太阳能电池丝网印刷简介

四区工艺在标准工艺中，采用真空蒸发工艺来制作电极。此工艺只适用于小批量的生产，同时在用来形成电极的金属材料方面比较浪费，劳力密集并且真空蒸发设备与其产能相比相当昂贵。大批量生产电池时应用的两种低成本工艺是丝网印刷和电镀。这两种工艺减少了金属的消耗量，并且避免了对昂贵的真空设备的要求。IV区的构成 IV区主要包括丝网印刷、烧结和测试这三部分，成品电池片在这一道工序完成。利用丝网印刷，将含有金属的导电浆料透过丝网网孔压印在硅片上形成电路或电极，将光生电子导出电池。把金属浆料印在已形成p-n结的多晶硅硅片上，分别印刷背面银铝浆，形成背电极，有利于组件的焊接。第二道印刷铝浆进行重掺杂，形成P+层。铝背场减少载流子复合，收集正电荷，增大开压。第三道印刷银浆，有利于电荷的收集，形成上电极。丝网印刷目的丝网印刷目的硅片经过三次印刷工序后的效果图背银印刷背银印刷背铝印刷背铝印刷正银印刷正银印刷IV区生产流程上料边缘碎片检测背电极印刷人工检测烘干缓冲存储器背面铝印刷人工检测烘干缓冲存储器翻转电池片正银栅线印刷自动检测烧结缓冲存储器冷却测试分类包装丝网印刷原理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。1丝网印刷、烧结和测试设备简介1.1ASYS工艺流程SES（上料）XS（背电极印刷）烘干SMP（缓冲传送器）XS（背电场印刷）烘干SMP（缓冲传送器）SFS（翻转电池片）XS（正电极印刷）SIS（自动检测）烧结SBB（缓冲装置）冷却SDA（测试分检）包装1.2 ASYSASYS印刷生产线主要设备印刷生产线主要设备大致分为：花篮式上片单元（SES01）、光学碎片检测机（SIS01）、丝网印刷机（XS）、水平烘干炉（ICS03H）、堆栈存储单元（SMP01）、电池片翻转单元（SFS01）、自动检查单元ATM（SPC01）、测试单元（STH01）等。设备介绍设备介绍1.花篮式上片单元（花篮式上片单元（SES01）装满硅片的花篮由上层传送至载荷侧，随生产节拍逐次下降，硅片落在传送带上，由传送带传送进入生产线，空的花篮由下层传送至脱载侧，并升至上层，由人工取出再更换装满硅片的花篮，完成上片过程。2.光学碎片检测机（光学碎片检测机（SIS01）硅片进入停在传送带上，下面发光，装在传送带顶部的检测相机进行拍摄，然后由计算机通过图象处理软件进行分析，检查是否有裂纹或电池片边缘破损，硅片的检查结果实时的显示在显示器上，如果破损超过设定值，该电池片可以被手动从生产线移除。设定硅片破损的界限设定硅片的直径设定硅片的格式设定硅片允许旋转的角度光学碎片检测控制界面3.丝网印刷机丝网印刷机 （XS1）硅片通过传送皮带到达印台，印台升起并用真空吸住硅片，通过光学边缘识别系统，可以探测到硅片的边缘，同时调整网框对正硅片。印刷时，刮刀向前运动把浆料压入网孔，浆料与硅片接触，在丝网回弹过程中附着到硅片上，印刷完的硅片通过传送皮带运送到下道工序。丝网印刷的定位。通过网板固定架上的三个轴(X轴及两角的旋转轴)自动调整网 板的位置，使其与硅片对正X轴旋转轴1旋转轴24.水平烘干炉水平烘干炉（ICS03H）烘干炉有五个不同的红外加热区，电池片经过预热，加热，冷却后传送到下道工序。烘干：烘干金属浆料中的有机溶剂，通过共融烧结使得金属电极和硅材料形成良好的接触硅片传送采用金属网带；加热采用红外加热管；烘干炉上部有排风管5.堆栈存储单元堆栈存储单元（SMP01）此设备配备有一个可以容纳最多60片电池片的花篮，在下游设备出现故障时有时，电池片可存入缓冲器，在上游设备出现故障时，花篮中存有的电池片可继续向下游传送，起到了缓冲作用，提高了印刷生产线的效率。在正常生产时此设备作普通传送带用。6.电池片翻转单元（电池片翻转单元（SFS01）在经过背银、背铝印刷后，要对电池片的相反面进行正银印刷，此设备就是对硅片进行旋转翻面。