太阳能电池丝网印刷工艺

太阳能电池丝网印刷 工艺
丝网印刷的定义
利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的 基本原理进行印刷。印刷时在丝网一端倒入浆料，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 料在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤压到基片上。印刷 过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮 刀移动而移动，而丝网其它部分与承印物为脱离状态，保证 了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刮板刮过整个印刷区 域后抬起，同时丝网也脱离基片，并通过回墨刀将浆料轻刮 回初始位置，工作台返回到上料位置，至此为完整 的一个 印刷行程。
选项不勾选时，印刷过程被跳过
不勾选时，翻转器不工作 不勾选时，翻转器不检查是否硅片破损
Enable Oven Heating
Enable Unload Oven Enable Bypass Oven
允许炉子加热
炉子只出硅片而不进硅片 硅片在行走擘上直接进入下一工序
Dispenser
Enable Wafer Alignment Enable Screen Alignment Check Breakage Before Paper Change Single Nest




网板位置在三个方向上偏移量。
印刷参数





Snap-off 网版间距印刷时电池到网板的距离。这个参数关系到Z向电机的运 动，因为向下是正向，所以这个参数是一个负数。丝网间距的零点由压力传感 器来决定，每次照点时会进行一次零点的寻找。丝网间距的调节规律是设置值 越大，透墨量越高，当到达一定高度时，油墨无法触及承印物表面时就会造成 印刷不全或无法印刷；设置值越小，透墨量越低，当低到一定高度时，硅片无 法在设定的脱离速度和真空的带动下脱离网版而粘黏在网版上就是粘片； Park 网版停止位置，印刷完成后电池到网板的距离，这个参数也是个负数。 此值设定偏低时会造成网版在印刷完成后由于位置较低而刮花印刷图形； Speed upward 网板上升速度，这是Z向电机在印刷完成后从印刷位置向上 移动至停止位置的速度。此值设定过慢时，会使硅片来不及脱离网版而造成粘 片； QUEEGEE Down-stop 刮刀高度，这是印刷时刮刀的位置，这个参数的 零点以网版承载浆料的一面为准，由于丝网间距和刮板高度为两个不同的电机 进行控制，所以他们并不与snape-off相关联，如果操作人员改变了snap-off， 一定要同步修改这个参数，但一般在压力模式下，此值变更的意义不大； Park 刮刀的停止位置，印刷和回墨完成后，印刷头的停止位置。 Pressure 刮刀压力，印刷时括刀下降到Down-stop位置，这个位置的参数必 须设置得比电池稍低（0.3-0.4mm应该足够了)，这样实际的压力（左边显示的 数值）才能达到设置值。单位是牛顿，在压力模式下，印刷压力越大，瞬时刮 刀下降的位置就会越低，很可能会远超过0.3-0.4mm,对网版和印刷质量造成比 较大的损害，所以在日常设定印刷压力时需以小为宜。实际参数设定时，压力 越大，承印量越小，压力越小，承印量越大，，压力的变化实际是刮刀位置的 变化。
丝网印刷的五个要素
丝网印刷由五大要素构成，即丝网、刮刀、浆料、工 作台以及基片。
刮刀

刮刀的作用是将浆料以一定的速度和角度将浆料压入 丝网的漏孔中，刮刀在印刷时对丝网保持一定的压力， 刃口压强在10～15N／cm之间，刮板压力过大容易 使丝网发生变形，印刷后的图形与丝网的图形不一致， 也加剧刮刀和丝网的磨损，刮板压力过小会在印刷后 的丝网上存在残留浆料。
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。
丝网印刷流程
Wafer
背电极印 刷 烘箱 正电极印 刷 烘箱 背电场印 刷 烧结炉
测试分选
入库
一般电池片结构
银电极
作用：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。
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丝网印刷—浆料
浆料是由功能组份、粘结组份和有机载体组成的一种 流体，功能组份一般为贵金属或贵金属的混合物。载 体是聚合物在有机溶剂中的溶液。功能组份决定了成 膜后的电性能和机械性能。载体决定了厚膜的工艺特 性，是印刷膜和干燥膜的临时粘结剂。功能组份和粘 结组份一般为粉末状，在载体中进行充分搅拌和分散 后形成膏状的厚膜浆料。烧结后的厚膜导体是由金属 与粘结组份组成。 有机载体包括有机高分子聚合物、有机溶剂、有机添 加剂等等。它调节了浆料的流变性, 固体粒子的浸润 性, 金属粉料的悬浮性和流动性以及浆料整体的触变 性，决定了印刷质量的优劣。
刮刀和回墨刀的拆装

1.刮刀 、回墨刀和螺丝
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2.刮刀螺丝向外（面向自己）
3.将刮刀的孔对准刮刀轴，平 行方向推入。 4.装上螺丝时，注意垫片方向
回墨刀 回墨刀螺丝 刮刀 刮刀螺丝

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刮刀和回墨刀的拆装
○ 1.将刮刀固定螺丝锁上 ○ 2.将回墨刀固定螺丝先 锁至一半 ○ 3.将回墨刀开口朝右方 向装上 ○ 4.将螺丝向右锁上

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ptype 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。 7.p和p+的能阶差也可以提升Voc，p+可以形成低电阻的 欧姆接触所以填充因子FF也可改善。
软件
主要分Cycle、Print、Operator等界面
非印刷相关的硬件参数
印刷参数
常用操作界面
软件控制参数意义
Enable Magazine Loader 机器运行时从承载盒中吸取硅片
Enable Printing
Enable Flip-Over Enable Load Breakage Wafer

