TWI497741B - 用以自基板之邊緣移除塗層之系統及方法 - Google Patents

Description

用以自基板之邊緣移除塗層之系統及方法 主張優先權

本發明依據35U.S.C.§119(e)主張在2009年9月22日申請之美國暫時專利申請案第61/244,519號，其因此被加入作為參考。

技術領域

本發明係有關於光伏裝置及製造方法。

背景

光伏裝置可包括沈積在一基板上之半導體材料，例如，具有一作為一窗層之第一層及一作為一吸收層之第二層。該半導體窗層可容許太陽輻射穿透至如一碲化鎘層等吸收層，這將太陽能轉換成電力。光伏裝置亦可包含一或多個透明導電氧化物層，該透明導電氧化物層亦經常是電荷之導體。

依據本發明之一實施例，一種用以自一基板移除塗層之方法包含：將一雷射光束沿一第一路徑導引至在該基板之一第一表面上之一第一位置，在該第一表面上之第一位置以適合沿一第二路徑再導引該雷射光束，通過該基板，到達在該基板之邊緣處之在該基板之一第二表面上之一第二位置的一入射角靠近該基板之邊緣，該第二表面包含一塗層；及剝蝕在該基板之第二表面上之第二位置處之該塗層的 至少一部份。

依據本發明之一實施例，一種塗層移除裝置，包含：一雷射來源，其定位在可操作以沿一第一路徑提供一雷射光束之一安裝板上，其中該安裝板組配來部份地環繞在一指定區域中之一光伏模組之一邊緣，使得該第一路徑與該指定區域交叉；及一定位器，其組配來再定位該安裝板。

依據本發明之一實施例，一種光伏模組包含：一基板；及一在該基板上之半導體材料，其中該基板之邊緣實質上沒有該半導體材料且在沒有半導體材料之區域中之該基板表面實質上沒有表面侵蝕。

圖式簡單說明

第1A圖是一用以自一光伏模組去除材料之系統的示意圖。

第1B圖繪示自一光伏模組去除之塗佈層的一部份。

第2圖是一用以自一光伏模組去除材料之系統的示意圖。

第3圖是一用以自一光伏模組去除材料之系統的示意圖。

第4圖是一光伏模組之示意圖。

第5圖是一用以自一光伏模組去除材料之系統的示意圖。

一光伏裝置可包括一與一基板相鄰之透明導電氧化物層及一或多個半導體材料層。例如，該等半導體材料層可包括一雙層，該雙層可包括一n型半導體窗層及一p型半導體吸收層，該n型窗層及該p型吸收層可被定位成互相接觸以產生一電場。多數光子可在與該n型窗層接觸時釋放多數電子-電洞對，將電子送至該n側且將電洞送至該p側。多數電子可經由一外電流路徑流回至該p側，所得到之電子流提供電流，該電流與由該電場產生之電壓結合，產生電力，結果是光子能量轉換成電力。

半導體材料及其他塗層之一部份可自光伏模組之邊緣去除，該等光伏模組可包含一連串連接之光伏裝置。例如，工業要求規定光伏模組環繞其周邊維持一最小非導電寬度。自光伏模組去除塗層之習知方法已需要使用機械刷，雖然適用於去除不需要的材料，刷具有磨耗之傾向，造成多數問題，包括在塗層移除程序中之不均一性、維修之停機時間、及重覆之替換成本。另一種方式是放棄一起使用機械刷且使用雷射切割光學地移除不需要之材料，因為該等光伏模組可包含玻璃基板，所以雷射可通過該基板層穿透該光伏結構以移除在另一側上之不需要塗層。本發明有關於用以使用雷射技術自光伏模組之邊緣光學地移除塗層之系統、裝置及方法。

一種用以自一基板移除塗層之方法可包括將一雷射光束沿一第一路徑導引至在該基板之一第一表面上之一第一位置。在該第一表面上之第一位置可以適合沿一第二路徑再導引該雷射光束之一入射角靠近該基板之邊緣。該第二路徑可通過該基板，且到達在該基板之邊緣處之在該基板之一第二表面上的一第二位置。該第二表面可包括一塗層。該方法可包括剝蝕在該基板之第二表面上之第二位置處之該塗層的至少一部份。

