硅太阳能电池的丝网印刷技术.doc

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张太阳能以无污染、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。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O.10～0.12mm：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。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。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；刮刀角度调节范围为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