丝网印刷工艺流程及改良方案.doc

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丝网印刷工艺流程及改良方案

摘要

十二五”是我国能源发展的关键时期，在15%的约束目标和战略性新兴产业政策的激励下，我国光伏市场前景广阔。

当被问及未来5年的装机规划时，梁志鹏表示，中国光伏产业缺少的不是一个数字，“即使我们规划年增长1~2吉瓦这样一个看似井喷的数字，但是放在整个中国能源行业或全球市场中，仍然是微不足道的。

现在最重要的是通过技术进步和模式创新，进一步提高光伏产业的经济竞争力，这样中国光伏产业才能健康、持续地做大做强。

”他以备受争议的光伏电站竞标方式为例解释说，国家是希望通过竞争的方式，促进光伏企业的优化升级和强强合作，希望在未来3~5年，出现一个具备低成本、高收益的产业链组合，为行业的大规模经济发展树立信心.

太阳电池生产工艺流程一般依次分为：

前清洗——扩散——后清洗——PECVD——丝网印刷——烧结——测试分选.

硅片的丝网印刷是硅片最后最重要的道工序，直接影响着硅片的转换效率.从整个流程来看丝网印刷的印刷速度和质量都比较重要.首先要改良的还是控制碎片率给机器带的暂停和成本的增加。

还有就是浆料的加法，比如丝印的第二道刷背电场的铝浆不能加太多，多了会漏少了会造成印刷不到。

关键词：

太阳电池；丝网印刷；光伏；十二五

Screenprintingprocessesandimproved

Schem

Abstract:

1025"isthekeyperiodofChinaenergydevelopmentin15%ofconstraints,goalsandstrategicemergingindustrialpolicy,ourpvundertheexcitationofmarketprospect.Whenaskedaboutthenextfiveyears,LiangZhiPenginstalledplanning,saidChinapvindustrydonotlackanumber,"evenifweplanninganannualincreaseof1~2auspiciouswattssuchaseeminglyblowoutoftheNumbers,butonthewholeChina'senergyindustryorglobalmarket,isstillinsignificant.Nowthemostimportantisthroughtechnologyprogressandpatterninnovation,furtherimprovethephotovoltaicindustrycompetitivenessoftheeconomy,sothatChinesepvindustrytohealthandconsistentlybiggerandstronger."Inhiscontroversialphotovoltaicpowerstationforexampleexplainsbiddingmode,thestateishopethatthroughcompetitiveway,promotetheoptimizationandupgradingofphotovoltaicenterprisewithqiangqiangcooperation,hopeinthenextthreetofiveyears,theemergenceofahavelowcost,highincomechaincombination,totheindustry'smassiveeconomicdevelopmentbuildupconfidence.

Solarcellproductionprocessgenerallyinturndividedinto:

formercleaning-diffusion-PECVDaftercleaning--screenprinting-sintering-testsatisfactions.

Thescreenprintingsiliconwaferisthemostimportantprocedurelast,thedirectimpactonwafersconversionefficiencyfromthewholeprocess.Seescreenprintingprintingspeedandqualityarequiteimportant.Firsttoimprovedorcontroldebriswithsuspensionofthemachinerateandincreasedcosts.Thereistheaddition,suchasprintingpastethesecondwordbackthealuminumpulpelectricbrushwithtoomuch,muchcanwillleaklessthancancauseprinting.

Keywords:

solarcell;Silkscreen;Photovoltaic（pv）;1025

第1章丝网印刷工艺与原理

太阳能电池原理主要是以半导体材料硅为基体，利用扩散工艺在硅晶体中掺入杂质：

当掺入硼、磷等杂质时，硅晶体中就会存在着一个空穴，形成n型半导体；同样，掺入磷原子以后，硅晶体中就会有一个电子，形成p型半导体，p型半导体与n型半导体结合在一起形成pn结，当太阳光照射硅晶体后，pn结中n型半导体的空穴往p型区移动，而p型区中的电子往n型区移动，从而形成从n型区到p型区的电流，在pn结中形成电势差，这就形成了电源，见图1

