太陽能電池片科普系列——絲網(wǎng)印刷篇

:太陽能電池片科普系列——絲網(wǎng)印刷篇

絲網(wǎng)印刷是太陽能電池片制造生產(chǎn)過程中的核心地帶，之所說是核心地帶并不是說它是電池片生產(chǎn)工藝的核心，而是工藝管理的核心，絲網(wǎng)印刷工序匯集了整條電池片生產(chǎn)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(wǎng)印刷是整個電池片生產(chǎn)的領(lǐng)頭羊、帶頭人，不論是工藝提升，還是工藝驗證，都是先經(jīng)由絲網(wǎng)傳達并安排實施。一方面是因為電池片在生產(chǎn)過程中，并不適合在各大工序后驗證（長時間留存電池片效率下降，驗證方法沒有具體的量化標(biāo)準(zhǔn)），因此效率測試自然而然的落到了絲網(wǎng)工序之后，絲網(wǎng)工藝人員也自然而然的肩負(fù)起了排查效率的擔(dān)子，另一方面，絲網(wǎng)工序產(chǎn)線較長，涉及到好幾次印刷、燒結(jié)，因此對于工藝人員的需求較多。不得不說去絲網(wǎng)工序一定要守規(guī)矩哦，不是絲網(wǎng)工序有多危險，而是領(lǐng)導(dǎo)一般都先出現(xiàn)在絲網(wǎng)。

絲網(wǎng)印刷工藝并不是光伏行業(yè)獨有的工藝方式，其在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，電池片生產(chǎn)引入絲網(wǎng)印刷，極大的降低了絲網(wǎng)印刷的成本，銀漿使用量，銀漿是電池片生產(chǎn)過程中最貴的輔料之一，而電池片生產(chǎn)用銀漿又與傳統(tǒng)銀漿有較大的性能差別，技術(shù)壟斷，導(dǎo)致導(dǎo)電銀漿價格一直居高不下，絲網(wǎng)印刷由于其較高的可控性，極大的降低了銀漿的消耗量，目前，各大廠商對于導(dǎo)電銀漿的使用量都能夠做到精細化預(yù)估，每百萬片電池片所消耗銀漿量差值不會超過太多。（小編干這行時，曾經(jīng)遇到過工人每天刮一點將銀帶回家，每天一點，后來還是被逮到了，因為工藝成熟了，不像是好多年前工藝不穩(wěn)定，銀漿消耗量忽大忽小。）

一、絲網(wǎng)印刷原理

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

二、絲網(wǎng)印刷流程

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三、銀電極

銀電極的主要作用是輸出電流。與電池PN結(jié)兩端形成歐姆接觸，P型區(qū)接觸的電極為電流輸出的正極，N型區(qū)接觸的電極是電流輸出的負(fù)極。正面電極由兩部分構(gòu)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并傳遞到主線的作用，是比較細的部分，制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，對于太陽電池轉(zhuǎn)換效率影響較大。在電極材料的選擇上需要能與硅形成牢固的接觸——歐姆接觸、接觸電阻小；有優(yōu)良的導(dǎo)電性；純度適當(dāng)；化學(xué)穩(wěn)定性好。銀的特征氧化數(shù)為+1，其化學(xué)活動性比銅差，常溫甚至加熱也不與水和空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)，同時具有良好的柔韌性和延展性，是導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性最好的金屬材料之一。電池片為了提升效率，正面電極要盡量減少遮光面積，就對電極材料的導(dǎo)電性能有了一定的要求，銀作為電極具有耐高溫?zé)Y(jié)、良好的導(dǎo)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(jīng)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?zé)Y(jié)時玻璃粉硼酸成分與氮化硅反應(yīng)并刻蝕穿透氮化硅薄膜，此時銀可以滲入其下方并與硅形成此種局部區(qū)域性的電性接觸，鉛的作用是銀-鉛-硅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(dǎo)致發(fā)紅及疼痛；皮膚長期直接接觸漿料會導(dǎo)致皮膚水分散失，同時有可能導(dǎo)致皮炎；漿料吸入可刺激呼吸系統(tǒng)，可能導(dǎo)致頭暈或者頭痛，從而引發(fā)行動遲緩或其他相應(yīng)癥狀；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(fā)肺損傷，甚至死亡。

四、鋁背場

鋁在空氣中其表面會形成一層致密的氧化膜，使之不能與氧、水繼續(xù)作用。鋁背場是將印刷沉積好的硅片放進峰值溫度超過577℃（鋁硅合金共熔溫度）的鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐里進行燒結(jié)，當(dāng)溫度升到共晶溫度577℃時，在交界面處，鋁原子和硅原子相互擴散，隨著時間的增加和溫度的升高，硅鋁熔化速度加快，最后整個界面變成鋁硅熔體，在交界面處形成組成為11.3％硅原子和88.7％鋁原子的熔液。

鋁作為背電場能夠阻擋電子的移動，減小了表面的復(fù)合率，有利于載流子的吸收；減少光穿透硅片,增強對長波的吸收；Al吸雜，形成重?fù)诫s，提高少子壽命；鋁的導(dǎo)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，有利于燒結(jié)；在燒結(jié)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(shù)微米厚的p+-type Si作為背場，以降低背表面復(fù)合速度來提高電池的開路電壓Voc；因為硅片吸收系數(shù)差，當(dāng)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硅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(wǎng)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干，主要監(jiān)控印刷后的濕重；第三道正面銀電極的印刷，主要監(jiān)控印刷后的濕重和次柵線的寬度。第二道道濕重過大，一方面浪費漿料，同時還會導(dǎo)致其不能在進高溫區(qū)之前充分干燥，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(zhuǎn)變?yōu)榻饘黉X，另外濕重過大可能造成燒結(jié)后電池片弓片。濕重過小，所有鋁漿均會在后續(xù)的燒結(jié)過程中與硅形成熔融區(qū)域而被消耗，而該合金區(qū)域無論從橫向電導(dǎo)率還是從可焊性方面均不適合于作為背面金屬接觸，另外還有可能出現(xiàn)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(wǎng)版內(nèi)不要有碎片等大的異物，必要時更換臺面紙，清洗網(wǎng)版并處理混有異物的漿料；

3、粘片：按照形式來分可以分為連續(xù)的粘片和非連續(xù)的粘片。對于連續(xù)的粘片，往往是由于印刷參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致的，主要有snap-off設(shè)置太低，或者網(wǎng)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，特別是對于攪拌不足的漿料尤其容易發(fā)生粘片；對于非連續(xù)粘片，一般是正對某個臺面的問題，一般可能是由于臺面紙透氣性比較差，或者某個臺面的真空有問題；

4、結(jié)點和斷線：發(fā)生在3道，一般是由于漿料在網(wǎng)版內(nèi)停留時間較長，漿料變干，聚集成大的顆粒，或者漿料內(nèi)有大的異物，刮條經(jīng)過時，大顆粒將網(wǎng)孔撐大，該部位印刷的漿料比其他部位多，形成所謂結(jié)點，而嚴(yán)重時這些顆?；虍愇飼氯W(wǎng)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(wǎng)版。頻繁出現(xiàn)時需要檢查漿料粘度是否過大，若漿料正常，則需更改相關(guān)工藝參數(shù)以解決，必要時清洗或更換網(wǎng)版。

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