[工程科技]丝网工艺培训教材.ppt

丝网工艺培训教材 宋锋兵 1 太阳能电池工艺基本流程 前清洗（制绒） 扩散 PECVD SiNx 后清洗（刻边/去PSG） 丝网印刷/烧结/测试 2 3 丝网机台(Baccini) 4 丝网印刷概念 l把带有图案的模版附着于丝网上进行印刷 l通常丝网由尼龙、聚酯、丝绸或金属网制 作而成 l承印物直接放在带有模版的丝网下面，浆 料在刮刀的挤压下穿过丝网间的网孔 l只有图像部分能穿过，印刷到承印物上 l 加入浆料 l 刮刀施加压力朝丝网另一端 移动 l 丝网与承印物之间保持一定 的间隙 l 浆料从网孔中挤压到基片上 l 丝网张力而产生反作用力-回 弹力 l 丝网与基片只呈移动式线接 触 l 刮板抬起，丝网脱离基片 l 工作台返回到上料位置，完 成一个印刷行程 丝网印刷行程 5 6 丝网印刷/烧结/测试流程 WB传送 1#丝网机 银/铝浆背电极印刷 （如Ferro 3398 ） WB传送 1#烘箱 WB传送 2#丝网机 铝浆背电场印刷（如Ferro FX53-038） WB传送 2#烘箱 WB传送 3#丝网机 银浆栅极印刷（如Ferro CN33-462） WB传送 电极烧结 (烘干 + 烧结) WB传送 测试 分选 7 注意的问题： 此处最多出现的问题为吸双片和造成较多碎片 解决方法： 调节上图中的真空吸力（a处），并适当调节（b处）的吹风 力度。 b a 8 丝网印刷台面 通过括刀一次移动 通过括刀来回移动印刷二次。 先括刀往前移动，印刷一次。 电池到网板的距离(1800左右)印刷完成后电池到网板的距离 印刷位置向上移动至停止位置的速度 印刷时括刀的位置 印刷和回墨完成后，印刷头的停止位置 印刷时括刀下降的压力（100左右） 括刀夹持器的水平移动 能修正网板的位置 印刷完成后程序延迟抬高网板和括刀的时间 印刷速度（200左右） 刮浆料速度 其中三个参数为工艺常调节： 1.sanp-off-主要控制网板台面的高度-控制栅线的高度-我们电 池到网板的距离(1800-3300左右) 2.pressure-刮刀压在网板上的压力-控制栅线的连续，防止虚印 ，以及粘板等-我们控制在75-100N 3.printing speed-刮刀在网板上移动的速度-太小影响效率，太 大出现虚印-我们控制在200以内 10 9&10号相机的位置 11 9&10号相机的作用是为准确印刷 电极的位置，确保丝网在电池片 上的正确位置，防止出现偏印。 1. 校正点位置重新调整步骤: (以Alignment Error Camera 9 报警为例,假设图像显示校正点位置偏 低.) 先按F5键将印刷头升高. Baccini主菜单中Vision 51Cameras Pieces Alignment Image Live cam 9点 Move Camera 9 Axis Screen position Y camera 9 move Step offset (100) B(- ) Confirm Pos. Exit Save 注:A. 为便于观察和调整,最好将Image 界面移到屏幕左边,将 Move 界面移到右边. B. Step offset 值和调整方向(F-/B+)根据校正点在图像中的位置 确定,最终将校正点调整到图像框的中心. C.每次调整后需将数据确认(Confirm)和保存(Save data)后,所做调整 才有效. 只要校正点清晰完整，位置调整好后网版一般能通过自动识别，不需要 以下操作，就可以进行生产了。 12 13 此处经常放吸尘纸-便于发现漏浆； 由于此处有真空吸力-会出现碎片； 如不经常更换会出现较多Rs失效-建议关于多久更换可以有一个规程 此处已成为失效排查首要地方！ 