一種雙面晶硅太陽能電池印刷系統的制作方法

本發明涉及太陽能電池的加工設備技術領域，尤其涉及一種雙面晶硅太陽能電池印刷系統。

背景技術：

在光伏太陽能行業，太陽能電池的制造要經過制絨、擴散、刻蝕、鍍膜、絲網印刷以及燒結等工序。其中，絲網印刷工序的目的是在太陽能電池的正面和背面印刷電極漿料，然后經過燒結工序，將印刷在電池上的漿料固化成電池的電極。

現有技術的太陽能電池的印刷步驟一般為背銀印刷、烘干、鋁背場印刷、烘干和正電極印刷，每個步驟之間是通過皮帶傳輸，由于常規太陽能電池都是單面太陽能電池，正面的電極印刷放在最后一道印刷工序，避免正電極柵線的形貌被破壞，從而避免影響電池的外觀和光電轉換效率。

但是，對于雙面晶硅太陽能電池，正面和背面都要吸收太陽光，為了實現背面吸光，需要在太陽能電池的背面設置多條平行設置的鋁柵線，替代現有單面太陽能電池中全鋁背場，所以雙面晶硅太陽能電池在絲網印刷過程中，電池兩面的電極形貌都需要被保護，若采用現有技術的印刷步驟及配套的印刷設備，則在印刷正電極柵線時，太陽能電池的背面直接與皮帶接觸，皮帶傳輸過程中背面的背銀主柵以及鋁柵線難免會與皮帶之間產生摩擦，若嚴重甚至會將背銀主柵以及鋁柵線弄斷，損壞的背銀主柵以及鋁柵線必然會降低光電轉換效率；另外，采用皮帶輸送時，多個印刷機以及烘干機一般是沿直線依次設置，此時，設備所需占用的場地較大，對于場地費用高昂的市場，大場地必然帶來高昂的加工成本，并且不便于操作人員操作。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種雙面晶硅太陽能電池印刷系統，提高雙面晶硅太陽能電池加工的質量。

本發明所要解決的技術問題還在于，提供一種雙面晶硅太陽能電池印刷系統，其結構緊湊，減小設備的體積，降低生產成本，便于操作人員操作。

本發明所要解決的技術問題還在于，提供一種雙面晶硅太陽能電池印刷系統，提高生產效率。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種雙面晶硅太陽能電池印刷系統，所述雙面晶硅太陽能電池包括從下至上依次層疊連接的背面氮化硅膜、背面氧化鋁膜、硅體、發射極、正面氮化硅膜和正銀電極，以及設于硅體背面的背銀主柵和鋁柵線；

所述印刷系統包括印刷臺、用于烘干電極漿料的烘干區、設于印刷臺上并繞烘干區的周邊排布的至少兩個印刷區、用于夾持硅片兩端并將硅片移送于烘干區和印刷區之間的夾持運輸裝置；

每個印刷區設置一臺用于印刷電極漿料的絲網印刷機，其中一個印刷區內設有用于翻轉硅片的翻轉裝置，完成烘干的硅片需要進行反面印刷時，夾持運輸裝置將完成烘干的硅片移送至翻轉裝置，翻轉裝置將硅片翻轉并移送至與其處于同一個印刷區內的絲網印刷機上進行電極印刷。

作為上述方案的改進，所述烘干區位于印刷臺的中心位置，所述至少兩個印刷區沿烘干區的周向均勻排布。

作為上述方案的改進，所述夾持運輸裝置為機械臂，所述機械臂的末端設有兩個間隔設置的u形夾持部，所述u形夾持部的u形槽水平設置；

絲網印刷機的載物臺的上表面設有供u形夾持部的下部伸入的凹槽；或者，所述絲網印刷機的載物臺上設有用于升降硅片的升降柱，當升降柱上升時，所述u形夾持部的下部伸入硅片與載物臺之間的間隙內；

需要將絲網印刷機上的硅片移送至烘干區時，所述u形夾持部的下部伸入凹槽或者硅片與載物臺之間的間隙內，以使硅片置于u形夾持部的u形槽內。

作為上述方案的改進，所述u形夾持部的u形槽內壁設有保護墊。

作為上述方案的改進，所述機械臂設有一個；

或者，每個印刷區對應設置一個機械臂，機械臂用于移送與其對應的印刷區內的硅片。

作為上述方案的改進，所述翻轉裝置設于絲網印刷機和烘干區之間，其包括兩個平行設置的翻轉風葉以及用于將翻轉后的硅片移送至絲網印刷機的移送機構，所述翻轉風葉設有若干翻轉卡位槽，所述翻轉卡位槽沿翻轉風葉的半徑方向設置；

