電池片絲網(wǎng)印刷技術(shù)

1、電池片絲網(wǎng)印刷技術(shù)1引言隨著全球能源的日趨緊張，太陽能以無污染、市場空間大等獨有的優(yōu)勢受到世界各國的廣泛重視，國際上眾多大公司投入太陽能電池研發(fā)和生產(chǎn)行業(yè)。從太陽能獲得電力，需通過太陽能電池進行光電變換來實現(xiàn)，硅太陽能電池是一種有效地吸收太陽能輻射并使之轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體電子器件，廣泛應(yīng)用于各種照明及發(fā)電系統(tǒng)中。2硅太陽能電池的生產(chǎn)工序太陽能電池原理主要是以半導(dǎo)體材料硅為基體，利用擴散工藝在硅晶體中摻入雜質(zhì)：當(dāng)摻入硼、磷等雜質(zhì)時,硅晶體中就會存在著一個空穴，形成n型半導(dǎo)體；同樣，摻入磷原子以后，硅晶體中就會有一個電子，形成p型半導(dǎo)體，p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體結(jié)合在一起形成pn結(jié)，當(dāng)太陽光照射硅晶

2、體后，pn結(jié)中n型半導(dǎo)體的空穴往p型區(qū)移動，而p型區(qū)中的電子往n型區(qū)移動，從而形成從n型區(qū)到p型區(qū)的電流，在pn結(jié)中形成電勢差,這就形成了電源，見圖1。1-1L電樓一L*Gz1a；.二aa.：.a二、aDuD”DjDy-D禮'小/TS=E''Jtp丁+：=諂i電fjpix罔I電也炬理広世兩»清詵卜T擴戰(zhàn)卜麗卜H空臉暢麵rniK®<J印刷甘椒2去仙牝電也土產(chǎn)左耳工卅圖1太陽能電池原理示意圖2太陽能電池生產(chǎn)主要工序圖2為硅太陽能電池生產(chǎn)的主要工序，從中可以看出絲網(wǎng)印刷是生產(chǎn)太陽能電池的重要工序，其印刷質(zhì)量（厚度，寬度，膜厚一致性）影響電池片的技術(shù)指

3、標(biāo)。3工序?qū)τ∷㈦姌O的要求31背面銀電極印刷（背銀）在電池片的正極面（p區(qū)）用銀鋁漿料印刷兩條電極導(dǎo)線（寬約34mm）作為電池片的電極（圖3）。岀3電邊片忙很瑕3r檔申列示腮國圖3電池片背銀及背鋁印刷示意圖32背面鋁印刷（背鋁）在電池片的正極面采用鋁漿料印刷整面（除背銀電極外）。33正面銀印刷（正銀）在電池片的正面（噴涂減反射膜的面）同時用銀漿料印刷一排間隔均勻的柵線和兩條電極（圖4）,在工藝上要求柵線間距約3mm、寬度約0.100.12mm：圉4吐也；正鍛邛卿念建1*1圖4電池片正銀印刷示意圖點擊此處查看全部新聞圖片4印刷原理圖5為絲網(wǎng)印刷原理示意圖，絲網(wǎng)印刷由五大要素構(gòu)成，即絲網(wǎng)、刮刀、漿

4、料、工作臺以及基片。絲網(wǎng)印刷基本原理是：利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透漿料，非圖文部分網(wǎng)孔不透漿料的基本原理進行印刷。印刷時在絲網(wǎng)一端倒入漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時朝絲網(wǎng)另一端移動。油墨在移動中被刮板從圖形部分的網(wǎng)孔中擠壓到基片上。由于漿料的黏性作用而使印跡固著在一定范圍之內(nèi)，印刷過程中刮板始終與絲網(wǎng)印版和承印物呈線接觸，接觸線隨刮刀移動而移動，由于絲網(wǎng)與承印物之間保持一定的間隙，使得印刷時的絲網(wǎng)通過自身的張力而產(chǎn)生對刮板的反作用力，這個反作用力稱為回彈力。由于回彈力的作用，使絲網(wǎng)與基片只呈移動式線接觸，而絲網(wǎng)其它部分與承印物為脫離狀態(tài)，保證了印刷尺寸精度和避免蹭臟承印物。當(dāng)刮板刮