14 X、Y、Theta piece offsets（印刷图形位置）：印刷图形相对于硅片 的位置。调整相应得X轴、Y轴，以及转角的角度以适应硅片的印刷 ，使印刷图形符合我们印刷要求。-否则会出现印刷偏移！ 在下图界面可以看到印刷的数值 15 刮刀的实际位置 调节刮刀限位旋钮使得刮 刀可以继续向下运动，或 阻止它向下运动一段距 离。 调节刮刀限位旋钮可以间接调节刮刀的印刷位置，因为在压力模式下 工作。如果此旋钮接触到下面则压力会增大很多，压力感应器就会自 动调节刮刀的位置。此位置不能调节太大，否则会造成 报警。 烘干装置 16 此处为较多的污染处 烘干装置常存在的问题和解决方案 1.由于机械手的夹片运动，会出现较多碎片-可以在挂钩处加上泡 沫或胶带，已增加其缓冲力度； 2.花篮处的清洁很重要-因为电池片正面在花篮上，又因为烘干有 较多有机物常常凝结在花篮处-造成Rs失效-按期清洁花篮； 17 丝网印刷各阶段硅片图形 18 印刷背电极后的硅片 印刷背电场后的硅片 印刷正电极后的硅片 背电极印刷和相关参数 19 丝网材质 不锈钢 目数 280目 丝直径 46-53m 丝网厚度 82-90m 膜厚 15m 静态张力 25N 印刷速度 250 mm/s 反料速度 400 mm/s 丝丝网间间距 -1300m 刮板压压力 65-85 N 脱离速度 35 mm/s 刮板高度 -1200m 烘箱温区1234全程时间时间 温度 100 120 150 170 8 s l 银铝浆是由银粉,铝粉,无机添加物和有机载体组成 l使用前搅拌约45分钟,搅拌均匀后使用 l有良好的欧姆接触特性和焊接性能,附着性好 l在印刷图形完好时,印刷头压力在范围内尽可能的小 背电场印刷和相关参数 20 丝网材质 不锈钢 目数 320目 丝直径 23-28m 丝网厚度 46m 膜厚 15m 膜网总厚 60-63m 印刷速度 250 mm/s 反料速度 400 mm/s 丝丝网间间距 -1300m 刮板压压力 80-85 N 脱离速度 35 mm/s 刮板高度 -1200m 烘箱温区1234全程时间时间 温度 100 120 140 160 8 s l铝浆由铝粉,无机添加物和有机载体组成 l使用前先搅拌约15分钟,均匀后使用 l上述参数会根据浆料的粘稠度、网版性能、背面场印刷量做出适当调整 l影响所印铝浆的厚度因素有：丝网目数、网线直径、开孔率、乳胶层厚 度、印刷头压力、印刷头硬度、印刷速度及浆料粘度 正面栅极印刷和相关参数 21 丝网材质 不锈钢 目数 280目 丝直径 30m 丝网厚度 50m 膜厚 15m 静态张力 26N 印刷速度 180 mm/s 反料速度 400 mm/s 丝丝网间间距 -1400m 刮板压压力 80-85 N 脱离速度 10 mm/s 刮板高度 -1300m l正面栅极银浆是由银粉,无机添加物和有机载体组成的 l使用前先用搅拌机搅拌约45分钟 l浆料搅拌均匀后方可使用,参数的调整以图形完整、线条饱满、 印刷浆料重量适当为基准 丝网网版调整参考 22 Snap-off (网版间距) Park (网版正常停止位置) （-3000）m Speed upward (网版向上运动速度) （35）mm/s l在保证印刷质量的前提下,网版间距越小越好 l一般为（-900 -1300）m l太小易粘版或模糊不清,过大易印刷不良和损坏网版 l 印第二道时可适当加大间距 丝网刮条调整参考 23 Down-stop (刮条深度) Park (刮条正常停止位置) （5000）m