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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。
晶体硅太阳电池的丝网印刷技术及质量控制摘要：在我国科技水平不断提升的背景下，各项先进技术被广泛应用于不同领域中。
其中，在清洁能源开发、应用过程中离不开晶体硅太阳电池的支持，其是当前应用率较高的太阳电池。
而晶体硅太阳电池的有效连接需要借助硅芯片基板的金属化制造技术（即高精密印刷技术）加以相应处理才能保证太阳电池的能量转换效率。
对此，文章就晶体硅太阳电池的丝网印刷技术及其质量控制措施进行了探讨，以供参考。
关键词：晶体硅太阳电池；丝网印刷技术；质量控制前言：晶体硅太阳电池可借助光生伏特效应将光能转变为电能，以供人们日常使用，是太阳能光伏发电的基础核心。
为了满足现代化社会的经济发展需求，在太阳电池制造过程中要充分考虑太阳电池功率的提升问题及电池能量的转换效率，针对工业化生产要求可积极利用丝网印刷技术对晶体硅太阳电池进行优化制作，进一步提升太阳电池的应用质量。
在此基础上，也要加强丝网印刷技术的质量管理，在充分掌握其常见问题的同时采取有效措施加以处理，确保丝网印刷技术的加工质量能满足晶体硅太阳电池的应用标准。
一、晶体硅太阳电池的丝网印刷技术概述丝网印刷技术大多是利用刮条通过挤压的方式使丝网发生弹性形变后将浆料漏印在需要印刷的材料上。
借助丝网印刷技术可将富含金属的导电浆料透过丝网网孔压印至硅片上，进而形成电路或电极，以便从电池内将光生电子导出。
在具体操作过程中，可将金属浆料印压至已经产生p-n结的多晶硅硅片上，然后进行背面银铝浆的印刷工作，使其产生背电极，为焊接组件提供便利。
对第二道铝浆进行印刷工作时，需要加以重掺杂以此形成P+层，利用铝背场降低载流子复合率，提高正电荷的收集效率，增大开压[1]。
开展第三道印刷银浆的目的主要是为了提升电子的吸收效率，极大电荷收集量由此产生上电极。
由于背电极为电池的物理正极，所以在应用过程中对其焊接性能有着较高要求，在丝网印刷环节中，可用银铝浆或银浆在电池片未镀膜的反面印刷上背电极，以此作为电池片的电极。
晶体硅太阳能电池的丝网印刷技术详解
生产晶体硅太阳能电池最关键的步骤之一是在硅片的正面和背面制造非常精细的电路，将光生电子导出电池。
这个金属镀膜工艺通常由丝网印刷技术来完成——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电极。
典型的晶体硅太阳能电池从头到尾整个生产工艺流程中需要进行多次丝网印刷步骤。
通常，有两种不同的工艺分别用于电池正面（接触线和母线）和背面（电极/钝化和母线）的丝网印刷。
【表1】
多年来，太阳能丝网印刷设备在精度和自动化方面有了很大进步，具备了在微米级尺寸上重复进行多次印刷的能力。
这一发展开创了全新的先进应用，如双重印刷和选择性发射极金属镀膜。
Baccini公司在20世纪70年代在微电子领域开发了丝网印刷技术，并在20世纪80年代将这一技术扩展到太阳能金属镀膜领域。
今天，Baccini公司已成为应用材料公司Baccini集团，以多
项先进技术引领业界的发展。
表1：晶体硅太阳能电池的制造需要进行多次丝网印刷步骤。
基本的太阳能丝网印刷
印刷过程从硅片放置到印刷台上开始。
非常精细的印刷丝网固定在网框上，放置在硅片上方；丝网封闭了某些区域而其它区域保持开放，以便导电浆料能够通过【图2】。
硅片和丝网的距离要严格地控制（称为印刷间隙）。
由于
正面需要更加纤细的金属线，因此用于正面印刷的丝网其网格通常比用于背面印刷的要细小得多。
硅太阳能电池的丝⽹印刷技术硅太阳能电池的丝⽹印刷技术1 引⾔随着全球能源的⽇趋紧张,太阳能以没有污染、市场空间⼤等独有的优势受到世界各国的⼴泛重视,国际上众多⼤公司投⼊太阳能电池研发和⽣产⾏业。