印刷品质

浆料本身的性质对产品有很大的影响：

（1）因为材料热膨胀系数的差异，浆料成分的不同也会造成 太阳能电池的翘弯问题；
（2）烧结后浆料的附着性也是一个问题，要通过拉力测试；


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（3）背场有铝球形成，原因：
①硅片表面织构化过程时造成表面高低差过大； ②干燥时间太短；
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③在烧结时铝颗粒间相互融溶而使颗粒间距缩短；
铝背场的形成
1.将铝浆印刷在硅的表面。 2.将沉积好的硅片放进峰值温度超过577℃（铝硅合 金共熔温度）的链式烧结炉里进行烧结。 3.当温度低于577℃时，铝硅不发生作用，当温度升 到共晶温度577℃时，在交界面处，铝原子和硅原子 相互扩散，随着时间的增加和温度的升高，硅铝熔化 速度加快，最后整个界面变成铝硅熔体，在交界面处 形成组成为11.3％硅原子和88.7％铝原子的熔液。
工艺参数对印刷的影响
参数
刮刀压力(pressure)
影响
刮刀压力越小，填入网孔的墨量就越多
印刷速度(speed)
湿重在某一速度下达到最大值，低于此速度，速 度增大湿重增大，高于此值，速度增大湿重较小
印刷高度（down-stop） down-stop值越大，湿重越小 丝网间距(snap-off) 刮刀截面 丝网间距增大，油墨的转移量也增大，但随着刮 刀压力的增加，丝网间距对油墨转移量影响趋小 对刮刀的截面形状来说，刮刀边越锐利，线接触 越细，出墨量就越大；边越圆，出墨量就越少

丝网印刷—网版

网版是由不锈钢织成不同网目大小的网纱及涂在网纱 上的乳胶装在网框架组成。网版图样设计开孔处则将 乳胶去除，刮刀刷过网纱时可将施放在网版上的浆料 透过图样开孔处印在基材上，主要决定印刷厚度为乳 胶厚度。丝网印刷时根据不同的网版张力、乳胶厚度、 刮刀下压力量、刮刀速度、刮刀下刀及离刀迟滞时间 等等参数可得到不同的印刷厚度。此外，浆料的粘滞 性、基材表面的亲疏水性、烘干温度时间都会影响到 印刷的高度及深度。

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。 有很好的柔韧性和延展性，是导电性和导热性最好的金属。
设置自动添加浆料的频率
允许在印刷之前通过摄像来校准硅片 对网板上的基准标记进行定位 检查硅片在印刷前是否破碎 印刷次数达到设置的数字时，机器停运行 强制机器只在设定的那个台面上印刷
印刷参数

PRINTING Alternate squeegee 单程印刷：刮刀向前运动印刷 一片片子，向后返回印刷下一片；Double squeegee 两次印刷： 对每一块片子向前印刷一次，再向后印刷一次；Squeegee and Flood 印刷后回料（常用）；Flood and squeegee 回料后印刷； SCREEN Snap-off 网版间距印刷时电池到网板的距离；Park 网版停止位置，印刷完成后电池到网板的距离；Speed upward 网 板上升速度;QUEEGEE Down-stop 刮板高度，这是印刷时刮刀 的位置；Park 刮板的停止位置，印刷和回墨完成后，印刷头的停止 位置；Pressure 刮刀压力； ADVANCEMENT Position1 刮刀起始位置；Position2 印刷后 的返回位置;Position3 印刷后停止位置 Position4 印刷后开 始返回时位置，机器印刷时括刀后退的开始位置。 FLOOD SUEEGEE Printing speed 回料速度 X ,Y, Theta piece offsets 印刷速度;Flood speed
铝背场
对铝浆的技术要求 形成铝背p－p+结，提高开路电压； 形成硅铝合金对硅片进行有效地吸杂，提高效率； 能与硅形成牢固的欧姆接触； 有优良的导电性； 化学稳定性好； 有适宜大规模生产的工艺性； 价格较低。
铝的特性 熔点：660.37℃，具有良好的导热性、导电性和延展性。 在空气中其表面会形成一层致密的氧化膜，使之不能与氧、 水继续作用。 铝板对光的反射性能也很好，

银晶粒的析出机理？
（1）与PbO和Si发生的氧化还原反应类似，玻璃料 中的Ag2O与Si发生如下反应： Ag2O+Si —— Ag+SiO2 （2）Ag和被腐蚀的Si 同时融入玻璃料中。冷却时， 玻璃料中多余的Si外延生长在基体上，Ag晶粒则在 Si表面随机生长。 （3）在烧结过程中通过氧化还原反应被还原出的金 属Pb呈液态， 当液态铅与银相遇时，根据Pb-Ag 相 图银粒子融入铅中形成 Pb-Ag相。Pb-Ag熔体腐蚀Si 的<100>晶面。冷却过程中, Pb和Ag发生分离，Ag 在<111>晶面上结晶 ，形成倒金字塔形 。
银的特性


银电极

正面电极因为要减少电极遮光面积，所以使用导电性 能良好的银浆，因为先前的减反射膜已经形成正面的 电性绝缘，所以银浆一般掺有含铅的硼酸玻璃粉 （PbO-B2O3-SiO glass frit），在高温烧结时玻璃 粉硼酸成分与氮化硅反应并刻蚀穿透氮化硅薄膜，此 时银可以渗入其下方并与硅形成此种局部区域性的电 性接触，铅的作用是银-铅-硅共熔而降低银的熔点。