CN112071922B - 一种太阳能正银栅线的网印方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能正银栅线的网印方法，该方法为：将正银浆料透过网版，涂刷在硅片(6)上，在硅片(6)上形成正银栅线，所述的网版上设有防止正银栅线扩线的小台阶(21)和/或沟槽(4)和/或渠(5)。主要利用浆料良好的流动性，与特殊网版设计相结合，使得网印线宽最窄化，进而达到栅线形貌极优的高宽比，与现有技术相比，该技术将栅线宽度由现有的27‑30μm降至19‑23μm，高宽比由现有0.38‑0.42提高至0.45‑0.5，具有减小线宽，降低单耗，减少栅线遮光面积，提高电池转换效率等优点。

Description

一种太阳能正银栅线的网印方法
技术领域
本发明涉及栅线网印领域，具体涉及一种太阳能正银栅线的网印方法。
背景技术
太阳能电池的产能经历了爆炸式的增长，从初期的10GW，增长至目前的200GW产能。伴随产能的快速增长及技术上的不断迭代更新，电池片的制造工艺，由多晶发展到单晶，再到perc工艺和目前主流的Perc SE。伴随着电池生产工艺眼花缭乱的工艺变化，电池正面电极金属化工艺保持着相对的稳定，尽管电镀，激光转印等金属化工艺得到广泛关注，网丝印刷正面银浆电极，始终代表电池工艺的主流。
主要的进展聚焦在代表细线印刷能力的开发。并把细线印刷能力开发到几近极致——从早期的200μm开口发展到如今的26-30μm开口。开口宽度的缩小，极大地影响到浆料的印刷性能，扩线，即栅线的扩张往往会导致线型坍塌，为避免这一缺陷，对浆料本身以及太阳能电池网版的设计，提出了进一步的要求。
发明内容
本发明的目的就是提供一种太阳能正银栅线的网印方法，为了克服高流平性浆料无法获得窄栅线的收线问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种太阳能正银栅线的网印方法，该方法为：将正银浆料透过网版，涂刷在硅片上，在硅片上形成正银栅线，所述的网版上设有防止正银栅线扩线的小台阶和/或沟槽和/或渠，印刷后用ZETA显微镜测量栅线线型边缘轮廓平整，无锯齿状，高宽比高达0.45-0.5，而采用现有浆料只能达到0.38-0.42。
一种太阳能正银栅线网印用正银浆料，该正银浆料包括以下质量份组分：银粉80-95份，玻璃粉1-5份，有机粘接剂2-6份，有机溶剂2-6份和助剂2-6份。
进一步地，所述的银粉是粒径D50为0.2-5μm的单分散球形银粉。
进一步地，所述的玻璃粉的粒径D50为0.2-5μm。
进一步地，所述的玻璃粉包括以下质量百分比组分成份为PbO 20-40％，TeO 30-60％，Bi2O5 0-20％，WO3 0-15％，SiO2 2-20％，Zn 0-10％，CuO/Cu2O0-5％，Na2O 0-5％，Ag2O 0-5％。
进一步地，所述的有机粘接剂包括乙基纤维素，具体包括亚什兰的N7、N10或N22，PVB或丙烯酸树脂中的一种或多种；所述的有机溶剂包括醇类，比如松油醇，酯类，比如乙二酸二甲酯或醚类，比如二乙二醇单丁醚中的一种或多种；所述的助剂包括触变剂、脱模剂或流平助剂中的一种或多种。
一种如上所述的太阳能正银栅线网印用正银浆料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按质量份，将有机粘接剂与有机溶剂混合，搅拌均匀并升温，高速剪切，混合均匀；
(2)按质量份，将上述混合物与有机助剂、玻璃粉及银粉离心混合，然后通过三辊轧机剪切分散，获得均匀的太阳能正银栅线网印用正银浆料。
进一步地，所述的升温温度为50-95℃。
所述的太阳能正银印刷所用的网版，一般是由丝网和乳剂膜/PI膜两部分组成。丝网通常是用直径10-20μm的不锈钢线编织而成的，开口在250-550目之间。乳剂一般为light-cure/UV cure材料，根据需求在丝网上涂覆不同的厚度。通过遮挡曝光形成需要的印刷图形。与乳剂网版不同，PI网版是采用预制厚度的PI膜，通过激光开槽，获得所需要的印刷图案。
