太陽能電池絲網(wǎng)印刷中的故障及解決方法

呂 濤

（山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046000）

引言

根據(jù)中國氣象局發(fā)布的《2021 年中國風(fēng)能太陽能資源年景公報》中指出，截至2021 年底，全國太陽能資源平均總輻照量為1 493.4 kW·h/m，北方地區(qū)輻照量相比南方地區(qū)數(shù)值偏低[1]。從以上數(shù)據(jù)中可以看出，太陽能資源是人類后期生活資源的重要來源之一。伴隨著太陽能電池片光電轉(zhuǎn)化效率的提高，太陽能電池片具有高能高效的使用特點，在能源可持續(xù)利用方面有著明顯優(yōu)勢。筆者通過深入某光伏科技有限公司的太陽能電池片生產(chǎn)線，了解絲網(wǎng)印刷工藝對晶硅類太陽能電池片性能的影響，總結(jié)在絲網(wǎng)印刷工藝生產(chǎn)線上常見的故障問題，并針對性給予解決方案。

1 太陽能電池片中絲網(wǎng)印刷的應(yīng)用

晶硅類太陽能電池片分為單晶電池片和多晶電池片兩種。其兩者結(jié)構(gòu)組成基本相同，都由表面細柵線、表面主柵線、絨面、藍色氮化硅、擴散層、硅基體、鋁硅背面組成。單晶電池片（125*125）具有高效率、低衰減、可靠性強的優(yōu)點，應(yīng)用了先進的擴散技術(shù)和PECVD 成膜技術(shù)，在保證電池片均勻傳電特性的同時，使覆蓋在電池片表層的藍色氮化硅反射膜更均勻美觀[2]。多晶電池片（156*156）除具有單晶電池片的優(yōu)良性能外，還有高精度的絲網(wǎng)印刷圖形，使得電池片更易于焊接，提高了晶硅類太陽能電池的制作效率。其兩種晶硅類太陽能電池片的生產(chǎn)流程，如圖1所示。

圖1 太陽能電池片生產(chǎn)流程圖

從圖1 中可以看出，絲網(wǎng)印刷是在晶硅類太陽能電池片經(jīng)過制絨、擴散等工序后，通過采用壓印的方式，將預(yù)定的圖形印刷在太陽能電池片的基板上，達到制造電極的目的?，F(xiàn)階段，絲網(wǎng)印刷是制作太陽能電池片的主要工藝，也是太陽能電池片的工藝管理核心。一方面，通過對某光伏科技有限公司太陽能電池片生產(chǎn)線的走訪，發(fā)現(xiàn)絲網(wǎng)印刷工藝區(qū)的工人數(shù)量達到了工人總量的1/2，由此可見絲網(wǎng)印刷工藝在太陽能電池片中的核心地位。另一方面，由于在太陽能電池片的生產(chǎn)時間較長，長時間的留存很容易造成電池片的容量效率下降。因此，太陽能電池片的效能測試就自然放在了絲網(wǎng)印刷之后，絲網(wǎng)印刷工藝也承擔(dān)著維護太陽能電池片效能的作用。

2 絲網(wǎng)印刷的工作原理

通過深入某光伏科技有限公司的太陽能電池片生產(chǎn)線，可以發(fā)現(xiàn)，在光伏行業(yè)中，絲網(wǎng)印刷主要用于電池電極的形成。其工作原理是利用絲網(wǎng)圖形的部分網(wǎng)口滲透漿料，非圖文部分網(wǎng)孔不透漿料進行印刷。絲網(wǎng)印刷由絲網(wǎng)、刮刀、漿料、工作臺、基片五個要素構(gòu)成。刮刀的作用是將漿料以一定的速度和角度將漿料壓入絲網(wǎng)的漏孔中，并且刮刀在印刷時會對絲網(wǎng)保持一定的壓力，壓力壓強基本在10 N/cm～15 N/cm 之間，如若刮刀力度過大則會導(dǎo)致絲網(wǎng)發(fā)生變形，印刷后的圖形與絲網(wǎng)圖形不一致，也加快了刮刀和絲網(wǎng)的磨損速率；若刮刀的壓力過小，在印刷后的絲網(wǎng)也易存留漿料。漿料是一種混合物的流體，由功能組分、粘結(jié)組分和有機載體組成，其中功能組分一般為貴金屬或貴金屬的混合物，決定了太陽能電池片成膜后的電性能和機械能。載體是聚合物在有機溶液中的溶液，是黏結(jié)組分主要構(gòu)成成分，承擔(dān)著印刷膜和干燥膜之間的粘合功能。有機載體包括有機高分子聚合物、有機溶劑、有機添加劑等，直接決定絲網(wǎng)印刷質(zhì)量的優(yōu)劣。其絲網(wǎng)印刷的工藝流程，如圖2 和下頁圖3 所示[3]。