7.自动检查单元自动检查单元ATM（SPC01）电池片在完成正银印刷后进入此设备，由装在传送带顶部的相机进行拍摄，计算机通过图象处理软件进行分析，检查是否有断栅，并将检查结果实时显示在显示器上，如果断栅点数超过设定值，设备发出警报，并可以将该电池片手动从生产线移除。硅片检测控制界面8.电池片在烧结炉进行烧结电池片在烧结炉进行烧结9.上上/下片存储单元下片存储单元 （SBL01）此设备既可作上/下片单元用也可作存储单元用，当下游设备出现故障时，移载头可将传送带上的电池片移至侧边的盒内，当上游设备出现故障时，也可将盒中的电池片移至传送带上，继续生产作存储单元用。因电池片盒可从外部自由拿放，所以此设备也可作上/下片单元用。10.电池片冷却单元（电池片冷却单元（SCU01）电池片离开烧结炉后的温度较高不适合电气测试，因此要进行冷却降温，电池片通过两个旋转轮通过，设备上部有两组风扇对其冷却至环境温度。11.测试单元（测试单元（STH01）测试机集成了Begger测试系统，测试电池片的电气数据，如：VOC,ISC,RSH,RS,FF等。在测试过程中，探针以较小的机械压力接触电池片，并把所有的测试数据都存贮在数据库中。测试机直接与分选机通讯，通过分选机把电池片放置在预先确定的目标仓中。BERGER系统的组成：1.灯2.灯电源3.电池测试盒4.测温组件电流-电压曲线蓝线为灯发光强度E=1000W/m2的测量曲线红线为灯发光强度E=500W/m2的测量曲线电流-电压曲线参数介绍Isc 短路电流Voc 开路电压Pmpp 最大功率Vmpp 最大功率对应的最大电压 Impp 最大功率对应的最大电流Rs 串联电阻FF 填充因子Rsh 并联电阻Berger 检测设备主画面Warning at(警告)：每个Bin中电池片的数量达到设定的数量时，在主屏幕上的相应Bin的计数器的颜色会从绿色变成黄色。Bin full at(晶体仓满)：达到设定的数量，提示“Full”会被触发。电池片Bin计数器的颜色会从黄色变成红色。信息“BIN_FULL”会传送到电池板分类器。蓝灯亮测试和分选：测试电池片性能并加以分类12.分选机（分选机（SSD01）分选机共有32个电池片目标仓，根据上道工序的检测结果，真空吸头可将电池片放至预先确定的目标仓中。当一个目标仓到达了设定的最大值，信号灯将会被激活，此时可以打开抽屉取出电池片。1.3 ASYS 印刷机主界面机器状况显示屏幕底部的图中显示了设备状态。从该图中，可以读取印刷机的各个零件的工作状态，例如，各个传输片段的装载系统，刮刀的位置，盖子的位置和其他很多功能。机器状态显示区的绿色或者橙色标记区域表明功能工作正常。如果区域标记为红色，这表明功能有错误。当前刮刀和浆料筒的状态当前刮刀和浆料筒的状态区域上部表明刮刀目前是否举起（UP）或者是否降低（DWN）。区域下部提供了刮刀头的信息。如果只有上部水平条亮，那么刮刀当前在后部。只有底部的水平条亮，那么刮刀当前在前部。另外，字母BP出现在条的附近，表明刮刀头在基准位置。在印刷工艺中，两个箭头中的一个会亮起来，表明当前刮刀的运行方向，并且字母P或者F会出现表明刮刀当前印刷还是回料。移除功能可以实现从传送系统中移除太阳电池。必须注意的是，如果该功能激活，中间传送带的太阳电池必须移除。如果有必要，也可以移除进口和出口的太阳电池，但是这并不是必须的。当移除功能执行之后，测试所有3个传送带的加载状态。如果设备检测到进口或者出口传送带上有太阳电池，这将会计入后续的工艺。但是如果设备检测到中间还有太阳电池，设备会重复要求来移除这个电池。该操作区域的“LED”表明如下：红色：故障发生后，移除是必须的。灰色：移除不是必需的。选项卡介绍该功能用于执行设备的系统检查。检查所有的对于正确操作所必需的控制单元可以正常的通信。执行了运行电动机所有必需的参考。