染料敏化太阳能电池封装设备及封装方法与流程

本发明关于一种电池的自动化封装设备及其封装方法，特别是指一种自动化的染料敏化太阳能电池二次封装设备及其封装方法，具体的讲是一种染料敏化太阳能电池封装设备及封装方法。

背景技术：

染料敏化太阳能电池(dye-sensitizedsolarcel，dssc)是一种由光敏电极和电解质构成的薄膜太阳能电池，其可以用低廉的材料制成，且不需要用精细的仪器来制造，在技术上很有吸引力。此外，它可以被制成软片，机械强度大，不需要特别保护，有利于现今轻薄短小的产品趋势，其可应用于手机、平板电脑、穿戴式装置等微型化电子产品。

染料敏化太阳能电池由工作电极、对电极内夹电解质组成，工作电极及对电极多使用uv胶封闭。染料敏化太阳能电池的制造流程可分为一次封装与二次封装。一次封装系形成染料敏化太阳能电池的基本结构(半成品)，其包括工作电极、对电极、电解质等。二次封装系将一次封装完成的半成品作进一步修饰、加工，使其可实际商业应用。

一般此等在工作电极及/或对电极上涂布电解质、uv胶、对位及封装(一次或二次)的步骤系由人工执行，然人工作业存在产量有限、均匀度不佳及良率不高等问题。

随着对染料敏化太阳能电池需求的提高，大量制造的制程也必须有所提升。因此，有必要寻求新颖的染料敏化太阳能电池制造/封装方法或设备，以解决或改善上述的缺陷。

技术实现要素：

本发明提供一种染料敏化太阳能电池封装设备及封装方法，其可快速且准确的完成染料敏化太阳能电池半成品的二次封装。

依据本发明的一实施例，提供一种染料敏化太阳能电池封装设备，其包括入料单元、第一裁切单元、封膜单元、第二裁切单元以及端子压接单元。入料单元用以输入一染料敏化太阳能电池半成品。第一裁切单元用以将染料敏化太阳能电池半成品裁切为多个染料敏化太阳能电池。封膜单元用以在染料敏化太阳能电池的双面贴上保护膜。第二裁切单元用以裁切封膜完成后多余的保护膜。端子压接单元用以在封膜完成的染料敏化太阳能电池上压接导电端子，以制成一染料敏化太阳能电池模块。

一实施例中，染料敏化太阳能电池半成品为工作电极及/或对电极经过涂布框胶及电解质后，将工作电极与对电极进行贴合封闭后所形成的产物。

一实施例中，上述封膜单元的封膜方式为卷对卷，且封膜单元包括下封膜机、上封膜机、点胶机、滚轮及第一uv光源。下封膜机用以输出下封膜至染料敏化太阳能电池的其中一侧。上封膜机用以输出上封膜至染料敏化太阳能电池的另外一侧。点胶机用以在上封膜及/或下封膜上涂布uv胶。滚轮用以压合位于上封膜与下封膜之间的染料敏化太阳能电池。第一uv光源系同时照射压合后的染料敏化太阳能电池的两侧，用以固化uv胶，使上封膜、下封膜与染料敏化太阳能电池紧密贴合。

一实施例中，上述封膜单元更包括第二uv光源。第二uv光源在染料敏化太阳能电池仅单侧封膜时，预先固化下封膜涂布的uv胶，以固定下封膜与染料敏化太阳能电池。

一实施例中，上述染料敏化太阳能电池封装设备进一步包含第一自动光学检测单元，用以检测染料敏化太阳能电池半成品的缺陷。

一实施例中，上述染料敏化太阳能电池封装设备进一步包含第二自动光学检测单元，用以定位第二裁切单元的裁切位置。

一实施例中，上述染料敏化太阳能电池封装设备进一步包含贴标机，用以将标签贴附于染料敏化太阳能电池的一侧。

一实施例中，上述染料敏化太阳能电池封装设备进一步包含一出料单元，用以将压接有导电端子的染料敏化太阳能电池模块移出染料敏化太阳能电池封装设备。

一实施例中，上述染料敏化太阳能电池封装设备进一步包含一输送单元。输送单元包括至少一机械手臂、至少一桥式起重机或至少一输送带，用以在前述各单元间输送染料敏化太阳能电池半成品以及染料敏化太阳能电池。

