摘要：為了解決晶硅太陽能電池正面電極印刷過程中存在的工藝缺陷，以Baccini 絲網印刷設備為例，結合具體生產實踐，發現對絲網間距、刮條下降深度、印刷速度、印刷壓力4 個主要印刷工藝參數進行合理設置和優化，能較好地改善正面電極印刷效果，并有利于電池片光電轉換效率的提高，為提升企業產品質量和生產效率提供參考。

　　絲網印刷技術是晶體硅太陽能電池表面金屬化中最為成熟的工藝技術，但是在目前追求高效率、低成本的趨勢下，晶體硅太陽能電池正電極柵線正朝著精細化、復雜化、大高寬比方向發展，絲網印刷技術已逐漸顯示出它的局限性。隨著技術的發展，多種新技術已初步取得了很好的效果[1—4]，如二次印刷技術、激光刻槽埋柵（LGBC）技術、激光穿孔技術（EWT&MWT）以及噴墨打印技術等。但由于工藝穩定性有待提高，不適應規模化、產業化生產要求，因此，傳統印刷技術依然處于主導地位[5—6]。本文針對晶硅太陽能電池正面電極印刷過程中存在的質量問題，通過試驗研究和經驗總結，提出切實有效的工藝參數設置及優化方案。

　　 1工藝參數及存在問題

　　晶硅太陽能電池正面電極印刷工藝控制點為印刷濕重和柵線寬度，而影響印刷濕重、柵線寬度的主要工藝參數有4個，分別是絲網間距（Snap-offPosition）、刮條下降深度（Down-Stop）、印刷速度（PrintingSpeed）、印刷壓力（PrintingPressure）。在一定區間內，4個參數中如果有3個參數不變，如絲網間距抬高，印刷濕重增大，柵線印刷寬度變窄；刮條下降深度越小，印刷濕重越大，柵線印刷寬度變窄；印刷速度越快，印刷濕重越大，但速度超過一定越大，但過小則會造成斷柵、虛印等不良印刷，過大則極易造成電池片隱裂以及網版破損。若絲網間距過大或刮條下降深度過小，則斷柵增多，甚至造成虛印；若絲網間距過小或刮條下降深度過大，則柵線的高寬比下降，甚至造成柵線兩側毛刺增多、遮光面積增大，同時電極電阻增大。上述原因都將導致載流子收集受限[7—8]，對電池片的光電轉換效率造成一定影響。

　　 2工藝方案設計

　　在實際的生產過程中，如何綜合考慮上述4個參數的合理設置，并針對具體情況及時作出調整，從而確保良好的印刷質量，是目前傳統絲網印刷工藝需要解決的關鍵問題[9—11]。

　　具體工藝參數設置與調整方案包括以下步驟：

　　（1）首先安裝、校驗網版，將印刷模式選擇為先印刷后刮漿料。

　　（2）設置絲網間距值的調節范圍為-1200～-1600μm。該參數關系到垂直方向上電機的運動，規定以印刷臺面為零點，向下為正，所以該參數值為負。在保證印刷質量的前提下，網版與印刷臺面間距越小越好。

　　（3）設置刮條下降深度值的調節范圍為-1000～-1400μm。規定以網版平面為零點，向下為負，所以該參數值為負。在保證印刷質量的前提下，刮條下降深度越小越好。在實際操作中，該參數值雖然不直接與絲網間距值相關聯，但若要調整絲網間距值，則需要同步修改此參數值。

　　（4）設置印刷速度值的調節范圍為150～250mm/s。在保證印刷質量的前提下，印刷速度越快越好，有利于提高生產效率。

　　（5）設置印刷壓力值的調節范圍為60～80N。在保證印刷質量的前提下，壓力越小越好。對于新網版，剛開始印刷時壓力值設置較小為宜，以防止壓力過大造成網版破損。隨著網版印刷次數的增加，在刮刀的反復刮壓下網版張力逐漸下降，此時應及時稱量印刷濕重并測量印刷線寬，并根據具體情況逐漸增大印刷壓力。絲網印刷機結構示意圖及其印刷示意圖見圖1。

　　 3試驗性能指標分析

　　為了驗證以上工藝參數調整方案的合理性和實效性，以生產單晶硅電池片所測得的試驗數據為例，進行性能分析。其中，硅片選用P型直拉單晶硅，尺寸為156mm×156mm，電阻率為0.5～3.0Ω·cm，厚度為（200±20）μm，擴散后方塊電阻為（65±3）Ω，少數載流子壽命大于6μs，氮化硅膜厚80～85nm，折射率為2.00～2.05。經過清洗制絨、擴散制結、等離子刻蝕、去磷硅玻璃(去PSG)、鍍減反射膜（PECVD）等常規生產工藝流程后進行電極印刷。背面電極印刷選用儒興RX-61041銀漿，鋁背場（BSF）印刷選用儒興RX-8252X鋁漿，正面電極印刷選用三星PASF8521銀漿。

