非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统及刻划方法

专利名称：非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统及刻划方法
非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统及刻划方法
技术领域：
本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及非晶硅薄膜太阳能电池 激光刻划系统及刻划方法。
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年一2040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4艮快，成为目前薄膜大阳能 电池最成熟的产品。
如图1所示，非晶硅薄膜太阳能电池是在低成本基板1上(主要 是玻璃)沉积、溅射而成的薄膜，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。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种满足工艺要求且刻划精度 高的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统及刻划方法。
本发明所采用的技术方案是
非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统，包括第一台刻划设备、第 二台刻划设备和用于控制所述第一、第二台刻划设备的控制柜；
所述第一台刻划设备包括第一X轴运动系统、第一X轴基座、第 一Y轴运动系统、第一Y轴基座、第一工装、第一立柱、第一光路系 统、第一左CCD定位系统、第一右CCD定位系统、第一左切割头和第 一右切割头，第一工装安装在第一Y轴运动系统上，第一Y轴运动系 统安装在第一 Y轴基座上，第一光路系统安装在第一 X轴运动系统上， 第一 X轴运动系统安装在第一 X轴机座上，第一 X轴机座通过安装于 第一 Y轴机座的第一立柱横跨安装于第一 Y轴机座上方，第一左CCD 定位系统和第一右CCD定位系统以一间距平行固定在第一 X轴基座上，第 一左切割头和第 一右切割头都位于第 一工装上方且都平行安装
在第一X轴运动系统上；
所迷第二台刻划i殳备包括第二X轴运动系统、第二X轴基座、第 二Y轴运动系统、第二Y轴基座、第二工装、第二立柱、第二光路系 统、第二左CCD定位系统、第二右CCD定位系统、第二左切割头和第 二右切割头，第二工装安装在第二Y轴运动系统上，第二Y轴运动系 统安装在第二 Y轴基座上，第二光路系统安装在第二 X轴运动系统上， 第二 X轴运动系统安装在第二 X轴机座上，第二 X轴机座通过安装于 第二 Y轴机座的第二立柱横跨安装于第二 Y轴机座上方，第二左切割 头和第二右切割头都位于第二工装上方且都平行安装在第二 X轴运 动系统上，第二左CCD定位系统和第二右CCD定位系统分别固定安装 在第二左切割头和第二右切割头上。
所述第一光路系统包括激光波长为1064nra的第一激光器和将第 一激光器发出的激光束分别引导到所述第一左切割头和第一右切割 头的第一双路引导单元。
所述第一工装包括第一工装基板、至少三个分布安装在第一工装 基板表面的不在同一直线上的第一点支撑柱，以及安装于第一工装基 板上的用于定位非晶硅薄膜太阳能电池板的第一二维定位机构；所述 第一二维定位机构包括三个固定定位点和三个气缸定位点，其中，第 一固定定位点和第 一气缸定位点同线定位第 一工装基板表面的第一 维方向，第一固定定位点固定在第一工装基板上，第一气缸定位点对 应第一固定定位点沿第一工装基板表面的第一维方向设置在第一工 装基板上，余下两个固定定位点和两个气缸定位点定位第一工装基板表面的第二维方向，第二固定定位点和第三固定定位点都固定在築" 工装基板上，第二气缸定位点和第三气缸定位点分别对应第二固定定 位点和第三固定定位点沿第一工装基板表面的第二维方向设置在第 一工装基板上。
所述第一 X轴运动系统包括用于调节第 一左切割头和第 一右切 割头间距的第 一双头间距调节装置，所述第 一右切割头安装在第 一双 头间距调节装置上。
所述第二光路系统包括激光波长为532nm的第二激光器和将第 二激光器发出的激光束分别引导到所述第二左切割头和第二右切割 头的第二双路引导单元。