  1工序对印刷电极的要求

    1.1背面银电极印刷（背银）

    在电池片的正极面（p区）用银铝浆料印刷两条电极导线（宽约3～4mm）作为电池片的电极（图3）。

图3电池片背银及背铝印刷示意图

    1.2背面铝印刷（背铝）

    在电池片的正极面采用铝浆料印刷整面（除背银电极外）。

1.3正面银印刷（正银）

    在电池片的正面（喷涂减反射膜的面）同时用银浆料印刷一排间隔均匀的栅线和两条电极（图4），在工艺上要求栅线间距约3mm、宽度约O.10～0.12mm：

图4电池片正银印刷示意图

 2印刷原理

    图5为丝网印刷原理示意图，丝网印刷由五大要素构成，即丝网、刮刀、浆料、工作台以及基片。

丝网印刷基本原理是：

利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷。

印刷时在丝网一端倒入浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。

油墨在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤压到基片上。

由于浆料的黏性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮刀移动而移动，由于丝网与承印物之间保持一定的间隙，使得印刷时的丝网通过自身的张力而产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。

由于回弹力的作用，使丝网与基片只呈移动式线接触，而丝网其它部分与承印物为脱离状态，保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。

当刮板刮过整个印刷区域后抬起，同时丝网也脱离基片，工作台返回到上料位置，至此为一个印刷行程。

图5印刷原理示意

    2.1刮刀

    从图5的印刷原理示意中可以看出，刮刀的作用是将浆料以一定的速度和角度将浆料压入丝网的漏孔中，刮刀在印刷时对丝网保持一定的压力，刃口压强在10～15N／cm之间，刮板压力过大容易使丝网发生变形，印刷后的图形与丝网的图形不一致，也加剧刮刀和丝网的磨损，刮板压力过小会在印刷后的丝网上存在残留浆料。

    刮刀材料一般为聚胺脂橡胶或氟化橡胶，硬度范围为邵氏A60°～A90°，刮板条的硬度越低，印刷图形的厚度越大，刮刀材料必须耐磨，刃口有很好的直线性，保持与丝网的全接触；刮刀一般选用菱形刮刀，它具有4个刃口，可逐个使用，利用率高，见图6。