根据本发明另一实施例，提供一种染料敏化太阳能电池的封装方法，依序包括下列步骤：

(1)提供一染料敏化太阳能电池半成品；

(2)将染料敏化太阳能电池半成品裁切为多个染料敏化太阳能电池；

(3)于染料敏化太阳能电池的双面贴上保护膜；以及

(4)在贴上保护膜的染料敏化太阳能电池上压接导电端子，制成染料敏化太阳能电池模块。

一实施例中，上述封装方法，步骤(3)贴膜更依序包括下列步骤：

(3-1)提供下封膜并于下封膜上涂布uv胶；

(3-2)贴合染料敏化太阳能电池与下封膜；

(3-3)以uv光源预先照射下封膜的uv胶，以固定染料敏化太阳能电池与下封膜；

(3-4)提供上封膜并于上封膜上涂布uv胶；

(3-5)贴合染料敏化太阳能电池与上封膜；及

(3-6)以另一uv光源照射上封膜及下封膜的uv胶，使上封膜、下封膜与染料敏化太阳能电池紧密贴合。

一实施例中，上述封装方法的步骤(3)贴膜更依序包括下列步骤：

(3-7)以一自动光学检测系统定位封膜完成的染料敏化太阳能电池的位置；及

(3-8)裁切压合后多余的上封膜及下封膜。

一实施例中，上述封装方法的步骤(1)及(2)之间更包括下列步骤：

(1-1)以一自动光学检测系统检测该染料敏化太阳能电池半成品的缺陷；

且步骤(2)及(3)间包括下列步骤：

(2-1)移除有缺陷的该些染料敏化太阳能电池。

一实施例中，上述封装方法的步骤(1)及(2)之间更包括下列步骤：

(1-2)将标签贴附于该些染料敏化太阳能电池的一侧。

为使本发明的上述及其他方面更为清楚易懂，下文特举实施例，并配合所附图式进行说明。

附图说明

图1绘示依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池封装设备的方块图。

图2a绘示依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池半成品的俯视图。

图2b绘示图2a的染料敏化太阳能电池半成品的剖面图。

图3绘示依照本发明一实施例的封膜单元，其进行封膜步骤时的示意图。

图4绘示依照本发明一实施例的第二裁切单元，其进行裁切步骤时的示意图。

图5绘示依照本发明一实施例的端子压接单元，其进行端子压接步骤时的示意图。

图6绘示依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池封装方法的流程图。

符号说明：

1：染料敏化太阳能电池封装设备

10：入料单元

100：染料敏化太阳能电池半成品

101：染料敏化太阳能电池

102：染料敏化太阳能电池模块

110：工作电极

120：对电极

130：框胶

11、81：托盘

12、82：升降平台

20：第一自动光学检测单元

21、51：检测镜头

22、52：检测主机

30：第一裁切单元

31、61：裁切刀

32：不良品出口

40：封膜单元

410：下封膜机

411：下封膜

412：下封膜保护膜

420：上封膜机

421：上封膜

422：上封膜保护膜

430：点胶机

431：uv胶

440：滚轮

450：第一uv光源

460：第二uv光源

50：第二自动光学检测单元

60：第二裁切单元

70：端子压接单元

71：压接装置

72：导电端子80：出料单元

90：输送单元s01-s04：步骤

具体实施方式

请参照图1，其绘示依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池封装设备的简化方块图。此染料敏化太阳能电池封装设备1为一自动化机械设备，其包括入料单元10、第一自动光学检测单元20、第一裁切单元30、封膜单元40、第二自动光学检测单元50、第二裁切单元60、端子压接单元70、出料单元80以及输送单元90。

如图1所示，入料单元10用以输入染料敏化太阳能电池半成品(于后详述)。入料单元可包括托盘11及升降平台12。首先将染料敏化太阳能电池半成品放置在托盘11上，接着经由升降平台12将此半成品输入至下一个工作站，例如第一自动光学检测单元20。

