丝网印刷110栅u型口处断栅现象的分析与优化方法研究【字数：11355】
摘 要目前，在太阳能电池片的产线上，正电极110栅线丝印技术已经成为主流技术。但是，在110栅的使用过程中发现断栅情况严重，尤其是图形两侧U型口连接主栅位置虚断，导致太阳能电池片品质下降。为了解决断栅严重的问题，本文优化110栅原U型口连接处的设计图形，进行一周的对比实验。实验结果表明，使用优化网版后，U型口断栅现象基本没有出现，大大改断栅问题；电池片湿重、光电转换效率基本没有变化，对产线效益基本没有影响。
目 录
1.绪论 1
1.1 太阳能电池的现状和前景 1
1.2 太阳能电池的工作原理 2
1.3 太阳能电池的基本结构 2
1.4 太阳能电池的基本制备工艺 3
1.4.1 清洗制绒 3
1.4.2 扩散 3
1.4.3 刻蚀 3
1.4.4 PECVD 4
1.4.5 丝网印刷 4
1.4.6 烧结 4
1.4.7 测试分选 4
1.5 太阳能电池顶电极U型口断栅优化的必要性 4
2.丝网印刷简介 5
2.1 丝网印刷的原理 5
2.2 丝网印刷工艺流程 5
2.3 丝网印刷设备介绍 6
2.4 丝网印刷的重要参数介绍 6
2.4.1 丝网印刷工艺 6
2.4.2 网版 7
2.4.3 浆料 8
2.5 电极丝网印刷的质量检测 8
2.5.1 金属栅线电极高宽比及测试方法 8
2.5.2 印刷浆料湿重测试 8
2.5.3 外观电致发光（EL）测试 9
3.110栅无网结U型口断栅问题分析及优化措施 10
3.1 常见断栅类型及成因分析 10
3.2 U型口断栅分析 11
3.2.1 无网结网版的优势 12
3.2.2 网版主栅边缘U型口的作用 13
3.2.3 110栅无网结网版U型口断栅问题分析 13
3.3 针对110栅无网结网版U型口断栅问题的优化措施 14
4.实验方案与数据分析 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.1 实验方案 16
4.2 EL断栅隔离次数统计 16
4.3 断栅电池片的类型和数量统计 17
4.4 网版优化前后湿重统计 17
4.5 网版优化前后电性能统计 17
5.结论与展望 19
5.1 结论 19
5.2 展望 19
参考文献 20
致谢 21
1.绪论
太阳能电池的现状和前景
今天，世界能源供应依然以煤、石油和天然气等化石燃料为主，但是已知的化石燃料是不可再生的能源，数量有限且在不久的将来会消失殆尽。此外，使用传统化石燃料产生的碳化物和硫化物也造成了很大程度的环境污染。对于人类未来能源可持续供应来说，必须重新进入利用新能源和节约能源的时代[1] 。
在诸多新型能源中，太阳能拥有着取之不尽，用之不竭的优势，转变时也更为方便。因此，合理有效的开发太阳能成为新时代能源开发中的重要组成部分[2]。当前人类对于太阳能的利用主要是太阳能的光热转换和光电转换。这两种利用方式中，太阳能的光电转换拥有着巨大的优势，原因在于太阳能光伏组件的使用受环境影响的因素较少，几乎可以在世界上的任何地方使用；而光热发电被环境因素困扰，只能在直接辐射高的地区使用。对于光伏发电而言，利用光电效应原理工作的太阳能电池是核心设备[3]。
