絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究

絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究1江西工程學(xué)院環(huán)境與能源工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 2016 屆）題 目： 絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究 專 業(yè)： 光伏發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用 絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究2絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究 摘要太陽能電池是新能源產(chǎn)業(yè)中重要的產(chǎn)品之一。絲網(wǎng)印刷制作太陽能電池的背電極、正電極和背電場的生產(chǎn)工藝日趨成熟，成為當(dāng)今太陽能電池制作的主流加工方式。本文主要從實用、商品化太陽電池的生產(chǎn)與工藝研究出發(fā)，對太陽電池生產(chǎn)絲網(wǎng)印刷的研究及技術(shù)改進進行了全方位的描述。關(guān)鍵詞：太陽能電池；絲網(wǎng)印刷絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究3Research on common problems and treatment of screen printing processAbstractSolar cell is one of the important products in the new energy industry. The production technology of the back electrode, the positive electrode and the electric field of the solar cell is becoming more and more mature, which has become the mainstream of the solar cell production. This article mainly from the practical and commercial solar cell production and technology research, the solar cell production screen printing research and technology improvement of a full range of description.Key words: solar cell; screen printing絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究4目 錄摘要.2Abstract.3 1 緒論.62 太陽能電池的基礎(chǔ)及制作工藝.72.1 太陽能電池的基本結(jié)構(gòu).72.2 太陽能電池的工作原理.72.3 太陽能電池的制作工藝.102.3.1 清洗制絨.102.3.2 擴散制結(jié).11 2.3.3 等離子刻蝕.112.3.4 去磷硅玻璃（PSG).112.3.5 減反射膜.112.3.6 絲網(wǎng)印刷.122.3.7 電極燒結(jié).123 太陽能電池片的絲網(wǎng)印刷.123.1 絲網(wǎng)印刷的目的.123.2 印刷的原理.絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究5.123.3 基本的太陽能絲網(wǎng)印刷.13 3.4 硅片正面和背面的印刷.133.5 相關(guān)工藝參數(shù).143.6 設(shè)備要求.143.7 其他條件要求.154 絲網(wǎng)印刷常見問題及處理方法.164.1 常見問題.164.2 處理方法.174.2.1 一道背電極印刷.174.2.2 二道背場印刷.184.2.3 三道正電極印刷.194.2.4 燒結(jié).205 結(jié)論.216 參考文獻.227 致謝.23絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究61.緒論能源利用技術(shù)的發(fā)展是人類控制自然能力的一個重要標(biāo)志。沒有煤的利用，工業(yè)革命是很難想象的。沒有石油和電力的利用，20 世紀(jì)很多新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)部門的產(chǎn)業(yè)和發(fā)展同樣也是很難想象的。然而，隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和能源利用規(guī)模日益擴大，總有一天目前人類依賴的礦物能源會被用盡。首先是石油，1973 年世界性石油危機就給了人們一種切身感受。關(guān)于這個問題，我們必須及絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究7早做好準(zhǔn)備。很自然，人們首先就會想到太陽能，因為自然界中風(fēng)、雨、雷、電，江河的奔流，洶涌的海浪，生物的繁衍，其能源無不來自太陽。太陽的能量是巨大的，而且是可以不斷再生的，因此，實際上是取之不盡，用之不竭。太陽能又是清潔的，不需擔(dān)心它對環(huán)境產(chǎn)生污染和對人類造成危害。但是，太陽能的利用并不是沒有困難的。太陽能分布在廣大的地球表面，密度是很低的。要能付之實用，首先就要從很大的面積上把它收集起來，這就意味著需要大型的設(shè)備和相當(dāng)大的投資。