太阳能电池-丝网印刷.ppt

一、丝印烧结工序简介,1、目的：在硅片上下表面形成电极，以利于 收集电荷形成电池。 2、所用设备：印刷一、烘干箱一、印刷二、烘干箱二、印刷三、烧结炉。 3、工艺流程：背电极印刷、烘干、背场印刷、 烘干、正电极印刷、烘干烧结。 4、工具：工作台、载片盒、电子天平、PVC 手套、口罩、网版除塞剂、无尘布、刮刀、浆料搅拌器、托盘、丝网。 5、材料：银铝浆、银浆、背电极丝网A、背电极丝网B、正面丝网C、无水乙醇。 6、工艺原理：印刷一即在硅片背面（非镀膜面）印刷银铝浆，形成背电极，有利于组件的焊接；印刷二即印刷铝浆，形成P层，印刷三即印刷银浆，有利于电荷的收集，形成电极。,7、操作程序： 1）准备好所需材料工具，浆料、无水乙 醇、无尘布、刮刀、丝网等。 2）打开烧结炉冷却水、压缩空气、观察压力是否正常。 3）打开设备电源，开启设备，首先对 烧结炉、烘干炉按指定的工艺方案进行升温。 4）待设备温度稳定后开始加载硅片进行印刷。 5）确认图案没有偏差后，进行正常生产。,8、注意事项: 1）操作人员拿取硅片应佩戴PVC手套，以免玷污电池。 2）机器中设定的工艺参数及其他正常运行参数未经工程师同意不得修改。 3）操作人员应观察机器的正常、异常运行状态，以在出现故障时能尽快查找原因。 4）不能使手、胳膊等进入任何正在工作的设备中。 5）除非有资格的技术人员，否则不要打开电线或机器盖。 6）一定要注意观察、倾听各种非正常现象、声音，及时作出相应措施。,7）印刷工序所用的三种浆料银铝浆、铝浆、正面银浆不可混淆，三道印刷所用的刮刀、搅拌器等物品也不要混淆。 8）不同厂家的浆料或同一厂家的不同型号的浆料也不要相互混用 9）浆料的选用型号不经工艺人员允许不能随意更改。 10）不同厂家、型号浆料的更换或试用，一定要做好记录。,二、理论部分,1、丝网印刷定义 丝网印刷是利用印版非图文部分丝网孔封闭而不能透过油墨、图文部分丝网孔通透能透过油墨的原理进行印刷的。将丝网张紧并牢固地固定在网框上，采用手工或者光化学的方法，在丝网上制作出能透过油墨的图文部分和网孔封闭不能透过油墨的非图文部分。印刷时将油墨放于印版一侧，用刮墨板（刮刀）在丝网印版上的油墨部位施加一定压力，同时向丝网的另一端移动。在此过程，油墨在刮刀的挤压下从图文部分的丝网通孔中漏至承印物上，从而完成一色印刷。,2、丝网印刷的四个要素,丝网、油墨（浆料）、承印物（基板）、刮刀是丝网印刷的四个要素。,3 、丝网由三部分构成：图案、网布、网框。,图案 图案就是涂在丝网的一种特制的胶构成的图形。由底板制作、晒制网版等步骤制作完成。 网框 在厚膜印刷中网框一般用金属或铝合金制作。木头或塑料一般用于精细艺术印刷中，这些物质在厚膜印刷中不能提供足够的稳定性。丝网网框质地要求高强度、低密度、低热变。 网布 有三种材质的网布广泛应用于丝网印刷中，尼龙、聚酯和不锈钢。 尼龙是三种丝网中弹性最好的一种，但因此较易使被印图像拉长变形，对被印图像的尺寸和定位的控制也不如其它两种。由于它的弹性不如聚酯，也不适合与高粘度的浆料配合使用。否则，当刮刀压过后，丝网不能立即从基板上剥离。之后丝网在一种不受控的状态下，突然从基板上分离，从而损伤被印图像的质量。