太阳能正银细线印刷的关键在于平衡浆料的收线和流动性。在浆料配方中，收线与流动性是一对矛盾体：为了更好的收线，获得更窄的线型，从而减少遮光，提高电流，往往需要牺牲流动性；然而，为了减少断栅和获得光滑的线型，需要保证一定的流动性。浆料在太阳能蓝膜片上的扩线，是取决于表面张力的平衡与浆料粘度。如图6-7所示。由于太阳能浆料具有典型的粘弹性，在印刷过程中，浆料过网后与网版脱离，会获得弹性能，往往导致浆料的扩线。同时，网版与乳剂产生的局部真空，会加剧上述情况。一款良好的太阳能正银浆料往往需要平衡上述两个互相矛盾的流变要求，从而同时获得良好的转化效率和印刷性。
本发明的关键还在于新的网版设计，由于乳剂膜内嵌有丝网，需要分割印刷过程中对收线和流动性的需求，从而导致较好流动性的浆料可以同时保证印刷性和线型。需要改变浅层浆料表面张力的平衡状态，减少了扩线的动力；需要浅层浆料为容纳弹性能提供缓冲区；可以浅层开口以减少印刷过程中的局部真空的形成，基于上述构思，诞生出以下四种典型的设计：
第一种设计，在常规主通孔的网版基础上，在接触硅片一面增加了一个小台阶，如图1。这个在原有设计上增加的小台阶有两方面的作用。一方面，减少在印刷刮刀下压时，因乳剂膜与硅片紧密接触而引起的真空/密封，从而有利于浆料的流动；另一方面，在原有印刷栅线的边缘形成薄层，有助于浆料释放从网版脱离时产生的弹性能量，从而减少原有设计中的扩线效应。这种设计可以形成边缘非常整齐的线型，从而在某种程度上，有利于降低栅线的线电阻，从而提升电池效率。同时，因为这个在栅线边缘形成的薄层，对扩线有极大的阻碍作用，因而，可以使用流平性好的浆料而不用担心引起扩线而降低电池产品的效率。而流平性好的浆料，往往产生更少的断栅，从而提高大规模生产的成品率。
在网版制造的过程中，上述的小台阶可以通过多种工艺完成。比如在通常的乳剂膜的网版中，可以通过二次曝光，也可以通过对传统网版的主通孔边缘，用激光再加工而产生相应的深度，和宽度的小台阶。又比如，对于目前逐渐在丝网印刷中流行的PI网版，在原有的激光开孔的基础上，可以使用激光，开出边缘的小台阶，从而形成本发明所提出的新型设计。
此外，第二种设计，也可采用两层PI膜叠加的方法。第一PI膜具有传统的开孔设计，第二PI膜具有大于第一PI膜的开孔，然后将两层对位叠加形成。如图2。同样的，也可以将乳剂和PI膜的方法结合起来，获得上面提到的新的网版设计。
此外，第三种设计，图3的设计是在距离主通孔一定距离的地方，作沟槽，便于浆料的流动。
此外，第四种设计，图4-5显示的设计是，在主通孔两侧，开出渠。各条渠的间距可根据浆料流动性调整。
当然，类似的设计有很多种，其主要手段都是通过在原有栅线两侧形成印刷的薄层区，从而使印刷浆料可以均匀地分布在目标区内，而达到良好的印刷效果。
需要指出，尽管上述的新网版设计很重要，但为了更好地利用这种新网版设计的优势------分离细线印刷对浆料流动性的矛盾要求，使用流动性更好的浆料，可以获得更优的性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)由于收线与流动性是一对矛盾体：为了更好的收线，获得更窄的线型，从而减少遮光，提高电流，往往需要牺牲流动性；然而，为了减少断栅和获得光滑的线型，需要保证一定的流动性，这就意味着现有技术无法兼顾断栅率和栅线宽度同时达到最优；
(2)本发明利用网版的特殊设计，有针对性地去解决栅线的扩线问题，并与流平性良好的浆料配合，兼顾了断栅率和栅线宽度的要求；
(3)本发明的网版上设有多种特殊结构，比如小台阶，可以减少在印刷刮刀下压时，因乳剂膜与硅片紧密接触而引起的真空/密封，从而有利于浆料的流动；还可以在原有印刷栅线的边缘形成薄层，有助于浆料释放从网版脱离时产生的弹性能量，避免栅线的扩线。
附图说明
图1为实施例1中网版示意图；
图2为实施例2中网版示意图；
图3为实施例3中网版示意图；
图4为实施例4中网版示意图；
图5为实施例4中网版俯视剖视图；
图6为现有技术浆料与网版的截面作用机理图；
