CN104275916A - 带有两套印刷台面的直线传输式晶硅太阳能电池印刷机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种采用两套印刷平台的硅片上下料和印刷方法，应用于晶硅太阳能电池电极印刷生产设备中。通过采用两套印刷平台同时交替完成硅片上下料和印刷的方法，实现印刷设备在单位时间内达到更高的产能；通过采用直线运动单元在硅片上下料工位和印刷工位之间平移印刷平台，凭借其单自由度高重复性定位精度实现电池片的精确定位印刷；通过采用同一套相机系统，在同一个上下料工位，对同一张硅片进行印刷前和印刷后的数据分析，实现包括印刷精度、断栅检测、网版工艺寿命监控、二次印刷网版匹配性监控等诸多工艺功能。

Description

带有两套印刷台面的直线传输式晶硅太阳能电池印刷机

技术领域

本发明提出的硅片传输定位方法应用在晶硅太阳能电池电极印刷生产领域，适用于对印刷精度和印刷质量有较高要求的高效晶硅太阳能电池电极的高速量产印刷。

背景技术

目前晶硅太阳能电池常规印刷机有两种结构，一种是采用旋转台面实现硅片上下料和印刷的印刷机结构；另一种是采用皮带传送硅片到印刷台面进行印刷的直线传输式结构。

采用旋转台面的印刷设备，如图1所示，可以同时在603台面上完成硅片6013的上料和硅片的位置采集、在602台面上完成硅片6012的印刷、并在601台面上完成印刷后硅片6011的下料。由于硅片6013上料和位置检测、硅片6012的印刷以及硅片6011的印刷后下料等工作可以同时进行，因此，该设备具有单位时间内高产出的特点。但是，由于旋转平台直径较大，旋转平台上的4个印刷台面很难保证高度的一致性，单个印刷平台也很难保证自身的水平性，因此印刷台面与网版之间的间距出现差异，进而导致不同印刷台面印刷出的电池片出现印刷质量差异，直至影响晶硅太阳能电池的光电转换效率。同时，由于大直径旋转平台在旋转定位过程中，将沿旋转台半径方向放大并累积X轴、Y轴和旋转轴三个自由度的误差，因此，采用旋转台面的电池片印刷设备不适合生产二次印刷、选择性电极等对印刷精度有较高要求的高效太阳能电池。

采用皮带传送硅片的直线传输式印刷设备，如图2所示，皮带将硅片自左向右传送至印刷台面500上，印刷台面上的真空孔将硅片502吸附固定在印刷台面上。此时，位于印刷台面500下的相机系统5011采集硅片502的实际位置，位于印刷台面上方的网版300根据硅片502的位置进行网版定位并开始印刷。印刷后的硅片经皮带继续向右传输，完成其从印刷台的下料。由此可见，采用皮带传送硅片的直线传输式印刷设备，其硅片传输、硅片位置信息采集、网版定位、硅片印刷，以及印刷后硅片的传输下料过程必须先后依次进行，因此该类设备单位时间内产出较低，使单片电池片生产成本居高不下。与此同时，由于印刷台面500下方的相机系统5011必须自下而上识别硅片的位置信息，因此印刷台面无法使用印刷台面纸，印刷浆料极容易污染印刷台面，造成电池片良品率的下降。更为重要的是，没有台面纸的保护将大大提高硅片碎片的概率，残留的微小硅片颗粒也很容易嵌入台面上的真空孔，导致后续大量的印刷破片或隐裂，降低成品率和电池片品质，并造成大量不必要的停机时间。此外，由于硅片蓝色受光面朝上，位于硅片下方的相机系统无法采集硅片受光面上的第一次银栅线印刷图形、或选择性电极型重扩区等图形信息，也就无法完成类似高效电池片的以图形位置为基准的图形对位印刷。同样，针对背表面钝化工艺电池片，自下而上的相机系统也有可能无法准确分辨硅片边沿和背电场激光刻槽，也就无法完成硅片的定位。

综上所述，目前常规采用旋转台面的晶硅太阳能电池印刷机无法实现高精度定位，各个印刷台面之间的偏差也导致电池片印刷品质一致性的偏差；而目前常规直线传输式的晶硅太阳能电池印刷机产能较低、碎片率高，并且无法实现高效电池片的图形定位印刷。

发明内容

为了解决旋转台面型印刷机的机械定位精度低和印刷品质一致性差的问题，并解决直线传输式印刷设备的碎片高、产能低的问题，并根据高效电池对图形识别、高定位精度及高速印刷的技术需求，本发明提出一种新的硅片上下料和印刷的方法，采用直线运动单元驱动的两套印刷台面，交替完成硅片上下料和印刷。

