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丝网印刷工艺培训 工艺技术部 1 印刷作用2 印刷原理3 电池印刷设备介绍4 印刷操作规范5 电池电极与电池栅线设计6 烧结作用及测试分档介绍7 日常生产异常处理8 太阳能电池电性能参数介绍9 印刷烧结工段工艺人员的工作职责 主要内容 印刷的作用 印刷的作用 在制好的PN结的硅片上 下表面印刷相应的金属电极 经过烧结后使由于光照产生的载流子被顺利导出 实现太阳电池的光电转化 丝印在电池片生产过程中的位置 硅片来料检验 制绒 磷扩散 刻蚀 PECVD 丝网印刷 烧结 检测分选 包装出货 丝网印刷基本原理是 利用丝网图形部分网孔透浆料 非图文部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷 丝网印刷五要素 工作台 基片 丝网 刮刀与浆料 丝网印刷几个名词 1 丝网 丝网是用作丝网印版支持体的编织物 常用丝网有蚕丝丝网 锦纶 尼龙 丝网 涤沦 聚酯 丝网 不锈钢丝网等 2 丝网目数 丝网目数指的是每平方厘米 cm2 丝网所具有的网孔数目 目数表示丝网的丝与丝之间的密疏程度 目数越高丝网越密 网孔越小 反之 目数越低丝网越稀疏 网孔越大 网孔越小 油墨通过性越差 网孔越大 油墨通过性就越好 3 开口率 网孔空间面积与全体面积的比率 开口率 开口 开口 线径 2 100 4 吐出量 透墨量 丝网单位面积内油墨透过网孔的总量 吐出量 m 开口率 丝网厚度 印刷示意图 印刷起始时 印刷进行中 Snap off 台面 刮刀 刮刀控制 1 Z向电机控制刮刀上下动作 2 直线电机控制刮刀前进和后退 3 压力模式下 Down stop和设定值不一定相等 丝网印刷的几个重要参数 印刷模式 印刷的几个重要参数 Snap off 丝网间距 即网版与台面上硅片之间的距离 Down stop 刮刀高度 即印刷时 刮刀下压的距离 Pressure 印刷压力PressureMode 压力模式 一般推荐使用压力模式 丝网印刷几个名词 1 丝网 丝网是用作丝网印版支持体的编织物 常用丝网有蚕丝丝网 锦纶 尼龙 丝网 涤沦 聚酯 丝网 不锈钢丝网等 2 丝网目数 丝网目数指的是每平方厘米 cm2 丝网所具有的网孔数目 目数表示丝网的丝与丝之间的密疏程度 目数越高丝网越密 网孔越小 反之 目数越低丝网越稀疏 网孔越大 网孔越小 油墨通过性越差 网孔越大 油墨通过性就越好 完成丝网印刷这一工艺过程所用的设备就是丝网印刷机 目前市面上用的最多的是自动印刷机 公司用的印刷机为Baccini 产地意大利 丝网印刷机由印刷台 基片夹持机构 机架 网版和印刷头组件等组成 自动丝网印刷机的印刷台带有自动装 卸片 自动校准定位装置和真空吸盘 印刷时可以将基片固定在确定的位置 印刷机定位技术 定位技术 机械定位 图像成形定位等 Baccini用的是图像成形定位技术 优点是精度高 工艺连续性好 具体知识可以看看图像成形方面的资料 Baccini产地 意大利 印刷机整体图 印刷台 控制网版Y方向磁栅 控制网版X方向的磁栅 控制网版T角磁栅 网版校准的9 10摄像头 网版定位传感器 刮刀机械限位器 回料板机械限位器 太阳能电池栅线设计 背电极 铝背场 正面印刷 正面电极 栅线 烧结 烧结的目的 干燥硅片上的浆料 燃尽浆料的有机组分 使浆料和硅片形成良好的欧姆接触 异常情况处理 理想的栅线印刷图形如左图 1 栅线圆润饱满 2 合适的高宽比 理想的背场印刷图形如左图 1 圆润饱满 无缺损 2 无偏移 3 均匀性好 栅线发虚 处理方法将网版压低 下压刮刀 增大压力等 断线 清理网版等 类锯齿 抬高网版 减小压力 提高刮刀等 变形 更换网版 结点 清理网版等 漏浆 更换网版 栅线印刷常见异常及处理措施 背场常见异常及处理措施 偏移 调整网版X Y T参数 印不全等 下压网版 增大压力 下压刮刀等 漏浆 漏印 清理网版 更换网版等 添加浆料标准 一 三道 首次添加100g左右 之后每次添加的量在30g左右 二道 首次添加200g左右 之后每次控制在100g以内 提升浆料利用率 一桶浆料用完时 必须将浆料桶内的浆料用刮条全部刮干净利用 工艺卫生要求 32 上料检查 包装入库 贴标识 分类 分档 测试台 检测数据 打印标签 QC检验 包装检查 分类检测流程 电性能测试 光强 1000W m2光谱分布 AM1 5电池温度 25 分类检测 