太阳能电池丝网印刷工艺研究.docx

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太阳能电池丝网印刷工艺研究

XINYUUNIVERSITY

毕业设计（论文）

（届）

题目太阳能电池丝网印刷工艺研究

二级学院太阳能科学与工程学院

专业新能源科学与工程

班级材料工程班

学号0903010019

学生姓名陈鹏程

指导教师

目录

摘要...............................................................................................................1

Abstract.........................................................................................................1

第一章丝网印刷的发展…………………………………………………………………………………1

1.1丝网印刷的起源。

1

1.2丝网印刷在世界各国的发展。

1

1.3我国现代丝网印刷的发展2

第二章丝网印刷概述4

2.1多晶硅太阳能电池丝网印刷原理4

2.2丝网印刷的特点5

2.3有关丝网的术语7

2.4丝网印刷对丝网性能的要求9

2.5丝网印刷的应用10

第三章硅太阳能电池的生产工序...............................................................31.1硅片检测.............................................................................................31.2表面制绒.............................................................................................41.3扩散制节..............................................................................................4

1.4等离子刻蚀...........................................................................................5

1.5镀减反射膜..........................................................................................5

1.6丝网印刷..............................................................................................5

1.7快速烧结..............................................................................................6

第四章多晶硅太阳能电池丝网印刷的三步骤及各图形的优缺点13

3.1背电极印刷及烘干13

3.2背电场印刷14

3.3正电极印刷14

第五章印刷原理.............................................................................................9

3.1.刮刀....................................................................................................93.2丝网..................................................................................................113.3浆料......................................................................................................143.4设备要求.................................................................................................153.4.1工作台的平面度.................................................................................15

3.4.2工作台重复定位精度..........................................................................153.4.3丝网与工作台的平行度.......................................................................15

第6章多晶硅太阳能电池丝网印刷常出现的问题及处理方法16

6.1一道背电极印刷：

16

6.2二道背场印刷：

16

6.3三道正电极印刷17

6.4烧结18

参考文献............................................................................................................18

结论……………………………………………………………………………………………………………………..

致谢.................................................................................................................19

硅太阳能电池的丝网印刷技术

摘要

 随着全球能源的日趋紧张，太阳能以无污染、市场空间大等独有的优势受到世界各国的广泛重视，国际上众多大公司投入太阳能电池研发和生产行业。

从太阳能获得电力，需通过太阳能电池进行光电变换来实现，硅太阳能电池是一种有效地吸收太阳能辐射并使之转化为电能的半导体电子器件，广泛应用于各种照明及发电系统中。

关键词：

太阳能；太阳能电池；电能

Screenprintingtechnologyofsiliconsolarcell

Abstract

withtheglobalenergyshortage,solarenergywithnopollution,largemarketspaceandotheruniqueadvantageshasbroughtworldwideattention,numerousinternationalbigcompanytoputsolarR&Dandproductionindustry.Fromsolarpower,throughthesolarbatteryphotoelectricconversiontoachieve,siliconsolarbatteryisaneffectiveabsorptionofsolarradiationandtransformingitintoelectricalenergytothesemiconductorelectronicdevices,widelyusedinavarietyoflightingandpowergenerationsystem.

Keywords:

solarenergy;solarcell;power

第1章丝网印刷的发展

1.1丝网印刷的起源。

孔版印刷和活字版印刷一样，被世界公认是我国古代发明之一。

丝网印刷是从镂孔版逐渐发展形成的。

它起源于秦汉时代的夹缬印花工艺，距今已有两千多年的历史了。

据考古工作者发现，东汉时已有相当水平的夹缬蜡染产品了。

这种工艺至隋代大业年间有了一个很大的跃进，就是在印刷底部绷上网（图1-2），从此夹缬印花工艺发展为丝网印花。

到了唐代，宫廷用的衣裙已能用丝印印上精美细致的蜂蝶图案了。

从那时开始丝网印刷技术东渡日本。

到了宋代，丝印发生了再一次的跃进，即在丝印的染料里加入胶粉（淀粉类），调成浆料进行印花。

这样印出的花纹图案更加精美动人，大大改进了原来使用的油性涂料。

这种丝印技术又很快传到欧洲，德国和意大利首先采用了这种印花工艺。

自宋以后，丝印技术虽有发展和改进，但没有突破性的进展。

1.2丝网印刷在世界各国的发展。

唐代文化向东传播到日本、高丽（朝鲜），向西传到了中东和欧洲，同时也把镂孔纸型版工艺技术传到了西方。

18世纪初，英国人塞缪尔西蒙（SamuelSimon）就是从镂孔版技法中得到启示，开始把镂孔纸型版粘到绷有绢网的木框上，使纸型版上能刻出更精细的花纹，并且不致散落。