所述第二工装包括第二工装基板、至少三个分布安装在第二工装 基板表面的不在同 一直线上的第二点支撑柱，以及安装于第二工装基 板上的用于定位非晶硅薄膜太阳能电池板的第二二维定位机构；所述 第二二维定位机构包括两个固定定位点、三个气缸定位点以及一个纠 偏调节定位点，其中第四固定定位点和第四气缸定位点同线定位第二 工装基板表面的第一维方向，第四固定定位点固定在第二工装基板 上，第四气缸定位点对应第四固定定位点沿第二工装基板表面的第一 维方向设置在第二工装基板上，余下一个固定定位点、纠偏调节定位 点和两个气缸定位点定位第二工装基板表面的第二维方向，第五固定 定位点和纠偏调节定位点都固定在第二工装基板上，第五气缸定位点 和第六气缸定位点分别对应第五固定定位点和纠偏调节定位点沿第 二工装基板表面的第二维方向设置在第二工装基板上。
所述第二 X轴运动系统包括用于调节第二左切割头和第二右切
9割头间距的第二双头间距调节装置，所述第二右切割头安装在第二双 头间距调节装置上。
非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划方法，包括以下步骤
701、 将导电玻璃放置在第一台刻划设备的工装上，第一台刻划
设备的左、右激光切割头以预定间距在导电玻璃的导电层上刻划第一
基准线和第二基准线，刻划完毕后在导电层上镀非晶硅层；
702、 将镀非晶硅层的导电玻璃放置在第二台刻划设备的工装上， 第二台刻划设备的左、右CCD定位系统分别^^测所述第一基准线和第 二基准线的轨迹，通过其左、右激光切割头在非晶硅层上刻划分别平 行于所述第一基准线和第二基准线的第一刻划线和第二刻划线，刻划 完毕后在非晶硅层上镀铝层；
703、 将镀铝层的导电玻璃放置在第二台刻划设备的工装上，第 二台刻划设备的左、右CCD定位系统分别;^测所述第一基准线和第二 基准线的轨迹，通过其左、右激光切割头在非晶硅层及铝层上刻划分 别平行于所述第 一基准线和第二基准线的第三刻划线和第四刻划线。
步骤701中将导电玻璃放置在第一台刻划设备的工装上包括第 一台刻划设备的工装对所述导电玻璃进行二维定位固定。
步骤702或步骤703中所述检测进一步包括第二台刻划设备的 左、右CCD定位系统分别对第一基准线和第二基准线上的至少两个点 进行检测，若检测结果与其左、右激光切割头刻划轨迹不平行，则其 工装旋转所述导电玻璃的偏移量。
所述放置为工装以点接触支撑所述导电玻璃。
本发明的有益效果是本发明的工作台采用天然大理石进行加工，变形量较小，确保工 作台的稳定性；所有的工作轴均采用高精度丝杠和导轨传动，其中X 轴运动系统还采用了光栅尺反馈补偿，从而保证了非晶硅薄膜太阳能
电池激光刻划的精度；该设备还采用双切割头刻划，且两个切割头的 距离可以通过双头间距调节装置的'J、丝杆进行调节；由激光器发出的 光经过分光镜分成两束光到达左切割头和右切割头，相对单个切割头 的效率提高了一倍；利用工装上的定位轮进行三点定位，然后使用气 缸夹紧，保证了对基板的定位精度及稳定性；在使用第一台刻划设备 刻划前电极时，用固定在X轴机座上的两个CCD定位系统分别对两 切割头进行间距检测，保证了在刻划前电极时的稳定性、 一致性；在 使用第二台刻划设备刻划非晶硅(a-Si )及后电极时，用固定在切割 头上的CCD定位系统对上道工序激光刻划的线条Ll进行检测，进而 通过气缸定位点和纠偏调节定位点相配合对非晶硅薄膜太阳能电池 板进行旋转，以实现纠偏功能，并且根据捕获的线条L1的数据自动 偏移后再刻划第二道L2、第三道L3，且由于两个CCD定位系统固定 在两个切割头上，可以在线时时监测刻划效果，从而保证了在刻划非 晶硅薄膜太阳能电池板非晶硅(a-Si)、后电极时的平行度及L1、 U、 L3间距的一致性、稳定性，增加了有效面积的利用，提高了单片太 阳能电池板的输出功率；工装以点接触支撑导电玻璃，避免出现短路， 且激光刻划是干刻方式，无需化学溶剂，所以无需水处理设备，占用 厂房面积小，成本较低，对环境无污染，有利环保；通过利用激光进 行精密刻划，提高了产品的稳定性，节约了成本，增加了效益。

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。 图l是非晶硅薄膜太阳能电池的结构示意图。 图2是本发明的第 一 台刻划设备的正面视图。 图3是本发明的第一台刻划设备的侧截面视图。
