導言
生產晶體矽太陽能電池最關鍵的步驟之一是在矽片的正面和背面製造非常精細的電路，將光生電子匯出電池。這個金屬鍍膜製程通常由絲網印刷技術來完成——將含有金屬的導電漿料透過絲網網孔壓印在矽片上形成電路或電極。典型的晶體矽太陽能電池從頭到尾整個製程中需要進行多次絲網印刷步驟。通常，有兩種不同的製程分別用於電池正面(接觸線和母線)和背面（電極/鈍化和母線）的絲網印刷。(表1)
表1：晶體矽太陽能電池的製造需要進行多次絲網印刷步驟。應用材料公司Baccini產品可以説明實現綠色框中的步驟。
多年來，太陽能絲網印刷設備在精度和自動化方面有了很大進步，具備了在微米級尺寸上重複進行多次印刷的能力。這一發展開創了全新的先進應用，如雙重印刷和選擇性發射極金屬鍍膜。Baccini公司在20世紀70年代在微電子領域開發了絲網印刷技術，並在20世紀80年代將這一技術擴展到太陽能金屬鍍膜領域。今天，Baccini公司已成為應用材料公司Baccini集團，以多項先進技術引領業界的發展。
基本的太陽能絲網印刷
印刷過程從矽片放置到印刷臺上開始。非常精細的印刷絲網固定在網框上，放置在矽片上方；絲網封閉了某些區域而其它區域保持開放，以便導電漿料能夠通過(圖1)。矽片和絲網的距離要嚴格地控制（稱為印刷間隙）。由於正面需要更加纖細的金屬線，因此用於正面印刷的絲網其網格通常比用於背面印刷的要細小得多。
圖1:印刷絲網上包含打開和閉合的區域，通過打開的區域，導電漿料可以被印刷到矽片上。
把適量的漿料放置於絲網之上，用刮刀塗抹漿料，使其均勻填充于網孔之中。刮刀在移動的過程中把漿料通過絲網網孔擠壓到矽片上(圖2)一過程的溫度，壓力，速度和其他變數都必須嚴格控制。
圖2在絲網一端放置導電漿料，用刮刀在將漿料塗抹於絲網，並從網孔中擠壓到矽片上。
每次印刷步驟後，矽片被放入烘乾爐，使導電漿料凝固。接著，矽片被送入另一個不同的印刷機，在其正面或背面印製更多的線路。所有印刷步驟完成後，將矽片放入高溫爐裡燒結。
矽片正面和背面的印刷
每塊太陽能電池的正面和背面都有通過絲網印刷澱積的導線(圖3)它們的功能是不同的。正面的線路比背面的更細；有些製造商會先印刷背面的導電線，然後將矽片翻過來再印刷正面的線路，從而最大程度地降低在加工過程中可能產生的損壞。在正面（面向太陽的一面），大多數晶體矽太陽能電池的設計都採用非常精細的電路（“手指線”）把有效區域採集到的光生電子傳遞到更大的採集導線——“母線”上，接著再傳遞到元件的電路系統中。正面的手指線要比背面的線路細得多（窄到80μm）。正因為如此，正面的印刷步驟需要更高的精度和準確性。
圖3:後矽片正面會有大小不同的導線，用來從有效區域採集電能。.
