太陽能電池片科普系列——絲網印刷篇

太陽能電池片科普系列——絲網印刷篇

光伏電池組件  來源:北極星太陽能光伏網（獨家）

  作者:陳雪松  

2017/11/29 12:07:07  我要投稿  

北極星太陽能光伏網訊:太陽能電池片科普系列——絲網印刷篇

絲網印刷是太陽能電池片製造生產過程中的核心地帶，之所說是核心地帶並不是說它是電池片生產工藝的核心，而是工藝管理的核心，絲網印刷工序匯集了整條電池片生產線大約一半的工藝人員，足見其深厚的核心地位，一般來說，絲網印刷是整個電池片生產的領頭羊、帶頭人，不論是工藝提升，還是工藝驗證，都是先經由絲網傳達並安排實施。一方面是因為電池片在生產過程中，並不適合在各大工序後驗證（長時間留存電池片效率下降，驗證方法沒有具體的量化標準），因此效率測試自然而然的落到了絲網工序之後，絲網工藝人員也自然而然的肩負起了排查效率的擔子，另一方面，絲網工序產線較長，涉及到好幾次印刷、燒結，因此對於工藝人員的需求較多。不得不說去絲網工序一定要守規矩哦，不是絲網工序有多危險，而是領導一般都先出現在絲網。

絲網印刷工藝並不是光伏行業獨有的工藝方式，其在很多領域都有應用，電池片生產引入絲網印刷，極大的降低了絲網印刷的成本，銀漿使用量，銀漿是電池片生產過程中最貴的輔料之一，而電池片生產用銀漿又與傳統銀漿有較大的性能差別，技術壟斷，導致導電銀漿價格一直居高不下，絲網印刷由於其較高的可控性，極大的降低了銀漿的消耗量，目前，各大廠商對於導電銀漿的使用量都能夠做到精細化預估，每百萬片電池片所消耗銀漿量差值不會超過太多。（小編幹這行時，曾經遇到過工人每天刮一點將銀帶回家，每天一點，後來還是被逮到了，因為工藝成熟了，不像是好多年前工藝不穩定，銀漿消耗量忽大忽小。）

一、絲網印刷原理

在光伏行業,絲網印刷主要應用於電池的電極成形，利用絲網圖形部分網孔透漿料，非圖文部分網孔不透漿料的基本原理進行印刷。印刷時在絲網一端倒入漿料，用刮刀在絲網的漿料部位施加一定壓力，同時朝絲網另一端移動。漿料在移動中被刮板從圖形部分的網孔中擠壓到基片上。印刷過程中刮板始終與絲網印版和承印物呈線接觸，接觸線隨刮刀移動而移動，而絲網其它部分與承印物為脫離狀態，保證了印刷尺寸精度和避免蹭髒承印物。當刮板刮過整個印刷區域後抬起，同時絲網也脫離基片，並通過回墨刀將漿料輕刮回初始位置，工作檯返回到上料位置，至此為完整的一個印刷行程。

 

二、絲網印刷流程

三、銀電極

銀電極的主要作用是輸出電流。與電池PN結兩端形成歐姆接觸，P型區接觸的電極為電流輸出的正極，N型區接觸的電極是電流輸出的負極。正面電極由兩部分構成，主柵線和副柵線，主柵線直接連接電池外部引線，是比較粗的部分，副柵線起到電流收集並傳遞到主線的作用，是比較細的部分，製作成窄細的柵線狀以克服擴散層的電阻。值得注意的是，電極樣式，如電極的形狀、寬度和密度等，對於太陽電池轉換效率影響較大。在電極材料的選擇上需要能與矽形成牢固的接觸——歐姆接觸、接觸電阻小；有優良的導電性；純度適當；化學穩定性好。銀的特徵氧化數為+1，其化學活動性比銅差，常溫甚至加熱也不與水和空氣中的氧發生反應，同時具有良好的柔韌性和延展性，是導電性和導熱性最好的金屬材料之一。電池片為了提升效率，正面電極要儘量減少遮光面積，就對電極材料的導電性能有了一定的要求，銀作為電極具有耐高溫燒結、良好的導電性能及附著力，綜合考慮貴金屬成本和可獲取性因素，銀是比較適合作為太陽能電池電極材料的。