該方法可包括各種任選之特徵。例如，將一雷射光束沿一第一路徑導引至在一第一表面上之一第一位置包括將該雷射光束沿該第一路徑導引至在該基板之一第一表面上之一未塗覆第一位置，將一雷射光束沿一第一路徑導引至在一第一表面上之一第一位置可包括將該雷射光束沿該第一路徑向該基板之一實質平坦第一表面導引，剝蝕該塗層之至少一部份可包括自一實質平坦表面移除該塗層之一部份，剝蝕該塗層之至少一部份可包括自一彎曲表面移除該塗層之一部份，該基板可包括玻璃，該玻璃可以是鈉鈣玻璃(soda lime glass)。該方法可包括沿靠近該基板之邊緣之一區域掃瞄該雷射光束，導引該雷射光束可包括比較一基板折射率、一外折射率、一雷射離開點、及其任何組合，以決定在該基板之實質平坦非塗覆側上之一雷射進入點及相對於垂直面之一入射角；及以對應該入射角之一角度導引在該決定之雷射進入點處之一雷射光束，其中該基板折射率界定在該基板內之一折射介質，該外基板折射率界定在該基板外側且與該基板相鄰之一折射介質，且該雷射離開點代表在該基板之一邊緣上之一位置區域。

該方法可包括配置一控制器以比較一基板折射率識別符、一外折射率識別符、一雷射離開點識別符、及其任何組合，以決定在該實質平坦未塗覆側上之一雷射進入點及相對該垂直面之一入射角，及導引該雷射來源以對應該入射角之一角度發射一光束在該決定之雷射進入點處，其中該基板折射率識別符界定在該基板內之一折射介質，該外折射率識別符界定在該基板外側且與該基板相鄰之一折射介質，且該雷射離開點識別符代表在該玻璃層之一邊緣上的一位置區域。

一種塗層移除裝置可包括一定位在一安裝板上之雷射來源，該安裝板可操作以沿一第一路徑提供一雷射光束。該安裝板可組配來部份地環繞在一指定區域中之一光伏模組之一邊緣，使得該第一路徑與該指定區域交叉；及一組配來再定位該安裝板之定位器。該塗層移除裝置可包括一處理器，以辨識對應在一光伏模組之一塗覆邊緣上之一所需雷射離開點之在該光伏模組之一未塗覆側上的一雷射進入點，且導引該來源發射一雷射光束在該決定之雷射進入點處。該塗層移除裝置可包括一間隙，使得該安裝板之兩部份設置成部份地互相分開且平行，且其中該間隙界定該指定區域。

該塗層移除裝置可包括一致動器，該安裝板相鄰於該致動器安裝，且該致動器可操作以在一水平面、一垂直面、或兩者中調整該安裝板。該安裝板包括一間隙，使得該安裝板之兩部份設置成部份地互相分開且平行，且其中該間隙組配來收納一光伏模組。該塗層移除裝置可沿該間隙之一邊緣安裝，該塗層移除裝置可包括一致動器，該安裝板相鄰於該致動器安裝，且該致動器可操作以將該安裝板調整至一新位置。該致動器可操作以在一水平面、一垂直面、或兩者中調整該安裝板。

一種光伏模組可包括：一基板；及一在該基板上之半導體材料，其中該基板之邊緣實質上沒有該半導體材料且在沒有半導體材料之區域中之該基板表面實質上沒有表面侵蝕。

該光伏模組可包括各種任選之特徵。例如，該半導體材料可包括一鎘，該半導體材料可包括一矽，該半導體材料可包括一非晶質矽，該半導體材料可包括一化合物半導體，該化合物半導體可包括一碲化鎘。

