喷墨打印制备光伏电池超细栅电极的传送机构及制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种喷墨打印制备光伏电池超细栅电极的传送机构及制备方法，所述传送机构包括支撑板，装在支撑板上的由带轮驱动传动的传送带，以及装设在传送带上用于传送硅片的硅片传送座，在支撑板两侧设有用于对硅片传送座进行导向的传送座侧导向板；所述硅片传送座内设有加热元件；所述传送带上方设有用于对硅片进行喷墨打印的喷墨打印头。所述硅片制备方法包括上料、输送与升温、在线喷墨打印与保温、输送与在线烘干、取料。本发明实现了硅片的在线加热功能，提高了硅片传送过程的稳定性和精度，适用于喷墨打印制备太阳能电池表面超细栅电极工艺中需要硅片在高精度传送过程中始终处于恒温状态的场合。
【专利说明】喷墨打印制备光伏电池超细栅电极的传送机构及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机构，适用于 在适用于喷墨打印制备太阳能电池表面超细栅电极工艺中需要硅片在高精度传送过程中 始终处于恒温状态的场合，属于电子半导体工艺特别是晶体硅太阳能电池生产专用装备领 域。
【背景技术】
[0002] 太阳能晶体硅电池生产包括材料提纯、电池制造、组件制造等环节，其中的电池制 造又分为薄片切割、清洗制绒、扩散制结、刻蚀、减反射膜制备、表面电极印刷、高温烧结、测 试分选等多个工艺步骤，各工艺专用设备与相应的自动连接系统构成了晶体硅电池生产 线。硅片/电池片传送机构用于完成硅片/电池片在各制造工序之间的传送，是光伏自动 化生产系统中的重要组成部分，随着太阳能光伏向高效率、低成本方向发展，生产过程中要 求尽量人工操作带来的污染及碎片损耗，同时进行精细化管理提高生产效率，减少用工数 量以降低日益增高的人工成本，最终降低太阳能光伏电池的生产成本以提高企业的核心竞 争力，现代的太阳能电池生产线越来越注重产能与高效自动化，功能完善、运动可靠的硅片 /电池片传送机构对于光伏电池的自动化生产具有重要意义。
[0003] 在晶体硅太阳电池工艺环节中，晶体硅电池表面金属化技术用于将电池光电子导 出，是晶体硅电池制造中极为重要的环节，直接影响太阳能电池的转换效率和生产成本。目 前，在晶体硅太阳电池追求高效率、低成本的趋势下，晶体硅电池正电极栅线正朝着超细、 致密、大高宽比方向发展，丝网印刷技术已逐渐显示出它的局限性。随着技术的发展，目前 涌现出了喷墨打印技术等新型栅线制备技术。
[0004] 喷墨打印技术起源于19世纪末期，兴起于20世纪90年代，其基本工作原理是根 据计算机的指令将油性墨水从微细的喷嘴直接喷射到承印物上的指定位置，从而形成预先 设计好的图案。光伏电池制造领域的喷墨打印技术，是通过喷墨头将纳米银墨水导电材料 喷射于硅片表面形成栅线电极，相对于传统的丝网印刷技术而言，喷墨打印技术具有以下 优势： (1) 正栅线宽度可小于40um，远优于丝网印刷的80 um-120um，且通过多层打印将银墨 水印刷到发射极，可以形成比传统丝网印刷技术精细的电极结构和更优越的高宽比； (2) 数字化制版，通过计算机对电池表面电极的形状进行设计，具有方便、省时、省料及 经济的特点； (3) 非接触打印，采用In line印刷新工艺，即电池片传输过程中喷墨头喷出的墨滴以 飞溅方式沉积到电池片表面，打印过程中喷墨头与硅片非接触，可实现硅片在线连续式传 输，无需要担心硅片厚度，适用于超薄电池工艺。
[0005] 鉴于上述优点，喷墨打印技术在商业化高效晶硅电池领域有很大的应用潜力，是 制作电池正表面电极栅线技术的主流发展趋势之一。
【发明内容】
[0006] 针对喷墨打印制备超细栅电极太阳电池对硅片传送的上述特殊要求，本发明旨在 提供一种用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机构，该传送机构通过单独的 加热传送座设计，实现硅片的在线加热功能；通过钢带全支撑结构和侧向精密导向，提高硅 片传送过程的稳定性和精度，适用于喷墨打印制备太阳能电池表面超细栅电极工艺中需要 硅片在高精度传送过程中始终处于恒温状态的场合。