图4是本发明的第一台刻划设备中工装的结构示意图(一)。
图5是本发明的第一台刻划设备中工装的结构示意图(二)。
图6是本发明的第二台刻划设备的正面视图。
图7是本发明的第二台刻划设备的侧截面视图。
图8是本发明的第二台刻划设备中工装的结构示意图(一)。
图9是本发明的第二台刻划设备中工装的结构示意图(二)。
图10是本发明刻划设备的光路平面图。
图11是本发明的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划设备的控制拒视图。
图12a是本发明中在导电玻璃的导电层上划线的示意图。 图12b是图12a的截面示意图。
图13a是本发明中在导电玻璃的导电层上镀非晶硅层的示意图。 图13b是图13a的截面示意图。
图14a是本发明中在导电玻璃的非晶硅层上划线的示意图。 图14b是图14a的截面示意图。
图15a是本发明中在导电玻璃的非晶硅层上镀铝层的示意图。 图15b是图15a的截面示意图。
图16a是本发明中在导电玻璃的非晶硅层及铝层上划线的示意
12图。
图16b是图16a的截面示意图。
具体实施方式
本发明的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统包括第 一台刻划 设备、第二台刻划设备和用于控制所述第一、第二台刻划设备的控制 拒。
参见图2至图11。
本发明的第 一 台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；第一台刻划设备包括第一X轴 运动系统15、第一X轴基座IO、第一Y轴运动系统7、第一Y轴基 座5、第一工装8、第一立柱14和第一光路系统16,第一工装8安 装在第一Y轴运动系统7上，第一Y轴运动系统7安装在第一Y轴基 座5上，第一光路系统16安装在第一X轴运动系统1S上，第一X轴 运动系统15安装在第一 X轴机座10上，第一 X轴机座10通过安装 于第一 Y轴机座5的第一立柱14横跨安装于第一 Y轴机座5上方， 还包括第一左CCD定位系统11、第一右CCD定位系统11，、第一左切 割头9和第一右切割头9，，第一左CCD定位系统11和第一右CCD定 位系统ll，以一间距平行固定在第一X轴基座10上，第一左切割头 9和第一右切割头9，都位于第一工装8上方且都平行安装在第一 X 轴运动系统15上。其中，第一光路系统16包括第一激光器17和将 第一激光器17发出的激光束分别引导到所述第一左切割头9和第一 右切割头9，的第一双路引导单元，第一光路系统16采用分光结构，第一激光器17发出的光通过偏振镜片29,由分光镜30分出两束能 量均勻的激光，其中一束激光经第一光束模式整形器32后，进入第 一扩束镜33扩束，再经过第一45度全反射镜片40反射，导引到另 一片相对反射镜片间距可调的45度全反射镜片34后，到达第一右切 割头9',并由第一右切割头9，聚焦到非晶硅薄膜太阳能电池板的膜 层表面，另一束激光经过第二45度全反射镜片37反射90度后，经 第二光束模式整形器38整形后，进入第二扩束镜39扩束，再由第三 45度全反射镜片41反射90度后，导引到第一左切割头9，并由第一 左切割头9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。整个激光器由Q-开关控制，当刻划X方向线条 时，振镜31遮挡掉通往第一右切割头9，的光路，只用第一左切割 头9刻划；其中第一左切割头9固定在第一 X轴运动系统15的光路 底板13上，成为固定不动的切割头，所述第一X轴运动系统15包括 用于调节第一左切割头9和第一右切割头9，间距的第一双头间距调 节装置]8，所述第一右切割头9，安装在第一双头间距调节装置18 上，第一右切割头9，相对第一左切割头9通过第一双头间距调节装 置18进行调节，调节方便。
第一台刻划设备采用的激光器为波长是1064nm的固体激光器。 第 -- 台刻划设备采用龙门式结构，第一 Y轴机座5 、第 一立柱14 、 第一 X轴机座10,都是采用优质天然大理石。第一 Y轴运动系统7 沿Y方向运动，即为划线方向，第一X轴运动系统带动第一左切割头 9和第一右切割头9，沿X轴方向运动，即为进给运动；在本实施例 中，第一Y轴运动系统7采用伺服电机带动，由大导程、高扭矩丝杆传动；第一X轴运动系统15由伺服电机带动，使用高精密丝杆副传
动，加光栅尺全闭环控制系统实时反馈补偿。
