CN108140596A - 用于光伏电池的制造的压力加热滚压机 - Google Patents

Abstract

公开了用于向装配过程提供材料的柔性组件供给器源。该柔性组件供给器源包括柔性基底，适合于保护和接收一个或多个光伏电池用于处理，其中柔性基底在打开时是线性形状并且滚动时形成卷形物。

Description

用于光伏电池的制造的压力加热滚压机

相关申请交叉引用

本申请要求根据35USC 119(e)的于2015年6月25日提交的标题为“PRESSURIZEDHEATROLLING PRESS FOR MANUFACTURE AND METHOD OF USE”的美国临时专利申请号62/184,712的权益，在此通过引用并入其全部内容。

本申请涉及共同拥有和共同未决的于2016年6月23日申请的名称为“PRESSURIZEDHEATED ROLLING PRESS FOR MANUFACTURE AND METHOD OF USE”的美国专利申请序列号15/191,375。

技术领域

本发明一般涉及关于装配件的制造技术，并且更具体地涉及用于装配件的改进的制造方法，包括较高产量的电池供给器、压力控制的热处理过程和设备，以及用于高产量系统的改进的装配过程。

背景技术

涉及组件的装配的制造过程可以手动地、自动地或组合地执行，通常涉及制造过程的复杂性。例如，在胶合操作中将第一组件压到第二组件上的装配过程通常需要第一组件到第二组件上的力所导致的压缩，其中粘合剂预先被粘贴在其间。在这个基本的装配过程中所涉及的步骤可以是简单或复杂的，与组件的敏感度、特性和性质以及过程本身的环境有关。一种方法可能涉及通过使用手动轻触以将第一组件按压到第二组件上的手动工作，以基于操作者手动执行过程的经验确保两个组件都不被损坏。另一种方法可以涉及自动化机器人装置，其能够从托盘提起第一组件，然后将第一组件在具有粘合剂涂层的第二组件上对齐，并且根据控制算法将第一组件按压到第二组件上。手工过程在腐蚀性和高温环境下通常更加困难，而且通常在具有精密或敏感组件涉及其中的过程中，自动化过程往往很困难。同样地，手动过程往往产量较低并用于较高价值的组件，而自动化过程产量较高，其通常用于较低价值的组件。因而需要对制造过程进行改进，使其可以生产较高产量的装配件，而该装配件包括较高价值的并且通常是敏感的组件。

通常在将光伏太阳能电池和光伏太阳能电池组件制造成光伏装置(例如太阳能垫)的过程中，将多个层压层施加到承载板上，其中接触和对齐都要求是精确的，并且在特定的压力范围内，组件例如太阳能电池是敏感的，使得它们在制造过程中可能容易破损或损坏。因此，装配的部分通常是手动的，并且具有较低的产量。此外，装配过程的某些后续步骤通常涉及用于固化电池装配件的高温，在这种情况下手动参与可能是危险的，或者在某些情况下是不可能的。由于收益有待改善，通常会引入更多的自动化方法，这些方法会在装配过程中对组件造成额外的破损或损坏，或者在其他情况下，需要对现有的过程执行额外的步骤，而这些步骤基本上不会缩短处理时间。随着对光伏电池需求的增加以及电池在世界各地不同市场中的应用越来越多，需要对光伏电池领域以及其他装配领域中的标准制造装配过程进行改进，以在不增加对敏感组件的损坏的情况下增加产量，当在装配过程中包含具有“轻触式”的方法时，降低手动过程中所涉及的风险，并且安全地减少装配中的处理步骤的时间。

