晶體硅太陽電池的絲網(wǎng)印刷技術(shù)及質(zhì)量控制

李林菲

【摘 要】晶體硅太陽電池是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的太陽電池。太陽電池連接工藝的關(guān)鍵技術(shù)在于硅芯片基板的金屬化制造，該技術(shù)是一種精密的印刷技術(shù)，其工藝直接影響電池能量的轉(zhuǎn)換效率，主要應(yīng)用于太陽電池的工業(yè)化大生產(chǎn)，是第三代太陽電池生產(chǎn)商的首要工藝。以晶體硅太陽電池的生產(chǎn)流程為基礎(chǔ)，主要從提高電池轉(zhuǎn)換效率和降低生產(chǎn)成本出發(fā)，介紹了晶體硅太陽電池制造技術(shù)的最新進(jìn)展和成果。

【關(guān)鍵詞】晶體硅太陽電池制備工藝最新進(jìn)展

1.絲網(wǎng)印刷技術(shù)概述

絲網(wǎng)印刷技術(shù)主要是指經(jīng)刮條擠壓絲網(wǎng)彈性形變，于需要進(jìn)行印刷的材料上對漿料漏印，作為良好的印刷方式，成為當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的電池工藝。通過實(shí)施絲網(wǎng)印刷的舉措，把存在金屬的導(dǎo)電漿料經(jīng)絲網(wǎng)網(wǎng)孔于硅片上展開壓印，進(jìn)而產(chǎn)生電極或電路，最后把光生電子從電池內(nèi)導(dǎo)出。將金屬漿料印于已產(chǎn)生p-n結(jié)的多晶硅硅片上面，實(shí)施背面銀鋁漿印刷以后產(chǎn)生了背電極，進(jìn)而利于組件的焊接。實(shí)施第二道印刷鋁漿，形成重?fù)诫s獲得P+層，由于鋁背場將載流子復(fù)合有效減少或者削弱，增加對正電荷的收集進(jìn)而提升開壓。實(shí)施第三道印刷銀漿，主要目的為促進(jìn)對電子的吸收產(chǎn)生上電極。于電池的反面采用銀漿印刷背電極獲得電池片的背電極。對背電極印刷提出的有關(guān)的漿料要求包含以下幾方面：背電極是電池的物理正極，必需具備較強(qiáng)的焊接性能。并且采取的背電極漿料，通常應(yīng)用Ag漿，也可應(yīng)用Ag/A1漿，應(yīng)用的優(yōu)勢為一方面具有較低的成本，另一方面焊接性能較強(qiáng)。其中背電場的功晶體硅太陽能電池的絲網(wǎng)印刷技術(shù)，A1是一種P型雜質(zhì)，在燒結(jié)完畢以后能夠于背面擴(kuò)散產(chǎn)生P+層，利于構(gòu)建起P+P結(jié)，進(jìn)而有效抑制電子向背面運(yùn)動，在進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)期間，常采用的背電場漿料一般為鋁漿。于電池片的正面，采用銀漿料印刷一排間隔均勻的主電極、細(xì)線。其中電池的物理負(fù)極為正面電極，柵線的功能為對電流實(shí)施收集，正電極的發(fā)展需要將又高又細(xì)作為目標(biāo)。主柵的功能除了針對電流實(shí)施有效收集以外，其應(yīng)具備較強(qiáng)焊接性功能。通常在工業(yè)化生產(chǎn)期間，銀漿是正面電極用到的漿料。

2.太陽能電池生產(chǎn)工序中絲網(wǎng)印刷技術(shù)的應(yīng)用價值

硅太陽電池生產(chǎn)包含的工序列舉如下：硅片、前清洗、擴(kuò)散、后清洗、PECVD、印刷背電極（烘干）、印刷鋁背場（烘干）、印刷正面電極、燒結(jié)、測試分選。作為太陽能電池生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必不可缺少的關(guān)鍵工序內(nèi)容，絲網(wǎng)印刷的工作主要有印刷背電極、鋁背場以及正電極。印刷質(zhì)量的好壞與否，對電池片的性能包括電池片外觀等均可構(gòu)成直接的影響。因此，充分獲得較高的印刷質(zhì)量是重要的工作。經(jīng)采取絲網(wǎng)印刷形式，推動包含高度化學(xué)活性的金屬漿料于硅片上面進(jìn)行印刷，并且在徹底烘干的情況下，保持金屬漿料處于固化狀態(tài)中。采取高溫加快燒結(jié)的方式，使活性物質(zhì)作為輔助渠道，推動在金屬、硅片表面產(chǎn)生合金層，最后獲取有效接觸并產(chǎn)生鋁背場。

