導(dǎo)言
　
　　生產(chǎn)晶體硅太陽能電池最關(guān)鍵的步驟之一是在硅片的正面和背面制造非常精細(xì)的電路，將光生電子導(dǎo)出電池,。這個金屬鍍膜工藝通常由絲網(wǎng)印刷技術(shù)來完成——將含有金屬的導(dǎo)電漿料透過絲網(wǎng)網(wǎng)孔壓印在硅片上形成電路或電極,。典型的晶體硅太陽能電池從頭到尾整個生產(chǎn)工藝流程中需要進(jìn)行多次絲網(wǎng)印刷步驟。通常,，有兩種不同的工藝分別用于電池正面(接觸線和母線)和背面（電極/鈍化和母線）的絲網(wǎng)印刷,。【表1】

表1：晶體硅太陽能電池的制造需要進(jìn)行多次絲網(wǎng)印刷步驟,。
應(yīng)用材料公司Baccini產(chǎn)品可以幫助實現(xiàn)綠色框中的步驟,。
 

　　多年來，太陽能絲網(wǎng)印刷設(shè)備在精度和自動化方面有了很大進(jìn)步,，具備了在微米級尺寸上重復(fù)進(jìn)行多次印刷的能力,。這一發(fā)展開創(chuàng)了全新的先進(jìn)應(yīng)用，如雙重印刷和選擇性發(fā)射極金屬鍍膜,。Baccini公司在20世紀(jì)70年代在微電子領(lǐng)域開發(fā)了絲網(wǎng)印刷技術(shù),，并在20世紀(jì)80年代將這一技術(shù)擴(kuò)展到太陽能金屬鍍膜領(lǐng)域。今天，Baccini公司已成為應(yīng)用材料公司Baccini集團(tuán),，以多項先進(jìn)技術(shù)引領(lǐng)業(yè)界的發(fā)展,。
　
基本的太陽能絲網(wǎng)印刷
　
　　印刷過程從硅片放置到印刷臺上開始。非常精細(xì)的印刷絲網(wǎng)固定在網(wǎng)框上,，放置在硅片上方,；絲網(wǎng)封閉了某些區(qū)域而其它區(qū)域保持開放，以便導(dǎo)電漿料能夠通過【圖2】,。硅片和絲網(wǎng)的距離要嚴(yán)格地控制（稱為印刷間隙）,。由于正面需要更加纖細(xì)的金屬線，因此用于正面印刷的絲網(wǎng)其網(wǎng)格通常比用于背面印刷的要細(xì)小得多,。

表2:印刷絲網(wǎng)上包含打開和閉合的區(qū)域,，通過打開的區(qū)域，導(dǎo)電漿料可以被印刷到硅片上,。

　　把適量的漿料放置于絲網(wǎng)之上,，用刮刀涂抹漿料，使其均勻填充于網(wǎng)孔之中,。刮刀在移動的過程中把漿料通過絲網(wǎng)網(wǎng)孔擠壓到硅片上【圖3】,。這一過程的溫度，壓力,，速度和其他變量都必須嚴(yán)格控制,。

表3：在絲網(wǎng)一端放置導(dǎo)電漿料，用刮刀在將漿料涂抹于絲網(wǎng),，并從網(wǎng)孔中擠壓到硅片上,。

　　每次印刷步驟后，硅片被放入烘干爐,，使導(dǎo)電漿料凝固,。接著，硅片被送入另一個不同的印刷機(jī),，在其正面或背面印制更多的線路,。所有印刷步驟完成后，將硅片放入高溫爐里燒結(jié),。
　
硅片正面和背面的印刷
　
　　每塊太陽能電池的正面和背面都有通過絲網(wǎng)印刷淀積的導(dǎo)線【圖4】,，它們的功能是不同的。正面的線路比背面的更細(xì),；有些制造商會先印刷背面的導(dǎo)電線,，然后將硅片翻過來再印刷正面的線路，從而最大程度地降低在加工過程中可能產(chǎn)生的損壞,。在正面（面向太陽的一面）,，大多數(shù)晶體硅太陽能電池的設(shè)計都采用非常精細(xì)的電路（“手指線”）把有效區(qū)域采集到的光生電子傳遞到更大的采集導(dǎo)線——“母線”上,，接著再傳遞到組件的電路系統(tǒng)中。正面的手指線要比背面的線路細(xì)得多（窄到80μm）,。正因為如此,，正面的印刷步驟需要更高的精度和準(zhǔn)確性。