本发明中的第一工装8包括第一工装基板、至少三个分布安装在 第一工装基板表面的不在同一直线上的第一点支撑柱20，以及安装 于第一基板8上的用于定位非晶硅薄膜太阳能电池板的第一二维定
位机构。
所述第一二维定位才几构包括三个固定定位点和三个气缸定位点， 其中第一固定定位点2201和第一气缸定位点1901同线定位第一工装 基板表面的第一维方向，第一固定定位点2201固定在第一工装基板 上，第一气缸定位点1901对应第一固定定位点2201沿第一工装基板 表面的第一维方向设置在第一工装基板上，余下两个固定定位点和两 个气缸定位点定位第一工装基板表面的第二维方向，第二固定定位点 2202和第三固定定位点2203都固定在第一工装基板上，第二气缸定 位点1902和第三气缸定位点1903分别对应第二固定定位点2202和 第三固定定位点2203沿第一工装基板表面的第二维方向设置在第一 工装基板上。其中，这三个固定定位点为三个定位轮。
在本发明中，非晶硅薄膜太阳能电池基板采用点支撑，三点定位， 基板Y方向两个定位轮定位，X方向一个定位轮定位，定位精度高， 重复性好，定位4仑相对面方向有夹紧气缸夹紧，点支撑柱20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，且点支撑柱 20高度可调。
第一台刻划设备的两CCD定位系统安装在第一 X轴机座10上， 两CCD定位系统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。
在第一台刻划设备中，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拒6中，布局紧凑合理；键盘鼠标抽屉 26、显示器25、运动控制系统27,激光发生器控制箱28安装在控制 拒24中，通过线缆波紋套管与电气拒6控制器件连接；控制部分采 用电脑工控系统控制，该系统能对激光发生器控制箱28、第一激光 器17、第一 X轴运动系统15、第一 Y轴运动系统7、第一双头间距 调节装置18的工作速度、图形刻线长度、调节位置进行有效协调及 联动控制。
本发明的第二台刻划设备用于对非晶硅薄膜太阳能电池的非晶 硅(a-Si )和/或后电极进行刻划，如图1所示的L2、 U部分，即在 完成第一道刻划Ll之后再使用第二台刻划设备。
第二台刻划设备包括第二X轴运动系统15a、第二X轴基座10a、 第二Y轴运动系统7a、第二Y轴基座5a、第二工装8a、第二立柱14a 和第二光路系统16a，第二工装8a安装在第二 Y轴运动系统7a上， 第二 Y轴运动系统7a安装在第二 Y轴基座5a上，第二光路系统16a 安装在第二X轴运动系统15a上，第二X轴运动系统15a安装在第二 X轴机座10a上，第二 X轴机座10a通过安装于第二 Y轴机座5a的 第二立柱i4a横跨安装于第二 Y轴机座5a上方，还包括第二左CCD 定位系统lla、第二右CCD定位系统ll，a、第二左切割头9a和第二 右切割头9'a，第二左切割头9a和第二右切割头9'a都位于第二工装 8a上方且都平行安装在第二 X轴运动系统15a上，第二左CCD定位系统lla和第二右CCD定位系统ll'a分别固定安装在第二左切割头 9a和第二右切割头9，a上。其中，第二光路系统16a包括第二激光器 17a和将第二激光器17a发出的激光束分别^ 1导到所述第二左切割头 9a和第二右切割头9，a的第二双路引导单元，第二光路系统16a采用 分光结构，第二双路引导单元与第一双路引导单元完全一致，第二激 光器17a发出的光通过偏振镜片29，由分光镜30分出两束能量均匀 的激光，其中一束激光经第一光束模式整形器32后，进入第一扩束 镜33扩束，再经过第一45度全反射镜片40反射，导引到另一片相 对反射镜片间距可调的45度全反射镜片34后，到达第二右切割头 9，a,并由第二右切割头9'a聚焦到非晶硅薄膜太阳能电池板的膜层 表面，另一束激光经过第二45度全反射镜片37反射90度后，经第 二光束模式整形器38整形后，进入第二扩束镜39扩束，再由第三 45度全反射镜片41反射90度后，导引到第二左切割头9a,并由第 二左切割头9a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。整个激光器由Q-开关控制，当刻划X方向 线条时，振镜31遮挡掉通往第二右切割头9'a的光路，只用左切割 头刻划；其中第二左切割头9a固定在第二X轴运动系统15a的第二 光路底板13a上，成为固定不动的切割头，所述第二 X轴运动系统 15a包括用于调节第二左切割头9a和第二右切割头9，a间距的第二双 头间距调节装置18a，所述第二右切割头9，a安装在第二双头间距调 节装置18a上，第二右切割头9，a相对第二左切割头9a通过第二双 头间距调节装置18a进行自动调节，第二双头间距调节装置18a由伺 服电机带动，使用精密丝杆传动，加光栅尺全闭环控制系统实时反馈补偿，调节方便。