[0007] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是： 一种用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机构，其结构特点是，包括支 撑板，装在支撑板上的由带轮驱动传动的传送带，以及装设在传送带上用于传送硅片的硅 片传送座，在支撑板两侧设有用于对硅片传送座进行导向的传送座侧导向板；所述硅片传 送座内设有加热元件；所述传送带上方设有用于对硅片进行喷墨打印的喷墨打印头。
[0008] 以下为本发明的进一步改进的技术方案： 所述加热元件和硅片之间设有装在硅片传送座上的多孔匀热板，硅片传送座中加热元 件产生的热量通过多孔匀热板后再传递至硅片，热量均匀性高、加热稳定性好。
[0009] 为了实现自动上下料，所述传送带一侧设有上料机械手和下料机械手。
[0010] 优选地，所述加热元件为加热电阻丝。
[0011] 所述支撑板环形布置，所述传送带由多段构成，整体呈环形布置，由此，位于传送 带上的多个硅片传送座在传送带的驱动下作环形运动，配合上料机械手、下料机械手的硅 片自动上下料，实现了硅片传送座的循环利用，硅片传送效率高。
[0012] 所述传送带为钢带，传送钢带下方的支撑板对钢带起支撑作用，可有效防止传送 钢带在运动过程中的抖动，从而避免了硅片传送座在传输过程中的震动，提高了硅片传送 的稳定性。
[0013] 为了实现对每个硅片传送座内温度的独立控制，每个硅片传送座上均装有温度控 制丰吴块。
[0014] 进一步地，本发明还提供了一种利用上述用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池 设备的传送机构进行硅片表面栅线在线喷墨打印的制备方法，其包括如下步骤： 1) 上料步骤，将硅片从硅片盒送至硅片传送座内并固定； 2) 输送与在线升温，载有硅片的硅片传送座在传送带的驱动下运动，同时，硅片在硅片 传送座内被加热元件加热升温，使硅片表面在喷墨打印前升温达到预定的温度； 3) 在线喷墨打印与保温步骤，硅片传送至喷墨打印头下方，多个喷墨头阵列协同工作 喷出墨滴，在娃片传送的过程中完成娃片正表面栅线的多层喷印，同时，娃片传送座的加热 元件继续工作，使硅片在喷墨打印过程中始终维持一恒定温度，喷射到硅片表面的液态墨 滴快速固化； 4) 输送与在线烘干步骤；喷墨打印完成后，硅片传送座在传送带的驱动下继续运动，硅 片传送座上的硅片在硅片传送座加热下继续维持恒温状态，栅线继续烧结固化； 5) 取料步骤；将烧结固化完毕的硅片从硅片传送座上取走。
[0015] 进一步地，步骤1)中上料步骤采用上料机械手完成，步骤5)中取料步骤采用下料 机械手完成。
[0016] 藉由上述结构，本发明公开了一种用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的 传送机构，其结构由传送钢带、钢带支撑板、硅片传送座、加热电阻丝、微型温度控制模块、 多孔匀热板、传送座侧导向板、上料机械手、下料机械手等组成。所述的传送钢带由多段构 成，整体呈环形布置，所述的钢带支撑板位于传送钢带的下方并与传送钢带相接触。所述的 硅片传送座位于传送钢带的上方，数量为多个，其上端固定有硅片，内部设有加热电阻丝和 多孔匀热板，侧面固定有一微型温度控制模块，由此，硅片传送座加热温度单独可控。所述 的传送座侧导向板固定于钢带支撑板并位于硅片传送座的两侧，传送座侧导向板为2块。 本发明的传送机构通过单独的加热传送座设计，实现硅片的在线加热功能；通过钢带全支 撑结构和侧精密导向，提高硅片传送过程的稳定性和精度，适用于喷墨打印制备太阳能电 池表面超细栅电极工艺中需要硅片在高精度传送过程中始终处于恒温状态的场合。
