一种光伏电池片无损切割方法及其切割装置

技术领域

本发明涉及光伏电池片生产加工技术领域，具体为一种光伏电池片无损切割方法及其切割装置。

背景技术

随着新技术的迭代和大尺寸电池片的发展，全球光伏电站的发电成本已逐渐接近石化燃料发电成本，光伏发电正逐步进入平价发电时代。近来在面对大尺寸电池片的切割时，以往采用的传统机械掰片方式由于普遍存在的掰片精度差、隐裂风险大、抗弯曲强度低且极易出现脱晶现象等缺陷而逐渐被激光无损切割方式所取代。

现有的激光无损切割先是用一束脉冲激光聚焦在电池片表面，并在切割线的首尾两端进行长度为0.5-2mm、深度为20％-50％不等的开槽，从而在电池片切割线的两端形成应力诱导槽；再用一束红外连续激光沿着电池片的切割线进行扫描，从而沿着电池片切割线对电池片进行加热，以使得电池片受光照区温度迅速上升，当形成足够的温度梯度时，应力超过阈值后电池片就会沿着激光扫描方向即沿着电池片切割线裂开，则完成电池片切割，该过程即被称为热裂过程。

上述光伏电池片激光无损切割方法在实际生产应用中，通常有两种切割方式：第一种是转盘式分工位，如公开号为CN111558773A的中国发明专利申请，其公开了一种太阳能电池片的无损切割方法，这种方式至少包括上料拍照工位、激光开槽工位、激光热裂切片工位、下料工位，其中激光开槽工位和激光热裂切片工位是两个相互独立的工位，激光开槽工位一般是用脉冲激光结合振镜场镜的方式对电池片切割线的首、尾两端分别进行开槽；激光热裂切片工位是用一束连续激光对电池片切割线进行扫描，加热电池片来裂片；由于设备在运行过程中会产生无法避免的震动，而当设备震动达到一定程度会直接导致在工作面上的热裂激光中心和/或开槽激光中心发生偏移，并且振镜自身也会存在一定程度的温度漂移和零点漂移，当热裂激光切割路径与开槽激光切割路径偏差>±30μm时，电池片开槽首、尾两端就会有明显的弧度(见图1和图2)甚至于电池片会出现无法裂开的情况，图1中和图2中显示的直线部分为光伏电池片的首/尾端开槽，热裂激光切割路径与开槽激光切割路径偏差分别为42μm、89.5μm，且光伏电池片的端部均出出现了明显的弧度；而为了减小由于震动带来两个激光光斑中心位置的偏差，一般是通过延长单次电池片的切割周期从而让设备整体的震动减小，但通过延长单次切割周期的方式会让设备整体的效率和产能有所下降，但不能解决因振镜漂移而产生的偏移。

另一种无损裂片的实施方式为直线型切割，其工作方式为开槽激光器和热裂激光器均通过切割头竖直向下进行激光输出，其中工作面上的热裂激光光斑始终滞后于开槽激光光斑几十甚至上百毫米；电池片匀速直线的先经过开槽激光切割头，通过打开开槽激光进行开首槽；电池片再继续向前运动经过热裂激光切割头，此时打开热裂激光进行裂片；当电池片继续运行，其尾端接近开槽激光切割头时进行开尾槽；电池片继续向前运行直至全部通过热裂激光切割头，关闭热裂激光器，即完成电池片的一个切割周期。此种实施方式中由于热裂激光光斑始终滞后于开槽激光光斑，若电池片的切割线与电池片的运动方向存在一定的角度，开槽激光的切割路径就会与热裂激光的切割路径不重合，从而产生一定的偏移，当偏移量超过30μm时，亦会出现图1与图2的现象。

综上，现有的上述两种光伏电池片无损切割方法都存在开槽激光切割路径与热裂激光切割路径易出现偏差而导致裂片质量低下的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种光伏电池片无损切割方法，其能解决现有光伏电池片无损切割应用中存在的开槽、热裂激光切割路径偏差而导致的切割质量低下的问题。为此，本发明还提供了专用切割装置。

一种光伏电池片无损切割方法，其包括激光切割装置，所述激光切割装置包括开槽激光发生器和热裂激光发生器，其特征在于：其包括以下步骤，

(1)调试激光切割装置：将所述开槽激光发生器、热裂激光发生器设置成其分别发射的两束激光束能同时射向光伏电池片表面并且两束激光束能在光伏电池片表面相交从而两束激光束在光伏电池片表面的激光光斑能形成重合且同心的激光光斑；

(2)在控制系统内按光伏电池片切割线预设光伏电池片切割扫描路径S，所述光伏电池片切割扫描路径S由依次连续的首端开槽热裂路径S1、中间热裂路径S2、尾端开槽热裂路径S3组成；

