硅太阳能印刷的酸碱返洗研究

2018-09-06贾宇龙

山西化工 2018年4期

陈丽，贾宇龙，郭丽，杨进

(山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西长治 046011)

引言

硅太阳能生产行业的竞争日趋激烈，随着光伏市场的不断扩大以及其需求量的不断增加，行业之间的竞争不再仅仅是依赖于产品的产出率与合格率，降低生产成本也成为各光伏企业在行业竞争中占有一席之地的必要条件之一。丝网印刷是硅太阳能电池生产的一个重要环节，其原理是将含有金属的导电浆料透过丝网网孔印刷在硅片正背面，经高温烧结后形成电路或电极，在硅片的正面和背面制造非常精细的电路，将光生电子导出电池[1]。在丝网印刷的过程中，常会出现一些印刷不良的片子，这些印刷不良的片子会因其表面金属银或铝的残留，而产生电池片外观和电性能参数的异常，导致电池片质量降低。酸碱返洗法采用简易的酸碱清洗装置，将印刷不良的片子进行二次清洗，用化学的方法对硅片表面和边缘的导电金属进行清除。

丝网返洗片是针对丝网印刷过程中造成的印刷不良硅片，使用IPA(异丙醇)对其正背面浆料进行清洗后的片子。

1 实验部分

1.1 实验原理及仪器

实验原理见式(1)～式(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

本实验使用的硅片为156.75 mm×156.75 mm的多晶P型硅片；硅太阳能丝网印刷采用ASYS公司生产的丝网印刷设备；电池电学性能检测采用太阳电池片分选机I-V测量仪[2]；电池片的电性能缺陷检测使用EL检测仪。

实验用清洗装置采用4个容积为112 L的简易耐酸碱槽体，分别用作碱槽、碱后的水槽、酸槽、酸后的水槽，槽体内能同时容纳2个50片装载体；使用的载体为改造后的无卡牙和无衡量的50片装载体。

1.2 实验过程

实验过程分为3部分，第一部分，取30片丝网返洗片，分3组每组10片，用于对铝在碱溶液中反应时间的验证；第2部分取60片丝网返洗片，分6组每组10片，用于对银在酸溶液中反应时间的验证；第3部分分2组，实验组取200片经酸碱清洗法后硅片，对比组取200片已镀膜多晶P型硅片，印刷后对2组电性能参数及EL情况进行测试。

2 结果与讨论

2.1 银、铝残留物与电池片电性能

电池片电性能是否有缺陷，可以通过太阳能电池发光测试(简称EL测试)进行检测，它是通过对晶体硅太阳能电池外加正向偏置电压，给电池片通入1 mA～40 mA的电流，片子的缺陷会通过计算机上显示的底片的曝光程度体现出来[3]。取1片硅太阳能印刷后未过酸碱处理的返洗片，对其进行EL测试,见第108页图1。图1a)为曝光出的该电池片的背面底片，该电池片所呈现的曝光底片上布满亮点，有些亮点所在的区域残留有肉眼看不到的银或铝金属。以银金属为例，银在该区域的腐蚀能力变强，容易造成银离子扩散至耗尽层导通PN节，导致电池片发生严重的漏电[4]，最终影响电池片的短路电流、开路电压、串联电阻等电学性能。

图1 EL测试图像

2.2 酸溶液对硅片残留银粉的影响

将残留银粉的返洗片载体置于混酸槽中进行反应，化学反应方程式如式(5)～式(7)。

(5)

(6)

(7)

HNO3可以将难以去除的Ag反应生成AgNO3，而HCl则起到了中和KOH和去除残留铝粉的作用。配液过程为：先在槽体中加入30 L去离子水，穿戴好防护用品，在检修人员的配合下在湿法设备的原液槽中手动依次接取6 L HNO3和6 L HCl，沿槽壁依次缓慢将酸液倒入槽体中，然后，再添加8 L的水达到50 L的刻度值。由于HNO3和HCl原液的体积分数分别为65%和30%，因此,配制后得到的酸液体积分数分别为HNO37.8%和HCl 3.6%。

在一定浓度的硝酸溶液中对银刻蚀不同时间，其反应的程度也不同[5]。将6组装有丝网返洗片的载体放置在酸槽里，对返洗片在HNO3药液中的反应时间和返洗后的电学性能进行测试，结果如图2a)。观察图2a)可以看出，30 min为银粉在酸溶液中去除的最佳反应时间。

3 碱溶液对硅片残留铝粉的影响

对于返洗片上残留的铝粉，根据式(4)反应原理，需KOH与纯水按一定比例配液后清除。配液过程为：先在碱槽中加入40 L去离子水，穿戴好防护用品，在检修人员的配合下在湿法设备的原液槽中手动接取6 L KOH，沿槽壁缓慢将碱液倒入槽体中，然后再添加4 L水达到50 L的刻度值，由于KOH原液的体积分数为48%，所以配制后得到的碱液体积分数为5.76%。

图2 置于酸、碱槽时间对片子优劣的影响

将装有返洗片的载体放置在碱槽里，看到马上会有有气泡冒出，这是因为Al极易与碱发生反应，生成H2。对3组丝网返洗片在KOH药液中的反应时间和返洗后的电学性能进行测试。图2b)中的时间为片子在碱槽中的反应时间。图2b)数据可以看出，在碱槽中清洗3 min后拿出水洗后可得测试合格的电性能电池片。

将200片实验组硅片，按图3酸碱清洗流程进行清洗，然后，与200片对比组片子一起进行丝网印刷。对实验组硅片进行EL检测,EL测试图像如图1b)所示。从图1b)可以看出经酸碱清洗法后的片子其EL曝光底片无漏电等缺陷。表1为两组片子测得的电学性能参数。表1显示，实验组片子的效率、短路电流、开路电压等电学参数均略低于对比组数据。验证得出，酸碱清洗法避免了片子的EL缺陷，减轻了片子电学性能的大面积损伤。