改進絲網(wǎng)印刷工藝，晶硅太陽能電池正面銀電極金屬化效率高達22.1%

傳統(tǒng)的平面絲網(wǎng)印刷是大規(guī)模生產(chǎn)晶硅太陽能電池的主要金屬化方法，因其生產(chǎn)能力強和成本效益高。光伏行業(yè)要求進一步減小印刷銀電極（接觸指）的寬度，需要新的優(yōu)化。使用細線絲網(wǎng)（屏幕開口寬度低至15μm）對晶硅太陽能電池進行金屬化，以實現(xiàn)更細的電極圖案。美能網(wǎng)版檢測儀AVT-4030集四大檢測功能為一體，用于檢測太陽能電池網(wǎng)版的各項特征包括：尺寸、缺陷、張力、膜厚，通過測量檢測，分析及改善制程以提高電池片印刷質量。

印刷指寬的演

太陽能電池金屬化中實現(xiàn)的指寬演變

在2005-2019年期間，太陽能電池電極（接觸指）的印刷寬度呈現(xiàn)出顯著的逐年降低趨勢。這一趨勢反映了平板絲網(wǎng)印刷技術在不斷發(fā)展和進步，通過持續(xù)的優(yōu)化措施，逐漸實現(xiàn)了更窄電極寬度的印刷，以提高太陽能電池的性能。絲網(wǎng)模擬方法

絲網(wǎng)開口通道的SEM圖像

絲網(wǎng)模擬過程中所涉及的關鍵參數(shù)

圖中所示的各個參數(shù)（d、d0、Wn、φ等）是影響絲網(wǎng)印刷性能的關鍵因素。絲網(wǎng)角度（φ）尤其重要，因為它直接影響了開口形狀的分布和大小，進而影響銀漿在印刷過程中的轉移效率和均勻性。不同的絲網(wǎng)角度會導致不同類型和頻率的開口形狀出現(xiàn)，如在無結網(wǎng)時，開口形狀為矩形，而隨著角度增加，會出現(xiàn)梯形、三角形等不同形狀，這些形狀對銀漿流動的阻力和填充效果各不相同，最終影響印刷指的質量和電池性能。模擬過程中對多個關鍵絲網(wǎng)參數(shù)進行了系統(tǒng)的掃描，包括絲網(wǎng)角度（0-45°，增量為0.001°）、乳液對齊（0-84.67，增量為0.002）和絲網(wǎng)開口寬度Wn（15-30μm，增量為3μm）。通過在如此精細的參數(shù)空間內進行模擬，可以全面了解絲網(wǎng)結構在不同條件下的變化規(guī)律，以及這些變化如何影響銀漿在印刷過程中的行為。實驗絲網(wǎng)評估

實驗流程及測試版圖設計

兩個金屬化實驗的完整計劃：在第1至5組中，使用測試圖案評估了四種不同的Murakami超細線絲網(wǎng)。然后在第6至8組中，使用兩個最有前景的絲網(wǎng)配置進行太陽能電池金屬化和I-V測量。

通過在同一晶片上設置四個不同名義指寬（15、18、21和24μm）的柵格段，能夠在相同的實驗條件下直接比較不同絲網(wǎng)開口寬度對印刷結果的影響。母線間的固定距離使得可以使用工業(yè)電池測試儀在線測量 120 個平行接觸指的柵線電阻RL，為評估絲網(wǎng)配置對電流傳導性能的影響提供了便捷而準確的手段。絲網(wǎng)模擬結果

不同開口形狀的示意圖

圖中呈現(xiàn)了六種不同的開口形狀，分別為矩形、平行四邊形、三角形、梯形、五邊形和六邊形。這些形狀是在特定的絲網(wǎng)模擬條件下產(chǎn)生的，即采用440/0.013網(wǎng)目，在24μm絲網(wǎng)開口寬度且絲網(wǎng)角度為20°（除矩形和六邊形外）的情況下進行模擬得到的。

當絲網(wǎng)角度從0°變化到大于0°時，開口形狀從簡單的矩形變?yōu)樘菪?、平行四邊形、三角形、五邊形和六邊形。這些變化影響了絲網(wǎng)印刷過程中漿料的傳遞。

絲網(wǎng)角度（φ）對單個開口形狀的平均面積及出現(xiàn)頻率的影響

屏幕角度與開口形狀面積的關系：

在不同絲網(wǎng)角度下，不同開口形狀的平均面積（左側）和它們的相對出現(xiàn)頻率（右側）。上部模擬的絲網(wǎng)開口寬度（wn）設置為24μm，下部為15μm。在兩種模擬中，選擇了440/0.013網(wǎng)格。開口形狀的多樣性與頻率：

模擬數(shù)據(jù)表明，不同類型的開口形狀顯示出完全不同的對絲網(wǎng)角度的依賴性。例如，0°無結絲網(wǎng)的所有單個開口由矩形組成，尺寸由線間距（d0）和名義絲網(wǎng)開口寬度（wn）決定。

絲網(wǎng)角度的影響：

當引入大于0°的角度時，梯形形狀的開口最常出現(xiàn)，因為在這樣的小角度下，總有一條線慢慢進入通道，將矩形開口轉變?yōu)樘菪?。隨著絲網(wǎng)角度的增加，梯形通常成對出現(xiàn)在相應線的兩側。這種情形在某個特定角度發(fā)生變化，梯形開始伴隨著三角形出現(xiàn)在線的另一側。絲網(wǎng)開口寬度的影響：

