電池片絲網(wǎng)印刷技術

電池片絲網(wǎng)印刷技術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化為電能的半導體電子器件，廣泛應用于各種照明及發(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體材料硅為基體，利用擴散工藝在硅晶體中摻入雜質(zhì)：當摻入硼、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型半導體，p型半導體與n型半導體結合在一起形成pn結，當太陽光照射硅晶體后，pn結中n型半導體的空穴往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結中形成電勢差，這就形成了電源，見圖1。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）影響電池片的技術指標。

3工序?qū)τ∷㈦姌O的要求

3.1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線（寬約3～4mm）作為電池片的電極（圖3）。圖3電池片背銀及背鋁印刷示意圖

3.2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）。3.3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O.10～0.12mm：刮刀刃口處與絲網(wǎng)的實際角度遠小于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

4.2絲網(wǎng)

常用的絲網(wǎng)材料有不銹鋼和尼龍2種。不銹鋼絲網(wǎng)的特點是絲徑細、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，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)是由化學合成纖維制作而成，具有很高的強度，耐磨性、耐化學藥品性、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、絲網(wǎng)開口面積的大小、絲網(wǎng)伸縮率的大小等，表1為日本特殊織物會社的部分絲網(wǎng)技術規(guī)格。表1部分絲網(wǎng)技術規(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250～280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300～330目，印刷后柵線的寬度值取決于絲網(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=30μm，R=44μm則K=2×30+44=102μm，可滿足柵線的寬度要求。

絲網(wǎng)的張力設定：絲網(wǎng)的張力與絲網(wǎng)的材料與目數(shù)有關，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)廠商在技術指標中有一個絲網(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）。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：目數(shù)越高，絲徑越細，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10～15um，則印后厚度為68～73μm，這里計算出來的厚度時漿料的濕厚度（wetthickness）．需經(jīng)過烘干（dry）和燒結（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5～10μm，則印后濕厚度約為49～54μm。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2.5～5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0.04mm×150mm×150mm;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150mm×150mm，網(wǎng)框內(nèi)口的面積應為300mm×300mm，如圖11。圖10絲網(wǎng)目數(shù)與漿料顆粒的關系4.3漿料

漿料是由功能組份、粘結組份和有機載體組成的一種流體，漿料有導體漿料、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體漿料。在導體漿料中，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劑。功能組份和粘結組份一般為粉末狀，在載體中進行充分攪拌和分散后形成膏狀的厚膜漿料。燒結后的厚膜導體是由金屬與粘結組份組成。圖11網(wǎng)框外形

漿料的技術性能指標是指漿料中功能成分（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)過烘干和燒結后與電池片的歐姆特性，其影響電池片的電性能指標如開路電壓，短路電流，并聯(lián)電阻，串聯(lián)電阻，轉換率等技術指標；漿料的工藝特性是達到上述指標的保證，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2.5～5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公司的都有相關工序的印刷漿料的特性。表2

5設備

對設備的要求有如下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）工作臺重復定位精度。根據(jù)太陽能電池片的精度要求，工作臺重復定位精度達到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的一致性，根據(jù)使用要求，以150mm電池片為例二者平行度為0.04mm。

電池片的平面度不大于0.02mm，表面粗糙度低于1.6。

6結束語

太陽能電池印