太阳能电池制造中的丝网印刷技术概述
太阳能电池制造中的丝网印刷技术
太阳能电池制造中的丝网印刷技术【天意数字快印】一太阳能电池制作工艺1．太阳能电池的精密丝网印刷从太阳能电池制作工艺流程(图一)中我们可以清楚地看到：太阳能电池的主要制作工艺为五次精密丝网印刷。
流程图中的1为CdS膜的精密丝网印刷；4为CdTe膜的精密丝网印刷；5为C电极的精密丝网印刷；7为Ag+In电极的精密丝网印刷；8为Ag电极的精密丝网印刷。
2．特种功能性油墨在丝网印刷的功能性油墨中，太阳能电池油墨(姑且如此称谓)又是一种新颖的别具一格的功能性油墨，应该说这些特种功能性油墨的研究、开发和商品化是太阳能电池制造技术中最基本也是最关键的因素。
它们是：(1)CdS油墨主剂：CdS高纯度粉末(5N)，粉末粒径为2～3μm。
助剂：CdCl2粉末9.1%(wt)。
粘结剂：丙烯、乙二醇(适量)。
(2)CdTe油墨主剂：Cd粉末(5N)与Te粉末(6N)等量加入，其粉末粒径为0.5μm。
助剂：CdCl2粉末0.5%(wt)。
粘结剂：丙烯、乙二醇(适量)。
(3)碳(C)油墨在碳油墨中加入10～50ppm的铜杂质。
(4)Ag+In油墨在Ag油墨中加入20%(wt)的In粉末。
(5)Ag油墨Ag油墨市场有售，购买时特别需要关心其金属银含量。
二、有关高科技丝网印刷的思考1.从太阳能研究发展趋势看高科技丝网印刷根据太阳能研究开发计划，太阳能电池的发展趋势是，从地面用大规模集中型向小规模分散型发展，进而开发宇宙发电站用太阳能电池。
据太阳能电池研究专家的权威意见，开发太阳能电池的关键是降低成本，为此，他们提出三条意见：(1)降低硅材料的生产成本；(2)继续新技术、新工艺、新材料的研究与开发，大幅度降低生产成本；(3)提高特种印刷的技术水平，实现大批量、高质量印刷。
从专家提出的这三点意见中，作为丝网印刷工作者，我们应该很高兴同时也很自豪地告诉从事太阳能电池研究的朋友们，所谓“特种印刷”(即丝网印刷)，今天无论从设备、工艺和技术上已经具备了高速度、大批量、高质量完成各种高精度丝网印刷(当然包括太阳能电池丝网印刷)的能力。
太阳能电池工艺中的丝网印刷和烧结
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背面电极印刷参数
在印刷图形完好时，印刷头压力在范围内尽 可能的小。
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背面Al浆可焊电极印刷
丝网材质：不锈钢丝网 1. 目数：320目 2. 丝直径：23～28μm 3. 丝网厚度：46μm 4. 膜厚：15μm 5. 膜和丝网总厚度：60～63μm
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背面场印刷参数
丝网印刷与 烧结
丝网印刷的发展史
❖ 丝网印刷技术从本上世纪70年代开始产生并 发展，由于其相对简单的生产工艺，在市场上确 立了优势。而丝网印刷也有各种不同的制造工艺， 其中我们运用的是一种最简单的工艺，它也被一 些生产厂商和实验室改进并提高。
但是所有的改进和变化都是为了获得更高的 转换效率和更低的成本，所以许多的改进工艺已 经运用于经济生产活动，而更多的还只是停留在 实验室阶段。
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烧结对电池片的影响
❖ 相对于铝浆烧结，银浆的烧结要重要很多，对电 池片电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻， 即FF的变化。
