从基底的边缘去除涂层的系统和方法

摘要

一种涂层去除设备可包括源，所述源位于安装板上，所述源能够操作以沿着第一路径提供激光束，其中，安装板被构造成在与安装板基本上接近的指定区域容纳光伏模块的边缘，使得第一路径与指定区域交叉，其中，安装板还被构造成再次布置源，以产生与指定区域交叉的附加路径，其中，附加路径与第一路径不同。

说明书

本申请要求于2009年9月22日提交的第61/244,519号美国临时专利申 请的优先权，该申请通过引用被结合于此。

技术领域

本发明涉及一种光伏装置及生产方法。

背景技术

光伏装置可包括沉积在基底上的半导体材料，例如，半导体材料具有用 作窗口层的第一层及用作吸收层的第二层。半导体窗口层可允许太阳辐射穿 透到将太阳能转换成电的吸收层(例如，碲化镉层)。光伏装置还可包括一个或 多个透明的导电氧化物层，所述一个或多个透明的导电氧化物层通常还作为 电荷的导体。

附图说明

图1是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图；

图2是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图；

图3是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图；

图4是光伏模块的示意图；

图5是用于从光伏模块去除材料的系统的示意图。

具体实施方式

光伏装置可包括靠近基底的透明导电氧化物层以及一个或多个半导体材 料层。半导体材料层可包括铋(bi)层，铋层可包括n型半导体窗口层和p型半 导体吸收层。n型窗口层和p型吸收层可彼此接触地布置，以生成电场。光 子可以是自由电子-空穴对，该自由电子-空穴对与n型窗口层接触，将电子发 送到n侧以及将空穴发送到p侧。电子可通过外部电流路径回流到p侧。由 此产生的电子流提供电流，该电流与来自电场的由此产生的电压相结合而生 成电能。结果是将光子能量转换成电能。

可从光伏模块的边缘去除半导体材料和其他涂层的一些部分，光伏模块 包括一系列连接的光伏装置。例如，工业规格规定光伏模块保持围绕它们周 边的最小非导电宽度。从光伏模块去除涂层的传统方法需要使用机械刷子。 虽然刷子适于去除不期望的材料，但是刷子会被磨损，导致许多问题，包括 在涂层去除过程中的不均匀性、需要停机维护以及重复出现更换费用。可选 的方法是完全放弃使用机械刷子而使用激光划线来光学地去除不期望的材 料。因为光伏模块可包括玻璃基底，所以激光能够通过基底层而穿透光伏结 构，以去除另一侧上不期望的涂层。本发明涉及使用激光技术从光伏模块的 边缘光学地去除涂层的系统、装置和方法。

一种用于从基底去除涂层的方法可包括：沿着第一路径将激光束引导到 基底的第一表面上的第一位置。第一表面上的第一位置可按照适合于沿着第 二路径再次引导激光束的入射角与基底的边缘接近。第二路径可穿过基底， 以到达基底的第二表面上的位于基底的边缘处的第二位置。第二表面可包括 涂层。所述方法可包括：使位于基底的第二表面上的第二位置处的至少一部 分涂层消融。

所述方法可包括各种可选的特征。例如，沿着第一路径将激光束引导到 第一表面上的第一位置的步骤可包括：沿着第一路径将激光束引导到基底的 第一表面上的未涂覆的第一位置。沿着第一路径将激光束引导到第一表面上 的第一位置的步骤可包括：沿着第一路径将激光束朝着基底的基本上平坦的 第一表面引导。消融至少一部分涂层的步骤可包括：从基本上平坦的表面去 除涂层的一部分。消融至少一部分涂层的步骤可包括：从弯曲的表面去除涂 层的一部分。基底可包含玻璃。玻璃可以是碱石灰玻璃。所述方法还可包括： 沿着与基底的边缘接近的区域扫描激光束。引导激光束的步骤可包括：比较 基底折射率、外部折射率、激光出射点以及基底折射率、外部折射率、激光 出射点的任何组合，以确定基底的基本上平坦的未涂覆侧的激光入射点以及 相对于法向面的入射角；按照与入射角对应的角度将激光束引导到确定的激 光入射点，其中，基底折射率限定基底内的折射介质，外部折射率限定基底 外的且与基底相邻的折射介质，激光出射点表示基底的边缘上的位置区域。