另外尼龙缩水，在潮湿的环境中、温度改变时会变形，因此只能用在一些要求不高和印刷物质表面不平整的环境中。,3.1、图案 根据生产的具体需要，我们可设计最合理的图案，然后由网版制作商根据图案制作印刷丝网。图案就是涂在丝网的一种特制的胶构成的图形。由底板制作、晒制网版等步骤制作完成。 3.2、网框 在厚膜印刷中网框一般用金属或铝合金制作。木头或塑料一般用于精细艺术印刷中，这些物质在厚膜印刷中不能提供足够的稳定性。丝网网框质地要求高强度、低密度、低热变。,3.3、网布,有三种材质的网布广泛应用于丝网印刷中，尼龙、聚酯和不锈钢。 尼龙是三种丝网中弹性最好的一种，但因此较易使被印图像拉长变形，对被印图像的尺寸和定位的控制也不如其它两种。由于它的弹性不如聚酯，也不适合与高粘度的浆料配合使用。否则，当刮刀压过后，丝网不能立即从基板上剥离。之后丝网在一种不受控的状态下，突然从基板上分离，从而损伤被印图像的质量。另外尼龙缩水，在潮湿的环境中、温度改变时会变形，因此只能用在一些要求不高和印刷物质表面不平整的环境中。,聚酯丝网具有较好的柔韧性，可用来在平面度较差的基板上印刷。特被当它与硬度较低的刮刀配合使用，刮刀以60角印刷时，可以获得较好的印刷效果。同时聚酯丝网那个具有较好的弹性，因此当刮刀压过后，丝网能顺利地进行剥离。聚酯的弹性优于尼龙，远远优于不锈钢，柔韧性不如尼龙，但仍由于不锈钢。印刷的面积与丝网的尺寸应相互匹配，必须保证印刷图像的定位及图像的清晰度。丝网间隙不应太大，否则会改变图像的尺寸，使印出图像变形。丝网的规格，乳剂层的厚度以及印刷乳剂应与被印图像相匹配。聚酯丝网具有良好的图像定位性和清晰度可满足大部分厚膜印刷的要求。,此外，虽然聚酯丝网同不锈钢丝网一样，需要小心的进行设置，然而由于聚酯丝网具有较好的柔韧性，能承受一定的基板表面变化，而这种变化在长期印刷中是不可避免的。因此，使用聚酯丝网就不必经常调整印刷机。其次聚酯丝网的这种适应性可以保证较高的生产率，特别是在平面度较差的陶瓷表面印刷时。再次，聚酯丝网的高韧性和弹性可以较好的保证大面积印刷的质量，具有较长的使用寿命，较低的刮刀磨损率，即使长期使用，仍能保持对印刷厚度。,不锈钢材料比尼龙和聚酯材料更结实更加稳定，用它有很强的弹力系数，但是拉伸极限很小。因此很容易受到冲压而损伤。它比尼龙和聚酯有更长的使用寿命，但是容易突然折断损坏。用不锈钢丝网印出的图象具有较好的图像定位性及清晰度，可以较好的实现印刷厚度的控制。不锈钢网丝可以制作的比聚酯网丝和尼龙网丝细，因此当孔目相同时，不锈钢丝网具有较大的丝间间距和较大的印刷厚度。由于网丝是金属的，完全不透光，减小了被印图像的根切现象，而有利于细线的印刷。,4、网布/丝网的目数,用来描述单位面积丝网包含多少网孔的技术术语就是目数。目前，国内丝网产品规格是以单位长度（即单位面积的边长）所具有的孔数或者目数表述的，用目/cm表示，进口丝网一般用目/inch表示。目数表明了丝网的疏密程度，目数越高丝网越密、网孔越小。但同一目数的丝网，由于纤维德线径不同，丝网的其他指标也会不同。,如果排除其他因素的影响，目数低于180的，印出的图案边缘齿牙较明显，高于180的，印刷团边缘较平整。