太阳能电池片中丝网印刷中的故障及解决方法

【摘要】在光伏工业中埋栅电池（BC）的网版印刷（SP）是晶体硅太阳能电池电极的主要技术。伴随着太阳能电池光电转换效率的逐步提高，丝网印刷的工艺也需进一步改善，本文根据在南京中电光伏（CSUN）的生产实践以及与技术人员的交流，针对目前丝网印刷工艺中多出现的故障并提出相应的解决方案。

【关键词】太阳能电池；丝网印刷技术；制造技术

Abstract：In the photovoltaic industry，Buried Gate Cell（BC（and Screen Printing（SP（are major technologies for（crystalline silicon（solar cell electrodes.With the enhancement of the photoelectric conversion efficiency（of solar cells），screen printing process also needs improving.An investigation in CSUN and discussion with the engineers there on the SP process has been made，and a brief summary of the common technical problems in the process are presented in this paper with corresponding solutions.

Key words：solar cell；screen-printing；processing

1.引言

万物生长靠太阳，地球上的风能，水能，海洋温差能，波浪能和生物质能，以及部分潮汐能都来源于太阳，即使是地球上的化石燃料（如煤，石油，天然气等），从根本上说也是远古以来储存的太阳能，因此太阳能的研究和应用是今后人类能源发展的最主要方向，如何更洁净，更效率的运用太阳能也是科学技术发展的前沿问题，伴随着光伏效应的发现，半导体技术的发展，利用光电效应将光能转化为电能的太阳能电池技术应运而生。太阳能电池发电技术具有很大的优势，比如其使用寿命长，发电无污染，发电规模灵活，可以小中大规模并举，在家居智能化和能源可持续利用等方面具有显著优势。

晶体硅太阳能电池（Crystalline silicon photovoltaic cells）作为太阳能电池技术中的一种在我国具有多年的发展历史，国内具有成熟的技术条件。本文运用晶体硅太阳能电池的特性，深入了解丝网印刷工艺对于晶体硅太阳能电池性能的影响，并对于生产过程中所存在的问题进行技术分析和解决方法的探讨。

2.太阳能电池片流程

印刷电极晶体硅太阳电池的制造工艺流程大体上可以划分为硅材料制造和硅晶体生长、硅片制造、太阳电池片制造、组件封装4部分。

课外时间时，进入公司三车间随班实习。在中电主要学习的是太阳能电池片的制备过程。公司直接购买切割好的156×156mm2两种Si片，单晶片和多晶片。多晶呈现方形，单晶呈现不规则八边形。单晶的制备流程和多晶片制备流程中不同的地方主要在制绒工艺，单晶是双面制绒直接采用花篮入水的方法，而多晶是单面制绒。

图1 太阳能电池板制备流程

利用扩散工艺在硅晶体中掺入杂质元素，当掺入B等杂质元素时硅晶体就会出现空穴，形成P型半导体，同样若掺入p原子以后硅晶体中就会有电子形成n型半导体，p型半导体与n型半导体结合一起就形成P-N结，当阳光照射在P-N结上时，就会形成新的电子-空穴对，在P-N结电场作用下，电子由p区流向n区，空穴从n区流向p区，在P-N结中形成电势差，当接通外部电路时，在该电势差作用下，将会有电流流过外部电路而产生一定的输出功率，这个过程的实质是：光能转化为电能的过程。

3.丝网印刷原理

丝网印刷主要工艺原理和目的：在形成pn结和镀膜后的硅片的两面印刷正负电极和背场。

通过烧结，在高温下让印刷的浆料中的有机物挥发，同时让电极和硅片实现欧姆接触，并具有牢固的电极附着力与良好的可焊性，从而使由于光照产生的载流子被顺利的导出，实现太阳电池的光电转化。在规模化生产中，丝网印刷工艺与真空蒸镀，金属电镀等工艺相比，更具有优势。

在目前的工艺中，正面的印刷材料普遍选用含银的浆料（如图2所示），其主要原因是银具有良好的导电性、可焊性和在硅中低扩散性能。经丝网印刷、退火所形成的金属层的导电性能取决于浆料的化学成分、玻璃体的含量、丝网的粗糙度、烧结条件和丝网板的厚度。采取丝网印刷方式具有极高的串联电阻和大的表面覆盖率。

晶体硅太阳电池的填充因子的经验公式：

当串联电阻增加时，填充因子会下降，根据我们公司的晶体硅太阳电池的测试标准，在填充因子降低到70%以下时，电池就会被判定为TRASH片，影响晶体硅太阳电池的因素不只是串联电阻有关系，还跟扩散工艺等有关系，串联电阻的增大加剧了填充因子的下降，从而也就增加了TRASH片出现的几率。

4.丝网印刷常见问题及解决方法

4.1 印刷图形偏移

一般发生在更换新网板之后，判断方法；使用游标卡尺对图形的四周进行测量，要求上下左右距离对称相等，出现偏差可根据实际情况进行调节X，Y，T（具体的调节方向参考印刷机的铭牌）；因此需先用纸或者假片进行试印，调整后再生产，如某一固定台面的印刷图案偏移则可能为设备问题，需要设备人员进行调试。