从太阳能获得电⼒，需通过太阳能电池进⾏光电变换来实现，硅太阳能电池是⼀种有效地吸收太阳能辐射并使之转化为电能的半导体电⼦器件,⼴泛应⽤于各种照明及发电系统中。
2 硅太阳能电池的⽣产⼯序太阳能电池原理主要是以半导体材料硅为基体，利⽤扩散⼯艺在硅晶体中掺⼊杂质: 当掺⼊硼、磷等杂质时，硅晶体中就会存在着⼀个空⽳，形成N型半导体；同样，掺⼊磷原⼦以后，硅晶体中就会有⼀个电⼦,形成P型半导体, P型半导体与N型半导体结合在⼀起形成PN结,当太阳光照射硅晶体后，PN结中N型半导体的空⽳往P型区移动，⽽P型区中的电⼦往N型区移动，从⽽形成从N型区到P型区的电流,在PN结中形成电势差，这就形成了电源，见图1。
下图为硅太阳能电池⽣产的主要⼯序，从中可以看出丝⽹印刷是⽣产太阳能电池的重要⼯序，其印刷质量（厚度，宽度，膜厚⼀致性）影响电池⽚的技术指标。
3. ⼯序对印刷电极的要求3.1背⾯银电极印刷（背银）在电池⽚的正极⾯(P区)⽤银铝浆料印刷两条电极导线（宽约3～4mm）作为电池⽚的电极（图2）。
3.2 背⾯铝印刷（背铝）在电池⽚的正极⾯采⽤铝浆料印刷整⾯(除背银电极外)。
3.3 正⾯银印刷（正银）在电池⽚的正⾯（喷涂减反射膜的⾯）同时⽤银浆料印刷⼀排间隔均匀的栅线和两条电极（图3），在⼯艺上要求栅线间距约3mm、宽度约0.10～0.12mm；4.印刷原理图7为丝⽹印刷原理⽰意图，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。
丝⽹印刷基本原理是：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。
油墨在移动中被刮板从图形部分的⽹孔中挤压到基⽚上。
包装印刷太阳能电池丝网印刷技术引言随着环境意识的提高和可再生能源的重要性日益增加，太阳能电池在能源行业中的应用得到了广泛关注。
而包装印刷太阳能电池丝网印刷技术作为一种关键的制备技术，被广泛应用于太阳能电池的制造过程中。
本文将介绍包装印刷太阳能电池丝网印刷技术的基本原理、关键步骤及其在太阳能电池制造中的应用。
1. 基本原理包装印刷太阳能电池丝网印刷技术是一种利用丝网印刷技术制备太阳能电池的方法。
其基本原理是利用特制的丝网，通过将电子浆料转印到太阳能电池基板上，形成太阳能电池的导电层或电极。
该技术的核心在于丝网印刷机，它由传送系统、丝网印刷系统和固化系统三部分组成。
其中，传送系统用于将基板顺序送入机器，丝网印刷系统负责将浆料通过丝网转印到基板上，固化系统则用于固化印刷而形成的导电层或电极。
2. 关键步骤包装印刷太阳能电池丝网印刷技术的关键步骤如下：步骤一：基板准备首先，需要准备好太阳能电池的基板。
通常采用的基板材料包括硅基板和聚酰亚胺基板。
这些基板需要经过一系列的清洗和处理过程，以保证表面的洁净和光滑。
步骤二：浆料制备其次，需要制备好电子浆料。
电子浆料通常由导电粒子、有机高分子和溶剂等组成。
在制备过程中，需要将这些材料按照一定的比例混合，并通过搅拌或超声处理，使其生成均匀的浆料。
步骤三：丝网印刷接下来，将准备好的电子浆料倒入丝网印刷机的供墨槽中。
然后，将基板送入丝网印刷机，通过控制丝网印刷机的运行速度和压力，可以使电子浆料通过丝网转印到基板上。
在转印过程中，丝网的尺寸和形状决定了浆料的转印面积和形态。
步骤四：固化最后，将印刷而形成的导电层或电极进行固化。
通常采用的固化方式有烘干、烧结、紫外线照射等。
固化的目的是使浆料中的溶剂挥发，使导电粒子与基板之间形成牢固的结合。
3. 应用包装印刷太阳能电池丝网印刷技术在太阳能电池制造过程中起着至关重要的作用。
