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基于ICOSPVI—6系統(tǒng)的太陽能電池質(zhì)量控制研究
摘要： 自動(dòng)攝像系統(tǒng)ICOS PVI-6能跟蹤太陽能電池在絲網(wǎng)印刷制作正面電極的過程，研究各種印刷質(zhì)量問題造成的電性能變化趨勢(shì)。本試驗(yàn)以156mm×156mm多晶P型硅片為例，啟動(dòng)PVI-6系統(tǒng)，進(jìn)行識(shí)別太陽能電池正面銀電極的斷線條數(shù)，當(dāng)監(jiān)控到斷線的印刷質(zhì)量問題后在生產(chǎn)過程中及時(shí)擦拭網(wǎng)版、調(diào)整印刷參數(shù)，后使用Berger分類檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試試驗(yàn)電池片的電性能，與未使用監(jiān)控系統(tǒng)的情況進(jìn)行比較，電池片的電性能得到了明顯提高。 Abstract： The automatic camera system ICOS PVI-6 can track the screen printing positive electrode production process of solar cell and study the electrical changing trends caused by printing quality problems. Taking 156mm×156mm polycrystalline P-type silicon wafer as an example， this experiment uses PVI-6 system to identify the broken line number of the solar cell silver positive electrode. When disconnection of printing quality problems are found， the screen will be wiped in time and the printing parameters will be adjusted. Then， the electrical property of the testing cell will be tested with Berger classification detection system. Compared with the condition without monitoring system， the electrical property significantly improved. 關(guān)鍵詞： 太陽能電池；絲網(wǎng)印刷；質(zhì)量控制；轉(zhuǎn)換效率 Key words： solar cell；screen printing；quality control；conversion efficiency 中圖分類號(hào)：TM914.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）26-0256-02 0 引言 太陽能電池是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件，利用太陽能電池產(chǎn)生電能被公認(rèn)為是綠色清潔能源。由于得到歐洲多數(shù)政府政策支持，對(duì)太陽能發(fā)電項(xiàng)目加以財(cái)政補(bǔ)貼，近幾年光伏產(chǎn)業(yè)得以爆發(fā)式增長(zhǎng)。但是受08年全球金融危機(jī)影響，各國(guó)政府逐漸降低財(cái)政補(bǔ)貼水平，相比使用煤、水利發(fā)電成本，過高的制造成本也給整個(gè)行業(yè)帶來不利因素。因此，如何降低太陽能電池制造成本，提高生產(chǎn)品質(zhì)，提高良率、轉(zhuǎn)換效率，將是各太陽能電池廠家需要深入研究的課題。 太陽能電池生產(chǎn)中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一是正面銀電極的制作。為提高轉(zhuǎn)換效率，銀電極制作所需的銀漿中固體含量不斷增加，副柵線寬度持續(xù)變窄。與此同時(shí)，由于漿料組成、網(wǎng)版柵線寬度設(shè)計(jì)的改變而使得印刷質(zhì)量問題日益突出。斷線（interruption）、粗點(diǎn)（knot）、虛�。╳eak print）等缺陷問題困擾著工程技術(shù)人員，也增加了太陽能電池的制造成本。如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)生情況，并采取相應(yīng)措施處置這一問題，長(zhǎng)期困擾太陽能電池制造企業(yè)，工程技術(shù)人員曾做過多種嘗試，試圖解決這一難題，一直未取得明顯的進(jìn)展。