工作時，所述翻轉風葉將其中一個翻轉卡位槽旋轉至朝向烘干區的水平方向，所述夾持運輸裝置將硅片移送至此翻轉卡位槽內，翻轉風葉帶動硅片向上并向絲網印刷機方向旋轉至水平后停頓后，所述移送機構將此硅片移送至絲網印刷機的載物臺上。

作為上述方案的改進，所述移送機構包括平移驅動組件、設于硅片四個邊角下方的頂升柱，工作時，所述頂升柱上升至與硅片接觸，所述平移驅動組件驅動頂升柱向絲網印刷機方向平移至載物臺的印刷位；

或者，所述移送機構為皮帶傳送機構，所述皮帶傳送機構包括兩個傳送帶，兩個傳送帶設于翻轉風葉的外側，當硅片翻轉至水平位置時，硅片置于傳送帶上并通過傳送帶傳送至載物臺的印刷位。

作為上述方案的改進，所述翻轉卡位槽背向旋轉方向的側面設有旋轉脫位板，當硅片翻轉至設定位置時，所述旋轉脫位板向旋轉葉片的旋轉方向旋轉一定角度。

作為上述方案的改進，所述翻轉卡位槽設有4個，相鄰翻轉卡位槽之間的夾角為90°，所述翻轉風葉每旋轉90°停頓一次；

或者，所述翻轉卡位槽設有6個，相鄰翻轉卡位槽之間的夾角為60°，所述翻轉風葉每旋轉60°停頓一次。

作為上述方案的改進，所述印刷區設有三個，分別為第一印刷區、第二印刷區和第三印刷區，所述第一印刷區用于印刷背銀主柵，所述第二印刷區用于印刷鋁柵線，所述第三印刷區用于印刷正銀電極；

或者，所述印刷區設有四個，分別為第一印刷區、第二印刷區、第三印刷區和第四印刷區，所述第一印刷區用于印刷背銀主柵，所述第二印刷區用于印刷鋁柵線，所述第三印刷區用于印刷正面主柵，所述第四印刷區用于印刷正面附柵。

實施本發明的實施例，具有如下有益效果：

1、本發明所述雙面晶硅太陽能電池在電池背面設有多條平行設置的鋁柵線，不僅替代現有單面太陽能電池中全鋁背電場實現背面吸光的功能還用作背銀電極中的副柵結構用于傳導電子。制作本發明所述雙面晶硅太陽能電池，可節省銀漿和鋁漿的用量，降低生產成本，而且實現雙面吸收光能，顯著擴大太陽能電池的應用范圍和提高光電轉換效率；

2、本發明的印刷系統針對的是雙面晶硅太陽能電池電極的印刷，相對現有技術單面太陽能電池的皮帶傳輸，本發明通過夾持運輸裝置移送硅片，夾持運輸裝置移送硅片時是夾持硅片的兩端，確保印刷雙面電池的任一面電極時，另一面電極不會被磨損，提高硅片加工的質量；

3、本發明多個印刷區繞烘干區周圍排布，硅片在印刷區內印刷完后通過夾持運輸裝置移送至烘干區，多個印刷區只需配對一個烘干區即可，相對現有技術皮帶傳輸裝置沿線設置多個烘干區，本發明有效節省烘干設備；

4、本發明采用印刷區繞設烘干區的形式，其結構緊湊，不是長條形的結構，更利于場地的布局，另外，操作人員管轄的范圍相對較小，便于其操作。

附圖說明

圖1是本發明雙面晶硅太陽能電池的結構示意圖；

圖2是本發明雙面晶硅太陽能電池的又一結構示意圖；

圖3是本發明印刷系統各部件的分布示意圖；

圖4是本發明絲網印刷機和翻轉裝置的部分結構示意圖；

圖5是本發明u形夾持部的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。僅此聲明，本發明在文中出現或即將出現的上、下、左、右、前、后、內、外等方位用詞，僅以本發明的附圖為基準，其并不是對本發明的具體限定。

