光諧振腔膜片23;振鏡系統(激光頭)9a的作用是使照射在其上的激光束發生 偏轉，通過控制光學掃描振鏡的運動，從而達到控制激光光束運動的 目的。振鏡頭裝在激光器頭部"F-e"鏡組27下方，其驅動器裝在激光 器頭部，驅動器電源由主控箱提供。"F-e"鏡組27為光學聚焦系統， 用于將激光束聚焦于工件表面，且在垂直光軸的二維平面上的工作區 域內均能獲得良好的聚焦效果。該鏡組安裝在激光器的頭部。本實施 例采用后聚焦方式，這種聚焦方式將聚焦透鏡安裝在振鏡掃描器的后 面。它采用的聚焦透鏡是專門設計的F-e平場透鏡，不管光束如何移 動，它的焦點位置始終保持在一個平面上，保證了在一定區域內光斑 大小與能量密度一致，提高了蝕刻的質量。另外，這種方式能夠通過 調聚焦鏡的倍數來改變焦點的位置，起到調焦的目的。
在本發明中，所有軸的電機驅動器、控制卡、其他電器元件、氣 路元件通過電氣底板安裝在機架30中，布局緊湊合理；鍵盤鼠標抽屜 31、顯示器21、工控機，激光發生器控制箱安裝在控制拒22中，通過 線纜波紋套管與安裝在電氣底板上電器控制器件連接。本實例中控制 部分采用電腦工控系統控制，該系統能對激光發生器控制箱、激光器 系統9、 X軸運動系統8、 Y軸運動系統7、和圖形蝕刻范圍、位置進 行有效協調及聯動控制。
本發明的設備在工作時，工件以基板向下，鍍膜面朝上的方位進 入夾具，在傳輸過程中，鍍膜面不會拉傷。工件進入夾具后中部由中 央支承裝置支承，周邊由周邊夾緊裝置定位夾緊，兩者在工件周邊的邊 緣處有一圈空隙，便于激光頭工作對工件進行蝕刻。激光頭產生的激光由下向上透過J41照射到鍍膜層，去除工件表面的4 層。
本發明的2套蝕刻系統安裝在2套能分別作X、 Y方向運動的十字 滑臺結構上。2套激光蝕刻系統的激光器蝕刻頭相向布置，同時工作。 如圖3和圖4所示，2套激光蝕刻系統的蝕刻頭以Y軸為對稱軸，分 別位于工件2個側邊的中點開始工作時，同時沿各自的U字形路徑順 時針或逆時針地作蝕刻運動。l個激光器沿l、 2、 3的路徑順時針進行 蝕刻，另l個激光器沿r、 2，、 3'的路徑也順時針地進^f亍蝕刻。兩個U 字形蝕刻路徑合成工件的矩形蝕刻周邊，聯合完成對工件周邊的蝕刻 工作。
為了改善操作環境，及時地將蝕刻產生的粉塵抽吸掉，本實施例 在工件夾具的上方的機架上裝有吸塵罩17。
在上述實施例中，僅對本發明進行了示范性描述，但是本領域技 術人員在不脫離本發明所保護的范圍和精神的情況下，可根據不同的 實際需要設計出各種實施方式。
權利要求
1. 一種太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，包括機架、Y軸基座、工件夾具和蝕刻系統，機架與Y軸基座固定連接，其特征在于，所述的蝕刻系統為2套，相向布置在Y軸基座上；每套蝕刻系統包括X軸運動系統、X軸基座、Y軸運動系統和激光器系統；所述的X軸運動系統安裝在X軸機座上，X軸機座安裝在Y軸運動系統上，Y軸運動系統安裝在Y軸基座上，形成十字滑臺結構；所述的工件夾具位于Y軸基座中部的上方，工件夾具的周邊夾緊裝置安裝在機架上，工件夾具的中央支承裝置安裝在由位于Y軸基座中部的支柱上；所述的激光器系統安裝在X軸運動系統上；激光器系統的蝕刻頭伸向工件夾具的下方。
2. 根據權利要求l所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，其特征在 于，所述的工件夾具的周邊夾緊裝置包括二維定位才幾構，所述的二 維定位機構包括3個固定定位點和3個氣缸夾緊點；其中第一固定 定位點固定在機架的一個橫梁上，第一氣缸夾緊點沿Y軸方向對應 第一固定定位點設置在才幾架的另l個橫梁上；第二固定定位點和第 三固定定位點分別固定在機架的1個縱梁上，第二氣缸夾緊點和第 三氣缸夾緊點沿X軸方向分別對應第二固定定位點和第三固定定位 點設置在機架的另1個縱梁上。
3. 根據權利要求2所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，其特征在 于，所述的第一固定定位點和第一氣缸分別安裝在2個垂直升降氣缸上，所述的2個垂直升降氣缸分別安裝在機架的橫梁上。
4. 根據權利要求l所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，其特征在 于，包括進料輸送系統和出料輸送系統，所述的進料輸送系統和出 料輸送系統沿Y軸方向分別布置在工件夾具的兩側。
5. 根據權利要求4所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻設備，其特征在 于，所述的進料輸送系統和出料輸送系統安裝在蝕刻系統上方的機 架上，進料輸送系統、出料輸送系統和工件夾具中央支承裝置都安 裝有輸送皮帶，3套輸送皮帶的上工作平面齊平，沿Y軸方向傳輸 工件，構成工件輸送系統。
6. 根據權利要求1至5中任一權利要求所述的太陽能薄膜電池的激光 蝕刻設備，其特征在于，所述激光器系統包括半導體泵浦模塊、聲 光Q開關、激光諧振腔膜片、擴束鏡、光學掃描振鏡、"F-e"鏡組。
7. 根據權利要求1至5中任一權利要求所述的太陽能薄膜電池的激光 蝕刻設備，其特征在于，在工件夾具的上方的機架上裝有吸塵罩。
8. —種太陽能薄膜電池的激光蝕刻方法，其特征在于，采用2套蝕刻 系統，2套激光蝕刻系統的激光器蝕刻頭相向布置，同時工作，分 別沿U字形路徑作蝕刻運動，聯合完成對工件周邊的蝕刻工作。
9. 根據權利要求8所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻方法，其特征在 于，2套激光蝕刻系統的激光器蝕刻頭同時作順時針的蝕刻運動， 或同時作逆時針的蝕刻運動。
10. 根據權利要求8所述的太陽能薄膜電池的激光蝕刻方法，其特征在于，工件的鍍膜面朝上，激光由下向上透過基板照射到鍍膜層，去 除工件表面的鍍膜層。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能薄膜電池激光蝕刻設備及蝕刻方法。設備包括2套蝕刻系統，相向布置在Y軸基座上，每套蝕刻系統包括X軸運動系統、Y軸運動系統和激光器系統。X軸運動系統和Y軸運動系統，形成十字滑臺結構；工件夾具位于Y軸基座中部的上方，工件夾具的周邊夾緊裝置安裝在機架上，工件夾具的中央支承裝置安裝在由位于Y軸基座中部的支柱上；激光器系統安裝在X軸運動系統上，激光器系統的蝕刻頭伸向工件夾具的下方。本發明Y軸方向的進給距離小，2套蝕刻系統同時工作，分別沿U字形路徑作蝕刻運動，聯合蝕刻掉工件周邊10毫米帶狀區域的鍍膜層，簡化了生產工藝，提高了生產效率，成品率和產品質量。
文檔編號B23K26/00GK101417370SQ20081021749
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者倪鵬玉, 吳志宏, 李世印, 建 謝, 鄭國云, 陳明金, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司