图7为本发明浆料与网版的截面作用机理图；
图中标号所示：丝网1、乳剂膜2、小台阶21、第一PI膜31、第二PI膜32、沟槽4、渠5、硅片6。
具体实施方式
各个实施中用到的太阳能正银栅线网印用正银浆料，包括以下质量份组分：银粉80-95份，玻璃粉1-5份，有机粘接剂2-6份，有机溶剂2-6份和助剂2-6份。
其中，银粉是粒径D50为0.2-5μm的单分散球形银粉。玻璃粉的粒径D50为0.2-5μm。玻璃粉包括以下质量百分比组分成份为PbO 20-40％，TeO 30-60％，Bi2O5 0-20％，WO3 0-15％，SiO2 2-20％，Zn 0-10％，CuO/Cu2O 0-5％，Na2O 0-5％，Ag2O 0-5％。
有机粘接剂包括乙基纤维素，具体包括亚什兰的N7、N10或N22，PVB或丙烯酸树脂中的一种或多种；有机溶剂包括醇类，比如松油醇，酯类，比如乙二酸二甲酯或醚类，比如二乙二醇单丁醚中的一种或多种；所述的助剂包括触变剂(海明斯thixatrol plus等)、脱模剂(道康宁PMX-200)或流平助剂上海攀化的松油醇等)中的一种或多种。
一种如上所述的太阳能正银栅线网印用正银浆料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)按质量份，将有机粘接剂与有机溶剂混合，搅拌均匀并升温到50-95℃，高速剪切，混合均匀；
(2)按质量份，将上述混合物与有机助剂、玻璃粉及银粉离心混合，然后通过三辊轧机剪切分散，获得均匀的太阳能正银栅线网印用正银浆料。
本发明中正银浆料的粘度为50rpm粘度为60-140Pa·s。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
将制备好的太阳能正银栅线网印用正银浆料透过网版，涂刷在硅片6上，在硅片上形成正银栅线。
本实施例的关键在于新的网版设计，在常规的网版基础上，在乳剂膜2接触硅片一面增加了一个1-5μm深，1-5μm宽的小台阶21，如图1。这个在原有设计上增加的小台阶21有两方面的作用。一方面，减少在印刷刮刀下压时，因乳剂膜2与硅片6紧密接触而引起的真空/密封，从而影响浆料的流动；另一方面，在原有印刷栅线的边缘形成5μm左右的薄层，有助于浆料释放从网版脱离时产生的弹性能量，从而减少原有设计中的扩线效应。这种设计可以形成边缘非常整齐的栅线线型，从而在某种程度上，有利于降低栅线的线电阻，从而提升电池效率。同时，因为这个在栅线边缘形成的薄层，对扩线有极大的阻碍作用，因而，可以使用流平性好的浆料而不用担心引起扩线而降低电池产品的效率。而本实施例使用的流平性好的浆料，往往产生更少的断栅，从而提高大规模生产的成品率。
在网版制造的过程中，上述的新设计可以通过多种工艺完成。比如，在通常的乳剂膜的网版中，可以通过二次曝光，也可以通过对传统网版的主通孔边缘用激光再加工而产生相应的1-5μm深，1-5μm宽的小台阶21。对于目前逐渐在丝网印刷中流行的PI网版，在原有的激光开孔的基础上，可以使用激光，开出边缘的小台阶21，从而形成本实施例所提出的新型设计。
本实施例得到的太阳能正银栅线，断栅率小于0.1％，栅线下开口宽度最低可达到19-21μm。印刷后用ZETA显微镜测量栅线线型边缘轮廓平整，无锯齿状，栅线高宽比高达0.45-0.5。
实施例2
将制备好的太阳能正银栅线网印用正银浆料透过网版，涂刷在硅片6上，在硅片上形成正银栅线。
本实施例中，网版采用两层PI膜叠加的方法。第一PI膜31，即远离硅片6的一层，具有传统的开孔设计，第二PI膜32，即靠近硅片6的一层，具有宽于第一层2-10μm的开孔，厚度1-5μm，然后将两层对位叠加形成。如图2。同样的，也可以将乳剂和PI的方法结合起来，获得本实施例提到的新的网版设计。
本实施例得到的太阳能正银栅线，断栅率小于0.1％，栅线下开口宽度最低可达到19-21μm。印刷后用ZETA显微镜测量栅线线型边缘轮廓平整，无锯齿状，栅线高宽比高达0.45-0.5。
实施例3
将制备好的太阳能正银栅线网印用正银浆料透过网版，涂刷在硅片6上，在硅片6上形成正银栅线。
