絲印燒結(jié)工藝培訓

絲印燒結(jié)工藝培訓第1頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月一.絲網(wǎng)印刷工序的作用通過絲網(wǎng)印刷的方法，將具有高度化學活性的金屬漿料印刷在硅片上，通過烘干使金屬漿料固化，再通過高溫快速燒結(jié)，在活性物質(zhì)的幫助下，金屬與硅片表面形成合金層，從而形成了良好的接觸以及鋁背場。第2頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月二.印刷原理簡介絲網(wǎng)印刷是把帶有圖像或圖案的模版被附著在絲網(wǎng)上進行印刷的。通常絲網(wǎng)由尼龍、聚酯、絲綢或金屬網(wǎng)制作而成。當承印物直接放在帶有模版的絲網(wǎng)下面時，絲網(wǎng)印刷油墨或涂料在刮刀的擠壓下穿過絲網(wǎng)中間的網(wǎng)孔，印刷到承印物上。絲網(wǎng)上的模版把一部分絲網(wǎng)小孔封住使得顏料不能穿過絲網(wǎng)，而只有圖像部分能穿過，因此在承印物上只有圖像部位有印跡。換言之，絲網(wǎng)印刷實際上是利用油墨滲透過印版進行印刷的。第3頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月絲網(wǎng)印刷是通過刮條擠壓絲網(wǎng)彈性形變后將漿料漏印在需要印刷的材料上的一種印刷方式，這也是目前普遍采用的一種電池工藝。印刷時，網(wǎng)版距離臺面的距離為|snap-off|，而刮刀將網(wǎng)版下壓的深度為|down-stop|。在刮刀壓力（pressure）的作用下，漿料從沒有感光膠的地方被擠下，從而在硅片上形成電極或電場圖形。pressurePrintspeedDown-stop:Snap-off第4頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月三.絲網(wǎng)印刷主要參數(shù)介紹Snapoff(網(wǎng)版與臺面的距離)

以臺面為零點，向上為負，故Snapoff為負值。

在印刷過程中，漿料在網(wǎng)版上方，刮刀以一定的壓力壓在網(wǎng)版上，使網(wǎng)版變形接觸在硅片表面。漿料經(jīng)過擠壓接觸刀硅片表面，硅片表面吸附力較大，將漿料從網(wǎng)孔中搶奪出來。此時，刮刀在運行中，先前變形的網(wǎng)版在回復力的作用下，很好的回彈，從而使?jié){料順利地落在硅片表面。第5頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月Downstop(刮刀壓下后,刮條底端與網(wǎng)版的距離)

以網(wǎng)版為零點,向下為負,故Downstop為負值。

刮刀與硅片的距離=Snapoff絕對值-

Downstop的絕對值-硅片的厚度。Pressure(刮刀對網(wǎng)版的壓力)

壓力與印刷量，印刷效果，以及網(wǎng)版使用壽命有密切關(guān)系。相當重要。第6頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月四.絲網(wǎng)印刷設(shè)備簡介（意大利Baccini）第7頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月印刷臺及其控制界面第8頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月烘干爐及其內(nèi)部構(gòu)造外部視圖內(nèi)部旋轉(zhuǎn)式溫區(qū)結(jié)構(gòu)第9頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月五.印刷用網(wǎng)版簡介網(wǎng)版上白色區(qū)域即為不銹鋼絲網(wǎng)，而藍色區(qū)域則為覆蓋了感光膠的地方。印刷時，漿料可以從白色區(qū)域透過，從而形成印刷圖形。下圖為目前生產(chǎn)線上使用的網(wǎng)版的細柵線顯微鏡下的圖像。細柵線的寬帶為90μm。第10頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)版的基本參數(shù)1.網(wǎng)布型號

不銹鋼網(wǎng)布,特多龍網(wǎng)布,尼龍網(wǎng)布,復合網(wǎng)布2.網(wǎng)布目數(shù)250~325目3.線徑23~30μm4.張網(wǎng)角度22.5°5.張力28N左右6.紗厚60μm左右7.膜厚16~25μm8.制版方式

單層膜,雙層膜,三層膜,乳劑直接法,水貼菲林,乳貼菲林第11頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)布種類

不銹鋼網(wǎng)布:具有網(wǎng)版張力較大,解像性好的特點,尺寸精度

穩(wěn)定,但是網(wǎng)版張力容易下降,使用壽命短。

尼龍網(wǎng)布(也稱錦綸網(wǎng)布):具有回彈性,通墨性好,缺點是耐

酸性稍差,伸長率較大,圖像容易失真。

聚酯網(wǎng)布(也稱滌綸網(wǎng)布):具有拉力伸度小,彈性強,尺寸穩(wěn)

