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XINYU UNIVERSITY毕业设计（论文）（ 2012 届）题目多晶硅太阳能电池丝网印刷工艺二级学院太阳能科学与工程学院专业新能源科学与工程班级材料工程班学号**********学生姓名严回春指导教师詹长军新余学院教务处制目录目录............................................................. I I 摘要 . (I)Abstract (II)第1章丝网印刷的发展 (1)1.1 丝网印刷的起源。
(1)1.2 丝网印刷在世界各国的发展。
(1)1.3 我国现代丝网印刷的发展 (2)第2章丝网印刷概述 (4)2.1 多晶硅太阳能电池丝网印刷原理 (4)2.2 丝网印刷的特点 (5)2.3 有关丝网的术语 (7)2.4 丝网印刷对丝网性能的要求 (9)2.5 丝网印刷的应用 (10)第3章多晶硅太阳能电池丝网印刷的三步骤及各图形的优缺点 (13)3.1 背电极印刷及烘干 (13)3.2 背电场印刷 (14)3.3 正电极印刷 (14)第4章多晶硅太阳能电池丝网印刷常出现的问题及处理方法 (16)4.1 一道背电极印刷： (16)4.2 二道背场印刷： (16)4.3 三道正电极印刷 (17)4.4 烧结 (18)结论 (20)参考文献 (21)致谢 (22)多晶硅太阳能电池丝网印刷工艺摘要太阳能是一种清洁的可再生能源，以光伏效应为基础的太阳电池有着美好的应用前景，其中，丝网印刷太阳电池的制作工艺在高效，低成本太阳电池的研究和生产中有着重要的地位。
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。
![电池片丝网印刷简介[优质文档]](https://img.taocdn.com/s1/m/997a49d725c52cc58bd6bec3.png)
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太阳能电池片丝网印刷遇到的工艺问题及处理
一、翘曲：
1.硅片太薄——控制原始硅片厚度
2.印刷铝浆太厚——控制铝浆重量
3.烧结温度过高——调整烧结炉4、5、6、7区温度
4.烧结炉冷却区冷却效果不好——查看风扇状况、进出水温度压力等
二、铝包：
1.烧结温度太高——调整烧结炉4、5、6、7区温度
2.印刷铝浆太薄——印刷铝浆重量加重
3.使用前浆料搅拌不充分——搅拌时间必须达到规定时间
4.铝浆印刷后烘干时间不够——增加烘干时间或提高烘干温度
5.烧结排风太小——增大烧结炉排风
6.烧结炉冷却区冷却效果不好——查看风扇状况、进出水温度压力等
三、虚印：
1.印刷压力太小——增大印刷压力
2.印刷板间距太大——减小板间距
3.印刷刮刀条不平——更换刮刀条
4.工作台板不平，磨损严重——更换工作台板
5.网印机导轨不平——重新调整导轨
四、粗线：
1.网版使用次数太多，张力不够——更换网版
2.网版参数不合格——核对该批网版参数，更换网版
3.浆料太稀，浆料搅拌时间太长——严格执行浆料搅拌时间规定
4.网印机参数不合适——调整网印机参数
五，漏印——网版有破损或者有杂物，可以用松油醇粘无尘布后擦拭网版相应位置。
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]。
丝网印刷工艺流程：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。
浆料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范围之内，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张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，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，至此为一个印刷行程。
背面电极印刷（正极）：为最终电池片提供物理上的正电极。
浆料：Ag/Al浆如Fwrro 3398 在电池片的正极面（p区）用银浆料印刷两条电极导线（宽约3～4mm）作为电池片的电极。