❖ 铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发， 并形成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均 和散热不均可能会导致起包，严重的会起铝珠。
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烧结对电池片的影响
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丝网印刷原理
❖ 丝网印刷是把带有图像或图案的模版被附着在丝网上进 行印刷的。通常丝网由尼龙、聚酯、丝绸或金属网制作 而成。当承印物直接放在带有模版的丝网下面时，丝网 印刷油墨或涂料在刮刀的挤压下穿过丝网中间的网孔， 印刷到承印物上（刮刀有手动和自动两种）。丝网上的 模版把一部分丝网小孔封住使得颜料不能穿过丝网，而 只有图像部分能穿过，因此在承印物上只有图像部位有 印迹。换言之，丝网印刷实际上是利用油墨渗透过印版 进行印刷的，这就是称它为丝网印刷而不叫蚕丝网印刷 或绢印的原因，因为不仅仅蚕丝用作丝网材料，尼龙、 聚酯纤维、棉织品、棉布、不锈钢、铜、黄铜和青铜都 可以作为丝网材料。
太阳能电池片丝网印刷
烘干和烧结
烘干和烧结的目的
烘干和烧结是为了使印刷在硅片表面的油墨或涂料干燥并 固定在适当的位置，同时使油墨或涂料发生必要的物理和 化学变化。
烘干和烧结工艺
烘干和烧结工艺应根据油墨或涂料的特性和太阳能电池片 的材料特性进行合理控制，包括温度、时间和气氛等参数。
烘干和烧结设备
烘干和烧结设备可以采用隧道式烘干机或烘箱，设备应具 备温度控制和时间控制功能，以确保烘干和烧结效果的一 致性和稳定性。
丝网质量
01
丝网的材质、目数、开口尺寸等参数直接影响印刷质量，选用
高质量的丝网是保证印刷精度的前提。
印刷参数
02
印刷压力、速度、刮刀角度和硬度等参数的设置对印刷线条的
宽度、高度和均匀性有触变性、干燥速度等性能参数对印刷效果和固化
过程有直接影响。
质量检测方法
目视检测
检测与修复
检测目的
检测与修复是为了确保太阳能电池片丝网印刷的质量和可靠性，及 时发现并处理存在的缺陷和问题。
检测方法
检测方法包括目视检测、自动光学检测和X射线检测等，应根据印 刷品的特性和质量要求选择适当的检测方法。
修复工艺
对于发现的缺陷和问题，可以采用适当的修复工艺进行处理，如局部 热处理、激光修复等，以确保太阳能电池片的质量和性能符合要求。
03 太阳能电池片丝网印刷工 艺流程
涂布感光胶
涂布感光胶
在丝网印刷前，需要在硅片表面涂布 一层感光胶，以增强丝网印刷的附着 力。
涂布方式
涂布厚度
感光胶的厚度应均匀，且需根据丝网 印刷的精度要求来控制，一般而言， 较薄的涂布厚度可以提高印刷线条的 精度。
感光胶可以采用喷涂、刷涂或浸涂的 方式进行涂布，具体涂布方式应根据 感光胶的特性和生产工艺要求而定。
太阳能电池丝网印刷简介
IV区旳构成
IV区主要涉及丝网印刷、烧结和 测试这三部分，成品电池片在这一道 工序完毕。
丝网印刷目旳
▪ 利用丝网印刷，将具有金属旳导电浆料透过丝 网网孔压印在硅片上形成电路或电极，将光生 电子导出电池。把金属浆料印在已形成p-n结 旳多晶硅硅片上，分别印刷背面银铝浆，形成 背电极，有利于组件旳焊接。第二道印刷铝浆 进行重掺杂，形成P+层。铝背场降低载流子复 合，搜集正电荷，增大开压。第三道印刷银浆， 有利于电荷旳搜集，形成上电极。