如图1所示，第一自动光学检测单元20可包括检测镜头21及检测主机22，用以检测自入料单元10输入的染料敏化太阳能电池半成品是否有瑕疵。当染料敏化太阳能电池半成品通过检测镜头21时，检测镜头21对半成品拍照或摄影，并将影像传送至检测主机22进行分析。检测主机分析半成品影像，判断染料敏化太阳能电池半成品中哪一些染料敏化太阳能电池为不良品并纪录，例如但不限于电解质涂布不均、电解液泄漏、产生气泡、空隙、电极未对位成功等。接着，将染料敏化太阳能电池半成品送入第一裁切单元30。

一实施例中，染料敏化太阳能电池封装设备1更可包括一标签机(图未示)，其在染料敏化太阳能电池半成品送入第一裁切单元30，切割成独立的染料敏化太阳能电池之前，先于各个染料敏化太阳能电池上贴上标签，以方便辨识产品批次、纪录不良品等。不过，本发明的标签机位置不限于前述态样，亦可设置于第一裁切单元30之后的适当位置，并不特别限定。

请参考图1，第一裁切单元30可包括一裁切刀31，其可将染料敏化太阳能电池半成品切割为多个染料敏化太阳能电池。接着将切割完毕的染料敏化太阳能电池送入封膜单元40进行封膜。若前述第一自动光学检测单元20有检测到不良品，可于此处将不良品直接送至不良品出口32淘汰，不需对不良品进行后续的封装制程，降低制造成本。

请继续参考图1，封膜单元40系用以于切割完成的染料敏化太阳能电池的双面贴上保护膜。此保护膜例如是阻气阻水膜，可使染料敏化太阳能电池的寿命更长，并应用在多种不同环境。于本实施例中，封膜单元40系以卷对卷(rolltoroll)的方式进行封膜，其可包括下封膜机410、上封膜机420、点胶机430、滚轮440、第一uv光源450及第二uv光源460等构件(请参考图3，于后详述)。

如图1所示，经封膜单元40贴上保护膜的染料敏化太阳能电池，依序送入第二自动光学检测单元50及第二裁切单元60。第二自动光学检测单元50与第一自动光学检测单元20相似，亦具有检测镜头51及检测主机52(另一实施例中，第二自动光学检测单元50可与第一自动光学检测单元20共用镜头或主机)。第二自动光学检测单元50用以定位染料敏化太阳能电池的裁切位置，接着于第二裁切单元60处切除多余的保护膜(上封膜、下封膜)。与第一裁切单元30类似，第二裁切单元60亦可包括一裁切刀61。

如图1所示，经第二裁切单元60利用裁切刀61裁切多余保护膜的染料敏化太阳能电池接着送入端子压接单元70中，以于染料敏化太阳能电池上安装导电端子，完成染料敏化太阳能电池模块。封装完成的染料敏化太阳能电池模块再被送入出料单元80。出料单元80可包括一托盘81及升降平台82，用以将制作完成的染料敏化太阳能电池模块1移出染料敏化太阳能电池封装设备1。

如图1所示，本发明的染料敏化太阳能电池封装设备1还包括输送单元90。输送单元90用以在上述的各单元间传输染料敏化太阳能电池半成品、切割完成的染料敏化太阳能电池，或压接端子完成的染料敏化太阳能电池模块。输送单元例如可包括机械手臂、桥式起重机(俗称天车)以及输送带，机械手臂用以夹取各种物件，例如染料敏化太阳能电池半成品、切割完成的染料敏化太阳能电池，或压接端子完成的染料敏化太阳能电池模块等。桥式起重机则与机械手臂相连接，用以移动机械手臂至预设的位置(例如各单元处或输送带上)。本发明的输送单元90可包括一组以上的机械手臂与桥式起重机，例如一组用于从入料单元10传输染料敏化太阳能电池半成品至第一自动光学检测单元20，另外一组用于从第一自动光学检测单元20传输染料敏化太阳能电池半成品至第一裁切单元30。另一实施态样中，系可使用单一一组机械手臂与桥式起重机于各单元之间传输物件。在本发明的其他实施态样中，也可使用一座或以上的输送带作为输送单元90，于各单元间传输物件。

请继续参考图1并配合参考图2a与图2b，图2a系显示本发明染料敏化太阳能电池半成品的俯视图；图2b系显示本发明染料敏化太阳能电池半成品的剖面图。本发明的染料敏化太阳能电池封装设备1，系为了对已完成基本封装(一次封装)的染料敏化太阳能电池半成品100进行二次封装所设计。