发明内容

提供了一种使用压力和固化来连接多种材料方法和系统。

在一个实施例中，使用压力和固化来连接多种材料的系统包括柔性组件供给器源，其用于在第一位置处提供多种材料，真空传送机用于在第一位置处接收多种材料，其中该真空传送机包括用于预定的真空的多个开口以将多种材料保持在真空传送机上的适当位置；移动带在第二位置处适应性地定位在真空传送机的上方，并且真空传送机和移动带被布置成彼此以预定的关系被驱动，用于沿着真空传送机将所接收到的多种材料从第一位置传送到第二位置；真空压力源，其用于当多种材料从第二位置传送到第三位置时，从多个开口中的至少一个向移动带和真空传送机施加预定的真空压力，产生压缩多种材料的力；以及固化源，其位于第二位置处，用于固化所压缩的多种材料。

在实施方案中，使用压力和固化用于连接多种材料的方法包括在第一位置处在真空传送机上接收多种材料，其中真空传送机包括用于预定的真空的多个开口以将多种材料保持在所述真空传送机上的适当位置；沿着真空传送机将所接收的多种材料从所述第一位置传送到第二位置，其中移动带在第二位置处适应性地定位在真空传送机上方，并且真空传送机和移动带被布置成彼此以预定的关系被驱动；以及当多种材料从第二位置传送到第三位置时，从多个开口中的至少一个向移动带和真空传送机施加预定的真空压力，产生压缩多种材料的力；以及固化所压缩的多种材料。

在进一步的实施例中，提供了柔性组件供给器源，其包括柔性基底，适合于保护和接收一个或多个光伏电池用于处理。在优选的实施例中，供给器源包括具有打开时是线性形状和滚动时为卷形物的基底。

附图说明

在此所引用的附图形成说明书的一部分。在附图中示出的特征意在仅对本发明的一些实施例，并且不是本发明的所有实施例进行说明，除非另外明确指出，否则不会有相反的暗示。

图1示意性地示出了用于处理光伏电池的方法。

图2A和2B示出了根据本发明的一个或多个实施例的具有多个光伏电池的柔性带式供给器。

图2C和2D描绘了用于将光伏电池保持在带式供给器中的两种方法。

图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的处理光伏电池的方法。

图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的关系布置中的真空传送机和移动带。

图5示出了根据本发明的一个或多个实施例的当处于来自诸如真空泵的真空源所创造的向下的压力下，在关系布置中的真空传送机和移动带。

具体实施例

在下面的本发明的示例性实施例的详细描述中，参考了附图，这些附图构成了本文的一部分，并且在附图中以图示的方式示出了在其中可以实践本发明的具体的示例性实施方式。这些实施例被足够详细地描述，以使本领域技术人员能够实践本发明。可以使用其它实施例，并且在不脱离本发明的精神或范围的情况下可以进行逻辑上的、机械的和其他改变。因此，以下详细描述不应被视为具有限制意义，本发明的实施例的范围仅由所附的权利要求限定。

图1示意性地示出了用于处理光伏电池的方法100。从图1可见，一系列的堆叠的电池110位于方法100的源处，其中每个电池组件都被堆叠在适当的位置以根据三条处理线111a、111b和111c中的一个被处理。通常，堆叠的电池组件可以从堆叠中手动移除并且放置在移动的传送机上以进行处理。堆叠的电池由于其物理布置而经常被称为“硬币堆叠”。由于电池受损的可能性和自动化装置对敏感组件的对齐的困难性，人为干预往往是必要的。又因为电池通常是粘性的或者由于可能具有其他材料表面问题，在硬币堆叠中将各个电池彼此分离出来需要额外的关注，因此人为干预也经常是必要的。在某些情况下，一些自动化设备可以以有限的方式被使用，但应该认识到，这个过程通常是低速过程，其导致每小时处理不到10个部件。

一旦组件被对齐，过程进行到120。在120，电池准备压敏粘合(PSA)步骤。该PSA步骤130可涉及压敏粘合剂的应用，即当该组件被置于与另一组件或材料接触时产生结合，其中两个部件的每一个都被牢固地彼此粘着。一旦PSA步骤完成，电池移动到125以进行UV固化，其可以包括使用紫外(UV)光(即，UV固化通道)进行固化。