试机直接与分选机通讯，经过分选机把电池片放置在预先拟定 旳目旳仓中。
BERGER系统旳构成：
1. 灯 2. 灯电源 3. 电池测试盒 4. 测温组件
电流-电压曲线
蓝线为灯发光强度E=1000W/m2旳测量曲线 红线为灯发光强度E=500W/m2旳测量曲线
电流-电压曲线参数简介
Isc 短路电流 Voc 开路电压 Pmpp 最大功率 Vmpp 最大功率相应旳最大电压 Impp 最大功率相应旳最大电流 Rs 串联电阻 FF 填充因子 Rsh 并联电阻
• 该功能举起上部到它最高旳位置。这是唯一旳使在丝网和印刷巢中 间有足够旳空间来清洗丝网旳下腹。该操作区域旳LED表白：
• 绿色：设备处于清洗位置。 • 灰色：设备没有处于清洗位置。
❖ 该功能用于携带刮刀机构，上部和丝网单元到它们各自旳基准位置。 基准位置是能够开启自动模式旳位置。操作区域旳LED表白如下：
丝网印刷旳定位
。经过网板固定架上旳三个轴(X轴及两角旳旋转轴)自动调整网 板旳位置，使其与硅片对正
旋转轴1
X 轴
旋转轴2
印刷旳有关参数
印刷压力：用于在印刷时提供给刮刀垂直力，以确保在印刷过程 中能把浆料经过网孔刮到硅片上。刮刀压力越小，填入网孔 旳墨量就越多。
太阳能电池丝网印刷工艺(ppt 48张)
银电极
电极材料的选择
能与硅形成牢固的接触； 这种接触应是欧姆接触，接触电阻小； 有优良的导电性； 纯度适当； 化学稳定性好； 熔点：961.78℃，电阻率：1.586×10^-8 Ω· m （20℃） 银的特征氧化数为+1，其活动性比铜差，常温下， 甚至加热时也不与水和空气中的氧作用。
铝背场
1.背铝作为背电场能够阻挡电子的移动，减小了表面 的复合率，有利于载流子的吸收； 2.减少光穿透硅片,增强对长波的吸收； 3.Al吸杂，形成重掺杂，提高少子寿命； 4.铝的导电性能良好，金属电阻小，而且铝的熔点相 对其他的合适金属来说熔点低，有利于烧结。 5.在烧结时p-type的铝掺杂渗入形成使原本掺杂硼的 p-type Si形成一层数微米厚的p+-type Si作为背场， 以降低背表面复合速度来提高电池的开路电压Voc。 6.因为硅片吸收系数差，当厚度变薄时衬底对入射光 的吸收减少，此时背场的存在对可以抵达硅片深度较 深的长波长光吸收有帮助，所以短路电流密度Jsc的 影响就更明显。
丝输出电流。 电极就是与电池p-n结两端形成紧密欧姆接触的导电 材料。与p型区接触的电极是电流输出的正极，与n 型区接触的电极是电流输出的负极。 耐高温烧结、良好的导电性能及附着力，以及贵金属 成本等因素，决定了用银而不是其他贵金属； 正面电极由两部分构成，主栅线是直接接到电池外部 引线的较粗部分，副栅线则是为了将电流收集起来传 递到主线去的较细部分，制作成窄细的栅线状以克服 扩散层的电阻。电极图形，例如电极的形状、宽度和 密度等，对于太阳电池转换效率影响较大。
银与硅形成欧姆接触
有机物挥发 玻璃料在减反射膜表面聚集 玻璃料腐蚀穿过减反射膜 玻璃料通过与Si发生氧化还原反应产生腐蚀坑 PbO+Si Pb+SiO2 Ag晶粒在冷却过程中于腐蚀坑处结晶 ？由于玻璃料对Si表面腐蚀具有各向异性，导致在 Si表面形成了倒三角形的腐蚀坑。因此Ag晶粒在腐 蚀坑处结晶时与Si表面接触的一侧呈倒金字塔状， 而与玻璃料接触的一侧则成圆形。
太阳能电池丝网印刷简介
行电池位置的视觉检查。该操作区域的LED表面：
• •
绿色：中间传送带上有一个太阳电池并且位于印刷巢。 灰色：中间传送带上没有太阳电池。
