實現真正100%開口之太陽能鋼版印刷技術

2020-12-23 索比光伏網

摘要

服務於兩岸三地，耕耘網版與鋼版產業接近四十年的正中科技，專注於技術深根以及資源整合，服務對象遍及於半導體業、電子零組件業、觸控面板業、生物科技業以及太陽能業，數十年來對於產業合作以及研究單位共同開發案更是不餘遺力，產業創新以及專利布局，始終為客戶及產業提出解決方案，更是科技業界印刷製程的領航者，近年來持續深耕於太陽能電池片的正面電極印刷，已成功開發出28微米細柵線寬及寬高比超過0.75的完美印刷成果，此系統為一新型態鋼版印刷技術，顛覆過往傳統印刷模式，此技術需包含一鋼/網版載具、封閉式墨匣總承等機構件(取代傳統的橡膠刮刀或平板刮刀)，此系統將引領印刷製程直接推向低於30微米的新境界，未來的20微米，以及10微米的細柵線可將實現。

自從2010年起太陽能電池正式在市場上大量開始進行生產與製造，電池片導電層的成形，在製程的選擇上採用了傳統網版印刷製程將導電銀漿印刷於電池片上，主要因素在於網版印刷有著快速，低成本，高精密度等特性，適合於太陽能產線的規模化生產形式，進而在這七年間的光景，網版印刷技術不斷的精進，無論在鋼絲網的選擇上(325目/290目/360目/400目)，紗徑的演化(23微米/20微米/16微米/13微米甚至到最新穎的11微米).從材質上的演變，由一般張力的不鏽鋼材質，到高張力的不鏽鋼材質，進而轉進到鎢鋼或複合式材質，同時在印刷刮刀形態上也略有所變化，從方形橡膠刮刀轉變為具有玻璃纖維板的橡膠刮刀，這些轉變無不在於專注於獲得更高的太陽能轉換效率以及更穩定的印刷量產質量。

近年來在網版製造工藝上因細柵線寬已經演進到了極致，所謂的傳統斜張網版則因為鋼絲網編織的過程，導致網結存在於細柵線圖形的開口區域，設計線寬在小於30微米的條件下，極容易造成印刷上的虛印，以及導電銀漿塞版等情事發生，造成太陽能電池廠在大量生產時的極大困擾以及電池片的質量瑕疵，近而在國內外網版製造商的創新努力下，突破了傳統的斜張網製程，開發出張網角度為0度的網版製造工藝(業界俗稱為[無網結網版或正交網版] )，使細柵設計開口區域儘量避開縱向的鋼絲網結的幹擾，藉此將細柵線推向微細化，但從整體角度而言，這樣的工藝並非屬於一個可實現大量生產的網版製造工藝，其主要的因素來自於，每張網版所呈現的圖檔狀態不一致，以及每一片細柵線必須精準地依照相對應之網紗狀態來進行刻劃，如此一來，規模性的網版製造以及穩定的轉換效率提升及網版壽命將成為這類型網版普及化的最大課題。

反觀，刮刀的演變，其印刷的模式並無明顯的改變，其傳統印刷的程序仍維持在將大量的導電銀漿於印刷初期塗抹於網版的刮刀面側，並藉由回墨刀等機構，將其導電銀漿均勻的刮平於網版上做為後續刮刀加壓於網版上時，可順利的將表面的導電銀漿轉移到被印物(太陽能矽晶圓)上，持續往復此循環，做為連續式印刷程序◦

傳統刮刀印刷程序其導電銀漿的轉移機制，細分為三個步驟: 分別為一、滾動態(Rolling)，其功能在於提供一導電銀漿向下的移動方向，使銀漿可順利的通過鋼絲網布以及乳劑層，此導電銀漿滾動的能力與印刷的角度成反比，舉例說明: 印刷角度70 其滾動效果優於印刷較度80 ; 與離版間距成正比，舉例說明: 離版間距越大其導電銀漿可被帶動的旋轉滾動的程度則越大. 明顯的，導電銀漿在印刷過程中滾動能力將直接影響細柵線高度的均勻性以及斷線率◦

二、穿越態(Through)，其功能需考慮到導電銀漿的流動特性及網版的總厚度(網紗厚度 + 乳劑層厚度)，在適當的乳劑層厚度條件下，搭配適當的導電銀漿流動性，則可有效的將開口區的空間填滿導電銀漿，而此導電銀漿的成型將可獲得較佳的細柵線的寬高比例，反之若導電銀漿的流動性不足以通過總網版厚度，即會產生斷柵或高度偏低等不良現像的發生◦

三、分離態(Separate)，其功能在越細的細柵線寬的條件下，此問題越趨嚴重，其功能在於如何讓已被順利通過網版總厚度並順利填滿開口區之導電銀漿順利的在網版回彈時分離，而不會被網版的網結結構以及乳劑的斷面外型所影響，另外太陽能矽晶圓的表面粗糙度也影響其導電銀漿分離的好壞，當太陽能矽晶圓表面粗糙度高時，其導電銀漿被從網版上轉移下來的程度較高，也就是說，其太陽能矽晶圓表面粗糙度高者所經過印刷成型後的細柵線高度會優於粗度度低者。

由上述可清楚得知，傳統印刷工藝的程序，其導電銀漿需大面積的暴露在網版的表面，故在印刷過程中，其導電銀漿的溶劑會持續的揮發，導致導電銀漿黏度上的持續改變，新漿料與舊漿料其印刷特性將有明顯差異，同時在傳統型具玻璃纖維板的橡膠刮刀因製程條件參數的不相同(如:印刷壓力、離版間距、印刷速度等)以及橡膠耐溶劑的變動時間都將直接影響其印刷導電銀漿的透墨程度，進而影響印刷質量◦

圖一 太陽能正銀印刷網/鋼版發展趨勢圖

表一 傳統網紗技術 與 市售正交網版(0度張網)技術之比較表

表二 鋼版工藝技術比較表

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