本发明中的激光器为波长是532腿的固体激光器。 本发明的刻划机采用龙门式结构，第二Y轴机座5a、第二立柱 14a 、第二 X轴才几座10a,都是采用优质天然大理石。第二 Y轴运动 系统7a沿Y方向运动，即为划线方向，第二 X轴运动系统15a带动 第二左切割头9a和第二右切割头9'a沿X轴方向运动，即为进给运 动；在本实施例中，第二 Y轴运动系统7a采用伺服电机带动，由大 导程、高扭矩丝杆传动；第二X轴运动系统15a由伺服电机带动，使 用高精密丝杆副传动，加光栅尺全闭环控制系统实时反馈补偿。
本发明中的第二工装8a包括第二工装基板、至少三个分布安装 在第二工装基板表面的不在同一直线上的第二点支撑柱20a，以及安 装于第二基板8a上的用于定位非晶硅薄膜太阳能电池板的第二二维 定4立纟几构。
所述第二二维定位才几构包括两个固定定位点、三个气缸定位点以 及一个纠偏调节定位点，其中第四固定定位点2201a和第四气缸定位 点190la同线定位第二工装基板表面的第一维方向，第四固定定位点 2201a固定在第二工装基板上，第四气缸定位点1901a对应第四固定 定位点2201a沿第二工装基板表面的第一维方向设置在第二工装基 板上，余下一个固定定位点、纠偏调节定位点和两个气缸定位点定位 第二维方向，第五固定定位点2202a和纠偏调节定位点2203a都固定 在第二工装基板上，第五气缸定位点1902a和第六气缸定位点W03a 分别对应第五固定定位点2202a和纠偏调节定位点2203a沿第二工装 基板表面的第二维方向设置在第二工装基板上。其中，两个固定定位
18点为两个定位專&。
在本发明中，非晶硅薄膜太阳能电池基板采用点支撑，第二点支
撑柱20a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，且第二点支撑柱20a高度可调。
为了消除非晶硅薄膜太阳能电池板的定位误差，该工装中的纠偏 调节定位点2203a和第六气缸定位点1903a相配合实现自动纠偏功 能，纠偏调节定位点2203a由伺服电机带动，使用精密丝杆传动，当 CCD定位系统监视出非晶硅薄膜太阳能电池板上道工序已经刻划好的 线与Y轴运动系统不平行，就可以将非晶硅薄膜太阳能电池板旋转 一定角度自动进行纠正，提高了刻划精度及工作效率。
在刻划^/L中，第二左CCD定位系统lla和第二右CCD定位系统 ll，a分别固定在第二左切割头9a和第二右切割头9'a上，CCD定位系 统通过图象数据采集卡把捕获的信息反映在显示器25上，来精确定 位使用532腿激光划线的第二道和第三道膜层线路，确保与使用 1064nm激光划线的第一道膜层线路偏移的距离，保证了第二道和第 三道膜层刻线的精度。
在本发明中，所有轴的电机驱动器、控制卡、其他电器元件、气 路元件安装在电气拒6中，布局紧凑合理；键盘鼠标抽屉26、显示 器25、运动控制系统27,激光发生器控制箱28安装在控制拒24中， 通过线缆波紋套管与电气柜6控制器件连接。
该非晶硅薄膜太阳能电池成套设备，控制部分采用电脑工控系统 控制，该系统能对激光发生器控制箱28、第二激光器17a、第二X轴 运动系统15a、第二Y轴运动系统7a、第二双头间距调节装置18a的工作速度、图形刻线长度、调节位置进行有效协调及联动控制。
另外，在第二工装8a上安装有非晶硅薄膜太阳能电池参数检测 组件36，可随时检测产品参数的变化，以监测非晶硅薄膜太阳能电 池参数，保证产品质量的一致性。
综上所述，本发明的第 一 台刻划设备和第二台刻划设备的不同在 于两个CCD定位系统的安装位置不同，激光器的出光波长不同，以
及工装的定位方式不同。
下面结合图12a至图16b对本发明的刻划方法进行具体阐述 步骤l:即第一台刻划设备的刻划过程；
将带导电层的导电玻璃放置于第一台刻划设备的工装上，调整工 装上三个定位轮的位置(工装在Y方向有两个定位轮，X方向一个定 位轮，实现三点定位，定位精度高，重复性好)，使玻璃基板和X轴 平行后紧固三个定位轮，定位轮相对面方向有夹紧气缸夹紧，保证了 在加工过程中玻璃基板的稳定性。工装上的点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。支撑柱的高度可调， 大幅面的玻璃会有变形，通过调节点支撑的高度，可以有效改善变形；
调节双头间距调节装置，使右切割头刻划的线和左切割头刻划的 线的间距为一个数值A (此数值根据其电池工艺的要求而定)；
移动X轴运动系统带动左、右切割头，把左切割头移动到电池板 需要刻划的最左边的一条线的位置，划线左11和右i2 (如图12a和 图12b所示)，此时左11和右12的间距仍然是数值A,即刻划第一 基准线和第二基准线。调整左CCD定位系统，使其抓取的左11线条成像在显示器的一
个位置(标记为左像点)，调整右CCD定位系统，使其抓取的右12线 条成像在显示器的一个位置(标记为右像点)，然后紧固好两个CCD。 此时两个CCD的间距也是数值A,由于两个CCD是固定不动的，这样 就保证了两个CCD精度；这种CCD固定不动的方式的优点是由于 CCD是固定不动的，这样就保证了 CCD的精度，也就是确保了刻划的 第一条线左1]和右2的间距是数值A的精度；
刻完第一基准线和第二基准线后，则在导电玻璃的导电层上镀非 晶硅U-Si )(如图13a和图13b所示)；
步骤2:即第二台刻划设备的第一次刻划过程；
第二台刻划设备的工装在Y方向有两个定位轮，X方向一个定位 轮，实现三点定位，定位精度高，重复性好，使玻璃基板和X轴平行 后紧固三个定位轮，定位轮相对面方向有夹紧气缸夹紧，保证了在加 工过程中玻璃基板的稳定性；点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，支撑高度可调，大幅面的玻璃会有 变形，通过调节点支撑的高度，可以有效改善变形；第二台刻划设备 的工装上的三个定位轮的位置和第一台刻划设备的位置是一样的，这 样就保证了同一块导电玻璃在两台机上的定位点是相同的，从而保证 了同一块导电玻璃在两台机上定位的一致性；
将上述镀好非晶硅(a-Si )的导电玻璃放置于工装8上，在第二 台刻划设备上移动X轴运动系统和Y轴运动系统，使左CCD定位系统 在A点(如图13a和图13b所示)上方，此时左CCD定位系统读取A 点的数据信息，并存储，再移动Y轴运动系统拖动工装，使左CCD定位系统在B点(如图13a和图13b所示)上方，此时左CCD定位系统 读取B点的数据信息，并和A点信息加以比较。如果两点数据不一样， 则说明线左11相对第二台刻划设备的Y轴是斜的，则纠偏调节系统 会带动定位轮左右移动，在夹紧气缸的作用下导电玻璃会转动，实现 偏移量的调节，再按照上述描述，读取A、 B点数值，直至CCD定位 系统捕获的A、 B两点的数据差在误差允许范围内即，把左11线调整 到和Y轴平行；
把左11线调整到和Y轴平行后，移动X轴运动系统带动左、右 切割头及左、右CCD定位系统(由于左、右CCD定位系统分别和左、 右切割头安装在一起的，并且在调试第二台刻划设备时，左CCD定位 系统和左切割头在Y方向上已经调整为在一条线上，右CCD定位系统 和右切割头在Y方向上也已经调整为在一条线上)，左CCD定位系统 读取左11线的位置数据，通过X轴运动系统，自动把左切割头向右 偏移一定距离；右CCD定位系统读取右1.2线的位置数据，通过双头 间距调节装置，自动^fc右切割头向右偏移一定距离；通过左、右切割 头在非晶硅层上刻划分别平行于第 一基准线和第 一基准线的第 一刻 划线和第二刻划线，即图14a和图14b中的左21和右21线；
由于左、右CCD定位系统分别和左、右切割头安装在一起的，所 以在刻划过程中，两CCD还可以检测当前刻划的线和第一台刻划设备 刻划的线的位置，判断是否出现交叉，以及两条线之间的间距的是否 满足要求；
在完成左21和右21线的刻划后，则在非晶硅层上镀铝Al (如 图15a和图15b所示)；步骤3:第二台刻划设备的第二次刻划过程；
该步骤的刻划过程可以与步骤2—致，也可以不一致，其区别在 于步骤2中CCD定位系统读取的是左11和右12线的数据信息，而 本步骤中CCD定位系统即可以读取的左11和右12线的数据信息，也 可以读取的左21和右22线的数据信息；
该步骤刻划后的导电玻璃如图16a和图16b所示，在非晶硅层及 铝层上刻划第三刻划线和第四刻划线，从而完成了整个刻划过程。