5、過整個印刷區(qū)域后抬起，同時絲網(wǎng)也脫離基片，工作臺返回到上料位置，至此為一個印刷行程。圖5印刷原理示意4.1刮刀從圖5的印刷原理示意中可以看出，刮刀的作用是將漿料以一定的速度和角度將漿料壓入絲網(wǎng)的漏孔中，刮刀在印刷時對絲網(wǎng)保持一定的壓力，刃口壓強在1015N/cm之間，刮板壓力過大容易使絲網(wǎng)發(fā)生變形，印刷后的圖形與絲網(wǎng)的圖形不一致，也加劇刮刀和絲網(wǎng)的磨損，刮板壓力過小會在印刷后的絲網(wǎng)上存在殘留漿料。刮刀材料一般為聚胺脂橡膠或氟化橡膠，硬度范圍為邵氏A60。A90。，刮板條的硬度越低，印刷圖形的厚度越大，刮刀材料必須耐磨，刃口有很好的直線性，保持與絲網(wǎng)的全接觸；刮刀一般選用菱形刮刀，它具有4個刃口

6、，可逐個使用，利用率高，見圖6。用5劇刀疔弋足力半鸞圖6刮刀刃口壓力示意刮刀速度：刮刀速度是決定效率的最大因素，以半自動印刷機為例，印刷所占時間一般為總循環(huán)的2/3；印刷速度的設(shè)定由印刷圖形和印刷用漿料的黏度決定，速度越高，刮刀帶動漿料進入絲網(wǎng)漏孔的時間越短，漿料的填充性會差，岀現(xiàn)圖7所示現(xiàn)象，如果印刷線條精細(xì)，速度應(yīng)低一些，圖4所示的正銀工序中柵線的線寬在0.10.12nun,般速度設(shè)定在200250mm/s,圖3所示的背鋁和背銀工序因印刷線條寬速度設(shè)定在300mm/s；印刷用漿料因不同工序而不同，相應(yīng)黏度不同，但總體黏度比較低，所以印刷速度較快；在實際的印刷中速度的恒定同樣很重要，如果在印

7、刷過程中速度岀現(xiàn)波動，會導(dǎo)致圖形厚度的不一致。刮刀角度：刮刀角度的設(shè)定與漿料有關(guān)；漿料黏度值越高，流動性越差，需要刮刀對漿料的向下的壓力越大,刮刀角度?。还蔚督嵌日{(diào)節(jié)范圍為45。75。在印刷過程中起關(guān)鍵作用的是刮刀刃口23mm的區(qū)域，在印刷壓力下刮刀與絲網(wǎng)摩擦，在開始印刷時近似直線，刮刀刃口對絲網(wǎng)的局部壓力很大，見圖5所示，隨著刮刀刃口的磨損，刃口形狀呈圓弧形，它對漿料朝絲網(wǎng)方向的分力急劇增加，絲網(wǎng)作用于絲網(wǎng)單位面積的壓力明顯減小,刮刀刃口處與絲網(wǎng)的實際角度遠(yuǎn)小于45。，印刷后絲網(wǎng)表面會有殘余漿料，易發(fā)生滲漏，同時印刷線條邊緣模糊。見圖7,這時需要更換刮刀。圖7刮刀磨損后42絲網(wǎng)常用的絲網(wǎng)材料