根据经验，印数图像小、文字、小、线条细，最细线条为0.2mm左右时，必须采用高于250目的丝网。如果对印刷品的精度要求较高，误差小于3，其图形又很小（50mm50mm）时，应选择金属丝网。,印刷精细线条时，选用丝网目数的参考公式为,R2SO R丝网印刷能达到的最细线宽 S丝网线径 O丝网孔宽,由于丝网目数越高，丝网通孔率越低，过墨量就越低，印刷厚度则越小，出现针孔的可能性就越大。为了获得最佳印刷效果，一般来说，丝网的网孔面积至少应大于浆料颗粒直径的23倍。 丝网通孔率指丝网全部网孔面积占丝网总面积的百分比，亦称为开孔率、有效筛滤面积等。计算公式为 K（OM）2/L2。 K通孔率 O丝网孔宽 M目数 L目数单位长度（cm或者inch，换算成m）,4、刮刀,刮刀有三个功能： 1）压迫丝网使丝网接触印刷基板。 2）挤压浆料使浆料透过丝网印刷到 基板上。 3）把多余的浆料推到丝网前部,4.1刮刀材料,丝网印刷质量的好坏直接受到刮刀硬度的影响。 一般硬质承印物要使用较软的刮刀，软质承印物反而要使用较硬的刮刀；较平滑的承印物可用较硬的刮刀，较粗糙的承印物要用较软的刮刀。 刮刀的硬度范围很大，但是在实际中一般在肖氏硬度6080之间。太软的刮刀不能提供足够的压力，太硬的则相反。在厚膜印刷中65肖氏硬度的刮刀比较常用。75肖氏硬度的刮刀用在要求压力较大的情况下，也就是需要印刷薄一点的情况下。,刮刀与印版直接接触，每次刮刀均产生摩擦，因此要求刮刀的耐磨性能要好；同时由于摩擦生热，刮刀也要选用不易受热变形的材料。由于刮刀会接触到浆料，浆料中含有多种有机溶剂，如果这些溶剂对刮刀材料有腐蚀性，必然导致印刷质量变差。另外，在印刷时，刮刀受到外力作用会产生完全变形，所以刮刀材料的弹性也要好。,4.2 刮刀的角度,在丝网印刷中，45印刷角是比较常用的，角度太大印出的图案将不完整，角度太小将使印刷不稳定。一般情况下使刮刀与丝网成60时，当印刷时在压力作用下刮刀将与丝网成45角。角度越大，漏墨量越少。,4.3 刮刀的外形,刮刀的刃主要有三种：菱形、刀刃形、直角形。菱形和直角形的比较常用。 刮刀的长度应该比印刷基板两边各长出10mm左右，这是因为丝网的弹力在两边比较大。刮刀长出一些，在印刷过程中可以将浆料中的杂质扫到没有印刷图案的边缘（印刷基板之外），从而可避免杂质对印刷质量的影响。但刮刀增长，就需要增加印刷压力，易造成刮刀弯曲。太宽的刮刀将会缩短丝网的使用寿命，这是因为丝网印刷时未有图案部分将受到很大压力导致拉伸变形。,4.4 刮刀压力,当刮刀压力增大时，丝网更加紧密地压在基板上，因此产生的膜更加薄一点；但压力增大时，刮刀与网版、承印物会成面接触，将导致印刷后的图文变得模糊，即印刷线条变粗。印刷压力通常由一个弹簧或者一个气动压力气缸提供。刮刀的压力通常应该调整到丝网可以接触基板，当刮刀过去以后丝网上没有残余浆料。典型的设置大约在每厘米0.2kg。为了获得更好的均匀一致的印刷效果可以增加到0.3或0.4kg。,4.5 刮刀速度,如果刮刀移动速度低，可以使刮刀更好的接触丝网，压迫丝网接触印刷基板，这样可以得到较薄的膜厚；如果刮刀移动速度很快，刮刀将倾向于悬浮在丝网表面，这样会增加印刷膜厚。 刮刀移动速度主要取决于浆料类型，然而大多数情况下50250mm/秒的速度是可以满足要求的。