太阳能电池单晶硅电极的丝网印刷

文 | 方华

太阳能电池单晶硅电极的丝网印刷

文 | 方华

随着全球能源的日趋紧张，太阳能以无污染、市场空间大等独有的优势受到世界各国的广泛重视，国际上众多大公司投入太阳能电池研发和生产行业。在过去硅太阳能电池电极的制造一般都采用真空蒸镀技术或电镀法，但这种工艺带有成本昂贵、工艺复杂，工期长等弊病。为去除这些弊病，人们将印刷技术应用到太阳能电池中。目前采用最多的是丝网印刷技术，但其他的印刷方式正在积极研发当中。

太阳能电池单晶硅电极的丝网印刷技术

薄膜太阳能电池作为一种新的能源材料正在得到迅速的发展和进步，CdS/CdTe多晶薄膜太阳能电池由于具有成本低廉、性能稳定、工艺简单等特点受到了广泛重视。用丝网印刷技术印刷CdS/CdTe多晶薄膜太阳能电池，是在以Cds/CdTe作为半导体材料的太阳能电池的制造过程中，首先将Cds和CdTe制成糊状的特种油墨，采用丝网印刷的方法将其印在玻璃基板上，形成半导体皮膜，从而构成光电转换机构。

工艺过程为：硅片→清洗→扩散→刻蚀→生长减反射膜→印刷背银→烘干→印刷背银→烘干→印刷正银→烧结→测试。

从中可以看出丝网印刷是生产太阳能电池的重要工序，其印刷质量（厚度，宽度，膜厚一致性）影响电池片的技术指标。具体工序如下：

1．在电池片正极面（p区）用银铝浆料印刷两条电极导线（约3～4mm宽），作为电池片的电极。

图1 电池片背银及背铝印刷示意图

2．在电池片的正极面采用铝浆料印刷整面（除背银电极外）。

3．在电池片的正面（喷涂减反射膜的面）同时用银浆料印刷一排间隔均匀的栅线和两条电极，在工艺上要求栅线间距约3mm、宽度约0.10～0.12mm。

图2 电池片正银印刷示意图

每块太阳能电池的正面和背面都有通过丝网印刷的导线，它们的功能是不同的。正面的线路比背面的更细，故先将硅片翻过来印刷正面的线路，以最大程度地降低在加工过程中可能产生的损坏。在正面（面向太阳的一面），大多数晶体硅太阳能电池的设计都采用非常精细的电路（“手指线”），把有效区域采集到的光生电子传递到更大的采集导线——“母线”上，接着再传递到组件的电路系统中。正面的手指线要比背面的线路细得多（0.10mm左右），所以正面的印刷步骤需要更高的精度和准确性。硅片的背面和正面的印刷要求是不同的，技术上也不那么严格。背面印刷的第一步工序是印刷一层以铝为基础的导电材料，而不是非常细的导电栅格。同时，能够将没有捕捉到的光反射回电池上。这一层也能“钝化”太阳能电池，封闭多余分子路径，避免流动电子被这些空隙所捕捉。背面印刷的第二步是制造母线，和外部电路系统相连接。

采用丝网印刷的方法生产太阳能电池电极，完全不存在使用真空蒸镀技术或电镀法种种弊病，目前已经为生产太阳能电池电极的主要方法。古老的丝网印刷工艺与现代太阳能电池生产技术的完美结合，促进了人们对太阳能这种绿色能源的使用。

硅电极丝印油墨网版印刷操作技巧

印刷品是在纸张或塑料片基上敷以磁层，在其他部分印上文字或图案，以及用以显示与使用状况相应的视觉信息的印字层，经模压加工而成。硅电极丝印油墨印刷的片基，要求有适度的韧性，厚度均匀，表面平滑，温湿度变化时不易发生伸缩或卷曲，耐水和耐蚀性良好，印刷和加工适性好，价格低廉。常用的材料有胶版纸、涂料纸、浸树脂纸和聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸酯（PET）等塑料片基及其复合材料，适用的厚度一般为150~800mm。

硅电极丝印油墨印刷为了防止伪造和篡改，对安全保密性要求越来越高，因此在磁性材料、印刷、加工方法上采用特殊的材料或技术。如在丝网印刷中使用特殊的制版技术和油墨，包括用萤光油墨、热敏变色油墨、吸收红外线油墨进行印刷，还用地纹印刷、微缩印刷、彩虹全息等措施，以防止伪造。由于在证网印硅电极丝印油墨对证卡印刷的要求比较高，因此，要充分常握证卡网印技巧。

1．油墨

硅电极丝印通常采用了树脂类热固化油墨，其粘附强度高，丝网印刷对于很细的线条或很小的文字其印刷精度比小型胶印机低，另外其制版费用也较高。此外，硅电极丝印也采用溶剂型软塑网印油墨。

2．网版制作

网版的制作质量对印刷品质起着关键作用。硅电极丝印一般选择150~350目的丝网就能基本满足不同油墨及各种图案的印刷，但对于金银油墨印刷，因为油墨中有金银粉等金属颗粒，选择网目数时要考虑所有颗粒直径的大小，颗粒直径大，则选择网目数小，网孔大的丝网。

3．印刷机械

硅电极丝印机目前以平面网印和滚筒式网印为主。平面网印机是最早的机械化网印机，应用较广的有半自动和全自动机型；滚筒式网印机最大的特点是印刷台呈圆筒状。

4．承印物

适于硅电极丝印油墨印刷的证卡材料，要有适度的韧性，厚度均匀，表面平滑，温湿度变化时不易发生伸缩或卷曲，耐水和耐蚀性良好，印刷和加工适性好，价格低廉。

太阳能电池的原理

从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现，硅太阳能电池是一种有效地吸收太阳能辐射并使之转化为电能的半导体电子器件，广泛应用于各种照明及发电系统中。 太阳能电池以半导体材料硅为基体，利用扩散工艺在硅晶体中掺入杂质：当掺入硼、磷等杂质时，硅晶体中就会存在着一个空穴，形成n型半导体；同样，掺入磷原子以后，硅晶体中就会有一个电子，形成p型半导体，p型半导体与n型半导体结合在一起形成p-n结，太阳光在半导体p-n结上，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，在p-n结中形成电势差，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

图5 太阳能电池原理示意图

太阳能电池单晶硅电极的丝网印刷是电池片生产线的重要工序，对电池片的质量起着重要作用，太阳能电池单晶硅电极的丝网印刷技术是一个有机的整体，是各种技术的组合，需要工艺工程师和设备工程师的协同工作：既要了解各个参数的特点，又要了解其相互的制约关系。