薄膜太阳能电池刻划装置及方法与流程

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种薄膜太阳能电池刻划装置及方法。

背景技术：

为了控制和提高输出电压值的大小，太阳能电池通常做成模组，即将多个电池串联起来。通过划线法来实现不同功能层上子电池之间的分割。

铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池制作过程中需要引入三次划线。首先，在钠钙玻璃衬底上镀完钼(Mo)背电极层后利用激光在Mo背电极层表面进行第一次划线将其均匀分割成一个个细长的小区，将第一次划线记为P1；其次，继续镀完CIGS吸光层和硫化镉(CdS)/氧化锌(ZnO)缓冲层后，利用激光或机械的方式在P1右侧附近并且平行于P1进行第二次划线划穿CIGS吸光层和CdS/ZnO缓冲层，将第二次划线记为P2；最后，镀上掺铝氧化锌(AZO)顶电极层，把每个相邻小区的AZO顶电极层和Mo背电极层连接起来，利用激光或机械的方式在P2右侧附近并且平行于P2进行第三次划线划穿AZO顶电极层切断每个相邻小区的AZO顶电极层和Mo背电极层的连接，将第三次划线记为P3。通过P1、P2和P3三道划线工艺，将CIGS薄膜太阳能电池分割成多个相邻的子电池串联在一起并形成了模组。P1、P2和P3三条划线所占区域和划线之间的区域无法向整个模组贡献电流电压，因此被统称为“死区”。

传统的刻划可以通过激光刻划或者机械刻划来实现，这里以激光刻划为例，激光刻划设备一般通过XYZ三个方向协同操作，XY方向平行于电池表面，控制激光在电池上的行径路线，Z方向垂直于电池表面，通过调节Z方向的汇聚镜头使激光聚焦在样品表面附近，XY方向分别有两个互为垂直的导轨，控制激光的行径，刻划时，保持X或者Y方向导轨不动，移动Y或者X方向导轨，Z方向动态调整距离，完成刻划，刻划的路径为一条直线。

在CIGS薄膜太阳能电池制作工艺中，通常需要在加热的条件下进行，在这种外界环境下电池的钠钙玻璃衬底会不可避免的出现不同程度的变形，使得太阳能电池具有的多条第一次划线由初始的直线发生扭曲变成曲线。为了避免P1、P2和P3三条划线弯曲导致相互之间发生交叉，致使产生废品导致薄膜太阳能电池良品率降低，通常解决办法是增大3条划线之间的间距。但是该方案的实施将会导致“死区”的面积增加，从而影响薄膜太阳能电池模组整体的转化效率。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种能够保证薄膜太阳能电池良品率的同时又能够提高薄膜太阳能模组整体转化效率的薄膜太阳能电池刻划装置及方法。

一种薄膜太阳能电池刻划装置，用于对薄膜太阳能电池具有的多条预划线进行追踪刻划，包括：

工作台；

第一导轨，设置于所述工作台上，用于滑动承载所述薄膜太阳能电池；

第二导轨，设置于所述工作台上，且位于所述第一导轨的上方，所述第二导轨的延伸方向与所述第一导轨的延伸方向正交；并与多条所述预划线的延伸方向相互平行；

刻划组件，可滑动地设置于所述第二导轨上，所述刻划组件包括间隔设置的刻划头和摄像头，所述刻划头能够对所述薄膜太阳能电池进行刻划，所述摄像头能够采集多条所述预划线的图像信息；及

处理模块，与所述刻划组件通讯连接，并能够根据多条所述预划线的图像信息获取多条所述预划线的路径，得到所述薄膜太阳能电池对应的多条待刻划线的路径，以控制所述刻划头对所述薄膜太阳能电池进行刻划。

在其中一个实施例中，任意相邻两条所述预划线之间的距离相等，且所述刻划头和所述摄像头之间的距离与任意相邻两条所述预划线之间的距离相等。

在其中一个实施例中，还包括第一驱动电机和第二驱动电机，所述第一驱动电机能够驱动所述薄膜太阳能电池相对所述第一导轨滑动，所述第二驱动电机能够驱动所述刻划组件相对所述第二导轨滑动。

