太陽能電池單晶硅電極的絲網(wǎng)印刷

文 | 方華

太陽能電池單晶硅電極的絲網(wǎng)印刷

文 | 方華

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(dú)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)。在過去硅太陽能電池電極的制造一般都采用真空蒸鍍技術(shù)或電鍍法，但這種工藝帶有成本昂貴、工藝復(fù)雜，工期長等弊病。為去除這些弊病，人們將印刷技術(shù)應(yīng)用到太陽能電池中。目前采用最多的是絲網(wǎng)印刷技術(shù)，但其他的印刷方式正在積極研發(fā)當(dāng)中。

太陽能電池單晶硅電極的絲網(wǎng)印刷技術(shù)

薄膜太陽能電池作為一種新的能源材料正在得到迅速的發(fā)展和進(jìn)步，CdS/CdTe多晶薄膜太陽能電池由于具有成本低廉、性能穩(wěn)定、工藝簡單等特點(diǎn)受到了廣泛重視。用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷CdS/CdTe多晶薄膜太陽能電池，是在以Cds/CdTe作為半導(dǎo)體材料的太陽能電池的制造過程中，首先將Cds和CdTe制成糊狀的特種油墨，采用絲網(wǎng)印刷的方法將其印在玻璃基板上，形成半導(dǎo)體皮膜，從而構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。

工藝過程為：硅片→清洗→擴(kuò)散→刻蝕→生長減反射膜→印刷背銀→烘干→印刷背銀→烘干→印刷正銀→燒結(jié)→測試。

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)指標(biāo)。具體工序如下：

1．在電池片正極面（p區(qū)）用銀鋁漿料印刷兩條電極導(dǎo)線（約3～4mm寬），作為電池片的電極。

圖1 電池片背銀及背鋁印刷示意圖

2．在電池片的正極面采用鋁漿料印刷整面（除背銀電極外）。

3．在電池片的正面（噴涂減反射膜的面）同時(shí)用銀漿料印刷一排間隔均勻的柵線和兩條電極，在工藝上要求柵線間距約3mm、寬度約0.10～0.12mm。

圖2 電池片正銀印刷示意圖

每塊太陽能電池的正面和背面都有通過絲網(wǎng)印刷的導(dǎo)線，它們的功能是不同的。正面的線路比背面的更細(xì)，故先將硅片翻過來印刷正面的線路，以最大程度地降低在加工過程中可能產(chǎn)生的損壞。在正面（面向太陽的一面），大多數(shù)晶體硅太陽能電池的設(shè)計(jì)都采用非常精細(xì)的電路（“手指線”），把有效區(qū)域采集到的光生電子傳遞到更大的采集導(dǎo)線——“母線”上，接著再傳遞到組件的電路系統(tǒng)中。正面的手指線要比背面的線路細(xì)得多（0.10mm左右），所以正面的印刷步驟需要更高的精度和準(zhǔn)確性。硅片的背面和正面的印刷要求是不同的，技術(shù)上也不那么嚴(yán)格。背面印刷的第一步工序是印刷一層以鋁為基礎(chǔ)的導(dǎo)電材料，而不是非常細(xì)的導(dǎo)電柵格。同時(shí)，能夠?qū)]有捕捉到的光反射回電池上。這一層也能“鈍化”太陽能電池，封閉多余分子路徑，避免流動(dòng)電子被這些空隙所捕捉。背面印刷的第二步是制造母線，和外部電路系統(tǒng)相連接。

采用絲網(wǎng)印刷的方法生產(chǎn)太陽能電池電極，完全不存在使用真空蒸鍍技術(shù)或電鍍法種種弊病，目前已經(jīng)為生產(chǎn)太陽能電池電極的主要方法。古老的絲網(wǎng)印刷工藝與現(xiàn)代太陽能電池生產(chǎn)技術(shù)的完美結(jié)合，促進(jìn)了人們對(duì)太陽能這種綠色能源的使用。