本实施例中，网版是在距离主通孔1-5μm的地方，作1-2μm宽的沟槽4，如图3，便于浆料的流动。
本实施例得到的太阳能正银栅线，断栅率小于0.2％，栅线下开口宽度最低可达到20-23μm。印刷后用ZETA显微镜测量栅线线型边缘轮廓平整，无锯齿状，栅线高宽比高达0.45-0.5。
实施例4
本实施例中，在主通孔两侧，开出1-5μm长，1-10μm深，1-100μm宽的渠5，如图4-5。各条渠5的间距可根据浆料流动性调整。间距大小的设定以印刷的浆料可以通过流动覆盖各条渠间面积为准。这种设计形成间断的浆料薄层，利用浆料的流动性，达成薄层间的联通，从而消耗浆料从网版脱离时产生的弹性能量，从而阻止扩线。
本实施例得到的太阳能正银栅线，断栅率小于0.1％，栅线下开口宽度最低可达到19-21μm。印刷后用ZETA显微镜测量栅线线型边缘轮廓平整，无锯齿状，栅线高宽比高达0.45-0.5。
对比例
与实施例1的不同之处在于，对比例中采用普通的网版进行栅线网印，即网版上没有防止正银栅线扩线的小台阶21、沟槽4或渠5。
实践后发现，浆料在传统网版开口在小于27μm时已很难使用，断栅率开始大于10％，所以使用传统网版印刷的栅线宽度只能达到27-30μm，无法再降低。而栅线高宽比只能达到0.38-0.42，这样的效果无法达到本发明的需求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种太阳能正银栅线的网印方法，其特征在于，该方法为：将正银浆料透过网版，涂刷在硅片（6）上，在硅片（6）上形成正银栅线，所述的正银浆料包括以下质量份组分：银粉80-95份，玻璃粉1-5份，有机粘接剂2-6份，有机溶剂2-6份和助剂2-6份；
所述的网版上设有防止正银栅线扩线的小台阶（21）和/或沟槽（4）和/或渠（5）具体包括以下结构：
所述的网版位于硅片（6）上方，网版包括乳剂膜（2）和嵌在乳剂膜（2）内的丝网（1），所述的网版上开设有供正银浆料涂刷和正银栅线成型的主通孔，网版靠近硅片（6）的一侧开设有小台阶（21）；
或者所述的网版位于硅片（6）上方，网版包括乳剂膜（2）和嵌在乳剂膜（2）内的丝网（1），所述的网版上开设有供正银浆料涂刷和正银栅线成型的主通孔，该主通孔两侧开设有沟槽（4）；
或者所述的网版位于硅片（6）上方，网版包括乳剂膜（2）和嵌在乳剂膜（2）内的丝网（1），所述的网版上开设有供正银浆料涂刷和正银栅线成型的主通孔，网版靠近硅片（6）的一侧开设有多条渠（5）。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能正银栅线的网印方法，其特征在于，所述的银粉是粒径D50为0.2-5 μm的单分散球形银粉；所述的玻璃粉的粒径D50为0.2-5 μm。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能正银栅线的网印方法，其特征在于，所述的玻璃粉包括以下质量百分比组分成分 为PbO 20-40%，TeO 30-60%，Bi2O5 0-20%，WO3 0-15%，SiO22-20%，Zn 0-10%，CuO/Cu2O 0-5%，Na2O 0-5%，Ag2O 0-5%。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能正银栅线的网印方法，其特征在于，所述的有机粘接剂包括乙基纤维素，PVB或丙烯酸树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能正银栅线的网印方法，其特征在于，所述的有机溶剂包括醇类，酯类或醚类中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能正银栅线的网印方法，其特征在于，所述的助剂包括触变剂、脱模剂或流平助剂中的一种或多种。
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