陳 麗， 賈宇龍， 郭 麗， 楊 進

(山西潞安太陽能科技有限責任公司，山西 長治 046011)

引 言

硅太陽能生產(chǎn)行業(yè)的競爭日趨激烈，隨著光伏市場的不斷擴大以及其需求量的不斷增加，行業(yè)之間的競爭不再僅僅是依賴于產(chǎn)品的產(chǎn)出率與合格率，降低生產(chǎn)成本也成為各光伏企業(yè)在行業(yè)競爭中占有一席之地的必要條件之一。絲網(wǎng)印刷是硅太陽能電池生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)，其原理是將含有金屬的導(dǎo)電漿料透過絲網(wǎng)網(wǎng)孔印刷在硅片正背面，經(jīng)高溫燒結(jié)后形成電路或電極，在硅片的正面和背面制造非常精細的電路，將光生電子導(dǎo)出電池[1]。在絲網(wǎng)印刷的過程中，常會出現(xiàn)一些印刷不良的片子，這些印刷不良的片子會因其表面金屬銀或鋁的殘留，而產(chǎn)生電池片外觀和電性能參數(shù)的異常，導(dǎo)致電池片質(zhì)量降低。酸堿返洗法采用簡易的酸堿清洗裝置，將印刷不良的片子進行二次清洗，用化學(xué)的方法對硅片表面和邊緣的導(dǎo)電金屬進行清除。

絲網(wǎng)返洗片是針對絲網(wǎng)印刷過程中造成的印刷不良硅片，使用IPA(異丙醇)對其正背面漿料進行清洗后的片子。

1 實驗部分

1.1 實驗原理及儀器

實驗原理見式(1)～式(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

本實驗使用的硅片為156.75 mm×156.75 mm的多晶P型硅片；硅太陽能絲網(wǎng)印刷采用ASYS公司生產(chǎn)的絲網(wǎng)印刷設(shè)備；電池電學(xué)性能檢測采用太陽電池片分選機I-V測量儀[2]；電池片的電性能缺陷檢測使用EL檢測儀。

實驗用清洗裝置采用4個容積為112 L的簡易耐酸堿槽體，分別用作堿槽、堿后的水槽、酸槽、酸后的水槽，槽體內(nèi)能同時容納2個50片裝載體；使用的載體為改造后的無卡牙和無衡量的50片裝載體。

1.2 實驗過程

實驗過程分為3部分，第一部分，取30片絲網(wǎng)返洗片，分3組每組10片，用于對鋁在堿溶液中反應(yīng)時間的驗證；第2部分取60片絲網(wǎng)返洗片，分6組每組10片，用于對銀在酸溶液中反應(yīng)時間的驗證；第3部分分2組，實驗組取200片經(jīng)酸堿清洗法后硅片，對比組取200片已鍍膜多晶P型硅片，印刷后對2組電性能參數(shù)及EL情況進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 銀、鋁殘留物與電池片電性能

電池片電性能是否有缺陷，可以通過太陽能電池發(fā)光測試(簡稱EL測試)進行檢測，它是通過對晶體硅太陽能電池外加正向偏置電壓，給電池片通入1 mA～40 mA的電流，片子的缺陷會通過計算機上顯示的底片的曝光程度體現(xiàn)出來[3]。取1片硅太陽能印刷后未過酸堿處理的返洗片，對其進行EL測試,見第108頁圖1。圖1a)為曝光出的該電池片的背面底片，該電池片所呈現(xiàn)的曝光底片上布滿亮點，有些亮點所在的區(qū)域殘留有肉眼看不到的銀或鋁金屬。以銀金屬為例，銀在該區(qū)域的腐蝕能力變強，容易造成銀離子擴散至耗盡層導(dǎo)通PN節(jié)，導(dǎo)致電池片發(fā)生嚴重的漏電[4]，最終影響電池片的短路電流、開路電壓、串聯(lián)電阻等電學(xué)性能。

圖1 EL測試圖像

2.2 酸溶液對硅片殘留銀粉的影響

將殘留銀粉的返洗片載體置于混酸槽中進行反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式如式(5)～式(7)。

(5)

(6)

(7)

HNO3可以將難以去除的Ag反應(yīng)生成AgNO3，而HCl則起到了中和KOH和去除殘留鋁粉的作用。配液過程為：先在槽體中加入30 L去離子水，穿戴好防護用品，在檢修人員的配合下在濕法設(shè)備的原液槽中手動依次接取6 L HNO3和6 L HCl，沿槽壁依次緩慢將酸液倒入槽體中，然后，再添加8 L的水達到50 L的刻度值。由于HNO3和HCl原液的體積分數(shù)分別為65%和30%，因此,配制后得到的酸液體積分數(shù)分別為HNO37.8%和HCl 3.6%。

在一定濃度的硝酸溶液中對銀刻蝕不同時間，其反應(yīng)的程度也不同[5]。將6組裝有絲網(wǎng)返洗片的載體放置在酸槽里，對返洗片在HNO3藥液中的反應(yīng)時間和返洗后的電學(xué)性能進行測試，結(jié)果如圖2a)。觀察圖2a)可以看出，30 min為銀粉在酸溶液中去除的最佳反應(yīng)時間。

3 堿溶液對硅片殘留鋁粉的影響

對于返洗片上殘留的鋁粉，根據(jù)式(4)反應(yīng)原理，需KOH與純水按一定比例配液后清除。配液過程為：先在堿槽中加入40 L去離子水，穿戴好防護用品，在檢修人員的配合下在濕法設(shè)備的原液槽中手動接取6 L KOH，沿槽壁緩慢將堿液倒入槽體中，然后再添加4 L水達到50 L的刻度值，由于KOH原液的體積分數(shù)為48%，所以配制后得到的堿液體積分數(shù)為5.76%。

圖2 置于酸、堿槽時間對片子優(yōu)劣的影響

將裝有返洗片的載體放置在堿槽里，看到馬上會有有氣泡冒出，這是因為Al極易與堿發(fā)生反應(yīng)，生成H2。對3組絲網(wǎng)返洗片在KOH藥液中的反應(yīng)時間和返洗后的電學(xué)性能進行測試。圖2b)中的時間為片子在堿槽中的反應(yīng)時間。圖2b)數(shù)據(jù)可以看出，在堿槽中清洗3 min后拿出水洗后可得測試合格的電性能電池片。

將200片實驗組硅片，按圖3酸堿清洗流程進行清洗，然后，與200片對比組片子一起進行絲網(wǎng)印刷。對實驗組硅片進行EL檢測,EL測試圖像如圖1b)所示。從圖1b)可以看出經(jīng)酸堿清洗法后的片子其EL曝光底片無漏電等缺陷。表1為兩組片子測得的電學(xué)性能參數(shù)。表1顯示，實驗組片子的效率、短路電流、開路電壓等電學(xué)參數(shù)均略低于對比組數(shù)據(jù)。驗證得出，酸堿清洗法避免了片子的EL缺陷，減輕了片子電學(xué)性能的大面積損傷。

圖3 酸堿清洗法

表1 電性能參數(shù)對比表

4 結(jié)語

本文依據(jù)金屬銀、鋁與酸、堿的反應(yīng)原理，確定以合適的溶液濃度及反應(yīng)時間，對硅太陽能印刷的不良片進行酸堿清洗操作。酸堿清洗法提高了硅太陽能電池印刷的返洗質(zhì)量，完善了其返洗流程，達到了硅太陽能電池降低生產(chǎn)成本的目的。