分步印刷晶体硅电池正面电极技术

摘要：

重点研究了基于分步印刷的方式，将电池片正面电极主栅线和副栅线分开印刷，主栅线采用一种相对较便宜的银浆，同时结合主栅线银浆单耗的降低，从而达到降低生产成本的目的。

一引言

　　进一步降低晶体硅太阳电池制造成本，提高晶体硅太阳电池转换效率是保证晶体硅太阳电池稳定快速发展的重要前提。在晶体硅太阳能电池[1]制造成本当中正面银浆占有很大的比重，占非硅成本的60%～70%之间。晶体硅太阳电池制备，正电极印刷银浆消耗占整个生产辅料成本的40%以上。如何在降低正电极印刷银浆消耗的同时，改善电池转换效率，是晶体硅太阳电池行业面临的一个重大难题。目前业内普遍采用的技术一种是减小线宽，但是该项技术受限于网版及浆料的技术更新。在网布材质和浆料没有达到较好的匹配的情况下会因栅线变细而导致Rs升高，最终导致效率的损失。另一种较常用的方法是主栅线镂空设计，该设计是将主栅线局部挖空，一般挖空的部分对应测试仪探针架上两排相邻探针中间的空隙部分。这样设计确保与探针接触的部分还有银浆存在，以保证较好的接触电阻，该设计因对主栅线采取了分段设计，镂空部分两侧的细栅线只能与镂空部分的连接线相连，这部分栅线上的电流经过镂空部分再汇集到主栅区，这样增加了回路电阻，对测试结果有一定影响。虽然焊带焊接上后对Rs增加有一定改善，但对电池厂而言可能会产生功率损失甚至影响组件寿命。

　　本研究根据主栅线与正面细栅线对浆料特性要求的不同，采取主栅线与细栅线分开印刷，细栅线采用目前主流的正面电极银浆，具有较好的塑形能力和良好的烧结特性及欧姆接触。由于主栅线在电池片上主要作用是汇集细栅线上的电流，因此其对塑形能力的要求较低，因此可选用较便宜的银浆。同时分开印刷后主栅线网版可以采用与细栅线规格不同的网版，可进一步降低主栅线的银浆单耗。因为主栅线与副栅线要分开印刷，主栅线与副栅线间的交叠方式对电池片的外观及焊接拉力有一定影响。本文将对采用分步印刷的电池片的银浆的单耗，银浆成本，以及不同交叠方式对外观及焊接拉力的影响做详细探索。

二实验设计

　　本实验丝网印刷设备采用的ASYSXS2印刷设备。常规一步印刷浆料采用Samsung8521A；分步印刷正面细栅线银浆同样采用Samsung8521A，主栅线银浆型为光达GD103；两步印刷先印主栅后印细栅的印刷方式记为两步印刷A，先印细栅后印主栅的印刷方式记为两步印刷B。常规一步印刷网版采用325～1643mm线宽，分步印刷正面细栅线网版规格与常规一步印刷网版相同。正面主栅线网版规格为325目，23mm丝径，膜厚10mm。刮条180mm′9.6mm′9.6mm(长′宽′高)。细栅线印刷参数snapoff1.2mm、pressprint80N、printspeed220mm/s，主栅线印刷参数：snapoff1.2mm、pressprint80N、speedprint220mm/s。印刷湿重采用上海方瑞FA1004型电子天平称量，采用Zeta-2003D显微镜测量印刷后电极形貌。电池片转效率采用Halm高精度I-V测量系统进行测量。

　　烧结后的电池片焊接焊带后进行拉力测试。助焊剂使用同方电子TFHF9100型，焊接使用翼展HD900B型电池片单片焊接台，焊带焊接拉力采用力高HF9100型全自动拉力测试仪以与电池片成180.方式拉拽，拉拽速度300mm/min。

三结果与讨论

　　1两步印刷对正面银浆单耗的影响

　　表1为一次印刷和两步印刷情况下银浆单耗的比较。从表1可看出，不同的两步印刷方式对银浆单耗没有明显影响，采用两步印刷后，主栅线上银浆明显降低，整体银浆单耗可节约0.16g。这是由于采用主栅与细栅分开印刷的方式，在保证拉力的前提下主栅可选用固含量较低的浆料会降低银浆单耗；其次，由于主栅较宽(1.5mm)，可选用过墨比细栅少(即孔径比细栅小、线径比细栅大)的网布制作网版，这样既不影响主栅印刷质量同时实现银浆单耗的降低。

