晶硅电池丝网印刷 “位置模式”和“压力模式”对正面栅线质量的影响
责任编辑:liliuyan 作者:摩尔光伏 2017/6/26 15:09:45 浏览:2984 干货

1、目前传统太阳能电池片丝网印刷设备具有的印刷模式功能以及存在的问题


目前传统太阳能电池片印刷设备有两种印刷模式可以选择,分别称之为“压力模式”和“位置模式”。我们结合实际生产情况,对不同的印刷模式在实际生产过程中对正面栅线质量的影响进行简单分析。


1.1、位置模式:印刷时设定设备参数将刮刀下压到网版水平面以下的位置进行印刷。这种模式对设备控制最容易实现,整个印刷过程刮刀位置由电极控制始终与网版的相对位置保持不变,固定的下压量不会对网版造成过度的损害。但是,压力模式也有明显的缺点:


1.1.1、硅片厚度有波动,在大规模生产的现场,硅片厚度最大可能有40um(±20um)的厚度变化,同时受到线切痕的影响,同一硅片内也有明显的高度差(TTV)。若以固定的下压深度去控制就无法保证整个印刷品质的一致性。


1.1.2、如图1所示,在位置模式的印刷下,开始印刷时和结束印刷时,刮刀的位置距离网框的位置较近,若以固定的参数下压,此处网版就会承受更大的作用力,网孔开口变大,下墨量变大,所以容易使起始位置和结束位置的印刷栅线变粗,同时由于过大的压力也是网版的寿命降低,形变量增大,对于两次印刷,会使套印精度下降。


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图1:下刀位置和收刀位置,刮刀下压位置离网框近,网版承受的作用力大,网孔开口变大,下墨量变大。


1.1.3、位置模式下,如果网版张力有局部不均匀现象,刮刀与网版的相互作用力将会随着刮刀的移动发生变化,导致印刷不良现象出现。为了避免这种现象出现,我们只能进一步调大刮刀的下压值来避免虚印,但是过度的下压将会导致网版爆版或者其他印刷质量等问题,严重时就会影响到太阳能电池的转换效率。


1.2、压力模式:印刷过程中刮刀与网版保持一个恒定的压力,由于在整个印刷过程中压力保持不变,所以从理论上可以弥补以上位置模式的不足,即可以对硅片不平整表面进行印刷,又不会在网版起始和结束印刷位置产生过大的相互作用力。恒定的压力值可以保证刮刀对浆料填充网孔的力在印刷中恒定,因此这种方式就可以避免位置模式在开始印刷时和结束印刷时导致的线粗问题。


但是在实际生产过程中,我们也发现压力模式下也存在一些问题。


1.2.1、设备需要精确的控制压力是比较困难。设备需要以最快的速度得到下压深度与压力的对应关系,该过程需要多次反馈和调节,在传统印刷机上,该调节过程往往导致在开始印刷时,刮刀的过冲现象严重,加上此处离网版边框很近,从而使开始位置的印刷质量很差,非常容易印粗,开始印刷位置的网版由于受到过大的冲击,网版也容易在此处爆裂。所以在实际生产过程中,仍然有不少在使用位置印刷模式。


1.2.2、压力模式印刷下,网间距(网版与硅片之间的距离“snap-off”)的大小对印刷质量影响很大,日常生产中很难设定一个完美的snap-off满足高质量的印刷。如图2所示,snap-off位置稍大,在印刷下刀位置,刮刀离网框位置较近,网版对刮刀的作用力较大,刮刀不能接触到硅片表面,浆料不能充分的转移到硅片表面;而刮刀走到网版中间位置时,随着网版两边的形变量变大,刮刀就能接触到硅片达到良好印刷,但是整个正面栅线高度将会因网版间距不同导致不均匀。


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图2:压力模式下,snap-off过大造成印刷图形下刀处和印刷图形中间位置网版形变不一致导致印刷不良


在传统印刷机上,通常增加印刷压力或者降低网版与硅片之间的间距来解决上面提到的问题。但是,通过这样的调整也会带来一些问题。增加压力,会导致刮刀对硅片的印压力增大,在印刷过程中容易导致碎片的产生。如图3所示,如果降低网版间距,snap-off位置减小,虽刮刀与硅片完美接触能达到良好的印刷效果,但整个网版的离板效果将会受到影响,很容易造成粘版问题,影响到整个印刷质量。由于Snap-off偏小,当刮刀行走到B点时,网版在印刷起始点A处还无法与硅片脱离,影响整个印刷质量。


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图3:由于Snap-off降低后,刮刀行走到B点时,网版在印刷起始点A处还无法与硅片脱离,影响整个印刷质量。


2、JRTTwin-x设备为高质量精细印刷提供技术手段


对以上两种印刷模式分析后,为了实现高质量的精细印刷,就要发挥压力模式印刷的优势,又要避免压力模式印刷存在的问题。JRTTwin-x印刷技术:闭环压力控制+大尺寸网版+网版六维运动相结合的印刷技术为高质量印刷提供了技术途径。


2.1、JRT印刷带有闭环反馈的压力模式,保证了印刷压力不易控制的问题。采用专用Festo气缸和比例压力调节装置,保证印刷压力的重复稳定性在0.5%1,压力从不稳定到稳定的响应时间非常小,以上整个闭环装置保证了整个印刷过程压力的恒定,确保在整个印刷过程中刮刀对浆料的挤压力恒定。


JRT印刷压力控制原理示意图:


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2.2、JRT推荐采用柔性大尺寸低张力网板,避免在印刷过程中使用过大印刷压力的问题。采用较小的压力印刷,可使网版的形变变小,对高精度印刷也有非常大的帮助。


2.3、JRT的六维运动网版技术,保证了印刷脱版问题。运动网版技术在开始印刷位置,设备将降低起始边框,同时抬高结束边框,在整个印刷过程中,随着刮刀位置的前进,不断抬高起始边框,降低结束边框,来使整个印刷过程中网版相对硅片的脱离角度始终保持一致,保证良好的脱版,避免了低张力和小网间距浆料脱版效果不好的问题。


正是压力模式和网版运动控制技术的完美结合,该技术在美国以及德国带硅电池片生产中一举获得成功,此技术既能避免实际解决生产中硅片厚度不均的影响,又保证了浆料的脱版效果。因此,从设备层面上,在硅片表面实现高精细印刷提供了一种技术途径。


参考文献:

1、FestoVPPE-3-1/8-6-010压力比例调节器的技术参数说明书。

2、于国峰杨杰JRT太阳能电池丝网印刷工艺中的悬浮网板技术电子测量2013年第22期。

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