硅太阳能电池的丝网印刷技术.docx

硅太阳能电池的丝网印刷技术1引言随着全球能源的日趋紧X,太阳能以无污染、市场空间大等独有的优势受到世 界各国的广泛重视，国际上众多大公司投入太阳能电池研发和生产行业从太 阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现，硅太阳能电池是一种 有效地吸收太阳能辐射并使之转化为电能的半导体电子器件，广泛应用于各种 照明及发电系统中2硅太阳能电池的生产工序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项舟I:二 B- I■骨够X .：.a • l c a -■■■'■ ■ a■ ■■rb r ■ r ■ 14 一 L' x® ' ® ■ ■妙：.'® ® ' .-■E f」担I 大用能电枣摩理帝毒*ur -►治洗—［『陂n如蚀*生必谕烧击厂卜―p删试|2 大陨It瞰也也户皇栗-工序图2为硅太阳能电池生产的主要工序，从中可以看出丝网印刷是生产太阳 能电池的重要工序，其印刷质量（厚度，宽度，膜厚一致性）影响电池片的技 术指标。

3工序对印刷电极的要求3.1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）3.2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）3.3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0.10〜 0.12mm：亍H地印旷〕用4 电池月正银邛剧示意闭4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X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X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 程阉5 即梆摩厝示愈../白字内容添加页脚-新建文件夹1 -doc/info.screen.hc360./PiewsList/4.1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 X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困6 侦妇压力示惠刮刀速度：刮刀速度是决定效率的最大因素，以半自动印刷机为例，印刷所占时 间一般为总循环的2 /3；印刷速度的设定由印刷图形和印刷用浆料的黏度决定， 速度越高，刮刀带动浆料进入丝网漏孔的时间越短，浆料的填充性会差，出现图 7所示现象，如果印刷线条精细，速度应低一些，图4所示的正银工序中栅线的 线宽在0.1〜0.12nun，一般速度设定在200〜250mm / s，图3所示的背铝和背银 工序因印刷线条宽速度设定在300mm / s；印刷用浆料因不同工序而不同，相应 黏度不同，但总体黏度比较低，所以印刷速度较快；在实际的印刷中速度的恒定 同样很重要，如果在印刷过程中速度出现波动，会导致图形厚度的不一致。

刮刀角度：刮刀角度的设定与浆料有关；浆料黏度值越高，流动性越差， 需要刮刀对浆料的向下的压力越大，刮刀角度小；刮刀角度调节X围为45°〜 75°在印刷过程中起关键作用的是刮刀刃口 2〜3mm的区域，在印刷压力下 刮刀与丝网摩擦，在开始印刷时近似直线，刮刀刃口对丝网的局部压力很大， 见图5所示，随着刮刀刃口的磨损，刃口形状呈圆弧形，它对浆料朝丝网方向 的分力急剧增加，丝网作用于丝网单位面积的压力明显减小，刮刀刃口处与丝 网的实际角度远小于45°，印刷后丝网表面会有残余浆料，易发生渗漏，同 时印刷线条边缘模糊见图7,这时需要更换刮刀4.2丝网常用的丝网材料有不锈钢和尼龙2种不锈钢丝网的特点是丝径细、目数 多，耐磨性好，强度高，尺寸稳定，拉伸性小，由于丝径精细，油墨的通过性 能好，尺寸精度稳定，适于太阳能电池片的印刷尼龙丝网是由化学合成纤维 制作而成，具有很高的强度，耐磨性、耐化学药品性、耐水性、弹性都比较好， 由于丝径均匀，表面光滑，故油墨的通过性也极好其不足是尼龙丝网的拉伸 性较大这种丝网在绷网后的一段时间内，X力有所降低，使丝网印版松驰， 精度下降，在太阳能电池片的印刷中采用不锈钢丝网。

图8为丝网的外形制作丝网：制作丝网图形由专业厂商订做，要根据印刷图形的精度选择 丝网目数的高低、丝径的粗细、丝网开口面积的大小、丝网伸缩率的大小等， 表1为日本特殊织物会社的部分丝网技术规格嘉1 部分建网技术蛔格目数堆径F开口，JF口率F纱厚F过墨韵建设最大张力JM-m收% 岫N*cnvmm2501406237 5S2]莎0.S027OT340041 512]30.935439 51网3W3 IOS讪5240 4418251.123JOS3037 441626_1-呐_丝网的目数及丝径决定可印刷图形的宽度；对于背银和背铝这2道工序印刷由 于实际印刷图形不复杂，所以对丝网要求不高，主要考虑印刷厚度即可，一般 选用250〜280目即可满足要求；正银印刷是对印刷要求最高的一道印刷工序， 主要是保证栅线的宽度要求及印刷膜厚的均匀性，一般选用300〜330目，印 刷后栅线的宽度值取决于丝网的线径及网孔的宽度，有如下计算公式：K=2s+R，式中：K为线条的宽度，S为丝网丝径宽度值，R表示网孔的宽度，如选 用 330 目丝网，查表 1：s=30um，K=44um 则 K=2X30+44=102 um，可满足栅 线的宽度要求。

