摘要(yao)：為(wei)了(le)解決晶硅太陽能(neng)電(dian)池(chi)正(zheng)面電(dian)極印刷(shua)(shua)過程中(zhong)存在的工藝缺陷，以Baccini 絲網(wang)印刷(shua)(shua)設備為(wei)例，結合(he)具體生產(chan)(chan)(chan)實踐(jian)，發現對絲網(wang)間距、刮條下(xia)降深(shen)度、印刷(shua)(shua)速度、印刷(shua)(shua)壓力4 個(ge)主要(yao)印刷(shua)(shua)工藝參數進(jin)行合(he)理(li)設置(zhi)和優化，能(neng)較好地改(gai)善正(zheng)面電(dian)極印刷(shua)(shua)效(xiao)(xiao)果，并有利(li)于電(dian)池(chi)片光電(dian)轉換效(xiao)(xiao)率(lv)的提(ti)高，為(wei)提(ti)升企業產(chan)(chan)(chan)品質(zhi)量和生產(chan)(chan)(chan)效(xiao)(xiao)率(lv)提(ti)供參考。

　　絲(si)網印刷(shua)技(ji)術(shu)是晶體硅太陽(yang)(yang)能電池表面金屬化(hua)(hua)中最為成熟的(de)(de)工藝(yi)技(ji)術(shu)，但是在(zai)目前追求(qiu)高效(xiao)(xiao)(xiao)率、低成本(ben)的(de)(de)趨(qu)勢下，晶體硅太陽(yang)(yang)能電池正(zheng)電極(ji)柵(zha)線正(zheng)朝著(zhu)精細化(hua)(hua)、復雜化(hua)(hua)、大高寬比方向(xiang)發展，絲(si)網印刷(shua)技(ji)術(shu)已(yi)逐漸顯示出它(ta)的(de)(de)局限性(xing)。隨著(zhu)技(ji)術(shu)的(de)(de)發展，多種新技(ji)術(shu)已(yi)初步取得了很好(hao)的(de)(de)效(xiao)(xiao)(xiao)果[1—4]，如二次印刷(shua)技(ji)術(shu)、激光(guang)刻槽埋(mai)柵(zha)（LGBC）技(ji)術(shu)、激光(guang)穿孔技(ji)術(shu)（EWT&MWT）以(yi)及(ji)噴(pen)墨打(da)印技(ji)術(shu)等。但由于工藝(yi)穩定性(xing)有(you)待(dai)提高，不(bu)適應規模化(hua)(hua)、產業化(hua)(hua)生產要求(qiu)，因此，傳統印刷(shua)技(ji)術(shu)依然處于主(zhu)導地位[5—6]。本(ben)文針對晶硅太陽(yang)(yang)能電池正(zheng)面電極(ji)印刷(shua)過(guo)(guo)程中存在(zai)的(de)(de)質量問題，通過(guo)(guo)試驗研究和(he)經驗總結，提出切實有(you)效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)工藝(yi)參數設置及(ji)優(you)化(hua)(hua)方案。