其应用主要体现在以下几个方面：1.制备导电层或电极：通过丝网印刷技术，可以将电子浆料转印到基板上，形成太阳能电池的导电层或电极，从而实现电流的导通功能。
专利名称：一种晶硅太阳能电池丝网印刷测试方法专利类型：发明专利
发明人：孙良欣,王庆伟
申请号：CN201210002456.2
申请日：20120105
公开号：CN102555445A
公开日：
20120711
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种晶硅太阳能电池丝网印刷测试方法，将特制的测试网版正确安装在印刷机上，然后安装刮条、刮刀；将实验浆料轻铺在图形区域与网框之间，调整实验参数印刷间距、刮刀压力、印刷速度等后，即可进行印刷；印刷后，经过常规烘干烧结，以四探针法测试印刷区方块电阻，并在光学显微镜下进行观察，获得相关参数及实验结论。
本发明的有益效果：测试简便，无需特殊设备辅助和特殊工艺要求，仅需常规工艺印刷即可实现测试，且所有图形在一块网版上一次成型，无需多步操作；结果直观，通过显微镜直接观察图形、通过四探针法测量方块电阻即可；根据测试结论可以更好地指导产线选用适合设备的网版规格，极大地降低了传统网版选择实验的人力和物力。
申请人：天长吉阳新能源有限公司
地址：239300 安徽省滁州市天长市经济开发区纬二路以南纬三路以北
国籍：CN
代理机构：北京市商泰律师事务所
代理人：毛燕生
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硅太阳能电池的丝网印刷技术1 引言随着全球能源的日趋紧，太阳能以无污染、市场空间大等独有的优势受到世界各国的广泛重视，国际上众多大公司投入太阳能电池研发和生产行业。
从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现，硅太阳能电池是一种有效地吸收太阳能辐射并使之转化为电能的半导体电子器件，广泛应用于各种照明及发电系统中。
2 硅太阳能电池的生产工序太阳能电池原理主要是以半导体材料硅为基体，利用扩散工艺在硅晶体中掺入杂质：当掺入硼、磷等杂质时，硅晶体中就会存在着一个空穴，形成n 型半导体；同样，掺入磷原子以后，硅晶体中就会有一个电子，形成p型半导体，p型半导体与n型半导体结合在一起形成pn结，当太照射硅晶体后，pn 结中n型半导体的空穴往p型区移动，而p型区中的电子往n型区移动，从而形成从n型区到p型区的电流，在pn结中形成电势差，这就形成了电源，见图1。
图2为硅太阳能电池生产的主要工序，从中可以看出丝网印刷是生产太阳能电池的重要工序，其印刷质量（厚度，宽度，膜厚一致性）影响电池片的技术指标。
3 工序对印刷电极的要求3.1 背面银电极印刷（背银）在电池片的正极面（p区）用银铝浆料印刷两条电极导线（宽约3～4mm）作为电池片的电极（图3）。
3.2 背面铝印刷（背铝）在电池片的正极面采用铝浆料印刷整面（除背银电极外）。
3.3 正面银印刷（正银）在电池片的正面（喷涂减反射膜的面）同时用银浆料印刷一排间隔均匀的栅线和两条电极（图4），在工艺上要求栅线间距约3mm、宽度约O.10～0.12mm：4 印刷原理图5为丝网印刷原理示意图，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。
丝网印刷基本原理是：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。
油墨在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤压到基片上。
由于浆料的黏性作用而使印迹固着在一定围之，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，由于丝网与承印物之间保持一定的间隙，使得印刷时的丝网通过自身的力而产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。
