硅太陽能印刷的酸堿返洗研究

2018-09-06 06:52:36賈宇龍

山西化工 2018年4期

陳麗，賈宇龍，郭麗，楊進

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西長治 046011)

引言

硅太陽能生產行業的競爭日趨激烈，隨著光伏市場的不斷擴大以及其需求量的不斷增加，行業之間的競爭不再僅僅是依賴于產品的產出率與合格率，降低生產成本也成為各光伏企業在行業競爭中占有一席之地的必要條件之一。絲網印刷是硅太陽能電池生產的一個重要環節，其原理是將含有金屬的導電漿料透過絲網網孔印刷在硅片正背面，經高溫燒結后形成電路或電極，在硅片的正面和背面制造非常精細的電路，將光生電子導出電池[1]。在絲網印刷的過程中，常會出現一些印刷不良的片子，這些印刷不良的片子會因其表面金屬銀或鋁的殘留，而產生電池片外觀和電性能參數的異常，導致電池片質量降低。酸堿返洗法采用簡易的酸堿清洗裝置，將印刷不良的片子進行二次清洗，用化學的方法對硅片表面和邊緣的導電金屬進行清除。

絲網返洗片是針對絲網印刷過程中造成的印刷不良硅片，使用IPA(異丙醇)對其正背面漿料進行清洗后的片子。

1 實驗部分

1.1 實驗原理及儀器

實驗原理見式(1)～式(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

本實驗使用的硅片為156.75 mm×156.75 mm的多晶P型硅片；硅太陽能絲網印刷采用ASYS公司生產的絲網印刷設備；電池電學性能檢測采用太陽電池片分選機I-V測量儀[2]；電池片的電性能缺陷檢測使用EL檢測儀。

實驗用清洗裝置采用4個容積為112 L的簡易耐酸堿槽體，分別用作堿槽、堿后的水槽、酸槽、酸后的水槽，槽體內能同時容納2個50片裝載體；使用的載體為改造后的無卡牙和無衡量的50片裝載體。

1.2 實驗過程

實驗過程分為3部分，第一部分，取30片絲網返洗片，分3組每組10片，用于對鋁在堿溶液中反應時間的驗證；第2部分取60片絲網返洗片，分6組每組10片，用于對銀在酸溶液中反應時間的驗證；第3部分分2組，實驗組取200片經酸堿清洗法后硅片，對比組取200片已鍍膜多晶P型硅片，印刷后對2組電性能參數及EL情況進行測試。

2 結果與討論

2.1 銀、鋁殘留物與電池片電性能

電池片電性能是否有缺陷，可以通過太陽能電池發光測試(簡稱EL測試)進行檢測，它是通過對晶體硅太陽能電池外加正向偏置電壓，給電池片通入1 mA～40 mA的電流，片子的缺陷會通過計算機上顯示的底片的曝光程度體現出來[3]。取1片硅太陽能印刷后未過酸堿處理的返洗片，對其進行EL測試,見第108頁圖1。圖1a)為曝光出的該電池片的背面底片，該電池片所呈現的曝光底片上布滿亮點，有些亮點所在的區域殘留有肉眼看不到的銀或鋁金屬。以銀金屬為例，銀在該區域的腐蝕能力變強，容易造成銀離子擴散至耗盡層導通PN節，導致電池片發生嚴重的漏電[4]，最終影響電池片的短路電流、開路電壓、串聯電阻等電學性能。

圖1 EL測試圖像

2.2 酸溶液對硅片殘留銀粉的影響

將殘留銀粉的返洗片載體置于混酸槽中進行反應，化學反應方程式如式(5)～式(7)。

(5)

(6)

(7)

HNO3可以將難以去除的Ag反應生成AgNO3，而HCl則起到了中和KOH和去除殘留鋁粉的作用。配液過程為：先在槽體中加入30 L去離子水，穿戴好防護用品，在檢修人員的配合下在濕法設備的原液槽中手動依次接取6 L HNO3和6 L HCl，沿槽壁依次緩慢將酸液倒入槽體中，然后，再添加8 L的水達到50 L的刻度值。由于HNO3和HCl原液的體積分數分別為65%和30%，因此,配制后得到的酸液體積分數分別為HNO37.8%和HCl 3.6%。

在一定濃度的硝酸溶液中對銀刻蝕不同時間，其反應的程度也不同[5]。將6組裝有絲網返洗片的載體放置在酸槽里，對返洗片在HNO3藥液中的反應時間和返洗后的電學性能進行測試，結果如圖2a)。觀察圖2a)可以看出，30 min為銀粉在酸溶液中去除的最佳反應時間。

3 堿溶液對硅片殘留鋁粉的影響

對于返洗片上殘留的鋁粉，根據式(4)反應原理，需KOH與純水按一定比例配液后清除。配液過程為：先在堿槽中加入40 L去離子水，穿戴好防護用品，在檢修人員的配合下在濕法設備的原液槽中手動接取6 L KOH，沿槽壁緩慢將堿液倒入槽體中，然后再添加4 L水達到50 L的刻度值，由于KOH原液的體積分數為48%，所以配制后得到的堿液體積分數為5.76%。

圖2 置于酸、堿槽時間對片子優劣的影響

將裝有返洗片的載體放置在堿槽里，看到馬上會有有氣泡冒出，這是因為Al極易與堿發生反應，生成H2。對3組絲網返洗片在KOH藥液中的反應時間和返洗后的電學性能進行測試。圖2b)中的時間為片子在堿槽中的反應時間。圖2b)數據可以看出，在堿槽中清洗3 min后拿出水洗后可得測試合格的電性能電池片。

將200片實驗組硅片，按圖3酸堿清洗流程進行清洗，然后，與200片對比組片子一起進行絲網印刷。對實驗組硅片進行EL檢測,EL測試圖像如圖1b)所示。從圖1b)可以看出經酸堿清洗法后的片子其EL曝光底片無漏電等缺陷。表1為兩組片子測得的電學性能參數。表1顯示，實驗組片子的效率、短路電流、開路電壓等電學參數均略低于對比組數據。驗證得出，酸堿清洗法避免了片子的EL缺陷，減輕了片子電學性能的大面積損傷。