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太阳能电池制造中的丝网印刷技术概述

作者：田玉祥 张涛

来源：《科学与信息化》2018年第22期

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属浆料，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。混有金属的浆液压在已经有P-N结的晶体硅片上，背面的银铝浆液单独压制，成为背电极，这样对构件的拼接有好处。二，压制的铝浆被大量掺入杂质，生成P+层。铝背场降低载体复合材料的使用量，以收敛带正电荷的粒子，来加大电压。三，印刷银浆对带正负电荷的粒子的收集有很大的好处，进而便于电极的生成。背电极是用银铝浆（或是银浆）印在电池片的背面（即在未涂布的表面上）的光伏电池板

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的电极。铝是P型杂质这一事实反映了背电场的功能。实际制造中所需的背场浆料以铝浆为主。背电极印刷对浆料的需求包括：背电极要是光伏电池的实际正电极，需要良好的焊接机能等。在光伏电池的表面和前部印有一列平均间距的细网格线和主电极，并有缩小的反光膜。光伏电池的正电极其实是物理上的负极，栅格线起电流的集合功能。光伏电池的终极目的是要高薄正极。主电网不仅具有采集电流的功能，而且要有很好的焊接性。实际制造中前电极所要的最重要的材料是银浆[1]。 1.3 丝印质量控制

在实际制造流程中，为保障电池硅片印刷的质量及其稳定性，需要对电池硅片印刷的质量进行测试，并对丝网印刷的完整性进行检查。大体上考察了下面若干方面：背电极印刷图案是否完整，线条是否光滑，无泄漏浆液，无偏差，无边缘塌陷。背场的印刷图案是否完整，无纸浆泄漏、偏移、边缘塌缩、损耗、硅泄漏和脱落、铝芽、铝珠、铝刺等现象。正电极图案是不是完整，是不是有偏置、断边、开线、假印、细格线增厚、主电极丢失的问题。测试每个工序的印刷质量。

1.4 丝印常见问题的成因及解决方法 （1）漏浆

这时，要尽早检查筛板上泄漏的网孔大小。如果筛板上的孔不大，可以试试用胶带粘在筛板的泄漏浆料位置，并尝试制作一块，看看浆料是否仍在泄漏。如果还有浆料泄漏，就需要再修理、再试一次；如果没有浆料泄露，就可以接着使用。如果孔洞太大，没法进行修复，就要尽早更换新的网板。 （2）虚印

它的直观现象是浆料周边毛糙、不平整。其常见原因是印刷数据输入不佳、印刷不均匀或使用网板时间过长，导致印刷错误及台面不均匀。这个问题的最佳处理方法是：观察印刷后，刮刀是否清洁，可以合理地增加丝印间距，以增加印刷压力。如果仍有错误的印刷，则要换一个刮刀。如果由于网板长时间使用而出现虚印，就有必要更换一个新的网板。 （3） 堵网

堵网原因是存在着干浆或碎片，阻挡了浆料在丝网上需要漏掉的位置。这时就需要清理丝网表面网格，网格的位置可以用无尘布蘸酒精擦拭，将凝固的浆料和碎片清理干净。 （4）弯曲

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造成这种结果的大部分原因是因为晶体硅片本身极薄，晶体硅片的背电场分布不均或过厚。丝网印刷的数据可以在一定范围内进行调节，比如降低丝印的间距，增加印刷压力，增加刮刀的高度，降低印刷速度等。 （5）粘板

晶体硅片印刷后，它不留在印刷台面，而是粘在网板上。其中的原因包括：网距过小，印条不均匀，浆料泄漏过多或印刷时间过长，网板张力降低，台面吸力不足、刮条使用太久以致刮条变形引起粘板等。常用的解决方法包括增加网板间距和印刷压力，或换刮刀，更换新的印刷台面纸，或换新的网板。 （6）断线

主要是有些物质粘在网板上，导致网板被堵住。这种问题可通过干净的专业无尘布擦拭网板，或者用无尘布浸蘸酒精擦拭网板的方法来处理[2]。 2 结束语

光伏电池丝网印刷是一种应用于金属丝聚积等事项的工艺。它在成本上有较高的增益，并在实际制造中得到了发展。已有的丝网印刷设备系统自动化程度高，产量很高，并具备印刷超薄晶体硅片的实力。此工艺能高效地增加电池效率，降低每瓦特电能的生产成本。 参考文献

[1] 段湘宁，杨杰，于国丰.太阳能电池丝网印刷工艺中的悬浮网板技术[J].电子测试，2013，（11x）：224-225.

[2] 朱坚东，管力明，胡更生.印刷技术在染料敏化太阳能电池制造中的应用[J].中国印刷与包装研究，2011，3（02）：7-11.