硅電極絲印油墨網(wǎng)版印刷操作技巧

印刷品是在紙張或塑料片基上敷以磁層，在其他部分印上文字或圖案，以及用以顯示與使用狀況相應(yīng)的視覺信息的印字層，經(jīng)模壓加工而成。硅電極絲印油墨印刷的片基，要求有適度的韌性，厚度均勻，表面平滑，溫濕度變化時(shí)不易發(fā)生伸縮或卷曲，耐水和耐蝕性良好，印刷和加工適性好，價(jià)格低廉。常用的材料有膠版紙、涂料紙、浸樹脂紙和聚氯乙烯（PVC）、聚對(duì)苯二甲酸酯（PET）等塑料片基及其復(fù)合材料，適用的厚度一般為150~800mm。

硅電極絲印油墨印刷為了防止偽造和篡改，對(duì)安全保密性要求越來越高，因此在磁性材料、印刷、加工方法上采用特殊的材料或技術(shù)。如在絲網(wǎng)印刷中使用特殊的制版技術(shù)和油墨，包括用螢光油墨、熱敏變色油墨、吸收紅外線油墨進(jìn)行印刷，還用地紋印刷、微縮印刷、彩虹全息等措施，以防止偽造。由于在證網(wǎng)印硅電極絲印油墨對(duì)證卡印刷的要求比較高，因此，要充分常握證卡網(wǎng)印技巧。

1．油墨

硅電極絲印通常采用了樹脂類熱固化油墨，其粘附強(qiáng)度高，絲網(wǎng)印刷對(duì)于很細(xì)的線條或很小的文字其印刷精度比小型膠印機(jī)低，另外其制版費(fèi)用也較高。此外，硅電極絲印也采用溶劑型軟塑網(wǎng)印油墨。

2．網(wǎng)版制作

網(wǎng)版的制作質(zhì)量對(duì)印刷品質(zhì)起著關(guān)鍵作用。硅電極絲印一般選擇150~350目的絲網(wǎng)就能基本滿足不同油墨及各種圖案的印刷，但對(duì)于金銀油墨印刷，因?yàn)橛湍杏薪疸y粉等金屬顆粒，選擇網(wǎng)目數(shù)時(shí)要考慮所有顆粒直徑的大小，顆粒直徑大，則選擇網(wǎng)目數(shù)小，網(wǎng)孔大的絲網(wǎng)。

3．印刷機(jī)械

硅電極絲印機(jī)目前以平面網(wǎng)印和滾筒式網(wǎng)印為主。平面網(wǎng)印機(jī)是最早的機(jī)械化網(wǎng)印機(jī)，應(yīng)用較廣的有半自動(dòng)和全自動(dòng)機(jī)型；滾筒式網(wǎng)印機(jī)最大的特點(diǎn)是印刷臺(tái)呈圓筒狀。

4．承印物

適于硅電極絲印油墨印刷的證卡材料，要有適度的韌性，厚度均勻，表面平滑，溫濕度變化時(shí)不易發(fā)生伸縮或卷曲，耐水和耐蝕性良好，印刷和加工適性好，價(jià)格低廉。

太陽能電池的原理

從太陽能獲得電力，需通過太陽能電池進(jìn)行光電變換來實(shí)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。 太陽能電池以半導(dǎo)體材料硅為基體，利用擴(kuò)散工藝在硅晶體中摻入雜質(zhì)：當(dāng)摻入硼、磷等雜質(zhì)時(shí)，硅晶體中就會(huì)存在著一個(gè)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(huì)有一個(gè)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p-n結(jié)，太陽光在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，在p-n結(jié)電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，在p-n結(jié)中形成電勢差，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。

圖5 太陽能電池原理示意圖

太陽能電池單晶硅電極的絲網(wǎng)印刷是電池片生產(chǎn)線的重要工序，對(duì)電池片的質(zhì)量起著重要作用，太陽能電池單晶硅電極的絲網(wǎng)印刷技術(shù)是一個(gè)有機(jī)的整體，是各種技術(shù)的組合，需要工藝工程師和設(shè)備工程師的協(xié)同工作：既要了解各個(gè)參數(shù)的特點(diǎn)，又要了解其相互的制約關(guān)系。