晶体硅太阳能电池的丝网印刷技术

　　

1 导言 

　　

 

　　生产晶体硅太阳能电池最关键的步骤之一是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。这个金属镀膜工艺通常由丝网印刷技术来完成

――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。典型的晶体硅太阳能电池从头到尾整个生
产工艺流程中需要进行多次丝网印刷步骤。通常

,有两种不同的工艺分别用于电池正面(接触

线和母线

)和背面(电极/钝化和母线)的丝网印刷,见图 1。 

　　

 多年来,太阳能丝网印刷设备在精度和自动化方面有了很大进步,具备了在微米级尺寸

上重复进行多次印刷的能力。这一发展开创了全新的先进应用

,如双重印刷和选择性发射极

金属镀膜。

Baccini 公司在 20 世纪 70 年代在微电子领域开发了丝网印刷技术,并在 20 世纪 80

年代将这一技术扩展到太阳能金属镀膜领域。今天

,Baccini 公司已成为应用材料公司 Baccini

集团

,以多项先进技术引领业界的发展。 

　　

 

　　

2 基本的太阳能丝网印刷 

　　

 

　　印刷过程从硅片放置到印刷台上开始。非常精细的印刷丝网固定在网框上

,放置在硅片

上方

;丝网封闭了某些区域而其它区域保持开放,以便导电浆料能够通过。硅片和丝网的距离

要严格地控制

(称为印刷间隙)。由于正面需要更加纤细的金属线,因此用于正面印刷的丝网其

网格通常比用于背面印刷的要细小得多。

 

　　

 把适量的浆料放置于丝网之上,用刮刀涂抹浆料,使其均匀填充于网孔之中。刮刀在移动

的过程中把浆料通过丝网网孔挤压到硅片上

,见图 3。这一过程的温度、压力、速度和其他变量

都必须严格控制。

 

　　

 每次印刷步骤后,硅片被放入烘干炉,使导电浆料凝固。接着,硅片被送入另一个不同的印

刷机

,在其正面或背面印制更多的线路。所有印刷步骤完成后,将硅片放入高温炉里烧结。 

　　

 

　　

3 硅片正面和背面的印刷 

　　

 

　　每块太阳能电池的正面和背面都有通过丝网印刷淀积的导线

(见图 4),它们的功能是不

同的。正面的线路比背面的更细

;有些制造商会先印刷背面的导电线,然后将硅片翻过来再印

刷正面的线路

,从而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

(窄到 80μm)。正因为如此,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

是淀积一层以铝为基础的导电材料

,而不是非常细的导电栅。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,见图 5。 

　　

 

　　

4 新一代丝网印刷的应用 

　　

 

　　如今晶体硅太阳能电池的平均转化效率是

15%,业界的发展目标是将转化效率提高到