该功能的成功完成是所有其他设备工艺的基础。该操作区域的LED表明系统状态：绿色：系统检查成功。红色：错误之后，必需重新检查系统。灰色：系统检查还没有执行。该功能举起上部到它最高的位置。这是唯一的使在丝网和印刷巢中间有足够的空间来清洗丝网的下腹。该操作区域的LED表明：绿色：设备处于清洗位置。灰色：设备没有处于清洗位置。v该功能用于携带刮刀机构，上部和丝网单元到它们各自的基准位置。基准位置是可以开启自动模式的位置。操作区域的LED表明如下：v绿色：设备在基准位置。v灰色：设备没有位于基准位置。该功能用于在单步模式下控制太阳电池丝网印刷机。如果所有的传送带是空的，则将会从前面的单元要求一个太阳电池并且传送到传送带的进口。另外该功能也依赖于传送带的加载状态，如果出口传送带被占据，太阳电池将传送到下一个设备。如果中间传送带被占据，太阳电池将从中间传送到出口传送带。如果进口传送带被占据，太阳电池将从进口传送到中间传送带。每一次电池传送到中间传送带，都会执行电池位置的视觉检查。该操作区域的LED表面：绿色：中间传送带上有一个太阳电池并且位于印刷巢。灰色：中间传送带上没有太阳电池。v该功能放低设备上部（印刷头）到印刷位置。当一个太阳电池在原位时，该功能只能在参数菜单内执行，因为禁止印刷到空的印刷台。但是如果没有电池在位置上，在OPS菜单放低上部是可能的，因为对于调整丝网这是必须的。当在OPS菜单上将上部放低，丝网位置将自动调整，以便使丝网的基准在摄像头的视野中可见。该操作区域的LED表明：v绿色：上部位于印刷位置。v灰色：上部不在印刷位置。该功能打开或者关闭丝网夹具。通过使用气缸，丝网夹具锁定丝网在一定位置。当丝网夹具打开之后，需要重新调整丝网。该区域的LED表明：绿色：丝网夹具关闭。黄色：丝网夹具关闭但是丝网还没有装配。灰色：丝网夹具打开。v该功能测量刮刀机械的重量。为了维持恒定的刮刀压力，需要通过一个气动反压力来补偿刮刀自身的重量。反压力的规格在刮刀校准工序中定义。这就是为什么刮刀校准只能在印刷所使用的实际刮刀安装在单元内之后才能执行。但是，如果该刮刀更换为一个相同质量的刮刀或者同一个刮刀被取出然后又重新放入，则不需要重新校准。该功能用于当要求印刷一批预先确定的电池数量时。在每一个印刷工序之后，计数器增加1，当计数器达到“0”，自动模式中断。因此为了在自动模式下印刷一批特定数量的电池，简单设置计数器为一个相当于你想印刷电池数量的复数值。OPS界面OPS界面简介OPS菜单包含了所有操作太阳电池丝网印刷机视觉定位系统（OPS）所必须的操作区域。OPS负责在太阳电池上所印刷图形的精确调整。在3个安装于印刷台内的摄像头的帮助下，测量太阳电池的位置和丝网的位置，以便印刷图形定位于太阳电池上特定的位置。太阳电池印刷机装备的摄像头可达5个。装置于印刷台内并向上指向丝网。摄像头根据电池规格而自动定位。摄像头检测丝网基准和太阳电池边缘（以调整丝网单元）。每一个摄像头都有它自己的照明单元，可以单独设置参数。屏幕的中心用于显示照片图形。1.41.4 baccinibaccini印刷生产线印刷生产线印刷模组Item1包括 loader（装载），Printer（印刷），Oven（干燥炉），Buffer（缓冲器）Item2包括 Printer（印刷），Oven（干燥炉），Buffer（缓冲器），Flipping 翻面Item3包括 Printer（印刷），Oven（干燥炉），Firing Oven烧结炉Item 4 Firing Oven Unloading 烧结炉电池片卸载Tester 测试Sorter 分类PrintDryLoad设备动作顺序1.Multiple Cassette Loading 从储存盒式硅片装载器装电池片2.First Screen Printer 第一个丝网印刷器3.First Drying Oven 