CN112721418A - 丝网印刷无网结网版及其在导电浆料丝网印刷方面的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无网结网版，特别涉及一种丝网印刷无网结网版及其在导电浆料丝网印刷方面的应用，属于晶硅太阳能电池领域。一种丝网印刷无网结网版，所述的网版包括中空框体、固定于中空框体内的中空聚酯板、借助连接组件与中空聚酯板固定且覆盖于中空区域的网纱，所述的网纱的印刷面设有PI膜层，PI膜层上设有多个供导电浆料通过的开口，每个开口的宽度在16μm‑18μm范围内。本发明还提供所述的无网结网版在导电浆料丝网印刷方面的应用，该应用针对如何提高银浆的利用效率，有效减少银浆的无效使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种无网结网版，特别涉及一种丝网印刷无网结网版及其在导电浆料丝网印刷方面的应用，属于晶硅太阳能电池领域。
背景技术
常规硅太阳能电池表面电极是由导电浆料经丝网印刷、干燥、烧结后在硅基板上形成的。刮刀挤压电极浆料，借助刮刀面和网版布的相对运动，使电极浆料呈现出逆向滚动状态，当浆料行至网版未被网膜阻挡的电极图形区时即向下穿透网孔，接触印刷基材(硅片)，随着刮刀继续的往前推移，刮刀后面的网版因张力及离版间距而向上回复，使浆料脱离网版，附着于印刷基材上，达到印刷的目的。烧结完成后，二维电极栅线网格图案与硅片建立连接，从而形成从P-N结到外部载荷的导电插口。
通用的硅太阳能电极浆料包括银浆、铝浆、银铝浆。其中银浆是最主要的非硅成本，约占非硅成本的50％以上。提高银浆的利用效率，减少银浆的浪费一直是太阳能电池制成工艺的追求。
电极栅线在太阳能电池表面起到收集与传输电流的作用。电极栅线的电阻越小，电流越大，电池发电效率会越高。由于栅线的线电阻是由电流通道上的最细处所决定，如果栅线高度和宽度不平整，振幅很大，势必造成银用量的浪费。在同样用银量的情况下，如果栅线比较均匀，可以降低线电阻，使同样用量的银浆发挥出更大的电性能，从而提升电极银浆的使用效率。此外，为了提高太阳能电池的转换效率，应尽量减少电极栅线对太阳光的遮蔽，印刷后的电极栅线要求越窄越好。因此，在同等银用量或成本的前提下，印刷后的电极栅线需要尽量窄且高，且栅线平整，波动小。
以往印刷工艺普遍采用乳胶膜丝网，但是，由于普通乳胶膜丝网张力比较小，在高速印刷过程中在刮刀的强力挤压下，容易产生破网的情况，生产成本高并且由于需要频繁更换丝网导致生产效率下降。而采用聚酰亚胺(PI)膜的丝网具有张力大、回复能力强的特点，很好地克服了破网的问题，大大提升了网版的使用寿命，降低了生产成本。目前在工业中，普遍采用PI膜无网结网版。但是在使用中，采用20μm及以上网版开口的PI膜无网结网版印刷的电极栅线容易产生断线及线形不平整等问题，影响电极银浆的使用效率，同时影响电池的转换效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种丝网印刷无网结网版，采用该丝网印刷无网结网版能促使厚膜导电浆料通过PI膜印刷形成超细并平整栅线，进而提高硅太阳能电池的电性能。
本发明还提供所述的无网结网版在导电浆料丝网印刷方面的应用，该应用针对如何提高银浆的利用效率，有效减少银浆的无效使用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种丝网印刷无网结网版，所述的网版包括中空框体、固定于中空框体内的中空聚酯板、借助连接组件与中空聚酯板固定且覆盖于中空区域的网纱，所述的网纱的印刷面设有PI膜层，PI膜层上设有多个供导电浆料通过的开口，每个开口的宽度在16μm-18μm范围内。
