丝网印刷是太阳能电池制造的重要工艺，它质量的好坏会对太阳能电池的性能特别是电性能产生重要影响。在太阳能电池的一般生产工艺中，经过扩散制结，等离子刻蚀去周边
和PECVD制减反膜，下一工艺主要是形成良好的电极接触，而这正是通过丝网印刷和烧结两道工艺共同完成的。
丝网印刷本身是一项传统的工业化工艺技术，自从七十年代就得到了广泛的应用。由于其对设备要求低，且在生产成本的降低中有着明显的优势，因此该技术也广泛地应用于太阳电池的生产中。其次，采用丝网印刷工艺可进行大规模生产和降低生产周期。再次，采用丝网印刷可降低工艺污染，避免了光刻、腐蚀等这类废料较多的工艺。近年来，通过人们对丝网印刷工艺的改进，使该工艺水平大幅度地提高，可以将栅线宽度降到50微米左右，膜厚提高到20微米左右，通过对浆料的改进，使太阳能电池的参数得到明显的改善。
7.1丝网印刷的工作原理
太阳能电池的印刷电极，最早是采用真空蒸镀或化学电镀技术制作，现在普遍采用的是丝网印刷方法，即通过特殊的印刷机和模板将银浆、铝浆印刷在太阳电池的正、背面，以形成正、负电极引线，再经过低温烘烤、高温烧结，最终即可制得太阳电池。在太阳电池的背面制作电极比较简单，可在整个背面加上一层薄的金属层，为了容易焊接，必要时要镀上一层锡。但电池的正面必须保证对光线透明，因此，电池正面的电极呈梳子状、丝网状或树枝状结构。正面电极的形式和厚度总是两方面因素平衡的结果：一方面要有高的透过率;另一方面要保证栅网电极有一个尽可能低的接触电阻。对此，各光伏生产厂家有许多不同的制作工艺。通常电池片正面(负极)的梳子状电极结构中，一般有2条或3条主电极粗线，以便于连接条焊接，而背面往往以铝硅合金作为背表面场，以提高开路电压，背面(正极)也有2条或3条便于焊接的粗电极线，并往往还布满细细的网格状银线。
图7.1为一片多晶硅太阳电池的表面图，其中可以看到两根竖的主栅线和许多横的细栅线，这些就是丝网印刷以及烧结的结果。
图7.1多晶硅太阳电池的表面示意图
丝网印刷由五大要素构成，即丝网、刮刀、浆料、工作台以及基片。丝网印刷基本原理是：利用丝网图形部分网孔透浆料，非图文部分网孔不透浆料的基本原理进行印刷。印刷时在丝网一端倒入浆料，用刮刀在丝网的浆料部位施加一定压力，同时朝丝网另一端移动。油墨在移动中被刮板从图形部分的网孔中挤压到基片上。由于浆料的黏性作用而使印迹固着在一定范围之内，印刷过程中刮板始终与丝网印版和承印物呈线接触，接触线随刮刀移动而移动，由于丝网与承印物之间保持一定的间隙，使得印刷时的丝网通过自身的张力而产生对刮板的反作用力，这个反作用力称为回弹力。由于回弹力的作用，使丝网与基片只呈移动式线接触，而丝网的其他部分与承印物为脱离状态，保证了印刷尺寸精度和避免蹭脏承印物。当刮板刮过整个印刷区域后抬起，同时丝网也脱离基片，工作台返回到上料位置，至此为一个印刷行程。丝网印刷过程中要求控制流体的运动，印刷前，丝网上的浆料因黏度较大不会自行流动而漏过丝网;印刷时，刮板把浆料压入网孔，在刮板及丝网的作用下，浆料受到很大的切应力而黏度迅速下降才能流过网孔，从而与基板接触。在丝网回弹过程中附着到基板上(如图7.2)。
图7.2丝网印刷原理图
7.2全自动丝和半自动丝网印刷设备的结构和主要技术特点
7.2.1全自动丝网印刷设备的结构和主要技术特点
图7.3为全自动丝网印刷设备示意图。太阳能印刷线是针对硅太阳电池生产线新研制的集自动上料，自动印刷，自动传输，自动烘干和自动传输的流水线式印刷烘干系统(如图7.4)。