第一个烘干炉4.Buffer 缓冲器5.Second Screen Printer 第二个丝网印刷器6.Second drying Oven 第二个烘干炉7.Buffer 缓冲器8.Flipping 翻面，将硅片上下翻片9.Third Screen Printer 第三个丝网印刷器10.vision 电池片视觉检查11.Firing Oven烧结炉12.Firing Oven Unloading 烧结炉电池片卸载13.Tester 测试14.Sorter 分类Multiple Cassette Loading 从储存盒式硅片装载器装电池片Cassett装片器Buffer缓冲器 Screen Printer Screen Printer 出口Drying Oven CenteringScreen Alignment CameraTable LifterVacuum TableRectify AxisClawBufferFlipperItem4Item6Soft Line Sorter（分类）软件软件主要分CycleCycle，PrintPrint，OperatorOperator等界面非印刷相关的硬件参数 印刷参数 常用操作界面Enable Magazine Loader 机器运行时从承载盒中吸取硅片Enable Printing 选项不勾选时，印刷过程被跳过Enable Flip-Over 不勾选时，翻转器不工作Enable Load Breakage Wafer 不勾选时，翻转器不检查是否硅片破损Enable Oven Heating 允许炉子加热Enable Unload Oven 炉子只出硅片而不进硅片Enable Bypass Oven 硅片在行走擘上直接进入下一工序Dispenser 设置自动添加浆料的频率Enable Wafer Alignment 允许在印刷之前通过摄像来校准硅片Enable Screen Alignment 对网板上的基准标记进行定位Check Breakage Before 检查硅片在印刷前是否破碎Paper Change 印刷次数达到设置的数字时，机器停止 运行Single Nest 强制机器只在设定的那个台面上印刷2.1 烧结的目的干燥硅片上的浆料，燃尽浆料的有机组分，使浆料和硅片形成良好的欧姆接触，形成电场和电极。Al-Si合金化 在577 以上进行合金化。该过程是一个对Si进行P掺杂的过程。它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和短路电流。Ag-Si 合金化 Ag浆料中的玻璃添加料（粘结相），在550完全润湿SiN与Ag的界面层，在625 以上，Ag溶解到玻璃相中，烧穿SiN膜，接触到硅片表面，在Ag-Si 共熔点（760 ）以上进行合金化。2、红外烧结炉、红外烧结炉欧姆接触53金属与半导体接触时形成的非整流接触不产生明显的附加阻抗，不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著变化理想欧姆接触的接触电阻相比半导体器件本身的电阻很小欧姆接触的形成掺杂元素与硅形成合金或金属间化合物，即形成良好的欧姆接触2.2 烧结的原理使浆料中的无机成分烧成一体，并通过一系列的物理化学变化，形成平滑、致密、附着牢固和所需性能的膜层。烧结可看作是原子从系统中不稳定的高能位置迁移至自由能最低位置的过程。厚膜浆料中的固体颗粒系统是高度分散的粉末系统，具有很高的表面自由能。因为系统总是力求达到最低的表面自由能状态，所以在厚膜烧结过程中，粉末系统总的表面自由能必然要降低，这是厚膜粉末系统在高温下能烧结成密实结构的原因。烧结对电池片的影响烧结对电池片的影响v相对于铝浆烧结，银浆的烧结要重要很多，对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和并联电阻，即FF的变化。