在140，将电池再移到在150处的胶合步骤。在某些情况下，电池的一侧可以具有施加到其上的粘合剂，在其他情况下，可以将粘合剂施加到一个或多个零部件上。可以通过手工或通过设备涂上胶水，尽管后者通常很困难。一旦胶合步骤完成，电池就移动到塔叠步骤160。

在塔叠步骤160，电池优选通过塔叠过程170被耦合在一起。塔叠过程涉及将光伏电池连接在一起。这个过程的示例在美国申请序列号13/397,487中被描述，其被受让给本申请的受让人并且其全部内容在此被全部并入。

典型的是放置重物或应用其他物理装置，如滚筒，到至少一个零部件上以建立两个组件之间的牢固的结合。在175使用重物虽然是典型的，但由于重物的使用会产生额外的风险，可能导致敏感组件损坏或者在操作过程中需要进一步的硬件更换，这可能是困难或昂贵的。此外，使用夹钳来实现类似的效果已经是已知的。

在175处，准备电池用于固化步骤。固化步骤177可涉及烘箱，和其他热或光基过程。一旦固化步骤完成，电池就被移动到180。在180，完成对受影响的光伏电池的处理，并且完整的光伏电池出现在190处。

如本文所用，术语“组件”和“材料”可以包括基于砷化镓(GaAs)的组件或其他光伏组件，例如光伏电池，例如包括半导体材料的柔性薄膜光伏装置，其可以或者可以不是单晶体，包括但不限于III-V族材料，诸如GaAs、AlGaAs、InGaAs、AlInGaAs、InGaAsP、InGaP、AlInGaP和AlInP(及其组合)；IV族材料，如Si、非晶Si、Ge、SiGe；II-VI族材料，如CdTe；其它材料，如CIGS(铜铟镓硒)、钙钛矿如卤化铅、有机半导体、CZTS、CZTSSe和染料敏化的光伏吸收剂材料，并且通常将是具有一个或多个界面层的材料的分层布置，该界面层在处理序列之后促进材料层之间的固定布置。

这样的材料的示例，不限于，可包括光伏电池、太阳能电池、太阳能电池板、层状塑料组件、电子组件、高密度互连、芯片、覆晶薄膜(COF)、具有彼此固定地布置的多层布置的混合的组合物材料，和它们的组合，举例而言。

图2A和2B示出了根据本发明的一个或多个实施例的具有与带式基底215连接布置的多个光伏电池220的柔性带式供给器210。该带式供给器，或带式承载器，提供了被送入本发明的装配或过程的组件的源头。柔性带式供给器还为要装配的柔性电池提供了柔性背衬，从而减少供给过程中对电池的损坏。带式供给器优选用在硬币堆叠方法上，因为带式供给器提供了一种复用方案，对布置在其上的敏感元件更多的保护，并且在组装操作中更有效。在一个实施例中，柔性带式供给器包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、包括纸，布的多孔材料和其组合的任何一个。

传统操作使用硬币堆叠方法，其在装配过程中需要更大的占地面积，并且不能保护地固定要处理的敏感装置。带式供给器提供了线性柔性基底315，其中敏感元件220可以被安置、保护性地用于装配过程中的处理。柔性基底打开时是线性形状和滚动时为卷形物。可替代地，柔性基底在拉力下是线性形状，而当对基底的拉力消失时缩回到线圈形状。

在一个实施例中，在230的带式供给器的线性基底可以被布置成提供有盘绕能力235，其中一旦带子被填充有多个的敏感组件240时，带子可被卷绕成线圈状或卷形物。然后盘绕带可以被放置在装配过程的起始处，在此之后人和/或机器人可以容易地获得放置在其上的敏感元件，将它们移除后进行处理。当带子被供给用于该过程时，盘绕的布置所需的空间更少，并且在处理过程中当每个部件被移除时，带子可以被卷成可重复使用的常备带。