矽片的背面和正面的印刷要求是不同的，技術上也不那麼嚴格。背面印刷的第一步工序是澱積一層以鋁為基礎的導電材料，而不是非常細的導電柵。同時，能夠將沒有捕捉到的光反射回電池上。這一層也能“鈍化”太陽能電池，封閉多餘分子路徑，避免流動電子被這些空隙所捕捉。背面印刷的第二步是製造母線，和外部電路系統相連接(圖4) 。
圖4:面的母線通過焊接可以實現和外部的連接。
新一代絲網印刷的應用
如今晶體矽太陽能電池的平均轉化效率是15%，業界的發展目標是將轉化效率提高到20%以上，絲網印刷設備能夠提供多種方法説明實現這一目標。實現更高的轉化效率可以從以下兩個方面入手：電池工藝（創造出能夠將光能轉化為電能的有效區域）和金屬鍍膜（形成導電金屬線）。
雙重印刷
電池正面導電線路的一個負面效應是陰影：導線阻擋了少量陽光，使其無法進入電池的有效區域，從而降低了轉化效率(圖5)。為了將這種陰影效應降到最低，導線必須盡可能做到最窄。然而，為了保持足夠的導電性，線條的高度必須增加，這樣才能保持同樣的橫截面積。實現更細，更高導線橫截面的解決方案就是將多條導線重疊印刷。這就意味著絲網印刷機必須能夠高準確度、高重複性地印刷非常細小的線條——當前的標準線條小到80μm——相當於人類一根頭髮絲的平均厚度。
圖5:導線阻擋光線，使其無法到達電池有效區域。
現在大多數導線燒結後的尺寸是110-120μm寬，12-15μm高。這樣尺寸的線條由於陰影效應帶來的轉化效率損失大約為1.29%。要減少這一損耗，導線寬度必須降低；同時，需要增加導線橫截面的高度，以此優化導電性能。(圖6)。導線橫截面尺寸從110μm寬/12μm高轉變為80μm寬/30μm高之後，潛在的轉化效率絕對增益為0.5%。
圖6:降低線條寬度減少了有效區域的陰影，從而提高潛在轉化效率
應用材料公司Baccini的方法是用兩台不同的印刷機將兩種材料進行重疊印刷。這一最新的工藝在實際生產環境下實現了80μm寬、平均30μm高的導線橫截面尺寸。這種方法減少了大約20%的陰影損失，相應的也降低了電阻係數。通過在現有生產線上增加一台額外的絲網印刷機和烘乾爐，就能非常方便地以一種具有成本效益的方式實現多次印刷工藝。
導線雙重印刷（和其它的先進印刷應用）最關鍵的一點在於對準精度，因為第二層印刷物必須非常精准地置於第一層之上。應用材料公司Baccini的最新研發成果使第二層印刷物的對齊精度達到+/‐15μm。這一技術採用了新型的高解析度照相機和新的軟體演算法，具有自動調整程式，並可以在印刷初始階段進行額外控制。此外，漿料配方和絲網設計必須經過仔細的共同優化，從而最大限度地實現絲網印刷的硬體和工藝效能。
選擇性發射極
另外一個新興的應用是選擇性發射極技術——在絲網印刷的金屬線下精確地製造一個重度摻雜的n+區域，以便進一步降低接觸電阻，從而實現轉化效率的提高。(圖7)
圖7:選擇性發射極是一個直接位於金屬線下的重度摻雜區域
製作這些發射極區域有好幾種技術。每一種都要求高精度和高重複性的多重印刷步驟。此外，發射極區域必須略寬于上方的金屬線：對於100μm寬的金屬線來說，最優化的發射極區域寬度為150μm左右。很關鍵的一點是後續的金屬線必須非常精確地直接放置在發射極區域之上，否則，就會失去它的效率優勢。應用材料公司Baccini的絲網印刷技術在成熟度、對準精度、低成本和高速度方面都具有優勢，是實現這種電池工藝的理想選擇。
絲網印刷的生產力
隨著太陽能光伏產業的生產規模越來越大、工藝步驟越來越多（以獲取更高效率），很多問題——包括高產量和處理更薄矽片的能力等——變得越來越重要。
目前，晶體矽太陽能電池工廠的產量約為1500矽片/小時（每條生產線），業界的目標是在不久的將來實現至少3000矽片/小時。這需要使用非常先進的機械自動化技術以最小的破片率高速處理矽片。