　　 1工藝參數及存在問題

　　晶(jing)硅太陽(yang)能電池(chi)(chi)正面電極印(yin)(yin)刷(shua)工(gong)藝控(kong)制點為印(yin)(yin)刷(shua)濕重(zhong)(zhong)(zhong)和柵(zha)(zha)(zha)線寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)，而影響印(yin)(yin)刷(shua)濕重(zhong)(zhong)(zhong)、柵(zha)(zha)(zha)線寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)的主要(yao)工(gong)藝參數有4個，分別是絲(si)(si)網(wang)(wang)(wang)間(jian)距(ju)（Snap-offPosition）、刮(gua)(gua)條下降深度(du)(du)(du)(du)（Down-Stop）、印(yin)(yin)刷(shua)速(su)度(du)(du)(du)(du)（PrintingSpeed）、印(yin)(yin)刷(shua)壓(ya)力（PrintingPressure）。在一(yi)定(ding)區間(jian)內，4個參數中如(ru)果有3個參數不(bu)變(bian)(bian)，如(ru)絲(si)(si)網(wang)(wang)(wang)間(jian)距(ju)抬高(gao)，印(yin)(yin)刷(shua)濕重(zhong)(zhong)(zhong)增(zeng)(zeng)大(da)(da)，柵(zha)(zha)(zha)線印(yin)(yin)刷(shua)寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)變(bian)(bian)窄；刮(gua)(gua)條下降深度(du)(du)(du)(du)越(yue)小(xiao)(xiao)，印(yin)(yin)刷(shua)濕重(zhong)(zhong)(zhong)越(yue)大(da)(da)，柵(zha)(zha)(zha)線印(yin)(yin)刷(shua)寬(kuan)度(du)(du)(du)(du)變(bian)(bian)窄；印(yin)(yin)刷(shua)速(su)度(du)(du)(du)(du)越(yue)快，印(yin)(yin)刷(shua)濕重(zhong)(zhong)(zhong)越(yue)大(da)(da)，但速(su)度(du)(du)(du)(du)超過一(yi)定(ding)越(yue)大(da)(da)，但過小(xiao)(xiao)則(ze)(ze)會造成斷(duan)柵(zha)(zha)(zha)、虛印(yin)(yin)等不(bu)良印(yin)(yin)刷(shua)，過大(da)(da)則(ze)(ze)極易造成電池(chi)(chi)片隱裂以及網(wang)(wang)(wang)版破損(sun)。若絲(si)(si)網(wang)(wang)(wang)間(jian)距(ju)過大(da)(da)或刮(gua)(gua)條下降深度(du)(du)(du)(du)過小(xiao)(xiao)，則(ze)(ze)斷(duan)柵(zha)(zha)(zha)增(zeng)(zeng)多(duo)，甚至(zhi)(zhi)造成虛印(yin)(yin)；若絲(si)(si)網(wang)(wang)(wang)間(jian)距(ju)過小(xiao)(xiao)或刮(gua)(gua)條下降深度(du)(du)(du)(du)過大(da)(da)，則(ze)(ze)柵(zha)(zha)(zha)線的高(gao)寬(kuan)比下降，甚至(zhi)(zhi)造成柵(zha)(zha)(zha)線兩側(ce)毛刺增(zeng)(zeng)多(duo)、遮光面積(ji)增(zeng)(zeng)大(da)(da)，同時電極電阻(zu)增(zeng)(zeng)大(da)(da)。上述原因都將導(dao)致(zhi)載流(liu)子收集(ji)受(shou)限[7—8]，對(dui)電池(chi)(chi)片的光電轉(zhuan)換效(xiao)率造成一(yi)定(ding)影響。

　　 2工藝方案設計

　　在實際的生(sheng)產過程中，如何綜合考慮上述4個(ge)參數的合理設(she)置，并針對具體情況(kuang)及時作出調(diao)整，從而確保(bao)良好的印刷質量，是目前傳統絲網印刷工(gong)藝需(xu)要(yao)解決的關鍵問題[9—11]。

　　具體工藝參數設(she)置與調整(zheng)方案包括(kuo)以下步驟：

　　（1）首(shou)先(xian)安(an)裝、校驗網版(ban)，將印刷模式選擇為先(xian)印刷后刮漿料。

　　（2）設置絲網間距(ju)值的調節范(fan)圍為-1200～-1600μm。該參(can)數關系到垂直方向上電機(ji)的運動，規定以印刷臺面(mian)為零點，向下為正，所(suo)以該參(can)數值為負。在保證印刷質量的前提下，網版與印刷臺面(mian)間距(ju)越(yue)小(xiao)越(yue)好。

　　（3）設置(zhi)刮條下(xia)(xia)降深(shen)度值(zhi)的(de)調節(jie)范圍為(wei)(wei)-1000～-1400μm。規定以網版(ban)平面為(wei)(wei)零(ling)點，向下(xia)(xia)為(wei)(wei)負(fu)(fu)，所以該參(can)數值(zhi)為(wei)(wei)負(fu)(fu)。在保證印刷質量(liang)的(de)前提下(xia)(xia)，刮條下(xia)(xia)降深(shen)度越小越好(hao)。在實際操作中，該參(can)數值(zhi)雖然不直(zhi)接(jie)與絲網間距值(zhi)相關(guan)聯，但若要(yao)調整絲網間距值(zhi)，則需要(yao)同步修改此參(can)數值(zhi)。