現有的單面太陽能電池在電池的背面設有全鋁背電場覆蓋在硅體的整個背面，全鋁背電場的作用是提高了開路電壓voc和短路電流jsc，迫使少數載流子遠離表面，少數載流子復合率降低，從而整體上提高電池效率。然而，由于全鋁背電場不透光，因此，具有全鋁背電場的太陽能電池背面無法吸收光能，只能正面吸收光能，電池的綜合光電轉換效率難以大幅度的提高。

而本發明的印刷系統針對的是雙面晶硅太陽電池，參見附圖1和附圖2所示，所述雙面晶硅太陽能電池包括從下至上依次層疊連接的背面氮化硅膜13、背面氧化鋁膜14、硅體15、發射極16、正面氮化硅膜17和正銀電極18，以及設于硅體15背面的背銀主柵11和鋁柵線12；所述背面氮化硅膜13和背面氧化鋁膜14經過激光開槽后形成30-500個平行設置的激光開槽區19，每個激光開槽區19內設置至少1組激光開槽單元；所述鋁柵線12通過激光開槽區19與硅體15相連；所述鋁柵線12與背銀主柵11垂直連接。其中硅體15為p型硅體15或者n型硅體15，所述發射極16為對應的n型發射極16或者p型發射極16，即本發明的雙面太陽能電池可以為n型或者p型。

作為上述技術方案的改進，當每個激光開槽區內設置2組或2組以上激光開槽單元時，各組激光開槽單元平行設置，相鄰兩組激光開槽單元之間的間距為5-480μm。

本發明對現有的單面太陽能電池進行改進，不再設有全鋁背電場，而是將其變成許多的鋁柵線12，采用激光開槽技術在背面氮化硅膜13和背面氧化鋁膜14上開設激光開槽區19，而鋁柵線12印刷在這些平行設置的激光開槽區19上，從而能與硅體15形成局部接觸，密集平行排布的鋁柵線12不僅能起到提高開路電壓voc和短路電流jsc，降低少數載流子復合率，提高電池光電轉換效率的作用，可替代現有單面電池結構的全鋁背電場，而且鋁柵線12并未全面遮蓋硅體15的背面，太陽光可從鋁柵線12之間投射至硅體15內，從而實現硅體15背面吸收光能，大幅提高電池的光電轉換效率。本發明所述雙面晶硅太陽能電池在電池背面設有多條平行設置的鋁柵線12，不僅替代現有單面太陽能電池中全鋁背電場實現背面吸光的功能還用作背銀電極中的副柵結構用于傳導電子。制作本發明所述雙面晶硅太陽能電池，可節省銀漿和鋁漿的用量，降低生產成本，而且實現雙面吸收光能，顯著擴大太陽能電池的應用范圍和提高光電轉換效率。

本發明雙面晶硅太陽能電池的制備方法如下（以p型硅為例進行介紹）：

（1）在硅體正面和背面形成絨面。

選用濕法或者干法刻蝕技術，通過制絨設備在硅體表面形成絨面。

（2）在硅體正面進行擴散，形成與硅體相對應的n型發射極。

本發明所述制備方法采用的擴散工藝是將硅體置于熱擴散爐中進行擴散，在硅體的上方形成發射極，擴散時應控制控制溫度在800℃-900℃范圍內，目標方塊電阻為90-150歐/□。

擴散過程中會在硅片硅體的正面和背面形成磷硅玻璃層，磷硅玻璃層的形成是由于在擴散過程中，pocl3與o2反應生成p2o5淀積在硅體表面。p2o5與si反應又生成sio2和磷原子，這樣就在硅片硅片表面形成一層含有磷元素的sio2，稱之為磷硅玻璃。所述磷硅玻璃層可以在擴散時收集硅片硅體中的雜質，可進一步降低太陽能電池的雜質含量。

（3）去除擴散過程形成的磷硅玻璃和周邊pn結，并對硅體背面進行拋光（拋光可要可不要）。

本發明將經擴散后的硅體置于體積比為1:5的hf（質量分數≥45%）和hno3（質量分數≥60%）混合溶液酸槽中浸泡15s去除磷硅玻璃和周邊pn結。磷硅玻璃層的存在容易導致pecvd的色差及sixny的脫落，而且所述磷硅玻璃層中含有大量的磷以及從硅體中遷移的雜質，因此需要去除磷硅玻璃層。

