丝网工艺课件.ppt

1 丝网工艺培训教材 2 太阳能电池工艺基本流程 前清洗 制绒 扩散 PECVDSiNx 后清洗 刻边 去PSG 丝网印刷 烧结 测试 3 丝网机台 Baccini 4 丝网印刷概念 把带有图案的模版附着于丝网上进行印刷通常丝网由尼龙 聚酯 丝绸或金属网制作而成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只有图像部分能穿过 印刷到承印物上 5 加入浆料刮刀施加压力朝丝网另一端移动丝网与承印物之间保持一定的间隙浆料从网孔中挤压到基片上丝网张力而产生反作用力 回弹力丝网与基片只呈移动式线接触刮板抬起 丝网脱离基片工作台返回到上料位置 完成一个印刷行程 丝网印刷行程 6 丝网印刷 烧结 测试流程 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 10 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 100N3 printingspeed 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 11 9 10号相机的位置 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 12 1 校正点位置重新调整步骤 以AlignmentErrorCamera9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 51CamerasPiecesAlignment Image Livecam9点 MoveCamera9Axis ScreenpositionYcamera9move Stepoffset 100 B ConfirmPos ExitSave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 Stepoffset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 Savedata 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 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 Thetapieceoffsets 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 15 在下图界面可以看到印刷的数值 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 16 烘干装置 此处为较多的污染处 17 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 18 丝网印刷各阶段硅片图形 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 19 背电极印刷和相关参数 银铝浆是由银粉 铝粉 无机添加物和有机载体组成使用前搅拌约45分钟 搅拌均匀后使用有良好的欧姆接触特性和焊接性能 附着性好在印刷图形完好时 印刷头压力在范围内尽可能的小 20 背电场印刷和相关参数 铝浆由铝粉 无机添加物和有机载体组成使用前先搅拌约15分钟 均匀后使用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 21 正面栅极印刷和相关参数 正面栅极银浆是由银粉 无机添加物和有机载体组成的使用前先用搅拌机搅拌约45分钟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 22 丝网网版调整参考 Snap off 网版间距 Park 网版正常停止位置 3000 mSpeedupward 网版向上运动速度 35 mm s在保证印刷质量的前提下 网版间距越小越好一般为 900 1300 m太小易粘版或模糊不清 过大易印刷不良和损坏网版印第二道时可适当加大间距 23 丝网刮条调整参考 Down stop 刮条深度 Park 刮条正常停止位置 5000 mPressure 印刷压力 50 70 N在保证印刷质量的前提下 刮条下降深度和压力越小越好刮条深度一般为 900 1300 m刮条下降过深或压力过大 易碎片和损坏网版刮条下降深度不够或压力太小易印刷不良或粘版 24 3 丝网故障处理参考 25 3 丝网故障处理参考 26 3 丝网故障处理参考 27 3 丝网故障处理参考 28 印刷表面的检测 生产过程中要不定时检查是否有隐裂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 无印刷缺失三号机还易出现粘板 断栅 虚印 栅线加粗等问题 29 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 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 30 温度对烧结体性质影响举例 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 1 cm 3 温度 C 拉力 kg cm3 密度 g cm2 31 烧结过程示意图 粉状成型体的烧结过程示意图 32 烧结的SEM照片参考 a 烧结前b 烧结后烧结的SEM照片 33 烧结温度的设定 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 34 烧结步骤描述 各区域间各有一个隔离炉膛 风帘隔离 隔离炉膛防止相邻区域中的过程气体相互混合 35 烧结对电池片的影响 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的影响铝浆烧结可形成良好的欧姆接触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 36 测试主要数据 T测试温度E测试光强Pmpp最大输出功率Umpp最大输出电压Impp最大输出电流Uoc开路电压Isc短路电流FF填充因子Rs串联电阻Rsh漏电电阻Eff电池效率Irev暗电流 测试温度在23 27 之间测试光强在950W m2 1050W m2之间使用前需用标片对测试机进行校准 37 测试数据参考 38 Rs影响因素 RS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 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 39 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 40 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 41 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IRTemperatureCalibration 选项 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 Triggerflash 按钮 42 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 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 6cm22 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 44 光电池的电流电压特性 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 Is exp qV kT 1 V是光生电压Is是反向饱和电流 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IIL和IF都流经pn结内部 但方向相反 45 光电池的伏安特性 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 Is exp 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 46 描述太阳能电池的四个输出参数 输出特性电流 电压曲线来表示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 47 开路电压Voc和短路电流Isc 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VocI 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 qln IL Is 1 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 48 填充因子FF 输出功率等于该点所对应的矩形面积其中只有一点是输出最大功率 称为最佳工作点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 49 能量转化效率 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 Voc Isc FF 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 50 理想pn结太阳能电池的等效电路 51 pn结太阳能电池的实际等效电路 52 超越方程式 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 Is exp q 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 53 Rsh的影响 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 Is exp qV kT 1 V Rsh 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 54 Rs的影响 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 Is exp q 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 55 短路电流Isc的考虑 太阳能电池的理论效率 Voc Isc FF Pin S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 56 开路电压Voc的考虑 开路电压Voc的最大值 在理想情况下有下式决定 Voc kTqln 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 ni2ni2 NcNvexp Eg kT 显然 Is取决于Eg Ln Lp NA ND和绝对温度T的大小 同时也与光电池结构有关为了提高Voc 常常采用Eg大 少子寿命长及低电阻率的材料给出硅的最大Voc值约700mV左右 57 填充因子FF的考虑 在理想情况下 填充因子FF仅是开路电压Voc的函数可用以下经验公式表示FF Uoc ln Uoc 0 72 Uoc 1 Uoc Voc kT q 1 2当开路电压Voc的最大值确定后 就可计算得到FF的最大值 58 不同材料的理论转化效率 对于单晶硅太阳能电池 理论上限是27 GaAs太阳能电池的转换效率的理论上限为28 5 如何进一步提高太阳能电