晶体硅太阳电池的丝网印刷技术及质量控制

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第２４卷第３期２０１４年９月陕西国防工业职业技术学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．２４Ｎｏ．３Ｓｅｐ．２０１４收稿日期２０１４－０４－１０作者简介邱燕（１９８１），女（汉族），陕西西安人，陕西国防工业职业技术学院讲师，硕士，主要从事太阳能利用方面的研究。晶体硅太阳电池的丝网印刷技术及质量控制邱燕（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安７１０３００）摘要硅芯片基板的金属化是制造晶硅太阳电池的关键连接工艺，收集太阳电池产生的电流，直接影响电池的能量转换效率。用丝网印刷技术对硅芯片进行金属化，最适合太阳电池生产，是一种精密的印刷技术，也是下一代太阳电池生产商首选的工艺技术。关键词丝网印刷；晶体硅；电极；质量控制中图分类号ＴＳ８５１＋．２文献标识码Ａ文章编号９４００７－（２０１４）０３－００００－００１引言太阳能电池，又称光伏器件，是一种利用光生伏特效应把光能转变为电能的器件，是太阳能光伏发电的基础和核心。当今，太阳能电池制造商面临的挑战正在开始两极分化，一是提高太阳能电池的功率以增加单位面积的发电量，二是无需增加相应投资而以现有的工艺提高生产力的愿望和需求。当其他因素对经过一系列处理的电池片的产能和成本效应产生影响时，金属镀膜工艺可最大显得的强化制造商所寻求的因素，它不仅是收集太阳能电池发出的电流的必要方法，还直接影响电池能量转换效率。丝网印刷是进行金属化的优化工艺［１］，其制作太阳电池板的背、正电极和背电场的生产工艺日趋成熟，成为当今太阳能电池制作的主流加工方式［２］。２太阳能电池丝网印刷２．１丝印在太阳电池生产工序中的位置图１为硅太阳电池生产的主要工序，丝网印刷是太阳电池生产的重要工序，包括印刷背电极、铝背场、正电极，其印刷质量会直接影响电池片的外观和电性能。通过丝网印刷的方法，将具有高度化学活性的图１丝网印刷技术在硅太阳电池生产流程中的位置金属浆料印刷到硅片上，通过烘干使金属浆料固化，再通过高温快速烧结，在活性物质的帮助下，金属与硅片表面形成合金层，从而形成了良好的接触以及铝背场。２．２丝网印刷技术丝网印刷是通过刮条挤压丝网弹性形变后将浆料漏印在需要印刷的材料上的一种印刷方式，这也是目前普遍采用的一种电池工艺，图２为丝印技术的原理图。利用丝网印刷，将含有金属的导电浆料透过丝网网孔压印在硅片上形成电路或者电极，将光生电子导出电池。把金属浆料印在已经形成ｐ－ｎ结的多晶硅硅片上，分别印刷背面银铝浆，形成背电极，有利于组建的焊接。第二道印刷铝浆进行重掺杂，形成Ｐ＋层。铝背场减少载流子复合，收集正电荷，增大开压。第三道印刷银浆，有利于电荷的收集，形成上电极。在电池片的反面（未镀膜面）用银浆（或银铝浆）印刷背电极作为电池片的电极。背电场的作用体现图２丝网印刷技术原理示意图在Ａｌ为Ｐ型杂质，烧结后可在背面扩散形成Ｐ＋层，从而形成Ｐ＋Ｐ结，阻止电子向背面运动。工业化生产中所使用的背电场浆料主要是铝浆。图３为背电极网板和印刷背电极的硅片ａ．背电极网板（仅以两主栅为例）ｂ．印刷完背电极后的硅片（三主栅）图３背电极网板和印刷背电极的硅片背电极印刷对浆料的要求主要有背电极为电池的物理正极，要求有好的焊接性能；背电极浆料一般为Ａｇ浆或Ａｇ／Ａｌ浆，其成本较低，可以达到较好的焊接性能。在电池片的正面（有减反射膜的面）同时用银浆料印刷一排间隔均匀的细栅线和主电极。正面电极为电池的物理负极，栅线起到收集电流的作用，又高又细是正电极不断追求的方向；主栅除收集电流外，还需要有好的焊接性。工业化生产中正面电极所需浆料主要为银浆。图４为正电极网板和印刷正电极的硅片。ａ．正电极网板ｂ．印刷正电极后的硅片图４正电极网板和印刷正电极的硅片２．３丝印质量控制工业化生产过程中，为了保证电池片印刷的质量和稳定，必须对电池片抽测印刷重量、检察图形印刷的完整性。主要检查以下几个方面背电极印刷图案是否完好，线条流畅，无漏浆，无偏移，无崩边等现象；背电场印刷图案是否完好，无漏浆，无偏移、无崩边，无缺失，无漏硅，无脱落，无铝苞、铝珠、铝刺现象；正面电极印刷图案是否完好，无毛边，无偏移、无崩边、无断线、虚印、细栅线加粗、主电极缺失、正电极翘曲等以及各道印刷重量检测。２．４丝印常见问题及产生原因漏浆，其常见原因是网版有破洞。虚印，其直观现象时浆料周边毛毛糙糙，不平直。常见原因在于印刷参数不好或者印刷刮条不平，有时也可能是网版使用的时间太长而造成虚印，台面不平。堵网，其产生的主要原因在于有干的浆料或碎片将本该漏印浆料的地方堵塞。弯曲，主要是由于硅片本身太薄，或者是硅片的背电场铝浆印不均匀或太厚。粘版，即硅片印完后被粘到网版上，而不是停在印刷台面上。其产生原因在于丝网间距太小、印刷刮条不平、丝网漏过的浆料过多（也可能停留时间太长）、网版张力下降、台面吸力不够等。断线，主要是有东西粘在网版上造成堵网。节点，即网版细栅线上的粗点。主要是因为．细栅线上有一个小洞在漏浆或是刮条不平整造成。印刷图形偏移，主要是因为印刷参数不正确、印刷台面太脏，造成摄像头进行待印刷硅片位置校正时产生错误等。隐裂或碎片，主要是因为吸片器问题、台面上有碎屑、台面不平、网板上占有碎片或其它原因（原因较多）。电极脱落，主要是因为印刷问题或烘干、烧结点问题。５３邱燕晶体硅太阳电池的丝网印刷技术及质量控制３结语晶体硅太阳能电池丝网印刷是一项用于积淀金属线和其他应用的技术，具有很大的成本效益，且工业化生产中已进行相应的扩展。现有的丝网印刷系统具有高度自动化、极高的产量和处理超薄硅片的能力［３］。该技术可有效地提高电池效率并降低太阳能电力的每瓦成本。