　　由一步印刷改为两步印刷后将增加一台印刷机、一台烘箱、一块网板；按照目前的市场报价设备成本增加约150万元，网板印刷寿命按20000片计，每块网版按1000元计；按照每片节省0.26元、单轨印刷日产能以2万片计，成本回收周期为10个月。

　　2不同的两步印刷组合方式对焊接拉力的影响

　　图1显示了两种不同的两步印刷方式对应的焊接拉力与正常网版对应的焊接拉力曲线。曲线1a为正常网版印刷后焊接拉力曲线，可见拉力波动较小。曲线1b和曲线1c代表不同的两步印刷方式下拉力曲线，对比可发现，先印主栅后印细栅的拉力波动大于先印细栅后印主栅，这是由于主栅线上面再印刷细栅线横跨使得主栅线表面不平整，并且主栅与细栅银浆成分的不同对焊接质量有一定影响，导致局部焊接不良。对应的拉力曲线则表现为拉力波动较大。先印细栅后印主栅在焊接时焊带只与主栅浆料接触故在同样条件下焊接一致性要优于先印主栅后印细栅的印刷方式。从图1还可看出，无论采用哪种方式，虽然两步印刷的主栅焊接拉力差于一步印刷，但是都大于2.5N，达到了行业对焊接拉力的标准。

　　3不同的两步印刷组合方式下电极栅线形貌

　　图2为Zeta-2003D显微镜测试的不同印刷方式下电极主栅形貌图。由图2可知，不同印刷方式下细栅形貌没有发生明显变化，主栅形貌因印刷方式的不同发现明显变化。先印主栅后印细栅(图2b)的方式印，细栅直接叠加在主栅上，可看到主栅上有明显的细栅痕迹。而先印细栅后印主栅(图2c)的方式因主栅覆盖在细栅上，使得细栅痕迹没有那么明显；这也验证了前文对拉力波动因主栅表面不平整引起的说法。同时还可发现先印细栅后印主栅的方式导致在主栅与细栅相交处主栅有明显的向细栅方向的拓宽，实际生产中发现这种拓宽随着主栅网版印刷次数的增加将变的更加明显。这是由于细栅的存在导致在印刷主栅时，浆料首先是跟细栅接触然后才与硅片接触，正是这种不同步使得主栅发生沿细栅方向的拓宽并随着网版印刷次数的增加导致网版形变增大而使拓宽更加明显。而这种拓宽只有在显微镜下看比较明显，并不影响外观品质。

　　4电性能分析

　　表2为不同印刷方式下电性能数据对比。由数据可看出，不同印刷方式下电性能各项指标并无明显差异，Rs的变化由主栅细栅分开印刷后主栅细栅欧姆接触比一次印刷差引起[2,3]。由于两步印刷A的细栅叠加在主栅上与细栅埋在主栅下面的两步印刷B相比，主栅细栅接触面积比B小导致A的Rs比B略大。较好的FF及RSHUNT可能得益于主栅采用较低银含量的浆料使得在主栅下部的少子复合较低[4]。

四结论

　　本文详细讨论了一步印刷与两步印刷在印刷湿重、拉力、电极形貌及电性能数据等方面的表现。综合实验数据可得出以下结论：

　　(1)由于主栅的作用主要在于电流收集及保证焊接拉力，两步印刷主栅细栅分开印刷后，主栅采用完全不同于细栅的浆料而实现印刷湿重的降低，同时又能保证电流收集效果及焊接拉力。

　　(2)不同的两步印刷方式下，电极形貌有微小差异，这种差异主要由于在采用先印细栅后印主栅印刷方式下，主栅浆料首先与细栅接触导致在沿细栅方向有微小拓宽，但这种拓宽并不影响外观品质。

　　(3)从电性能方面可看出湿重的降低并没有影响电池转换效率，不同的两步印刷方式下Rs略有差异，但这种差异并不影响最终电池转换效率。

　　(4)综上所述两步印刷工艺与目前电池制造工艺具有很好的兼容性，同时主栅细栅分开印刷使得在浆料选择上有更大成本优势，同时使主栅网板设计更加灵活多变。

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