所述方法可包括：配置控制器，以比较基底折射率标识符、外部折射率 标识符、激光出射点标识符以及基底折射率标识符、外部折射率标识符、激 光出射点标识符的任何组合，以确定基本上平坦的未涂覆侧的激光入射点以 及相对于法向面的入射角；引导激光源按照与入射角对应的角度将光束发射 到确定的激光入射点，其中，基底折射率标识符限定基底内的折射介质，外 部折射率标识符限定基底外部的且与基底相邻的折射介质，激光出射点标识 符表示玻璃层的边缘上的位置区域。

一种涂层去除设备可包括：激光源，位于安装板上，激光源能够操作以 沿着第一路径提供激光束。安装板可被构造成在指定区域部分地围绕光伏模 块的边缘，使得第一路径与指定区域相交；定位器，被构造成对安装板进行 再次定位。所述涂层去除设备还可包括处理器，该处理器被构造成确定光伏 模块的未涂覆侧上的激光入射点，激光入射点与光伏模块的涂覆边缘上的期 望的激光出射点对应，并且该处理器被构造成引导所述激光源将激光束发射 到确定的激光束入射点。所述的涂层去除设备可包括间隙，使得安装板的两 部分部分地分开并彼此平行地布置，其中，所述间隙限定所述指定区域。

所述涂层去除设备可包括致动器，安装板被安装成与致动器相邻，所述 致动器能够被操作，以在水平面或竖直面上调节安装板，或者在水平面和竖 直面上调节安装板。安装板可包括间隙，使得安装板的两部分部分地分开并 彼此平行地布置，其中，所述间隙被构造成容纳光伏模块。涂层去除设备可 沿着间隙的边缘被安装。所述涂层去除设备可包括致动器，安装板被安装成 与致动器相邻，所述致动器能够被操作，以将安装板调节到新位置。所述致 动器能够被操作，以在水平面或竖直面上调节安装板，或者在水平面和竖直 面上调节安装板。

一种光伏模块可包括：基底；半导体材料，位于基底上，其中，基底的 边缘基本上不包含半导体材料，不包含半导体材料的区域内的基底表面基本 上不进行表面侵蚀。

光伏模块可包括各种可选的特征。例如，半导体材料可包含镉。半导体 材料可包含硅。半导体材料可包含非晶硅。半导体材料可包含化合物半导体。 化合物半导体可包含碲化镉。

一种激光划线(scribing)设备可包括：激光源，提供脉冲激光束，该脉冲 激光束在近红外基频下具有波长、具有大约50千赫兹至大约100千赫兹范围 内的脉冲频率、具有大约8纳秒至大约70纳秒范围内的脉冲持续时间。激光 源可以是提供脉冲激光束的钒酸钇激光源、掺钕型激光源、Q开关激光源、 二极管泵浦激光源，该脉冲激光束在其近红外基频下具有大约1064纳米的波 长、在大约50千赫兹至大约100千赫兹范围内的脉冲频率下操作、具有大约 8纳秒至大约70纳秒范围内的脉冲持续时间。该脉冲激光束可被一个或多个 反射镜反射到引导激光束以执行划线的XYZ检流计控制的反射镜系统。更具 体地说，XYZ检流计控制的反射镜系统可包括：检流计控制的聚焦装置，使 透镜水平地运动，以控制光束沿着Z方向的焦距；检流计控制的双反射镜组 件，沿着XY方向引导光束，从而共同地提供XYZ控制。

可通过引导激光束通过基底的无涂覆表面到达基底的涂覆表面、到达用 于划线的不同区域来执行划线，使得划线的层受到用于每个划线器的激光的 功率级控制。通过划线器从基底的无涂覆表面进行激光划线，不会存在由提 供划线的消融形成的气体烟流，从而该烟流不能防止下一个激光脉冲通过涂 层以提供每个下一次消融。

激光划线设备可包括气体压力定位器和真空定位器，气体压力定位器和 真空定位器使基底在基底的无涂覆表面上保持平坦且相对于输送方向横向地 布置基底，从而被聚焦的脉冲激光束的焦点沿着Z方向位于正被划线的一层 或多层上。这些定位器布置在竖直地延伸的装置中，位于激光束穿过玻璃片 基底以提供激光划线的位置的上游和下游。可在划线位置的上游存在五个定 位器及在划线位置的下游存在五个定位器。每个定位器可具有中央位置，真 空从真空源通过相关管道施加到该中央位置。每个定位器的环形多孔渗透构 件可在该中央位置的周围延伸，并通过相关管道从气源接收增压气体。定位 器可将无涂覆的玻璃片表面定位在大约4微米至大约6微米内，以为激光束 聚焦以及在正被划线的一层或多层上进行的消融提供精确位置。