定,使用時間長的優(yōu)點,但過墨性稍差。第12頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)布目數(shù)

網(wǎng)布目數(shù)是指是1英寸絲網(wǎng)所具有的網(wǎng)孔數(shù)目.目數(shù)越高,網(wǎng)孔越小,解像性越高,圖像清晰,但是過墨量越低,印刷越困難。第13頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月線徑和紗厚

線徑粗細決定了紗厚,進而決定了過墨量.標準平織網(wǎng)的（圖中）的紗厚約是線經(jīng)的2倍3D網(wǎng)的紗厚約是線經(jīng)的3倍.砸壓絲網(wǎng)紗厚可做到同線經(jīng)厚度.同一線經(jīng)絲網(wǎng)的最大與最小紗厚的差約為300%。3Ｄ-250目標準250目250目砸壓第14頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月線徑越粗,紗厚越厚,但是線徑越粗,開口率越低,一般說來印刷厚度一般會降低。絲網(wǎng)的紗厚基本決定了過墨體積的高度,在開口率不變的情況下,紗厚越厚,過墨量越高。第15頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月六.印刷過程背電極印刷烘干背電場印刷烘干正電極印刷燒結(jié)裝片第16頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月七.燒結(jié)的動力學原理燒結(jié)可看作是原子從系統(tǒng)中不穩(wěn)定的高能位置遷移至自由能最低位置的過程。厚膜漿料中的固體顆粒系統(tǒng)是高度分散的粉末系統(tǒng)，具有很高的表面自由能。因為系統(tǒng)總是力求達到最低的表面自由能狀態(tài)，所以在厚膜燒結(jié)過程中，粉末系統(tǒng)總的表面自由能必然要降低，這就是厚膜燒結(jié)的動力學原理。第17頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月

固體顆粒具有很大的比表面積，具有極不規(guī)則的復雜表面狀態(tài)以及在顆粒的制造、細化處理等加工過程中，受到的機械、化學、熱作用所造成的嚴重結(jié)晶缺陷等，系統(tǒng)具有很高自由能。燒結(jié)時，顆粒由接觸到結(jié)合，自由表面的收縮、空隙的排除、晶體缺陷的消除等都會使系統(tǒng)的自由能降低，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W中更穩(wěn)定的狀態(tài)。這是厚膜粉末系統(tǒng)在高溫下能燒結(jié)成密實結(jié)構(gòu)的原因。第18頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月八.燒結(jié)的目的干燥硅片上的漿料，燃盡漿料的有機組分，玻璃體將氮化硅層蝕穿，金屬和硅互融形成合金，伴隨著雜質(zhì)擴散過程，背場形成，金屬與硅形成良好的歐姆接觸（形成正負電極），同時氮化硅中的H被驅(qū)入硅片體內(nèi)，達到體鈍化的目的。第19頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月1廢氣排放6入口/出口2文氏管系統(tǒng)7驅(qū)動3操作/控制8冷卻4媒介監(jiān)測（氣）9加熱5媒介監(jiān)測（水）九.燒結(jié)爐的基本結(jié)構(gòu)（CT）第20頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月烘干區(qū)烘干區(qū)包括四個加熱區(qū)：ZONE1、ZONE2、ZONE3、ZONE4，每個加熱區(qū)溫度單獨可調(diào)、加熱元件為電熱絲或是遠紅外加熱管，加熱溫度可設(shè)置到500攝氏度，但過程溫度不應超過300攝氏度。第21頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月燒結(jié)區(qū)加燒結(jié)區(qū)包括六個加熱區(qū)：ZONE1、ZONE2、ZONE3、ZONE4、ZONE5、ZONE6，ZONE1~4為預燒結(jié)區(qū)，ZONE5和ZONE6為主燒結(jié)區(qū)，熱元件為近紅外線加熱管，其中1~4區(qū)加熱管功率為1600W，5、6區(qū)加熱管功率為2700W，每個溫區(qū)溫度單獨可調(diào)，1~4溫區(qū)溫度可設(shè)置到700攝氏度，5、6溫區(qū)可設(shè)置到攝氏1050度。第22頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月冷卻區(qū)