按照材料种类分，常用的太阳能电池有以下五类：多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、砷化镓化合物太阳能电池和有机半导体太阳能电池。多晶硅太阳能电池的优点在于生产能耗低，工艺简单，缺点是转换效率低。但随着金刚线切割技术、无网结网版技术和电注入技术的应用，多晶硅太阳能电池在将来依旧可以占据太阳能电池产业的一席之地。单晶硅太阳能电池的转换效率是最高的，可达到26.7%左右，但是单晶硅太阳能电池有着制作工艺复杂，成本高的缺点。近年来，随着单晶硅制造工艺的改进，单晶硅太阳能电池的成本下降，单晶硅太阳能电池将成为太阳能电池产业的主流。砷化镓（GaAs）化合物太阳能电池的转换效率高达（28.8±0.9）%，并且成本较晶硅电池低，也易于大规模生产，但是GaAs 材料受表面复合速度的影响强烈，目前主要用航空领域的多层太阳能电池[5]。有机半导体电池的光电转换效率相较以上太阳能电池转化效率最低，但它工艺最为简单，适应性超强，可以直接涂刷在房屋等建筑表面，以追求受光面积的最大化。
尽管太阳能电池种类繁多，但目前占太阳能电池产业主导地位的仍是多晶硅太阳电池。单晶硅太阳能电池因单晶硅制造成本的下降，正在逐步追赶甚至超越多晶硅太阳能电池的市场地位。另外几种的太阳能电池因原料本身或是工艺上的问题目前难以与前两者争锋,但将来随着技术的革新或将会颠覆目前的光伏市场。
太阳能电池的工作原理
太阳能电池的作用是直接将太阳能转换成电能，其工作原理基于半导体PN结的光生伏特效应。当电池暴露在有光环境时，光透过减反膜进入硅晶体中，能量大于硅晶体禁带宽度的光子在N区、耗尽区和P区中激发出光生电子空穴对。进入耗尽区以及在耗尽区内产生的光生电子空穴对将立即被内建电场分离。光生电子进入N区，光生空穴进入P区。在N区中，扩散到PN结边界的光生空穴受到内建电场作用作漂移运动，越过耗尽区进入P区，光生电子则被留在N区。同样，P区中的光生电子先扩散、后漂移而进入N区，光生空穴留在P区。于是PN结两侧积累了正、负电荷，产生了光生电压。当介绍外电路和负载时，就会在负载上流过光电流获得电能。
太阳能电池的基本结构
晶体硅太阳能电池的基本结构是在P型硅片上扩散磷源杂质形成N发射极，与P型硅衬底构成PN结，结区附近的区域称为耗尽区。扩散层的表面沉积了一层减反射膜，扩散层表面进行丝网印刷并烧结一层栅状金属电极，栅状电极可以透过绝大部分入射光。栅状电极又分主栅电极和副栅电极，统称为顶电极，背面进行丝网印刷并烧结一层金属电极，称为背电极。太阳能电池结构图如图1所示。
目 录
1.绪论 1
1.1 太阳能电池的现状和前景 1
1.2 太阳能电池的工作原理 2
1.3 太阳能电池的基本结构 2
1.4 太阳能电池的基本制备工艺 3
1.4.1 清洗制绒 3
1.4.2 扩散 3
1.4.3 刻蚀 3
1.4.4 PECVD 4
1.4.5 丝网印刷 4
1.4.6 烧结 4
1.4.7 测试分选 4
1.5 太阳能电池顶电极U型口断栅优化的必要性 4
2.丝网印刷简介 5
2.1 丝网印刷的原理 5
2.2 丝网印刷工艺流程 5
2.3 丝网印刷设备介绍 6
2.4 丝网印刷的重要参数介绍 6
2.4.1 丝网印刷工艺 6
2.4.2 网版 7
2.4.3 浆料 8
2.5 电极丝网印刷的质量检测 8
2.5.1 金属栅线电极高宽比及测试方法 8
2.5.2 印刷浆料湿重测试 8
2.5.3 外观电致发光（EL）测试 9
3.110栅无网结U型口断栅问题分析及优化措施 10
3.1 常见断栅类型及成因分析 10
3.2 U型口断栅分析 11
3.2.1 无网结网版的优势 12
3.2.2 网版主栅边缘U型口的作用 13
3.2.3 110栅无网结网版U型口断栅问题分析 13
3.3 针对110栅无网结网版U型口断栅问题的优化措施 14
4.实验方案与数据分析 15 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.1 实验方案 16
4.2 EL断栅隔离次数统计 16
4.3 断栅电池片的类型和数量统计 17
4.4 网版优化前后湿重统计 17
4.5 网版优化前后电性能统计 17
