太阳能电池丝网印刷简介.ppt

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1、IV区介绍 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

2、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 硅片经过三次印刷工序后的效果图 背银印刷背铝印刷正银印刷 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

3、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

4、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 ASYS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 1. 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

5、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（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 （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

6、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2 印刷的相关参数印刷的相关参数 印刷压力：用于在印刷时提供给刮刀垂直力，以确保在印刷过程印刷压力：用于在印刷时提供给刮刀垂直力，以确保在印刷过程 中能把浆料通过网孔刮到硅片上。刮刀压力越小，填入网孔中能把浆料通过网孔刮到硅片上。刮刀压力越小，填入网孔 的墨量就越多。的墨量就越多。

7、 印刷间距：网板与硅片之间的距离，保证在印刷后网板的回印刷间距：网板与硅片之间的距离，保证在印刷后网板的回 弹。丝网间距增大，油墨的转移量也增大，但随着刮刀压力弹。丝网间距增大，油墨的转移量也增大，但随着刮刀压力 的增加，丝网间距对油墨转移量影响趋小。的增加，丝网间距对油墨转移量影响趋小。 印刷速度：印刷速度决定了整条线的产量，但也不能过快。湿重印刷速度：印刷速度决定了整条线的产量，但也不能过快。湿重 在某一速度下达到最大值，低于此速度，速度增大湿重增大在某一速度下达到最大值，低于此速度，速度增大湿重增大 ，高于此值，速度增大湿重减小，还可能造成印刷不良。，高于此值，速度增大湿重减小，还可能造

8、成印刷不良。 印刷高度（印刷高度（down-stopdown-stop）：）：down-stopdown-stop值越大，湿重越小。值越大，湿重越小。 刮刀截面：对刮刀的截面形状来说，刮刀边越锐利，线接触越细刮刀截面：对刮刀的截面形状来说，刮刀边越锐利，线接触越细 ，出墨量就越少；边越圆，出墨量就越多。，出墨量就越少；边越圆，出墨量就越多。 4. 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

9、风管 5. 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（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

10、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 9. 上/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（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（S

11、TH01） 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

12、 Rs串联电阻 FF填充因子 Rsh并联电阻 Berger 检测设备主画面 Warningat(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。 Binfullat(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（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

13、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 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

14、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

15、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：

16、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

17、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

18、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

19、 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。 1.4 baccini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），F

20、lipping 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 设备动作顺序 1.MultipleCassetteLoading从储存盒式硅片装载器装电池片 2.FirstScreenPrinter第一个丝网印刷器 3.FirstDryingOven第一个烘干炉 4.Buffer缓冲器 5.SecondScreenPrinter第二个丝网印刷器 6.SeconddryingOven第二个烘干炉 7.Buffer缓冲器 8.Fl

21、ipping翻面，将硅片上下翻片 9.ThirdScreenPrinter第三个丝网印刷器 10.vision电池片视觉检查 11.FiringOven烧结炉 12.FiringOvenUnloading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 Centering Screen Alignment Camera Table Lifter Vacuum Ta

22、ble Rectif y Axis Claw Buffer Flipper Item4 Item6Soft Line Sorter（分类） 软件 主要分Cycle，Print，Operator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 Unloa

23、d 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。 A

24、l-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 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

25、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 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

26、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。 2.3Despatch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

27、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 常用丝网材料有不锈钢和尼龙

28、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 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

29、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 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

30、，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 太阳电池的输出特性 Rs 66 Rs=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 禁带宽度 温度 复合寿命 光强 掺杂浓度及剖面分布 表面复合速率 串联电阻 金属栅和光反射 Thankyou!