丝网的X力设定：丝网的X力与丝网的材料与目数有关，不同材料、不同 丝径的丝网承受的X力不同，目数越低，丝径越粗，丝网承受的X力越大；丝 网生产厂商在技术指标中有一个丝网最大X力的建议值，见表1如果丝网X 力太低或印刷过程丝网X力不稳定，在刮板压力下会出现网点扩大和网点丢 失，影响印刷精度，对于背铝和背银工序一般选取30N / cm，正银工序则选取 27N / cm （见图 9）一一变形前一变形后即9 丝网受力斐化呆世田印刷厚度：丝网和感光膜的厚度决定印刷后图形的厚度即线条的厚度， 如图10所示，在一般情况下，丝网目数越低，丝经越粗，印刷后的浆料层就 越高，所用丝网目数较高时，印刷后浆料层就低一些感光膜的厚度与丝网目 数和线条的宽度有关：目数越高，丝径越细，感光膜与丝网的接触面积越小， 二者的附着力减小，如果印刷线条变窄，增加感光膜的厚度易造成脱落，所以 感光膜较薄，感光膜的厚度约为丝网厚度的15%〜25% ；对于背铝和背银工 序，选取250目丝网，其厚度为58um，感光膜厚度为10〜15um，则印后厚度 为68〜73um，这里计算出来的厚度时浆料的湿厚度（wetthickness）.需经 过烘干（dry）和烧结（fire）才是最终厚度（干厚度），干厚度是湿厚度的 30%〜40%；对于正银工序，选取330目丝网，其厚度为44um，感光膜厚度为5〜 10um，则印后湿厚度约为49〜54um。

/白字内容添加页脚-新建文件夹1-doc/info.screen.hc360./PiewsList/选择丝网丝径及目数时，要求网格的孔长为浆料粉体粒径的2.5〜5倍;目数越低丝网越稀疏，网孔越大，油墨通过性就越好；网孔越小，油墨通过性 越差，如图9所示网框:网框大多采用硬铝及铝合金以承受绷网所产生的力，连接丝网的底面需 要较高的平面度，约为0.04mmX150mmX150mm;网框规格一般为承印物的2倍: 以150mm电池片为例，承印物面积为150mmX150mm，网框内口的面积应为 300mmX300mm，如图 11丝同目段勺案轩粗柱的凳至4.3 浆料浆料是由功能组份、粘结组份和有机载体组成的一种流体，浆料有导体 浆料、电阻浆料、介质浆料和包封浆料等在背银，背铝及正银工序中所用浆 料为导体浆料在导体浆料中，功能组份一般为贵金属或贵金属的混合物载 体是聚合物在有机溶剂中的溶液功能组份决定了成膜后的电性能和机械性 能载体决定了厚膜的工艺特性，是印刷膜和干燥膜的临时粘结剂功能组份 和粘结组份一般为粉末状，在载体中进行充分搅拌和分散后形成膏状的厚膜浆 料烧结后的厚膜导体是由金属与粘结组份组成。

浆料的技术性能指标是指浆料中功能成分（背银浆料中的银铝成分、正 银浆料中的银成分，背浆料中的铝成分）经过烘干和烧结后与电池片的欧姆特 性，其影响电池片的电性能指标如开路电压，短路电流，并联电阻，串联电阻， 转换率等技术指标；浆料的工艺特性是达到上述指标的保证，各浆料生产厂商 针对3种印刷工序有推荐的工艺参数如浆料的粒度、黏度，固体物含量，丝网 的目数；前面提到网格的孔长为浆料粉体粒径的2.5〜5倍；浆料的粘度影响 刮板条的印刷速度；固体物含量决定印刷后的湿厚度经烘干和烧结后的最终厚 度背铝及正银三工序的浆料不同，由此决定他们在丝网和印刷参数各有不同， 表2为美国FERRO公司的都有相关工序的印刷浆料的特性554叽背铝｝33驱〔皆J347(£ft()跚,/Pa-s50 -70 泊90-110 日90—110 泊聊匐龄如推荐蝉网敬2况〜总阳2瑚5绵250#〜32S#感光膜厚20 -2S20-2520-25烘干以度如由30^4020-2516^25烧结厚度J HE25-3510-148—14网片改制mm0" 1.5心〜150.5-1.55设备对设备的要求有如下3点：（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。