丝网印刷工艺的研究与改进.docx

湖南工业大学201届成人教育毕业设计（论文）院（部）：学生姓名：指导教师：专业：班级：学号：201年月湖南工业大学201届成人教育毕业设计说明书丝网印刷工艺的研究与改进院（部）：学生姓名：指导教师：专业：班级：完成时间：摘要O1 绪论21.1 研究背景21.2 光伏发展状况和国内外现状21.3 研究目的及内容42 PERC电池的生产工艺52.1 湿制程生产工艺52.2 高温制程生产工艺62.3 镀膜制程生产工艺72.4 金属化制程生产工艺83 丝网印刷工艺的印刷机理与分析改进123.1丝网印刷的机理123.2丝网印刷工艺的分析改进144结论与展望164.1结论164.2展望16参考文献17本文主要对单晶PERC电池丝网印刷工艺展开研究。在晶体硅太阳能电池工艺中，丝网印刷一直是研究的重难点。虽然在实际的工业生产中，已经形成了较为成熟的电池丝网印刷技术，但是在生产中仍然有许多工艺需要改良，丝网印刷的耗材成本仍然居高不下，有较大的优化空间。本文首先介绍了单晶PERC电池的各个工艺的生产流程，然后针对丝网印刷工艺进行分析改进，对印刷参数进分析，深入理解各个参数的意义以及对印刷的影响，以便于生产过程中印刷、浆料与浆料的适配，保证生产的正常进行且降低浆料的单次消耗、减小线宽。关键词光电转化效率；印刷参数；主栅垂直印刷；降低成本ABSTRACTAscreenprintingprocessofsinglecrystalPERCbatteryisstudiedinthispaper.EachprocessofsinglecrystalPERCbatteryisintroduced,andthenthescreenprintingprocessisanalyzedandimproved.Althoughintheactualindustrialproduction,hasfbedthemorematurebatteryscreenprintingtechnology,butintheproductionstillhasmanyprocessestoneedtoimprove,thescreenprintingconsumablescostisstillhigh,hasthebiggeroptimizationspace.Analysisoftheprintingparameters,in-depthunderstandingoftheimpactofeachparameteronprinting,inordertofacilitatetheproductionprocessofprinting,pasteandpasteadaptation;PartIVhasapurposefulexperimenttoimprovethethreemaingateprintingprocess,usingverticalprinting,comparedwiththetraditionalparallelprinting,themaingatewideningphenomenoncanbewellsolved.Keywordsphotoelectricconversionefficiency;printingparameters;maingridverticalprinting;costreductio1绪论1. 1研究背景随着科技的进步导致人类对资源的消耗日益剧增，能源危机一直在持续，而且有愈演愈烈的趋势，火力发电污染严重，排放的二氧化碳正在逐渐的危害着我们的家园，能源的竞争也变的更加激烈。光伏发电产业受政策影响大，2017年前，产业发展迅速，随着“531新政”出台，产业面临调整，未来将向高质量、可持续方向发展，行内习惯称为“优等生计划“531”行政从规模控制和补贴下调两个方面影响光伏产业发展。随着新政推出，中国未来光伏发电新增装机量将会出现下降态势。光伏发电作为推进循环经济的重要推进力，在信息化、全球化等多个方面都取得了长足的发展进步；同时，光伏发电与其他种类新能源的结合项目也越来越多，为建设节约型社会做出了贡献。政策的推动，必然导致技术的创新。所以研究方向无非从两方面着手：一是基于现有的规模（产线、工艺流程）进行工艺改进；二是尽量采用成本低的电池技术对效率进行提升。1.2光伏发展状况和国内外现状2005-2012年，德国、西班牙、意大利等国家先后推出FiT补贴政策，促进欧洲市场装机量快速增长，随后推动全球光伏的快速增长。全球光伏发电装机总量从2013年的135.76GW增长到2017年的386.11GW,再飞速增长到2018年的480.36GW,短短5年时间，实现了3.5倍的增长，亚洲市场更是达到274.6GW的装机量占据多半。2021年，习近平总书记做出我国要实现“2030年碳达峰，2060年碳中和”的重要指示，绿色发展与高效发展将成为我国能源体系建设的未来方向，科学合理的能源电力发展规划是能源体系有序建设的重要保障。未来，全球光伏产业将保持在较高水平并进入行业整合期。（1）中国稳居全球光伏系统发电总装机量首位数据显示，2019年全球光伏新增装机U4.9GW,光伏累计装机量达到627GW,具体到各个国家来看，2019年，中国、美国、日本、德国以及印度等国位居世界前列，其中，中国仍然处于领先地位，累计装机容量远远领先其他国家，2019年为204.7GW,占全球光伏装机容量的32.6%;美国和日本位列二三位，累计装机容量为75.9GW和63GW,分别占全球累计装机容量的12.1%和10.0%。