在其中一个实施例中，所述刻划头为机械刻划头或激光刻划头。

在其中一个实施例中，所述预划线为曲线，所述摄像头能够采集所述预划线曲率最大处的图像信息。

一种薄膜太阳能电池刻划方法，通过上述的薄膜太阳能电池刻划装置对薄膜太阳能电池具有的多条预划线进行追踪刻划，所述方法包括以下步骤：

所述摄像头相对所述薄膜太阳能电池移动并采集所述预划线的图像信息；

根据所述预划线的图像信息获取所述预划线的路径，得到所述薄膜太阳能电池对应的划线的路径；及

根据所述划线的路径，所述刻划头对所述薄膜太阳能电池进行刻划以得到所述划线。

在其中一个实施例中，所述摄像头相对所述薄膜太阳能电池移动并采集所述预划线的图像信息的步骤之前还包括：

根据所述薄膜太阳能电池的工艺需求，确定所述预划线的采集点的个数；及

根据所述预划线的采集点的个数并结合所述预划线的最大范围，以得到所述摄像头采集所述预划线的图像信息时相对所述薄膜太阳能电池的平均移动间距。

在其中一个实施例中，所述摄像头相对所述薄膜太阳能电池移动并采集所述预划线的图像信息的步骤之前还包括：

将所述摄像头与所述预划线对准。

在其中一个实施例中，根据所述预划线的图像信息获取所述预划线的路径，得到所述薄膜太阳能电池对应的划线的路径的步骤还包括：

根据所述预划线的图像信息获取所述预划线的路径，得到所述预划线的路径与所述薄膜太阳能电池对应的所述划线的路径的距离间隔；及

根据所述预划线的路径并结合所述预划线的路径与所述薄膜太阳能电池对应的所述划线的路径的距离间隔，得到所述薄膜太阳能电池对应的所述划线的路径。

在其中一个实施例中，还包括：

所述刻划头对所述薄膜太阳能电池进行刻划以得到所述划线时，所述摄像头采集相邻的所述预划线的图像信息。

上述薄膜太阳能电池刻划装置，通过摄像头结合处理模块对薄膜太阳能电池具有的多条预划线进行路径追踪，从而得到薄膜太阳能电池对应的多条待刻划线的路径，根据多条待刻划线的路径，从而刻划头对薄膜太阳能电池进行刻划多条待刻划线，使得刻划得到的多条待刻划线与薄膜太阳能电池具有的多条预划线形状一致，从而二者之间不会出现相互交叉，保证了薄膜太阳能电池的良品率，同时刻划得到的待刻划线与薄膜太阳能电池具有的预划线距离的缩小使得“死区”面积大大减小，从而提高了薄膜太阳能模组整体转化效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的薄膜太阳能电池刻划装置的结构示意图；

图2为图1所示薄膜太阳能电池刻划装置的另一状态示意图；

图3为图1所示薄膜太阳能电池刻划装置的另一状态示意图；

图4为本发明一实施例的薄膜太阳能电池刻划装置所加工的薄膜太阳能电池的结构示意图；

图5为图1所示薄膜太阳能电池刻划装置中的刻划组件的结构示意图；

图6为本发明一实施例的薄膜太阳能电池刻划方法的流程图；

图7为图6所示S200的流程图；

图8为图6所示S200反应在薄膜太阳能电池上的状态示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请一并参阅图1、图2和图3，本发明一实施例的薄膜太阳能电池刻划装置100用于对薄膜太阳能电池200具有的多条预划线210进行追踪刻划，以得到多条对应的划线220。薄膜太阳能电池刻划装置100包括工作台110、第一导轨120、第二导轨130、刻划组件140以及处理模块(图中未示出)。第一导轨120设置于工作台110上。第二导轨130设置于工作台110上。第二导轨130架设于第一导轨120的上方。第二导轨130的延伸方向与第一导轨120的延伸方向正交。刻划组件140可滑动地设置于第二导轨130上。处理模块和刻划组件140通讯连接。