第二台刻划设备中只有两个CCD定位系统，在上述步骤的纠偏调 节调整过程中要通过反复移动X轴运动系统，来调整左11线和Y轴 平行。如果再安装两个固定不动的CCD定位系统，并且调整到和Y轴 平行，则把导电玻璃放到第二台刻划设备的工装上以后，则两个CCD 分别读取左1]上的A、 B两点的信息，实现纠偏功能，就不用反复移 动X轴运动系统了，且由于两个CCD是固定不动的，其纠偏效果应该 也会更好。
上面所述可以看出，本发明中刻划时都是由左向右进行的，当然 通过改变CCD定位系统和切割头的位置，也可以实现从右向左方向的刻划。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技 术人员在不脱离本发明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。
权利要求
1. 非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统，其特征在于包括第一台刻划设备、第二台刻划设备和用于控制所述第一、第二台刻划设备的控制柜；所述第一台刻划设备包括第一X轴运动系统、第一X轴基座、第一Y轴运动系统、第一Y轴基座、第一工装、第一立柱、第一光路系统、第一左CCD定位系统、第一右CCD定位系统、第一左切割头和第一右切割头，第一工装安装在第一Y轴运动系统上，第一Y轴运动系统安装在第一Y轴基座上，第一光路系统安装在第一X轴运动系统上，第一X轴运动系统安装在第一X轴机座上，第一X轴机座通过安装于第一Y轴机座的第一立柱横跨安装于第一Y轴机座上方，第一左CCD定位系统和第一右CCD定位系统以一间距平行固定在第一X轴基座上，第一左切割头和第一右切割头都位于第一工装上方且都平行安装在第一X轴运动系统上；所述第二台刻划设备包括第二X轴运动系统、第二X轴基座、第二Y轴运动系统、第二Y轴基座、第二工装、第二立柱、第二光路系统、第二左CCD定位系统、第二右CCD定位系统、第二左切割头和第二右切割头，第二工装安装在第二Y轴运动系统上，第二Y轴运动系统安装在第二Y轴基座上，第二光路系统安装在第二X轴运动系统上，第二X轴运动系统安装在第二X轴机座上，第二X轴机座通过安装于第二Y轴机座的第二立柱横跨安装于第二Y轴机座上方，第二左切割头和第二右切割头都位于第二工装上方且都平行安装在第二X轴运动系统上，第二左CCD定位系统和第二右CCD定位系统分别固定安装在第二左切割头和第二右切割头上。
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系统， 其特征在于所述第一光路系统包括激光波长为1064nm的第一激光 器和将第一激光器发出的激光束分别引导到所述第一左切割头和第一右切割头的第 一双^各引导单元。
3. 根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统， 其特征在于所述第一工装包括第一工装基板、至少三个分布安装在 第一工装基板表面的不在同一直线上的第一点支撑柱，以及安装于第 一工装基板上的用于定位非晶硅薄膜太阳能电池板的第一二维定位 机构；所述第一二维定位^/L构包括三个固定定位点和三个气缸定位 点，其中，第一固定定位点和第一气缸定位点同线定位第一工装基板 表面的第一维方向，第一固定定位点固定在第一工装基板上，第一气 缸定位点对应第 一 固定定位点沿第 一工装基板表面的第 一维方向设 置在第一工装基板上，余下两个固定定位点和两个气缸定位点定位第 一工装基板表面的第二维方向，第二固定定位点和第三固定定位点都 固定在第一工装基板上，第二气缸定位点和第三气缸定位点分别对应 第二固定定位点和第三固定定位点沿第一工装基板表面的第二维方 向设置在第一工装基板上。
4. 根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统， 其特征在于所述第一 X轴运动系统包括用于调节第一左切割头和第 一右切割头间距的第一双头间距调节装置，所述第一右切割头安装在第一双头间距调节装置上。
5. 根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统， 其特征在于所述第二光路系统包括激光波长为532nm的第二激光器 和将第二激光器发出的激光束分别引导到所述第二左切割头和第二 右切割头的第二双路引导单元。