冷卻區(qū)采用水冷，給水溫度大約在20~25攝氏度范圍內(nèi)。第23頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月隔斷烘干區(qū)與燒結(jié)區(qū)之間、燒結(jié)區(qū)與冷卻區(qū)之間各有一個隔離爐膛，通過風簾隔離，隔離爐膛防止相鄰區(qū)域中的過程氣體相互混合。第24頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月十.加熱原理1.加熱載片盒（爐腔）包括加熱器，加工氣體注入以及加工氣體廢氣抽氣盒。它被外覆以高熱抗的隔熱板。2.短波紅外輻射器裝配于傳送帶的上下方作為加熱器。補充燈冷卻器在熱區(qū)5和熱區(qū)6的加熱器以延長服務(wù)壽命。它們內(nèi)建于石英管?？臻g由加工氣體吹掃。3.文管噴嘴推移前進廢氣流，氣流方向與軌道運行方向相反。4.加熱載片盒被劃分為六個單獨調(diào)節(jié)的熱區(qū)。在熱區(qū)1和3，加工氣體通過隔熱板的頂部和底部鉆孔注入進加工腔室。在熱區(qū)5和6，加工氣體通過內(nèi)建燈冷卻器注入。廢氣抽氣盒裝配于熱區(qū)3和4的頂部和底部。漿料快速燃出的加工氣體和材料通過這些盒體移出加工腔室。第25頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度的測量

1至4熱區(qū)使用K型熱電偶（NiCr/Ni），熱區(qū)5和6使用S型熱電偶(Pt/PtRh)。在熱區(qū)5和熱區(qū)6還附加有一個同類的熱電偶（每區(qū)一個）。它們是后裝配于傳送帶的約20mm上方。用來測量加工通道的實際溫度。第26頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月工作氣體1.潔凈和干燥的壓縮空氣在設(shè)備中作為加工氣體。2.壓縮空氣供應至不同位置的加工腔室并用來作為廢氣管道中文氏管噴嘴的驅(qū)動氣體。3.監(jiān)控可調(diào)節(jié)的最小壓力的壓力開關(guān)安裝在氣體分配器的前部。在氣體分配器中，壓縮空氣被分配至單獨部分。氣體分配器通過關(guān)斷和壓力標準儀閥以供應壓縮空氣。每部分的供應線都建有一具有針形閥的流量表。流量表安裝在操作面板右邊的媒介裝配板上。第27頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月十一.燒結(jié)工藝1.燒結(jié)溫度的設(shè)置必須以最終的測試結(jié)果為標準。綜合測試的I-V曲線和各項電性能參數(shù)來確定。2.相對于鋁漿燒結(jié)，銀漿的燒結(jié)要重要很多，對電池片電性能影響主要表現(xiàn)在串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻，即FF的變化。3.鋁漿燒結(jié)的目的使?jié){料中的溶劑和有機溶劑完全揮發(fā)，并形成完好的鋁硅合金和鋁層。背面場經(jīng)燒結(jié)后形成的鋁硅合金，鋁在硅中是作為P型摻雜，它可以減少金屬與硅交接處的少子復合，從而提高開路電壓和短路電流，改善對紅外線的響應。第28頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月十二.漿料的主要成分金屬粉末——導電相有機粘合劑——燒結(jié)前的粘結(jié)無機粘合劑——燒結(jié)后的粘結(jié)其他添加劑——潤滑、流平、增稠、觸變正面電極銀漿銀顆粒：70-80wt.%有機溶劑：15-30wt.%玻璃料：(PbO-B2O3-SiO2)1-10wt.%第29頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月背電極為電池的物理正極。作用1.與硅片及鋁背場形成較低的接觸電阻。2.良好的焊接性能，與鍍錫的焊帶形成良好的接觸，對

外輸出電流。背電極漿料：

背極漿料一般用銀漿或是銀鋁漿。對背電極漿料的要求：

低成本，可以達到較好的焊接性能。十三.背電極印刷對漿料的要求第30頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月十四.背場印刷在電池片的反面（非鍍膜面）采用鋁漿印刷整面（除背電極）作用：

