CN115610126A - 太阳能电池电极的印刷方法及系统 - Google Patents

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Zhejiang Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
Guangdong Aiko Technology Co Ltd
Tianjin Aiko Solar Energy Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池电极的印刷方法及系统，涉及太阳能电池制造技术领域。其中，印刷方法包括：(1)提供待印刷硅片；(2)将所述待印刷硅片冷却至温度≤10℃；(3)采用印刷装置对待印刷硅片进行印刷；(4)将印刷后的硅片烘干，以使印刷得到的电极栅线定型。实施本发明，可防止印刷所得电极栅线的宽度和高度发生较大的变化，避免了因电极栅线变宽带来的遮光面积上升、转换效率下降的问题。

Description

太阳能电池电极的印刷方法及系统
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造领域，尤其涉及一种太阳能电池电极的印刷方法及系统。
背景技术
目前太阳能电池的电极一般是采用丝网印刷工艺制备。具体的，丝网印刷装置主要包括机台、网版、刮刀等。印刷时，先将浆料放置到网版上，然后通过刮刀将网版上的浆料从网版的网孔刮出到待印刷硅片上。由于网孔的宽度很小(传统的副栅宽度仅10μm左右，网孔的宽度也在10μm左右)，为了保证印刷顺利进行，就必须保证浆料具备较好的流动性。但这也导致印刷到硅片表面的浆料会向电极栅线两侧滑塌扩张，从而使得电极栅线宽度增加、电极栅线高度降低，这大幅增加了电极栅线的遮光面积，降低了短路电流，降低了太阳能电池的转换效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种太阳能电池电极的印刷方法，其印刷后电极栅线的宽度变化小，遮光面积小，提升了太阳能电池的转换效率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种太阳能电池电极的印刷系统。
本发明还要解决的技术问题在于，提供上述的磷扩散方法在SE太阳能电池制备过程中的应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能电池电极的印刷方法，其包括：
(1)提供待印刷硅片；
(2)将所述待印刷硅片冷却至温度≤10℃；
(3)采用印刷装置对待印刷硅片进行印刷；
(4)将印刷后的硅片烘干，以使印刷得到的电极栅线定型。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)包括：
(3.1)采用印刷装置对待印刷硅片进行印刷；
(3.2)将印刷后的硅片冷却至温度≤10℃。
作为上述技术方案的改进，所述印刷装置包括网版、刮刀和网版恒温装置，所述网版恒温装置用于将印刷之前、印刷之后的网版维持预设温度。
作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，采用所述刮刀将网版挤压至所述待印刷硅片上，以使所述网版上的浆料印刷至待印刷硅片上；
印刷过程中，控制所述网版的张力以及所述刮刀的运动速度，以使印刷前后网版的温度变动≤9℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，冷却后所述待印刷硅片的温度为5～8℃；
所述网版在印刷之前、印刷之后的温度为20～25℃。
作为上述技术方案的改进，步骤(1)中，提供待印刷硅片，将所述待印刷装置加载至第一传输装置上；
步骤(2)中，采用所述第一传输装置对所述待印刷硅片进行传输，并采用设置在所述第一传输装置上的第一冷却装置将所述待印刷硅片冷却至温度≤10℃。
作为上述技术方案的改进，所述第一冷却装置为多个风冷装置，其设于所述第一传输装置的上方；
步骤(2)中，多个所述风冷装置对所述待印刷硅片进行梯度降温。
作为上述技术方案的改进，步骤(3.2)中，将印刷后的硅片加载至第二传输装置进行传输，并通过所述第二传输装置上设有第二冷却装置，以对印刷后的硅片进行冷却。
作为上述技术方案的改进，所述第二冷却装置为风冷装置，且风冷装置出风口的宽度≤相邻电极栅线之间的宽度；