目前，对于如何使用PI膜无网结网版丝网印刷形成超细并平整的栅线，是个必须要解决的问题。按照以往经验，常规情况下需要通过加大网版的开口来解决印刷断线问题，这也从乳胶膜以及有网结网版的使用中得到了印证。而本发明人经过试验验证，意外的发现，在无网结网版上由PI膜形成的供导电浆料通过的开口，其宽度在16μm-18μm范围内时可以使印刷所得栅线更加平整，且尺寸波动小，从而实现了保持相同甚至更高电性能的同时，减少了单片太阳电池的银浆用量，提高了银浆的使用效率；该技术效果打破了传统上业内均认为网版上供导电浆料通过的开口尺寸越大越有利于形成小振幅，高质量的导电栅线的理念。
作为优选，所述开口长度为125-210mm。开口长度一般根据设计要求进行选择。
作为优选，PI膜层的厚度为5-15μm。
作为优选，网纱本体与PI膜层的总厚度为20-35μm。
作为优选，所述的网纱本体为钢丝网，钢丝网的目数为325-520目。
作为优选，所述的网纱本体的线径为11-16μm。
一种含有所述的无网结网版的印刷设备。
一种所述的无网结网版在导电浆料丝网印刷方面的应用。
一种采用所述的无网结网版的导电浆料丝网印刷工艺，该工艺包括如下步骤：
S1、将镀完氮化硅膜的硅片放置在印刷机台面上，将所述的无网结网版放置在硅片上方即机台网版位置，调节网版与硅片之间的距离，使得网版和硅片刚好接触；
S2、安装刮刀到机台，将浆料置于刮刀与网版之间，设置印刷速度为300-500mm/s，印刷压力为30-60N，即可印刷出图形；
S3、印刷好的硅片进行烘干，烧结。
与现有技术相比，本发明的突出的优点在于：节省银浆用量，提高银浆的利用效率。现有技术普遍采用开口22μm-24μm的网版，印刷所得栅线线宽更宽，较宽的栅线会遮挡射入的太阳光，导致光的吸收率降低，而且工业生产中栅线线形波动较大。电池的电性能主要取决于栅线最矮最窄处，故栅线超过最矮处与最窄处的部分对于电性能贡献极其有限。本发明采用开口宽度为16μm-18μm的无网结网版，使印刷所得栅线更加平整，波动小，在保持相同甚至更高电性能的基础上，减少了单片太阳电池的银浆用量，提高了银浆的使用效率。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的丝网印刷无网结网版的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明提供的丝网印刷无网结网版的剖面结构示意图；
图3为图1中A处的局部放大结构示意图；
标号说明：中空框体1、中空聚酯板2、网纱本体3、PI膜层4、开口5；
图4为本发明PI膜无网结网版栅线高度振幅随开口的波动试验中试验1得到的栅线电镜图(600倍)，其中A、B、C、D分别是16μm、18μm、20μm、22μm的开口栅线，左上为栅线高度的俯视图，左下为栅线高度波动图，右为栅线宽度的俯视图；
图5为本发明PI膜无网结网版栅线高度振幅随开口的波动试验中试验2得到的栅线电镜图(600倍)，其中A、B、C、D分别是16μm、18μm、20μm、22μm的开口栅线，左上为栅线高度的俯视图，左下为栅线高度波动图，右为栅线宽度的俯视图；
图6为本发明PI膜无网结网版栅线高度振幅随开口的波动试验中试验3得到的栅线电镜图(600倍)，其中A、B、C分别是14μm、16μm、18μm的开口栅线，左上为栅线高度的俯视图，左下为栅线高度波动图，右为栅线宽度的俯视图；
图7为本发明对比例1、乳胶膜无网结网版栅线高度随开口的波动试验中试验1得到的栅线电镜图(600倍)，其中A、B、C分别是18μm、20μm、26μm的开口栅线，左上为栅线高度的俯视图，左下为栅线高度波动图，右为栅线宽度的俯视图；
图8为本发明对比例1、乳胶膜无网结网版栅线高度随开口的波动试验中试验2得到的栅线电镜图(600倍)，其中A、B、C分别是18μm、20μm、26μm的开口栅线，左上为栅线高度的俯视图，左下为栅线高度波动图，右为栅线宽度的俯视图；