(3)控制系统控制按步骤(1)调试完成后的所述激光切割装置与光伏电池片按所述步骤(2)中光伏电池片切割扫描路径S相对移动，其中，

在按所述首端开槽热裂路径S1的相对移动过程中、以及按所述尾端开槽热裂路径S3的相对移动过程中控制系统控制激光切割装置的所述开槽激光发生器、热裂激光发生器都同时开启，从而在此两个相对移动过程中两束激光束在光伏电池片表面相交并形成的同心的重合激光光斑同时扫描光伏电池片表面，在开槽激光发生器的激光束对电池片进行开槽的同时热裂激光发生器的激光束对电池片加热；

在按所述中间热裂路径S2的相对移动过程中控制系统控制激光切割装置的开槽激光发生器关闭、热裂激光发生器开启，在此相对移动过程中热裂激光发生器发射的激光束对光伏电池片进行加热扫描。

进一步的，所述激光切割装置包括安装部，所述开槽激光发生器、热裂激光发生器角度可调地安装于所述安装部上，所述步骤(1)的具体操作为调节开槽激光发生器和/或热裂激光发生器在安装部上的安装角度，使得两束激光束正好能在光伏电池片表面相交并形成所述重合且同心的激光光斑。

更进一步的，所述步骤(1)中，先将所述开槽激光发生器安装于所述安装部上并将其设置成激光束垂直于光伏电池片表面，再将所述热裂激光发生器装配至所述安装部上并调整所述热裂激光发生器在X向、Y向位移使得热裂激光发生器的激光束与开槽激光器的激光束呈角度地在光伏电池片表面相交并形成重合且同心的激光光斑。

本发明的另一种技术方案，所述激光切割装置包括一块二向色镜，所述开槽激光发生器的波长与所述热裂激光发生器的波长不同，所述步骤(1)的具体操作为，将所述开槽激光发生器、热裂激光发生器设置成其两束激光同时照射向所述二向色镜并且其中的一束激光束能透射二向色镜后射向光伏电池片表面、另一束激光束经二向色镜反射后射向光伏电池片表面，调节所述二向色镜的角度使得分别经二向色镜透射、反射后的两束激光能同时射向光伏电池片表面并能在光伏电池片表面相交并能形成重合的且同心的激光光斑。

本发明方法的步骤(2)中，首端开槽热裂路径S1的长度为光伏电池片切割线的首端开槽长度，尾端开槽热裂路径S3的长度为光伏电池片切割线的尾端开槽长度。

一种光伏电池片的无损切割装置，其包括开槽激光发生器、热裂激光发生器和控制系统，所述开槽激光发生器、热裂激光发生器分别与所述控制系统电控连接，其特征在于：所述开槽激光发生器、热裂激光发生器角度可调地安装于安装部且所述开槽激光发生器的激光束、热裂激光发生器的激光束均朝向光伏电池片表面，并且两束激光束正好能在光伏电池片表面相交并形成重合的且同心的激光光斑，所述控制系统能控制安装有角度可调的开槽激光发生器和热裂激光发生器的安装部整体与光伏电池片之间按预设的光伏电池片切割路径同步相对移动并在相对移动过程中所述控制系统能够控制所述开槽激光发生器、热裂激光发生器的开启与关闭。

进一步的，安装于所述安装部的开槽激光发生器发射的激光束与光伏电池片表面垂直，所述热裂激光发生器与所述开槽激光发生器呈角度倾斜地安装于所述安装部上，并使得所述开槽激光发生器的激光束与所述热裂激光发生器的激光束呈角度地相交在光伏电池片表面并在光伏电池片表面形成重合的且同心的激光光斑。

本发明一种光伏电池片的无损切割装置，其包括开槽激光发生器、热裂激光发生器和控制系统，所述开槽激光发生器、热裂激光发生器分别与所述控制系统电控连接，其特征在于：其还包括一块二向色镜，所述开槽激光发生器、热裂激光发生器被设置成其分别发射的开槽激光束、热裂激光束能同时射向所述二向色镜且其中的一束激光束透射所述二向色镜后、另一束激光束被二向色镜反射后同时射向光伏电池片表面、并能在光伏电池片表面相交形成重合的且同心的激光光斑，所述控制系统能控制所述开槽激光发生器、热裂激光发生器、二向色镜整体与光伏电池片之间按预设的光伏电池片切割路径同步相对移动并在相对移动过程中所述控制系统能够控制所述开槽激光发生器、热裂激光发生器的开启与关闭。