 　　（4）設置(zhi)印(yin)刷速度值的調節范圍為(wei)150～250mm/s。在保證印(yin)刷質量(liang)的前提下，印(yin)刷速度越快越好，有利于提高生產效率(lv)。

　　（5）設(she)置(zhi)印(yin)刷(shua)(shua)壓力(li)值的(de)(de)調節范圍為60～80N。在(zai)保(bao)證印(yin)刷(shua)(shua)質量的(de)(de)前提下(xia)(xia)，壓力(li)越小(xiao)越好。對于新網(wang)版(ban)(ban)，剛開始印(yin)刷(shua)(shua)時(shi)壓力(li)值設(she)置(zhi)較(jiao)小(xiao)為宜，以防止壓力(li)過大(da)造(zao)成(cheng)網(wang)版(ban)(ban)破損。隨著網(wang)版(ban)(ban)印(yin)刷(shua)(shua)次數的(de)(de)增加，在(zai)刮(gua)刀的(de)(de)反復刮(gua)壓下(xia)(xia)網(wang)版(ban)(ban)張力(li)逐漸下(xia)(xia)降，此時(shi)應及(ji)時(shi)稱量印(yin)刷(shua)(shua)濕重并測量印(yin)刷(shua)(shua)線寬，并根據具體情況逐漸增大(da)印(yin)刷(shua)(shua)壓力(li)。絲(si)網(wang)印(yin)刷(shua)(shua)機結構示意(yi)圖及(ji)其印(yin)刷(shua)(shua)示意(yi)圖見(jian)圖1。

　　 3試驗性能指標分析

　　為(wei)(wei)了驗證以上工(gong)藝(yi)參數調整方案(an)的合理性(xing)和實效性(xing)，以生產單晶硅(gui)電(dian)池片所測得的試驗數據為(wei)(wei)例，進行性(xing)能分析。其中(zhong)，硅(gui)片選用(yong)P型直拉單晶硅(gui)，尺寸為(wei)(wei)156mm×156mm，電(dian)阻(zu)率(lv)(lv)為(wei)(wei)0.5～3.0Ω·cm，厚度為(wei)(wei)（200±20）μm，擴(kuo)散后方塊電(dian)阻(zu)為(wei)(wei)（65±3）Ω，少數載流子(zi)(zi)壽(shou)命大于6μs，氮化硅(gui)膜(mo)厚80～85nm，折射率(lv)(lv)為(wei)(wei)2.00～2.05。經過清(qing)洗(xi)制(zhi)絨、擴(kuo)散制(zhi)結(jie)、等(deng)離(li)子(zi)(zi)刻蝕、去磷硅(gui)玻璃(去PSG)、鍍減反射膜(mo)（PECVD）等(deng)常規(gui)生產工(gong)藝(yi)流程后進行電(dian)極印(yin)刷。背面(mian)電(dian)極印(yin)刷選用(yong)儒(ru)(ru)興RX-61041銀漿，鋁(lv)背場（BSF）印(yin)刷選用(yong)儒(ru)(ru)興RX-8252X鋁(lv)漿，正面(mian)電(dian)極印(yin)刷選用(yong)三星PASF8521銀漿。

　　 3.1印刷外觀分析

整(zheng)個試(shi)驗過程(cheng)不更換網版和漿料(liao)。其中，網版規(gui)格為400目90線(xian)，副柵設計寬(kuan)度為43μm，線(xian)徑(jing)18μm，膜厚（14±2）μm，張力(li)（26±2）N。實際工藝控制點數據見(jian)表1。

　　采用上述參數設置及調整方(fang)法，在(zai)不考慮測(ce)量誤差的情況下(xia)，使(shi)得每個印刷(shua)臺面的印刷(shua)濕重(zhong)重(zhong)復測(ce)量波(bo)動范圍(wei)控制在(zai)0.01g以(yi)內(nei)，且平均值為(wei)0.119g，完全符合工藝控制點的要求。對于副(fu)柵寬(kuan)度，燒(shao)結(jie)前平均線(xian)寬(kuan)約為(wei)61μm，重(zhong)復測(ce)量波(bo)動范圍(wei)在(zai)±3μm以(yi)內(nei)；燒(shao)結(jie)后平均線(xian)寬(kuan)約為(wei)71μm，重(zhong)復測(ce)量波(bo)動范圍(wei)在(zai)±3.5μm以(yi)內(nei)，利用工具顯(xian)微鏡(jing)觀察(cha)，副(fu)柵線(xian)形貌(mao)見圖2。