8、有不銹鋼和尼龍2種。不銹鋼絲網(wǎng)的特點是絲徑細(xì)、目數(shù)多，耐磨性好，強度高，尺寸穩(wěn)定，拉伸性小，由于絲徑精細(xì)，油墨的通過性能好，尺寸精度穩(wěn)定，適于太陽能電池片的印刷。尼龍絲網(wǎng)是由化學(xué)合成纖維制作而成，具有很高的強度，耐磨性、耐化學(xué)藥品性、耐水性、彈性都比較好，由于絲徑均勻，表面光滑,故油墨的通過性也極好。其不足是尼龍絲網(wǎng)的拉伸性較大。這種絲網(wǎng)在繃網(wǎng)后的一段時間內(nèi)，張力有所降低，使絲網(wǎng)印版松馳，精度下降，在太陽能電池片的印刷中采用不銹鋼絲網(wǎng)。圖8為絲網(wǎng)的外形。圖8絲網(wǎng)的外形制作絲網(wǎng)：制作絲網(wǎng)圖形由專業(yè)廠商訂做，要根據(jù)印刷圖形的精度選擇絲網(wǎng)目數(shù)的高低、絲徑的粗細(xì)、絲網(wǎng)開口面積的大小、絲網(wǎng)伸縮率的大小等

9、，表1為日本特殊織物會社的部分絲網(wǎng)技術(shù)規(guī)格。冃數(shù)轉(zhuǎn)伽開口/JF門和紗厚f過禺掃iK賀掘A：張丿”M-m%Limmm2501'406237盤235訶27OT34皿41511300.932S0S34jySi2032O.KK3IOS如524044IE2533OS4737441ft2613表i部分絲網(wǎng)技術(shù)規(guī)格絲網(wǎng)的目數(shù)及絲徑?jīng)Q定可印刷圖形的寬度；對于背銀和背鋁這2道工序印刷由于實際印刷圖形不復(fù)雜，所以對絲網(wǎng)要求不高，主要考慮印刷厚度即可，一般選用250280目即可滿足要求；正銀印刷是對印刷要求最高的一道印刷工序，主要是保證柵線的寬度要求及印刷膜厚的均勻性，一般選用300330目，印刷后柵線的寬

10、度值取決于絲網(wǎng)的線徑及網(wǎng)孔的寬度，有如下計算公式：K=2s+R,式中：K為線條的寬度，S為絲網(wǎng)絲徑寬度值，R表示網(wǎng)孔的寬度，如選用330目絲網(wǎng)，查表1：s=30pm,R=44pm則K=2x30+44=102pm，可滿足柵線的寬度要求。絲網(wǎng)的張力設(shè)定：絲網(wǎng)的張力與絲網(wǎng)的材料與目數(shù)有關(guān)，不同材料、不同絲徑的絲網(wǎng)承受的張力不同，目數(shù)越低，絲徑越粗，絲網(wǎng)承受的張力越大；絲網(wǎng)生產(chǎn)廠商在技術(shù)指標(biāo)中有一個絲網(wǎng)最大張力的建議值，見表1。如果絲網(wǎng)張力太低或印刷過程絲網(wǎng)張力不穩(wěn)定，在刮板壓力下會出現(xiàn)網(wǎng)點擴大和網(wǎng)點丟失，影響印刷精度，對于背鋁和背銀工序一般選取30N/cm，正銀工序則選取27N/cm（見圖9）。一i

11、變形前一變形啟出9絲聞瓷力亶也殺竜囲圖9絲網(wǎng)受力變化示意圖印刷厚度：絲網(wǎng)和感光膜的厚度決定印刷后圖形的厚度即線條的厚度，如圖10所示，在一般情況下，絲網(wǎng)目數(shù)越低，絲經(jīng)越粗，印刷后的漿料層就越高，所用絲網(wǎng)目數(shù)較高時，印刷后漿料層就低一些。感光膜的厚度與絲網(wǎng)目數(shù)和線條的寬度有關(guān)：目數(shù)越高，絲徑越細(xì)，感光膜與絲網(wǎng)的接觸面積越小，二者的附著力減小，果印刷線條變窄，增加感光膜的厚度易造成脫落，所以感光膜較薄，感光膜的厚度約為絲網(wǎng)厚度的15%25%；對于背鋁和背銀工序，選取250目絲網(wǎng)，其厚度為58um，感光膜厚度為1015um，則印后厚度為6873pm,這里計算出來的厚度時漿料的濕厚度（wetthick