本发明的有益效果在于：其将激光切割装置的开槽激光发生器、热裂激光发生器设置成其分别发射的两束激光束能同时射向光伏电池片表面并且两束激光束能在光伏电池片表面相交从而两束激光束在光伏电池片表面的激光光斑能形成重合且同心的激光光斑，对光伏电池片进行切割时控制系统控制激光切割装置整体与光伏电池片之间按预设的光伏电池片切割扫描路径S的相对移动，其中在沿着首端开槽热裂路径S1的相对移动过程中、以及沿着尾端开槽热裂路径S3的相对移动过程中控制系统控制开槽激光发生器、热裂激光发生器都同时开启，从而在此两个相对过程中两束激光束在光伏电池片表面相交并重合形成的同心的激光光斑同时扫描光伏电池片表面，在开槽激光发生器的激光束对电池片进行开槽的同时热裂激光发生器的激光束对电池片加热；而在在沿着中间热裂路径S2的相对移动过程中控制系统控制开槽激光发生器关闭、热裂激光发生器开启，在此过程中热裂激光发生器发射的激光束对光伏电池片进行加热扫描；由于开槽激光发生器与热裂激光发生器能够在光伏电池片表面相交并重合形成同心的激光光斑，故能有效地杜绝现有方法中因开槽激光发生器的扫描路径与热裂激光发生器的扫描路径偏移而导致的光伏电池片开槽首、尾两端有弧度甚至于出现无法裂开的情况；同时其在首端开槽热裂路径S1、尾端开槽热裂路径S3的扫描过程中是对光伏电池片进行同时的开槽与热裂，因而能大大提高切割效率并提高产能；另外由于两束激光相交于光伏电池片表面并重合，故其对于光伏电池片的切割路径没有限制，能够实现对电池片双向裂片，故能进一步提高光伏电池片切割效率、提高产能。

附图说明

图1为现有光伏电池片无损切割过程中因开槽激光与热裂激光扫描路径偏差而产生的切割缺陷在电子显微镜显示下的图片一；

图2为现有光伏电池片无损切割过程中因开槽激光与热裂激光扫描路径偏差而产生的切割缺陷在电子显微镜显示下的图片二；

图3为本发明方法第一种实施例开槽激光发生器的激光束与热裂激光发生器的激光束在光伏电池表面表面相交并形成重合的且同心激光光斑的示意图；

图4为本发明方法第二种实施例开槽激光发生器的激光束与热裂激光发生器的激光束在光伏电池表面表面相交并形成重合的且同心激光光斑的示意图；

图5为本发明方法中实施例中预设的光伏电池片切割路径S的示意图。

附图标记：1-开槽激光发生器，2-热裂激光发生器，3-光伏电池片，4-二向色镜，5-工作平台。

具体实施方式

本发明一种光伏电池片无损切割方法，其包括激光切割装置，激光切割装置包括开槽激光发生器和热裂激光发生器；其包括以下步骤，

(1)调试激光切割装置：将开槽激光发生器1、热裂激光发生器2设置成其分别发射的两束激光束能同时射向光伏电池片表面并且两束激光束能在光伏电池片表面相交从而两束激光束在光伏电池片表面的激光光斑能形成重合且同心的激光光斑；

(2)在控制系统内按光伏电池片切割线预设光伏电池片切割扫描路径S，见图5，光伏电池片切割扫描路径S由依次连续的首端开槽热裂路径S1、中间热裂路径S2、尾端开槽热裂路径S3组成；

(3)控制系统控制按步骤(1)调试完成后的激光切割装置与光伏电池片按步骤(2)中光伏电池片切割扫描路径S相对移动；其中，

在按首端开槽热裂路径S1的相对移动过程中、以及按尾端开槽热裂路径S3的相对移动过程中控制系统控制激光切割装置的所述开槽激光发生器、热裂激光发生器都同时开启，从而在此两个相对移动过程中两束激光束在光伏电池片表面相交并形成的同心的重合激光光斑同时扫描光伏电池片表面，在开槽激光发生器的激光束对电池片进行开槽的同时热裂激光发生器的激光束对电池片加热；

在按中间热裂路径S2的相对移动过程中控制系统控制激光切割装置的开槽激光发生器关闭、热裂激光发生器开启，在此相对移动过程中热裂激光发生器发射的激光束对光伏电池片进行加热扫描。

在实际应用中，控制系统控制按步骤(1)调试完成后的激光切割装置与光伏电池片按步骤(2)中光伏电池片切割扫描路径S相对移动过程中，可以采用激光切割装置相对固定、承载光伏电池片的工作平台5由移动驱动装置驱动移动来实现相对移动；也可以采用将光伏电池片固定、激光切割装置由移动驱动机构来驱动移动从而实现相对移动。