图9为本发明对比例2、乳胶膜有网结网版栅线高度随开口的波动试验得到的栅线电镜图(600倍)，其中A、B、C、D分别是24μm、26μm、28μm、30μm的开口栅线，左上为栅线高度的俯视图，左下为栅线高度波动图，右为栅线宽度的俯视图；
图10为本发明对比例3、PI膜有网结网版栅线高度随开口的波动试验得到的栅线电镜图(600倍)，其中A、B、C、D、E分别是24μm、26μm、28μm、30μm、32μm的开口栅线，左上为栅线高度的俯视图，左下为栅线高度波动图，右为栅线宽度的俯视图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
本发明的核心是提供一种丝网印刷无网结网版，其一种具体实施方式的结构图见图1、图2和图3，称其为具体实施方式一，所述的网版包括中空框体1、固定于中空框体1内的中空聚酯板2、借助连接组件与中空聚酯板2固定且覆盖于中空区域的网纱，所述的网纱的印刷面设有PI膜层4，PI膜层4上设有多个供导电浆料通过的开口5(以下试验验证中简化表述为“无网结网版的开口”)，每个开口的宽度在16μm-18μm范围内。
一般情况下，所述开口长度为125-210mm。PI膜层4的厚度为5-15μm，网纱本体3与PI膜层4的总厚度为20-35μm。所述的网纱本体3为钢丝网，钢丝网的目数为325-520目，线径11-16μm。
在具体实施方式一的基础上，进一步对上述丝网印刷无网结网版的结构进行改进，得到具体实施方式二，本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，每个开口的宽度是16μm。所述开口长度为156mm。PI膜层4的厚度为8μm，网纱本体3与PI膜层4的总厚度为28μm。所述的网纱本体3为钢丝网，钢丝网的目数为430目，线径13μm。
在具体实施方式一的基础上，进一步对上述丝网印刷无网结网版的结构进行改进，得到具体实施方式三，本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，每个开口的宽度是16μm。所述开口长度为200mm。PI膜层4的厚度为10μm，网纱本体3与PI膜层4的总厚度为30μm。所述的网纱本体3为钢丝网，钢丝网的目数为350目，线径15μm。
在具体实施方式一的基础上，进一步对上述丝网印刷无网结网版的结构进行改进，得到具体实施方式四，本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，每个开口的宽度是16μm。所述开口长度为125mm。PI膜层4的厚度为15μm，网纱本体3与PI膜层4的总厚度为35μm。所述的网纱本体3为钢丝网，钢丝网的目数为500目，线径11μm。
在具体实施方式二的基础上，进一步对上述丝网印刷无网结网版的结构进行改进，得到具体实施方式五，本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，每个开口的宽度是18μm。
在具体实施方式二的基础上，进一步对上述丝网印刷无网结网版的结构进行改进，得到具体实施方式六，本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，每个开口的宽度是17μm。
上述具体实施方式中，开口长度、膜厚、总厚度以及丝网目数这些参数根据应用要求可进行调整。
本发明的另一个核心是提供一种用于导电浆料丝网印刷的印刷设备，该印刷设备含有具体实施方式一所述的无网结网版。
本发明的另一个核心是提供一种所述的无网结网版在导电浆料丝网印刷方面的应用。该应用具体通过以下各实施例或试验例进行说明。
应用实施例1
一种采用所述的无网结网版的导电浆料丝网印刷工艺，该工艺步骤如下：