如图2a所示，染料敏化太阳能电池半成品100由多个独立的染料敏化太阳能电池101所组成，可经由切割分离。于图2a中，染料敏化太阳能电池为矩形，且1个染料敏化太阳能电池半成品100可切割成为12个染料敏化太阳能电池101。在其他实施例中，染料敏化太阳能电池101可为不规则形状，本发明并不对此限制。只要调整染料敏化太阳能电池封装设备中第一裁切单元30的裁切刀31(参照图1)的设计，便可切割出不规则形状的染料敏化太阳能电池101。

图2b绘示图2a的染料敏化太阳能电池沿a-a’线的剖面图。染料敏化太阳能电池的半成品100由工作电极110、对电极120、框胶130及电解质(未绘示于图中)等基本结构组成，且已进行封装。染料敏化太阳能电池半成品100可由申请人所开发的另一种自动化封装设备提供(于申请人的另外一篇申请案详述)，亦可由人工手动封装工作电极、对电极、框胶及电解质等结构制成，或者由其他的自动化设备制作。本发明并不对半成品的制程方式进行限制，只要符合染料敏化太阳能电池基本结构的半成品，皆可使用本发明的染料敏化太阳能电池封装设备进行二次封装。

图3绘示本发明染料敏化太阳能电池封装设备的封膜单元40执行封膜步骤时的示意图。封膜单元40为二次封装的重要工作站，用以在染料敏化太阳能电池101上贴上保护膜(下封膜411及上封膜421)。封膜单元40的封膜方式为卷对卷(rolltoroll)的连续封膜方式，包括下封膜机410、上封膜机420、点胶机430、滚轮440及第一uv光源450。下封膜机410提供一下封膜411，其脱去下封膜保护膜412后，经由点胶机430涂抹uv胶431，再贴上染料敏化太阳能电池101的底侧。同时上封膜机420提供一上封膜421，其脱去上封膜保护膜422后，同样经由点胶机430涂抹uv胶431，贴上染料敏化太阳能电池101的另外一侧。接着，以滚轮440压合两侧双面接贴有保护膜(下封膜411及上封膜421)的染料敏化太阳能电池101，使下封膜411、染料敏化太阳能电池101及上封膜421更佳密合。最后，以第一uv光源450照射染料敏化太阳能电池101，固化涂抹在上下封膜的uv胶431，使下封膜411、染料敏化太阳能电池101及上封膜421紧密贴合，即完成染料敏化太阳能电池101的封膜。

一实施例中，封膜单元40更可包括一第二uv光源460，其设置在染料敏化太阳能电池101仅单侧封膜(仅贴下封膜411)的路径上。第二uv光源460例如是一点光源，其短暂照射单侧封膜的染料敏化太阳能电池101，使得部份的uv胶431固化，强化染料敏化太阳能电池101与下封膜411的接合力，使得染料敏化太阳能电池在后续的封膜制程(贴上封膜、滚轮压合、uv光固化)中不易移位，可提升生产速度并提高良率。

请参照图4，其绘示本发明染料敏化太阳能电池封装设备1的第二裁切单元60的示意图。由于本发明的封膜单元40系进行卷对卷的连续性封膜(参考图3)，封膜完成后的染料敏化太阳能电池101会排列成一长串，如图4左侧所示。第二裁切单元60的裁切刀61，经由第二光学检测单元50(参考图1)定位裁切位置后，便将多余的下封膜411与上封膜421切除，留下独立的染料敏化太阳能电池101。

请参照图5，其绘示本发明染料敏化太阳能电池封装设备1的端子压接单元70的示意图。端子压接单元70具有压接装置71，当染料敏化太阳能电池101通过时，藉由重力压接导电端子72与染料敏化太阳能电池101，完成染料化太阳能电池模块102。

本发明上述染料敏化太阳能电池封装设备，以自动化机械对具有基本结构的染料敏化太阳能电池半成品进行二次封装，操作方便，流程快速且节省人力。将染料敏化太阳能电池半成品切割、封膜、压接端子，制作成多个独立的染料敏化太阳能电池模块后，可加强原始染料敏化太阳能电池的寿命，使其能运用在多种不同环境。此外，以本发明的染料敏化太阳能电池封装设备进行二次封装的流程中，还可进行不良品的检测，事先移除不良品，不但提高生产良率，亦避免对不良品进行额外封装徒增成本。