1.收集背部的載流子，并傳輸?shù)奖畴姌O。2.形成BSF，在硅片背面形成P+層可以減少金屬與硅交

界處得少子復合，從而提升開路電壓和增加短路電流。所用漿料：鋁漿第31頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月BSF的燒成機理——相圖第32頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月BSF的6步燒成機理——圖示第33頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月燒結(jié)機理的說明1.鋁漿包含有1~6m的Al顆粒、玻璃料以促進燒結(jié)有機粘結(jié)劑和溶劑。在干燥之后，有機溶劑被燒掉，留下一種多孔的網(wǎng)絡(luò)狀的結(jié)構(gòu)，有60~70%被填充，這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被有機粘結(jié)劑沾附在硅表面。此時沉淀的鋁大約7mg/cm2，厚度大約40m。2.在burn-out階段之后，在660oC時Al融化，此時，由于相變潛熱形成一個小的平臺。同時，在每個鋁顆粒的周圍形成一個Al2O3的殼。熔融的Al：(1)可以穿透顆粒與硅之間的界面與硅接觸形成合金；(2)可以穿透相鄰顆粒之間的界面。有兩點注意：在此階段，Al-Si合金化是發(fā)生在局部區(qū)域的，還沒有使熔融的Al覆蓋在整個硅表面。局域氧化層在整個燒結(jié)過程中不斷加厚以維持網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，顆粒在整個燒結(jié)過程中的維持在原處。液態(tài)的Al和Si在Al2O3殼內(nèi)傳輸，而顆粒間的傳輸通過顆粒之間的小燒結(jié)頸傳輸。第34頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月3.在Al被完全融化后，在所有顆粒中的Al假設(shè)處于熱平衡狀態(tài)。隨著溫度的逐漸升高，越來越多的硅進入顆粒中，而由于顆粒的體積被殼層所限制，因此有同等體積的Al從顆粒中流到硅片表面。這種物質(zhì)交換在升溫時，形成Al和Si的混合相，而在降溫過程中向反方向進行。這種過程進行的完全而徹底，至少對于適當厚度的Al層可以如此。在峰值溫度，大約30%的液態(tài)相的鋁顆粒含有Si，由于Si的溶解和液態(tài)相的傳輸很快，可以使用很快的溫度上升時間和很短的停滯時間（1s足夠）。在硅片表面有一個Si-Al液相“湖”，在后期這個“湖”成為BSF的起始點。為了得到一個封閉的BSF，需要在整個表面都鋪滿液相Si-Al層。第35頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月5.在溫度下降后，Al開始從液態(tài)合金中析出，按照相圖的反方向進行，留下來的Al原子在硅中形成BSF層，并有一部分Al原子按照冷卻溫度的固溶度形成Al-Si合金。6.再到達共晶相的溫度577C時，剩余的液態(tài)固化形成第二個臺階。由于在Al顆粒相中發(fā)現(xiàn)的硅處于共晶相，大約有12%的Si存在于Al顆粒中，因此在硅中也同樣也有相應的Al原子。因此，在BSF層上面總是存在著致密的Al-Si層。第36頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月鋁層厚度對于背表面復合速率的影響第37頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月鋁漿過厚也起不到更大的作用第38頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月鋁漿厚度的優(yōu)化第39頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月（a）緩慢升溫時鋁背場不均勻（上圖），甚至出現(xiàn)沒有鋁背場的情況（下圖）。（b）而快速升溫改善了鋁背場但是也未能完全消除不均勻性，甚至50%的界面仍存在起伏（下圖）。的均勻性（上圖），降溫速度對于鋁背場的形成至關(guān)重要第40頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月減輕電池片彎曲的方法1.提高玻璃料的熔點可以降低硅片的彎曲度。2.減低漿料的厚度可以減小彎曲度。3.降低燒結(jié)溫度可以減小彎曲度。第41頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月背場出現(xiàn)鋁包的可能原因1.鋁漿未烘干。2.背場印刷鋁漿過薄。3.燒結(jié)溫度過高。4.絨面過大。第42頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月背場燒結(jié)要尋求一個較好的平衡點（1）鋁漿厚度：過厚—容易彎曲；過薄—不容易形成很好的背場、容易起球。（2）燒結(jié)溫度：過低—背場不好；過高—容易彎曲、容易起球。（3）降溫速度：過慢—不容易形成均勻背場；過快—容易形成應力，破損率增加。第43頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月十五.正電極正電極為電池的物理負極。作用

1.細柵線起到收集載流子，對外輸出光生電流。2.主柵線除收集電流外，還需要有好的焊接性。細柵線要求又細又高1.高：較低的電極電阻。2.細：減少遮光面積，最大面積實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。所用漿料：銀漿第44頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月銀電極的基本形成過程

1.燒去有機溶劑第45頁，課件共52頁，創(chuàng)作于2023年2月2.玻璃料燒成：（1）變成液體

（