這就意味在絲網印刷工藝中如絲網放置，漿料塗布和刮刀移動都需要以更快的速度進行，同時，線條的寬度和對齊方式必須保持原有精度甚至更加精確。
矽片越來越薄（因此更加易碎）的趨勢推動了“軟”處理技術的發展，以此保持低破片率和高良率。應用材料公司Baccini以其高速軟處理技術和最低破片率成為享譽業界的領導者。擁有數十年經驗的工程師團隊正致力於開發多項技術創新， 從而保持Baccini絲網印刷設備在超薄矽片處理領域的領導地位。
結論
晶體矽太陽能電池絲網印刷是一項用於積澱金屬線和其它應用的技術，它具有成本效益並且可以進行擴展。最新的絲網印刷系統具有高度自動化，極高的產量和處理超薄矽片的能力。應用材料公司先進的Baccini絲網印刷機以其出色的對準精度和精細導線生產能力説明業界實現新興的多重印刷應用，如雙重印刷和選擇性發射極技術，從而提高電池效率並降低太陽能電力的每瓦成本。
生產晶體矽太陽能電池最關鍵的步驟之一是在矽片的正面和背面製造非常精細的電路，將光生電子匯出電池。這個金屬鍍膜製程通常由絲網印刷技術來完成——將含有金屬的導電漿料透過絲網網孔壓印在矽片上形成電路或電極。典型的晶體矽太陽能電池從頭到尾整個製程中需要進行多次絲網印刷步驟。通常，有兩種不同的製程分別用於電池正面(接觸線和母線)和背面（電極/鈍化和母線）的絲網印刷。(表1)
表1：晶體矽太陽能電池的製造需要進行多次絲網印刷步驟。應用材料公司Baccini產品可以説明實現綠色框中的步驟。
多年來，太陽能絲網印刷設備在精度和自動化方面有了很大進步，具備了在微米級尺寸上重複進行多次印刷的能力。這一發展開創了全新的先進應用，如雙重印刷和選擇性發射極金屬鍍膜。Baccini公司在20世紀70年代在微電子領域開發了絲網印刷技術，並在20世紀80年代將這一技術擴展到太陽能金屬鍍膜領域。今天，Baccini公司已成為應用材料公司Baccini集團，以多項先進技術引領業界的發展。
基本的太陽能絲網印刷
印刷過程從矽片放置到印刷臺上開始。非常精細的印刷絲網固定在網框上，放置在矽片上方；絲網封閉了某些區域而其它區域保持開放，以便導電漿料能夠通過(圖1)。矽片和絲網的距離要嚴格地控制（稱為印刷間隙）。由於正面需要更加纖細的金屬線，因此用於正面印刷的絲網其網格通常比用於背面印刷的要細小得多。
圖1:印刷絲網上包含打開和閉合的區域，通過打開的區域，導電漿料可以被印刷到矽片上。
把適量的漿料放置於絲網之上，用刮刀塗抹漿料，使其均勻填充于網孔之中。刮刀在移動的過程中把漿料通過絲網網孔擠壓到矽片上(圖2)一過程的溫度，壓力，速度和其他變數都必須嚴格控制。
圖2在絲網一端放置導電漿料，用刮刀在將漿料塗抹於絲網，並從網孔中擠壓到矽片上。
每次印刷步驟後，矽片被放入烘乾爐，使導電漿料凝固。接著，矽片被送入另一個不同的印刷機，在其正面或背面印製更多的線路。所有印刷步驟完成後，將矽片放入高溫爐裡燒結。
矽片正面和背面的印刷
每塊太陽能電池的正面和背面都有通過絲網印刷澱積的導線(圖3)它們的功能是不同的。正面的線路比背面的更細；有些製造商會先印刷背面的導電線，然後將矽片翻過來再印刷正面的線路，從而最大程度地降低在加工過程中可能產生的損壞。在正面（面向太陽的一面），大多數晶體矽太陽能電池的設計都採用非常精細的電路（“手指線”）把有效區域採集到的光生電子傳遞到更大的採集導線——“母線”上，接著再傳遞到元件的電路系統中。正面的手指線要比背面的線路細得多（窄到80μm）。正因為如此，正面的印刷步驟需要更高的精度和準確性。
圖3:後矽片正面會有大小不同的導線，用來從有效區域採集電能。.