图6绘示依照本发明一实施例的染料敏化太阳能电池封装方法的流程图。上述染料敏化太阳能电池封装设备即可执行此封装方法，所述封装方法包括下列步骤s01至s04：

s01：提供染料敏化太阳能电池半成品：

染料敏化太阳能电池半成品的示意图可参照图2a及图2b。染料敏化太阳能电池半成品100为工作电极110、对电极120经涂布框胶130与电解质(未绘示于图中)后，经基本封装步骤贴合封闭后所制成。此外，染料敏化太阳能电池半成品100包括多个独立的染料敏化太阳能电池101，每个染料敏化太阳能电池101皆可独立工作提供电压。

s02裁切：将染料敏化太阳能电池半成品裁切为多个染料敏化太阳能电池：

如图2a所示，染料敏化太阳能电池半成品100包括多个独立的染料敏化太阳能电池101，此裁切步骤便是将各独立的染料敏化太阳能电池101自半成品中切割分离。特别注意的是，虽然图2a中各独立的染料敏化太阳能电池101为矩形，然实际应用上可为不规则形状，本发明并不对此限制。

s03封膜：于裁切完的染料敏化太阳能电池的双面贴上保护膜：

请参考图3，其绘示本发明染料敏化太阳能电池封装设备的封膜单元40执行封膜步骤时的示意图。此封膜步骤为卷对卷(rolltoroll)的连续封膜，首先由下封膜机410提供一下封膜411，下封膜411脱去下封膜保护膜412后，经由点胶机430涂抹uv胶431，再贴上染料敏化太阳能电池101的底侧。此时可用第二uv光源460短暂照射仅单侧封膜的染料敏化太阳能电池101，使得部份的uv胶431固化，强化染料敏化太阳能电池101与下封膜411的接合力。接着，由上封膜机420提供一上封膜421，上封膜421脱去上封膜保护膜422后，同样以点胶机430涂抹uv胶431，贴上染料敏化太阳能电池101的另外一侧(顶侧)。接着，以滚轮440压合两侧双面接贴有保护膜(下封膜411及上封膜421)的染料敏化太阳能电池101，使下封膜411、染料敏化太阳能电池101及上封膜421更佳密合。最后，以第一uv光源450照射染料敏化太阳能电池101，固化涂抹在上下封膜的uv胶431，使下封膜411、染料敏化太阳能电池101及上封膜421紧密贴合，即完成染料敏化太阳能电池101的封膜步骤。

另外请参考图4，由于s03封膜步骤系进行卷对卷的连续性封膜，封膜完成后的染料敏化太阳能电池101会排列成一长串(如图4左侧所示)，具有多余的下封膜411与上封膜421。因此在封膜之后，可以一自动光学检测系统定位上下封膜的裁切位置，再将多余的下封膜411与上封膜421切除，留下独立的染料敏化太阳能电池101。

s04压接端子：在贴上保护膜的染料敏化太阳能电池上压接导电端子，完成染料敏化太阳能电池模块：

请参照图5，其绘示本发明染料敏化太阳能电池封装设备1的端子压接单元70进行压接端子步骤时的示意图。端子压接单元70具有压接装置71，当染料敏化太阳能电池101通过时，藉由重力压接导电端子72与染料敏化太阳能电池101，制成染料化太阳能电池模块102。

另外在一实施例中，在s02裁切步骤前，可以用一自动光学检测系统检测染料敏化太阳能半成品是否具有缺陷，并于s02裁切步骤后，移除此些具有缺陷的染料敏化太阳能电池。

经由上述染料敏化太阳能电池封装设备(或以上述染料敏化太阳能电池封装方法s01-s04)可以简便且快速的完成染料敏化太阳能电池的二次封装，将染料敏化太阳能电池半成品制成有商业利用价值的染料敏化太阳能电池模块。由于大部分的步骤藉由自动化设备进行，不但产量显著增加，各步骤的误差也可减少，增加良率，更可节省人力成本。

虽然本发明以实施例揭露如上，然上述实施例仅为示例，并非用以限制本发明。本发明领域具有通常知识者，当可对上述实施例揭露的态样，进行合理的改动、变化。故本发明保护范围当以本发明权利要求范围为准。