一雷射切割裝置可包括一提供一脈衝雷射光束之雷射來源，該脈衝雷射光束具有在一近紅外基本頻率之一波長且具有在大約50至大約100千赫之範圍中的一脈衝頻率及在大約8至大約70奈秒之範圍中的一脈衝時間。該雷射來源可以是一二極體激升、Q開關、銣摻雜、釩化釔雷射來源，其提供具有在其大約1064奈米之近紅外基本頻率之一波長的一脈衝雷射光束，且以大約50至大約100千赫之範圍中之一脈衝頻率以在大約8至大約70奈秒之範圍中的脈衝時間操作。該脈衝雷射光束可以藉一或多個鏡子反射至導引該雷射光束以實施該切割之一XYZ電流計控制鏡系統，更詳而言之，該XYZ電流計控制鏡系統可包括使一透鏡水平地移動以控制該光束在Z方向之焦距的一電流計控制聚焦器及在XY方向導引該光束之一電流計控制雙鏡總成，以便藉此共同地提供XYZ控制。

該切割可藉導引一雷射光束通過一基板之未塗覆表面至其塗覆表面，且通達用於該切割之不同區域來實施，且被切割之多數層係藉用於各切割之雷射之功率值控制。藉自該基板之未塗覆表面切割之雷射切割，沒有由提供該等切割之該等剝蝕所形成之氣體捲流，使得該等捲流不會防止下一次雷射脈衝通過該等塗層，以提供各下一次剝蝕。

該雷射切割裝置可包括多數氣體壓力及真空定位器，該等氣體壓力及真空定位器保持該基板在其未塗覆表面處呈平面且將該基板相對於該輸送方向橫向地定位，因此使該聚焦脈衝雷射光束之焦點在Z方向上且在被切割之層或多數層處。這些定位器以多數垂直延伸組設置在該雷射光束通過該玻璃片基板以提供該雷射切割之位置的上游與下游。在該切割位置之上游可有五個該等定位器且在該切割位置之下游可有五個該等定位器，各定位器可具有一中央位置，一真空由一真空源透過一連接導管施加至該中央位置。各定位器之一環狀多孔構件可延伸環繞該位置且接受由一氣體源通過一連接導管之加壓氣體，該等定位器可將該未塗覆玻璃片表面定位在大約4至大約6微米內，以便為在被切割之層或多數層處之雷射光束聚焦及剝蝕提供一準確位置。

設置在該切割位置上游之多數雷射偵測器可提供多數雷射偵測光束，該等雷射偵測光束由該未塗覆表面反射回來以偵測該基板之準確位置，且透過與該電流計鏡系統之聚焦器的連接，依據在該切割雷射光束之整個移動及切割範圍所偵測之位置聚焦該脈衝切割雷射光束。這偵測可調節例如當製造一玻璃基板時形成之輥波等基板之任何非平面性。

該雷射切割站輸送帶可在各雷射切割之間提供一輸送分度，在各雷射切割期間，該塗覆基板被固定地保持使得該雷射光束在已經先被水平地調整以在先前形成之相鄰切割之間提供適當間距之後，垂直地移動以實施該切割。該塗覆基板亦可沿輸送方向連續地被輸送，且該等雷射切割之路徑則是沿著該輸送方向且相對於一真正垂直方向成角度的，並且在完成各切割後，有該電流計控制鏡系統之一重設動作，使得該完成之通道具有一大致蝴蝶結構形。

在輸送至該第一切割站之前，該塗覆基板之兩上方角落被雷射標記上各個基準點，該等基準點被一對攝影機偵測以便為該板之準確位置及在該等基準點之間的間距提供一信號，使得該切割可以被準確地定位。這容許依熱膨脹或收縮之需要來調整及在不同基板上調整在基準點之間之不同間距。此外，各基板可設有一被一條碼讀取器感應之條碼，以便提供被切割之各特殊基板之辨識。另外，該裝置包括一接受來由該被切割之基板之塗覆側之排氣的排氣罩。為了確使該切割以適當功率值實施，該電流計控制鏡可週期性地反射該雷射光束至一功率計，該功率計所感應之功率可接著被用來提供來自該脈衝雷射來源之功率值之任何必要調整。為了提供通過不同層之第一、第二、及第三組切割，該等層之平均功率值分別是大約20瓦、大約8至9瓦、及大約4至5瓦。