3.絲網(wǎng)印刷技術(shù)質(zhì)量控制舉措

在工業(yè)化生產(chǎn)期間，為了充分確保電池片印刷具有較高的質(zhì)量，應(yīng)該要掌握好電池片抽測印刷漿料的重量，同時保障圖形印刷具備完整性。重點(diǎn)的檢查工作為以下內(nèi)容，包括背電極印刷圖案完整性、線條流暢性、有無發(fā)生偏移或者漏漿問題、是否存在硅片崩邊狀況；背電場印刷圖案完整性，是否存在偏移、漏漿、崩邊情況，有無漏硅、缺失、脫落問題，以及是否具有鋁珠、鋁苞或者鋁刺等情況；正面電極印刷圖案，檢查是否缺損、具有偏移、毛邊或者崩邊和斷線問題，以及主電極缺失和正電極翹曲等現(xiàn)象。加強(qiáng)質(zhì)量管理，充分提升對每一程序印刷重量以及外觀檢測的重視度。

4.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，必須對電池片抽測印刷重量、檢查圖形印刷的完整性。主要檢查以下幾個方面：背電極印刷圖案是否完好、線條流暢、無漏漿、無偏移、無崩邊等現(xiàn)象；背電場印刷圖案是否完好，有無漏漿、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；對各道印刷重量檢測。

5.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。此時應(yīng)及時查看網(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。若漏洞太大無法修補(bǔ)，則需及時更換新網(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)版使的時間太久而產(chǎn)生虛印、臺面不平。此種問題常見解決方案為：觀測印刷后，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)版使用時間長而產(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、硅片的背電場鋁漿印不均勻或太厚，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面上，而是被粘到網(wǎng)版上。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)處漏過或是印刷時停留時間過久、網(wǎng)版張力有所下降、臺面吸力不夠等。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、印刷臺面不清潔而導(dǎo)致攝像頭對印刷硅片位置校正錯誤等。

9）隱裂或碎片，主要問題在于吸片器、臺面上有碎屑物或臺面不平整、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)及時清理臺面碎屑，調(diào)整參數(shù)；升高刮刀高度，減小壓力，將臺面擦拭干凈，更換新紙。

6.絲網(wǎng)印刷技術(shù)未來的發(fā)展形勢

伴隨太陽能光伏產(chǎn)業(yè)不斷壯大規(guī)模的形勢，為了獲得更高的工作效率以及經(jīng)濟(jì)效益，工藝的流程會逐漸增多，對高產(chǎn)量、針對更薄硅片的能力進(jìn)行處理等內(nèi)容會具有更高的關(guān)注度。當(dāng)前晶體硅太陽能電池工廠的產(chǎn)量約為每小時1500硅片的效率，業(yè)界將每小時最少3000硅片的生產(chǎn)效率定為未來的發(fā)展目標(biāo)所以需要采取先進(jìn)機(jī)械自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)最小的破片率針對硅片展開處理工作。基于此，要求絲網(wǎng)印刷相關(guān)工藝具備更高的速度，并且充分保障線條的寬度以及對齊方式等具有原有精確度。伴隨硅片越來越薄的發(fā)展形勢，也會相繼促進(jìn)不斷提升軟處理技術(shù)，進(jìn)而從整體上實(shí)現(xiàn)對由于硅片越來越薄而出現(xiàn)易碎問題的處理，推動硅片高質(zhì)高量的制造生產(chǎn)。

7.結(jié)語

在太陽能電池生產(chǎn)工序中，絲網(wǎng)印刷技術(shù)的應(yīng)用具有重要的實(shí)際意義。作為一種應(yīng)用在積淀金屬線的重要技術(shù)，晶體硅太陽能電池絲網(wǎng)印刷具備較高的成本效益，當(dāng)前于工業(yè)化生產(chǎn)工作期間已經(jīng)獲得普遍的應(yīng)用實(shí)踐。晶體硅太陽電池絲網(wǎng)印刷是一項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?，F(xiàn)有的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)具有高度自動化、極高的產(chǎn)量和處理超薄硅片的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]DarrenBrown.絲網(wǎng)印刷在太陽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.太陽能電池板印刷對絲網(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.endprint