Pressure (印刷压力) （5070）N l在保证印刷质量的前提下,刮条下降深度和压力越小越好 l刮条深度一般为 (-900 -1300)m l刮条下降过深或压力过大,易碎片和损坏网版 l刮条下降深度不够或压力太小易印刷不良或粘版 3#丝网故障处理参考 24 故障现现象造成原因解决方法备备注 粘板 丝丝网间间距太小加大丝丝网间间距调调大snap-off绝对值绝对值 印刷刮条不平检查检查 刮条的平整度 可放在玻璃门门上检查检查 平整度 硅片有厚薄不均检查检查 来料 网板张张力太小更换换网板 更换换网板前后测测量网 板张张力 丝丝网刮不干净净 增大刮条下降深度（调调大Down- stop绝对值绝对值 ）和印刷压压力 （ Pressure ） 不建议议增大印刷压压力 硅片吸附不住 印刷衬纸衬纸 太脏脏更换换干净净的衬纸衬纸 单单一台面出现现粘板时时 该该可能性较较大 台面太脏脏用干净净的酒精无尘尘布擦拭台面 真空吸力太小调调大真空吸力 浆浆料粘稠度太大 搅搅拌时间时间 太长长减少搅搅拌时间时间 网板内浆浆料不要加的 太多，及时时擦干净净刮 浆浆板 浆浆料在网板内停留时间过时间过 长长 经经常用刮浆浆板刮浆浆料 加完浆浆料未及时时盖上盖子 ，导导致有机溶剂挥发剂挥发 加完浆浆料后及时时盖上盖子 漏浆浆 轻轻微漏浆浆用干净净的无尘尘布擦拭网板 网板破更换换网板 25 故障现现象造成原因解决方法备备注 印刷 偏移 衬纸脏导衬纸脏导 致相机自动识别动识别 系统识别错误统识别错误更换衬纸换衬纸 设备设备 故障电电机复位 更换换新的网板后没有校准相机重新校准相机 X/Y/Z轴轴或角度发发生偏移调调整X/Y/Z轴轴使得网板印刷图图形与硅片四边边完全对对称 漏浆浆 网板微破且不影响图图形用薄胶带带粘住漏浆浆部位 印刷偏移见见上面（印刷偏移解决方法） Working Beam 上定位卡口处处有浆浆料用干净净的酒精布擦拭干净净 网板破坏严严重无法用胶带带粘住更换换网板 3#丝网故障处理参考 26 3#丝网故障处理参考 故障现现象造成原因解决方法备备注 隐隐裂 台面上有碎屑清理碎屑或重新更换衬纸换衬纸 换纸换纸 后有不平重新更换衬纸换衬纸 网板上沾有碎屑用干净净的无尘尘布擦拭网板 压压力偏大降低压压力 实际压实际压 力比设设定压压力大出很多刮刀高度上升 虚印 印刷参数不适宜抬高丝丝网间间距，适当加大压压力 观观察刮条刮拭的网板是 否干净净，加浆浆料时时采取 少加多次的方式进进行加 浆浆料刮条不平更换换刮条 网板使用时间时间 太长长更换换网板 印刷 不良 网板及刮条高度太高降低网板及刮条高度或降低电电机高度 刮条不平更换换刮条 27 3#丝网故障处理参考 故障现现象造成原因解决方法备备注 Ag浆浆偏重 减小snap-off；减小down-stop；增大pressure； 减小speed 改变变snap-off的效果最明显显， 但需注意snap-off值值改变过变过 大 会出现现印刷不良 Ag浆浆偏轻轻 增大snap-off；增大down-stop；减小pressure； 增大speed 栅线变细栅线变细 网板高度太高降低snap-off，适当减小压压力 栅线变栅线变 粗 网板过过度使用更换换新的网板用干净净的酒精布擦拭后再用 网板高度太低升高snap-off，适当增加压压力 断栅栅 网孔堵塞用干净净的无尘尘布将网板擦拭干净净 工作台内温度低关闭闭窗或通知外围对围对 室内温度进进行调调整 新网板网孔没张张开用酒精布擦拭 印刷表面的检测 28 l生产过程中要不定时检查是否 有隐裂 l各个机台要保证印刷图形的完 整：不偏移，印刷平滑，无不良 状况、无印刷缺失 