絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究1江西工程學院環境與能源工程學院畢業設計（ 2016 屆）題 目： 絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究 專 業： 光伏發電技術及應用 絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究2絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究 摘要太陽能電池是新能源產業中重要的產品之一。絲網印刷制作太陽能電池的背電極、正電極和背電場的生產工藝日趨成熟，成為當今太陽能電池制作的主流加工方式。本文主要從實用、商品化太陽電池的生產與工藝研究出發，對太陽電池生產絲網印刷的研究及技術改進進行了全方位的描述。關鍵詞：太陽能電池；絲網印刷絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究3Research on common problems and treatment of screen printing processAbstractSolar cell is one of the important products in the new energy industry. The production technology of the back electrode, the positive electrode and the electric field of the solar cell is becoming more and more mature, which has become the mainstream of the solar cell production. This article mainly from the practical and commercial solar cell production and technology research, the solar cell production screen printing research and technology improvement of a full range of description.Key words: solar cell; screen printing絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究4目 錄摘要.2Abstract.3 1 緒論.62 太陽能電池的基礎及制作工藝.72.1 太陽能電池的基本結構.72.2 太陽能電池的工作原理.72.3 太陽能電池的制作工藝.102.3.1 清洗制絨.102.3.2 擴散制結.11 2.3.3 等離子刻蝕.112.3.4 去磷硅玻璃（PSG).112.3.5 減反射膜.112.3.6 絲網印刷.122.3.7 電極燒結.123 太陽能電池片的絲網印刷.123.1 絲網印刷的目的.123.2 印刷的原理.絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究5.123.3 基本的太陽能絲網印刷.13 3.4 硅片正面和背面的印刷.133.5 相關工藝參數.143.6 設備要求.143.7 其他條件要求.154 絲網印刷常見問題及處理方法.164.1 常見問題.164.2 處理方法.174.2.1 一道背電極印刷.174.2.2 二道背場印刷.184.2.3 三道正電極印刷.194.2.4 燒結.205 結論.216 參考文獻.227 致謝.23絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究61.緒論能源利用技術的發展是人類控制自然能力的一個重要標志。沒有煤的利用，工業革命是很難想象的。沒有石油和電力的利用，20 世紀很多新技術和產業部門的產業和發展同樣也是很難想象的。然而，隨著社會生產的發展和能源利用規模日益擴大，總有一天目前人類依賴的礦物能源會被用盡。首先是石油，1973 年世界性石油危機就給了人們一種切身感受。關于這個問題，我們必須及絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究7早做好準備。很自然，人們首先就會想到太陽能，因為自然界中風、雨、雷、電，江河的奔流，洶涌的海浪，生物的繁衍，其能源無不來自太陽。太陽的能量是巨大的，而且是可以不斷再生的，因此，實際上是取之不盡，用之不竭。太陽能又是清潔的，不需擔心它對環境產生污染和對人類造成危害。但是，太陽能的利用并不是沒有困難的。