在实施例中，柔性基底的宽度是大致与光伏电池相同的尺寸。在一个或多个优选的布置中，除了来自传统的堆叠电池布置的几个有效处理线涉及托盘、硬币堆叠等以外，本发明提供了仅使用组件的三个带滚筒的六线处理布置，其中单个带滚筒可以被用于供给多个有效的处理线。在这种方式中，本发明的带式供给器的使用还促进了相较于传统方法的更高速度的操作。光伏电池可通过带式供给器以各种方式被承载。图2C和2D描绘了用于将光伏电池保持在带式供给器中的两种方法。在图2C所示的第一实施例中，通过线性基座215中的开口225施加真空以将光伏电池220保持在适当位置。

在图2D中所示的第二实施例中，在线性基底215上的粘合带227被用于将光伏电池320保持在适当位置。本领域普通技术人员很容易认识到任何一种方法或两中方法一起都可以被用于将光伏电池220保持在适当的位置。例如，在一个实施例中，线状基底可以使用策略性放置的开口225和策略性放置的粘合带227的组合，并且这属于本发明的精神和范围之内。在替代的实施例中，可使用各种其他材料，例如但不限于粘合垫、粘合带、胶水、PSA、将光伏电池保持在适当位置的机构或这些材料/机构的组合，以将光伏电池保持在适当的位置。

图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的处理光伏电池的方法300。如上所述的带式供给器被置于310处的优选的组装方法的起始位置。优选地，自动化设备315移除位于带式供给器上的敏感组件(或材料)，并将它们置于传送器上的预定布置中用于在320处进行处理，这对应于图1所示的元件111A。在一个或多个优选实施例中，自动化设备可堆叠两个组件，这两个组件会被牢固地安置在一起，一个在另一个上方、彼此靠近或彼此接近。然后组件准备下一阶段的处理，出于图3的示例性目的，下一阶段的处理是在330处的接收PSA处理的阶段。在330，准备组件并布置为层状形式，其具有作为层状组件的布置的组件之间的基于粘合剂的界面。该PSA步骤330可涉及压敏粘合剂的应用，当组件被置于与另一组件或材料接触时，将产生结合，其中两个部件的每一个被牢固地彼此粘着。一旦PSA步骤完成，然后电池移动到335用于UV固化，其可以包括使用紫外(UV)光(即UV固化通道)进行固化。

在340，导电环氧树脂，例如，被放置在要被处理的至少一个组件的一个或多个侧面，并且在下一个步骤塔叠组件之前安置好组件。

此后，将制备的光伏电池通过塔叠工艺350耦合在一起。在本发明的一个或多个实施例中，下一个阶段是固化步骤，其中使用烘箱、常规烘箱、对流烘箱、灯基源或热源，尽管本发明可以设想其他可能性。固化也可以通过其他方法来完成，包括但不限于UV暴露，或溶剂蒸发在空气中或在真空中，举例而言。

该层状组件然后沿着传送机被传送用于热固化，而不使用物理压力板或装置，根据本发明的一个或多个优选实施例。在360处，层状组件将从第一位置337横穿到第二位置338，其中在第二位置处，层状组件的上部将受到来自移动带的表面的压力，其中移动带与上部适应性接触。

在第一位置337，层状组件位于传送机上，其中在一个或多个优选实施例中，传送机是在其中具有多个开口的真空传送机。优选地，该真空传送机也是由在压力下提供刚性和灵活性的耐用材料构成，诸如至少部分包含金属(SST，Al等)、高温塑料、陶瓷、花岗岩等。当层状材料从第一位置移动到第二位置时，在实施例中，移动带位于传送机上方并且在层状组件的上方。在实施例中，移动带可以是位于传送机上方的惰轮带或从动带并在层状组件上方。在实施例中，该移动带不与在第一位置337的层状组件接触，但是与大约在第二位置338的层状组件接触，并且在一个或多个优选的实施例中是在接近于第二位置338一段行程的位置接触，这取决于物理布置。在360，压力源，如空气泵、真空泵，或加压的空气流被定位在靠近惰轮带或从动带的位置，并且可适应和可调节地控制来自空气源的、到达并跨越惰轮带或从动带和真空传送机的空气的流量。在一个或多个实施例中，真空泵是通过控制器控制的，其中在第二位置338和第三位置339之间存在不同压力的多个区域，举例而言。