圖4：印刷后硅片正面會有大小不同的導(dǎo)線,，用來從有效區(qū)域采集電能,。

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　　硅片的背面和正面的印刷要求是不同的，技術(shù)上也不那么嚴(yán)格,。背面印刷的第一步工序是淀積一層以鋁為基礎(chǔ)的導(dǎo)電材料,，而不是非常細(xì)的導(dǎo)電柵。同時,，能夠?qū)]有捕捉到的光反射回電池上。這一層也能“鈍化”太陽能電池,，封閉多余分子路徑,，避免流動電子被這些空隙所捕捉。背面印刷的第二步是制造母線,，和外部電路系統(tǒng)相連接【圖5】,。

圖5:背面的母線通過焊接可以實現(xiàn)和外部的連接。

新一代絲網(wǎng)印刷的應(yīng)用
　
　　如今晶體硅太陽能電池的平均轉(zhuǎn)化效率是15%,，業(yè)界的發(fā)展目標(biāo)是將轉(zhuǎn)化效率提高到20%以上,，絲網(wǎng)印刷設(shè)備能夠提供多種方法幫助實現(xiàn)這一目標(biāo)。實現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)化效率可以從以下兩個方面入手：電池工藝（創(chuàng)造出能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能的有效區(qū)域）和金屬鍍膜（形成導(dǎo)電金屬線）,。
　
雙重印刷
　
　　電池正面導(dǎo)電線路的一個負(fù)面效應(yīng)是陰影：導(dǎo)線阻擋了少量陽光,，使其無法進(jìn)入電池的有效區(qū)域，從而降低了轉(zhuǎn)化效率【圖6】,。為了將這種陰影效應(yīng)降到最低,，導(dǎo)線必須盡可能做到最窄。然而,，為了保持足夠的導(dǎo)電性,，線條的高度必須增加，這樣才能保持同樣的橫截面積,。實現(xiàn)更細(xì),，更高導(dǎo)線橫截面的解決方案就是將多條導(dǎo)線重疊印刷。這就意味著絲網(wǎng)印刷機(jī)必須能夠高準(zhǔn)確度,、高重復(fù)性地印刷非常細(xì)小的線條——當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)線條小到80μm——相當(dāng)于人類一根頭發(fā)絲的平均厚度,。

圖6：導(dǎo)線阻擋光線，使其無法到達(dá)電池有效區(qū)域,。

　　現(xiàn)在大多數(shù)導(dǎo)線燒結(jié)后的尺寸是110-120μm寬,，12-15μm高,。這樣尺寸的線條由于陰影效應(yīng)帶來的轉(zhuǎn)化效率損失大約為1.29%。要減少這一損耗,，導(dǎo)線寬度必須降低,；同時，需要增加導(dǎo)線橫截面的高度,，以此優(yōu)化導(dǎo)電性能,。【圖7】,。導(dǎo)線橫截面尺寸從110μm寬/12μm高轉(zhuǎn)變?yōu)?0μm寬/30μm高之后,，潛在的轉(zhuǎn)化效率絕對增益為0.5%。

