晶体硅太阳能电池的丝网印刷技术详解（2）

    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【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。

               图4：印刷后硅片正面会有大小不同的导线，用来从有效区域采集电能。.

    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【图5】。

                  图5:背面的母线通过焊接可以实现和外部的连接。

    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20%以上，丝网印刷设备能够提供多种方法帮助实现这一目标。实现更高的转化效率可以从以下两个方面入手：电池工艺（创造出能够将光能转化为电能的有效区域）和金属镀膜（形成导电金属线）。

    双重印刷

    电池正面导电线路的一个负面效应是阴影：导线阻挡了少量阳光，使其无法进入电池的有效区域，从而降低了转化效率【图6】。为了将这种阴影效应降到最低，导线必须尽可能做到最窄。然而，为了保持足够的导电性，线条的高度必须增加，这样才能保持同样的横截面积。实现更细，更高导线横截面的解决方案就是将多条导线重叠印刷。这就意味着丝网印刷机必须能够高准确度、高重复性地印刷非常细小的线条??当前的标准线条小到80μm??相当于人类一根头发丝的平均厚度。

                    图6：导线阻挡光线，使其无法到达电池有效区域

    现在大多数导线烧结后的尺寸是110-120μm宽，12-15μm高。这样尺寸的线条由于阴影效应带来的转化效率损失大约为1.29%。要减少这一损耗，导线宽度必须降低；同时，需要增加导线横截面的高度，以此优化导电性能。【图7】。导线横截面尺寸从110μm宽/12μm高转变为80μm宽/30μm高之后，潜在的转化效率绝对增益为0.5%。

              图7：降低线条宽度减少了有效区域的阴影，从而提高潜在转化效率

    应用材料公司Baccini的方法是用两台不同的印刷机将两种材料进行重叠印刷。这一最新的工艺在实际生产环境下实现了80μm宽、平均30μm高的导线横截面尺寸。这种方法减少了大约20%的阴影损失，相应的也降低了电阻系数。通过在现有生产线上增加一台额外的丝网印刷机和烘干炉，就能非常方便地以一种具有成本效益的方式实现多次印刷工艺。

    导线双重印刷（和其它的先进印刷应用）最关键的一点在于对准精度，因为第二层印刷物必须非常精准地置于第一层之上。应用材料公司Baccini的最新研发成果使第二层印刷物的对齐精度达到+/?15μm。这一技术采用了新型的高分辨率照相机和新的软件算法，具有自动调整程序，并可以在印刷初始阶段进行额外控制。此外，浆料配方和丝网设计必须经过仔细的共同优化，从而最大限度地实现丝网印刷的硬件和工艺效能。

来源：应用材料公司