因為先前的減反射膜已經形成正面的電性絕緣，所以銀漿一般摻有含鉛的硼酸玻璃粉（PbO-B2O3-SiO glass  frit），在高溫燒結時玻璃粉硼酸成分與氮化矽反應並刻蝕穿透氮化矽薄膜，此時銀可以滲入其下方並與矽形成此種局部區域性的電性接觸，鉛的作用是銀-鉛-矽共熔而降低銀的熔點。

漿料可能造成的安全隱患及急救措施，眼部接觸漿料會導致發紅及疼痛；皮膚長期直接接觸漿料會導致皮膚水分散失，同時有可能導致皮炎；漿料吸入可刺激呼吸系統，可能導致頭暈或者頭痛，從而引發行動遲緩或其他相應症狀；不慎食入少量（不會致癌），漿料本身僅具有輕微毒性，但若不慎進入肺部，則可能引發肺損傷，甚至死亡。

四、鋁背場

鋁在空氣中其表面會形成一層緻密的氧化膜，使之不能與氧、水繼續作用。鋁背場是將印刷沉積好的矽片放進峰值溫度超過577℃（鋁矽合金共熔溫度）的鏈式燒結爐裡進行燒結，當溫度升到共晶溫度577℃時，在交界面處，鋁原子和矽原子相互擴散，隨著時間的增加和溫度的升高，矽鋁熔化速度加快，最後整個界面變成鋁矽熔體，在交界面處形成組成為11.3％矽原子和88.7％鋁原子的熔液。

鋁作為背電場能夠阻擋電子的移動，減小了表面的複合率，有利於載流子的吸收；減少光穿透矽片,增強對長波的吸收；Al吸雜，形成重摻雜，提高少子壽命；鋁的導電性能良好，金屬電阻小，而且鋁的熔點相對其他的合適金屬來說熔點低，有利於燒結；在燒結時p-type的鋁摻雜滲入形成使原本摻雜硼的p-type  Si形成一層數微米厚的p+-type  Si作為背場，以降低背表面複合速度來提高電池的開路電壓Voc；因為矽片吸收係數差，當厚度變薄時襯底對入射光的吸收減少，此時背場的存在對可以抵達矽片深度較深的長波長光吸收有幫助，所以短路電流密度Jsc的影響就更明顯；p和p+的能階差也可以提升Voc，p+可以形成低電阻的歐姆接觸所以填充因子FF也可改善。

五、絲網工序常見事項

1、第一道背面銀電極，第二道背面鋁背場的印刷和烘乾，主要監控印刷後的溼重；第三道正面銀電極的印刷，主要監控印刷後的溼重和次柵線的寬度。第二道道溼重過大，一方面浪費漿料，同時還會導致其不能在進高溫區之前充分乾燥，甚至不能將其中的所有有機物趕出從而不能將整個鋁漿層轉變為金屬鋁，另外溼重過大可能造成燒結後電池片弓片。溼重過小，所有鋁漿均會在後續的燒結過程中與矽形成熔融區域而被消耗，而該合金區域無論從橫向電導率還是從可焊性方面均不適合於作為背面金屬接觸，另外還有可能出現鼓包等外觀不良。第三道道柵線寬度過大，會使電池片受光面積較少，效率下降；

2、隱裂片：保持電池片背面和印刷臺面平整，注意各道印刷臺面和網版內不要有碎片等大的異物，必要時更換臺面紙，清洗網版並處理混有異物的漿料；

3、粘片：按照形式來分可以分為連續的粘片和非連續的粘片。對於連續的粘片，往往是由於印刷參數設置不合理導致的，主要有snap-off設置太低，或者網版的PARK位置太低，印刷壓力過大等原因，有時臺面真空不足也會造成此類問題，也有些情況下如果漿料的粘度過大也會造成粘片，特別是對於攪拌不足的漿料尤其容易發生粘片；對於非連續粘片，一般是正對某個臺面的問題，一般可能是由於臺面紙透氣性比較差，或者某個臺面的真空有問題；

4、結點和斷線：發生在3道，一般是由於漿料在網版內停留時間較長，漿料變幹，聚集成大的顆粒，或者漿料內有大的異物，刮條經過時，大顆粒將網孔撐大，該部位印刷的漿料比其他部位多，形成所謂結點，而嚴重時這些顆粒或異物會堵塞網孔，漿料無法透過，造成斷柵。一般用無塵布蘸取松油醇擦拭網版。頻繁出現時需要檢查漿料粘度是否過大，若漿料正常，則需更改相關工藝參數以解決，必要時清洗或更換網版。

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