其主要技术特点：
1.上料机构：采用料盒6工位式旋转机构，一次可装载240片基片。
2.印刷机构：刮板采用伺服电机驱动，精密螺旋丝杠传动;印刷压力精密可调。网版架具有X、Y、Z、θ向调整功能。
3.传输机构：采用步进电机驱动同步齿形带传输，传输平稳;
主要技术指标：
1.生产效率：800～1000片/小时;
2.适用于单晶或多晶的125mm×125mm基片;
3.上料方式：料盒自动上料;
4.占地面积：3700mm(l)×2700mm(w)×1500mm(h);
5.电源：AC380V/50Hz，230kW。
图7.3全自动丝网印刷设备示意图
图7.4三台印刷机连成的流水线
7.2.2半自动丝网印刷设备的结构和主要技术特点
以下为我国生产的一款半自动印刷机(WY-216型精密视觉对位网版印刷机)(如图7.5)。WY-216型精密视觉对位丝网印刷机最大产品印刷尺寸为8英寸，主要用于电
子工业中下述器件的高精密图形印刷：太阳电池、厚膜电路、印刷电路板、液晶显示器、表面贴装、陶瓷基板、滤波器、磁性元件等。
图7.5半自动设备图
主要技术特点：
1.采用伺服电机驱动，精密导轨丝杠传动，光栅尺反馈的全闭环控制，定位准确。X、Y、θ、Z向具有微调机构，X、Y、θ方向由测微头调整，Z向运动由气缸驱动，四套精密导柱导套导向，调整精度高。
2.伺服电机驱动，精密丝杠传动，精密直线导轨导向，印刷过程匀速直线运动;刮板角度可调;印刷压力和涂墨压力分别可调，采用压力分级补偿技术，使印刷压力恒定，并具有仪表显示。
3.采用两套CCD系统实现对角定位，并在显示器上显示定位结果;调整工作台使图形与样板图形吻合，直观方便，对准精度高。
4.网框翻转系统：网框翻转由气缸驱动，链条拉动来完成，便于擦网。
主要技术指标：
1.印刷面积：Max210mm×210mm;
2.网框外形尺寸：356.4mm×356.4mm×25.4mm500mm×500mm×25mm;
3.工作台重复精度：±0.01mm;
4.刮板上下运动量：0～10mm;
5.印刷行程：50～250mm(可调);
6.工作台速度：10～500mm/s(可调);
7.刮板速度：0～350mm/s(可调);
8.工作台调整量：X、Y：±5mmZ：0～5mmθ：±3°;
9.印刷压力：0.1～0.3MPa;
10.刮板角度调节：0～30°(可调);
11.压缩空气源：0.5MPa;
12.电源：AC220V50Hz;
13.整机功率：1.1kW;
14.外形尺寸：1200mm×1000mm×1500mm;
15.整机重量：约800kg。
7.3丝网印刷设备的操作过程和安全规范
一般来说，丝网印刷分三次完成，其流程图详见图7.6。
图7.6常见印刷流程图
7.3.1丝网印刷设备的操作过程
1.刮板平行度
(1)单动状态下，将平台送入里侧，印刷头运动到平台上方。
(2)松开汽缸锁母，升降旋钮，接近平台位置时，肉眼观察刮条与平台的平行度。
(3)调整平行度时，先将锁紧手柄松开，通过调整旋钮调整刮板与平台的平行度。
(4)调整完毕后，锁紧手柄。
2.调整网板高度(必要时)
(1)板架水平放置，印刷头运动到里侧，工作台运动到里侧。
(2)使机器处于开通状态。
(3)松开前面两支撑轴上的把手，使支撑轴处于自由状态。
(4)扳动板架上升/板架下降按钮，同时观察后面两侧百分表。
(5)调整结束后，锁紧支撑轴上的把手。
3.对网板
(1)将板架前挂钩打开，按“板架翻转”按钮，将印刷头轻轻抬起。