需要說明的是，對硅片背面進行拋光的步驟視實際情況考慮是否進行。

（4）在硅體背面沉積氧化鋁膜和氮化硅膜。

（5）在硅體體正面沉積氮化硅膜。

上述氧化鋁膜和氮化硅膜沉積步驟可采用常規的pecvd設備、ald設備或apcvd設備依次在硅體背面和正面上沉積氮化硅膜。需要說明的是，步驟（4）和步驟（5）順序可顛倒互換。

（6）對硅體背面的氮化硅膜和氧化鋁膜上進行激光開槽。經過此步驟后形成硅片，通過對硅片進行印刷烘干形成電極。

采用激光開槽技術在硅片背面的氮化硅膜和氧化鋁膜上開槽，開槽深度直至p型硅下表面。優選地，所述激光開槽區的寬度為10-500μm。

（7）背面印刷背銀主柵漿料，烘干。

根據背銀主柵的圖案印刷背銀主柵漿料。所述背銀主柵的圖案為連續直柵；或所述背銀主柵呈間隔分段設置；或所述背銀主柵呈間隔分段設置，各相鄰分段間通過連通線連接。

（8）在激光開槽區上印刷鋁漿，使之與背銀主柵漿料垂直連接。

（9）在硅片正面印刷正銀電極漿料。

（10）對硅片進行高溫燒結，形成背銀主柵、鋁柵線和正銀電極。

優選地，鋁柵線的寬度為30-550μm；背銀主柵的寬度為0.5-5mm；所述鋁柵線的根數為30-500條；所述背銀主柵的根數為2-8條。

（11）對硅片進行抗lid退火，制得p型perc雙面太陽能電池。

參見附圖3至附圖5，本發明公開了一種雙面晶硅太陽能電池印刷系統，包括印刷臺2、用于烘干電極漿料的烘干區3、設于印刷臺2上并繞烘干區3的周邊排布的至少兩個印刷區、用于夾持硅片兩端并將硅片移送于烘干區3和印刷區之間的夾持運輸裝置4，夾持運輸裝置4優選采用機械臂。所述印刷臺2可以為圓形、四邊形、五邊形或者六邊形，根據場地等因素選擇合適的形狀。

每個印刷區設置一臺用于印刷電極漿料的絲網印刷機21，其中一個印刷區內設有用于翻轉硅片的翻轉裝置22，完成烘干的硅片需要進行反面印刷時，夾持運輸裝置4將完成烘干的硅片移送至翻轉裝置22，翻轉裝置22將硅片翻轉并移送至與其處于同一個印刷區內的絲網印刷機21上進行電極印刷。所述絲網印刷機21采用現有技術已有的印刷機即可，包括載物臺210、刮刀組件220，驅動刮刀組件220的驅動機構230，其中驅動機構230驅動刮刀組件220升降以及水平往復移動，此處不做詳細介紹。

優選的，所述烘干區3位于印刷臺2的中心位置，所述至少兩個印刷區沿烘干區3的周向均勻排布。本發明通過合理排布烘干區3和多個印刷臺2，提高印刷以及烘干的效率。

作為夾持運輸裝置4的優選實施方式，所述夾持運輸裝置4為機械臂，所述機械臂的末端設有兩個間隔設置的u形夾持部41，所述u形夾持部41的u形槽水平設置；u形夾持部41用于夾持硅片的兩端。所述u形夾持部41的u形槽內壁優選設有保護墊42，通過保護墊42對硅片進行保護。本發明的夾持運輸裝置4也可以采用其他可以實現輸送的裝置。

相應的，為了實現u形夾持部41在載物臺210上夾持硅片，本發明的絲網印刷機21優選采用以下兩種設計方案：

第一種設計方案，絲網印刷機21的載物臺210的上表面設有供u形夾持部41的下部伸入的凹槽（附圖中未顯示）；此時，需要將絲網印刷機21上的硅片移送至烘干區3時，所述u形夾持部41的下部伸入凹槽內，以使硅片置于u形夾持部41的u形槽內，隨后，u形夾持部41上升即可取下載物臺210上的硅片；

第二種設計方案，所述絲網印刷機21的載物臺210上設有用于升降硅片的升降柱211，當升降柱211上升時，所述u形夾持部41的下部伸入硅片與載物臺210之間的間隙內；需要將絲網印刷機21上的硅片移送至烘干區3時，所述u形夾持部41的下部伸入硅片與載物臺210之間的間隙內，以使硅片置于u形夾持部41的u形槽內，隨后，u形夾持部41上升即可取下載物臺210上的硅片。

