一种太阳能电池片的激光低损切割装置及方法与流程

本发明属于太阳能电池片切割技术领域，具体涉及一种太阳能电池片的激光低损切割装置及方法。

背景技术：

在太阳能电池制造行业，为了提高电池组件的发电功率，需要把太阳能电池切割成等面积的若干片来制作组件，但在太阳能电池片切割的过程中要尽量减少或者避免对太阳能电池片的损伤。

目前市场上主流的太阳能电池切割技术，是利用激光在太阳能电池背面加工出贯穿电池表面的切割道，然后再采用机械方法把电池沿着激光切割道掰开。这种加工方法会对电池片造成较大的损伤；且激光切割会损伤电池片表面的钝化层及硅片本身，还会产生大量粉尘，机械应力掰裂的方式会导致切割过程中碎片的增加，增加了组件的制造成本，因此，亟需一种既能对太阳能电池进行划片，又不会对电池片本身产生很大损伤的切割方法。

中国发明专利，公开号cn111590214a，公开了一种光伏电池片切割方法及用该方法制造的电池片，使用第一道激光在电池片切割位置的边缘形成第一切割线，使用第二道激光，其光斑沿着第一切割线的裂缝前面位置进行局部加热并沿第一切割线所在的方向并向远离所述的边缘的方向移动延伸，同时对被加热位置进行冷却，利用热应力切割，该方法中局部加热与冷却同时进行，所需激光热量高，温度控制困难，这会导致裂缝不严格按照裂纹扩展方向发展，降低了裂缝的线性度，同时较高的激光功率还会灼伤电池裂缝的端面，工艺条件要求严格，成品良品率不能保证。

技术实现要素：

为解决现有技术中太阳能电池片激光切割技术在切割过程对电池片损伤较大、易产生粉尘及利用机械应力掰裂电池片增加碎片率的技术问题，本发明的目的在于提供一种太阳能电池片的激光低损切割装置及方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种太阳能电池片的激光低损切割装置，包括激光切割模块、激光辐射加热模块和辅助冷却模块，所述激光切割模块包括第一光纤激光器和振镜控制模块，第一光纤激光器发出的激光聚焦于待切割太阳能电池片内部，振镜控制模块与第一光纤激光器连接，通过振镜控制模块控制第一光纤激光器的启闭并控制第一光纤激光器在待切割太阳能电池片上画出所需激光切割图形，在待切割太阳能电池片内部形成材料改制层，激光辐射加热模块沿着第一光纤激光器所划的线加热，辅助冷却模块沿着激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却。

进一步的，所述激光切割模块还包括扩束镜和物镜，所述第一光纤激光器、扩束镜和物镜顺序可拆卸式连接在一起，第一光纤激光器发出的激光依次经过扩束镜和物镜后聚焦于待切割太阳能电池片内部。

进一步的，所述激光辐射加热模块包括第二光纤激光器、准直模块和聚焦模块，所述第二光纤激光器、准直模块和聚焦模块顺序可拆卸式连接在一起，第二光纤激光器发出的激光依次经过准直模块和聚焦模块后沿第一光纤激光器所划的线加热。

进一步的，所述准直模块包括准直透镜，聚焦模块包括聚焦透镜，第二光纤激光器出光口位于准直透镜的一倍焦距处，激光经准直后以平行光出射，平行光入射后会聚焦在聚焦透镜的后焦距处。

进一步的，所述第二光纤激光器发出的激光依次经过准直模块和聚焦模块后激光光斑直径大小为2mm～3mm，激光加热速度为400mm/s～900mm/s，激光加热功率为200w～400w。