该功能放低设备上部（印刷头）到印刷位置。当一个太阳电池在原位时，该功能只能 在参数菜单内执行，因为禁止印刷到空的印刷台。但是如果没有电池在位置上，在 OPS菜单放低上部是可能的，因为对于调整丝网这是必须的。当在OPS菜单上将上部放 低，丝网位置将自动调整，以便使丝网的基准在摄像头的视野中可见。该操作区域的 LED表明：
硅片经过三次印刷工序后的效果图
背银印刷
背铝印刷
正银印刷
IV区生产流程
上料→边缘碎片检测→背电极印刷→人
工检测→烘干→缓冲存储器→背面铝印 刷→人工检测→烘干→缓冲存储器→翻 转电池片→正银栅线印刷→自动检测→ 烧结→缓冲存储器→冷却→测试→分类 →包装
丝网印刷原理
丝网印刷由五大要素构成，即丝网、刮刀、浆料、工作台以及基
刮刀截面：对刮刀的截面形状来说，刮刀边越锐利，线接触越细， 出墨量就越少；边越圆，出墨量就越多。
4. 水平烘干炉 （ICS03H）
烘干炉有五个不同的红外加热区，电池片经过预热，加热，冷却后传送到下 道工序。
烘干： 烘干金属浆料中的有机溶剂，通过共融
烧结使得金属电极和硅材料形成良好的 接触
硅片传送采用金属网带；加热采用红外加热管；烘干炉上部有排风管
5. 堆栈存储单元 （SMP01）
此设备配备有一个可以容纳最多60片电池片的花篮，在下游设备出现故障时 有时，电池片可存入缓冲器，在上游设备出现故障时，花篮中存有的电池片 可继续向下游传送，起到了缓冲作用，提高了印刷生产线的效率。在正常生 产时此设备作普通传送带用。
丝网印刷
1. 丝网印刷、烧结工序的作用：在晶体硅太阳能电池制造工艺中，有通过用丝网印刷的方法，将金属浆料按照预先设计好的图案移印到硅片表面。
烧结是将印刷好浆料的电池片，通过快速烧结的方法使金属浆料固化并与硅片表面形成良好的欧姆接触，形成太阳能电池的电极。
2. 质控点：印刷烧结工艺流程如下：（1）背电极印刷需要控制：1）印刷偏移(新换网版或网版被复位后，需要重新测量印刷图形的偏移，并进行校正)2）印刷湿重（多晶背极湿重0.05~0.08g，超出此范围为异常，需要排除）（2）1#、2#烘干炉温度在设定温度的±10℃范围内。
（3）背电场印刷湿重，125单晶0.8~1.1g，156多晶1.4~1.7g，因为湿重会影响形成背场合金层厚度，从而对电池性能产生影响，而且背场厚度会对电池弯曲度产生影响，烧结后电池片的弯曲程度要求为:125电池的弯曲度＜2.3mm（200μm厚度），＜2.4mm（180μm厚度）;156电池的弯曲度＜2.5mm（200μm厚度），＜2.6mm（180μm厚度）。
（4）正电极印刷需要控制印刷湿重和烧结后线宽，而烧结后的线宽尤为重要，因为其对电池效率影响做大。
烧结后细栅线线宽范围要求70μm~100μm，监控频率为每2小时一次，监控设备为金相显微镜。
（5）烧结炉主要监控项目为：温度、废气压力、网带速度和热空气流量等。
温度监控有2种，设备自带监控，实际温度与设定温度偏差±2.5℃。
datapaq炉温仪每15天测试烧结过程中硅片表面实际温度，要求重要参数峰值在760±5℃；废气压力differential pressure>100pa；belt speed :5600±100mm/min；hot air flow 3.0±2m/s。
[post]。
丝网印刷太阳电池工艺
设备升级与改进
01
02
03
升级丝网印刷设备
引进先进的丝网印刷设备 ，提高生产效率和电极图 案的一致性。
改进加热系统
升级加热系统，实现快速 均匀的加热，以降低生产 成本和提高生产效率。
增加自动检测设备
引入自动检测设备，实现 对生产过程中各种参数的 实时监测和控制，提高生 产效率和产品质量。
07
应用领域与发展趋势