在大约第二位置338处，在一个或多个优选实施例中，惰轮带与层状材料的上部接触。在操作中，当没有来自空气源提供的压力时，惰轮带层状材料的上表面是“无压力”接触的，从而由于所产生的摩擦力，惰轮带与层压组件以相同的速度滚动。然而，在操作中，当存在来自空气源提供的主动空气压力时，惰轮带将与层状材料的上表面“加压”接触，导致惰轮带施加压力到层压材料的上部，由此强制地将上部压到下部上。惰轮带的滚动速度将将对层状材料产生电阻作用，虽然由于产生的摩擦力，其速度可以近似类似于层状组件的速度。惰轮带将保持在无压力或与层状组件的上部加压接触，直至层状组件到达第三位置339处。用户能够基于空气源、与惰轮带的接触的长度和过程的环境条件适应地调整层状组件接受的压力的量。

在实施例中，移动带的移动是相对于固化所需的时间和压力而被控制的。类似地，真空传送机的传送的速度、移动带的操作的速度、真空传送机的材料组合物、移动带的材料组合物，和真空传送机的行进的长度和移动带在第二位置和第三位置之间的横穿取决于固化所需的温度和时间。在实施例中，移动带可以是位于传送机上方以及位于层状组件上方的惰轮带或从动带。

在第三位置339处，基于加压或无压力接触，层状材料被放置在一起。取决于过程中的层状材料，阶段360的固化时间可以基本上不同，并且也可以取决于用户在实现层状材料的完全或部分固化的兴趣。例如，在层状材料是光伏电池时，本发明的方法提供每个电池阵列大约一分钟将会是所需的固化时间的合理估计，例如如果多个阵列被平行放置，则所需的时间会稍长。

在360处固化阶段之后，将完成的层状组件从固化阶段冷却，通过主动或被动冷却和优选地通过自动化设备在370处被移除，其对应于图1所示的元件190。用于清楚起见，尽管讨论了自动化设备的使用并且在本发明的某些应用中是优选的，但是它不是必须的，因为本发明也能够在没有自动化设备的情况下操作，并且在某些布置中是部分自动化设备和部分人工交互的，没有限制。

图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的在400处的关系布置中的真空传送机420和移动带415。在实施例中，移动带可以是位于传送带之上以及位于层状组件之上的惰轮带或从动带。如图4所示，多层组件在440处在第一位置445处进入驱动布置400。多层组件位于传送机(即，真空传送机)420上并被传送至第二点455。在第二位置455处，移动带415，例如，惰轮带可以位于与多层组件的上部无压力或加压接触。在第二位置455处的可能的接触之后，多层组件继续沿真空传送机传送到第三位置465。

在图4中，真空传送机420和惰轮带415可以由相同的电动机驱动器或控制器驱动；在另一个实施例中，真空传送机420和惰轮带415被独立地驱动。在优选的布置中，真空传送机420由钢制成。在进一步优选的布置中，压力板存在于430处，其在加压气流的过程中对真空传送机320的表面上的层状组件提供额外的支持。

图5示出了根据本发明的一个或多个实施例的当处于来自诸如真空泵的真空源的压力下产生向下的压力时的500处的关系布置的真空传送机520和移动带515。在实施例中，移动带可以是位于传送机上方和层状组件上方的惰轮带或从动带。如图5所示，多层组件540在第一位置545进入驱动布置510。多层组件540位于传动机系统(即真空传动机)520上，并且被传送到555处的第二位置。在该第二位置处，惰轮带515，在该示例中，是处于来自真空泵的压力下，该真空泵产生了向下的压力，使得多层组件540的上部与惰轮带515接触。当多层组件540从第二位置555处传送时，惰轮带515向上部施加压力，并且上部被压到下部之上，该下部继续沿着真空传送机520在加强板上行进，该加强版优选地位于第二位置555和第三位置565之间的575处。可以通过改变真空泵等来调节压力。在第二位置555处接触之后，多层组件540继续沿着真空传送机被传送到第三位置565，在那里上部与惰轮带515的停止接触，并且压缩后的多层组件540处于在580的最后阶段。

