一种柔性薄膜太阳能电池精密横切刀和切割方法[0002]近年来，随着便携式用品需求增加，对柔性轻质薄膜太阳能电池的需求与日俱增。柔性薄膜太阳能电池通常采用卷对卷工艺生产，在生产过程中需要对成卷的柔性薄膜太阳能电池先进行纵向分切，然后再进行横切。采用刀具直接横切柔性薄膜太阳能电池时，会造成柔性薄膜太阳能电池短路。[0003]在切割时，上刀锋接触柔性薄膜太阳能电池上表面TCO (透明导电氧化物)材料，下刀锋接触衬底下表面(如图2和图3所示)。随着刀刃嵌入深度增加，TCO材料首先发生破碎，半导体基体也随即发生破碎，上刀刃刺穿半导体基体并与衬底发生作用，衬底变形形成塌边区致使上刀刃与之发生相对侧滑。如图3所示，TCO材料和半导体基体受上刀刃与衬底共同挤压出现由破碎到粉碎的过程，粉碎的导电物质被刀刃抹在塌边区表面及其裂缝内，造成上刀刃左侧电池短路。当上下刀刃嵌入衬底若干深度后，衬底材料达到屈服强度撕断，撕断过程导致刀锋左侧断口毛刺向下，刀刃右侧断口毛刺向上，图3中，刀刃左侧的塌边区、切断区、撕裂区、撕裂角、毛刺高度分别用Al、B1、Cl、Dl和Hl表示，刀刃右侧则分别用 A2、B2、C2、D2 和 H2 表示。[0004]为了阻止切割时出现上述柔性薄膜太阳能电池短路和效率衰退，国际上已经有些切割方法试图解决这一问题。例如，US 5637537提出，在柔性薄膜太阳能电池的TCO表面需要切割位置处覆盖一层保护层，然后进行模切。切割时柔性薄膜太阳能电池背面朝上，刀具从柔性薄膜太阳能电池背面切入，模切成所需尺寸的柔性薄膜电池片。所覆盖的保护层材料可以是纸、聚合物薄膜等，且保护层厚度要大于10微米，才能有效阻止切割时产生的短路。US 4704369提出，在薄膜太阳能电池的TCO层表面需要切割位置处覆盖或镀一层具有粘性的保护层，然后进行模切，切割时柔性薄膜电池正面朝上，刀刃从有粘性的保护层处切入，模切成所需尺寸的柔性薄膜电池。所覆盖或镀的保护层材料是聚合物等，保护层厚度也要大于10微米，才能有效阻止切割时产生的短路。尽管如此，仍不能做到无短路横切柔性薄膜太阳能电池，目前仍无可靠的柔性薄膜太阳能电池横切刀和横切方法。
[0005]针对现有技术中横切刀和切割方法不能做到无短路横切柔性薄膜太阳能电池，造成柔性薄膜太阳能电池短路和效率衰减的问题，本发明提供一种无短路分切柔性薄膜太阳能电池的精密横切刀和切割方法，具有兼容性强的优点，非晶硅薄膜太阳能电池和化合物薄膜太阳能电池均可以切割，且结构简单、操作方便、容易维护、节能环保。[0006]一种柔性薄膜太阳能电池精密横切刀，包括上刀和上刀座、下刀和下刀座、基座、展平台、驱动装置、定位导向杆、螺旋测微器、废料收集盒、吸尘器连接管头。所述的上刀向下运动，以点接触方式与下刀的刃口形成剪切式切割的上刀刃口。[0007]其中，上刀为斜刃横切刀，刃口的横截面为“V”字形，倾斜角度优选为1.5°~2.5°之间。俯视看，两把下刀围起“I I”形的狭缝，狭缝的边缘为下刀刃口，刃口为平直线，狭缝所述的间距可施用螺旋测微器精确微调。切割时，上刀和下刀刃口的侧间隙是柔性薄膜太阳能电池厚度的0.3~0.7倍之间，切割速度在4~25m/min之间。
[0008]其中，所述的上刀安装在上刀座上，上刀座是一个“工”字状构件，该构件与驱动装置相连接。所述的驱动装置可以是伺服电机、气缸、电磁阀等。
[0009]其中，所述的下刀安装在下刀座上，下刀座由两个完全相同尺寸的长方体组成，两把下刀别安装在两个长方体下刀座的侧面上，然后把下刀座安装在基座上。下刀的刃口、下刀座的上表面与展平台的上表面处在同一个平面内，展平台可以由木头、塑料、橡胶、岩石和金属材料等做成，可以根据实际需要做成空心腔体或实心体。
[0010]其中，上刀安装有定位导向杆，能精确控制上刀的位置和运动方向。
[0011]本发明还提供一种使用柔性薄膜太阳能电池精密横切刀的切割方法。切割时，待横切的柔性薄膜太阳能电池衬底朝上进给到上刀和下刀之间，当进给到预定长度时，停止进给，柔性薄膜太阳能电池展平在展平台上，吸尘器工作，然后驱动器驱动上刀向下运动，上刀和下刀刃口以点接触式形成剪切式切割，切割产生的碎屑被吸尘器吸走，废料从狭缝进入到废料收集盒内，成品进入下一道工序，驱动器驱动上刀向上运动到一定位置静止，等待下次横切。
[0012]其中，柔性薄膜太阳能电池必须被展平在展平台上，在吸尘器开始工作后，上刀才能向下运动进行横切。柔性薄膜·太阳能电池被展平在展平台上的方法可以是真空吸附、风压展平，也可以是磁力吸附(衬底应该能被磁力吸附)和压板展平等。使用压板展平法时必须把薄膜太阳能电池平稳压平在展平台上，必须让压板和展平台与电池有接触的表面都有弹性保护层，防止压平时对电池和电池表面造成损伤。
[0013]理论分析与试验表明，若柔性薄膜太阳能电池横切后，其切边平直、切边毛刺均朝向功能层膜面、毛刺大小合适时，就不会短路，因此横切柔性薄膜太阳能电池的实际生产要求为，既要保证横切后电池不短路，又要使剪切力最小以节能。根据切割理论和试验验证，模切、冲切和平刃剪都不适合柔性薄膜太阳能电池的横切。
[0014]为获得切边毛刺均朝向功能层膜面的切割效果，综合考虑各种影响因素，本发明设计了一种斜刃刀用于无短路横切柔性薄膜太阳能电池。
[0015]试验表明，横切后柔性薄膜太阳能电池短路与否，不但与毛刺朝向有关，还与切边毛刺大小有关，过大的毛刺和过小的毛刺，都会造成电池短路。毛刺的大小与上下刀刃侧间隙和切割速度有关。经过试验发现，上下刀刃侧间隙s与柔性薄膜太阳能电池厚度A的关系满足:
S = (0.3-OJjft( I )
切割速度满足:
r = 4^25 m/min( 2 )
时，再及时清除切割时产生的碎屑，横切后的柔性薄膜太阳能电池就不会发生短路。[0016]为达到横切柔性薄膜太阳能电池时剪切阻力最小，以实现节能要求，有必要进行剪切力计算和实验验证。因为所要横切的柔性薄膜太阳能电池厚度只有数十微米，因此可以归类为薄板剪切，计算剪切力时使用B.B.诺萨里公式: