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·富發(fā)公司版權(quán)所有·2011

隨著環(huán)保綠能產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，太陽能電池已成為新能源產(chǎn)業(yè)的最先進的高科技產(chǎn)業(yè)，而生產(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。【表1】

表1：晶體硅太陽能電池的制造需要進行多次絲網(wǎng)印刷步驟。應(yīng)用材料公司Baccini產(chǎn)品可以幫助實現(xiàn)綠色框中的步驟。

多年來，太陽能絲網(wǎng)印刷設(shè)備在精度和自動化方面有了很大進步，具備了在微米級尺寸上重復(fù)進行多次印刷的能力。這一發(fā)展開創(chuàng)了全新的先進應(yīng)用，如雙重印刷和選擇性發(fā)射極金屬鍍膜。

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。非常精細的印刷絲網(wǎng)固定在網(wǎng)框上，放置在硅片上方；絲網(wǎng)封閉了某些區(qū)域而其它區(qū)域保持開放，以便導(dǎo)電漿料能夠通過【圖2】。硅片和絲網(wǎng)的距離要嚴格地控制（稱為印刷間隙）。由于正面需要更加纖細的金屬線，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小得多。

表2:印刷絲網(wǎng)上包含打開和閉合的區(qū)域，通過打開的區(qū)域，導(dǎo)電漿料可以被印刷到硅片上。

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【圖3】。這一過程的溫度，壓力，速度和其他變量都必須嚴格控制。

表3：在絲網(wǎng)一端放置導(dǎo)電漿料，用刮刀在將漿料涂抹于絲網(wǎng)，并從網(wǎng)孔中擠壓到硅片上。

每次印刷步驟后，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，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)。

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)印刷淀積的導(dǎo)線【圖4】，它們的功能是不同的。正面的線路比背面的更細；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得多（窄到80μm）。正因為如此，正面的印刷步驟需要更高的精度和準確性。

圖4：印刷后硅片正面會有大小不同的導(dǎo)線，用來從有效區(qū)域采集電能。.

硅片的背面和正面的印刷要求是不同的，技術(shù)上也不那么嚴格。背面印刷的第一步工序是淀積一層以鋁為基礎(chǔ)的導(dǎo)電材料，而不是非常細的導(dǎo)電柵。同時，能夠?qū)�沒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【圖5】。

圖5:背面的母線通過焊接可以實現(xiàn)和外部的連接。

新一代絲網(wǎng)印刷的應(yīng)用

如今晶體硅太陽能電池的平均轉(zhuǎn)化效率是15%，業(yè)界的發(fā)展目標是將轉(zhuǎn)化效率提高到20%以上，絲網(wǎng)印刷設(shè)備能夠提供多種方法幫助實現(xiàn)這一目標。實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)化效率可以從以下兩個方面入手：電池工藝（創(chuàng)造出能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能的有效區(qū)域）和金屬鍍膜（形成導(dǎo)電金屬線）。

雙重印刷

電池正面導(dǎo)電線路的一個負面效應(yīng)是陰影：導(dǎo)線阻擋了少量陽光，使其無法進入電池的有效區(qū)域，從而降低了轉(zhuǎn)化效率【圖6】。為了將這種陰影效應(yīng)降到最低，導(dǎo)線必須盡可能做到最窄。然而，為了保持足夠的導(dǎo)電性，線條的高度必須增加，這樣才能保持同樣的橫截面積。實現(xiàn)更細，更高導(dǎo)線橫截面的解決方案就是將多條導(dǎo)線重疊印刷。這就意味著絲網(wǎng)印刷機必須能夠高準確度、高重復(fù)性地印刷非常細小的線條——當前的標準線條小到80μm——相當于人類一根頭發(fā)絲的平均厚度。

圖6：導(dǎo)線阻擋光線，使其無法到達電池有效區(qū)域

現(xiàn)在大多數(shù)導(dǎo)線燒結(jié)后的尺寸是110-120μm寬，12-15μm高。這樣尺寸的線條由于陰影效應(yīng)帶來的轉(zhuǎn)化效率損失大約為1.29%。要減少這一損耗，導(dǎo)線寬度必須降低；同時，需要增加導(dǎo)線橫截面的高度，以此優(yōu)化導(dǎo)電性能。【圖7】。導(dǎo)線橫截面尺寸從110μm寬/12μm高轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>80μm寬/30μm高之后，潛在的轉(zhuǎn)化效率絕對增益為0.5%。

圖7：降低線條寬度減少了有效區(qū)域的陰影，從而提高潛在轉(zhuǎn)化效率

有些方法是用兩臺不同的印刷機將兩種材料進行重疊印刷。這一最新的工藝在實際生產(chǎn)環(huán)境下實現(xiàn)了80μm寬、平均30μm高的導(dǎo)線橫截面尺寸。這種方法減少了大約20%的陰影損失，相應(yīng)的也降低了電阻系數(shù)。通過在現(xiàn)有生產(chǎn)線上增加一臺額外的絲網(wǎng)印刷機和烘干爐，就能非常方便地以一種具有成本效益的方式實現(xiàn)多次印刷工藝。

導(dǎo)線雙重印刷（和其它的先進印刷應(yīng)用）最關(guān)鍵的一點在于對準精度，因為第二層印刷物必須非常精準地置于第一層之上。

選擇性發(fā)射極

另外一個新興的應(yīng)用是選擇性發(fā)射極技術(shù)——在絲網(wǎng)印刷的金屬線下精確地制造一個重度摻雜的n+區(qū)域，以便進一步降低接觸電阻，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率的提高�！緢D8】

圖8：選擇性發(fā)射極是一個直接位于金屬線下的重度摻雜區(qū)域

制作這些發(fā)射極區(qū)域有好幾種技術(shù)。每一種都要求高精度和高重復(fù)性的多重印刷步驟。此外，發(fā)射極區(qū)域必須略寬于上方的金屬線：對于100μm寬的金屬線來說，最優(yōu)化的發(fā)射極區(qū)域?qū)挾葹?/span>150μm左右。很關(guān)鍵的一點是后續(xù)的金屬線必須非常精確地直接放置在發(fā)射極區(qū)域之上，否則，就會失去它的效率優(yōu)勢。

絲網(wǎng)印刷的生產(chǎn)力

隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來越大、工藝步驟越來越多（以獲取更高效率），很多問題——包括高產(chǎn)量和處理更薄硅片的能力等——變得越來越重要。

目前，晶體硅太陽能電池工廠的產(chǎn)量約為1500硅片/小時（每條生產(chǎn)線），業(yè)界的目標是在不久的將來實現(xiàn)至少3000硅片/小時。這需要使用非常先進的機械自動化技術(shù)以最小的破片率高速處理硅片。

這就意味在絲網(wǎng)印刷工藝中如絲網(wǎng)放置，漿料涂布和刮刀移動都需要以更快的速度進行，同時，線條的寬度和對齊方式必須保持原有精度甚至更加精確。

硅片越來越�。ㄒ虼烁�加易碎）的趨勢推動��“軟”處理技術(shù)的發(fā)展，以此保持低破片率和高良率。

結(jié)論

晶體硅太陽能電池絲網(wǎng)印刷是一項用于積淀金屬線和其它應(yīng)用的技術(shù)，它具有成本效益并且可以進行擴展。最新的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)具有高度自動化，發(fā)極高的產(chǎn)量和處理超薄硅片的能力。

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