一个通用的规则就是浆料越粘稠刮刀移动速度应该越慢。,5、丝网间隙,5.1 丝网间隙设置规则 当丝网与基片的间隙增大时需要更大的压力使丝网与基片相接触，因此对于印刷厚度来说增大丝网间隙与减小压力有同样的效果。,5.2 丝网间隙设置原则 一般来看丝网间隙应该设置的足够大以使刮刀移动过后丝网可以马上的与基板分离。如果丝网间隙太小，丝网和基片将会粘在一起，随着丝网间隙逐渐增加，丝网与基片将在刮刀移动过后一段距离后分开，然而这样会导致当印刷最后刮刀抬起时丝网与基片将在相反的方向分离。这样将导致浆料溅起影响印刷质量。正确的丝网间隙应该是当刮刀抬起时，丝网应该立刻与基片分离。丝网间隙应该比理想的要大一些，但是不要太大，太大图像将会扭曲而且丝网和刮刀的寿命将会大大降低。,5.3 丝网间隙设置公式,对于不锈钢丝网一般来说应该是丝网宽度乘以0.004，聚酯丝网应该是宽度乘以0.006。这样对于标准300mm宽的丝网来说，不锈钢应该是1.2mm，聚酯丝网是1.8mm。尼龙丝网系数是0.001，间隙应该是3mm。,6 控制被印图像的方法原则,为了进行细线印刷或提高印刷清晰度，可以增加孔目。为了进行细线印刷，可将孔目提高到280或更高；为了提高印刷清晰度，可以减小乳剂厚度。 为了增加印刷厚度，可以使用小直径的丝网，以增加间隙面积的百分比；减少孔目；增加乳剂厚度。然而增加乳剂厚度，降低孔目会降低印刷清晰度。为了保证印刷清晰度，网丝直径不应大于被印的最细直线宽度的1/3。,在普通印刷条件下，所能印刷的最细线直径为100微米。如果选用黏度较小的浆料或较小的印刷厚度，可印刷更细的直线,6、丝网的选择,为了进行厚膜印刷，所有的丝网材料必须具备以下的特性： 1）能作为基准对浆料进行精确的控制。丝网的编织必须精确而均匀，保证丝间距离的均匀性，以确保印刷的均匀。由于丝网要与乳剂层契合，因此厚度必须均匀，这是影响印刷厚度的重要因素之一。印刷厚度对电阻的性能有重要的影响。 2）有足够的柔韧性，被刮刀压下时能与基板有效的接触。,3）具有充分的弹性，可以恢复到原先的位置。具有足够的张力，在刮刀压过后，能有效的进行丝网的剥离，从而保证浆料能有效的透过模版，形成正确的印刷。 4）丝网的表面必须光滑，使浆料较易渗透在孔目中，当刮刀压过丝网，丝网从基板表面剥离时浆料从丝网渗透出来，形成印刷图像。丝网具有平滑的表面也可减少刮刀刃的磨损，从而保证刮刀的正常刮削功能。 5）具有较长的使用寿命。,6）具有较小的吸水性，对印刷时使用的碳基溶液有较强的抗蚀性。 7）为感光乳剂提供一个牢靠的机械及化学基础。 上述各项要求，有的相互矛盾，因此没有任何一种丝网能同时满足上述所有要求。选择时要根据三种主要丝网的性质择优挑选。,三、烧结理论,烧结是太阳电池生产上一个很重要的环节。在印刷之后，电池的剖面如下图所示。,1、烧结要达到以下效果：,1）Ag穿过SiNH扩散进硅但不可到达p-n； 2）Ag/Al、Al扩散进硅。,这样，Ag、Ag/Al、Al将与硅形成合金，建立了良好的电极欧姆接触，起到良好的收集电子的效果。,2、烧结的规则,烧结是一个是扩散、流动和物理化学反应综合作用的过程。在印刷状况稳定的前提下，温区温度、气体流量、带速是烧结的