由于回弹力的作用，使丝网与基片只呈移动式线接触，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，工作台返回到上料位置，至此为一个印刷行程。
4.1 刮刀从图5的印刷原理示意中可以看出，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。
刮刀材料一般为聚胺脂橡胶或氟化橡胶，硬度围为邵氏A60°～A90°，刮板条的硬度越低，印刷图形的厚度越大，刮刀材料必须耐磨，刃口有很好的直线性，保持与丝网的全接触；刮刀一般选用菱形刮刀，它具有4个刃口，可逐个使用，利用率高，见图6。
刮刀速度：刮刀速度是决定效率的最大因素，以半自动印刷机为例，印刷所占时间一般为总循环的2／3；印刷速度的设定由印刷图形和印刷用浆料的黏度决定，速度越高，刮刀带动浆料进入丝网漏孔的时间越短，浆料的填充性会差，出现图7所示现象，如果印刷线条精细，速度应低一些，图4所示的正银工序中栅线的线宽在0.1～0.12nun，一般速度设定在200～250mm／s，图3所示的背铝和背银工序因印刷线条宽速度设定在300mm／s；印刷用浆料因不同工序而不同，相应黏度不同，但总体黏度比较低，所以印刷速度较快；在实际的印刷中速度的恒定同样很重要，如果在印刷过程中速度出现波动，会导致图形厚度的不一致。
刮刀角度：刮刀角度的设定与浆料有关；浆料黏度值越高，流动性越差，需要刮刀对浆料的向下的压力越大，刮刀角度小；刮刀角度调节围为45°～75°。
在印刷过程中起关键作用的是刮刀刃口2～3mm的区域，在印刷压力下刮刀与丝网摩擦，在开始印刷时近似直线，刮刀刃口对丝网的局部压力很大，见图5所示，随着刮刀刃口的磨损，刃口形状呈圆弧形，它对浆料朝丝网方向的分力急剧增加，丝网作用于丝网单位面积的压力明显减小，刮刀刃口处与丝网的实际角度远小于45°，印刷后丝网表面会有残余浆料，易发生渗漏，同时印刷线条边缘模糊。
见图7，这时需要更换刮刀。
4.2 丝网常用的丝网材料有不锈钢和尼龙2种。
不锈钢丝网的特点是丝径细、目数多，耐磨性好，强度高，尺寸稳定，拉伸性小，由于丝径精细，油墨的通过性能好，尺寸精度稳定，适于太阳能电池片的印刷。
尼龙丝网是由化学合成纤维制作而成，具有很高的强度，耐磨性、耐化学药品性、耐水性、弹性都比较好，由于丝径均匀，表面光滑，故油墨的通过性也极好。
其不足是尼龙丝网的拉伸性较大。
这种丝网在绷网后的一段时间，力有所降低，使丝网印版松驰，精度下降，在太阳能电池片的印刷中采用不锈钢丝网。
图8为丝网的外形。
制作丝网：制作丝网图形由专业厂商订做，要根据印刷图形的精度选择丝网目数的高低、丝径的粗细、丝网开口面积的大小、丝网伸缩率的大小等，表1为日本特殊织物会社的部分丝网技术规格。
丝网的目数及丝径决定可印刷图形的宽度；对于背银和背铝这2道工序印刷由于实际印刷图形不复杂，所以对丝网要求不高，主要考虑印刷厚度即可，一般选用250～280目即可满足要求；正银印刷是对印刷要求最高的一道印刷工序，主要是保证栅线的宽度要求及印刷膜厚的均匀性，一般选用300～330目，印刷后栅线的宽度值取决于丝网的线径及网孔的宽度，有如下计算公式：K=2s+R，式中：K为线条的宽度，S为丝网丝径宽度值，R表示网孔的宽度，如选用330目丝网，查表1：s=30μm，K=44μm则K=2×30+44=102μm，可满足栅线的宽度要求。
丝网的力设定：丝网的力与丝网的材料与目数有关，不同材料、不同丝径的丝网承受的力不同，目数越低，丝径越粗，丝网承受的力越大；丝网生产厂商在技术指标中有一个丝网最大力的建议值，见表1。