6. 根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统， 其特征在于所述第二工装包括第二工装基板、至少三个分布安装在 第二工装基板表面的不在同一直线上的第二点支撑柱，以及安装于第二工装^i^反上的用于定位非晶硅薄膜太阳能电池板的第二二维定位机构；所述第二二维定位机构包括两个固定定位点、三个气缸定位点 以及一个纠偏调节定位点，其中第四固定定位点和第四气缸定位点同 线定位第二工装基板表面的第一维方向，第四固定定位点固定在第二 工装基板上，第四气缸定位点对应第四固定定位点沿第二工装基板表 面的第一维方向^:置在第二工装基^反上，余下一个固定定位点、纠偏调节定位点和两个气缸定位点定位第二工装基板表面的第二维方向， 第五固定定位点和纠偏调节定位点都固定在第二工装基^1上，第五气 缸定位点和第六气缸定位点分别对应第五固定定位点和纠偏调节定 位点沿第二工装基板表面的第二维方向设置在第二工装基板上。
7. 根据权利要求1所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统， 其特征在于所述第二 X轴运动系统包括用于调节第二左切割头和第 二右切割头间距的第二双头间距调节装置，所述第二右切割头安装在 第二双头间距调节装置上。
8. 非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划方法，其特征在于，包括以下歩骤701、 将导电玻璃放置在第一台刻划设备的工装上，第一台刻划 设备的左、右激光切割头以预定间距在导电玻璃的导电层上刻划第一 基准线和第二基准线，刻划完毕后在导电层上镀非晶硅层；702、 将镀非晶硅层的导电玻璃放置在第二台刻划设备的工装上， 第二台刻划设备的左、右CCD定位系统分别检测所述第一基准线和第 二基准线的轨迹，通过其左、右激光切割头在非晶硅层上刻划分别平 行于所述第一基准线和第二基准线的第一刻划线和第二刻划线，刻划 完毕后在非晶硅层上镀铝层；703、 将镀铝层的导电玻璃放置在第二台刻划设备的工装上，第 二，刻划设备的左、右CCD定位系统分别检测所述第一基准线和第二 基准线的轨迹，通过其左、右激光切割头在非晶硅层及铝层上刻划分 别平行于所述第 一基准线和第二基准线的第三刻划线和第四刻划线。
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方法， 其特征在于，步骤701中将导电玻璃放置在第一台刻划设备的工装上 包括第一台刻划设备的工装对所述导电玻璃进行二维定位固定。
10、 根据权利要求8所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划方 法，其特征在于，步骤702或步骤703中所述检测进一步包括第二 台刻划设备的左、右CCD定位系统分别对第一基准线和第二基准线上 的至少两个点进行检测，若检测结果与其左、右激光切割头刻划轨迹 不平行，则其工装旋转所述导电玻璃的偏移量。
11、 根据权利要求8所述的非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划方 法，其特征在于所述放置为工装以点接触支撑所述导电玻璃。
全文摘要
本发明公开了非晶硅薄膜太阳能电池激光刻划系统及刻划方法，涉及激光加工领域。刻划系统包括第一台刻划设备、第二台刻划设备和用于控制所述第一、第二台刻划设备的控制柜。刻划方法包括以预定间距在导电玻璃的导电层上刻划第一基准线和第二基准线，刻划完毕后在导电层上镀非晶硅层；分别检测第一基准线和第二基准线的轨迹，在非晶硅层上刻划分别平行于第一基准线和第二基准线的第一刻划线和第二刻划线，刻划完毕后在非晶硅层上镀铝层；分别检测第一基准线和第二基准线的轨迹，在非晶硅层及铝层上刻划分别平行于第一基准线和第二基准线的第三刻划线和第四刻划线。本发明的刻划系统及刻划方法能够满足工艺要求且刻划精度高。
文档编号H01L31/18GK101452972SQ200710077448
公开日2009年6月10日 申请日期2007年11月30日 优先权日2007年11月30日
发明者倪鹏玉, 吴志宏, 李世印, 文 王, 程文胜, 郑国云, 陈明金, 高云峰, 黄东海 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司