第二章：

丝网印刷的常见问题处理

2.1常见问题的处理一.断栅的处理

•1.我们在灯光下看下是否有断栅的存在,也可以在敲片的同时观察是否有断栅的存在,若有我们要及时停机擦拭网版。

•2.在接班的时候要观察网版是否存在一些问题,若有要及时更换网版。

•3在长时间停机的时候我们一定要在网版底部涂一层松油醇,防止浆料变干,但是在印刷的时候要用无尘布擦干净。

二.漏印的处理

•1.我们在印刷的时候要经常检查片子印刷后的品质,杜绝大面积出现漏印的现象。

•2.在印刷片子之前我们也要仔细的观察片子上有没有异物或者上面存在碎片（在经过烧结炉的时候,有可能烧结炉里的碎片落到片子的表面）。

•3.要经常擦拭网版,避免浆料堵塞网版。

三.漏浆的检查

•1.检查网版是否有漏洞

•2.在印刷之前要仔细检查是否有异物将网版硌坏

•3.在印刷的过程中观察印刷的品质

•4.印台上出现碎片时,要及时清理干净,要特别注意检查和观察网版的下面是否有碎片

四.网版的更换

•将开关打到手动，按F5将网版升至最高位置，拿纤维纸铺到网版下的印台上，按F4解锁。

•将刮刀，回料刀和网版依次卸下。

•用沾有酒精的无尘布将螺丝和轴承上的浆料擦干净。

•把备用网版，刮刀和回料刀换上，按F4上锁。

•刚换上网版的刷的速度调为原来的一半，等稳定后调成原来速度。

五.网版的检查

•无漏洞

•网版内无碎片

•网版内无干浆料

•中间张力18N以上，四边20N以上

第3章．太阳能电池对电极浆料的要求

　为了输出硅太阳电池的电能，必须在电池上制作正、负两个电极。

电极就是与电池p－n结两端形成紧密欧姆接触的导电材料。

习惯上把制作在电池光照面的电极称为上电极，把制作在电池背面的电极称为下电极或者背电极。

上电极为负极，选用银浆作为阴极浆料印刷烧结而成。

下电极为正极，由铝浆和银铝浆组成，其中铝浆即为硅太阳电池用阳极浆料。

3.1银浆的印刷

在大规模商业化生产中，可靠的银次栅线的最小宽度需要在150微米。

由于一方面要保证线宽要进可能的窄，而另外一方面又要保证线条的横截面要达到一定的数值，因此用于银栅线印刷的网版的乳胶层厚度非常关键。

一般当栅线的高度达到20微米的时候才能实现。

但是当经过烧结以后银栅线的高度回减少到10微米左右。

还有就是经过高温烧结的银栅线的电导特性回减少很多。

银浆料与有扩散磷的金属接触是对这个太阳电池的性能有深刻影响的一个步骤。

3.1.1印刷过程中出现的一些问题

在工作中我还发现一些问题，例如在印刷过程中，会出现一些硅片因为台面问题而出现裂纹，如果裂纹的出现是有规律的那么台面肯定是出现问题了，例如每四片就出现一片有裂纹的，或者是四的倍数就是台面出现问题了，需要更换台面纸了，如果不是很有规律的情况，那么就有可能是印刷机出问题了，这种问题出现的比较少。

还有就是在印刷过程中会出现一些片子的印刷不规则，会出现印刷图形不对称的情况，这种情况也分为如果这个片子都是不对称的，那么就是印刷机器的参数问题，可以调节参数是其可以达到很好的效果，这种情况一般是调节印刷机的位置或者是角度，调节位置的情况是这个图形出现整体的偏离，向两边的情况比较多，还有就是图形发生扭曲，就是一边到片子边缘的距离和另外一边到边缘的距离是不一致的，这种情况就需要调节印刷机的角度。

在印刷过程中还有就是出现只有一个台面所对应的片子出现印刷图形不对称的情况，这种起来一般是台面出现了问题，很有可能是在印刷过程中片子脱离了原来位置，或者是因为台面过于污染而导致的感应问题是机器的印刷出现困难，所以保持台面的清洁问题也是很重要的。

还有就是那种之间印刷的比较窄而两边的比较宽，这可能是因为印刷的压力过大，导致在印刷过程中使网版变形引起的。

在这种情况出现的时候也说明丝网间距出现问题，丝网间距过大，要不然不会出现这种问题。

还有一种问题就是在印刷银浆的时候回出现弧线，就是在银次栅线上不同位置出现不同的偏离，从整体外观上是一条弧线，这种问题是在印刷过程中有一些小的杂质黏附在网版上而导致的，只要迅速擦拭干净就可以了。

这种杂质是在网版的非印刷区，要注意位置，而在印刷去的杂质会导致在银次栅线上出现断线，解决的办法同样是擦拭干净。

另外还会出现一些电极或者电场的边缘曲线化，就是其边缘与片子中心线的距离是完全不确定的，没有规律可以寻找，这一般是由于网版的张力不够造成的，以前这种情况可以通过调节铝浆即背电场的印刷来调节校正，现在改换用锯齿形的背电极，这种情况就没有办法补救，只有提前预防了。

最诡异的是印刷图象对称性良好，但是背电极却不能被背电场良好覆盖这种情况，也就是说相对与背电场，两条背电极同时靠近片子的中心线，或者是同时远离片子的中心线，通常这是由于网版的原因造成的，但是网版的制作是由光刻来完成的，出现这样情况的可能性比较小。

3.1.2烧结中发生的一些问题

在三条生产线中，第一线与另外的二条线的烧结炉的型号是不一样的，其中一线可以在外边直接调节烧结后的压缩空气的强度。

还有一些PID与另外二条线的数据结构是不一样的。

所以在调节过程中是有一些温度上的差异是不一样的，这是很可以理解的。

在烧结过程当中，除了效率上的差别外，还会出现一些其他的状况，例如鼓包，弓片，烧碎，铝珠等。

其中鼓包是比较常见的一种情况，着主要是因为在烘干过程中浆料的溶剂或者稀释剂没有完全挥发，而是有一部分仍然残留在片子表面所引起的。

这可能有二个原因：

一是在烧结过程中，烧结温度调节不足，使浆料不能完全挥发而导致的残留，另外所用的铝浆也是一个非常重要的因素，并且是比较主要的因素之一，因为在生产过程中，我们经过初试使用其他品牌的浆料在同一批次片子上做，实践表明在不同浆料的条件下（其他条件基本一直包括温度等），现在的俄罗斯的浆料以及曾经的6080-15B*（现在不是很好）表现出很好的表面性。