　　燒(shao)結(jie)的(de)(de)(de)(de)本質是導電(dian)體(ti)銀(yin)漿穿透氮化硅膜(mo)，與硅基體(ti)形成歐姆接觸(chu)的(de)(de)(de)(de)金屬(shu)化過程[12]。但在(zai)高溫下(xia)，銀(yin)離子向(xiang)低(di)濃度(du)(du)(du)區(qu)域擴散遷(qian)移，同時伴隨著銀(yin)漿中(zhong)的(de)(de)(de)(de)玻璃粉的(de)(de)(de)(de)熔化、有(you)(you)機成分的(de)(de)(de)(de)揮發(fa)，冷卻(que)后(hou)銀(yin)漿致密(mi)化[13—15]，使(shi)(shi)得(de)燒(shao)結(jie)后(hou)的(de)(de)(de)(de)柵(zha)(zha)線(xian)寬(kuan)(kuan)度(du)(du)(du)增加(jia)，高度(du)(du)(du)較低(di)，表現(xian)為塌縮現(xian)象。因此，實(shi)際測(ce)得(de)燒(shao)結(jie)后(hou)的(de)(de)(de)(de)副柵(zha)(zha)線(xian)寬(kuan)(kuan)要比燒(shao)結(jie)前的(de)(de)(de)(de)寬(kuan)(kuan)10μm左右。在(zai)不具備(bei)測(ce)量柵(zha)(zha)線(xian)印刷高度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)條(tiao)件下(xia)，可根據(ju)網(wang)版設計膜(mo)厚來(lai)估(gu)量柵(zha)(zha)線(xian)印刷高度(du)(du)(du)（燒(shao)結(jie)后(hou)實(shi)際高度(du)(du)(du)小于膜(mo)厚），進而測(ce)量燒(shao)結(jie)后(hou)的(de)(de)(de)(de)印刷寬(kuan)(kuan)度(du)(du)(du)來(lai)衡量柵(zha)(zha)線(xian)的(de)(de)(de)(de)高寬(kuan)(kuan)比。采(cai)用上述參數設置所(suo)達到(dao)燒(shao)結(jie)后(hou)副柵(zha)(zha)平均寬(kuan)(kuan)度(du)(du)(du)71μm。這是一個較為理想的(de)(de)(de)(de)值，能夠保證一定的(de)(de)(de)(de)高寬(kuan)(kuan)比，且柵(zha)(zha)線(xian)兩側(ce)無毛刺，在(zai)減小遮光面積的(de)(de)(de)(de)同時，降低(di)柵(zha)(zha)線(xian)電(dian)阻，最(zui)終有(you)(you)利于提(ti)升電(dian)池片轉換(huan)效率。從電(dian)池片印刷外觀來(lai)看，斷柵(zha)(zha)較少，平均每(mei)片只有(you)(you)2條(tiao)，且基本無虛印、隱(yin)裂等不良(liang)印刷情況(kuang)。此外，在(zai)不考慮非正常因素的(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下(xia)，網(wang)版的(de)(de)(de)(de)使(shi)(shi)用壽命可達到(dao)13000片/塊。

　　 3.2EL檢測圖像分析

　　為(wei)了(le)進(jin)一(yi)步檢測(ce)(ce)電(dian)池片印刷缺(que)(que)陷(xian)及前序工藝問(wen)題(ti)，如斷柵、虛印、隱(yin)裂、過刻、漏(lou)電(dian)等，并對電(dian)池材料內部(bu)缺(que)(que)陷(xian)進(jin)行質量監控(kong)，如黑(hei)心、黑(hei)邊(bian)等，燒結后對電(dian)池片進(jin)行EL檢測(ce)(ce)，這里采用上海榮(rong)豪SA-50型EL檢測(ce)(ce)儀(yi)。具體檢測(ce)(ce)圖(tu)像(xiang)見(jian)圖(tu)3。