v铝浆烧结的目的使浆料中的有机溶剂完全挥发，并形成完好的铝硅合金和铝层。局部的受热不均和散热不均可能会导致起包，严重的会起铝珠。v背面场经烧结后形成的铝硅合金，铝在硅中是作为P型掺杂，它可以减少金属与硅交接处的少子复合，从而提高开路电压和短路电流，改善对红外线的响应。2.3 Despatch烧结炉简介DESPATCH烧结炉是一种大型中低温网带式传送炉，用于晶体硅太阳能电池片热处理工艺。主要作用在于烘干印刷在硅片表面的浆料、烧掉从浆料中挥发出的有机溶剂并同步烧结太阳能电池片的正反面，使印刷到电池片上的三种浆料与硅形成良好的欧姆接触。红外烧结炉主屏幕烧结的工艺过程该设备烧结工艺分三个阶段：1）烘干上段印刷工序的金属浆料；2）烧掉浆料中的有机溶剂；3）烧结并将印刷的银电极渗透入硅片表面以形成良好的Ag/Si表面。烧结工艺曲线 60烘干区主要完成有机物的燃烧 设置温度过高，有机物挥发过快，会使金属颗粒之间孔隙过多过大，造成烧结后金属层内部及金属-半导体接触层的电阻增大。而过低的烘干温度又无法完全将有机物燃烧掉，也会带来同样的问题。过高的烧结温度会使Ag原子穿透N+发射极进入底部P型基底；过低的烧结温度会导致较高的接触电阻，降低填充 温度设置 浆料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烧结后的厚膜导体由金属和粘结组分组成 丝网丝网 常用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，张力有所降低，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。制作丝网制作丝网 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。丝网的目数及丝径决定可印刷图形的宽度；丝网的张力设定：丝网的张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张力不同，目数越低，丝径越粗，丝网承受的张力越大；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，网框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0.04mm150mm150mm;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150mm150mm，网框内口的面积应为300mm300mm，胶条胶条刮刀材料一般为聚胺脂橡胶或氟化橡胶，硬度范围为邵氏A60A90，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，太阳电池基本特性短路电流 开路电压 转换效率 填充因子Isc:太阳电池的短路电流等于其光生电流。Uoc:当太阳电池处于开路状态时，对应光电流的大小产生电动势，这就是开路电压。转换效率表示在外电路连接最佳负载电阻R时，得到的最大能量转换效率，其定义为即电池的最大功率输出与入射功率之比m a xm pm pininIVPPPmpmpmocscocscI VPFFV IV I太阳电池的输出特性Rs66Rs=rmf+rc1+rt+rb+rc2+rmb rmf 是正面金属电极栅线电阻；rc1，rc2是正面及背面金属与半导体接触电阻；rt是正面扩散层电阻；rb为基区体电阻；rmb背面电极金属层的电阻。影响太阳电池转换效率的因素影响太阳电池转换效率的因素禁带宽度禁带宽度温度温度复合寿命复合寿命光强光强掺杂浓度及剖面分布掺杂浓度及剖面分布表面复合速率表面复合速率串联电阻串联电阻金属栅和光反射金属栅和光反射Thank you!