异质结丝网印刷工艺

丝网印刷基础简介

丝网印刷是生产晶体硅电池重要的工序之一，它的主要目的是在硅片的表面制备出精细的电路，收集光生载流子并导出电池，也就是形成太阳电池的正负极。它的基本原理就是导电浆料通过网板在刮刀的作用下，把设计好的图形转移到硅片上。如下图1所示。网板，导电浆料，刮刀和印刷机是影响印刷效果的三大要素。

丝网是网印工艺的灵魂，主要有尼龙丝网、聚脂丝网和不锈钢丝网三种类型，在太阳能印刷行业中，这三种丝网都有使用，但在工业化大批量自动线上使用的多是不锈钢网布，这主要是不锈钢网布有着耐磨性好、张力回弹量小等众多优点的缘故。目数，线径，开口，膜厚（感光胶的厚度）和丝网厚度是丝网重要的衡量参数。同时近年来兴起的无网结网板印刷技术。常规网版在张网时丝网和网框大多是按照22.5°或者45°角度进行绷网，在显影区就会出现经线和纬线的交叉点（如图2a），此交叉点称为网结，网结的出现会影响到透墨量和印刷的平整度。无网结技术制作的网版经纬线成垂直交叉（90°）状态，消除了常规网版经线和纬线的交叉点出现在显影区(如图2b)，使得有效的透墨面积增加，浆料印刷更加顺畅，栅线可以获得更好的高宽比和印刷平整度。但是网板的变形引起的对准精度降低，所以目前主要应用于多晶电池的单次印刷(Singleprinting)和套印（Dualprinting）。导电浆料的特性决定了丝网的参数，比如，目数，膜厚（感光胶的厚度）细栅的开孔,工艺要求决定了细栅的数量，膜厚和主栅的宽度和数量。印刷机的特性主要决定了电极的印刷质量，比如印刷过程中压力的平稳性以及回料的均匀性都会对印刷质量有较大的影响。同时不同的印刷技术对细栅的开孔，细栅的数量和印刷的质量也有很大的影响，比如二次印刷（Doubleprinting）比单次印刷(Singleprinting)的细栅开孔宽度要窄，印刷的良率要高。刮刀的材料和安装角度对印刷的质量亦有较大的影响。
异质结电池丝网印的工艺特点及性能要求

材料的特性决定工艺，工艺决定设备的特点。异质结电池的印刷和烘干特点也是由异质结用导电浆料的特性决定。目前特点如下：

1）印刷速度较低。由于异质结电池低温制备特性，所以需求导电浆料在低温下行进烘干和固化。异质结现用的导电浆料以京都的最为广泛，早些时候，由于浆料的特性，使得印刷速度仅仅150mm/s(晶硅电池的浆料印刷速度>330mm/s），这种情况下就极大的限制了设备的产能，不利于成本的降低。近一年来，异质结导电浆料的印刷性能有所改观，印刷速度提高到近300mm/s，这样使设备的产能得到了更大的发挥。

2）细栅宽度较宽。由于材料的特性，目前异质结电池的细栅宽度较晶体硅电池的细栅宽度较宽，目前细栅的宽度大概在60-70um左右，较晶体硅电池的细栅宽25um左右。如图3所示，京都异质结用银浆Q101型号的在印刷速度250mm/s下的细栅印刷结果，其网板开孔30um，细栅实际宽度在67um。

3）导电浆料的增重较高。目前由于低温导电浆料的导电性比高温导电浆料差，印刷性能也差，使得异质结电池的浆料增重较大，在四，五根主栅的情况下，大约在300mg左右，占据整个异质结加工电池的成本的约30~40%。相比较而言，传统电池的银浆增重只有100mg左右，极大的增加了电池的加工成本。对于降本增效来说，首先可以采用二次印刷技术，不仅可以提高电池效率，而且可以降低一些导电浆料的耗量。图3是单次印刷和二次印刷的效果图，可以看出细栅更加的平整，能够有效的提高电池的电学性能。同时导电浆料的耗量在单次印刷的基础上降低了28mg，经过网板设计初步优化后，电池的绝对效率得到了0.16%提升，如表1所示。其次在不降低异质结电池效率的情况下和不同组件技术结合，来降低浆料的增重也是提效降本的主要路线。但基本上都是消除主栅以及进一步降低细栅的浆料使用，比如多主栅技术，SWCT以及叠瓦技术等。

4）烘干时间较长。传统晶硅电池的烘干时间很短，一般小于1分钟。但是由于异质结用导电胶的特性，目前其的烘干时间较长，一般在5-10分钟。这就使得异质结的烘箱和传统电池烘箱差别较大。既要保证烘干时间，又要保证产能，使得它的设计和传统电池的烘箱不同。但是目前导电浆料的供应商也在研发新的材料，让它的烘干时间变短，从而简化烘箱的设计。

异质结电池丝网印刷机的现状

目前异质结丝网印刷的供应商主要来自于应用材料公司和日本的Miro-tec公司。国产的供应商包括迈为科技和科隆威也正在开发相应的解决方案。应用材料公司从事太阳能的印刷已经超过30年，一直是该技术和市场的领导者，在异质结的客户分布也最广泛。而推出的细线二次印刷技术（FLDP?）几乎成为后来整个行业的标配，同样也应用到了异质结的印刷中，不仅提高了电池的效率，而且降低了导电浆料的损耗。

同时最近推出的SoftPressure的技术，降低了网板和硅片边缘的碰撞，不仅把网板的寿命提高20%以上，而且让印刷的质量更好。如图4所示。应用材料公司目前的烘箱采用垂直的运输的概念设计，不仅大大减少了占地的面积，而且硅片水平传输的模式让良率更高。烘干的时间可达10min。

Micro-tec也是异质结电池丝网印刷的主要供应者之一，其在异质结的印刷的主要原理是通过空气平衡的方法（AirBalanceSqueegeeMethod）来控制刮刀的压力来进行印刷。烘干采用Wikettype结构，在满足烘干时间的前提下，达到较高的产能。

其他供应商的产品目前正在研发相应产品或者应用较少，这里不在叙述。

异质结电池丝网印刷机的未来发展趋势

为了提高良率和降低成本，整个光伏制造业向无人化，智能化的方向发展。异质结的印刷机也不例外。目前主要从以下几个方面入手：

1）无人操作，目前需要解决自动擦拭网板，自动换网板等。

2）智能检测，包括印刷前硅片质量的检测，印刷质量的检测

3）大数据和智能分析，把实时检测的数据传输到数据分析中心进行分析。

4）智能调整印刷和烘干参数等。根据数据实时分析的结果，根据需要进行智能调整印刷参数，自动擦拭网板，自动更换网板，自动更换刮刀以及自动添加导电浆料等。

通过智能检测，收集数据，数据分析，自动反馈后进行智能调整，自动更换部件等一系列的闭环操作，可以实现整个印刷线的无人化和智能化。

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作者：高艳涛；节选自摩尔光伏《异质结HJT量产技术报告》

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