布置在划线位置的上游的激光检测器可提供从无涂覆表面反射回来的激 光检测光束，以检测基底的精确位置，且激光检测器可响应于在运动范围内 检测的位置以及使划线激光束进行划线，通过连接到检流计反射镜系统的聚 焦装置使脉冲划线激光束聚焦。该检测可适用于基底的任何非平面度，例如， 当制造玻璃基底时形成的辊波。

激光划线站输送器可以在涂覆的基底保持静止期间，在每个激光划线器 之间设置输送系数，使得激光束在首先已经水平地调节以在先前形成的相邻 划线之间设置合适的间隔之后，竖直地运动以执行划线。还可能沿着输送方 向连续地输送涂覆的基底，然后，激光划线的路径沿着输送方向和相对于真 实竖直方向均存在角，在每次划线完成之后，再次设置检流计控制的反射镜 系统的运动，使得完整的通道具有大致为蝴蝶结的构造。

在输送到第一划线站之前，涂覆的基底的两个上角被激光标刻有通过一 对相机检测的相应基准，以为面板的精确位置及所述基准之间的间隔提供信 号，以使得可精确地定位划线。这允许对于热膨胀或收缩所必需的调节以及 允许在不同基底上的基准之间存在不同间隔。另外，每个基底可设置有通过 条形码读取器感测的条形码，以提供对正被划线的每个特定基底的识别。另 外，设备包括排气罩，该排气罩接收来自正被划线的基底的涂覆侧的排气。 为了确保以合适的功率级执行划线，检流计控制的反射镜可将激光束周期性 地反射到功率计，然后，可使用功率计感测的功率，以提供对来自脉冲激光 源的功率级进行任何必需的调节。为了提供通过不同层的第一组划线、第二 组划线、第三组划线，激光的平均功率级分别是大约20瓦、大约8瓦至9瓦、 大约4瓦至5瓦。

参照图1A，用于从光伏模块100去除涂层120的一些部分的系统可包括 可被操作以发射激光束160的源150。源150可以是涂层去除装置140的部 件。涂层去除装置140可通过激光源150按照发射角将激光束160朝着光伏 模块100引导。在系统的一个实施例中，涂层去除装置140在激光入射点170 将激光束160朝着基底110的表面暴露的基本上平坦的未涂覆(或者，不同 地，能够使激光束波长通过)的侧部130引导。基底110可包括玻璃。激光 束160穿过基底110，并在激光出射点180出射穿过边缘190，从而去除激光 出射点180处的边缘190上的涂层120的一部分，如图1B所示。边缘190 可包括基底110的顶部边缘、基底110的侧部和/或基底110的底部边缘。边 缘190可被局部倒圆。边缘190可局部、基本上或者完全被涂覆。基本上平 坦的未涂覆侧130可包括涂层的一部分。例如，基本上平坦的未涂覆侧130 可包括接近边缘190的涂层的一部分。

涂层120可包含用于制造光伏模块的任何合适的涂覆材料，并可包括多 层。例如，涂层120可包含镉或硅。涂层120可包含非晶硅。涂层120可包 含化合物半导体材料。例如，涂层120可包括碲化镉层和/或硫化镉层。涂层 去除装置140可被构造成从基底110去除一些涂层120或全部涂层120。

可计算激光束160通过基底110的路径。参照通过示例的方式给出的图 4，激光束160在激光入射点170处以相对于法线450的入射角420进入基底 110的基本上平坦的未涂覆侧130。基底110的折射率410与光伏模块100外 部的外部折射率400不同，从而一旦激光束160通过基底110就改变激光束 160的速度、角度和路径。激光束160以相对于法线450的折射角430延伸 通过玻璃层110，到达激光出射点180。折射角430通过下面的等式与入射角 420建立关系：n₁×sinθ₁＝n₂×sinθ₂，其中，n₁定义了外部折射率400，n₂定义 了基底的折射率410，θ₁定义了入射角420，θ₂定义了折射角430。因此，折 射率可用于跟踪和预测激光束160的激光出射点180，从而允许相对于激光 的角度和位置对光伏模块进行策略性布局。