[0017] 本发明通过单独的加热传送座设计，实现硅片的在线加热功能；通过钢带全支撑 结构和侧精密导向，提高硅片传送过程的稳定性和精度。
[0018] 具备单独的加热传送座，加热温度单独可控，可对单个硅片实施在线加热。
[0019] 本发明摒弃传统的硅片直接置于传送钢带的硅片传送方式，采用单独的传送座设 计，每个传送座内均有加热电阻丝，通过微型温度控制模块，能够实现单个硅片的在线加热 功能，确保硅片在传送过程中完成正表面电极喷墨打印工艺时始终处于恒温状态。此外，本 发明采用的单独传送座加热设计，在加热过程中，热量仅集中于硅片，热量扩散小，避免了 在喷墨打印制备太阳能电池正表面超细栅电极过程中，因热量扩散引起喷墨打印头喷嘴小 孔中墨水干燥固化，导致堵孔故障的情况发生。
[0020] 通过侧精密导向，提高了硅片传送座的直线运动精度，从而提高硅片的传送直线 度；硅片传送座移动时，硅片传送座在两侧的精密侧导向板内运动，通过精密侧导向，提高 了硅片的传送直线度，从而保证了喷墨打印制备太阳电池表面栅线的质量。
[0021] 本发明的喷墨打印In line印刷新工艺对娃片传送提出了新的功能要求，具体表 现在： (1)银墨水的在线加热烘干与固化 喷墨打印制备超细栅太阳电池过程中，银墨水是以墨滴的形式飞溅到硅片表面，每次 喷墨量很小(仅10皮升左右）每次喷墨形成的堆高不足1微米，而细栅高度通常为数十微 米，要实现晶体硅太阳能电池正面辅栅线制备高度要求，需要多喷头协同数十次的重复喷 印才能完成堆高。喷印过程墨水以液态墨滴的形式从喷头喷射到硅片，若银墨水不能快速 干燥，在虹吸效应的作用下，银墨水会快速地沿着硅片表面的绒面结构向四周流动，不能形 成规则的栅线形状，也无法形成栅线的多层堆高要求。为保证栅线电极宽度精细化和实现 多层堆高喷墨打印，必须对硅片实现在线均匀加热，使每次喷射到硅片上的墨滴快速固化。
[0022] 喷墨打印制备太阳能电池表面超细栅电极工艺中，硅片的加热过程要求严格，一 方面需要保证加热均匀性，使硅片在喷墨打印过程中始终处于恒温状态。另一方面，要求加 热集中，热量扩散小，因为如果过多热量传递至喷墨头，会使喷墨头喷嘴小孔中的墨水干燥 固化引起堵孔故障，故应尽量热量辐射对喷墨头工作造成影响，这对热场设计提出了很高 的要求。
[0023] (2)高精度高稳定性传送 喷墨打印制备太阳能电池表面栅线的宽度为数十微米，喷印过程中，喷墨头与硅片相 对运动过程中完成多层栅线的喷印，这对硅片输送过程的传输精度提出了严格的要求，为 实现商质量的超细棚喷墨打印，须提商娃片传送过程的稳定性和精度。
[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： (1)单独的加热传送座设计，具备硅片在线加热功能，且加热集中，热量扩散对外界的 影响小。
[0025] 本发明的传送机构在固定硅片的硅片传送座内均有加热元件，通过微型温度控制 模块能够实现硅片的独立，在线加热功能，在加热电阻丝与硅片之间还设有多孔匀热板，热 场均匀度高、加热稳定性好，确保硅片需在传送过程中完成喷墨打印，激光转印等表面金属 化工艺时，始终处于恒温状态。
[0026] 此外，本发明采用单独的传送座加热设计，硅片加热集中，热量扩散小，避免了在 喷墨打印等硅片表面金属化过程中，因热量扩散引起喷墨打印头喷嘴小孔中墨水干燥固 化，导致堵孔故障的情况发生。
[0027] (2)传送带全支撑结构，传送稳定性高； 本发明公具有在线加热功能的硅片高精度传送机构的传送带下设计有支撑板结构，可 有效防止传送座在传输过程中的抖动，提高娃片传送的稳定性。
[0028] (3)采用侧导向结构，传送过程直线度高； 传送座的两侧设有精密侧向导轨，移动过程中，传送座在两侧精密导轨内运动，直线运 动精度高，提高了硅片需在传送过程中完成喷墨打印表面金属化工艺时的直线运动精度。
[0029]