圖7：降低線條寬度減少了有效區(qū)域的陰影,，從而提高潛在轉(zhuǎn)化效率

　　應(yīng)用材料公司Baccini的方法是用兩臺不同的印刷機(jī)將兩種材料進(jìn)行重疊印刷,。這一最新的工藝在實際生產(chǎn)環(huán)境下實現(xiàn)了80μm寬、平均30μm高的導(dǎo)線橫截面尺寸,。這種方法減少了大約20%的陰影損失,，相應(yīng)的也降低了電阻系數(shù)。通過在現(xiàn)有生產(chǎn)線上增加一臺額外的絲網(wǎng)印刷機(jī)和烘干爐,，就能非常方便地以一種具有成本效益的方式實現(xiàn)多次印刷工藝,。
　
　　導(dǎo)線雙重印刷（和其它的先進(jìn)印刷應(yīng)用）最關(guān)鍵的一點在于對準(zhǔn)精度，因為第二層印刷物必須非常精準(zhǔn)地置于第一層之上,。應(yīng)用材料公司Baccini的最新研發(fā)成果使第二層印刷物的對齊精度達(dá)到+/‐15μm,。這一技術(shù)采用了新型的高分辨率照相機(jī)和新的軟件算法，具有自動調(diào)整程序,，并可以在印刷初始階段進(jìn)行額外控制,。此外，漿料配方和絲網(wǎng)設(shè)計必須經(jīng)過仔細(xì)的共同優(yōu)化,，從而最大限度地實現(xiàn)絲網(wǎng)印刷的硬件和工藝效能,。
　
選擇性發(fā)射極
　
　　另外一個新興的應(yīng)用是選擇性發(fā)射極技術(shù)——在絲網(wǎng)印刷的金屬線下精確地制造一個重度摻雜的n+區(qū)域，以便進(jìn)一步降低接觸電阻,，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率的提高,。【圖8】

圖8：選擇性發(fā)射極是一個直接位于金屬線下的重度摻雜區(qū)域

　　制作這些發(fā)射極區(qū)域有好幾種技術(shù),。每一種都要求高精度和高重復(fù)性的多重印刷步驟,。此外，發(fā)射極區(qū)域必須略寬于上方的金屬線：對于100μm寬的金屬線來說,，最優(yōu)化的發(fā)射極區(qū)域?qū)挾葹?50μm左右,。很關(guān)鍵的一點是后續(xù)的金屬線必須非常精確地直接放置在發(fā)射極區(qū)域之上，否則,，就會失去它的效率優(yōu)勢,。應(yīng)用材料公司Baccini的絲網(wǎng)印刷技術(shù)在成熟度,、對準(zhǔn)精度、低成本和高速度方面都具有優(yōu)勢,，是實現(xiàn)這種電池工藝的理想選擇,。
　
絲網(wǎng)印刷的生產(chǎn)力
　　隨著太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來越大、工藝步驟越來越多（以獲取更高效率）,，很多問題——包括高產(chǎn)量和處理更薄硅片的能力等——變得越來越重要,。
　
　　目前，晶體硅太陽能電池工廠的產(chǎn)量約為1500硅片/小時（每條生產(chǎn)線）,，業(yè)界的目標(biāo)是在不久的將來實現(xiàn)至少3000硅片/小時,。這需要使用非常先進(jìn)的機(jī)械自動化技術(shù)以最小的破片率高速處理硅片。
　
　　這就意味在絲網(wǎng)印刷工藝中如絲網(wǎng)放置,，漿料涂布和刮刀移動都需要以更快的速度進(jìn)行,，同時，線條的寬度和對齊方式必須保持原有精度甚至更加精確,。
　
　　硅片越來越?。ㄒ虼烁右姿椋┑内厔萃苿恿?ldquo;軟”處理技術(shù)的發(fā)展，以此保持低破片率和高良率,。應(yīng)用材料公司Baccini以其高速軟處理技術(shù)和最低破片率成為享譽(yù)業(yè)界的領(lǐng)導(dǎo)者。擁有數(shù)十年經(jīng)驗的工程師團(tuán)隊正致力于開發(fā)多項技術(shù)創(chuàng)新,， 從而保持Baccini絲網(wǎng)印刷設(shè)備在超薄硅片處理領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位,。
　
結(jié)論
　
　　晶體硅太陽能電池絲網(wǎng)印刷是一項用于積淀金屬線和其它應(yīng)用的技術(shù)，它具有成本效益并且可以進(jìn)行擴(kuò)展,。最新的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)具有高度自動化,，極高的產(chǎn)量和處理超薄硅片的能力。應(yīng)用材料公司先進(jìn)的Baccini絲網(wǎng)印刷機(jī)以其出色的對準(zhǔn)精度和精細(xì)導(dǎo)線生產(chǎn)能力幫助業(yè)界實現(xiàn)新興的多重印刷應(yīng)用,，如雙重印刷和選擇性發(fā)射極技術(shù),，從而提高電池效率并降低太陽能電力的每瓦成本。