1 测试系统构成本系统由闪光灯 太阳能脉冲仿真器 可编程负载模拟装置 温度检测装置 光强测量电池 测试架和分检系统 示意图如下 不包括分检系统 分档 测试台面 工作原理 本系统通过模拟AM AirMass 1 51000W m2太阳光脉冲照射PV电池表面产生光电流 光电流流过可编程模拟负载 在负载两端产生电压 负载装置将采样到的电流 电压传送给SCLoad计算 得到IV曲线及其它指标 并根据实际光强和温度对它们进行修正 SCLoad根据测试结果 按照给定的分类规则分类 将分类结果传送给分检系统 分检系统将已分类的电池放到相应的电池盒里 3 太阳电池的电性能参数 Isc 短路电流 Uoc 开路电压 Impp 最大电流 Umpp 最大电压 Pmpp 最大功率 Rs 串联电阻 Rsh 并联电阻 FF 填充因子 EFF 转换效率 太阳电池等效电路 太阳电池电性能参数 1 开路电压Voc2 短路电流Isc3 串联电阻Rs4 并联电阻Rsh5 填充因子FF6 反向电流Irev2 Voc Voc 在一定的温度和辐照度条件下 光伏发电器在空载 开路 情况下的端电压对于硅 禁带宽度约为1 1ev 所得到最大Voc约为700mV 相应的最高FF为0 84 禁带宽度约为1 4 1 6ev 转化率会出现个峰值 砷化镓具有接近最佳值的禁带宽度 Voc的损失主要在于体内复合 Isc Isc 在一定的温度和辐照条件下 光伏发电器在端电压为零时的输出电流表面的减反射程度 通过制绒和镀减反射膜使反射率在10 以下 正面电极的印刷遮掉10 左右的入射光 电池片比较薄 部分光线会直接穿透电池片 不过现采用全背面印刷铝浆对这损失有很大削弱 半导体体内和表面的复合 Rs 硅材料体电阻 金属电极电阻 金属与硅的接触电阻 串联电阻表达式 rmf是正面电极金属栅线电阻 rc1 rc2分别是正面 背面金属半导体接触电阻 rt是正面扩散层的电阻 rb是基区体电阻 rmb是背面电极金属层的电阻 Rsh Rsh主要反映的P N结旁路漏电的情况 边缘漏电 刻蚀未完全 印刷漏浆 体内杂质和微观缺陷PN结局部短路 扩散结过浅 制绒角锥体颗粒过大 FF 填充因子还可定义为 反映欧姆接触的情况 与串联电阻相对应 填充因子FF还与入射光谱光强 短路电流 开路电压及并联电阻密切相关 Irev2 Irev2 反向饱和电流2与Rsh相对应 反映了电池的旁路漏电的情况 工艺人员的工作职责 关于网版1 接班后要关注各道网版的更换时间 使用情况 特别是三道的网版 关注其使用寿命 10000片 寿命快到的时候关注电性能的变化情况 特别是电流 若发现电流引起效率的下滑要直接更换网版 2 对于各道 要求员工及时装好备用的网版以及刮刀 并做出相应的检查 发现未按照要求执行的 应当场指出 让其更改 对更换好的刮刀也要进行检查是否装好 3 随时关注现场的印刷质量 保证各道的湿重以及三道的线宽在工艺规格线之内 超出范围立刻进行调整 关于浆料1 巡视各道浆料的添加量 若发现未按SOP标准执行 应立刻指出 并通知其组长 让其更改 并随时检查 2 检查线上使用浆料的搅拌时间 坚决杜绝搅拌时间不足的浆料在线上进行使用 线上不用的浆料 实验时更换的浆料 要及时返回搅拌区重新搅拌 关于现场的操作规范1 印刷线第一 二 三道分别对应的刮刀 回料板和其它接触浆料的部件严禁彼此混用 禁止任何会使铝浆和银铝浆进入银浆印刷区域的操作 2 任何操作人员都要根据净化间着装规定穿戴净化服 接触浆料或硅片时 必须要戴PVC手套 3 印刷线各道的台面纸都要严格保持平整和清洁 台面纸有任何污染都要及时更换 4 工艺员对印刷线各个岗位进行监督 未按照SOP执行的人员 工艺员有权当场指出 并通知班组长让其整改 5 随时关注电池片测试的数据 发现出现异常时及时查找原因并做出改正 如果不能解决问题及时通知助理工程师 6 及时查看并按时填写每日工艺文件 对于当班次工艺进行总结和汇报 4 其他应急处理方案1 产品相关 技术员每小时都应对电性能进行点点检 质量和生产流程失控时 由生产操作岗位责任人第一时间通知当班工艺人员及当班工段长 由当班工艺人员根据现场情况 给出果断相应的预防解决措施 依据提供的排查流程给出相关的报告 必须要有足够的数据图表进行说明 2 设备相关 生产人员及工艺人员在生产过程中发现设备出现异常应立即通知设备维修 并对受影响的产品做好后续处理 若出现的问题可能会影响人员安全 在场人员应立即做好防护工作或撤离现场 一道用适量的无水乙醇将浆料擦去 