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1为发明一种实施例的结构示意图。
[0031] 图2是图1的局部放大俯视图； 图3为本发明一种实施例的流片示意图。
[0032] 在图中： 1-传送钢带；2-钢带支撑板；3-硅片传送座；4-传送座侧导向板； 5_加热电阻丝；6-多孔匀热板；7-上料机械手；8-下料机械手； 9-硅片； 10-喷墨打印头；11-第一喷嘴；12-第二喷嘴； 13-第三喷嘴；14-带轮。
【具体实施方式】
[0033] -种用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机构，如图1，2, 3所示， 由传送钢带、钢带支撑板、硅片传送座、加热电阻丝、微型温度控制模块、多孔匀热板、传送 座侧导向板、上料机构手、下料机械手等组成；其中，传送钢带由多段构成，整体呈环形布 置，钢带下方设有支撑板，用于支撑传送钢带，防止传送钢带在运动时的抖动，提高硅片传 送稳定性。硅片传送座位于传送钢带的上方，其数量为多个，硅片传送座上端固定硅片，传 送座内部设置加热电阻丝，侧面安装一个微型温度控制模块。硅片传送加热座通过微型温 度控制模块实现加热温度的单独可控，使硅片在传送过程中具备在线加热功能。在硅片与 加热电阻丝之间还设置一个多孔匀热板，以进一步提升加热均匀性。在喷墨打印和自动上 下料工位的钢带支撑板上固定硅片传送座导向板，传送座导向板为2块，分别位于硅片传 送座的两侧，用于提高硅片传送座运动的直线度。
[0034] 本发明的传送机构的工作流程分为：上料、输送与升温、在线喷墨打印与保温、输 送与在线烘干、取料。
[0035] 1、上料。自动上料机械手从娃片盒抓取娃片，并将娃片固定于娃片传送座。
[0036] 2、输送与升温。载有娃片的娃片传送座在传送钢带的驱动下运动，同时，娃片在传 送座上加热升温，使硅片表面在喷墨打印前升温达到预定的温度。
[0037] 3、在线喷墨打印与保温。硅片传送至喷墨头下方，多个喷墨头阵列协同工作喷出 墨滴，在硅片传送的过程中完成硅片正表面栅线的多层喷印，同时，硅片传送座的加热装置 继续工作，使硅片在喷墨打印过程中始终维持一恒定温度。通过加热，喷射到电池表面的液 态墨滴快速固化，形成规则且满足多层打印堆高要求的栅线。
[0038] 4、输送与在线烘干。喷墨打印完成后，硅片传送座在传送钢带的驱动下继续运动， 硅片传送座上的硅片在传送座加热下继续维持恒温状态，栅线更一步烧结固化。
[0039] 5、取料。自动上料机械手将硅片从硅片传送座取走，完成喷墨打印制备超细栅电 极光伏电池的传片流程。
[0040] 上料通过自动机械手完成，机械手可采用真空吸盘方式，上料时，机械手从硅片盒 吸取硅片，并将硅片放置于硅片传送座上，上料动作在喷墨打印的间歇中完成。
[0041] 输送与升温过程中，带轮转动，载有硅片的传送座在传送钢带的驱动下运动，为避 免硅片在传送过程中的松动移位，硅片放置于硅片传送座上后需要固定，固定方式可根据 情况采用真空吸附、静电吸附、电磁吸附等方式。硅片输送的同时，硅片传送座中的加热器 开始对硅片进行加热升温，加热器采用普通的电阻加热方式，加热器所需要的电流可考虑 采用滑动式接触电极，通过两条平行的钢带传输至硅片传送座的微型温度控制模块中（此 时，传送带轮可考虑采用非金属绝缘材料或进行相应的绝缘处理)。
[0042] 硅片传送至喷墨头下方，多个喷墨头阵列协同工作开始喷出墨滴，在硅片传送的 过程中完成硅片正表面栅线的多层喷印，同时，硅片传送座的加热装置使硅片在喷墨打印 过程中始终维持一恒定温度，使喷射到电池表面的每层液态墨滴快速固化，以形成规则、且 满足多层打印堆高要求的栅线。
[0043] 喷墨打印完成后，硅片传送座在传送钢带的驱动下继续运动，硅片传送座上的硅 片在传送座加热下继续维持恒温状态，栅线更一步烧结固化。
[0044] 取料通过真空吸盘式机械手将硅片从传送座上取走，完成喷墨打印制备超细栅电 极光伏电池的传片流程。