請參閱第1A圖，一用以由一光伏模組100去除塗層120之某些部份的系統可包括一可操作以發射一雷射光束160之來源150。來源150可以是塗層移除裝置140之一部份，塗層移除裝置140可透過雷射來源150以一發射角將雷射光束160向光伏模組100導引。在該系統之一實施例中，塗層移除裝置140將雷射光束160向該基板110之一面暴露之實質平坦未塗覆(或可通過該雷射光束波長)側130導引至雷射進入點170處。基板110可包括一玻璃，雷射光束160穿過基板110且通過一邊緣190在雷射離開點180處離開，如第1B圖所示。邊緣190可包括基板110之一頂緣、基板110之一側、及/或基板110之一底部。邊緣190可被部分地圓化，邊緣190以部份地、實質地、完全地被塗覆。實質平坦未塗覆側130可包含塗層之某部份，例如，實質平坦未塗覆側130可包括靠近邊緣190之塗層的一部份。

塗層120可包括用以製造光伏模組之任何適當塗覆材料，且可由多數層構成。例如，塗層120可包括一鎘或一矽，塗層120可包括一非晶質矽，塗層120可包括一化合物半導體材料。例如，塗層120可包括一鍗化鎘層及/或一硫化鎘層。塗層移除裝置140可組配來自基板110移除某些或所有塗層120。

雷射光束160通過基板110之路徑可以被計算。請參閱第4圖，舉例而言，雷射光束160以相對垂直線450之入射角420在雷射進入點170處進入基板110之實質平坦未塗覆側130。基板110之折射率410與在光伏模組100外側之外折射率400不同，一旦雷射光束160通過基板110後，改變雷射光束160之速度、角度及路徑。雷射光束160相對垂直線450以折射角430延伸穿過基板110到達雷射離開點180。折射角430與該入射角420之關係如下：n₁ *sinθ₁ =n₂ *sinθ₂ ，其中n₁ 定義該外折射率400，n₂ 定義該基板折射率410，θ₁ 定義該入射角420，且θ₂ 定義該折射角430。因此，該等折射率可被用來追蹤及預測雷射光束160之雷射離開點180，容許相對於該雷射之位置及角度關鍵性地放置該光伏模組。

雷射光束160之路徑可以透過外部裝置計算，容許塗層移除裝置140可因此被定位，或者塗層移除裝置140可自主地實施該等計算。請參閱第5圖，舉例而言，在一實施例中，塗層移除裝置140可包括與一來源150連通之微處理器510。微處理器510可操作以儲存決定雷射光束160通過玻璃層110之路徑所需之資訊，例如，微處理器510可儲存各個基板折射率410、外折射率400、入射角420、折射角430、雷射進入點170、及雷射離開點180之值(由第4圖)。來源150亦可透過資料介面500接收資訊，因此，微處理器510可利用雷射路徑資料預先程式化，或者它可由另一來源接收資料。微處理器510可組配來使用雷射路徑資料計算雷射光束160之一較佳路徑，例如，藉將雷射離開點180回溯到實質平坦未塗覆側130以獲得一所需折射角430及雷射進入點170，可瞄準在包含不需要塗層之邊緣190上的一位置區域。使用該等折射率，該理論入射角420可以用下式表示：θ₁ =sin^-1 ((n₂ /n₁ )*sinθ₂ )。計算之入射角420可由微處理器510連通至來源150以實現雷射光束160之一適當角度，以自邊緣190移除塗層120之一部份。資料可手動地或自主地透過感測設備輸入微處理器510。

另一實施例可包含該等進入點、離開點、入射與折射角、及其任何組合之外部計算。例如，塗層移除裝置140不包含微處理器510，而是塗層移除裝置140可包含一可調整雷射來源之幾乎全部，如第1A圖所示。所需雷射進入點170及入射角420之計算可由另一裝置或一人在外部執行，接著可手動地調整塗層移除裝置140以達成所需之效果。塗層移除裝置140亦可被調整以改變雷射光束160之波長、功率、脈衝頻率、及/或持續時間，以便移除不同層之塗層。例如，塗層移除裝置140可被調整以發射一紅外線頻率。