本发明公开了一种太阳能电池片的激光低损切割方法，采用一种太阳能电池片的激光低损切割装置进行激光低损切割，包括以下步骤：

s1、将待切割太阳能电池片放置于运动平台上；

s2、通过振镜控制模块控制第一光纤激光器的启闭并控制第一光纤激光器在待切割太阳能电池片上按所需激光切割图形进行激光切割划线，第一光纤激光器发出的激光聚焦于待切割太阳能电池片内部并激光切割划线，改变激光在待切割太阳能电池片内部聚焦的水平位置并重复激光切割划线，在待切割太阳能电池片内部形成材料改制层；

s3、激光辐射加热模块沿步骤s1中激光切割模块所划的线加热；

s4、辅助冷却模块沿步骤s3中激光辐射加热模块的加热直线冷却。

进一步的，步骤s2中，通过振镜控制模块控制第一光纤激光器开、关激光，第一光纤激光器发出的激光依次经过扩束镜和物镜后贯穿待切割太阳能电池片内部并激光切割划线一次，运动平台沿直线往复平移，带动其上的待切割太阳能电池片直线往复平移，改变激光在待切割太阳能电池片内聚焦的水平位置并进行重复激光切割划线，在待切割太阳能电池片内部形成材料改制层。

进一步的，步骤s3中，所述第二光纤激光器发出的激光依次经过准直模块和聚焦模块后沿步骤s1中激光切割模块所划的线直线加热至待切割太阳能电池片边缘。

进一步的，步骤s3中，所述第二光纤激光器发出的激光依次经过准直模块和聚焦模块后激光光斑直径大小为2mm～3mm，激光加热速度为400mm/s～900mm/s，激光加热功率为200w～400w。

进一步的，步骤s4中，辅助冷却模块利用雾化的去离子水沿激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种太阳能电池片的激光低损切割装置及方法，包括激光切割模块、激光辐射加热模块和辅助冷却模块，所述激光切割模块包括第一光纤激光器和振镜控制模块，第一光纤激光器发出的激光聚焦于待切割太阳能电池片内部，振镜控制模块与第一光纤激光器连接，通过振镜控制模块控制第一光纤激光器的启闭并控制第一光纤激光器在待切割太阳能电池片上画出所需激光切割图形，在待切割太阳能电池片内部形成材料改制层，激光辐射加热模块沿着第一光纤激光器所划的线加热，辅助冷却模块沿着激光辐射加热模块的激光加热直线进行冷却。本发明提供的太阳能电池片的激光低损切割装置及方法，先采用激光在待切割太阳能电池片内部聚焦划线再依次进行激光加热和冷却的方式，在电池片内部形成材料改制层，利用热应力使电池片自行裂开，由于激光光斑透过太阳能电池片表面的氮化硅薄膜聚焦在太阳能电池片内部，不会对表面的氮化硅膜层产生热影响，降低了激光切割过程对待切割太阳能电池片的损伤，对电池组件发电效率的提升有一定的帮助，并且切割过程中基本不会产生粉尘、细纹等，提高了切割过程的安全性，裂缝按照裂纹扩展方向发展，线性度高，良品率高，工艺条件简单，可行性高，具有较大的工业应用价值。

附图说明

图1为本发明的激光切割模块的简易结构示意图；

图2为本发明的激光辐射加热模块和辅助冷却模块的简易结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1-2所示，一种太阳能电池片的激光低损切割装置，主要包括激光切割模块10、激光辐射加热模块20和辅助冷却模块31，激光切割模块10主要包括第一光纤激光器11、扩束镜12、物镜13和振镜控制模块14，第一光纤激光器11、扩束镜12和物镜13顺序通过螺纹实现可拆卸式连接，激光切割模块10通过第一光纤激光器11在待切割太阳能电池片上激光切割划线，激光辐射加热模块20沿着第一光纤激光器11所划的线加热，辅助冷却模块31沿着激光辐射加热模块20的激光加热直线进行冷却。具体的，第一光纤激光器11所发出的激光依次经过扩束镜12和物镜13后在待切割太阳能电池片内部聚焦，振镜控制模块14与第一光纤激光器11连接并控制第一光纤激光器11的开/关激光，进而控制第一光纤激光器11的激光贯穿太阳能电池片激光切割划线一次，振镜控制模块14可根据需求控制第一光纤激光器11在待切割太阳能电池片上画出所需要的激光切割图形(主要是指直线)，待切割太阳能电池片平移时，可改变第一光纤激光器11的激光在太阳能电池片内部聚焦的水平位置，实现重复激光切割划线，在待切割太阳能电池片内部形成材料改制层。