步骤(3.2)中，采用第二冷却装置对印刷后硅片的相邻电极栅线之间的位置进行冷却。
相应的，本发明还公开了一种太阳能电池电极的印刷系统，用于对待印刷硅片进行印刷，其包括：
待印刷硅片提供单元；
冷却单元，用以将所述待印刷硅片冷却至温度≤10℃；
印刷装置；和
烘干单元，用以将印刷后的硅片烘干，以使印刷得到的电极栅线定型。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本发明的太阳能电池电极的印刷方法，在印刷之前将待印刷硅片的温度降低至10℃以下，从而使得浆料印刷至硅片表面后迅速降温，防止印刷所得电极栅线的宽度和高度发生较大的变化，避免了因电极栅线变宽带来的遮光面积上升、转换效率下降的问题。
2.本发明的太阳能电池电极的印刷方法，在印刷装置中设置了网版恒温装置，从而使得网版在印刷之前与印刷之后的温度维持在20～25℃，进而维持了网版上的浆料具备合理的流动性，确保了浆料的可印刷性。进一步的，通过控制网版的张力和刮刀的运动速度，可将印刷过程中网版的温度变动控制到9℃以内，使得网版恒温装置对网版温度的控制更加精确、容易。
3.本发明的太阳能电池电极的印刷方法，在印刷后通过高收束的风口(宽度≤相邻电极栅线的宽度)对硅片进行冷却。一者，提升冷却作用，减少电极栅线浆料的流动；二者，通过调节鼓风方向，可使得电极栅线受到由下至上、由两侧向中间的风力挤压，从而达到对电极栅线塑形的作用。
附图说明
图1是本发明一实施例中印刷系统的示意图；
图2是本发明一实施例中第二冷却装置的作用原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。
本发明提供了一种太阳能电池电极的印刷方法，其包括以下步骤：
(1)提供待印刷硅片；
(2)将待印刷硅片冷却至温度≤10℃；
具体的，在本发明的一个实施例之中，可将待印刷硅片加载至一传输装置上进行传输，并采用设置在该传输装置上的冷却装置对待印刷硅片进行冷却。在本发明的另一个实施例中，可将待印刷硅片加载至印刷装置的印刷机台上，然后采用冷却装置(液冷、风冷，但不限于此)对待印刷硅片进行冷却。
优选的，将待印刷硅片加载至第一传输装置上，并采用设置在第一传输装置上的第一冷却装置对待印刷硅片进行冷却。其中，第一传输装置可为皮带传输机、辊轴传输机，但不限于此。第一冷却装置可为风冷装置或液冷装置，但不限于此。优选的，第一传输装置为皮带传输机，第一冷却装置为风冷装置，且第一冷却装置设置在第一传输装置的上方。
具体的，通过多个风冷装置对待印刷硅片进行梯度降温，以防止待印刷硅片因温度变化过大而导致隐裂，甚至破裂的缺陷。优选的，控制待印刷硅片的降温速率为80～150℃/min。冷却后待印刷硅片的温度≤10℃，若温度＞10℃，则难以有效降低印刷后浆料的流动。优选的，冷却后待印刷硅片的温度为5～8℃，当冷却后的温度＜5℃时，容易导致硅片变脆，进而导致印刷时硅片产生隐裂，甚至产生破裂。
(3)采用印刷装置对待印刷硅片进行印刷；
其中，印刷装置可为丝网印刷装置，但不限于此。优选的，在本发明的一个实施例之中，采用丝网印刷装置进行印刷。丝网印刷装置包括网版、刮刀和网版恒温装置。网版恒温装置用于将印刷之前和印刷之后的网版的温度维持在一特定的温度(20～25℃)，进而维持网版上的浆料具备合理的流动性，保证可印刷性。具体的，网版恒温装置可为热风装置、液体加热装置，但不限于此。优选的为热风装置，其结构简单，可覆盖整个网版，使得整个网版的温度均一化。
进一步的，在印刷过程中，采用刮刀将网版挤压至待印刷硅片上，以将网版上的浆料印刷至待印刷硅片上；印刷过程中，控制网版的张力以及刮刀的运动速度，进而可有效的控制网版与硅片的接触时间，也就控制了网版在印刷过程中的温度变动。具体的，控制温度变动≤9℃，这就降低了网版恒温装置的控制难度，使得网版的温度更加稳定、均一，提升了丝网印刷品质。
优选的，在本发明的一个实施例之中，步骤(3)包括：
(3.1)采用印刷装置对待印刷硅片进行印刷；
(3.2)将印刷后的硅片冷却至温度≤10℃。
具体的，在本发明的一个实施例之中，可将印刷后的硅片加载至一传输装置上进行传输，并采用设置在该传输装置上的冷却装置对印刷后的硅片进行冷却。在本发明的另一个实施例中，可将印刷后硅片直接在印刷装置的印刷机台上冷却，但不限于此。