弓片主要是由于片子的厚度很薄或者是应力片所造成的，当然烧结也是一个比较主要的因素，另外铝浆料的选择也是一个很重要的因素。

如果单从烧结的角度来说，适当的调节烧结炉第七，八温区的温度，我认为可以比较好的控制弓片的程度（如果出现使其消失的可能性是比较小的）。

铝珠的出现是比较少的，在烧结过程中，铝浆在空气中靠近空气的表面回形成氧化铝这样可以使铝和铝硅合金都保持在其位置上，但是铝表面的氧化如果不充分就会导致熔融的铝和硅穿过氧化铝层而在电池背面形成铝珠。

这种情况我没有很好的解决过希望能给我一些提示，我通常都是尝试换铝浆料来解决的。

这里有一个很值得关注的问题就是：

不管出现什么情况都和铝浆料有关。

是不是值得我们去思考一下到底什么样的浆料才是最符合我们公司产品的浆料。

3.2铝背场的作用

铝背场对太阳电池的主要影响

（1）提高短路电流和开路电压；

（2）减小电池厚度；

（3）提高填充因子；

（4）提高光电转换效率。

3.2.1对当下电极材料铝浆的技术要求

形成铝背p－p+结，提高开路电压；形成硅铝合金对硅片进行有效地吸杂，提高效率；能与硅形成牢固的欧姆接触；有优良的导电性；化学稳定性好；有适宜大规模生产的工艺性；价格较低。

3.2.2铝背场形成理论

铝背场的形成通常采用合金法来制作的，它的形成可以概括为以下：

（1）将铝浆印刷在硅的表面。

（2）将沉积好的硅片放进峰值温度超过577℃（铝硅合金共熔温度）的链式烧结炉里进行烧结。

当温度低于577℃时，铝硅不发生作用，当温度升到晶温度577℃时，在交界面处，铝原子和硅原子相互扩散，随着时间的增加和温度的升高，硅铝熔化速度加快，最后整个界面变成铝硅熔体，在交界面处形成组成为11.3％硅原子和88.7％铝原子的熔液。

3.3铝背场的吸杂原理

在太阳电池中杂质主要有Fe、Co、Ni、Cu、Au等，碱金属杂质主要有Na、Li、K。

一般的太阳电池生产工艺，是通过制作铝背场来形成吸杂中心，产生吸杂作用。

原理是利用铝原子与硅原子结构上的差异，将其扩散到硅片背面引起失配位错，因而形成应力吸杂中心。

3.4铝浆技术工艺存在的问题

实际生产需求的是电性能高和工艺适应强的铝浆，而实际生产中铝浆存在以下主要问题：

电性能方面：

开路电压低、短路电流小、串联电阻大，从而使转换效率低；

工艺性方面：

成膜不致密、开裂、灰化、铝珠、翘曲等。

特别是翘曲已成了一个铝浆生产的难题。

备注：

印刷过程中铝浆和银浆应该充分搅匀。

丝网印刷对设备的要求

（1）工作台的平面度。

印刷时电池片被吸附于工作台表面，如表面不平，在负压下电池片易破裂，以150mm电池片为例，工作台的平面度不大于0.02mm；

（2）工作台重复定位精度。

根据太阳能电池片的精度要求，工作台重复定位精度达到0.01mm即能满足工艺要求；

    （3）印刷时丝网与工作台的平行度决定印刷膜厚度的一致性，根据使用要求，以150mm电池片为例二者平行度为0.04mm。

    电池片的平面度不大于0.02mm，表面粗糙度低于1.6。

参考文献

[1]罗玉峰，廖卫兵，刘波，光伏科学概论[M].江西高校出版社2009

[2]罗玉峰，廖卫兵，李玲，太阳能光伏发电技术[M]江西高校出版社2009

[3]百度文库

致谢

首先我要感谢新余学院给了我机会，然后我要感谢我的辅导老师们三年的辛勤为我们辅导学习.然后感谢同学他们给了我不少帮助，这论文阐述观点只是个人观点.个人水平能力有限，如有错误望广大读者能提出你的宝贵意见，在此非常谢谢

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