激光辐射加热模块20包括第二光纤激光器21、准直模块22和聚焦模块23，第二光纤激光器21、准直模块22和聚焦模块23顺序通过螺纹实现可拆卸式连接，准直模块22包括准直透镜，聚焦模块23包括聚焦透镜，第二光纤激光器21出光口位于准直透镜的一倍焦距处，激光经准直后以平行光出射，平行光入射后会聚焦在聚焦透镜的后焦距处，第二光纤激光器21发出的激光依次经过准直模块22准直和聚焦模块23聚焦后，激光辐射加热模块20的激光光斑直径大小变为2mm～3mm，激光加热功率为200w～400w，第二光纤激光器21的激光光斑沿第一光纤激光器11的激光切割直线进行加热，激光加热速度为400mm/s～900mm/s。

辅助冷却模块31位于激光辐射加热模块20一侧、朝向待切割太阳能电池片放置，辅助冷却模块31包括雾化器、气压表、水压表以及雾化喷嘴，气压表和水压表连接在雾化器管路上，分别通过气压表和水压表实时监测雾化气压和水压力数据，确保雾化过程的顺利实现，雾化器将去离子水雾化后通过与其连接的雾化喷嘴喷出，去离子水雾化后沿着激光辐射加热模块20的激光加热直线进行冷却，辅助冷却模块31还可采用其他气冷、液冷等现有冷却方式沿着激光辐射加热模块20的激光加热直线进行冷却至待切割太阳能电池片边缘。

一种太阳能电池片的激光低损切割方法，采用太阳能电池片的激光低损切割装置进行激光低损切割，包括以下步骤：

s1、将待切割太阳能电池片放置于运动平台上，运动平台能够沿直线往复平移；

s2、振镜控制模块14控制第一光纤激光器11的启闭，通过振镜控制模块14驱动第一光纤激光器11发出激光并控制激光切割模块10在待切割太阳能电池片上按所需激光切割图形进行激光切割划线，激光切割模块10发出的激光依次经过扩束镜12和物镜13后在待切割太阳能电池片内部聚焦，运动平台沿直线平移，带动其上的待切割太阳能电池片直线平移，使得激光在待切割太阳能电池片内部划线至边缘，运动平台带动其上的待切割太阳能电池片直线往复平移，能够多次改变激光切割模块10发出的激光在待切割太阳能电池片内部聚焦的水平位置，进行重复激光划线，在待切割太阳能电池片内部形成材料改制层；

s3、激光辐射加热模块20的第二光纤激光器21发出的激光依次经过准直模块22和聚焦模块23后沿步骤s1中激光切割模块10所划的线直线加热至待切割太阳能电池片边缘；

s4、辅助冷却模块31沿步骤s3中激光辐射加热模块20的激光加热直线冷却至待切割太阳能电池片边缘，激光辐射加热模块20和辅助冷却模块31可以使得待切割太阳能电池片表面存在温度梯度差，当热应力大于待切割太阳能的断裂强度时，待切割太阳能会沿着激光切割模块10所划的直线裂开，采用先加热后冷却的工作方式更易保证产品质量，提高良品率，且操作简单化。

步骤s2中，通过振镜控制模块14控制激光切割模块10的第一光纤激光器11开、关激光，贯穿待切割太阳能电池片内部划线一次，激光划线深度为太阳能电池片表面氮化硅薄膜的厚度，一般为160μm～200μm，第一光纤激光器11发出的激光每次均贯穿待切割太阳能电池片划线，激光在待切割太阳能电池片内部聚焦，改变待切割太阳能电池片的位置，改变激光在待切割太阳能电池片内聚焦的水平位置并进行重复划线，在待切割太阳能电池片内部形成材料改制层。

步骤s4中，辅助冷却模块31利用雾化的去离子水沿激光辐射加热模块20的激光加热直线进行冷却。

本发明未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。