圖2 絲網(wǎng)印刷流程圖

圖3 絲網(wǎng)印刷操機過程圖

從圖2、圖3 中可以看出，在絲網(wǎng)工藝的實際操作中，工人在印刷時在絲網(wǎng)的一端倒入漿料，并用刮刀在絲網(wǎng)漿料的部分施加壓力，同時朝向絲網(wǎng)的另一端移動，并在刮刀移動的過程中，漿料從圖形部分的網(wǎng)孔擠壓到基片上，刮板始終與絲網(wǎng)印版和承印物處于線性接觸狀態(tài)，接觸線隨著刮刀的移動而移動，而在絲網(wǎng)其他未受力部分，則與承印物處于脫離狀態(tài)，保證了印刷的精準(zhǔn)度。在完成背電極印刷、正電極印刷、背電場印刷的工序后，太陽能電池板經(jīng)歷燒結(jié)爐的快速燒結(jié)，通過燃燒揮發(fā)有機樹脂粘合劑，保留硅片上的銀電極，最后經(jīng)測試挑選，測定太陽能電池片性能，至此為一個完整的印刷流程[4]。

3 常見絲網(wǎng)印刷中的故障及解決方法

經(jīng)在某光伏科技有限公司的實地走訪調(diào)查和與技術(shù)人員深度溝通交流，通過數(shù)據(jù)資料的匯總，總結(jié)出以下幾點常見絲網(wǎng)印刷中的故障問題以及對應(yīng)的解決方法。

3.1 虛印

晶硅類太陽能電池片在絲網(wǎng)印刷中出現(xiàn)虛印的情況主要有兩方面原因：一方面，有時是由于絲網(wǎng)印刷的印刷參數(shù)不好或印刷刮條不平；另一方面，也可能是由于絲網(wǎng)網(wǎng)版使用時間過長，臺面不平，造成電池片虛印的現(xiàn)象[5]。

針對此現(xiàn)象的解決方法，第一印刷工人要觀察印刷后刮條刮拭的網(wǎng)版是否干凈，嘗試抬高絲網(wǎng)與承印物之間的間距，增大印刷壓力，降低印刷速度。如果在調(diào)試后刮條刮拭的網(wǎng)版仍不干凈，則可以嘗試更換刮條。若在調(diào)試后刮條刮拭網(wǎng)版十分干凈，則選擇更換網(wǎng)版。第二，直接更換刮條，刮條不平整或使用次數(shù)過多也會出現(xiàn)虛印情況。

3.2 斷線

斷線是在絲網(wǎng)印刷中比較常見的故障，在第三道印刷工藝中出現(xiàn)次數(shù)較多。其產(chǎn)生原因是漿料的過量投入，導(dǎo)致刮刀在網(wǎng)版上來回行走時，漿料很容易堵住網(wǎng)版的開孔區(qū)域，造成后續(xù)漿料繼續(xù)沉積在網(wǎng)版上，造成太陽能電池片印刷斷線的情況[6]。

針對此故障的解決方法有兩種。第一種用蘸有漿料的鏟刀在網(wǎng)版堵網(wǎng)處來回刮蹭，去除多余的漿料。將干漿料刮下去后用無塵布將漿網(wǎng)版擦拭干凈，確保網(wǎng)版能夠正常投入后續(xù)工作。第二種，直接用蘸有松油醇的無塵布擦拭網(wǎng)版。松油醇起到潤滑作用，降低了漿料和網(wǎng)版之間的黏合性，并加以印刷工人手動使用刮刀，來回刮蹭網(wǎng)版，最后用無塵布將網(wǎng)版下遺落的漿料擦拭干凈后，才可繼續(xù)進行后續(xù)工作。

3.3 漏漿

在絲網(wǎng)印刷工作中經(jīng)常由于網(wǎng)版破損產(chǎn)生操作臺面漏漿的現(xiàn)象。在解決漏漿問題時，針對第一、二道印刷工序，首先要確定漏漿位置。檢查每個臺面上有無漿料出現(xiàn)，若出現(xiàn)漿料存在，則根據(jù)硅片上漏漿的位置確定網(wǎng)版漏漿的位置。然后，要判斷網(wǎng)版漏洞的大小，若漏洞直徑小于1 mm，則用強力防水堵漏膠帶補足漏洞。在漏洞補足后，測試網(wǎng)版漏洞處是否仍然漏漿，若還有漏漿問題存在則繼續(xù)修補，反之，若沒有漏漿情況出現(xiàn)則將網(wǎng)版重新投入使用中。如果漏洞直徑大于1 mm，則選擇更換網(wǎng)版，不建議用膠帶修補。針對第三道印刷工序出現(xiàn)漏漿的情況時，首先要判定漏漿處是否在柵線上，如果不在柵線上可以選用封網(wǎng)漿修補，如果漏漿處在柵線上時，則要直接更換網(wǎng)版。

3.4 印刷圖形偏移

在絲網(wǎng)印刷工作中，經(jīng)常出現(xiàn)印刷圖形偏移的情況。發(fā)生此情況的主要原因是絲網(wǎng)印刷工作流程的特殊性，網(wǎng)版屬于易損耗的物資設(shè)備，當(dāng)更換完新網(wǎng)版后，網(wǎng)版的方向或印刷參數(shù)不對，就會造成印刷圖形偏移的情況。針對此故障的解決方法，如表1 所示[7]。