l三号机还易出现粘板、断栅、 虚印、栅线加粗等问题 烧结的原理 印刷成型完的电极经过烘干流程后,在接近熔点的高温作用下,通过坯 体间颗粒相互粘结和物质传递,气孔排除,体积收缩,强度提高,逐渐变成 具有一定的几何形状和坚固整体的过程 烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是推动烧结进行的基 本动力 表面张力能使凹/凸表面处的蒸气压P分别低于和高于平面表面处的蒸 气压P0，并可以用开尔文本公式表达(球形表面)： 29 固体颗粒,其凸处呈正压,凹处呈负压,故存在着使物质自凸处向凹处迁移 表面烧结可以通过流动,扩散和液相或气相传递等方式推动物质的迁移 温度对烧结体性质影响举例 30 烧结温度对烧结体(铜粉)性质的影响 l一比电导 2一拉力 3一密度 比电导(-1cm- 3) 温度(C) 拉力(kg/cm3) 密度(g/cm2) 烧结过程示意图 31 粉状成型体的烧结过程示意图 烧结的SEM照片参考 32 a)烧结前 b)烧结后 烧结的SEM照片 烧结温度的设定 33 温区Dry1Dry2Dry3Dry4FRN1FRN2FRN3FRN4FRN5FRN6带速 温度200250270300400445570675837872230 mm/min l温度可根据实际情况作出10的调整，一般很少做大幅度的变动 l当工艺初始化、更换浆料型号、特殊规格的硅材料，可考虑采用差 异较大的烧结温度进行烧结 烧结步骤描述 34 区域功能组成加热元件温度范围 烘干区 对3#丝网印刷 后硅片表面浆 料进行烘干 Dry1 Dry2 Dry3 Dry4 加热元件为电热丝 各温区单独可调 通常温度不超过300 烧结区 去除浆料中的 有质粘结剂 铝背场及珊线 烧结 预烧结区 FRN1 FRN2 FRN3 FRN4 主烧结区 FRN5 FRN6 加热元件为近红外线加热管 14区加热管功率为1600W 56区加热管功率为2700W ， 各温区温度单独可调 14温区可设置到700 56温区可设置到1050 冷却区硅片冷却冷却区水冷 给水温度在2025 l各区域间各有一个隔离炉膛(风帘隔离) l隔离炉膛防止相邻区域中的过程气体相互混合 烧结对电池片的影响 l 银浆的烧结很重要，对电池片电性能影响主要表现在串联电阻和FF的影响 l 铝浆烧结可形成良好的欧姆接触 l 背面场经烧结后形成铝硅合金，杂质在铝硅合金中的溶解度要远大于在硅中 的溶解度，通过吸杂作用可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(提高内量子效应) 烧结后的氮化硅表面颜色应该均匀，无明显的色差 电极无断线 背场无铝珠 电池最大弯曲度不超过1mm 35 测试主要数据 36 lT 测试温度 l E 测试光强 l Pmpp 最大输出功率 l Umpp 最大输出电压 l Impp 最大输出电流 lUoc 开路电压 lIsc 短路电流 lFF 填充因子 lRs 串联电阻 lRsh 漏电电阻 lEff 电池效率 l Irev 暗电流 测试温度在2327之间 测试光强在950W/m21050 W/m2 之间 使用前需用标片对测试机进行校准 测试数据参考 37 晶体LineEff. (%) Yield (%) Uoc (mV) Isc (A)FF (%) Rs (mOhm) Rsh (Ohm) Eff Fail Rsh Fail Irev1 fail TRASH Rsh=6 156多晶 1316.26% 98.71% 617.61 8.13 78.80 2.74 114.45 