S1、将镀完氮化硅膜的硅片放置在印刷机台面上，将所述的无网结网版放置在硅片上方即机台网版位置，调节网版与硅片之间的距离，使得网版和硅片刚好接触；
S2、安装刮刀到机台，将浆料置于刮刀与网版之间，设置印刷速度为300-500mm/s，印刷压力为30-60N，即可印刷出图形；
S3、印刷好的硅片送入烘干炉烘干，
S4、烘干的硅片翻面，重复S1、S2、S3；
S5、印刷完正反两面的硅片，送入烧结炉烧结。
一、PI膜无网结网版栅线高度振幅随开口的波动试验
为验证效果，发明人进行了不同开口的PI膜无网结网版印刷对比实验，具体如下：
试验1采用一种导电浆料进行丝网印刷，分别检测网版开口为16μm、18μm、20μm、22μm时，印刷所得栅线尺寸及其波动，以及银浆的用量及电池效率；
试验2采用另外一种导电浆料进行丝网印刷，分别检测网版开口为16μm、18μm、20μm、22μm时，印刷所得栅线尺寸及其波动；
试验3采用一种导电浆料进行丝网印刷，分别检测网版开口为14μm、16μm、18μm时，印刷所得栅线尺寸及其波动；
具体工艺是：PI膜无网结网版，430目，13μm线径，8μm膜厚，28μm总厚度；印刷速度400m/s,压力45N。
试验1所得数据见表1。试验1得到的栅线电镜图(600倍)见图4，其中A、B、C、D分别是16μm、18μm、20μm、22μm的开口栅线。图中左上为栅线高度的俯视图，左下为栅线高度波动图，右为栅线宽度的俯视图(下同)。
表1
注：高度振幅＝(最高高度-最低高度)/最低高度，宽度振幅＝(最大宽度-最小宽度)/最小宽度(下同)。
根据表1数据可知，随着PI膜无网结网版开口的降低，栅线的振幅波动在减小，同时，16μm开口下电池片的转换效率提高，湿重(单片电池银用量)降低，达到了提高银浆使用效率并提升电池转换效率的目的。
试验2所得数据见表2。试验2采用不同银浆来验证结果，其它试验条件与试验一相同。试验2得到的栅线电镜图(600倍)见图5。
表2
根据表2数据可知，不同的银浆采用不同开口网版印刷所得栅线的高度振幅与宽度振幅呈现与试验1一样的变化趋势。
试验3所得数据见表3。试验3得到的栅线电镜图(600倍)见图6。
表3
由表3的试验结果可知，选用更小的14μm开口的网版，栅线波动变大，栅线最低高度已接近4μm。在大规模生产应用中，栅线高度有低于4μm的点，产品不良率会大大提高，因此14μm以下开口的无网结网版不具备实际意义。
故将无网结网版的开口设置在16-18μm的尺寸为最优化的选择。
对比例1、乳胶膜无网结网版栅线高度随开口的波动试验
为验证本发明所述结论(网版的开口设置在16-18μm时，印刷所得栅线更加平整且波动小)是否适用于乳胶膜无网结网版，发明人进行了乳胶膜无网结网版栅线高度随开口的波动试验，分别检测网版开口为18μm、20μm、26μm时，所得栅线尺寸及其波动。
试验1采用一种导电浆料进行丝网印刷，分别检测网版开口为18μm、20μm、26μm时，所得栅线尺寸及其波动；
试验2采用另外一种导电浆料进行丝网印刷，分别检测网版开口为18μm、20μm、26μm时，所得栅线尺寸及其波动；
具体工艺是：乳胶膜无网结网版，400目，16μm线径，13μm膜厚，38μm总厚度；印刷速度400m/s,压力60N。
试验1和试验2所得数据分别见表4和表5。试验1和试验2得到的栅线电镜图(600倍)分别见图7和图8。
表4
表5
根据上述试验结果可知，对于乳胶膜无网结网版，其开口越大，振幅越小，栅线质量越高。该结论与PI膜无网结网版下得到的结论相反；该结论与现有技术的已知结论相符。
对比例2、乳胶膜有网结网版栅线高度随开口的波动试验
为验证本发明所述结论(网版的开口设置在16-18μm时，印刷所得栅线更加平整且波动小)是否适用于乳胶膜有网结网版，发明人进行了乳胶膜有网结网版栅线高度随开口的波动试验，分别检测网版开口为24μm、26μm、28μm、30μm时，所得栅线尺寸及其波动。