另外，由于地球的運動以及氣象條件的變化，對于同一地點來說，所能接受到的太陽能是間斷的、不穩(wěn)定的，這就使它要么只能用做輔助能源，要么就要增加儲能裝置，因而又要增加投資。盡管有這么困難，但是在常規(guī)能源短缺與環(huán)境污染日益加劇的雙重壓力下，出于國家安全考慮和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的需要，世界各國都投入了巨大資金，加快太陽能利用的研究步伐，在太陽能熱發(fā)電方面，美國加州建造的 9 套 SEGS 太陽熱發(fā)電裝置，最大的單套發(fā)電功率為 80MW，總發(fā)電量達 354MW，并采用了儲能裝置，可滿足 50 萬居民的能源需求，每年節(jié)約 230 萬桶油，減少 15.5 萬 t的二氧化碳和 114t 的氧化氮污染。發(fā)電成本已降到 812 美元/ 。2005)(hkW年，我國首座 70MW 塔式聚光太陽能發(fā)電電站成功并網(wǎng)，揭開了太陽能熱發(fā)電全新的一頁。2.太陽能電池的基礎(chǔ)及制作工藝2.1 太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)典型的太陽能電池的結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。硅的 PN 接合處，被夾在上、下兩個金屬接觸層之間。上金屬接觸層是柵格狀的，以容許光線射到 PN 接合之上。PN 接合的頂部有一層防反射薄層，以減少從光亮的硅表面反射出來的光線。這絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究8就是太陽能板的表面看起來很暗淡的原因。2.2 太陽能電池的工作原理如圖 2.2 所示為典型太陽能電池的簡單示意圖。該電池受光面為高濃度摻雜的狹窄 N 區(qū)。耗盡層(寬度 W)一直延伸到 P 區(qū)，并在耗盡層形成一內(nèi)建電場E0。把連接 N 區(qū)的電極做成柵形或指形以提高光的吸收率和減小電池的表面電阻，在電池表面鍍一層減反射膜以提高太陽光的利用率。當(dāng)光照射在電池上時，由于 N 區(qū)(寬度 Ln)比較狹窄，能量大于禁帶寬度 Eg的大部分光子在耗盡層和 P 區(qū)(寬度 Lp)被吸收，產(chǎn)生光生電子一空穴對 (EHP s)。在耗盡層的光生 EHPs立即被內(nèi)建電場所分離，電子漂移到達 N 區(qū)形成負極性區(qū)域，同時空穴漂移到達 P 區(qū)形成正極性區(qū)域，于是通過接線在 PN 結(jié)兩端形成了開路電壓 Voc。如果連接了負載，那么 N 區(qū)的大量電子經(jīng)過外電路工作，然后到達 P 區(qū)與大量空穴復(fù)合。其中，內(nèi)建電場對分離光生 EHPs，在 N 區(qū)積累大量電子，在 P 區(qū)積累大量空穴起了關(guān)鍵作用。因為沒有電場的緣故，在 P 區(qū)被吸收的長波長光子激發(fā)的 EHPs 只能擴散到一定的區(qū)域。則電子的平均擴散長度 Le可由( 2.1)表示，其中 De為電子在 P 區(qū)的擴散系數(shù)。2.1 太陽能電池結(jié)構(gòu)圖絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究9（2.1）eeDL2離耗盡層的距離在 Le范圍內(nèi)的那些電子能擴散到內(nèi)建電場，并在內(nèi)建電場的作用下漂移到 N 區(qū)，因此在 P 區(qū)產(chǎn)生的光生 EHPs 中，只有那些離耗盡層距離在Le范圍內(nèi)的的少數(shù)載流子(電子)才對光伏效應(yīng)起作用。一旦電子被擴散到耗盡區(qū)域，它將被 Eo掃到 N 區(qū)，增加該區(qū)的負電荷，空穴留在 P 區(qū)增加該區(qū)的正電荷。而那些離耗盡層的長度大于 Le的光生 EHPs 都被復(fù)合損失掉了。正因為此，少數(shù)載流子的擴散長度 Le要盡可能的長，又由于在半導(dǎo)體硅中電子的擴散長度要比空穴長，所以這里選擇了以 P 區(qū)產(chǎn)生的電子為少數(shù)載流子的硅 PN 結(jié)。同樣，在 N 區(qū)由短波長光子激發(fā)產(chǎn)生的 EHPS 中只有那些離耗盡層距離小于擴散長度 Lh的少數(shù)載流子(空穴)能到達耗盡層并被內(nèi)建電場分離到 P 區(qū)。因此，對光伏效應(yīng)起作用的EHPs 的產(chǎn)生發(fā)生在這樣一個區(qū)域: Lh+W 十 Le。如圖 2.3 所示，在 N 區(qū)大量的電子通過外電路流到 P 區(qū)與空穴中和，這種由光生載流子的流動產(chǎn)生的電流叫光電流 Iph。要注意的是，在 PN 兩端形成光生電動勢后，相當(dāng)于在 PN 結(jié)兩端加上了正向電壓 V，具有普通 PN 結(jié)的二極管特性，正向電流為 Id，因此通過電池的總電流：（2.2）phdI圖 2.2 太陽能電池工作原理絲網(wǎng)印刷工藝中常見問題及其處理研究10由上面分析可以看出，為使半導(dǎo)體光電器件能產(chǎn)生光生電動勢，他們應(yīng)該滿足以下三個條件：（1）半導(dǎo)體材料對一定波長的入射光有足夠大的光吸收系數(shù) a，即要求入射光子的能量 hv 大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度 Eg，使該入射光子能被半導(dǎo)體吸收而激發(fā)出光生非平衡的電子空穴對。（2）圖 2.4 為一些材料的吸收曲線?？梢园l(fā)現(xiàn) GaAs 和非晶硅的吸收系數(shù)比單晶硅大得多，透入深度(l/ a)只有 1um 左右，即幾乎全部吸收入射光。所以這兩種電池都可以做成薄膜，節(jié)省材料。而硅太陽能電池，對太陽光譜中長波長的光，要求較厚的硅片(約 100-30