请一并参阅图3和图4，薄膜太阳能电池200为铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池200包括玻璃衬底230、钼(Mo)背电极层240、铜铟镓硒(CIGS)吸光层250、硫化镉(CdS)/氧化锌(ZnO)缓冲层260、掺铝氧化锌(AZO)顶电极层270。薄膜太阳能电池200上从左至右分布着已经刻划的多条预划线210。任意相邻两条预划线210之间的距离相等。

预划线210是通过两个互相垂直的第一导轨120和第二导轨130协同操作控制刻划组件140的行径，从而对薄膜太阳能电池200进行刻划而得。同时，刻划组件140刻划得到的预划线210的初始状态为直线。第二导轨130的延伸方向与多条预划线210的延伸方向相互平行。另一方面，薄膜太阳能电池200制作工艺过程中，需要在加热的条件下进行，从而使得初始条件下呈直线状态的预划线210发生扭曲变成曲线。

具体在本实施例中，预划线210为第一次划线。第一次划线初始状态为直线。在薄膜太阳能电池200制作工艺过程中，需要在加热的条件下进行，从而使得初始条件下呈直线状态的第一次划线发生扭曲变成曲线。多条第一次划线将Mo背电极层240分割成一个个细长的小区。其中，任意相邻两条第一次划线之间的距离相等。通过跟踪预划线210刻划得到的划线220即为第二次划线。多条第二次划线分别将CIGS吸光层和CdS/ZnO缓冲层划穿。可以理解的是，在其他实施例中，上述薄膜太阳能电池刻划装置100可以通过追踪第二次划线的路径，从而刻划得到对应的第三次划线。多条第三次划线将AZO顶电极层、CdS/ZnO缓冲层以及CIGS吸光层划穿，从而切断了每个相邻小区的AZO顶电极层之间的连接。

薄膜太阳能电池200放置在第一导轨120上。薄膜太阳能电池200能够相对第一导轨120滑动。

请再次参阅图1，工作台110包括水平面板112和竖直面板114。水平面板112和竖直面板114互相垂直。水平面板112用于放置薄膜太阳能电池200。其中，第一导轨120设置于水平面板112上，第二导轨130设置于竖直面板114上。

第一导轨120用于承载薄膜太阳能电池200，并能够带动薄膜太阳能电池200沿第一导轨120的延伸方向滑动。第二导轨130能够带动刻划组件140沿第二导轨130的延伸方向移动。具体在本实施例中，定义第一导轨120的延伸方向为Y方向，第二导轨130的延伸方向为X方向。第一导轨120能够带动薄膜太阳能电池200沿Y方向移动，第二导轨130能够带动刻划组件140沿X方向移动。

请一并参阅图5，刻划组件140包括刻划头142和摄像头144。刻划头142能够对薄膜太阳能电池200进行刻划。具体在本实施例中，刻划头142用于刻划薄膜太阳能电池200对应的多条划线220。刻划头142采用的是激光刻划头。可以理解的是，在其他实施例中，刻划头142也可以采用机械刻划头。

摄像头144能够采集薄膜太阳能电池200具有的多条预划线210的图像信息。具体在本实例中，预划线210为第一次划线，摄像头144能够采集多条第一次划线的图像信息。摄像头144可以采集多条预划线210中曲率最大处的图像信息，从而可以进一步提高薄膜太阳能电池刻划装置100的刻划精度。

刻划头142和摄像头144间隔设置。刻划头142和摄像头144之间的距离与任意相邻两条预划线210之间的距离相等，当刻划头142对薄膜太阳能电池200进行刻划预划线210对应的划线220时，摄像头144正好可以移动到相邻的预划线210的上方对其进行图像信息采集，从而进一步提高薄膜太阳能电池刻划装置100的追踪刻划效率。

处理模块用于给摄像头144采集的预划线210的图像信息进行运算处理。处理模块与刻划组件140通讯连接。具体的，处理模块与刻划头142通讯连接，处理模块与摄像头144通讯连接。处理模块能够根据多条预划线210的图像信息获取多条预划线210的路径，得到薄膜太阳能电池200对应的多条划线220的路径，从而控制刻划头142对薄膜太阳能电池200进行刻划。

