晶體硅太陽(yáng)電池的絲網(wǎng)印刷技術(shù)及質(zhì)量控制

陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ■ 邱燕

0 引言

太陽(yáng)電池，又稱光伏器件，是一種利用光生伏特效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿钠骷翘?yáng)能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)和核心。現(xiàn)今，太陽(yáng)電池制造業(yè)面臨兩大問題，一是如何設(shè)法提高太陽(yáng)電池功率進(jìn)而增加單位面積發(fā)電量；二是在不增加投資的前提下通過現(xiàn)有工藝提高生產(chǎn)力[1]。絲網(wǎng)印刷是進(jìn)行金屬化的優(yōu)化工藝，其制作太陽(yáng)電池板的背、正電極和背電場(chǎng)的生產(chǎn)工藝日趨成熟，成為當(dāng)今太陽(yáng)電池制作的主流加工方式[2]。

1 太陽(yáng)電池絲網(wǎng)印刷

1.1 絲印在太陽(yáng)電池生產(chǎn)工序中的位置

圖1 絲網(wǎng)印刷技術(shù)在硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)流程中的工序

圖1為晶體硅太陽(yáng)電池生產(chǎn)的主要工序流程，包括印刷背電極、鋁背場(chǎng)、正電極。絲網(wǎng)印刷質(zhì)量會(huì)直接影響到電池片的外觀和電性能的優(yōu)劣，因此是太陽(yáng)電池生產(chǎn)流程中的一道重要工藝程序。

通過絲網(wǎng)印刷的方法，將具有高度化學(xué)活性的金屬漿料印刷到硅片上，通過烘干使金屬漿料固化，再通過高溫快速燒結(jié)，在活性物質(zhì)的幫助下，金屬與硅片表面形成合金層，從而形成良好的接觸及鋁背場(chǎng)。

1.2 絲網(wǎng)印刷技術(shù)

目前常采用的絲網(wǎng)印刷技術(shù)工藝是通過刮條擠壓絲網(wǎng)彈性形變后將漿料漏印在所需印刷的材料上，圖2為絲印技術(shù)的原理圖。利用絲網(wǎng)印刷，將含有金屬的導(dǎo)電漿料透過絲網(wǎng)網(wǎng)孔壓印在硅片上形成電路或電極，將光生電子導(dǎo)出電池。把金屬漿料印在已形成p-n結(jié)的多晶硅硅片上，分別印刷背面銀鋁漿，形成背電極，有利于組件的焊接。第二道印刷鋁漿進(jìn)行重?fù)诫s，形成p+層。鋁背場(chǎng)減少載流子復(fù)合，收集正電荷，增大開壓。第三道印刷銀漿，有利于電荷的收集，形成上電極。

圖2 絲網(wǎng)印刷技術(shù)原理示意圖

在電池片的反面(即未鍍膜面)用銀漿(或銀鋁漿)印刷背電極作為電池片的電極。背電場(chǎng)的作用體現(xiàn)在：Al為p型雜質(zhì)，燒結(jié)后可在背面擴(kuò)散形成p+層，從而形成p+p結(jié)，阻止電子向背面運(yùn)動(dòng)。工業(yè)化生產(chǎn)中所使用的背電場(chǎng)漿料主要是鋁漿。圖3為背電極網(wǎng)版和印刷背電極的硅片。

圖3 背電極網(wǎng)版和印刷背電極的硅片

背電極印刷對(duì)漿料的要求主要有：背電極為電池的物理正極，要求有好的焊接性能；背電極漿料一般為Ag漿或Ag/Al漿，其成本較低，可達(dá)到較好的焊接性能。

在太陽(yáng)電池片有減反射膜的面及電池正面同時(shí)用銀漿料印刷一排間隔均勻的細(xì)柵線和主電極。正面電極實(shí)際是電池的物理負(fù)極，柵線起到收集電流的作用，太陽(yáng)電池追求的最終目標(biāo)就是正電極的高而細(xì)；主柵不但承擔(dān)著收集電流的作用，還需具備良好的焊接性。工業(yè)化生產(chǎn)中正面電極所需漿料主要為銀漿。圖4為正電極網(wǎng)版和印刷正電極的硅片。

圖4 正電極網(wǎng)版和印刷正電極的硅片

1.3 絲印質(zhì)量控制

工業(yè)化生產(chǎn)過程中，為了保證電池片印刷的質(zhì)量和穩(wěn)定，必須對(duì)電池片抽測(cè)印刷重量、檢查圖形印刷的完整性。主要檢查以下幾個(gè)方面：背電極印刷圖案是否完好、線條流暢、無(wú)漏漿、無(wú)偏移、無(wú)崩邊等現(xiàn)象；背電場(chǎng)印刷圖案是否完好，有無(wú)漏漿、偏移、崩邊、缺失、漏硅和脫落、鋁苞、鋁珠、鋁刺等現(xiàn)象；正面電極印刷圖案是否完好，有無(wú)毛邊、偏移、崩邊、斷線、虛印、細(xì)柵線加粗、主電極缺失、正電極翹曲等現(xiàn)象；對(duì)各道印刷重量檢測(cè)[3]。