太陽能分布在廣大的地球表面，密度是很低的。要能付之實用，首先就要從很大的面積上把它收集起來，這就意味著需要大型的設備和相當大的投資。另外，由于地球的運動以及氣象條件的變化，對于同一地點來說，所能接受到的太陽能是間斷的、不穩定的，這就使它要么只能用做輔助能源，要么就要增加儲能裝置，因而又要增加投資。盡管有這么困難，但是在常規能源短缺與環境污染日益加劇的雙重壓力下，出于國家安全考慮和經濟可持續發展的需要，世界各國都投入了巨大資金，加快太陽能利用的研究步伐，在太陽能熱發電方面，美國加州建造的 9 套 SEGS 太陽熱發電裝置，最大的單套發電功率為 80MW，總發電量達 354MW，并采用了儲能裝置，可滿足 50 萬居民的能源需求，每年節約 230 萬桶油，減少 15.5 萬 t的二氧化碳和 114t 的氧化氮污染。發電成本已降到 812 美元/ 。2005)(hkW年，我國首座 70MW 塔式聚光太陽能發電電站成功并網，揭開了太陽能熱發電全新的一頁。2.太陽能電池的基礎及制作工藝2.1 太陽能電池的基本結構典型的太陽能電池的結構如圖 2.1 所示。硅的 PN 接合處，被夾在上、下兩個金屬接觸層之間。上金屬接觸層是柵格狀的，以容許光線射到 PN 接合之上。PN 接合的頂部有一層防反射薄層，以減少從光亮的硅表面反射出來的光線。這絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究8就是太陽能板的表面看起來很暗淡的原因。2.2 太陽能電池的工作原理如圖 2.2 所示為典型太陽能電池的簡單示意圖。該電池受光面為高濃度摻雜的狹窄 N 區。耗盡層(寬度 W)一直延伸到 P 區，并在耗盡層形成一內建電場E0。把連接 N 區的電極做成柵形或指形以提高光的吸收率和減小電池的表面電阻，在電池表面鍍一層減反射膜以提高太陽光的利用率。當光照射在電池上時，由于 N 區(寬度 Ln)比較狹窄，能量大于禁帶寬度 Eg的大部分光子在耗盡層和 P 區(寬度 Lp)被吸收，產生光生電子一空穴對 (EHP s)。在耗盡層的光生 EHPs立即被內建電場所分離，電子漂移到達 N 區形成負極性區域，同時空穴漂移到達 P 區形成正極性區域，于是通過接線在 PN 結兩端形成了開路電壓 Voc。如果連接了負載，那么 N 區的大量電子經過外電路工作，然后到達 P 區與大量空穴復合。其中，內建電場對分離光生 EHPs，在 N 區積累大量電子，在 P 區積累大量空穴起了關鍵作用。因為沒有電場的緣故，在 P 區被吸收的長波長光子激發的 EHPs 只能擴散到一定的區域。則電子的平均擴散長度 Le可由( 2.1)表示，其中 De為電子在 P 區的擴散系數。2.1 太陽能電池結構圖絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究9（2.1）eeDL2離耗盡層的距離在 Le范圍內的那些電子能擴散到內建電場，并在內建電場的作用下漂移到 N 區，因此在 P 區產生的光生 EHPs 中，只有那些離耗盡層距離在Le范圍內的的少數載流子(電子)才對光伏效應起作用。一旦電子被擴散到耗盡區域，它將被 Eo掃到 N 區，增加該區的負電荷，空穴留在 P 區增加該區的正電荷。而那些離耗盡層的長度大于 Le的光生 EHPs 都被復合損失掉了。正因為此，少數載流子的擴散長度 Le要盡可能的長，又由于在半導體硅中電子的擴散長度要比空穴長，所以這里選擇了以 P 區產生的電子為少數載流子的硅 PN 結。同樣，在 N 區由短波長光子激發產生的 EHPS 中只有那些離耗盡層距離小于擴散長度 Lh的少數載流子(空穴)能到達耗盡層并被內建電場分離到 P 區。因此，對光伏效應起作用的EHPs 的產生發生在這樣一個區域: Lh+W 十 Le。如圖 2.3 所示，在 N 區大量的電子通過外電路流到 P 區與空穴中和，這種由光生載流子的流動產生的電流叫光電流 Iph。要注意的是，在 PN 兩端形成光生電動勢后，相當于在 PN 結兩端加上了正向電壓 V，具有普通 PN 結的二極管特性，正向電流為 Id，因此通過電池的總電流：（2.2）phdI圖 2.2 太陽能電池工作原理絲網印刷工藝中常見問題及其處理研究10由上面分析可以看出，為使半導體光電器件能產生光生電動勢，他們應該滿足以下三個條件：（1）半導體材料對一定波長的入射光有足夠大的光吸收系數 a，即要求入射光子的能量 hv 大于或等于半導體材料的禁帶寬度 Eg，使該入射光子能被半導體吸收而激發出光生非平衡的電子空穴對。（2）圖 2.4 為一些材料的吸收曲線。可以發現 GaAs 和非晶硅的吸收系數比單晶硅大得多，透入深度(l/ a)只有 1um 左右，即幾乎全部吸收入射光。所以這兩種電池都可以做成薄膜，節省材料。而硅太陽能電池，對太陽光譜中長波長的光，要求較厚的硅片(約 100-30