不久，这个手刻丝网制版的方法传到美国，约翰布旬斯瓦斯（JonhnBrusvaz）设计出丝印多色套印的方法，并用于印刷广告牌。

以后，在商业印刷方面广泛应用起来。

日本画家万石和喜政1917年留美回日，把这种新的印刷方法和丝印版画技带回国，并进行了研究，于是923年取得"聚合帛版法"专利，1924年完成直接感光法制版的研究。

至此，丝网印刷作为一种印刷术已基本形成，因为它不只是纺织行业的产品后加工的一种手段，而是能用自己独立的印刷产品为社会直接服务了。

 丝网印刷从20世纪40年代后半期才开始采用感光材料制版，使精密图像的丝网印刷成为可能，丝网印刷开始应用于印刷线路及厚膜集成电路的制造。

用于感光制版的感光剂最初主要采用重铬酸盐类，50年代末，人们又把乙酸乙烯放在聚乙烯醇水溶液中乳化聚合成乳液，并加入重铬酸盐制成感光乳剂，直接涂丰在丝网上，作为感光膜层，这就是后来得到广泛应用的直接感光制版法。

由于对6价铬公害的规定变得越来越严格，从70年代起丝网制版开始全面使用重氮树脂作为感光剂。

此后，丝网印刷被广泛地应用于印刷线路板及厚膜集成是路的制造中。

丝网印刷成为电子元件制造业中不可缺少的一部分，对印版的精度及稳定性能的要求越来越高。

与此同时，开始了对丝网预涂感光版的研究。

从80年代起，在感光材料方面开发出比重氮树脂更稳定的感光性树脂，使丝网预涂感光版得到了真正的应用。

丝网印刷油墨也逐渐得到了改良，从以往的势固型油墨发展成用光敏固化树脂作为连结料的紫外线固化型油墨。

同时开发出的还有以水溶性连结料为载体的水性油墨，从而取代了以往的需由有机溶剂为载体的溶油墨。

丝网印刷机也从手动式半自动式、全自动式及自动化方向发展。

印刷速度也从半自动式的每小时700张提高到全自动式的每小时1500张左右，并且从平面平台式印刷发展到轮转式圆网印刷,使印刷速度达到了每小时2500~3000张左右。

　　在回顾丝网印刷技术发展的过程中，我们可以看出，丝网印刷与一般印刷技术发展的明显区别在于：

一般印刷技术是以大量传播信息方式为基础发展起来的，而丝网印刷是以谋求某种逼真图像和多种印刷效果为基础发展起来的。

今后丝网印刷技术的发展，应当摆脱过于简单的手工印刷方法，大量使用科学手，不断进行技术改造。

　　丝网印刷的发展，扩大了应用领域，在纹织、陶瓷、溶器、标牌、广告方面都有广泛的应用。

60年代后丝网印刷随着电子时代的到来，进入了现代化阶段，应用领域已进入高科技的范畴——厚膜超集成线路和薄膜超导材料的印刷。

1.3我国现代丝网印刷的发展

近年来随着工业技术的发展，由于各种新型材料不断出现，丝网印刷发展速度很快，丝印已跨入了平印、凸印、凹印的行列，被称为平、凹、凸、丝四大印刷。

丝印在很多工业中已成了不可缺少的一环节，丝印材料和设备已经有了一定的水平。

随着国民经济的发展，丝网印刷技术逐渐被纺织、电子、塑料等工业部门所采用。

尤其是进入80年代以来，与国外广泛开展了技术交流，丝网印刷的设备厂、材料厂不断出现，举办了各种展销会、培训班、技术交流会，大大提高了丝印技术水平，丝印新产品不断出现。