以下請參閱第2圖，塗層移除裝置140可相鄰安裝板200安裝。安裝板200可包括一間隙210，間隙210可部份地分離安裝板200之兩部份，使得它們設置成部份地分開且平行。間隙210可組配來收納一光伏模組100，塗層移除裝置140可沿著間隙210之一邊緣安裝。請參閱第1A與2圖，一旦光伏模組100被收納在間隙210中，塗層移除裝置140可透過由雷射來源150發射之雷射光束160自光伏模組100去除塗層120之一部份。光伏模組100可以任何適當方式定位或通過間隙210，以容許去除不需之塗層。

以下請參閱第3圖，一安裝板200可相鄰一致動器300安裝。致動器300可組配來使安裝板200於水平方向、垂直方 向、或這兩方向上位移。請參閱第1A與3圖，致動器300可組配來將安裝板200調整至一新位置以容許塗層移除裝置140透過雷射來源將雷射光束160導引至光伏模組100之玻璃層110上的一不同位置。請參閱第3與4圖，舉例而言，調整安裝板200可使雷射進入點170、雷射離開點180、入射角420、或其任何組合改變，容許雷射光束160自邊緣190移除塗層120之一不同部份。在間隙210內再定位光伏模組100亦可影響對雷射進入點170、雷射離開點180、或入射角420之改變。第3圖中所示之有關於安裝板200及致動器300之方向箭號決不會是限制，例如，致動器300可以組配來在該等X、Y及/或Z平面中調整安裝板200。

使用在此所述之方法製造之光伏裝置/模組可加入一或多個光伏陣列，該等陣列可以加入用以產生電力之各種系統。例如，一光伏模組可以一束光照亮以產生一光電流，該光電流可以被收集且由直流電(DC)轉換成交流電(AC)並且分配至一電力網。任何適當波長之光可被導引至該模組以產生包括，例如大於400nm或小於700nm(例如，紫外光)之光電流。由一光伏模組產生之光電流可與由其他光伏模組產生光電流合併，例如，該等光伏模組可以是一光伏陣列之一部份，合計之電流可由該光伏陣列之一部份被利用及分配。

上述實施例係藉圖與例子提供，在此應了解的是以上提供之例子可在某些方面改變且仍在申請專利範圍之範疇內。在此應明白的是雖然本發明已參照上述較佳實施例說 明過了，其他實施例是在申請專利範圍之範疇內。

100‧‧‧光伏模組

110‧‧‧基板；玻璃層

120‧‧‧塗層

130‧‧‧實質平坦未塗覆側

140‧‧‧塗層移除裝置

150‧‧‧來源

160‧‧‧雷射光束

170‧‧‧雷射進入點

180‧‧‧雷射離開點

190‧‧‧邊緣

200‧‧‧安裝板

210‧‧‧間隙

300‧‧‧致動器

400‧‧‧外折射率

410‧‧‧折射率

420‧‧‧入射角

430‧‧‧折射角

450‧‧‧垂直線

500‧‧‧資料介面

510‧‧‧微處理器

第1A圖是一用以自一光伏模組去除材料之系統的示意圖。

第1B圖繪示自一光伏模組去除之塗佈層的一部份。

第2圖是一用以自一光伏模組去除材料之系統的示意圖。

第3圖是一用以自一光伏模組去除材料之系統的示意圖。

第4圖是一光伏模組之示意圖。

第5圖是一用以自一光伏模組去除材料之系統的示意圖。

100．．．光伏模組

110．．．基板；玻璃層

120．．．塗層

130．．．實質平坦未塗覆側

140．．．塗層移除裝置

150．．．來源

160．．．雷射光束

170．．．雷射進入點

180．．．雷射離開點

190．．．邊緣

Claims (16)