12、ness）需經(jīng)過烘干（dry）和燒結(jié)（fire）才是最終厚度（干厚度），干厚度是濕厚度的30%40%；對于正銀工序，選取330目絲網(wǎng)，其厚度為44um，感光膜厚度為510pm，則印后濕厚度約為4954pm。常Ifl業(yè)岡澹箱甬弋眼.譏圖10絲網(wǎng)涂布感光膠后選擇絲網(wǎng)絲徑及目數(shù)時，要求網(wǎng)格的孔長為漿料粉體粒徑的2.55倍；目數(shù)越低絲網(wǎng)越稀疏，網(wǎng)孔越大，油墨通過性就越好；網(wǎng)孔越小，油墨通過性越差，如圖9所示。網(wǎng)框：網(wǎng)框大多采用硬鋁及鋁合金以承受繃網(wǎng)所產(chǎn)生的力，連接絲網(wǎng)的底面需要較高的平面度，約為0.04mmx150mmx150mm;網(wǎng)框規(guī)格一般為承印物的2倍：以150mm電池片為例，承印物面積為150

13、mmx150mm,網(wǎng)框內(nèi)口的面積應(yīng)為300mmx300mm，如圖11。圖10絲網(wǎng)目數(shù)與漿料顆粒的關(guān)系4.3漿料漿料是由功能組份、粘結(jié)組份和有機載體組成的一種流體，漿料有導(dǎo)體漿料、電阻漿料、介質(zhì)漿料和包封漿料等。在背銀，背鋁及正銀工序中所用漿料為導(dǎo)體漿料。在導(dǎo)體漿料中，功能組份一般為貴金屬或貴金屬的混合物。載體是聚合物在有機溶劑中的溶液。功能組份決定了成膜后的電性能和機械性能。載體決定了厚膜的工藝特性，是印刷膜和干燥膜的臨時粘結(jié)劑。功能組份和粘結(jié)組份一般為粉末狀，在載體中進行充分?jǐn)嚢韬头稚⒑笮纬筛酄畹暮衲{料。燒結(jié)后的厚膜導(dǎo)體是由金屬與粘結(jié)組份組成。圖11網(wǎng)框外形漿料的技術(shù)性能指標(biāo)是指漿料中功能

14、成分（背銀漿料中的銀鋁成分、正銀漿料中的銀成分，背漿料中的鋁成分）經(jīng)過烘干和燒結(jié)后與電池片的歐姆特性，其影響電池片的電性能指標(biāo)如開路電壓，短路電流，并聯(lián)電阻，串聯(lián)電阻，轉(zhuǎn)換率等技術(shù)指標(biāo)；漿料的工藝特性是達(dá)到上述指標(biāo)的保證，各漿料生產(chǎn)廠商針對3種印刷工序有推薦的工藝參數(shù)如漿料的粒度、黏度，固體物含量，絲網(wǎng)的目數(shù)；前面提到網(wǎng)格的孔長為漿料粉體粒徑的2.55倍；漿料的粘度影響刮板條的印刷速度；固體物含量決定印刷后的濕厚度經(jīng)烘干和燒結(jié)后的最終厚度。背鋁及正銀三工序的漿料不同，由此決定他們在絲網(wǎng)和印刷參數(shù)各有不同，表2為美國FERRO公司的都有相關(guān)工序的印刷漿料的特性。554厲背鋁3394?(fW)J3

15、47(£fi!)黏度/Pa's50-70泊S0-I10泊90110泊9后“9於9五4推聊蟬網(wǎng)M數(shù)20G#-325W250#32S#感光紙厚20-2520-252075姚干槨度丿旳30-4020751625燒結(jié)區(qū)度丿P叩25-35(0-148-14網(wǎng)片瞠爲(wèi)Em柑"1.50.5-1.10.5-1.55設(shè)備對設(shè)備的要求有如下3點：（1）工作臺的平面度。印刷時電池片被吸附于工作臺表面，如表面不平，在負(fù)壓下電池片易破裂，以150mm電池片為例，工作臺的平面度不大于0.02mm；（2）工作臺重復(fù)定位精度。根據(jù)太陽能電池片的精度要求，工作臺重復(fù)定位精度達(dá)到0.01mm即能滿足工藝要求；（3）印刷時絲網(wǎng)與工作臺的平行度決定印刷膜厚度