（1）与硅片表面和背场铝形成良好的欧姆接触,形成较低的接触电阻；（2）良好的可焊性，与镀锡带形成良好的接触，对外输出电流。
所谓欧姆接触，是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区（Active region)而不在接触面。
温度100 120 150 170 8 方案1：缺点：焊条为长条状，浪费了Ag/Al浆优点：一旦出现碎片后，可以顺利的划成碎片方案2：优点：可以大大节省Ag/Al浆，降低成本缺点：一旦出现碎片后，断成小片，利用率大大降低方案3：优点：与铝背场形成良好的欧姆接触，铝浆料和银浆料有细栅线的重叠部分，这样可以提高效率和填充因子。
总结：尽量减少铝浆与银铝浆的重叠部分，在显微镜下观察两者重叠部分严重黑，即大量的有机溶剂没有充分挥发，这样就严重影响电池效率和填充因子。
1号烘箱：干燥硅片，保障下步印刷时已印刷的背电极免遭破坏。
背电场印刷：重新参杂，去电池片背面PN结，减少载流子复合，增大开压。
浆料：Al浆如Ferro FX53-038（1）收集背部载流子，传送到背电极（2）形成BSF，在硅片背面形成p+层可以减少金属与硅交界处的少子复合，从而提高开路电压和增加短路电流。
厚度因素有：丝网目数、网线直径、开孔率、乳胶层厚度、印刷头压力、印刷头硬度、印刷速度及浆料粘度。
设计理念：降低背面载流子复合，控制电池烧结后弯曲度。
厚度控制：太薄：与硅形成熔融区域而被消耗，较低的横向电导率。
太厚：烧结时不能完全去除有机物；浪费浆料；引起弓片。
2 号烘箱：保障正电极印刷时背电场免遭破坏。
正电极印刷：搜集光生电流，提供电池片物理上的负电极。
浆料：Ag浆如Ferro CN33-462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，在工艺上要求栅线间距约3mm、宽度约O.10～0.12mm。
（1）收集载流子，对外输出光生电流；（2）减少遮光面积，最大面积实现光电转换。
印刷后烘干的作用是使浆料中的有机物质挥发。
设计理念：提高电流的收集效率、低金属栅线电阻、低接触电阻、低遮光面积。
正面电极工艺要求：栅线高宽要求：尽可能大的高宽比目的：较小的宽度，减小遮光面积。
较大的高度，增大的栅线横截面。
意义：减少由于栅线遮光造成的电池功率失，同时较大栅线横截面可以降低栅线的体电阻从而降低由栅线电阻引起的功率损失。
丝网的材质：不锈钢丝网1.目数：280目目数的定义：X目表示在1平方英寸的正方形面积上，长为X根，宽也为，即表示X目。
2.丝直径：46~53um3.丝网厚度：82~90um4.膜厚：15um5.静态张力：25N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：23~28um3.丝网厚度：46um4.膜厚：15um5.膜和丝网总厚度：60~63um正面栅线设计：丝网材质：不锈钢丝网1.目数：280目2.线直径：30um3.丝厚度：50um4.膜厚：15um5.膜和丝网的总厚度：65um6.张力：26N细栅线数：44最边缘的细栅线到电池边缘的距离为1.7mm0.125*44+1.7*2+43*2.7=125两根细栅线之间的距离为2.7mm主栅线的宽度为1.5mm烧结：干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触。
较低温度（200℃左右）将金属浆料中的有机物挥发。
较高温度（350℃左右) 将有机物燃烧。
高温快烧（900℃左右）浆料穿透SiNx层与硅片形成良好的欧姆接触。
（1）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。
（2）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。
（3）背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P型掺杂，它可以减少金属与硅交接处测试分选：根据电池片效率和短路电流进行分选，为组件车间更好地生产高效率电池组。
五丝网印刷基本原理基本原理：利用网版图文部分网孔透墨，非图文部分网孔不透墨的基本原理进行印刷。
印刷时在网版上加入浆料，刮胶对网版施加一定压力，同时朝网版另一端移动。
浆料在移动中从网孔中挤压到承印物上，由于粘性作用而固着在一定范围之内。