進一步地，兩個u形夾持部41相背的面設有防止硅片滑落的安全擋板43，在移送硅片時防止硅片從側面滑落。

其中，上述機械臂可以選擇設有一個；或者，每個印刷區對應設置一個機械臂，機械臂用于移送與其對應的印刷區內的硅片。當選擇第二種方式時，機械臂的工作范圍相對較小，并且各個之間無需等待時間，可以提高工作效率。

以下對本發明的翻轉裝置22進行詳細描述。

具體的，所述翻轉裝置22設于絲網印刷機21和烘干區3之間，其包括兩個平行設置的翻轉風葉221以及用于將翻轉后的硅片移送至絲網印刷機21的移送機構222，所述翻轉風葉221設有若干翻轉卡位槽2210，所述翻轉卡位槽2210沿翻轉風葉221的半徑方向設置，即翻轉卡位槽2210將翻轉風葉分隔成扇形結構。

工作時，所述翻轉風葉221將其中一個翻轉卡位槽2210旋轉至朝向烘干區3的水平方向，所述夾持運輸裝置4將硅片移送至此翻轉卡位槽2210內，翻轉風葉221帶動硅片向上并向絲網印刷機21方向旋轉至水平后停頓后，所述移送機構222將此硅片移送至絲網印刷機21的載物臺210上。

其中，所述移送機構222優選采用以下兩種實施方案：

第一種實施方案，所述移送機構222包括平移驅動組件、設于硅片四個邊角下方的頂升柱，工作時，所述頂升柱上升至與硅片接觸，所述平移驅動組件驅動頂升柱向絲網印刷機21方向平移至載物臺210的印刷位；移送至載物臺210后，所述頂升柱下降；

第二種實施方案，所述移送機構222為皮帶傳送機構，所述皮帶傳送機構包括兩個傳送帶，兩個傳送帶設于翻轉風葉221的外側，當硅片翻轉至水平位置時，硅片置于傳送帶上并通過傳送帶傳送至載物臺210的印刷位。采用皮帶傳送機構時，優選設置升降機構（附圖中未顯示），通過升降機構驅動皮帶傳送機構下降，防止皮帶影響載物臺210上硅片的刷漿。

需要說明的是，不管采用上述哪種方案移送翻轉風葉221上的硅片，在硅片的移送過程中難免會與翻轉卡位槽2210有一定的摩擦，為了減小摩擦，提高產品質量，本發明在所述翻轉卡位槽2210背向旋轉方向的側面設有旋轉脫位板，當硅片翻轉至設定位置時，所述旋轉脫位板向旋轉葉片的旋轉方向旋轉一定角度。此角度一般選擇小角度即可，其中旋轉脫位板的旋轉可以采用電機控制、磁吸式結構或者彈簧結構等，只要能實現當硅片翻轉至水平位置后，旋轉脫位板向下旋轉微小角度即可。

為了提高效率，本發明所述翻轉卡位槽2210優選設有4個或者6個。

當所述翻轉卡位槽2210設有4個時，相鄰翻轉卡位槽2210之間的夾角為90°，所述翻轉風葉221每旋轉90°停頓一次；此時，翻轉風葉221每旋轉90°上一次料，并同時下一次料；

當所述翻轉卡位槽2210設有6個，相鄰翻轉卡位槽2210之間的夾角為60°，所述翻轉風葉221每旋轉60°停頓一次；此時，翻轉風葉221每旋轉60°上一次料，并同時下一次料，效率更高。

其中，本發明的印刷區的個數根據具體工藝優選為以下兩種實施方式：

第一種實施方式，所述印刷區設有三個，分別為第一印刷區、第二印刷區和第三印刷區，所述第一印刷區用于印刷背銀主柵11，所述第二印刷區用于印刷鋁柵線12，所述第三印刷區用于印刷正銀電極18；

第二種實施方式，所述印刷區設有四個，分別為第一印刷區、第二印刷區、第三印刷區和第四印刷區，所述第一印刷區用于印刷背銀主柵11，所述第二印刷區用于印刷鋁柵線12，所述第三印刷區用于印刷正面主柵，所述第四印刷區用于印刷正面附柵。

本發明所述印刷臺也可以設置兩個印刷區或者更多的5個、6個等，以上兩種實施方式只是作為實際工作時的兩種優選實施方式。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。