丝网印刷是一种古老的印刷方法。

其印刷的基本原理是：

丝网印版的部分孔能够透过油墨，漏印至承印物上；印版上其余部分的网孔堵死，不能透过油墨，在承印物上形成空白。

传统的制版方法是手工的，现代较普遍使用的是光化学制版法。

这种制版方法，以丝网为支撑体，将丝网绷紧在网框上，然后在网上涂布感光胶，形成感光版膜，再将阳图底版密合在版膜上晒版，经曝光．显影，印版上不需过墨的部分受光形成固化版膜，将网孔封住，印刷时不透墨，印版上需要过墨的部分的网孔不封闭，印刷时油墨透过，在承印物上形成黑迹，如图示1－1所.示。

印刷时在丝网印版的一端倒入油墨，油墨在无外力的作用下不会自行通过网孔漏在承印物上，当用刮墨板以一定的倾斜角度及压力刮动油墨时，油墨通过网版转移到网版下的承印物上，从而实现图像的复制。

孔版印刷与凸版印刷．凹版印刷．来版印刷并称现代四大印刷术，丝网印刷是孔版印刷术中的一种主要印刷方法。

与丝网印刷同属孔版印刷术的印刷方法还有誉写版印刷．打字蜡版印刷．楼空版印刷．喷花印刷。

丝网印刷的别名有许多，如丝漆印刷．丝漏印刷．绢屏印刷．帖纱印刷．筛网印刷等等。

丝网印刷最初用蚕丝为网材，故在国际上早期称丝网印刷为SilkSxreenPrinting（绢网印刷）。

如今国际联贾情报检索目录中，仍沿用这一名称，但在书刊出版物中，自从网材被大量的合成丝网替代后，就改用ScreenPrinting（丝网印刷）了。

平．凹．凸三种印刷方式都是由印版将油墨转移到承凶物上的印刷方式，而丝网印刷则是通过印版图像的网孔，使油墨漏到承印物上的印刷方式。

所以丝网印刷可使用的油墨种类越来越多，承印物也不仅限于纸,类，金属．塑料．木材等都可进行丝网印刷。

誉写版印刷原理与丝网印刷一样，所不同的是誉写版不采用丝网做版。

织物印染则同丝网印刷一样采用丝网做版，图像复制过程也几乎是相同的，只是印染不使用印刷油墨而采用印花浆。

第二节丝网印刷的特点我国应用丝网印刷是广泛的是电子工业．陶瓷贴花工业．纺织印染行业。

近年来，包装装潢．广告．招贴标牌等也大量采用丝网印刷和现在的太阳能电极的印刷

第2章丝网印刷概述

2.1多晶硅太阳能电池丝网印刷原理

丝网印刷是一种古老的印刷方法。

其印刷的基本原理是：

丝网印版的部分孔能够透过油墨，漏印至承印物上；印版上其余部分的网孔堵死，不能透过油墨，在承印物上形成空白。

传统的制版方法是手工的，现代较普遍使用的是光化学制版法。

这种制版方法，以丝网为支撑体，将丝网绷紧在网框上，然后在网上涂布感光胶，形成感光版膜，再将阳图底版密合在版膜上晒版，经曝光．显影，印版上不需过墨的部分受光形成固化版膜，将网孔封住，印刷时不透墨，印版上需要过墨的部分的网孔不封闭，印刷时油墨透过，在承印物上形成黑迹

（ 图1－1）丝网印刷原理示意图 

1－丝网印版2－网框3－刮板4－油墨5－印刷台

6－承印物7－墨迹8－印版与承印物间的间隙

印刷时在丝网印版的一端倒入油墨，油墨在无外力的作用下不会自行通过网孔漏在承印物上，当用刮墨板以一定的倾斜角度及压力刮动油墨时，油墨通过网版转移到网版下的承印物上，从而实现图像的复制。