优选的，将印刷后的硅片加载至第二传输装置上，并采用设置在第二传输装置上的第二冷却装置对印刷后的硅片进行冷却。其中，第二传输装置可为皮带传输机、辊轴传输机，但不限于此。第二冷却装置可为风冷装置或液冷装置，但不限于此。优选的，第二传输装置为皮带传输机，第二冷却装置为风冷装置。第二冷却装置设置在第二传输装置的上方。通过第二冷却装置的进一步冷却，可使得印刷后硅片的温度也维持在10℃以下，进一步降低了电极栅线浆料的流动坍塌。
具体的，第二冷却装置可设置在皮带传输机的上方或下方，但不限于此。具体的，在一个实施例中，第二冷却装置设置在皮带传输机的下方，以防止吹散印刷后的浆料。
进一步优选的，在本发明的一个实施例中，第二冷却装置设置在第二传输装置的上方，第二冷却装置为风冷装置，风冷装置的出风口的宽度≤相邻电极栅线之间的宽度；且采用第二冷却装置对印刷后硅片的相邻电极栅线之间的位置进行冷却。具体的，风冷装置出风口的宽度为相邻电极栅线宽度的0.5～0.8倍。且出风口的出风方向垂直硅片。基于这种设置，可使得电极栅线受到由下至上、由两侧向中间的风力挤压，从而达到对电极栅线塑形的作用(图2)。
(4)将印刷后的硅片烘干，以使印刷得到的电极栅线定型。
相应的，本发明还公开了一种太阳能电池电极的印刷系统，其用于对待印刷硅片进行印刷。具体的，该印刷系统包括待印刷硅片提供单元；冷却单元1，用以将所述待印刷硅片冷却至温度≤10℃；印刷装置2；和烘干单元3，用以将印刷后的硅片烘干，以使印刷得到的电极栅线定型。
具体的，参考图1，在本发明的一个实施例之中，冷却单元包括第一传输装置11和第一冷却装置12；该第一传输装置11为皮带传输机，但不限于此。该第一冷却装置12为风冷装置，但不限于此。
具体的，印刷装置2包括网版21、刮刀22和网版恒温装置23。其中，刮刀22和网版恒温装置23设于所述网版21的上方。网版恒温装置23为热风装置，但不限于此。
优选的，在本发明的一个实施例之中，印刷系统还包括设于印刷装置2与烘干单元3之间的第二传输装置4和第二冷却装置5，第二冷却装置5设置在第二传输装置4的上方。具体的，第二传输装置4为皮带传输机，但不限于此。第二冷却装置5为风冷装置，但不限于此。
下面以具体实施例进一步说明本发明：
实施例1
本实施例提供一种太阳能电池电极的印刷方法，包括以下步骤：
(1)提供待印刷硅片；
具体的，该待印刷硅片为经过SE正面重掺杂，激光背面开槽(PECR)的硅片；
(2)将待印刷硅片加载至皮带上，并采用风冷装置梯度冷却至温度为2～3℃，控制冷却速率为120℃/min；
(3)采用丝网印刷装置进行印刷，通过热风装置将印刷前、印刷后网版的温度维持在22～23℃；此外，控制网版张力为25N，刮刀的运动速度为42cm/s，印刷前后网版降温为11℃，印刷后硅片的温度为9.5℃；
(4)将印刷后硅片烘干定型。
实施例2
本实施例提供一种太阳能电池电极的印刷方法，包括以下步骤：
(1)提供待印刷硅片；
具体的，该待印刷硅片为经过SE正面重掺杂，激光背面开槽(PECR)的硅片；
(2)将待印刷硅片加载至皮带上，并采用风冷装置梯度冷却至温度为8～8.5℃，控制冷却速率为100℃/min；
(3)采用丝网印刷装置进行印刷，通过热风装置将印刷前、印刷后网版的温度维持在22～23℃；此外，控制网版张力为25N，刮刀的运动速度为42cm/s，印刷前后网版降温为8℃，印刷后硅片的温度为12.5℃；
(4)将印刷后硅片烘干定型。
实施例3
本实施例提供一种太阳能电池电极的印刷方法，包括以下步骤：
(1)提供待印刷硅片；
具体的，该待印刷硅片为经过SE正面重掺杂，激光背面开槽(PECR)的硅片；
(2)将待印刷硅片加载至皮带上，并采用风冷装置梯度冷却至温度为8～8.5℃，控制冷却速率为100℃/min；
(3)采用丝网印刷装置进行印刷，通过热风装置将印刷前、印刷后网版的温度维持在22～23℃；此外，控制网版张力为25N，刮刀的运动速度为42cm/s，印刷前后网版降温为8℃，印刷后硅片的温度为12.5℃；
(4)将印刷后硅片加载至皮带上，并采用设置在皮带下方(背面)的风冷装置对印刷后硅片进行冷却，以维持其温度为8～8.5℃；
(5)将印刷后硅片烘干定型。
实施例4
本实施例提供一种太阳能电池电极的印刷方法，包括以下步骤：
(1)提供待印刷硅片；
具体的，该待印刷硅片为经过SE正面重掺杂，激光背面开槽(PECR)的硅片；
(2)将待印刷硅片加载至皮带上，并采用风冷装置梯度冷却至温度为8～8.5℃，控制冷却速率为100℃/min；
(3)采用丝网印刷装置进行印刷，通过热风装置将印刷前、印刷后网版的温度维持在22～23℃；此外，控制网版张力为25N，刮刀的运动速度为42cm/s，印刷前后网版降温为8℃，印刷后硅片的温度为12.5℃；