如果丝网力太低或印刷过程丝网力不稳定，在刮板压力下会出现网点扩大和网点丢失，影响印刷精度，对于背铝和背银工序一般选取30N／cm，正银工序则选取27N／cm（见图9）。
印刷厚度：丝网和感光膜的厚度决定印刷后图形的厚度即线条的厚度，如图10所示，在一般情况下，丝网目数越低，丝经越粗，印刷后的浆料层就越高，所用丝网目数较高时，印刷后浆料层就低一些。
感光膜的厚度与丝网目数和线条的宽度有关：目数越高，丝径越细，感光膜与丝网的接触面积越小，二者的附着力减小，如果印刷线条变窄，增加感光膜的厚度易造成脱落，所以感光膜较薄，感光膜的厚度约为丝网厚度的15％～25％；对于背铝和背银工序，选取250目丝网，其厚度为58um，感光膜厚度为10～15um，则印后厚度为68～73μm，这里计算出来的厚度时浆料的湿厚度（wetthickness）．需经过烘干（dry）和烧结（fire）才是最终厚度（干厚度），干厚度是湿厚度的30%～40%；对于正银工序，选取330目丝网，其厚度为44um，感光膜厚度为5～10μm，则印后湿厚度约为49～54μm。
选择丝网丝径及目数时，要求网格的孔长为浆料粉体粒径的2.5～5倍；目数越低丝网越稀疏，网孔越大，油墨通过性就越好；网孔越小，油墨通过性越差，如图9所示。
网框：网框大多采用硬铝及铝合金以承受绷网所产生的力，连接丝网的底面需要较高的平面度，约为0.04mm×150mm×150mm;网框规格一般为承印物的2倍：以150mm电池片为例，承印物面积为150mm×150mm，网框口的面积应为300mm×300mm，如图11。
4.3 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，浆料有导体浆料、电阻浆料、介质浆料和包封浆料等。
在背银，背铝及正银工序中所用浆料为导体浆料。
在导体浆料中，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。
浆料的技术性能指标是指浆料中功能成分（背银浆料中的银铝成分、正银浆料中的银成分，背浆料中的铝成分）经过烘干和烧结后与电池片的欧姆特性，其影响电池片的电性能指标如开路电压，短路电流，并联电阻，串联电阻，转换率等技术指标；浆料的工艺特性是达到上述指标的保证，各浆料生产厂商针对3种印刷工序有推荐的工艺参数如浆料的粒度、黏度，固体物含量，丝网的目数；前面提到网格的孔长为浆料粉体粒径的2.5～5倍；浆料的粘度影响刮板条的印刷速度；固体物含量决定印刷后的湿厚度经烘干和烧结后的最终厚度。
背铝及正银三工序的浆料不同，由此决定他们在丝网和印刷参数各有不同，表2为美国FERRO公司的都有相关工序的印刷浆料的特性。
5 设备对设备的要求有如下3点：（1）工作台的平面度。
印刷时电池片被吸附于工作台表面，如表面不平，在负压下电池片易破裂，以150mm电池片为例，工作台的平面度不大于0.02mm；（2）工作台重复定位精度。
根据太阳能电池片的精度要求，工作台重复定位精度达到0.01mm即能满足工艺要求；（3）印刷时丝网与工作台的平行度决定印刷膜厚度的一致性，根据使用要求，以150mm电池片为例二者平行度为0.04mm。
电池片的平面度不大于0.02mm，表面粗糙度低于1.6。
6 结束语. .太阳能电池印刷是电池片生产线的重要工序，对电池片的质量起着重要作用，太阳能电池印刷技术是一个有机的整体，是各种技术的组合，需要工艺工程师和设备工程师的协同工作：既要了解各个参数的特点，又要了解其相互的制约关系；3种印刷工序既有相同之处又有区别，需要针对不同工序的具体要求分别优化各工艺参数，制定出不同工艺实施方案，方可印刷出符合工艺的产品。
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