生產(chǎn)晶體硅太陽能電池最關(guān)鍵的步驟之一,是在硅片的正面和背面制造非常精細(xì)的電路,將光生電子導(dǎo)出電池。這個金屬鍍膜工藝通常由絲網(wǎng)印刷技術(shù)來完成——將含有金屬的導(dǎo)電漿料透過絲網(wǎng)網(wǎng)孔壓印在硅片上形成電路或電極。典型的晶體硅太陽能電池從頭到尾整個生產(chǎn)工藝流程中需要進(jìn)行多次絲網(wǎng)印刷步驟。通常,有兩種不同的工藝分別用于電池正面(接觸線和母線)和背面(電極/鈍化和母線)的絲網(wǎng)印刷。太陽能電池是開發(fā)利用新能源、低碳環(huán)保的標(biāo)志性產(chǎn)品。絲網(wǎng)印刷在太陽能電池的正、背電極及背電場的制作過程發(fā)揮了很重要的作用,絲網(wǎng)印刷太陽能電極工藝現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)成熟,已經(jīng)成為其主流工藝方式。
1.基本的太陽能絲網(wǎng)印刷
印刷過程從硅片放置到印刷臺上開始。非常精細(xì)的絲網(wǎng)印版固定在網(wǎng)框上,放置在硅片上方,絲網(wǎng)封閉了除柵格線以外的其他區(qū)域,以便導(dǎo)電漿料能夠通過。硅片和絲網(wǎng)的距離要嚴(yán)格地控制(稱為印刷間隙,或者網(wǎng)距)。由于正面需要更加纖細(xì)的金屬線,因此用于正面印刷的絲網(wǎng)其網(wǎng)格通常比用于背面印刷的要細(xì)小得多。把適量的漿料放置于絲網(wǎng)之上,用刮刀涂抹漿料,使其均勻填充于網(wǎng)孔之中,刮刀在移動的過程中把漿料通過絲網(wǎng)網(wǎng)孔擠壓到硅片上。
這一過程的溫度、壓力、速度和其他變量都必須嚴(yán)格控制。每次印刷完成后,硅片被放入烘干爐,使導(dǎo)電漿料凝固。接著,硅片被送入另一個不同的印刷機(jī),在其正面或背面印制更多的線路。所有印刷步驟完成后,將硅片放入高溫爐里燒結(jié)。
2.硅片正面和背面的印刷
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);有些制造商會先印刷背面的導(dǎo)電線,然后將硅片翻過來再印刷正面的線路,從而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(窄到80μm),正因?yàn)槿绱,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,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。
3.相關(guān)工藝參數(shù)
為了提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換率,盡量降低銀導(dǎo)線對與電池板的遮擋,絲網(wǎng)版上柵格線的寬度應(yīng)該盡量窄,而柵格線太細(xì)有可能造成導(dǎo)電銀漿的厚度太薄,甚至有可能斷。因此,絲網(wǎng)版上的柵格線寬一般在80~120μm之間。由于印刷后導(dǎo)電銀漿會比絲網(wǎng)版上的寬度有所增加,印刷后的銀漿在燒結(jié)后的寬度在110-150μm之間。為了降低其串聯(lián)電阻,印在電池板上的銀導(dǎo)線的總重量要盡量低,基本在0.01~0.02g。印刷壓力在75~80牛頓。
行業(yè)內(nèi)部的最新研究表明,如果使用專用的感光膠如鐵佛龍多層膜網(wǎng)版,太陽能電池的轉(zhuǎn)化率及穩(wěn)定性都有較好的表現(xiàn)。
4.其他條件要求
絲網(wǎng)的繃網(wǎng)張力一般為28±2N。背電極絲網(wǎng)的壽命應(yīng)大于15000次,背電場絲網(wǎng)的壽命應(yīng)大于15000次,正電極絲網(wǎng)的壽命應(yīng)大于10000次。
絲網(wǎng)應(yīng)存放在恒溫、恒濕的條件中,溫度的急劇變化會導(dǎo)致張力的下降,而濕度過大會導(dǎo)致乳膠的變性,從而影響使用效果甚至報廢。
具體存放條件為:溫度22±3℃,濕度50%±10%。
生產(chǎn)車間在使用前應(yīng)將絲網(wǎng)提前領(lǐng)出,在廠房靜置24小時以上。在急需時應(yīng)保證在廠房靜置2小時以上。
絲網(wǎng)在出廠前一直是存放在潔凈環(huán)境中的,因此在使用前應(yīng)保持清潔,質(zhì)檢過程應(yīng)在相對潔凈的環(huán)境中進(jìn)行,質(zhì)檢過后應(yīng)將其用原塑料袋封好存放在庫房中,避免在使用前被灰塵污染。
絲網(wǎng)對震動非常敏感,任何碰撞都會導(dǎo)致張力下降甚至崩網(wǎng)報廢,因此在移動、使用過程中應(yīng)輕拿輕放、避免任何碰撞。
絲網(wǎng)的表面非常脆弱,任何鈍物對網(wǎng)紗部分都可能造成損害,使張力下降、圖形損壞、壽命減短甚至報廢。因此在移動、使用過程中應(yīng)避免網(wǎng)紗表面同任何鈍物接觸。
最好的存放方式是用專用的架子豎直存放,若平放則不要超過5層,且層間在網(wǎng)框處要用軟墊分開。
絲網(wǎng)的乳膠不是一種非常穩(wěn)定的物質(zhì),且厚度很小,在存放過程中會發(fā)生一些復(fù)雜的物理化學(xué)變化,所以絲網(wǎng)進(jìn)廠后應(yīng)在一個月以內(nèi)使用。