附图说明

图1：具有4个印刷平台的旋转台面印刷设备

图2：相机布置在印刷台面下面的直线传输式印刷设备

图3：具有两个印刷台面的直线传输式印刷设备工作于上料印刷周期

图4：具有两个印刷台面的直线传输式印刷设备工作于印刷上下料周期

图5：两个印刷平台典型结构设计实例

具体实施方式

本发明提出的硅片上下料和印刷方法如图3所示，当硅片101传输到印刷台面100上后，印刷台面100上的真空系统将硅片101吸附固定，位于印刷台面100上方的相机系统对硅片101进行外形检测，并根据电池片工艺对硅片101的位置信息、或硅片101上已有工艺图形的位置信息(如第一次印刷的正银栅线、或选择性重扩区等)进行采集。与此同时，印刷台面200处于在印刷网版300正下方的印刷工位，印刷设备完成对硅片201在印刷台面200上的印刷。印刷完成后，印刷台面200将带着印刷后的硅片201离开印刷工位，返回上下料工位；同时，印刷台面100将带着未印刷的硅片101离开上下料工位，进入印刷工位；在印刷台面100从上下料工位平移到印刷工位的过程中，网版300将根据相机系统采集的硅片101的位置信息进行定位。当印刷台面100抵达印刷工位后，网版300已经完成定位，印刷系统可以直接启动印刷工艺。

如图4所示，当硅片201完成印刷后由台面200沿着高精度直线运动单元返回上下料工位，硅片201从印刷台面200上继续向右传输进入到传输轨道；与此同时，硅片202同时进入印刷台面200，真空系统吸附固定硅片202后，相机系统对硅片进行外形检测和位置信息采集。当印刷设备完成对硅片101在印刷台面100上的印刷后，印刷台面100将离开印刷工位，返回上下料工位，而印刷台面200将带着硅片202离开上下料工位，进入印刷工位，开始新的设备动作周期。

如图5所示，印刷台面100和印刷平台200可以集成在一组直线运动单元中的一个运动部件上，也可以分别集成在一组直线运动单元中的两个运动部件上。带有印刷台面的运动平台作为直线运动单元中的运动部件，分别交替地将印刷平台平移至各自的上下料工位或印刷工位。连接印刷台面两个工位的直线运动单元可以采用伺服电机、滚珠丝杠和直线导轨组合的结构设计，也可以采用直线电机和直线导轨组合的结构设计。两套印刷台面也可以分别集成在两组直线运动单元上。两组各带有一套印刷台面的直线运动单元可以布置在一个运动轴上，也可以相互之间形成一定夹角，在空间布局上共用、在时间上交替使用印刷工位。

本发明提出的硅片上下料和印刷方法，利用两套印刷平台100和200同时进行硅片的上下料、位置检测以及印刷，提高了设备产能。同时，印刷平台在上下料工位和印刷工位之间的运动只有一个机械自由度，可以充分利用现有高精度直线运动单元超高重复性定位精度的技术优势，满足高效电池片电极的高定位精度印刷要求。此外，相机系统位于上下料工位上方，可以直接识别高效电池片蓝色受光面上的工艺图形，进而可以实现根据工艺图形位置进行定位印刷。

本发明提出的硅片上下料和印刷方法，印刷平台上的硅片在印刷前的上料和印刷后的下料都在同一个上下料工位完成，可以利用一套视觉系统分别完成硅片印刷前上料后的破片外形检测、硅片位置或硅片上现有图形的位置检测，以及硅片印刷后的破片外形检测、硅片上电极印刷图形的检测(包括位置精度、断栅，网版图形等)，从而在更低的硬件成本前提下实现更多的检测功能，并借助印刷后检测结果实现对印刷工艺的监控等功能(如通过监测网版的形变量提示网版更换周期，以及通过二次印刷不同位置栅线的宽度监测提示两个正银印刷网版的匹配性等)。此外，结合其他低张力大网版以及网版六自由度运动控制等功能，可以实现印刷质量的进一步提升，并有效提升电池片光电转换效率，降低碎片率，从而从提高产能、提高印刷精度、提高印刷品质、降低碎片率等多角度达到提升单电池片品质、降低单电池片生产成本的目的。

Claims (7)

1.本发明采用两套印刷台面同时完成硅片的上下料和印刷，其特点在于以网版为核心的印刷系统中有两套印刷台面，两套印刷台面交替地从各自的上下料工位平移至网版下的印刷工位，完成硅片的印刷。

2.本发明采用两套印刷台面同时完成硅片的上下料和印刷，其特点在于每套印刷台面有且只有上下料和印刷两个工位，并在连接两个工位的直线运动单元上往复平移运动。

3.基于权利要求1和2所述，两套印刷台面可以集成在一组直线运动单元上。带有两套印刷台面的运动平台作为直线运动单元中的运动部件，分别交替地将印刷平台平移至各自的上下料工位或印刷工位。

4.基于权利要求1、2和3所述，连接印刷台面两个工位的直线运动单元可以采用伺服电机、滚珠丝杠和直线导轨组合的结构设计，也可以采用直线电机和直线导轨组合的结构设计。

5.基于权利要求1和2所述，两套印刷台面也可以分别集成在两组直线运动单元上。

6.基于权利要求1、2和5所述，两组各带有一套印刷台面的直线运动单元可以布置在一个运动轴上，并可共用直线导轨、丝杠或直线电机永磁体阵列。

7.基于权利要求1、2和5所述，两组各带有一套印刷台面的直线运动单元也可以相互之间形成一定夹角，在空间布局上共用、在时间上交替使用印刷工位。