孔版印刷与凸版印刷．凹版印刷．来版印刷并称现代四大印刷术，丝网印刷是孔版印刷术中的一种主要印刷方法。

与丝网印刷同属孔版印刷术的印刷方法还有誉写版印刷．打字蜡版印刷．楼空版印刷．喷花印刷。

丝网印刷的别名有许多，如丝漆印刷．丝漏印刷．绢屏印刷．帖纱印刷．筛网印刷等等。

丝网印刷最初用蚕丝为网材，故在国际上早期称丝网印刷为SilkScreenPrinting（绢网印刷）。

如今国际联机情报检索目录中，仍沿用这一名称，但在书刊出版物中，自从网材被大量的合成丝网替代后，就改用ScreenPrinting（丝网印刷）了。

平、凹、凸三种印刷方式都是由印版将油墨转移到承凶物上的印刷方式，而丝网印刷则是通过印版图像的网孔，使油墨漏到承印物上的印刷方式。

所以丝网印刷可使用的油墨种类越来越多，承印物也不仅限于纸,类，金属、塑料、木材等都可进行丝网印刷。

誉写版印刷原理与丝网印刷一样，所不同的是誉写版不采用丝网做版。

织物印染则同丝网印刷一样采用丝网做版，图像复制过程也几乎是相同的，只是印染不使用印刷油墨而采用印花浆。

2.2丝网印刷的特点

我国应用丝网印刷是广泛的是电子工业．陶瓷贴花工业．纺织印染行业。

近年来，包装装潢、广告、招贴标牌等也大量采用丝网印刷。

丝网印刷大致有以下特点：

　　1．不受承印物大小和形状的限制。

一般印刷只能在平面上进行，而丝印不仅能在平面上印刷，还能在特殊形状的在型物上及凹凸面上进行印刷，而且还可以印刷各种超大型广告画、垂帘、幕布。

例如，目前一般胶印、凸印等印刷方法的能印刷的面积尺寸最大为全张，超过全张尺寸，就受到机械设备的限制。

而丝网印刷可以进行大面积印刷,大幅面可达3m×4m，甚至更大。

还能在超小型．超高精度的特品上进行印刷，并且可以在曲面或球面上印刷，这种印刷方式有着很大的灵活性和广泛的适用性。

所有有形状的东西都可以用丝印刷进行印刷。

对于那些特殊的异形面也可以进行丝网印刷。

　　2．版面柔软印压小。

丝网印版柔软而富有弹性，印压小，所以不仅能在纸张、纺织品等柔软的承印物上进行印刷，而且能在加压容易损坏的玻璃．陶瓷器皿上进行印刷。

　　3．墨层厚覆盖力强。

凸版和平版印刷品上的油墨厚度只有几微米，凹版印刷也只有效期12～15μm，而丝网印刷的油墨厚度可达30～100μm，因此，油墨的遮盖力特别强，可在全黑的纸上作纯白印刷。

此外，可利用油墨层厚的特点进行诸如电路板及油画的印刷。

用发泡油墨印刷的盲文点字，发泡后墨层厚度可达300μm。

　　丝网印刷的墨层厚，印刷的图文立体感强，是其它印刷方式无可比较拟的。

一般的印刷方法如果用白色遮盖下面的底色，就要在同一部位上反复印第安3～4次，而丝网印刷只要一次即可完成。

由于墨层厚手感好，立体感强，所以应用很广泛。

当然墨层厚度也是可以控制的。

　　丝网印刷的墨层厚度，与其他印刷方法相比如下：

　　　　　　印刷方法　　　　　油墨膜厚（μm） 

　　　　　　　　平版印刷　　　　　　0.7～1.2 

　　　　　　　　凸版印刷　　　　　　1.0 

　　　　　　　　凹版印刷　　　　　　2.8～15 

　　　　　　　　苯胶印刷　　　　　　3.0～5.0 

　　　　　　　　丝网印刷　　　　　　6.0～300 

　　一般条件下丝印的墨层厚度约为什么20um，特殊的厚膜印刷可达1000um,薄的极限为6um。

可见，丝印的墨层不仅厚，且可调范围也广。

　　4．适用各种类型的油墨。

丝网印刷具有可以使用任何一种涂料进行印刷的特点，如油性、水性、合成树脂型、粉体等各种油墨均可使用。

丝印油墨，实际上是各种涂料。

其他印刷要求各种油墨的颜料粒度要细，而丝网印刷只要能够透过丝网网孔细度的油墨和涂料都可使用。

丝网印刷不仅可印单色，还可以套色和加网进行彩色印刷。

　　丝印所用的油墨之广，已超出了通常油墨的定义范围。

实际上有的是浆料、塑料、油漆、胶粘型或固体粉末，因此，有时把丝印油墨统称为"印料"。

　　5．耐光性能强。

由于丝网印刷可印制厚的墨层，可使用各种粘结剂以及各种色料，即使颗粒较粗的颜料了可以使用，因此它可以通过简便的方法把耐光性颜料、荧光颜料放入油墨中，使印刷品的图文永保持光泽不受气温和日光的影响，甚至可在夜间发光。