1.4 絲印常見問題的產(chǎn)生原因及解決方案

1)漏漿，其常見原因是網(wǎng)版有破洞。此時(shí)應(yīng)及時(shí)查看網(wǎng)版漏漿處的大小，若網(wǎng)版上的破洞不大，可嘗試在網(wǎng)版漏漿位置用膠帶黏住，試做一片，看是否仍然漏漿，如果仍漏，可繼續(xù)修補(bǔ)再試；如若不漏，則可繼續(xù)使用。若漏洞太大無(wú)法修補(bǔ)，則需及時(shí)更換新網(wǎng)版。

2)虛印，其直觀現(xiàn)象是漿料周邊毛糙，不平直。常見原因多為印刷參數(shù)設(shè)置不佳、印刷刮條不平，或是網(wǎng)版使用的時(shí)間太久而產(chǎn)生虛印、臺(tái)面不平。此種問題的常見解決方案為：觀測(cè)印刷后，網(wǎng)版用刮條刮拭是否干凈，可適當(dāng)增大絲網(wǎng)間距，以增強(qiáng)印刷壓力，如若仍出現(xiàn)虛印，則需更換刮條。若因網(wǎng)版使用時(shí)間長(zhǎng)而產(chǎn)生的虛印，則需更換新網(wǎng)版。

3)堵網(wǎng)，其產(chǎn)生的主要原因在于有干的漿料或碎片將本該漏印漿料的地方堵塞，可用抹布蘸拭酒精擦干凈堵網(wǎng)的位置。

4)彎曲，主要是由于硅片自身太薄、硅片的背電場(chǎng)鋁漿印不均勻或太厚[3]，可適當(dāng)調(diào)整絲印參數(shù)，如減小絲印間距、加大印刷壓力、加大刮刀高度、減小印刷速度等。

5)粘版，即硅片印完后不是停留在印刷臺(tái)面上，而是被粘到網(wǎng)版上[3]。其產(chǎn)生原因有：絲網(wǎng)間距太小、印刷刮條不平、過多的漿料從絲網(wǎng)處漏過或是印刷時(shí)停留時(shí)間過久、網(wǎng)版張力有所下降、臺(tái)面吸力不夠等。常見的解決方案有：加大絲網(wǎng)間距和印刷壓力，或更換刮條、更換印刷臺(tái)面紙張，或更換新網(wǎng)版。

6)斷線，主要是有東西粘在網(wǎng)版上造成堵網(wǎng)。諸如此類問題可用干凈的布擦拭網(wǎng)版，或干凈布蘸拭松油醇擦拭網(wǎng)版后，再用干凈的布擦拭網(wǎng)版即可。

7)節(jié)點(diǎn)，即網(wǎng)版細(xì)柵線上的粗點(diǎn)。主要是因?yàn)榧?xì)柵線上有一個(gè)小洞漏漿或刮條不平整造成。該問題的解決方法主要靠調(diào)整印刷參數(shù)或更換臺(tái)面紙。

8)印刷圖形偏移，主要是因?yàn)橛∷?shù)設(shè)置不正確、印刷臺(tái)面不清潔而導(dǎo)致攝像頭對(duì)印刷硅片位置校正錯(cuò)誤等。

9)隱裂或碎片，主要問題在于吸片器、臺(tái)面上有碎屑物或臺(tái)面不平整、網(wǎng)版上粘有碎片或其他原因(總體而言，該問題的產(chǎn)生原因較多)。遇到此類問題，應(yīng)及時(shí)清理臺(tái)面碎屑，調(diào)整參數(shù)；升高刮刀高度，減小壓力，將臺(tái)面擦拭干凈，更換新紙。

10)電極脫落，主要是因?yàn)橛∷⒒蚝娓伞Y(jié)點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生的問題。

2 結(jié)語(yǔ)

晶體硅太陽(yáng)電池絲網(wǎng)印刷是一項(xiàng)用于積淀金屬線和其他應(yīng)用的技術(shù)，具有很大的成本效益，且工業(yè)化生產(chǎn)中已進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展。現(xiàn)有的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)具有高度自動(dòng)化、極高的產(chǎn)量和處理超薄硅片的能力[4]。該技術(shù)可有效地提高電池效率并降低太陽(yáng)能電力的每瓦成本。

[1] Darren Brown. 絲網(wǎng)印刷在太陽(yáng)能電池制造中的挑戰(zhàn)[J]. 集成電路應(yīng)用，2009，8： 38－40.

[2] 魏真. 太陽(yáng)能電池板印刷對(duì)絲網(wǎng)印版的要求[J]. 印刷雜志，2011，7： 57.

[3] 陳功兵. 絲網(wǎng)印刷工藝概述[EB/OL]. http：//wenku.baidu.com，2012-11-16.

[4] 應(yīng)用材料(中國(guó))有限公司. 晶體硅太陽(yáng)能電池的絲網(wǎng)印刷技術(shù)[J]. 中國(guó)集成電路，2010，7： 72.