在实施例中，布置500的顶部通过隧道炉590被加热，而布置500的底部可以根据过程的要求被加热、不加热或主动冷却。在这样的实施例中，可以使用温度来促进使用本发明的压力粘合过程。

在操作中，根据一个实施例，当不存在来自空气源(或真空源)所提供的空气压力，惰轮带与层状材料的上表面“无压力”接触，导致由于产生的摩擦力，惰轮带以大约类似于层状组件的速度滚动。在另一个实施例中，基于物理布置和空气源压力，惰轮带与上部是可调整地接触，使得在没有空气源的情况下不存在与上部的接触。

在一个实施例中，移动带的移动是相对于固化所需的时间和压力而被控制的。类似地，真空传送机的传送的速度、移动带的操作的速度、真空传送机的材料组合物、移动带的材料组合物，和真空传送机的行进的长度和移动带在第二位置和第三位置之间的横穿取决于固化所需的温度和时间。在实施例中，移动带可以是位于传送机上方以及位于层状组件上方的惰轮带或从动带。

如从以上描述显而易见的，本发明能够在本领域获得显著效益，而不使用重物、夹具和滚筒，或对处理的敏感组件添加额外的磨损和产生潜在损坏的其他物理装置。此外，该过程能够在处理中获得改进的生产量和速度并且进一步促进在可能对人为干预存在危险的环境中进行自动化设备的部署。

最后，应该注意的是，虽然本文中已经示出并描述了具体的实施例，但本领域普通技术人员应当理解的是，计算以实现相同目的的任何布置可以替换为所示的具体实施例。因此本申请意在覆盖本发明的实施例的任何修改或变化。因此像这样，显而易见的意图是本发明仅由权利要求及其等同物限制。

Claims (13)

1.一种柔性组件供给器源，其包括柔性基底，适合于保护和接收一个或多个光伏电池用于处理，其中所述柔性基底在打开时是线性形状并且滚动时形成卷形物。

2.根据权利要求1所述的柔性组件供给器，其中所述柔性基底在经受拉力下是线性形状，而当对所述基底的拉力消失时缩回到线圈形状。

3.根据权利要求1所述的柔性组件供给器，其中多个光伏电池在其上被粘贴。

4.根据权利要求3所述的供给器，其中粘贴的多个光伏电池是可移除地被放置在其上。

5.根据权利要求4所述的供给器，其中通过使用粘合垫、粘合带、胶水、PSA、将光伏电池保持在适当位置的机构或其组合，可移除地放置在其上的粘贴的多个光伏电池被粘贴。

6.根据权利要求3所述的供给器，其中可移除地放置在其上的粘贴的多个光伏电池是通过使用真空被粘贴。

7.根据权利要求4所述的供给器，其中粘贴的多个光伏电池被可移除地放置在所述柔性基底上用于通过自动装置移除。

8.根据权利要求4所述的供给器，其中粘贴的多个光伏电池被可移除地放置在所述柔性基底上用于手动移除。

9.根据权利要求3所述的供给器，其中所述多个光伏电池的每一个光伏电池是可保护地被粘贴在所述柔性基底上，以避免损坏和彼此接触。

10.根据权利要求2所述的供给器，其中所述柔性基底是可重复使用的。

11.根据权利要求2所述的供给器，其中所述柔性基底的宽度与所述光伏电池的尺寸大致相同。

12.根据权利要求2所述的供给器，所述柔性基底的宽度被改变以向多个有效处理线供应所述光伏电池。

13.根据权利要求2所述的供给器，其中所述柔性基底进一步包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、纸和布中的任何一个。