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丝网印刷太阳电池优化与改进 建议
材料优化
选用高效材料
选择具有高转换效率和稳定性的 太阳电池材料，如多晶硅、单晶 硅等，以提高电池的能量转换效 率。
优化背电极材料
选用导电性能好、稳定性高的背 电极材料，如银、铜等，以降低 电池的内阻，提高电池的输出功 率。
选用合适的浆料
选择符合电池结构和性能要求的 浆料，包括导电浆、玻璃浆等， 以实现良好的电极导电性和附着 性。
工艺参数的影响
丝网印刷工艺参数
丝网印刷工艺参数对太阳电池的性能有显著影响。参数包括刮刀速度、刮刀压力 、印刷次数、浆料粘度等。这些参数需要精确控制，以确保电极的形状、厚度和 覆盖面积符合要求，同时避免产生缺陷。
热处理温度和时间
热处理是丝网印刷太阳电池制备过程中的重要环节，它可以促进浆料中的有机物 挥发，增强电极与硅片之间的附着力。温度和时间的控制对电池的性能也有重要 影响，过高或过低的温度或时间都可能影响电极的稳定性和附着力。
非晶硅太阳电池
非晶硅太阳电池具有较低的制造成 本和较高的光电转换效率，但其稳 定性较差。
04
丝网印刷太阳电池制备工艺研 究
丝网印刷太阳电池制备工艺流程
01
02
03
04
设计和制备丝网
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太阳能电池制造中的丝网印刷技术概述
摘要太阳能电池连接技术的最重要的部分就在硅衬底金属化制造。
这个方法是一项先进的印刷工艺，这个技术能够在很大程度上决定太阳能电池的能量转换效率。
这项工艺被大规模用于太阳能电池的批量化生产，是第三代太阳能电池制造过程中最重要的环节。
关键词丝网印刷；晶体硅；电极；质量控制
太阳能电池是利用光电效应将光能转化成电能的装置。
它是太阳能发电的基础和核心。
目前，光伏电池生产有二个主要难题。
第一，怎么增加太阳能电池的转换效率，以加大电池板组件一平方米范围内的发电量。
第二，在加大投入成本之前，怎样通过现有技术使太阳能电池的制造力得到加强。
丝网印刷技术在制造太阳能电池片背电场和正电极的生产中越来越成熟运用，逐渐变成了现在光伏电池生产的最为流行的技术。
1 太阳能电池丝网印刷
1.1 丝网印刷在光伏电池制造过程中的位置
制造晶体硅光伏电池的过程有印刷背电极、铝背场和正电极。
电极印刷的好坏很大程度上决定了电池片性能的好坏。
所以它是光伏电池制造过程的一个主要环节。
利用丝网印刷技术，在硅片上印刷一种化学活性很高的金屬浆料，通过烘干将金属浆料固化，然后在高温状态下快速烧结。
在具有化学活性的金属浆料作用下，金属和硅晶体生成了一个合金层，从而形成良好的接触以及铝背场。
1.2 丝网印刷技术
丝网印刷是采用压印的方式将预定的图形印刷在基板上，该设备由电池背面银铝浆印刷、电池背面铝浆印刷和电池正面银浆印刷三部分组成。
其工作原理为：利用丝网图形部分网孔透过浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。
浆料在移动中被刮刀从图形部分的网孔中挤压到基片上。
由于浆料的黏性作用使印迹固着在一定范围内，印刷中刮板始终与丝网印版和基片呈线性接触，接触线随刮刀移动而移动，从而完成印刷行程，得到印制的丝网图形。
丝网印刷技术，是把包含金属的混合导电浆料通过网状孔压入，压在晶体硅片上生成新的电路和电极，并由光伏电池衍生出光电子。
混有金属的浆液压在已经有P-N结的晶体硅片上，背面的银铝浆液单独压制，成为背电极，这样对构件的拼接有好处。
二，压制的铝浆被大量掺入杂质，生成P+层。