當絲網(wǎng)開口寬度從24μm減少到15μm時，所有開口形狀的整體平均尺寸顯著減小，出現(xiàn)頻率更均勻地分布在較低的水平上。印刷結果

不同實驗組的橫向手指電阻（RL）的測量結果

橫向手指電阻（RL）的測量：

展示了每個實驗組的橫向手指電阻（RL），這是評估絲網(wǎng)印刷性能的關鍵指標之一。橫向手指電阻影響太陽能電池的串聯(lián)電阻，進而影響電池的效率。

絲網(wǎng)角度和網(wǎng)格密度的影響：

通過比較30°角度絲網(wǎng)與22.5°參考絲網(wǎng)，研究發(fā)現(xiàn)增加絲網(wǎng)角度可以降低橫向手指電阻。例如，對于24微米絲網(wǎng)開口寬度，30°絲網(wǎng)相比于22.5°絲網(wǎng)，電阻降低了約10%。

絲網(wǎng)開口寬度的影響：

對于較大的絲網(wǎng)開口寬度（如24微米），不同絲網(wǎng)類型（380/0.014、440/0.013、480/0.011）的橫向手指電阻沒有顯著差異。然而，對于較小的絲網(wǎng)開口寬度（如15微米），電阻的變化更為顯著，這表明開口寬度對印刷性能有重要影響。

絲網(wǎng)開口下印刷的SEM圖像以及其傾斜3D顯微鏡圖像

尺寸測量與均勻性：

從 SEM 圖像中可以直接測量出印刷指的平均寬度Wf=19±1μm和平均高度hf=18±1μm，這表明在該絲網(wǎng)配置下能夠實現(xiàn)相對較窄且均勻的印刷指寬度，同時具有一定的高度，這種幾何形狀有助于在減少遮光面積的同時保證良好的電流傳導性能。

均勻性表現(xiàn)：

傾斜 3D 顯微鏡圖像清晰地展示了印刷指沿著接觸方向的幾何形狀均勻性。圖像顯示僅存在較小的網(wǎng)痕，這表明在該絲網(wǎng)印刷過程中，銀漿的轉移相對均勻，沒有出現(xiàn)明顯的厚度不均勻或缺陷，保證了印刷指在整個長度上的一致性。

不同絲網(wǎng)配置下太陽能電池的 I-V 特性測量結果

不同絲網(wǎng)配置下的性能對比：不同實驗組（Groups 6 - 8）之間電池性能存在顯著差異，這主要歸因于所采用的不同絲網(wǎng)配置。在Wn=24μm絲網(wǎng)開口寬度下，440/0.013/0°無結網(wǎng)配置（Group 8）相較于其他配置表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，其電池效率更高。填充因子（FF）：無結網(wǎng)配置顯著提高了 FF，這是因為該配置降低了手指電阻，進而減少了串聯(lián)電阻損耗，使得電池在工作過程中能夠更有效地收集和傳輸光生載流子，從而提高了電池的填充效率。

短路電流密度（Jsc）：可以觀察到由于遮光損失的減少，略有增加。

開路電壓（Voc）：440/0.013/0°無結網(wǎng)配置使Voc從664.0mV（Group 6）增加到667.4mV，在不同前驅體材料上重復實驗時，Voc進一步增加到679.7mV（Group 8b）。絲網(wǎng)模擬結果與印刷性能的相關性

橫向手指電阻（RL）與屏幕效用指數(shù)（SUI）之間的關系

SUI是一個無量綱的參數(shù)，用于描述特定絲網(wǎng)配置對印刷性能的影響。它通過比較絲網(wǎng)開口的平均面積與絲網(wǎng)幾何參數(shù)的乘積來計算。

在SUI值等于1時，印刷性能與絲網(wǎng)架構之間的關系發(fā)生變化。當SUI小于1時，印刷結果強烈依賴于屏幕配置；而當SUI大于1時，屏幕對印刷性能的影響減弱，漿料的流變行為成為決定印刷質量的關鍵因素。

在設計絲網(wǎng)印刷工藝時，為了確保穩(wěn)定和高質量的印刷結果，應盡量使所選絲網(wǎng)配置的 SUI > 1。這意味著需要通過調整絲網(wǎng)角度、網(wǎng)目類型和開口寬度等參數(shù)，以獲得較大的單個開口平均面積，從而降低絲網(wǎng)架構對印刷性能的影響。

通過調整絲網(wǎng)角度和開口寬度，可以顯著改善漿料的傳遞效率，從而實現(xiàn)更精細的印刷線條。通過優(yōu)化絲網(wǎng)印刷工藝，我們實現(xiàn)了高達22.1%的太陽能電池效率，這證明了改進絲網(wǎng)印刷技術在提高電池性能方面的有效性。美能網(wǎng)版智能檢測儀

美能網(wǎng)版檢測儀AVT-4030集四大檢測功能為一體，用于檢測太陽能電池網(wǎng)版的各項特征包括：尺寸、缺陷、張力、膜厚。采用0.1μm光柵尺，實現(xiàn)線寬測量精度0.3μm，PT值測量精度2μm，提升網(wǎng)版質量。

• 尺寸、缺陷、膜厚、張力檢測集成化

• 網(wǎng)版檢測規(guī)格：≤220*220mm（尺寸可定制）

高分辨光學系統(tǒng)，精度高、連續(xù)性強、成本低、靈活性好

美能AVT-4030網(wǎng)版檢測儀為我們提供了精確的絲網(wǎng)分析和質量控制，確保了絲網(wǎng)參數(shù)的精確調整和印刷一致性，從而實現(xiàn)了更精細的銀電極圖案和更高的電池效率。

原文出處：Screen pattern simulation for an improved front-side Ag-electrode metallization of Si-solar cells

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