由于网版与承印物之间保持一定的间隙，网版通过自身的张力产生对刮胶的回弹力，使网版与承印物只呈移动式线接触，而其它部分与承印物为脱离状态，浆料与丝网发生断裂运动，保证了印刷尺寸精度。
刮胶刮过整个版面后抬起，同时网版也抬起，并通过回墨刀将浆料轻刮回初始位置，完成一个印刷行程。
丝网结构网版，刮胶，浆料，印刷台，承印物浆料体系银铝浆：背面导体，作为背电极，提供可焊性。
铝浆：背面导体，作为背面电场，收集电流。
银浆：正面导体，作为正电极，收集电荷。
影响因素1.印刷压力的影响在印刷过程中刮胶要对丝网保持一定的压力，且这个力必须是适当的。
印刷压力过大，易使网版、刮胶使用寿命降低，使丝网变形，导致印刷图形失真。
印刷压力过小，易使浆料残留在网孔中，造成虚印和粘网。
在适当的范围内加大印刷压力，透墨量会减小（浆料湿重减小），栅线高度下降，宽度上升。
2.印刷速度的影响印刷速度的设定必须兼顾产量和印刷质量。
对印刷质量而言，印刷速度过快，浆料进入网孔的时间就短，对网孔的填充性变差，印刷出的栅线平整性受损，易产生葫芦状栅线。
印刷速度上升，栅线线高上升，线宽下降。
印刷速度变慢，下墨量增加，湿重上升。
3.丝网间隙的影响在其他条件一定的情况下，丝网间隙与湿重大致有如右图的关系：最初两者几乎呈比例上升，之后丝网间隙加大，湿重降低，最后突然变为零。
丝网印刷时使用的是曲线的前半段（即呈比例上升段）。
由此可知，丝网间隙加大，下墨量多，湿重增大。
丝网间隙过大，易使印刷图形失真；过小，容易粘网。
刮胶硬度的影响刮胶材料一般为聚胺脂或氟化橡胶，硬度60-90A。
刮胶硬度越大，印刷的图形越精确，原图的重现性越好。
因此，正面栅线的印刷就需要选用硬度较高刮胶。
刮胶硬度小，其他参数不变的情况下湿重就大，线高增加，线宽变大。
4.刮胶角度的影响刮胶角度的调节范围为45-75度。
实际的刮胶角度与浆料有关，浆料黏度越高，流动性越差，需要刮胶对浆料向下的压力越大，刮胶角度接就越小。
在印刷压力作用下，刮胶与丝网摩擦。
开始一刷时近似直线，刮胶刃口对丝网的压力很大，随着印刷次数增加，刃口呈圆弧形，作用于丝网单位面积的压力明显减小，刮胶刃口处与丝网的实际角度小于45度，易使印刷线条模糊，粘网。
在可调范围内，减小刮胶角度，下墨量增加，湿重加大。
刮胶刃口钝，下墨量多，线宽大。
5.浆料黏度的影响印刷时浆料黏度的变化（触变性）如右图所示：浆料的黏度与流动性呈反比，黏度越低，流动性越大，可在一定程度保证印刷的质量。
浆料黏度过大，透墨性差，印刷时易产生桔皮、小孔。
浆料黏度过小，印刷的图形易扩大（栅线膨胀），产生气泡、毛边。
6.纱厚、膜厚的影响一般情况下，丝网目数越低，线径越粗，印刷后的浆料层越高，因此丝网目数较高时，印刷后浆料层就低一些。
对于同目数的丝网，纱厚越厚，透墨量越少。
在一定范围内，感光胶膜越厚，下墨量越大，印刷的栅线越高。
但膜厚增大，易造成感光胶脱落。
7.印刷台面的影响印刷台面的水平度：印刷时电池片被吸附于印刷台面，若台面不平，电池片在负压下易破裂。
一般电池片水平度应小于0.02mm。
印刷台面与网版的平行度：决定了印刷浆料的一致性。
一般二者平行度应小于0.04mm。
印刷台的重复定位精度：太阳能电池片印刷台的重复定位精度需达到0.01mm。
参数相互关系1.压力与间距：压力越大时，间距也大；因为压力大时，刮刀与网板接触的地方凸出来也多，间距小的话，硅片承受的压力加大，碎片的概率会加大。
两个参数当中的一个改变, 另外一个不改, 就可能加大硅片碎的可能性或影响印刷质量。
2.印刷速度影响到产能, 同时也影响到印刷到硅片浆料的多少。
印刷参数的调整1.先把印刷速度改小，以方便在调试时能很好的观察（如印刷速度为50mm)。
完全松开锁定螺丝，并保证刮刀和回刮刀左右的固定螺丝未锁，能自由活动。
2.先设定印刷间距：印刷间距以浆料能很好的印刷到硅片为宜，无粘片和虚印。
( 推荐为：1.5+0.3)3.在间距定下后，设定印刷压力。
压力由小到大慢慢加，加到在印刷时浆料能收干净就可以。
参数的调整4.在压力和间距设定好后，印刷一片看看印刷是否合格，否则再作微调。
（印刷速度未改）5.合格后，慢慢朝下拧锁定螺丝，在感觉到锁定螺丝刚碰到东西时，把锁定螺丝锁住。
这个动作相当于找到了一个刮胶下降的一个限位，保证刮刀在压力加大时不会再下压。
6.然后加快印刷速度，并测印刷重量，如过大，则减速，过小，则加速。
（推荐170mm)。