可通过外部装置计算激光束160的路径，从而使得涂层去除装置140被 相应地布置。或者，涂层去除装置140可自动执行计算。参照通过示例的方 式给出的图5，在一个实施例中，涂层去除装置140可包括与源150通信的 微处理器510。微处理器510可被操作以存储确定激光束160穿过玻璃层110 的路径所需要的信息。例如，微处理器510可存储用于基底折射率410、外 部折射率400、入射角420、折射角430、激光入射点170和激光出射点180 (来自图4)的每个的值。微处理器510还可通过数据接口500接收信息。 因此，微处理器510可使用激光路径数据被预先编程，或者可从可选的源接 收数据。微处理器510可被配置成使用激光路径数据计算激光束160的优选 路径。例如，可通过将激光出射点180跟踪回基本上平坦的未涂覆侧130而 将边缘190上的包含不期望的涂层的位置区域作为目标，以获得期望的折射 角430和激光入射点170。利用折射率，理论上的入射角420由 θ₁＝sin^-1((n₂/n₁)*sinθ₂)给出。计算的入射角420可从微处理器510被传送到源 150，以实现激光束160的合适的角度，从而从边缘190去除涂层120的一部 分。可通过感触设备(sensory equipment)将数据手动或者自动输入到微处理 器510。

可选实施例可包括入射点、出射点、入射角和折射角以及它们的任何组 合的外部计算。例如，代替包括微处理器510的涂层去除装置140，涂层去 除装置140几乎可包括整个可调节激光源，如图1所示。可通过另一装置或 者人在外部执行期望的激光入射点170和入射角420的计算。接着，涂层去 除装置140可被手动调节以获得期望的效果。涂层去除装置140也可被调节 以改变激光束160的波长、功率、速度、脉冲频率和/或持续时间，以便于去 除不同的涂层。例如，涂层去除装置140可被调节成发射红外频率。

现在参照图2，涂层去除装置140可被安装成与安装板200相邻。安装 板200可包括间隙210。间隙210可将安装板200的两个部分部分地分开， 使得安装板200的两个部分部分地分开且平行地放置。该间隙210可被构造 成容纳光伏模块100。涂层去除装置140可沿着间隙210的边缘安装。参照 图1和图2，当光伏模块100被容纳在间隙210中时，涂层去除装置140可 通过从激光源150发出的激光束160从光伏模块100去除涂层120的一部分。 光伏模块100可按照任何合适的方式被布置或者穿过间隙210，以使得不期 望的涂层被去除。

现在参照图3，安装板200可被安装成与致动器300相邻。致动器300 可被构造成沿水平方向或竖直方向使得安装板200移动、或者沿水平方向和 竖直方向二者使得安装板200移动。参照图1和图3，致动器300可被构造 成将安装板200调节到新位置，以使得涂层去除装置140通过激光源150将 激光束160引导到光伏模块100的玻璃层110的不同位置。参照通过示例的 方式给出的图3和图4，安装板200的调节可使得激光入射点170、激光出射 点180、入射角420或者它们的任何组合发生改变，从而允许激光束160从 边缘190去除涂层120的不同部分。将光伏模块100在间隙210中再次定位 也会引起激光入射点170、激光出射点180或者入射角420的改变。图3中 示出的与安装板200和致动器300相关的方向箭头不用于进行限制。例如， 致动器300可被构造成沿着X、Y和/或Z平面调节安装板200。

使用在此讨论的方法制造的光伏装置/模块可集成到一个或多个光伏阵 列中。所述阵列可集成到用于发电的各种系统中。例如，光伏模块可利用光 束照明，以产生光电流。可收集光电流，将光电流从直流(DC)转换成交流(AC)， 将光电流分配到电网。可引导任何合适波长的光到达光伏模块，以产生光电 流，例如，所述任何合适波长的光包括波长大于400nm或小于700nm的光(例 如，紫外光)。从一个光伏模块产生的光电流可与从其他光伏模块产生的光电 流结合。例如，光伏模块可以是光伏阵列的一部分，可从该光伏阵列产生并 分配聚集的电流。

通过说明和示例的方式提供上面描述的实施例。应该理解的是，上面提 供的示例可以在一定的方面进行改变且仍然落入权利要求的范围内。应该认 识到，虽然已经参照上述优选的实施例描述了本发明，但是其他实施例也在 权利要求的范围内。