矽片的背面和正面的印刷要求是不同的，技術上也不那麼嚴格。背面印刷的第一步工序是澱積一層以鋁為基礎的導電材料，而不是非常細的導電柵。同時，能夠將沒有捕捉到的光反射回電池上。這一層也能“鈍化”太陽能電池，封閉多餘分子路徑，避免流動電子被這些空隙所捕捉。背面印刷的第二步是製造母線，和外部電路系統相連接(圖4) 。
圖4:面的母線通過焊接可以實現和外部的連接。
新一代絲網印刷的應用
如今晶體矽太陽能電池的平均轉化效率是15%，業界的發展目標是將轉化效率提高到20%以上，絲網印刷設備能夠提供多種方法説明實現這一目標。實現更高的轉化效率可以從以下兩個方面入手：電池工藝（創造出能夠將光能轉化為電能的有效區域）和金屬鍍膜（形成導電金屬線）。
雙重印刷
電池正面導電線路的一個負面效應是陰影：導線阻擋了少量陽光，使其無法進入電池的有效區域，從而降低了轉化效率(圖5)。為了將這種陰影效應降到最低，導線必須盡可能做到最窄。然而，為了保持足夠的導電性，線條的高度必須增加，這樣才能保持同樣的橫截面積。實現更細，更高導線橫截面的解決方案就是將多條導線重疊印刷。這就意味著絲網印刷機必須能夠高準確度、高重複性地印刷非常細小的線條——當前的標準線條小到80μm——相當於人類一根頭髮絲的平均厚度。
圖5:導線阻擋光線，使其無法到達電池有效區域。
現在大多數導線燒結後的尺寸是110-120μm寬，12-15μm高。這樣尺寸的線條由於陰影效應帶來的轉化效率損失大約為1.29%。要減少這一損耗，導線寬度必須降低；同時，需要增加導線橫截面的高度，以此優化導電性能。(圖6)。導線橫截面尺寸從110μm寬/12μm高轉變為80μm寬/30μm高之後，潛在的轉化效率絕對增益為0.5%。
圖6:降低線條寬度減少了有效區域的陰影，從而提高潛在轉化效率
應用材料公司Baccini的方法是用兩台不同的印刷機將兩種材料進行重疊印刷。這一最新的工藝在實際生產環境下實現了80μm寬、平均30μm高的導線橫截面尺寸。這種方法減少了大約20%的陰影損失，相應的也降低了電阻係數。通過在現有生產線上增加一台額外的絲網印刷機和烘乾爐，就能非常方便地以一種具有成本效益的方式實現多次印刷工藝。
導線雙重印刷（和其它的先進印刷應用）最關鍵的一點在於對準精度，因為第二層印刷物必須非常精准地置於第一層之上。應用材料公司Baccini的最新研發成果使第二層印刷物的對齊精度達到+/‐15μm。這一技術採用了新型的高解析度照相機和新的軟體演算法，具有自動調整程式，並可以在印刷初始階段進行額外控制。此外，漿料配方和絲網設計必須經過仔細的共同優化，從而最大限度地實現絲網印刷的硬體和工藝效能。
選擇性發射極
另外一個新興的應用是選擇性發射極技術——在絲網印刷的金屬線下精確地製造一個重度摻雜的n+區域，以便進一步降低接觸電阻，從而實現轉化效率的提高。(圖7)
圖7:選擇性發射極是一個直接位於金屬線下的重度摻雜區域
製作這些發射極區域有好幾種技術。每一種都要求高精度和高重複性的多重印刷步驟。此外，發射極區域必須略寬于上方的金屬線：對於100μm寬的金屬線來說，最優化的發射極區域寬度為150μm左右。很關鍵的一點是後續的金屬線必須非常精確地直接放置在發射極區域之上，否則，就會失去它的效率優勢。應用材料公司Baccini的絲網印刷技術在成熟度、對準精度、低成本和高速度方面都具有優勢，是實現這種電池工藝的理想選擇。
絲網印刷的生產力
隨著太陽能光伏產業的生產規模越來越大、工藝步驟越來越多（以獲取更高效率），很多問題——包括高產量和處理更薄矽片的能力等——變得越來越重要。
目前，晶體矽太陽能電池工廠的產量約為1500矽片/小時（每條生產線），業界的目標是在不久的將來實現至少3000矽片/小時。這需要使用非常先進的機械自動化技術以最小的破片率高速處理矽片。
這就意味在絲網印刷工藝中如絲網放置，漿料塗布和刮刀移動都需要以更快的速度進行，同時，線條的寬度和對齊方式必須保持原有精度甚至更加精確。
矽片越來越薄（因此更加易碎）的趨勢推動了“軟”處理技術的發展，以此保持低破片率和高良率。應用材料公司Baccini以其高速軟處理技術和最低破片率成為享譽業界的領導者。擁有數十年經驗的工程師團隊正致力於開發多項技術創新， 從而保持Baccini絲網印刷設備在超薄矽片處理領域的領導地位。
結論
晶體矽太陽能電池絲網印刷是一項用於積澱金屬線和其它應用的技術，它具有成本效益並且可以進行擴展。最新的絲網印刷系統具有高度自動化，極高的產量和處理超薄矽片的能力。應用材料公司先進的Baccini絲網印刷機以其出色的對準精度和精細導線生產能力説明業界實現新興的多重印刷應用，如雙重印刷和選擇性發射極技術，從而提高電池效率並降低太陽能電力的每瓦成本。
