晶硅太陽能電池正面電極印刷工藝研究

董忠吉

黃河水電西寧太陽能電力有限公司 青海西寧 810000

1 設(shè)備工藝物化研究

1.1 提升自動化程度以及提升生產(chǎn)效率

如今主要就是借助直線電機(jī)以及伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，保持一個精密的傳動狀態(tài)，在光柵尺反饋中可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，整體的定位也更加準(zhǔn)確。在這個過程中，可以借助x、y、θ軸來完成自主的對位，如此印刷也變得更加精密。其中需要具備多個方向的運(yùn)行調(diào)解，針對大面積基片的吸附以及具備透光性的承片臺。在x、y方向運(yùn)動主要就是借助直線導(dǎo)軌滑塊來完成導(dǎo)向，借助使用線性電機(jī)來測量光柵尺實(shí)現(xiàn)快速的調(diào)整以及準(zhǔn)確的定位。至于θ方向，就是使用直線電機(jī)驅(qū)動以及圓弧形光柵測量完成旋轉(zhuǎn)以及定位[1]。

1.2 電機(jī)驅(qū)動印刷頭對于壓力的精確控制和行程的調(diào)整

第一點(diǎn)單向印刷，印刷刮板僅僅朝著一個方向印刷料板，工作速度較快，而且施工效率較高，但是質(zhì)量難以得到保證；第二點(diǎn)雙向印刷，印刷刮板的前后兩個方向再次印刷料片一次；第三點(diǎn)快速印刷，印刷刮板前向的印刷料板，等到返回之后，需要進(jìn)行回膏刮板涂墨；第四點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)印刷：回膏刮板涂墨，之后印刷刮板向前印刷料片，印刷通選擇的是伺服電機(jī)驅(qū)動方式，印刷的時候需要保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，使得速度保持在一個合理的范圍中，印刷的壓力要能夠進(jìn)行調(diào)整，確保壓力在一個合理的范圍中。網(wǎng)框升降結(jié)構(gòu)就是借助直流伺服電機(jī)驅(qū)動同步帶和帶輪閉環(huán)控制絲杠完成升降。在工作的過程中，需要確保網(wǎng)框和刮板以及工作臺保持一個平衡的狀態(tài)，如此整體的操作也會更加規(guī)范。

2 試驗(yàn)性能指標(biāo)分析

為了驗(yàn)證以上工藝參數(shù)調(diào)整方案的合理性和實(shí)效性，以生產(chǎn)單晶硅電池片所測得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，進(jìn)行性能分析。

2.1 印刷外觀分析

整個試驗(yàn)過程不更換網(wǎng)版和漿料。其中，網(wǎng)版規(guī)格為400目90線，副柵設(shè)計寬度為43μm，線徑18μm，膜厚（14±2）μm，張力（26±2）N。采用上述參數(shù)設(shè)置及調(diào)整方法，在不考慮測量誤差的情況下，使得每個印刷臺面的印刷濕重重復(fù)測量波動范圍控制在0.01g以內(nèi)，且平均值為0.119g，完全符合工藝控制點(diǎn)的要求。對于副柵寬度，燒結(jié)前平均線寬約為61μm，重復(fù)測量波動范圍在±3μm以內(nèi)；燒結(jié)后平均線寬約為71μm，重復(fù)測量波動范圍在±3.5μm以內(nèi)[2]。

燒結(jié)的本質(zhì)是導(dǎo)電體銀漿穿透氮化硅膜，與硅基體形成歐姆接觸的金屬化過程。但在高溫下，銀離子向低濃度區(qū)域擴(kuò)散遷移，同時伴隨著銀漿中的玻璃粉的熔化、有機(jī)成分的揮發(fā)，冷卻后銀漿致密化，使得燒結(jié)后的柵線寬度增加，高度較低，表現(xiàn)為塌縮現(xiàn)象。

因此，實(shí)際測得燒結(jié)后的副柵線寬要比燒結(jié)前的寬10μm左右。在不具備測量柵線印刷高度的條件下，可根據(jù)網(wǎng)版設(shè)計膜厚來估量柵線印刷高度（燒結(jié)后實(shí)際高度小于膜厚），進(jìn)而測量燒結(jié)后的印刷寬度來衡量柵線的高寬比。采用上述參數(shù)設(shè)置所達(dá)到燒結(jié)后副柵平均寬度71μm。這是一個較為理想的值，能夠保證一定的高寬比，且柵線兩側(cè)無毛刺，在減小遮光面積的同時，降低柵線電阻，最終有利于提升電池片轉(zhuǎn)換效率。從電池片印刷外觀來看，斷柵較少，平均每片只有2條，且基本無虛印、隱裂等不良印刷情況。

2.2 EL檢測圖像分析

為了進(jìn)一步檢測電池片印刷缺陷及前序工藝問題，如斷柵、虛印、隱裂、過刻、漏電等，并對電池材料內(nèi)部缺陷進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，如黑心、黑邊等，燒結(jié)后對電池片進(jìn)行EL檢測，這里采用上海榮豪SA-50型EL檢測儀。具體檢測圖像見圖1。由圖1可知，電池片電致發(fā)光圖像均勻、明亮，說明材料本身無缺陷，符合太陽能及硅材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。同時，也說明前序工藝過程未造成工藝污染[3]。此外，平均單片斷柵條數(shù)小于3，斷柵造成的暗區(qū)長度不超過3cm，完全在工藝可控范圍之內(nèi)，且基本無虛印、隱裂、粗線和波浪線等不良印刷現(xiàn)象。

圖1 電池片EL檢測圖

3 結(jié)語

通過對太陽能電池正面電極印刷工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出合理有效的工藝參數(shù)設(shè)置方案，能夠精確、有效地調(diào)節(jié)和控制正面電極印刷濕重、柵線印刷寬度，確保良好的高寬比，在改善成品電池電性能參數(shù)的同時有利于提升其光電轉(zhuǎn)換效率。此外，能夠很好地控制斷柵、虛印等不良印刷，降低隱裂片、增加網(wǎng)版使用壽命，有利于節(jié)約生產(chǎn)成本，提高印刷質(zhì)量，并為晶硅電池印刷生產(chǎn)線長期、穩(wěn)定的運(yùn)行提供技術(shù)保障。