铝背场降低载体复合材料的使用量，以收敛带正电荷的粒子，来加大电压。
三，印刷银浆对带正负电荷的粒子的收集有很大的好处，进而便于电极的生成。
背电极是用银铝浆（或是银浆）印在电池片的背面（即在未涂布的表面上）的光伏电池板的电极。
铝是P型杂质这一事实反映了背电场的功能。
实际制造中所需的背场浆料以铝浆为主。
背电极印刷对浆料的需求包括：背电极要是光伏电池的实际正电极，需要
良好的焊接机能等。
在光伏电池的表面和前部印有一列平均间距的细网格线和主电极，并有缩小的反光膜。
光伏电池的正电极其实是物理上的负极，栅格线起电流的集合功能。
光伏电池的终极目的是要高薄正极。
主电网不仅具有采集电流的功能，而且要有很好的焊接性。
实际制造中前电极所要的最重要的材料是银浆[1]。
1.3 丝印质量控制
在实际制造流程中，为保障电池硅片印刷的质量及其稳定性，需要对电池硅片印刷的质量进行测试，并对丝网印刷的完整性进行检查。
大体上考察了下面若干方面：背电极印刷图案是否完整，线条是否光滑，无泄漏浆液，无偏差，无边缘塌陷。
背场的印刷图案是否完整，无纸浆泄漏、偏移、边缘塌缩、损耗、硅泄漏和脱落、铝芽、铝珠、铝刺等现象。
正电极图案是不是完整，是不是有偏置、断边、开线、假印、细格线增厚、主电极丢失的问题。
测试每个工序的印刷质量。
1.4 丝印常见问题的成因及解决方法
（1）漏浆
这时，要尽早检查筛板上泄漏的网孔大小。
如果筛板上的孔不大，可以试试用胶带粘在筛板的泄漏浆料位置，并尝试制作一块，看看浆料是否仍在泄漏。
如果还有浆料泄漏，就需要再修理、再试一次；如果没有浆料泄露，就可以接着使用。
如果孔洞太大，没法进行修复，就要尽早更换新的网板。
（2）虚印
它的直观现象是浆料周边毛糙、不平整。
其常见原因是印刷数据输入不佳、印刷不均匀或使用网板时间过长，导致印刷错误及台面不均匀。
这个问题的最佳处理方法是：观察印刷后，刮刀是否清洁，可以合理地增加丝印间距，以增加印刷压力。
如果仍有错误的印刷，则要换一个刮刀。
如果由于网板长时间使用而出现虚印，就有必要更换一个新的网板。
（3）堵网
堵网原因是存在着干浆或碎片，阻挡了浆料在丝网上需要漏掉的位置。
这时就需要清理丝网表面网格，网格的位置可以用无尘布蘸酒精擦拭，将凝固的浆料和碎片清理干净。
（4）弯曲
造成这种结果的大部分原因是因为晶体硅片本身极薄，晶体硅片的背电场分布不均或过厚。
丝网印刷的数据可以在一定范围内进行调节，比如降低丝印的间距，增加印刷压力，增加刮刀的高度，降低印刷速度等。
（5）粘板
晶体硅片印刷后，它不留在印刷台面，而是粘在网板上。
其中的原因包括：网距过小，印条不均匀，浆料泄漏过多或印刷时间过长，网板张力降低，台面吸力不足、刮条使用太久以致刮条变形引起粘板等。
常用的解决方法包括增加网板间距和印刷压力，或换刮刀，更换新的印刷台面纸，或换新的网板。
（6）断线
主要是有些物质粘在网板上，导致网板被堵住。
这种问题可通过干净的专业无尘布擦拭网板，或者用无尘布浸蘸酒精擦拭网板的方法来处理[2]。
2 结束语
光伏电池丝网印刷是一种应用于金属丝聚积等事项的工艺。
它在成本上有较高的增益，并在实际制造中得到了发展。
已有的丝网印刷设备系统自动化程度高，产量很高，并具备印刷超薄晶体硅片的实力。
此工艺能高效地增加电池效率，降低每瓦特电能的生产成本。
参考文献
[1] 段湘宁，杨杰，于国丰.太阳能电池丝网印刷工艺中的悬浮网板技术[J].电子测试，2013，（11x）：224-225.
[2] 朱坚东，管力明，胡更生.印刷技术在染料敏化太阳能电池制造中的应用[J].中国印刷与包装研究，2011，3（02）：7-11.。