由圖(tu)3可知，電池片電致發(fa)光圖(tu)像均(jun)(jun)勻、明(ming)亮(liang)，說明(ming)材料本身無(wu)缺陷(xian)，符合太陽能(neng)及硅(gui)材料質量(liang)標準。同時，也說明(ming)前序工藝(yi)過程未造成工藝(yi)污染。此外，平(ping)均(jun)(jun)單片斷柵條數小于3，斷柵造成的暗區(qu)長度不(bu)超過3cm，完全(quan)在工藝(yi)可控范圍之(zhi)內，且(qie)基本無(wu)虛印(yin)、隱裂、粗線(xian)和波(bo)浪(lang)線(xian)等不(bu)良印(yin)刷現象(xiang)。

　　 3.3電性能分析

　　在前序(xu)工藝(yi)保持一致性的同時，采(cai)用上述絲網印(yin)(yin)刷工藝(yi)方案實施正面電極印(yin)(yin)刷，并隨機選取5單（每單200片）作為試(shi)(shi)驗測(ce)試(shi)(shi)目(mu)標(biao)，單號分別記作s-1、s-2、s-3、s-4、s-5。經正面電極印(yin)(yin)刷、燒結后采(cai)用德國Berger公(gong)司AAA級(ji)太陽(yang)能(neng)模擬(ni)器在輻照度為1000W/m2的標(biao)準(zhun)條件下(xia)對成品(pin)電池(chi)片進行(xing)電性能(neng)測(ce)試(shi)(shi)，每單電池(chi)片各項電性能(neng)參數測(ce)試(shi)(shi)平(ping)均值見(jian)表(biao)2。

　　由(you)表2可知(zhi)，采(cai)用上述正面電(dian)(dian)極印刷工藝方案(an)，在(zai)保(bao)證生產(chan)(chan)線連(lian)續、穩定(ding)(ding)運行(xing)的前提(ti)下，生產(chan)(chan)出的成品晶(jing)硅太陽(yang)能電(dian)(dian)池片各(ge)項電(dian)(dian)性能參數較為(wei)理想。其(qi)中，最大功率Pmpp平均可達(da)(da)到4.5W以上，開(kai)路(lu)電(dian)(dian)壓Uoc及短路(lu)電(dian)(dian)流Isc較為(wei)穩定(ding)(ding)，填充因子(zi)FF平均值高達(da)(da)79.6%，串聯電(dian)(dian)阻Rs較低且(qie)基本(ben)保(bao)持在(zai)3mΩ以內(nei)，并聯電(dian)(dian)阻Rsh較大但有一定(ding)(ding)的波動，反向(xiang)電(dian)(dian)流Irev2（-12V）平均低于0.113A，在(zai)可控范圍內(nei)。最終的光(guang)電(dian)(dian)轉(zhuan)換效率穩定(ding)(ding)地保(bao)持在(zai)18.9%左右，達(da)(da)到了試驗預(yu)期目(mu)標。

　　 4結論

　　通過對太陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)正面電(dian)(dian)極印(yin)刷(shua)工(gong)(gong)藝進行試驗研究，得出合理(li)有(you)(you)效(xiao)的(de)工(gong)(gong)藝參(can)數設置方案(an)，能夠精確(que)、有(you)(you)效(xiao)地調節和控制(zhi)正面電(dian)(dian)極印(yin)刷(shua)濕重、柵線印(yin)刷(shua)寬度(du)，確(que)保良(liang)好的(de)高(gao)寬比(bi)，在改(gai)善成品電(dian)(dian)池(chi)(chi)電(dian)(dian)性能參(can)數的(de)同時有(you)(you)利于提升(sheng)其光電(dian)(dian)轉換效(xiao)率。此外，能夠很好地控制(zhi)斷柵、虛印(yin)等不良(liang)印(yin)刷(shua)，降低隱裂片、增加網版使(shi)用壽命，有(you)(you)利于節約生(sheng)產成本(ben)，提高(gao)印(yin)刷(shua)質量，并(bing)為晶硅電(dian)(dian)池(chi)(chi)印(yin)刷(shua)生(sheng)產線長(chang)期、穩(wen)定的(de)運行提供技術保障。

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