目前行业绝大多数电池制造厂使用丝网印刷技术来制造金属电极，丝网印刷缺陷也很明显，电池性能损失，性能不稳定，转换效率易产生波动，并且浆料的成本相对较高，约占电池片成本的30%-40%,但丝网印刷技术相对简便，效率高，对网版、设备的要求不高。如图11所示，为提高其可行性，提升效率、降低成本,必将朝着栅线宽度低，遮光面积小的方向发展，栅线变窄，自然而然湿重会降低,银浆的耗量减小，便能达到提效、降耗的目的。【Erl】 IUP-M J6UILPredictedFingerWidth.120IoO806040200201020122014201620182020图1-1细栅线宽度发展趋势(2)近年来多种高效电池纷纷涌入，例如PERC电池、N-PERC电池、HJT异质结电池、N型ToPCOn电池,近两年电池提效幅度也有所上升,从过去平均0.3%每年到现在年均0.5%。至于新技术HJT异质结电池、N型TOPCon电池量产效率已经可以达到25%26%。但目前来说，成本仍然不具备优势，大于1.2元/W。IBC电池还处于研发阶段，技术相对不成熟，可以对各个电池生产路线进行对比，如表1-1所示：表IT各电池技术路线对比各电池技术路线对比PERCN-PERTTOPConHJTIBC量产效率21.8%-22.8%21.5%-23.2%23%-23.5%23%23.5%22.8%25%实验室效率24%以上23%以上24.58%以上26%以上25$以上量产企业爱旭、通威中来、林洋LG、中来等松下、晋能Sunpower优点性价比高可从现有产线升级可从PERT升级工序少效率高量产技术非常成熟可量产可量产可量产国内未量产技术难度容易较容易难度很高难度高难度极高工序少较少多最少非常少设备投资少较少高高非常高与现有产能兼容性完全兼容可用现有设备升级可从PERT升级完全不兼容几乎不兼容最大问题效率上限不够高性价比低于双面PERC背面收光较差成本高难度高，成本极高根据全球电池片需求以及产能以及目前的现状分析，PERC电池仍然是最具竞争力的太阳能电池，目前单晶电池片几乎全部采用PERC工艺，虽然效率上限不够高，但仍能保持每年稳定的提效，目前行业平均量产的光电转换效率达23%左右，且持续提升。2020年起爱旭、通威等电池制造商推出的双面大尺寸（182mm、21Omm）单晶PERC电池，更是以其成本的优势，引领行业变革，切入发展快车道，一举推动光伏发电正式跨入“平价上网”的时代，技术革命推动度电成本的持续下降。国家能源部门数据显示,2020年我国新增装机19087万千瓦,其中光伏装机48.2GW。2021年作为光伏行业“平价上网”的元年，众多机构均对新增装机量持乐观态度，普遍预测国内装机量将达到50-60GW,为“十四五”新能源发展规划打下坚实的基础。（3）PERC电池行业印刷工艺以及发展趋势分析，行业主流的印刷方式主要有单次印刷与分布式印刷，单次印刷为：背电极T背电场T单次印刷正面栅线优点：节省场地、三台印刷就能完成一条印刷线搭建。缺点：正面银浆受到拉力限制，无法使用弱腐蚀玻璃相，高方阻工艺被局限。且BB部分有延展情况。分布式印刷为：背电极T背电场TBB（主栅印刷）finger（细栅印刷）优点：主栅印刷成为独立模块只需要满足拉力要求。细栅印刷可以使用弱腐蚀玻璃相，能够更好的匹配高方阻工艺，有助于电池片的提效。缺点：相对于单次印刷产线需要额外增加一台印刷机且产线占地面积也更多。目前量产电池丝网印刷工序多为分布式印刷，有利于提高栅线质量与电池电性能。1.3研究目的及内容本课题的研究目的及内容：随着光伏市场竞争愈演愈烈，提升光电转化效率和降低成本成为行业发展的竞争方向。本文的研究目的是对丝网印刷工艺进行改进,在保证良率、不影响栅线质量以及生产产能的情况下减少浆料的扩散即减小金属栅线的线宽，降低浆料的单次消耗，提高光电转化效率并降低成本，能够在最大程度上提升太阳能电池的电性能以及为行业与企业提供更可观的利益。本课题主要分为两部分：介绍单晶PERC电池生产流程，了解电池的基本结构原理。深入理解丝网印刷的印刷流程，分析工序中的四个重要印刷参数对电池电性能的影响。2PERC电池的生产工艺太阳能电池生产工艺通常分为：湿制程、高温制程、镀膜制程以及金属化制程，具体流程如图2-1所示。图2-1金属化基本流程正面激光 (SE)PECVD (PE)N刻蚀K退火FPERC“(HF)(TA)L(PR)2.1湿制程生产工艺2.2.1制绒PERC电池生产第一步是对单晶硅进行清洗制绒，硅锭切成硅片后，会由于切割工艺导致硅片留下损伤层，易使空穴与电子复合，影响电池电性能，与此同时硅片表面可能会留下脏污。前清洗的作用便是去除损伤层，清洗各类杂质。清洗与制绒工艺通常一起进行，制绒工序是根据晶体硅在低浓度碱溶液有各向异性腐蚀的性质，经过溶液腐蚀，在硅片表面形成凹凸不平的绒面的工艺过程，有利于减少光的反射，促进光的吸收，能够有效提高电池片效率;根据单晶硅在低浓度碱液中各向异性的性质，使其充分反应,在硅片表面形成类似“金字塔”的形貌,如图2-2所示的结构。图2-2绒面金字塔结构2.2.2刻蚀由于制绒过程中硅片是整体浸入溶液中，硅片两侧绒面的绒面会使氧化铝薄膜的质量下降；扩散过程中，磷原子可能会扩散到硅片的背部或边缘，形成PF结，会引起电池漏电。未去除的磷硅玻璃会使镀膜后产生色差会使得电池片表面容易受潮，进而导而致电流与功率降低。除此之外，刻蚀工序能对硅片进行抛光处理，使硅片的背部便得平整，增强了背钝化效果，经过背面抛光后，提高了背面反射率，增加了硅片透射吸收，提