ＳｉｌｋＳｃｒｅｅｎＰｒｉｎｔｉｎｇＳｋｉｌｌｓｏｆｔｈｅＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｉｌｉｃｏｎＳｏｌａｒＣｅｌｌａｎｄＱｕａｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌＱＩＵＹａｎ（ＳｈａａｎｘｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ’ ａｎＳｈａａｎｘｉ７１０３００）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍｅｔａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｌｃｏｎｓｕｂｓｔｒａｔｅｉｓｔｈｅｋｅｙｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎｍａｋｉｎｇｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉ－ｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｌ，ｗｈｉｃｈｃｏｌｌｅｃｔｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ，ａｎｄａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｔｒａｎｓｆｅｒｉｎｇｒａｔｅ．Ｔｏｍａｔａｌｉｚｅｔｈｅｓｉｌｉｃｏｎｃｈｉｐｗｉｔｈｓｉｌｋｓｃｒｅｅｎｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｂｅｓｔｓｕｉｔｓｔｈｅｍａｋｉｎｇｏｆｓｉｌｉｃｏｎｓｏｌａｒｃｅｌｌ，ｉｔｉｓａｋｉｎｄｏｆｐｒｅｃｉｓｅｐｒｉｎｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｉｔｉｓａｌｓｏｔｈｅｆｉｒｓｔｃｈｏｉｃｅａｒｔｆｏｒｔｈｅｍａｋｅｒｓｔｏｃｈｏｏｓｅｉｎｍａｋ－ｉｎｇｔｈｅｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ．ＫｅｙＷｏｒｄｓＳｉｌｋｓｃｒｅｅｎｐｒｉｎｔｉｎｇ；Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｓｉｌｉｃｏｎ；Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｏｌｅ；Ｑｕａｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ参考文献［１］ＤａｒｒｅｎＢｒｏｗｎ，丝网印刷在太阳能电池制造中的挑战［Ｊ］．集成电路应用，２００９，８３８－４０．［２］魏真，太阳能电池板议印刷对丝网印版的要求［Ｊ］．印刷杂志，２０１１，７５７．［３］应用材料（中国）有限公司，晶体硅太阳能电池的丝网印刷技术［Ｊ］．中国集成电路，２０１０，７７２．（上接第２３页）ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＲｅｆｏｒｍｏｆｔｈｅＣｏｕｒｓｅＴｈｅＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄＡｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐＤＡＮＨａｉｙｉｎｇ（ＳｈａａｎｘｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ ’ ａｎＳｈａａｎｘｉ７１０３００）ＡｂｓｔｒａｃｔＢｙｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｕｓｅｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｉｎｏｕｒｌｉｆｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｏｎｓｔｒｅｎｇｔｈ－ｅｎｉｎｇｔｅｎｄｅｎｃｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｕｒｓｅｉｎｈｉｇｈｖｏｃａｔｉｏｎａｌｃｏｌｌｅｇｅｓ，ｔｈｅｄｅｖｅｏｐｍｅｎｔａｎｄｒｅｆｏｒｍｏｆｔｈｅｃｏｕｒｓｅ．ＴｈｅＰｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄＡｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐｉｓｒｅｃａｌｌｅｄｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ．Ｗｈｉｌｅｌｏｏ－ｋｉｎｇｏｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ，ｗｅｓｔｉｌｌｎｅｅｄｔｏｗｏｒｋｈａｒｄ，ｔｏｍａｋｅｇｒｅａｔｐｒｏｇｒｅｓｓｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａ－ｔｉｏｎ，ａｎｄｍａｋｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｒｅｆｏｒｍ．ＫｅｙＷｏｒｄｓＳｉｎｇｌｅｃｈｉｐｓ；Ｔｅａｃｈｉｎｇｒｅｆｏｒｍ；Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ６３陕西国防工业职业技术学院