在其他实施例中，薄膜太阳能电池刻划装置100还包括第一驱动电机和第二驱动电机。第一驱动电机能够给第一导轨120提供驱动动力，使得薄膜太阳能电池200能够沿第一导轨120的延伸方向移动。第二驱动电机能够给第二导轨130提供驱动动力，使得刻划组件140能够沿第二导轨130的延伸方向移动。

上述薄膜太阳能电池刻划装置100，通过摄像头144结合处理模块对薄膜太阳能电池200具有的多条预划线210进行路径追踪，从而得到薄膜太阳能电池200对应的多条划线220的路径，根据多条划线220的路径，从而刻划头142对薄膜太阳能电池200进行刻划多条划线220，使得刻划得到的多条划线220与薄膜太阳能电池200具有的多条预划线210形状一致，从而二者之间不会出现相互交叉，保证了薄膜太阳能电池200的良品率，同时刻划得到的划线220与薄膜太阳能电池200具有的预划线210距离的缩小使得“死区”面积大大减小，从而提高了薄膜太阳能模组整体转化效率。

请一并参阅图6，本发明还提供了一种薄膜太阳能电池刻划方法，通过上述薄膜太阳能电池刻划装置100对薄膜太阳能电池200具有的多条预划线210进行追踪刻划。

具体在本实施例中，薄膜太阳能电池刻划方法包括以下步骤：

S100，摄像头144相对薄膜太阳能电池200移动并采集预划线210的图像信息。具体的，S100步骤之前还包括：S120，根据薄膜太阳能电池200的工艺需求，确定预划线210的采集点的个数。S140，根据预划线210的采集点的个数并结合预划线210的最大范围，以得到摄像头144采集预划线210的图像信息时相对薄膜太阳能电池200的平均移动间距。

其中，预划线210有M条，M≥3。设定预划线210上N个采集点。其中N≥40，N值可以根据薄膜太阳能电池200的工艺需求和摄像头144采集图像信息的速度决定，N值越大，采集的预划线210的图像信息精度越高，同时对摄像头144采集图像信息的速度和处理模块对图像信息的处理速度越高。

Y_m为薄膜太阳能电池200的预划线210的最大范围。具体在本实施例中，Y_m为薄膜太阳能电池200具有的预划线210中沿Y方向的最大距离。根据预划线210的采集点的个数N并结合薄膜太阳能电池200的具有的预划线210中沿Y方向的最大距离Y_m，得到摄像头144采集预划线210的图像信息时摄像头144相对薄膜太阳能电池200的平均移动间隔Y_m/N。

当摄像头144相对薄膜太阳能电池200每移动平均移动间隔Y_m/N时，摄像头144采集一次预划线210的图像信息。具体的，预划线210为N个采集点，摄像头144相对薄膜太阳能电池200依次移动N个平均移动间隔Y_m/N时，摄像头144依次采集N次预划线210的图像信息。

需要指出的是，具体在实施例中，摄像头144相对薄膜太阳能电池200移动并采集预划线210的图像信息的步骤S100之前还包括：步骤S160，将摄像头144与预划线210对准。进一步的是，将摄像头144与预划线210对准的步骤S160是在根据预划线210的采集点的个数并结合预划线210的最大范围，以得到摄像头144采集预划线210的图像信息时相对薄膜太阳能电池200的平均移动间距的步骤S140之后操作。将摄像头144与预划线210对准的步骤S160可以有效地避免摄像头144与预划线210出现偏差而没有完全覆盖预划线210的图像信息，从而提高摄像头144对预划线210各采集点的图像信息的精度。

S200，根据预划线210的图像信息获取预划线210的路径，得到薄膜太阳能电池200对应的划线220的路径。

请一并参阅图7和图8，步骤S200还包括以下步骤：S210，根据预划线210的图像信息获取预划线210的路径，得到预划线210的路径与薄膜太阳能电池200对应的划线220的路径的距离间隔。S220，根据预划线210的路径，并结合预划线210的路径与薄膜太阳能电池200对应的划线220的路径的距离间隔，得到薄膜太阳能电池200对应的划线220的路径。

摄像头144采集的图像信息中，摄像头144扫描过的区域和未扫描过的区域的灰度值不同。通过处理模块预先设定的计算机程序处理预划线210的图像信息中从左到右的直线AB，根据预划线210的图像信息像素点的灰度值的变化，从而获取第1条预划线210的边缘点C和D的X方向和Y方向的位置坐标。