(4)将印刷后硅片加载至皮带上，并采用设置在皮带上的风冷装置对印刷后硅片进行冷却，以维持其温度为8～8.5℃；具体的，风冷装置的出风口的宽度为相邻电极栅线之间宽度的0.6倍，出风口的出风方向垂直硅片。
(5)将印刷后硅片烘干定型。
对比例
采用传统的不降温工艺直接进行印刷。
试验例
采用实施例1～4、对比例的印刷方法各印刷硅片100片(需要说明的是，实施例1～4、对比例均采用相同的网版、相同的电极栅线结构设计)，并进行下述测试：
(1)统计印刷过程中的破裂率；
(2)统计隐裂率，选取未破裂的，无明显裂纹的硅片；测试抗折强度，若其抗折强度≤80％的印刷前硅片的抗折强度，则计为隐裂，计算隐裂率。
(3)测试5组不同条件下10000片成品电池的平均短路电流、转换效率(1000W,AM1.5，25℃)。
(4)在每组实验组及对比组中选取10片无明显缺陷(EL不良、外观不良、漏电等的)硅片测试电极栅线的高宽比并取平均值，数据均为使用Zeta-20型号的3D显微镜在10×目镜搭配50×物镜下测试的，具体测试结果如下表所示：
破裂率 隐裂率 高宽比 I<sub>sc</sub>(A) η(％)
实施例1 0.52％ 0.02％ 41.23％ 13.781 23.27
实施例2 0.46％ 0.03％ 40.05％ 13.774 23.25
实施例3 0.48％ 0.03％ 41.73％ 13.792 23.28
实施例4 0.56％ 0.04％ 42.25％ 13.796 23.29
对比例 0.44％ 0.02％ 37.96％ 13.734 23.22
通过以上实施例、对比例可以看出，通过本发明的印刷方法，可有效提升电极栅线的高宽比，进而提升太阳能电池的短路电流和转换效率。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种太阳能电池电极的印刷方法，其特征在于，包括：
(1)提供待印刷硅片；
(2)将所述待印刷硅片冷却至温度≤10℃；
(3)采用印刷装置对待印刷硅片进行印刷；
(4)将印刷后的硅片烘干，以使印刷得到的电极栅线定型。
2.如权利要求1所述的太阳能电池电极的印刷方法，其特征在于，步骤(3)包括：
(3.1)采用印刷装置对待印刷硅片进行印刷；
(3.2)将印刷后的硅片冷却至温度≤10℃。
3.如权利要求1所述的太阳能电池电极的印刷方法，其特征在于，所述印刷装置包括网版、刮刀和网版恒温装置，所述网版恒温装置用于将印刷之前、印刷之后的网版维持预设温度。
4.如权利要求3所述的太阳能电池电极的印刷方法，其特征在于，步骤(3)中，采用所述刮刀将网版挤压至所述待印刷硅片上，以使所述网版上的浆料印刷至待印刷硅片上；
印刷过程中，控制所述网版的张力以及所述刮刀的运动速度，以使印刷前后网版的温度变动≤9℃。
5.如权利要求3所述的太阳能电池电极的印刷方法，其特征在于，步骤(2)中，冷却后所述待印刷硅片的温度为5～8℃；
所述网版在印刷之前、印刷之后的温度为20～25℃。
6.如权利要求1所述的太阳能电池电极的印刷方法，其特征在于，步骤(1)中，提供待印刷硅片，将所述待印刷装置加载至第一传输装置上；
步骤(2)中，采用所述第一传输装置对所述待印刷硅片进行传输，并采用设置在所述第一传输装置上的第一冷却装置将所述待印刷硅片冷却至温度≤10℃。
7.如权利要求6所述的太阳能电池电极的印刷方法，其特征在于，所述第一冷却装置为多个风冷装置，其设于所述第一传输装置的上方；
步骤(2)中，多个所述风冷装置对所述待印刷硅片进行梯度降温。
8.如权利要求2所述的太阳能电池电极的印刷方法，其特征在于，步骤(3.2)中，将印刷后的硅片加载至第二传输装置进行传输，并通过所述第二传输装置上设有第二冷却装置，以对印刷后的硅片进行冷却。
9.如权利要求8所述的太阳能电池电极的印刷方法，其特征在于，所述第二冷却装置为风冷装置，且风冷装置出风口的宽度≤相邻电极栅线之间的宽度；
步骤(3.2)中，采用第二冷却装置对印刷后硅片的相邻电极栅线之间的位置进行冷却。
10.一种太阳能电池电极的印刷系统，用于对待印刷硅片进行印刷，其特征在于，包括：
待印刷硅片提供单元；
冷却单元，用以将所述待印刷硅片冷却至温度≤10℃；
印刷装置；和
烘干单元，用以将印刷后的硅片烘干，以使印刷得到的电极栅线定型。
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