0.20%0.95%0.15%0.00% 98.71% 1415.98% 99.13% 618.48 8.08 77.78 3.65 118.95 0.22%0.56%0.09%0.00% 99.00% 线别失效总数RshEffTrashIrevl 132623201 141612301 Rs影响因素 38 lRS为串联电阻：包括电池的体电阻、表面电阻、电极电阻、电极与硅表接触电阻等 l串联电阻对填充因子（FF）影响很大，串联电阻Rs越高，填充下降越多 l当Rs偏高时（4.5毫欧），由丝网印刷工序影响导致的概率较大(50%左右） l对丝网印刷的控制简便易行 主要可以查以下几个方面 1号机台面衬纸的污染：及时观察台面有无污染，并及时将台面擦拭干净，出现漏浆 情况时及时更换衬纸并更换网板 2号机台面衬纸的污染 3号机网板内浆料太少，银浆重量不足：刮刀前进时推进的浆料要在一指粗左右，否 则要及时将刮刀范围外的浆料刮到刮刀上或重新往网板内添加浆料 银浆污染：刮浆板刮完浆料后未及时擦干净，导致有干浆料掺到网板中；可能有铝 粉或灰尘等其他杂物混入网板中导致银浆污染 分 选 分选据测试结果由设定程序自动完成，根据电流，电压，电池效率等 因素被细分为各档 操作员工根据机器分档结果，再对硅片表面颜色分选后，各档每72片 进行包装 电池车间的品质主要分为4个等级： Q1:硅片不存在任何瑕疵的产品 Q2:整个硅片片面完整,但表面存在些许缺陷,但不影响功能的产品 Q3:指硅片边缘存在缺边的状况,但所缺部分须在规定的范围内 Q4:破损后,可用胶带粘贴,拼凑出比较完成的硅片. 39 测试机相关内容 1.光强的调节 A调节光强的方法一 设备开启后，通过调节脉冲发生器上面的旋钮来调节光强的百分比； 注意：此方法只是在没有进行电脑软件调节才有效。 B调节光强的方法二 可以在BERGER电脑的SCLOAD界面里通过软件调节。 打开SCLOAD界面中的Setting 选Flasher选项 40 在此处调节光强的百分比，在40%100%之间，通常在82%左右。 2.温度补偿 打开SCLOAD界面中的Setting 选IR Temperature Calibration选 项 41 在此处调节光强的百 分比，点击上下箭头 ，以0.5为单位（对应 光强变化1%） 调节好后按 “Trigger flash”按钮。 温度补偿定量为50,温度相差1度 温度补偿定量为50,温度相差1度 42 温度补偿设定，设定好后点右面的 set即可，设定后要求下面三个探测到 的温度尽可能相同，即探测温度与 环境温度一致 温度散射设定，它表明材料吸收和散射红外 光的能力，对于硅材料，通常设定为0.95 43 注意: 1、电池片面积 多晶156电池片面积:243.36cm2 单晶156电池片面积:236.48cm2 单晶125电池片面积:148.6cm2 2、给定光强时的电压 3、反向测试电压:-6V-12V 1 2 3 给定光强时的电压 操作者名字 流程单号 测试备注 电池类型名字 标准片名字 光电池的电流电压特性 44 l根据p-n结整流方程，在正向 偏压下，通过结的正向电流为 ： IF=Isexp(qV/kT)-1 V是光生电压 Is是反向饱和电流 l光电池工作时共有三股电流 光生电流IL 在光生电压V作用下的pn结正向电流IF 流经外电路的电流I IL和IF都流经pn结内部，但方向相反。 