　　 3.1印刷外觀分析

整個試驗過程不更換網版和漿料。其中，網版規格為400目90線，副柵設計寬度為43μm，線徑18μm，膜厚（14±2）μm，張力（26±2）N。實際工藝控制點數據見表1。

　　采用上述參數設置及調整方法，在不考慮測量誤差的情況下，使得每個印刷臺面的印刷濕重重復測量波動范圍控制在0.01g以內，且平均值為0.119g，完全符合工藝控制點的要求。對于副柵寬度，燒結前平均線寬約為61μm，重復測量波動范圍在±3μm以內；燒結后平均線寬約為71μm，重復測量波動范圍在±3.5μm以內，利用工具顯微鏡觀察，副柵線形貌見圖2。

　　燒結的本質是導電體銀漿穿透氮化硅膜，與硅基體形成歐姆接觸的金屬化過程[12]。但在高溫下，銀離子向低濃度區域擴散遷移，同時伴隨著銀漿中的玻璃粉的熔化、有機成分的揮發，冷卻后銀漿致密化[13—15]，使得燒結后的柵線寬度增加，高度較低，表現為塌縮現象。因此，實際測得燒結后的副柵線寬要比燒結前的寬10μm左右。在不具備測量柵線印刷高度的條件下，可根據網版設計膜厚來估量柵線印刷高度（燒結后實際高度小于膜厚），進而測量燒結后的印刷寬度來衡量柵線的高寬比。采用上述參數設置所達到燒結后副柵平均寬度71μm。這是一個較為理想的值，能夠保證一定的高寬比，且柵線兩側無毛刺，在減小遮光面積的同時，降低柵線電阻，最終有利于提升電池片轉換效率。從電池片印刷外觀來看，斷柵較少，平均每片只有2條，且基本無虛印、隱裂等不良印刷情況。此外，在不考慮非正常因素的情況下，網版的使用壽命可達到13000片/塊。

　　 3.2EL檢測圖像分析

　　為了進一步檢測電池片印刷缺陷及前序工藝問題，如斷柵、虛印、隱裂、過刻、漏電等，并對電池材料內部缺陷進行質量監控，如黑心、黑邊等，燒結后對電池片進行EL檢測，這里采用上海榮豪SA-50型EL檢測儀。具體檢測圖像見圖3。

由圖3可知，電池片電致發光圖像均勻、明亮，說明材料本身無缺陷，符合太陽能及硅材料質量標準。同時，也說明前序工藝過程未造成工藝污染。此外，平均單片斷柵條數小于3，斷柵造成的暗區長度不超過3cm，完全在工藝可控范圍之內，且基本無虛印、隱裂、粗線和波浪線等不良印刷現象。

　　 3.3電性能分析

　　在前序工藝保持一致性的同時，采用上述絲網印刷工藝方案實施正面電極印刷，并隨機選取5單（每單200片）作為試驗測試目標，單號分別記作s-1、s-2、s-3、s-4、s-5。經正面電極印刷、燒結后采用德國Berger公司AAA級太陽能模擬器在輻照度為1000W/m2的標準條件下對成品電池片進行電性能測試，每單電池片各項電性能參數測試平均值見表2。

　　由表2可知，采用上述正面電極印刷工藝方案，在保證生產線連續、穩定運行的前提下，生產出的成品晶硅太陽能電池片各項電性能參數較為理想。其中，最大功率Pmpp平均可達到4.5W以上，開路電壓Uoc及短路電流Isc較為穩定，填充因子FF平均值高達79.6%，串聯電阻Rs較低且基本保持在3mΩ以內，并聯電阻Rsh較大但有一定的波動，反向電流Irev2（-12V）平均低于0.113A，在可控范圍內。最終的光電轉換效率穩定地保持在18.9%左右，達到了試驗預期目標。

　　 4結論

　　通過對太陽能電池正面電極印刷工藝進行試驗研究，得出合理有效的工藝參數設置方案，能夠精確、有效地調節和控制正面電極印刷濕重、柵線印刷寬度，確保良好的高寬比，在改善成品電池電性能參數的同時有利于提升其光電轉換效率。此外，能夠很好地控制斷柵、虛印等不良印刷，降低隱裂片、增加網版使用壽命，有利于節約生產成本，提高印刷質量，并為晶硅電池印刷生產線長期、穩定的運行提供技術保障。

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