晶體硅太陽電池的絲網印刷技術及質量控制

陜西國防工業職業技術學院 ■ 邱燕

0 引言

太陽電池，又稱光伏器件，是一種利用光生伏特效應把光能轉變為電能的器件，是太陽能光伏發電的基礎和核心。現今，太陽電池制造業面臨兩大問題，一是如何設法提高太陽電池功率進而增加單位面積發電量；二是在不增加投資的前提下通過現有工藝提高生產力[1]。絲網印刷是進行金屬化的優化工藝，其制作太陽電池板的背、正電極和背電場的生產工藝日趨成熟，成為當今太陽電池制作的主流加工方式[2]。

1 太陽電池絲網印刷

1.1 絲印在太陽電池生產工序中的位置

圖1 絲網印刷技術在硅太陽電池生產流程中的工序

圖1為晶體硅太陽電池生產的主要工序流程，包括印刷背電極、鋁背場、正電極。絲網印刷質量會直接影響到電池片的外觀和電性能的優劣，因此是太陽電池生產流程中的一道重要工藝程序。

通過絲網印刷的方法，將具有高度化學活性的金屬漿料印刷到硅片上，通過烘干使金屬漿料固化，再通過高溫快速燒結，在活性物質的幫助下，金屬與硅片表面形成合金層，從而形成良好的接觸及鋁背場。

1.2 絲網印刷技術

目前常采用的絲網印刷技術工藝是通過刮條擠壓絲網彈性形變后將漿料漏印在所需印刷的材料上，圖2為絲印技術的原理圖。利用絲網印刷，將含有金屬的導電漿料透過絲網網孔壓印在硅片上形成電路或電極，將光生電子導出電池。把金屬漿料印在已形成p-n結的多晶硅硅片上，分別印刷背面銀鋁漿，形成背電極，有利于組件的焊接。第二道印刷鋁漿進行重摻雜，形成p+層。鋁背場減少載流子復合，收集正電荷，增大開壓。第三道印刷銀漿，有利于電荷的收集，形成上電極。

圖2 絲網印刷技術原理示意圖

在電池片的反面(即未鍍膜面)用銀漿(或銀鋁漿)印刷背電極作為電池片的電極。背電場的作用體現在：Al為p型雜質，燒結后可在背面擴散形成p+層，從而形成p+p結，阻止電子向背面運動。工業化生產中所使用的背電場漿料主要是鋁漿。圖3為背電極網版和印刷背電極的硅片。

圖3 背電極網版和印刷背電極的硅片

背電極印刷對漿料的要求主要有：背電極為電池的物理正極，要求有好的焊接性能；背電極漿料一般為Ag漿或Ag/Al漿，其成本較低，可達到較好的焊接性能。

在太陽電池片有減反射膜的面及電池正面同時用銀漿料印刷一排間隔均勻的細柵線和主電極。正面電極實際是電池的物理負極，柵線起到收集電流的作用，太陽電池追求的最終目標就是正電極的高而細；主柵不但承擔著收集電流的作用，還需具備良好的焊接性。工業化生產中正面電極所需漿料主要為銀漿。圖4為正電極網版和印刷正電極的硅片。

圖4 正電極網版和印刷正電極的硅片

1.3 絲印質量控制

工業化生產過程中，為了保證電池片印刷的質量和穩定，必須對電池片抽測印刷重量、檢查圖形印刷的完整性。主要檢查以下幾個方面：背電極印刷圖案是否完好、線條流暢、無漏漿、無偏移、無崩邊等現象；背電場印刷圖案是否完好，有無漏漿、偏移、崩邊、缺失、漏硅和脫落、鋁苞、鋁珠、鋁刺等現象；正面電極印刷圖案是否完好，有無毛邊、偏移、崩邊、斷線、虛印、細柵線加粗、主電極缺失、正電極翹曲等現象；對各道印刷重量檢測[3]。

1.4 絲印常見問題的產生原因及解決方案

1)漏漿，其常見原因是網版有破洞。此時應及時查看網版漏漿處的大小，若網版上的破洞不大，可嘗試在網版漏漿位置用膠帶黏住，試做一片，看是否仍然漏漿，如果仍漏，可繼續修補再試；如若不漏，則可繼續使用。若漏洞太大無法修補，則需及時更換新網版。

2)虛印，其直觀現象是漿料周邊毛糙，不平直。常見原因多為印刷參數設置不佳、印刷刮條不平，或是網版使用的時間太久而產生虛印、臺面不平。此種問題的常見解決方案為：觀測印刷后，網版用刮條刮拭是否干凈，可適當增大絲網間距，以增強印刷壓力，如若仍出現虛印，則需更換刮條。若因網版使用時間長而產生的虛印，則需更換新網版。

3)堵網，其產生的主要原因在于有干的漿料或碎片將本該漏印漿料的地方堵塞，可用抹布蘸拭酒精擦干凈堵網的位置。

4)彎曲，主要是由于硅片自身太薄、硅片的背電場鋁漿印不均勻或太厚[3]，可適當調整絲印參數，如減小絲印間距、加大印刷壓力、加大刮刀高度、減小印刷速度等。

5)粘版，即硅片印完后不是停留在印刷臺面上，而是被粘到網版上[3]。其產生原因有：絲網間距太小、印刷刮條不平、過多的漿料從絲網處漏過或是印刷時停留時間過久、網版張力有所下降、臺面吸力不夠等。常見的解決方案有：加大絲網間距和印刷壓力，或更換刮條、更換印刷臺面紙張，或更換新網版。

6)斷線，主要是有東西粘在網版上造成堵網。諸如此類問題可用干凈的布擦拭網版，或干凈布蘸拭松油醇擦拭網版后，再用干凈的布擦拭網版即可。

7)節點，即網版細柵線上的粗點。主要是因為細柵線上有一個小洞漏漿或刮條不平整造成。該問題的解決方法主要靠調整印刷參數或更換臺面紙。

8)印刷圖形偏移，主要是因為印刷參數設置不正確、印刷臺面不清潔而導致攝像頭對印刷硅片位置校正錯誤等。

9)隱裂或碎片，主要問題在于吸片器、臺面上有碎屑物或臺面不平整、網版上粘有碎片或其他原因(總體而言，該問題的產生原因較多)。遇到此類問題，應及時清理臺面碎屑，調整參數；升高刮刀高度，減小壓力，將臺面擦拭干凈，更換新紙。

10)電極脫落，主要是因為印刷或烘干、燒結點時產生的問題。

2 結語

晶體硅太陽電池絲網印刷是一項用于積淀金屬線和其他應用的技術，具有很大的成本效益，且工業化生產中已進行相應的擴展。現有的絲網印刷系統具有高度自動化、極高的產量和處理超薄硅片的能力[4]。該技術可有效地提高電池效率并降低太陽能電力的每瓦成本。

[1] Darren Brown. 絲網印刷在太陽能電池制造中的挑戰[J]. 集成電路應用，2009，8： 38－40.

[2] 魏真. 太陽能電池板印刷對絲網印版的要求[J]. 印刷雜志，2011，7： 57.

[3] 陳功兵. 絲網印刷工藝概述[EB/OL]. http：//wenku.baidu.com，2012-11-16.

[4] 應用材料(中國)有限公司. 晶體硅太陽能電池的絲網印刷技術[J]. 中國集成電路，2010，7： 72.