具体工艺是：乳胶膜有网结网版，430目，13μm线径，8μm膜厚，28μm总厚度；印刷速度400m/s,压力45N。试验结果见表6，得到的栅线电镜图(600倍)见图9。
表6
由于有网结网版过墨性更差，网版开口选择在24μm-30μm之间来设计本对比实验。从表6的测试结果可以看出，网版开口越大，振幅越小，栅线质量越高。该结论与PI膜无网结下得到的结论相反；该结论与现有技术的已知结论相符。
在本实验中，栅线最低线高普遍较低，在大规模生产应用中，乳胶膜有网结网版普遍采用的开口在30μm以上。
对比例3、PI膜有网结网版栅线高度随开口的波动试验
为验证本发明所述结论(网版的开口设置在16-18μm时，印刷所得栅线更加平整且波动小)是否适用于PI膜有网结网版，发明人进行了PI膜有网结网版栅线高度随开口的波动试验，分别检测网版开口为24μm、26μm、28μm、30μm、32μm时，所得栅线尺寸及其波动。
具体工艺是：PI膜有网结网版，430目，13μm线径，8μm膜厚，28μm总厚度；印刷速度400m/s,压力45N。试验结果见表7，得到的栅线电镜图(600倍)见图10。
表7
对于PI膜有网结网版，其开口越大，振幅越小，栅线质量越高。该结论与PI膜无网结下得到的结论相反；该结论与现有技术的已知结论相符。
综上，本发明的PI膜无网结网版的开口在16μm-18μm尺寸范围内变化时，具有降低栅线的振幅，减少银浆用量，提高电池转换效率的优点。同样的，采用该无网结网版的导电浆料丝网印刷工艺，可实现减少银浆用量，提高电池转换效率的有益效果。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上对本发明所提供的一种丝网印刷无网结网版及其在导电浆料丝网印刷方面的应用进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1. 一种丝网印刷无网结网版，所述的网版包括中空框体( 1 )、固定于中空框体( 1 )内的中空聚酯板( 2 )、借助连接组件与中空聚酯板( 2 )固定且覆盖于中空区域的网纱，其特征在于：所述的网纱的印刷面设有PI膜层( 4 )，PI膜层( 4 )上设有多个供导电浆料通过的开口（ 5 ），每个开口的宽度在16μm -18μm范围内。
2.根据权利要求1所述的丝网印刷无网结网版，其特征在于：所述开口长度为125-210mm。
3. 根据权利要求1所述的丝网印刷无网结网版，其特征在于： PI膜层( 4 ) 的厚度为5-15μm。
4. 根据权利要求1所述的丝网印刷无网结网版，其特征在于：网纱本体( 3 )与PI膜层( 4 )的总厚度为20-35μm。
5. 根据权利要求1所述的丝网印刷无网结网版，其特征在于：所述的网纱本体( 3 )为钢丝网，钢丝网的目数为325-520目。
6. 根据权利要求1所述的丝网印刷无网结网版，其特征在于：所述的网纱本体( 3 )的线径为11-16μm。
7.一种含有权利要求1所述的无网结网版的印刷设备。
8.一种权利要求1所述的无网结网版在导电浆料丝网印刷方面的应用。
9.一种采用权利要求1所述的无网结网版的导电浆料丝网印刷工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤：
S1、将镀完氮化硅膜的硅片放置在印刷机台面上，将所述的无网结网版放置在硅片上方即机台网版位置，调节网版与硅片之间的距离，使得网版和硅片刚好接触；
S2、安装刮刀到机台，将浆料置于刮刀与网版之间，设置印刷速度为300-500mm/s，印刷压力为30-60N，即可印刷出图形；
S3、印刷好的硅片进行烘干，烧结。
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