[0045] 上面对本发明的实施方式做了说明，但是本发明并不限于上述实施方式，本领域 的普通技术人员在了解上述方案的内容后还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出种种 变化。
【权利要求】
1. 一种用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机构，其特征在于，包括支 撑板（2)，装在支撑板（2)上的由带轮（14)驱动传动的传送带（1)，以及装设在传送带（1) 上用于传送硅片（14)的多个硅片传送座（3)，在支撑板（2)两侧设有用于对硅片传送座（3) 进行导向的传送座侧导向板（4);所述硅片传送座（3)内设有加热元件（5);所述传送带（1) 上方设有用于对硅片进行喷墨打印的喷墨打印头（10)。
2. 根据权利要求1所述的用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机构， 其特征在于，所述加热元件（5)和硅片（14)之间设有装在硅片传送座（3)上的多孔匀热板 (6)。
3. 根据权利要求1所述的用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机构， 其特征在于，所述传送带（1) 一侧设有上料机械手（7)和下料机械手（8)。
4. 根据权利要求1或2所述的用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机 构，其特征在于，所述加热元件（5)为加热电阻丝。
5. 根据权利要求1或2所述的用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机 构，其特征在于，所述支撑板（2 )环形布置，所述传送带（1)由多段构成，整体呈环形布置。
6. 根据权利要求1或2所述的用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机 构，其特征在于，所述传送带（1)为钢带。
7. 根据权利要求1或2所述的用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传送机 构，其特征在于，每个硅片传送座（3 )上均装有温度控制模块。
8. -种利用权利要求1-7之一所述用于喷墨打印制备超细栅电极光伏电池设备的传 送机构进行硅片表面栅线在线喷墨打印的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 上料步骤，将硅片从硅片盒送至硅片传送座内并固定； 2) 输送与在线升温，载有硅片的硅片传送座在传送带的驱动下运动，同时，硅片在硅片 传送座内被加热元件加热升温，使硅片表面在喷墨打印前升温达到预定的温度； 3) 在线喷墨打印与保温步骤，硅片传送至喷墨打印头下方，多个喷墨头阵列协同工作 喷出墨滴，在娃片传送的过程中完成娃片正表面栅线的多层喷印，同时，娃片传送座的加热 元件继续工作，使硅片在喷墨打印过程中始终维持一恒定温度，喷射到硅片表面的液态墨 滴快速固化； 4) 输送与在线烘干步骤；喷墨打印完成后，硅片传送座在传送带的驱动下继续运动，硅 片传送座上的硅片在硅片传送座加热下继续维持恒温状态，栅线继续烧结固化； 5) 取料步骤；将烧结固化完毕的硅片从硅片传送座上取走。
9. 根据权利要求8所述的硅片表面栅线在线喷墨打印制备方法，其特征在于，步骤1) 中上料步骤采用上料机械手完成，步骤5)中取料步骤采用下料机械手完成。
【文档编号】H01L31/18GK104124306SQ201410330326
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】刘良玉, 陈晖 , 贾京英, 苏卫中, 樊坤, 吕文利 申请人:中国电子科技集团公司第四十八研究所