上述方法中的激光切割装置，其还包括安装部，开槽激光发生器、热裂激光发生器角度可调地安装于安装部上，上述步骤(1)的具体操作为调节开槽激光发生器和/或热裂激光发生器在安装部上的安装角度，使得两束激光束正好能在光伏电池片表面相交并形成所述重合且同心的激光光斑。

进一步的实施方式，在步骤(1)中，先将开槽激光发生器1安装于安装部上并将其设置成激光束垂直于光伏电池片表面3，再将热裂激光发生器2装配至安装部上并调整热裂激光发生器2在X向、Y向位移使得热裂激光发生器的激光束与开槽激光器的激光束呈角度地在光伏电池片表面相交并形成重合且同心的激光光斑，见图3。

本发明方法中激光切割装置的另一种技术方案，激光切割装置还包括一块二向色镜4，开槽激光发生器的波长与所述热裂激光发生器的波长不同，步骤(1)的具体操作为，将开槽激光发生器、热裂激光发生器设置成其两束激光同时照射向所述二向色镜并且其中的一束激光束能透射二向色镜后射向光伏电池片表面、另一束激光束经二向色镜反射后射向光伏电池片表面，调节二向色镜的角度使得分别经二向色镜透射、反射后的两束激光能同时射向光伏电池片表面并能在光伏电池片表面相交并能形成重合的且同心的激光光斑；见图4，本实施例中，开槽激光发生器发射的开槽激光透射二向色镜4后射向光伏电池片3表面，热裂激光发生器发射的热裂激光被二向色镜4反射后射向光伏电池片3表面。

二向色镜是一面镀二向色性分色膜，另一面镀增透膜，其功能是能够将某一波长范围的光进行反射，另一波长范围的光进行透射的光学镜片；本发明的上述方法在实际应用中，开槽激光发生器可以采用波长为1064nm的光纤激光器，由于二向色镜只能对不同波长的光进行分光，热裂激光器可以采用波长为808nm，878nm，915nm，976nm的直接半导体激光器。

本发明方法的步骤(2)中，首端开槽热裂路径S1的长度为光伏电池片切割线的首端开槽长度，尾端开槽热裂路径S3的长度为光伏电池片切割线的尾端开槽长度。

本发明一种光伏电池片的无损切割装置的一种实施例，其包括开槽激光发生器1、热裂激光发生器2和控制系统，开槽激光发生器1、热裂激光发生器2分别与控制系统电控连接；开槽激光发生器1、热裂激光发生器2角度可调地安装于安装部且开槽激光发生器1的激光束、热裂激光发生器2的激光束均朝向光伏电池片3表面，并且两束激光束正好能在光伏电池片3表面相交并在光伏电池片表面形成重合的且同心激光光斑，控制系统能控制安装有角度可调的开槽激光发生器1和热裂激光发生器2的安装部整体与光伏电池片之间按预设的光伏电池片切割路径同步相对移动并在相对移动过程中控制系统能够控制开槽激光发生器1、热裂激光发生器2的开启与关闭。

进一步的技术方案，安装于安装部的开槽激光发生器1发射的激光束与光伏电池片3表面垂直，热裂激光发生器2与开槽激光发生器1呈角度倾斜地安装于安装部上，见图3，并使得开槽激光发生器1的激光束与热裂激光发生器2的激光束呈角度地相交在光伏电池片表面并在光伏电池片表面形成重合的且同心的激光光斑。

本发明一种光伏电池片的无损切割装置的另一种实施例，其包括开槽激光发生器1、热裂激光发生器2和控制系统，开槽激光发生器1、热裂激光发生器2分别与控制系统电控连接；其还包括一块二向色镜4，见图4，开槽激光发生器1、热裂激光发生器2被设置成其分别发射的开槽激光束、热裂激光束能同时射向二向色镜4且其中的一束激光束透射二向色镜4后、另一束激光束被二向色镜4反射后同时射向光伏电池片3表面、并能在光伏电池片表面3相交形成重合的且同心的激光光斑，控制系统能控制开槽激光发生器1、热裂激光发生器2、二向色镜4整体与光伏电池片之间按预设的光伏电池片切割路径同步相对移动并在相对移动过程中控制系统能够控制开槽激光发生器1、热裂激光发生器2的开启与关闭；本实施例中，开槽激光发生器1发射的激光束透射二向色镜4后照射至光伏电池片3表面、而热裂激光发生器2发射的激光束被二向色镜4反射后照射至光伏电池片3表面。

以上对本发明的具体实施进行了详细说明，但内容仅为本发明创造的较佳实施方案，不能被认为用于限定本发明创造的实施范围。凡依本发明创造申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。