需要注意的是不能把浆料沾到电池片的边缘或正面 一般发生在更换新网版之后 为避免此情况需先用纸或假片进行试印 调整完毕后再生产 二道出现偏移则不建议返工直接往下流即可 根据偏移图形调节X Y T参数 直至对称 三道偏移后的硅片继续进行下道工序 同二道 三道也不建议做任何的擦拭返工 根据偏移图形调节X Y T参数 直至对称 偏移 异常片的处理 粘片 发生粘片时需及时停下机器 在台面上垫一张无尘纸 然后一手使用备用的刮刀沿回料方向从网版上刮过去 另一手在网版下面接住片子 一道的粘片可以考虑用无水乙醇将浆料擦去 需要注意的是不能把浆料沾到电池片的边缘或正面 然后重新印刷 二道的粘片首先要使用假片 或碎片 刮去一部分铝浆 然后再重新印刷 第二道由于印刷的浆料较多 如果擦拭则不能保证铝浆不会沾到硅片的边缘和表面 所以二道不能采取擦掉浆料返工的做法 三道很少出现粘片 三道出现的粘片则不需要返工直接流至烧结 发生频繁的粘片时 检查浆料是否过稠和浆料搅拌时间是否足够 正常则需要检查台面的真空是否不足 或更改工艺参数 请相关工艺和设备人员解决 印刷不全 印刷不全 尽量避免这种情况的发生 需要随时观察浆料是否足够 图形是否完整 出现印刷不全时 一道 印刷不全可以直接在原有图形上保证完全重合的条件下再次印刷补全或者直接擦掉重印 二道 若不严重 如缺失面积小于2平方厘米 时可以手工补全 第二道由于印刷的浆料较多 如果直接重叠印刷 经过烧结后易产生弓片 若比较严重则需要使用假片 或碎片 刮去片子上的一部分铝浆 然后再重新印刷 操作时要仔细 不要让浆料染到侧边及正面 三道 银电极印刷难以不久 以防为主 不严重时流过 严重时可以参考第一道的处理方法 漏浆 漏浆 主要由于网版损坏导致 按照漏浆位置分为两种 印刷图形上和印刷图形外 印刷图形上因网版线条破损形成的漏浆点 称为 结点 印刷图形上漏浆一般是通过更换新网版解决图形外的漏浆第一道和第二道都可以通过补网版来解决 用胶带将漏处贴好 第三道仍然需要封网浆处理 如果漏浆过大还是需要更换三道网版来解决 丝网印刷图片示例与操作指导说明 烧结炉控制界面 一般烧结炉分为9个区 前三个区是烘干区 主要完成浆料中有机成分的挥发 后六个区主要完成背场和正面的烧结 背场主要是铝浆到铝金属的转变和硅铝合金的形成 也可以说有硅铝欧姆接触的形成 正面是银浆到银金属的转变和银硅合金的形成 烧结的关键是银硅的欧姆接触 因为银的功函数较高 和铝相比 较难以和硅形成欧姆接触 所以当我们选择温区的时候 如果出现弓片 铝珠和鼓包问题 首先可以选择降低8区和9区的温度 同时结合4 5和6区的温度 如果仅仅是电性能的异常 就主要选择调节8区和9区的温度 7区的温度配合着调节 烧结温度升降的选择 烧结温度调节最关键的 最难把握的就是升降的选择 该升温的时候就不能降温 何时升温何时降温需要一定的经验和技巧 两者要结合 这样才能更好的把握温度的调节 怎样判断升温还是降温主要还是根据测试的结果 烧结是有欠烧和过烧的说法的 每一批片子都有一个最佳烧结点 当温度超过或者低于最佳烧结点的温度的时候 片子都是没有达到我们的理想烧结要求的 欠烧时欧姆接触没有完全形成 串联电阻会偏大 填充因子偏低 过烧时银硅合金消耗太多银金属 银硅合金层相当于隔离层 阻止了载流子的输出 也会增加接触电阻 降低填充因子 因为欠烧和过烧的一个相似的表现就是串联电阻偏大 填充因子偏低 如果仅仅根据这个表现我们还不能决定时降温还时升温 此时最好的办法时参考并联电阻和反向电流 因为在过烧时会导致更多的杂质驱入到pn结附近 增加了局部漏电的几率 这样并联电阻会偏小 反向电流偏大 但是这也不是绝对的 因为当银浆污染和边缘刻蚀不足时也有可能出现这种情况 其实这个时候也可以参考一下短路电流 温度过高时表面复合的几率又大一些 短路电流会小一些 这也可以作为调节温度的一个参考点 在对烧结温度调节之前还要做的一件事情就是查看烧结炉的每个加热灯管是不是在正常的情况下工作的 观察点就是各温区加热灯管输出功率的百分比 如果发现这个百分比偏大 或者是上下波动较大 那就让设备人员检查加热灯管的状态 弓片 出现弓片时 最快捷最有明显效果的还是降低烧结区的温度 这样可能会使得片子产生的应力稍微小一些 然后再去查找其他根本的原因 有可能时片子太薄或者铝浆印刷量太大 对于调节温度来说 首先是将8区和9区的温度降到最低 降低温度的底线就是保证填充因子 也就是效率的正常 不能只为了消除弓片而忽视了效率 当把8区和9区