通過在生產(chǎn)線上引入ICOS PVI-6自動(dòng)攝像系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)借助軟件自動(dòng)監(jiān)控銀電極的外觀情況，同時(shí)跟蹤生產(chǎn)過程中電性能趨勢(shì)，分析外觀與電性能關(guān)系，進(jìn)而采取相應(yīng)措施，能更好地控制太陽能電池的生產(chǎn)品質(zhì)。 1 試驗(yàn) 1.1 擬解決的技術(shù)問題描述 太陽能電池正面銀電極的制作采用絲網(wǎng)印刷的方式進(jìn)行。絲網(wǎng)印刷經(jīng)過一段時(shí)間后，由于堵孔、固化等原因，制得的銀電極會(huì)出現(xiàn)各種缺陷。常見缺陷有斷線：銀漿料不連續(xù)、斷裂；粗點(diǎn)：網(wǎng)版漏漿導(dǎo)致某點(diǎn)銀漿料過多；虛�。恒y漿料周邊毛躁，不平直等。其中，出現(xiàn)最多的缺陷是斷線。 由于缺陷出現(xiàn)的偶然性較大，沒有穩(wěn)定周期性，所以，目前在生產(chǎn)過程中，只是采取人工抽樣檢測(cè)的方法進(jìn)行質(zhì)量控制。這樣做的缺點(diǎn)是：①耗費(fèi)大量人力、物力。②一旦沒有及時(shí)檢測(cè)到問題，會(huì)造成大量太陽能電池片電性能下降，品質(zhì)降低，造成無法挽回的損失。③無法得知缺陷情況與電池電性能的直接關(guān)系，難以確定何時(shí)、采取怎樣措施，保證電池電性能最佳。 在本試驗(yàn)中，在絲網(wǎng)印刷生產(chǎn)線上引入ICOS PVI-6自動(dòng)攝像系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)印刷質(zhì)量狀況，并將缺陷情況通過軟件以圖像形式呈現(xiàn)出來，從而使工程技術(shù)人員可以一目了然的觀測(cè)到當(dāng)前的品質(zhì)情況，進(jìn)而確定其電性能情況，及時(shí)進(jìn)行印刷參數(shù)、設(shè)備的調(diào)整，避免過多的印刷不良造成外觀降級(jí)而造成損失。 1.2 ICOS PVI-6自動(dòng)攝像系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ICOS PVI-6自動(dòng)攝像系統(tǒng)為在線攝像檢測(cè)系統(tǒng)，由攝像系統(tǒng)、軟件分析系統(tǒng)組成。在太陽能電池絲網(wǎng)印刷正面銀電極制作之后，使用該自動(dòng)攝像系統(tǒng)。當(dāng)電池片通過該自動(dòng)攝像系統(tǒng)鏡頭下方傳輸機(jī)構(gòu)時(shí)，通過攝像系統(tǒng)成像，軟件計(jì)算識(shí)別，在計(jì)算機(jī)顯示界面將各種印刷不良根據(jù)用戶預(yù)設(shè)置的判別圖框、顏色來進(jìn)行區(qū)分，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所在，采取相應(yīng)措施處置。 1.3 試驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)際生產(chǎn)過程中，絲網(wǎng)印刷最容易出現(xiàn)和對(duì)電池性能影響最大的缺陷是斷線。在絲網(wǎng)圖形被干漿料、顆粒雜質(zhì)等堵住網(wǎng)孔造成斷線以后，操作員工會(huì)使用無塵布對(duì)網(wǎng)版進(jìn)行擦拭，以去除堵住網(wǎng)孔的顆粒物質(zhì)。但是會(huì)存在部分顆粒在網(wǎng)孔內(nèi)堵的比較嚴(yán)實(shí)，造成即使進(jìn)行擦拭也難以去除的現(xiàn)象，直接導(dǎo)致電極斷線。隨著網(wǎng)版使用壽命的延長(zhǎng)，此類堵孔現(xiàn)象會(huì)越來越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致越來越多斷線無法去除，只能通過更換新網(wǎng)版的方式得以解決。在試驗(yàn)過程中，選取156mm×156mm多晶P型硅片，經(jīng)過表面HF-HNO3系統(tǒng)腐蝕，去除損傷層、表面織構(gòu)化，使用三氯氧磷液態(tài)源擴(kuò)散制作PN結(jié)，濕法刻蝕去除邊緣PN結(jié)，HF去除表面磷硅玻璃，等離子增強(qiáng)氣相化學(xué)沉積（PECVD）法形成減反射層。Baccini絲網(wǎng)印刷機(jī)制作背電極、背電場(chǎng)、正電極。開啟PVI-6系統(tǒng)后，根據(jù)PVI-6系統(tǒng)識(shí)別出的正面銀電極的斷線條數(shù)，再經(jīng)過centrotherm快速燒結(jié)爐完成歐姆接觸，使用Berger分類檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)試試驗(yàn)電池片電性能。 2 試驗(yàn)結(jié)果與討論 2.1 不同斷線數(shù)量與電性能關(guān)系 太陽能電池串聯(lián)電阻組成包括電池基體材料電阻、PN結(jié)薄層電阻、金屬與半導(dǎo)體接觸電阻以及金屬柵線電阻。