表1 印刷圖形偏移故障的原因分析及解決方法

3.5 針孔

針孔現(xiàn)象是印刷工作人員最棘手的技術(shù)故障。當(dāng)制版時，會有灰塵附著在絲網(wǎng)上，如果不對其及時清理，則會有針孔情況的發(fā)生。一方面，針對太陽能電池片的制作過程，在后期快速燒結(jié)的工作階段是不允許有針孔的存在；另一方面，針孔也是后期檢驗太陽能電池片是否合格的重要依據(jù)。

針對此故障的處理方法關(guān)鍵是要及時清除附在網(wǎng)版上的灰塵異物。第一在正式印刷前，印刷工人可選用吸墨性較強的紙，通過數(shù)次實驗印刷，去除附著在網(wǎng)版上的灰塵異物，降低針孔現(xiàn)場出現(xiàn)的可能性。第二印刷工人也要及時清理網(wǎng)版，保證網(wǎng)版的表面清潔度，一般在印刷之前選用酒精擦除的方法，如果條件允許，也可通過半自動或全自動的超聲波洗凈機處理網(wǎng)版的灰塵異物，保證絲網(wǎng)印刷工藝質(zhì)量。并且，印刷工人在清潔過程中也要注意，不能徒手搬運網(wǎng)版，防止在搬運過程中，指紋附著在網(wǎng)版上，導(dǎo)致在印刷時形成針孔，不符合太陽能電子片的出廠規(guī)格。

3.6 粗線

在絲網(wǎng)印刷工藝中粗線現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和對應(yīng)故障解決方法，如表2 所示。

表2 粗線故障產(chǎn)生原因與解決方法

3.7 翹曲

在絲網(wǎng)印刷工藝中常因硅片太薄、印刷鋁漿太厚、燒結(jié)溫度過高、燒結(jié)爐冷卻效果不好，而造成的太陽能電池片翹曲的情況。針對此故障的解決方法要做到依次對應(yīng)。第一針對硅片太薄造成的電池片翹曲，印刷工人要從原材料入手，控制原始硅片的厚度。第二針對印刷鋁漿太厚造成的電池片翹曲，印刷工人要根據(jù)太陽能電池片的實際應(yīng)用需求控制鋁漿的重量，一般第一道印刷工序的鋁漿重量每瓶1 kg，攪拌時間為24 h；第二道印刷工序的鋁漿重量每瓶2 kg，攪拌時間為1 h；第三道印刷工序鋁漿每瓶2 kg，攪拌時間12 h。第三，針對燒結(jié)溫度過高造成的電池片翹曲，印刷工人要嚴格把控?zé)Y(jié)爐4、5、6、7 區(qū)的燒結(jié)溫度，溫度范圍控制在250 ℃～350 ℃之間。第四，針對燒結(jié)爐冷卻區(qū)冷卻效果不好造成的電池片彎曲，印刷工人要及時查看風(fēng)扇情況，是否由于風(fēng)扇的破損而導(dǎo)致燒結(jié)爐中溫度過高，核定進出水溫，控制進水壓力和出水壓力都在4 pa～6 pa 之間。

3.8 堵網(wǎng)

在絲網(wǎng)印刷工藝中，堵網(wǎng)故障時常發(fā)生。其造成堵網(wǎng)故障的原因分為五類：第一類車間溫度不穩(wěn)定，導(dǎo)致漿料流動性變差；第二類未及時清理網(wǎng)版，造成網(wǎng)版上塵土附著較多；第三類印刷壓力過大，導(dǎo)致刮條彎曲；第四類印刷間隙過??；第五類漿料顆粒過大。

針對以上故障原因的處理方法，第一要嚴格控制車間的溫度和濕度，將溫度恒定在23 ℃±2 ℃,濕度恒定60%±5%，從而保證漿料的流動性。第二要以星期為階段，用松油醇擦拭網(wǎng)版，在確保網(wǎng)版干凈后再將其投入印刷使用。第三，要根據(jù)刮刀的速度核定刮刀的壓力上限，例如當(dāng)刮刀速度達到190 mm/s 時，壓力上限控制在75 N；當(dāng)刮刀速度在400 mm/s～430 mm/s 時，壓力上限控制在85 N。第四要合理控制印刷間隙，印刷間隙范圍為2 mm～6 mm。第五要保證漿料有充足的攪拌時間，攪拌時間要在24 h 以上。

4 結(jié)語

綜上所述，絲網(wǎng)印刷是制作太陽能電池片的主要工藝，也是太陽能電池片的工藝管理核心。筆者通過在某光伏科技有限公司的實地走訪調(diào)查和與技術(shù)人員深度溝通交流，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段在太陽能電池片絲網(wǎng)印刷中易出現(xiàn)虛印、斷線、漏漿、針孔、粗線等故障問題，通過對絲網(wǎng)印刷工藝原理的深入研究，根據(jù)故障類型給予了針對性的解決方法，以期通過本文的技術(shù)研究優(yōu)化太陽能電池片中絲網(wǎng)印刷工藝質(zhì)量。