4.2 粘片

一般多发生于第二道。发生偶然性粘片时及时停下机器，在网版下垫一张无尘纸，然后使用备用的刮刀沿印刷方向将片子刮下，第一道可以将浆料擦除重新印刷，其他的禁止。发生频繁的粘片，先检查台面的真空是否不足；浆料是否过稠或就搅拌不够；以上都正常则需要更改工艺参数。相关的参数有snap-off和down-stop，具体方法如下：例如snap-off由-1400调到-1600，down-stop由-800调到-1000，两者可以同时调，也可单独调，这两种方向都是解决粘片的方法，主要视具体情况而定。

4.3 图形缺失和图形无法印出

图形缺失即印刷不全，图形无法印出很好理解；这两者有相通之处，造成这两种情况一般是在更换新的网版后，使用新网版与上一块网版的工艺参数（snap-off和down-stop）不匹配，解决问题的方法有调节snap-off和down-stop，但不排除网版制作有问题。

4.4 漏浆

主要由于网版损坏导致，分为两种印刷图形上和印刷图形外。印刷图形上在第三道有专有名称结点，一般是通过更换新网版解决，在第二道图形上的漏浆看漏浆的的大小而定，一般直径在1mm以下的可以不用考虑更换网版，但是过大的话会在烧结是形成气泡，在这种情况下需要更换网版；图形外的漏浆第一道和第三道都可以通过补网版来解决，如果漏浆过大还是需要更换网版来解决。

4.5 图形不平整

一般在第二道和第一道比较明显，主要的表现为印刷后的图形表面不光滑，看上去有不少的“坑”，导致的主要因素是印刷量比较小，使图形不饱满，会影响电池片的电性能，可以通过调节参数snap-off，down-stop，压力大小和印刷速度来解决。例如：snap-off由-1400调到-1600；down-stop由-800调到-1000；压力由80N调到75N；速度由200调到180等等。

4.6 侧面看图形反光过高

这一现象主要出现在第二道，从印刷后的图形侧面看图形的表面像镜子反光过高，导致这一现象的原因是印刷量过大。可以通过调节参数snap-off，down-stop，压力大小和印刷速度来解决，参数调节的方向相反。

4.7 浆料重合处有缺

这个现象也叫锯齿，主要存在于第二道印刷，由于印刷质量要求铝浆和银铝浆重处宽度要左右上下对称相等，但某些不明的因素导致了重合区域的宽度不等或者缺蚀。解决的方法如下：调节参数snap-off和down-stop，方向为snap-off由-1400调到-1600，down-stop由-800调到-1000；另外更换新刮条也可以解决。

4.8 图形有明显凸出的痕

这一现象同样主要出现在第二道，导致的原因主要是刮条的不平整，有小的豁口。解决方法：更换刮条。

4.9 断线

这是第三道印刷特有的现象，导致的原因是浆料堵住网孔。解决的方法是用蘸有松油醇的无尘布擦拭。

4.10 栅线过宽

主要出现在第三道的细栅线，栅线的宽度超过了设计要求，例如聚光电池的栅线要求细栅线在225微米左右，不超过250微米；解决的方法一般是调节参数snap-off和压力，例如：snap-off由-1400调至-1600，压力有80N调至75N；调节参数无效是可以更换新网版，一般情况下网版使用越久线宽越大。

4.11 台面纸相关问题

台面纸主要有两个情况，一是污染，主要存在第一道和第二道，浆料漏到台面纸上会沾污到电池的正面导致漏电；二是台面纸的开孔处不平整，会导致隐裂片。

4.12 行走臂问题

主要是工艺卫生问题，由于电池片背面的浆料仅仅是经过烘箱不到100摄氏度的烘干，所以电池片在行走臂上行走的时候会留下很多浆料粉末，会不可避免的粘到正面，需要及时的清理行走臂。

5.小结

通过对丝网印刷工艺的流程分析和对工艺原理的深入研究。在丝网印刷工艺中电极宽度的的减小，工作环境的控制，对于电池最终的效率影响很大。我们通过对生产过程的控制使电池片性能更好更优。

参考文献

[1]沈辉，曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

[2]新绿色电源-太阳能电池[J].世界电子元器件，2001，4：38-40.

[3]Lodhi M A K，Energy Converse.Mgmt，1997，38（18）：1881.

[4]靳瑞敏.太阳能电池原理与应用[M].北京：北京大学出版社，2011.

[5]中电光伏公司提品工艺参数.

项目来源：课题为江苏省2013年大学生创新训练计划“太阳能电池板丝网印刷工艺的研究”（项目编号：201311122030X）。

作者简介：

夏正宁（1993―），男，大学本科，现就读于三江学院，主要从事丝网印刷技术研究，研究方向：晶体硅太阳能电池设计。

赵俊霞（1979―），女，硕士，三江学院教师，主要从事运算放大器芯片设计，研究方向：超大规模集成电路设计。