正面銀電極作為金屬柵線的主要部分，電極的完整性在很大程度上會(huì)影響串聯(lián)電阻的大小。如圖1所示，橫坐標(biāo)為斷線數(shù)量，縱坐標(biāo)為串聯(lián)電阻阻值。隨著正面斷線數(shù)量的增加，串聯(lián)電阻逐漸呈上升趨勢(shì)。正面副柵線還起到搜集電流的作用，然后再把搜集到的電流匯集到正面主柵線提供給負(fù)載。副柵線上如果產(chǎn)生斷線，首先將影響電流的搜集，其次會(huì)造成沒有回路將副柵線搜集到的所有電流匯集到主柵線，電池片的工作電流將大大降低。如圖2所示，橫坐標(biāo)為斷線數(shù)量，縱坐標(biāo)為最佳工作點(diǎn)電流密度Jmpp。隨著斷線數(shù)量增加，最佳工作點(diǎn)電流密度Jmpp逐步下降。由于斷線的出現(xiàn)，會(huì)使串聯(lián)電阻、電流密度受到影響，最終將影響到整塊電池片的光電轉(zhuǎn)換效率。如圖3所示，橫坐標(biāo)為斷線數(shù)量，縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)換效率。隨著斷線數(shù)的增加，電池片的轉(zhuǎn)換效率呈下降趨勢(shì)。 2.2 網(wǎng)版使用壽命、網(wǎng)版擦拭與斷線數(shù)量關(guān)系 圖4為網(wǎng)版的使用壽命、網(wǎng)版擦拭情況與斷線數(shù)量之間的關(guān)系。在圖中的A時(shí)間點(diǎn)更換新網(wǎng)版，隨著時(shí)間增加，網(wǎng)版網(wǎng)孔堵塞現(xiàn)象逐漸嚴(yán)重，斷線數(shù)量不斷增加，在B時(shí)間點(diǎn)斷線數(shù)量增至8條。生產(chǎn)線員工在B時(shí)間點(diǎn)通過擦拭網(wǎng)版的方法，將斷線數(shù)減少到6條。但本次擦拭后，斷線數(shù)很快上升，在C時(shí)間點(diǎn)已經(jīng)達(dá)到了13條。此后，在C-D時(shí)間段，提高擦拭頻率，并且使用干無塵布及沾有松油醇無塵布交替使用的方法，使斷線數(shù)可下降至3條。 2.3 使用PVI-6系統(tǒng)控制印刷質(zhì)量試驗(yàn) 斷線數(shù)量的多少將會(huì)嚴(yán)重影響到轉(zhuǎn)換效率的高低，所以在線使用PVI-6系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)監(jiān)控到斷線的印刷質(zhì)量問題后，及時(shí)擦拭網(wǎng)版、調(diào)整印刷參數(shù)。與未使用監(jiān)控系統(tǒng)的情況進(jìn)行比較，如圖5所示，橫坐標(biāo)為斷線數(shù)，縱坐標(biāo)為斷線數(shù)出現(xiàn)的概率。如圖6所示，空心框表示的是未使用PVI-6系統(tǒng)時(shí)斷線數(shù)出現(xiàn)的概率，實(shí)心框則是使用PVI-6系統(tǒng)后斷線數(shù)出現(xiàn)的概率，其中我們把小于5mm的斷線定義為小斷線（Small interruption），大于5mm的定義為斷線（interruption） （小斷線和斷線的界限可根據(jù)需要重新定義并在軟件中進(jìn)行設(shè)置）�？梢园l(fā)現(xiàn)，斷線數(shù)（包括小斷線和斷線）出現(xiàn)的概率明顯降低。因此，通過啟用PVI-6系統(tǒng)，可以讓生產(chǎn)線操作人員更好的按照提示來控制電池片的品質(zhì)情況，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)改善。 3 結(jié)論 通過本次試驗(yàn)，了解到印刷質(zhì)量問題會(huì)直接影響到太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的高低。借助于PVI-6自動(dòng)攝像檢測(cè)系統(tǒng)，可以在生產(chǎn)過程中更好的、更及時(shí)的來進(jìn)行印刷質(zhì)量的檢測(cè)，從而采取相應(yīng)措施保持太陽能電池品質(zhì)的穩(wěn)定。在目前各電池廠家受到極大成本壓力的環(huán)境下，如何更好的控制自身品質(zhì)，增加外觀良率、降低加工成本，進(jìn)行精細(xì)化生產(chǎn)，是大家都在積極思考的問題。通過采用本試驗(yàn)得到的結(jié)果，可以有效解決這些問題。 參考文獻(xiàn)： [1]趙荒.絲網(wǎng)印刷電極技術(shù)在硅太陽電池制造中的應(yīng)用[J].絲網(wǎng)印刷，1996（2）. [2]吳紅，董群偉.太陽能電池銀漿中玻璃粉的性能研究[J].寧夏工程技術(shù)，2009（2）. [3]馬丁·格林著.李秀文，謝鴻禮等譯.太陽電池工作原理、工藝和系統(tǒng)的應(yīng)用[M].1987.
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