5.结论与展望 19
5.1 结论 19
5.2 展望 19
参考文献 20
致谢 21
1.绪论
太阳能电池的现状和前景
今天，世界能源供应依然以煤、石油和天然气等化石燃料为主，但是已知的化石燃料是不可再生的能源，数量有限且在不久的将来会消失殆尽。此外，使用传统化石燃料产生的碳化物和硫化物也造成了很大程度的环境污染。对于人类未来能源可持续供应来说，必须重新进入利用新能源和节约能源的时代[1] 。
在诸多新型能源中，太阳能拥有着取之不尽，用之不竭的优势，转变时也更为方便。因此，合理有效的开发太阳能成为新时代能源开发中的重要组成部分[2]。当前人类对于太阳能的利用主要是太阳能的光热转换和光电转换。这两种利用方式中，太阳能的光电转换拥有着巨大的优势，原因在于太阳能光伏组件的使用受环境影响的因素较少，几乎可以在世界上的任何地方使用；而光热发电被环境因素困扰，只能在直接辐射高的地区使用。对于光伏发电而言，利用光电效应原理工作的太阳能电池是核心设备[3]。
按照材料种类分，常用的太阳能电池有以下五类：多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、砷化镓化合物太阳能电池和有机半导体太阳能电池。多晶硅太阳能电池的优点在于生产能耗低，工艺简单，缺点是转换效率低。但随着金刚线切割技术、无网结网版技术和电注入技术的应用，多晶硅太阳能电池在将来依旧可以占据太阳能电池产业的一席之地。单晶硅太阳能电池的转换效率是最高的，可达到26.7%左右，但是单晶硅太阳能电池有着制作工艺复杂，成本高的缺点。近年来，随着单晶硅制造工艺的改进，单晶硅太阳能电池的成本下降，单晶硅太阳能电池将成为太阳能电池产业的主流。砷化镓（GaAs）化合物太阳能电池的转换效率高达（28.8±0.9）%，并且成本较晶硅电池低，也易于大规模生产，但是GaAs 材料受表面复合速度的影响强烈，目前主要用航空领域的多层太阳能电池[5]。有机半导体电池的光电转换效率相较以上太阳能电池转化效率最低，但它工艺最为简单，适应性超强，可以直接涂刷在房屋等建筑表面，以追求受光面积的最大化。
尽管太阳能电池种类繁多，但目前占太阳能电池产业主导地位的仍是多晶硅太阳电池。单晶硅太阳能电池因单晶硅制造成本的下降，正在逐步追赶甚至超越多晶硅太阳能电池的市场地位。另外几种的太阳能电池因原料本身或是工艺上的问题目前难以与前两者争锋,但将来随着技术的革新或将会颠覆目前的光伏市场。
太阳能电池的工作原理
太阳能电池的作用是直接将太阳能转换成电能，其工作原理基于半导体PN结的光生伏特效应。当电池暴露在有光环境时，光透过减反膜进入硅晶体中，能量大于硅晶体禁带宽度的光子在N区、耗尽区和P区中激发出光生电子空穴对。进入耗尽区以及在耗尽区内产生的光生电子空穴对将立即被内建电场分离。光生电子进入N区，光生空穴进入P区。在N区中，扩散到PN结边界的光生空穴受到内建电场作用作漂移运动，越过耗尽区进入P区，光生电子则被留在N区。同样，P区中的光生电子先扩散、后漂移而进入N区，光生空穴留在P区。于是PN结两侧积累了正、负电荷，产生了光生电压。当介绍外电路和负载时，就会在负载上流过光电流获得电能。
太阳能电池的基本结构
晶体硅太阳能电池的基本结构是在P型硅片上扩散磷源杂质形成N发射极，与P型硅衬底构成PN结，结区附近的区域称为耗尽区。扩散层的表面沉积了一层减反射膜，扩散层表面进行丝网印刷并烧结一层栅状金属电极，栅状电极可以透过绝大部分入射光。栅状电极又分主栅电极和副栅电极，统称为顶电极，背面进行丝网印刷并烧结一层金属电极，称为背电极。太阳能电池结构图如图1所示。
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