(2)左右调整：松开网板架前两锁紧手柄，调整右侧旋钮，对照百分表，可调整左右位置，调整后锁紧手柄。
(3)前后调整：松开网板架前两锁紧手柄，同时调整板架前方两旋钮，对照百分表，可调整前后位置，调整后锁紧手柄。
(4)角度调整：松开网板架前两锁紧手柄，分表调整板架前方两旋钮(也可同时调整)，对照百分表，可调角度，调整后锁紧手柄。
4.调整印刷压力
(1)将操作面板上自动/单动开关扳到单动。
(2)将平台运动到里侧，印刷头运动到平台上方。
(3)将纸片放置于平台上方，使印刷头下降。
(4)松开汽缸锁母，调整刮板上升/下降旋钮，需一定拉力才能将纸片拉出时即可，锁紧汽缸锁母。
7.3.2丝网印刷设备的安全规范
1.进入车间须穿戴好净化服、帽子、戴好口罩、手套，头发长的要将其放入帽子或衣服中。
2.净化服至少要每两周清洗一次，工鞋也要定期刷洗，定期进行检查。
3.接班班组须提前20分钟到达厂房，负责生产线的卫生工作，包括打扫地面，清理垃圾桶，擦洗浆料搅拌平台，擦网带，清理碎片等。
4.硅片要轻拿轻放。
5.要求在丝网印刷接触硅片及网板时生产人员须更换干净的手套。尽量避免不同印刷工序之间的操作人员串岗，避免交叉污染。如必要，必须更换干净的手套。
6.平台上的小孔要定期疏通。
7.平台上黏有浆料时，需用蘸有酒精的无尘布擦拭干净;然后将干净的无尘布放于其上，打开连续吸附，并重复几次后方可正常印刷。
8.每次更换网板、网板位置、印刷压力以及刮板平行度要重新调整。
9.各个工序应及时填写碎片统计表;原则上，硅片破碎如果会影响下一工序的印刷，此硅片当作碎片处理。如不影响下一工序的印刷，本工序不必将其记入碎片。
10.印刷过程中硅片破碎时，应用将网板底部及平台都擦拭干净。
11.印刷放片于平台时，尽量一次放置到位，不要将硅片在平台上摩擦。
12.背电极印刷时，操作人员必须检查流入硅片是否有破损，数目是否与工艺卡一致，一旦发现问题，及时通知领班，并登记在工艺卡上。
13.一旦背电极有漏印现象发生，应立即停止印刷，并查找原因(浆料太少、网孔堵塞)。
14.铝背场印刷时，要定期地刮网板上的浆料，一般以印一盒为准，当然网板上的浆料少时，更要勤刮;不要等到硅片印刷出现缺陷时才刮。
15.铝背场烘干接片时，要求用“拇指接触背场，其他四指接触正面”的方式进行插片或接片工作，避免交叉污染。
16.接片人员不能穿戴棉手套接片，只需使用PVC手套或PE手套接片。
17.正电极印刷时，应经常性的用无尘布轻擦网板底部，避免栅线过粗。
18.取用硅片方式与铝背场烘干接片相同，要求只用拇指接触背场。
19.注意印刷方向，正电极主栅线要与背电极方向一致。
7.4丝网印刷设备的维护和保养
7.5丝网印刷设备的发展方向
全自动丝网印刷机、自动分检机和平板式PECVD等3种设备在近期内需完全依赖进口，但相应国产设备推出的日子已为期不远。全自动多印刷头产品正在研发中，关键技术已取得突破，整机进入市场且被用户接受需一段时间，手动和半自动产品无法进入主流大生产线。
目前国内制造的主要是手动和半自动光伏丝网印刷机，全自动丝网印刷机技术尚不成熟，丝网印刷机全自动化是必然的。另外，先进的丝网印刷的模板采用镍板激光刻槽制成，以保证模板的耐久和栅格的精度。一般丝网印刷的正面电极对光线有7%左右的遮挡，采用先进的模板印刷工艺可以减少对光的遮挡，同时接触电阻又有一定程度的降低，制造出的电池效率也会有所提高。(作者罗玉峰、张发云、廖卫兵)
