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晶體硅太陽能電池的絲網(wǎng)印刷技術(shù)詳解
2010-06-12 08:53 來源:應(yīng)用材料公司 責(zé)編:Victoria
- 摘要:
- 。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(dòng)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(jì)必須經(jīng)過仔細(xì)的共同優(yōu)化,從而最大限度地實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)印刷的硬件和工藝效能。
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(shí),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(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)更高的轉(zhuǎn)化效率可以從以下兩個(gè)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(gè)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(shí)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(shí),需要增加導(dǎo)線橫截面的高度,以此優(yōu)化導(dǎo)電性能!緢D7】。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(duì)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(tái)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(shí)際生產(chǎn)環(huán)境下實(shí)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(tái)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(shí)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(diǎn)在于對(duì)準(zhǔn)精度,因?yàn)榈诙䦟佑∷⑽锉仨毞浅>珳?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(duì)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(dòng)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(jì)必須經(jīng)過仔細(xì)的共同優(yōu)化,從而最大限度地實(shí)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(gè)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(gè)重度摻雜的n+區(qū)域,以便進(jìn)一步降低接觸電阻,從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率的提高!緢D8】
圖8:選擇性發(fā)射極是一個(gè)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(duì)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(diǎn)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(huì)失去它的效率優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用材料公司Baccini的絲網(wǎng)印刷技術(shù)在成熟度、對(duì)準(zhǔn)精度、低成本和高速度方面都具有優(yōu)勢(shì),是實(shí)現(xiàn)這種電池工藝的理想選擇。
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