1. 一種用以自一基板移除塗層之方法，該方法包含：以一入射角將一雷射光束沿著一第一路徑導引至該基板的平坦未塗覆之第一表面上、靠近該基板之邊緣的一第一位置，該入射角未垂直於該第一表面且適於使該雷射光束重新導向一第二路徑、通過該基板、到該基板之第二表面上於該基板邊緣處的一第二位置，該第二表面包含一塗層；以及以該雷射光束剝蝕在該基板之第二表面上第二位置處之該塗層的至少一部份。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中剝蝕該塗層之至少一部份包含自該基板的一實質平坦之第二表面移除該塗層之一部份。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中剝蝕該塗層之至少一部份包含自該基板鄰近該第二表面之邊緣的一彎曲表面移除該塗層之一部份。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該基板包含玻璃。
5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該玻璃是鈉鈣玻璃(soda lime glass)。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含使該雷射光束穿通該基板沿著靠近該基板邊緣之一區域掃瞄。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中導引該雷射光束包含：比較一基板折射率、一外部折射率、一雷射離開 點、及其任何組合，俾以決定在該基板之實質平坦未塗覆之第一表面上的一雷射進入點及相對於垂直面之一入射角；以及在經決定之雷射進入點，以一對應該入射角之角度導引一雷射光束，其中該基板折射率界定在該基板內之一折射介質，該外部折射率界定在該基板外側且與該基板相鄰之一折射介質，且該雷射離開點代表在該基板第二表面之一邊緣上之一位置區域。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，更包含組配一控制器俾以比較一基板折射率識別符、一外部折射率識別符、一雷射離開點識別符、及其任何組合，而決定在該基板的實質平坦未塗覆之第一表面上之一雷射進入點及相對於該垂直面之一入射角，及導引雷射來源、在經決定之雷射進入點處、以一對應於該入射角之角度來發射一光束，其中該基板折射率識別符界定在該基板內之一折射介質，該外部折射率識別符界定在該基板外側且與該基板相鄰之一折射介質，且該雷射離開點識別符代表在該基板第二表面之一邊緣上的一位置區域。
9. 一種塗層移除裝置，包含：一雷射來源，其定位在一安裝板上且可操作俾以一入射角沿一第一路徑提供一雷射光束朝向一基板的平坦未塗覆之第一表面，該入射角未垂直於該第一表面且 適於使該雷射光束重新導向一第二路徑、通過該基板、到該基板之邊緣處的塗覆之第二表面上的一第二位置，其中該安裝板係組配成部份地環繞一位在一指定區域中之光伏基板之邊緣，而使得該第一路徑與該指定區域交叉；及一定位器，其組配成重新定位該安裝板及雷射來源。
10. 如申請專利範圍第9項之塗層移除裝置，更包含一處理器，該處理器組配成用以決定對應於在一光伏基板之一塗覆的第二表面上之一所欲雷射離開點之在該光伏基板之一未塗覆的第一表面上的一雷射進入點，以及用以導引該來源在經決定之雷射進入點處發射一雷射光束。
11. 如申請專利範圍第9項之塗層移除裝置，其中該安裝板包含一間隙，使得該安裝板的兩個部份設置成部份地互相分開且平行，且其中該間隙界定該指定區域。
12. 如申請專利範圍第9項之塗層移除裝置，更包含一致動器，該安裝板係相鄰於該致動器而安裝，並且該致動器可操作以在一水平面、一垂直面、或兩者上調整該安裝板。
13. 如申請專利範圍第9項之塗層移除裝置，其中該安裝板包含一間隙，使得該安裝板的兩個部份設置成部份地互相分開且平行，並且其中該間隙組配成用以收納光伏基板。
14. 如申請專利範圍第13項之塗層移除裝置，其中該塗層移 除裝置沿該間隙之一邊緣安裝。
15. 如申請專利範圍第14項之塗層移除裝置，更包含一致動器，該安裝板係相鄰於該致動器而安裝，並且該致動器可操作以將該安裝板調整至一新位置。
16. 如申請專利範圍第15項之塗層移除裝置，其中該致動器可操作以在一水平面、一垂直面、或兩者上調整該安裝板。