然后结合摄像头144的放大倍率，得到CD连线中点E距离AB连线中点F的相对距离|EF|，即预划线210的路径与薄膜太阳能电池200对应的划线220的路径沿X方向的距离间隔。

预划线210的路径与薄膜太阳能电池200对应的划线220的路径沿Y方向的位置坐标相同。具体的，以第1条预划线210第i个采集点的图像信息为例。采样时当前刻划头142的对应的位置坐标为[X_0i,Y_i]。第1条预划线210第i个采集点的路径与薄膜太阳能电池200对应的划线220对应的第i个刻划点的路径沿X方向的距离间隔|EF|和对应的Y方向的位置坐标为：ΔX_1i＝|EF|_1i，Y_i＝Y_m×i/N，i从1到N。依次记录第1条预划线210中的第N个采样点的路径与薄膜太阳能电池200对应的划线220对应的第N个刻划点的路径沿X方向的距离间隔|EF|和对应的Y方向的位置坐标。

薄膜太阳能电池200对应的划线220对应的第i个刻划点的路径为[X_1i，Y_i]，其中，X_1i＝X_0i+ΔX_1i+L+d，i从1到N，L为刻划头142和摄像头144之间的距离，d为设定的第1条预划线210与对应的划线220之间的距离。按照上述方法，依次得到薄膜太阳能电池200第M条划线220的路径。

S300，根据薄膜太阳能电池200对应的待刻划线220的路径，刻划头142对薄膜太阳能电池200进行刻划以得到划线220。

具体在本实施例中，上述薄膜太阳能电池刻划方法还包括：S320，刻划头142对薄膜太阳能电池200进行刻划以得到划线220时，摄像头144采集相邻的预划线210的图像信息。

具体的，刻划头142对薄膜太阳能电池200根据第1条预划线210的N个采集点对应的N个刻划点进行刻划第1条划线220。摄像头144跟随刻划头142同步移动，在刻划头142刻划第1条预划线210对应的划线220同时，摄像头144同时对相邻的第2条预划线210通过采用上述相同的方法记录相邻的第2条预划线210每个采样点的路径与薄膜太阳能电池200对应的划线220对应的每个刻划点的路径沿X方向的距离间隔|EF|和对应的Y方向的位置坐标。其中，第2条预划线210第i个采样点与薄膜太阳能电池200对应的划线220对应的第i个刻划点的路径沿X方向的距离间隔|EF|和对应的Y方向的位置坐标：ΔX_2i＝|EF|_2i，Y_i＝Y_m×i/N。

此外，刻划组件140和薄膜太阳能电池200同步移动，摄像头144结合处理模块得到的ΔX_2i是第2条预划线210的第i个采集点的路径相对于第1条划线220对应的第i个刻划点的路径沿X方向的距离间隔，因此，第2条划线220对应的第i个刻划点的路径沿X方向的位置坐标为第1条划线220对应的第i个刻划点的路径沿X方向的位置坐标叠加上得到的ΔX_2i。薄膜太阳能电池200第2条划线220对应第i个刻划点的路径为[X_2i，Y_i]，其中，X_2i＝X_1i+ΔX_2i+L+d。刻划头142对薄膜太阳能电池200进行刻划第2条划线220。按照上述方法，刻划头142对薄膜太阳能电池200进行刻划第M条划线220。

上述薄膜太阳能电池刻划方法可适用于所有薄膜太阳能电池，除了可用于铜铟镓硒薄膜太阳能电池划线外，还可用于其它薄膜太阳能电池的跟踪划线过程，包括非晶硅薄膜太阳能电池和碲化镉薄膜太阳能电池。尤其是需要高温加热导致衬底变形、划线弯曲的工艺。

另一方面，上述薄膜太阳能电池刻划方法通过采用追踪刻划的方式，在刻划当前预划线210对应的划线220的同时，得到相邻的下一条预划线210相对于该划线220的偏移量，并得到相邻的下一条划线220的路径，相比每条划线先测量再划线的跟踪划线的方式，缩短了刻划时间。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。