丝印油墨的调配简便，例如，可把耐光颜料直接放入油墨中调配。

由于丝印产品的耐光性强，可在室外作广告、标牌之用。

　　6．印刷方式灵活多样。

丝网印刷同平、凹、凸印刷一样，可以进行工业化的大规模生产。

同时，它具有平、凹、凸印刷所不可比拟的制版方便、价格便宜，印刷方式多样、灵活，技术易于掌握的特点，所以近几年来发展很快。

它不受企业大小的限制，大工业机械化可以进行生产，乡镇企业、个体手工业也可进行生产。

2.3有关丝网的术语

1.丝网。

丝网是用作丝网印版支持体的编织物。

俗我绢网、绢屏、纱网、筛网等。

　　2.丝网目数。

丝网目数指的是每平方厘米（cm2）丝网所具有的网孔数目。

丝网产品规格中用以表达目数的单位是孔/厘米或线/厘米。

使用英制计量单位的国家和地区，以孔/英寸或线/英寸来表达丝网目数。

目数一般可以说明丝网的丝与丝之间的密疏程度。

目数越高丝网越密，网孔越小。

反之，目数越低丝网越稀疏，网孔越大，如150目/英寸，即1英寸内有150根网丝。

网孔越小，油墨通过性越差，网孔越大，油墨通过性就越好。

在选用丝网时可根据承印的精度要求，选择不同目数的丝网。

　　3.丝网厚度。

丝网厚度指丝网表面与底面之间的距离，一般以毫米（mm）或微米（μm）计量。

厚度应是丝网在无张力状态下静置时的测定值。

厚度由构成丝网的直径决定，丝网过墨量与厚度有关，如图2-1所示。

图2－1　丝网尺寸示意图

4.丝网的开度。

丝网的开度是用来描述丝网孔宽、孔径、网孔大小的重要参数。

丝网的开度对于丝网印刷品图案、文字的精细程度影响很大。

开度实际表示的是网孔的宽度，用网的经纬两线围成的网孔面积的平方根来表示（通常以微米为单位，1微米=1/1000毫米）。

因此，网孔一边长度愈长开度也愈大。

但是，同样的开度，由于织成丝网的材料和操作方法的不同，印刷效果也有好有坏。

　　开度可以下式计算：

O=A1/2（ab）1/2

　　式中：

O—开度（μm）； 

　　A—网孔面积； 

　　a、b—网孔相邻两边的宽度； 

　　L—计量丝网目数的单位长度，采用公制计量单位的为1cm，采用英制计量单位的为1英寸，1英寸=2.54cm； 

　　M—丝网目数； 

　　T—丝网的丝径。

　　5.丝网开口率。

丝网开口率亦称丝网通孔率、有效筛滤面积，网孔面积百分率等，即单位面积的丝网内，网孔面积所占的百分率。

根据图2-1所示，开口率可以下式计算：

开口率=（a×b）／（C×D）×100%=[SX（]a×b[]（a+T）（b+T）[SX）]×100%

　　式中：

a×b—网孔面积； 

　　C×D—丝网面积； 

　　T—丝网的丝径。

　　或开口率= 

　　式中：

O—丝网开度（孔宽）； 

　　M—丝网目数； 

　　L—计量丝网目数的单位长度（厘米或英寸），计算时应换算为公制单位。

　　6.丝网的过墨量。

在实际印刷中，通过丝网的油墨量受丝网的材质、性能、规格，油墨的粘度、颜料及其它成分，承印物的种类，刮板的硬度、压力、速度，以及版与承印物的间隙等多咱条件左右，因此并没有确定的标准。

一般把图2-2所示的那样假设的一个透过体积叫作过墨量。

7.丝网性能术语。

①密度。

亦称丝网密度、织物密度。

即丝网经向及纬向单位长度内的丝（线）根数，沿纬向单位长度内的经丝根数为经丝密度，沿经向单位长度内的纬丝根数为纬丝密度。

当丝网的经向密度等于纬向密度时，丝网密度即等于丝网规格中所表述的目数。

　　②断裂强度。

丝网试样（一般长20cm，宽5cm）在拉伸试验中，抵抗至断裂时的最大力，可以gf（克力）、kgf（千克力）、