光电池的伏安特性 45 l如光电池与负载电阻接成通路 ，通过负载的电流应该是 I = IF-IL = Isexp(qV/kT)-1-IL 负载电阻上电流与电压的关系 光电池的伏安特性方程 描述太阳能电池的四个输出参数 46 l输出特性电流电压曲线来表示 l四个输出参数 开路电压Voc 短路电流Isc 填充因子FF 能量转化效率 开路电压Vo c和短路电流Isc 47 l在p-n结开路情况下（R=），此时pn结两端的电 压即为开路电压Voc I=0，即：IL=IF 将I=0代入光电池的电流电压方程，得开路电压为 ： Voc kT/q ln(IL/Is+1) l如将pn结短路（V=0），因而IF=0，这时所得的 电流为短路电流Isc 显然，短路电流等于光生电流 Isc = IL 填充因子FF 48 l输出功率等于该点所对应的矩形面积 l其中只有一点是输出最大功率，称为 最佳工作点 l该点的电压和电流分别称为最佳工作 电压Vop和最佳工作电流Iop l填充因子定义为： FF =Vop Iop/Voc Isc= Pmax/Voc Isc 它表示了最大输出功率点所对应的矩 形面积在Voc和Isc所组成的矩形面积中 所占的百分比 特性好的太阳能电池就是能获得较大 功率输出的太阳能电池，也就是Voc， Isc和FF乘积较大的电池 该值应在0.70-0.85范围之内 能量转化效率 49 l表示入射的太阳光能量有多少能转换为有效的电能 =（太阳能电池的输出功率/入射的太阳光功率）x100% = （Vop Iop/Pin S） 100% = VocIscFF/Pin S 其中Pin是入射光的能量密度，S为太阳能电池的面积 当S是整个太阳能电池面积时，称为实际转换效率 当S是指电池中的有效发电面积时，叫本征转换效率 理想pn结太阳能电池的等效电路 50 pn结太阳能电池的实际等效电路 51 超越方程式 52 l根据前面所示的等效电路，考虑到串联电阻Rs和旁路电阻 Rsh的影响。可以得到通过负载的电流电压关系为： I = IL-Isexpq(V+IRs)/kT-1-(V+IRs)/Rsh 上式是表示太阳能电池特性的一般公式，叫做超越方程式 Rs值变大会影响电池伏安特性曲线偏离理想曲线，使FF变 小，Isc下降，因而效率也下降 而旁路电阻Rsh变小，说明无光照时pn结反向漏电流变大 ，造成Voc下降，FF变小，因而效率下降 Rsh的影响 53 l对同一个太阳能电池，当入射光 强度较弱时， IL 较小，二极管电 流和漏电流大小相差不多，此时 ，Rsh的影响较大 I = IL-Isexp(qV/kT)-1-V/Rsh l漏电电阻Rsh对光电流的影响较 小， 而对开路电压的影响较大 Rs的影响 54 l当光照较强时，二极管电流远大于漏 电电流，此时，Rsh对光电池的影响较 小，而相反的，Rs的影响就变大起来 I = IL-Isexpq(V+RsI)/kT-1 右图可看出光电池的输出特性随着Rs 有着较大的变化 Rs对开路电压的影响几乎没有，但对 短路电流却有很大的影响 短路电流Isc的考虑 55 太阳能电池的理论效率 = VocIscFF/Pin S l短路电流Isc的考虑： 长波限满足：max = 1.24(m)/Eg(eV) 能量h大于材料的禁带宽度Eg，被 材料吸收而激发电子-空穴对 假设其量子产额为1，而且被百分之 百地被收集起来 最大短路电流值显然仅与材料带隙 Eg有关 开路电压Voc的考虑 56 l开路电压Voc的最大值，在理想情况下有下式决定： Voc = kTq ln(IL/Is+1) 式中IL是光生电流，在理想情况即为上图所对应的最大短路电流。 Is是二极管反向饱和电流 Is = Aq(Dn/LnNA+Dp/LpND)ni2 ni2= NcNvexp(-Eg/kT) 显然， Is取决于Eg、Ln、Lp、NA、ND和绝对温度T的大小，同