浅谈全自动太阳能丝印设备及工艺

       摘 要：太阳能是取之不尽用之不竭的无污染清洁能源，将逐步取代常规能源成为日常生活的首选能源。太阳能电池片的需求量也会越来越大，这样对相关生产工艺设备的研究及开发非常有意义。全自动太阳能丝印设备是电池片生产工艺中的关键设备，直接影响着电池片的光电转化效率。文章以生产过程中的经验总结为依据，分析了设备影响印刷质量的几个工艺因素。
　　引　言
　　随着煤炭、石油等一次能源频频告急，能源问题已经成为制约国家社会经济发展的瓶颈，因此太阳能光伏发电应运而生。太阳能电池片丝印机是光伏制造生产中的关键设备之一，该设备直接影响着电池片的质量、外观以及光电转化效率，对设备的工艺性有较高的要求。根据市场需求，通过与客户的合作，我公司成功开发了全自动硅片丝印机，成功解决了硅片在丝印过程中图形不均匀、重量难保证、图形不完整等技术难题。现经客户使用，设备运行稳定良好，已批量生产阶段。
　　1　太阳能电池片的工作原理
　　太阳能电池片的工作原理示意图如图1所示，太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流，这就是光电效应太阳能电池的工作原理[1] 。
　　2　丝印设备的目的和工作原理
　　2.1　丝印目的
　　金属浆料通过丝网网孔印在已形成p-n结的硅片上下表面，形成电极图形，经烧结后与硅片形成欧姆接触。
　　2.2　工作原理
　　其印刷的基本原理是：浆料能够透过丝网的部分网孔，经挤压漏印至承印物上；丝网上其余部分的网孔由于堵死，不能透过浆料，在承印物上形成空白区域。这样只有图像的部分能印刷在承印物上。换言之，丝网印刷技术就是一种利用浆料具有渗透性的特点而进行印刷的工艺。
　　全自动太阳能丝印设备采用传感器整形初定位、图像识别系统精确定位的方式，定位准确迅速，生产效率高，操作简单方便。本机采用PLC作为系统的控制中心，并与图像识别系统进行实时通讯。PLC根据图像识别系统采集到的基片和MARK的数据，发出相应运动的操作指令，通过电机驱动器精确控制电机的运动，来实现UVW平台的精确运动定位，从而实现丝网与基片的准确对位。通过PLC相应模块控制电磁阀的通断，从而实现气缸的动作、精确控制气缸输出力、平台真空、整形等相关运动。
　　在实际生产过程中，硅片被高精度高速搬送机构从整形工位搬运到通有负压的丝印台上，与此同时，丝印台上升到与丝网的一定间隙位置上，刮刀板以一定的输出力向下挤压丝网浆料并从丝网有浆料一边向另一边运动，丝网与硅片形成一条接触线，这条接触线随刮刀移动而移动。由于丝网被挤压具有张力N1和N2，对刮刀产生回弹力F2，回弹力使丝网除接触线以外的部分都不与硅片有任何接触。在刮刀刮印的过程中，由于丝网的回弹力作用，丝网与硅片始终保持一种先接触的状态，丝网能及时脱离与硅片的接触，以免把印迹蹭脏。浆料在刮刀板的挤压力F1作用下，通过网孔从运动着的接触线上漏印到硅片上。在印刷过程中，丝网印与刮刀进行相对运动，挤压力F1和回弹力F2也随之同步移动（丝网受力示意图如图2所示）。刮刀板完成单向印刷后，与丝网、硅片同时脱离接触，同时铺浆刀进行铺浆，一个丝印运动循环完成。
　　3　影响太阳能硅片印刷质量的设备主要因素分析
　　太阳能硅片印刷质量直接影响着硅片的光电转化效率。在硅片印刷过程中，硅片的重量、图像的完整性、厚度均匀性都要很好的保证。根据实际生产中对印刷效果的实验和测试，总结出了设备本身对印刷效果影响的几个因素。
　　3.1　丝印台的平面度
　　丝印台部件的示意图如图3所示。丝印台的平面度对印刷质量的影响很大，在印刷过程中，如果丝印台表面不平，会造成基片印刷图形厚薄不均、不完整以及破碎。为了保证丝印台面的平面度，必须保证整个部件中每一个零件的平面度以及丝印台在上下运动过程中重复定位精度，这样整体装配起来的部件的平面度和丝印台与丝网下表面之间的间隙才能够得到保证。因此本设备除了靠加工质量来保证加每一个工件的平面度以外，还专门选用了高精度的滚珠丝杠和直线导轨来保证丝印台在上下运动过程中的平面度和重复定位精度。