一种双面晶硅太阳能电池印刷系统的制作方法

本发明涉及太阳能电池的加工设备技术领域，尤其涉及一种双面晶硅太阳能电池印刷系统。

背景技术：

在光伏太阳能行业，太阳能电池的制造要经过制绒、扩散、刻蚀、镀膜、丝网印刷以及烧结等工序。其中，丝网印刷工序的目的是在太阳能电池的正面和背面印刷电极浆料，然后经过烧结工序，将印刷在电池上的浆料固化成电池的电极。

现有技术的太阳能电池的印刷步骤一般为背银印刷、烘干、铝背场印刷、烘干和正电极印刷，每个步骤之间是通过皮带传输，由于常规太阳能电池都是单面太阳能电池，正面的电极印刷放在最后一道印刷工序，避免正电极栅线的形貌被破坏，从而避免影响电池的外观和光电转换效率。

但是，对于双面晶硅太阳能电池，正面和背面都要吸收太阳光，为了实现背面吸光，需要在太阳能电池的背面设置多条平行设置的铝栅线，替代现有单面太阳能电池中全铝背场，所以双面晶硅太阳能电池在丝网印刷过程中，电池两面的电极形貌都需要被保护，若采用现有技术的印刷步骤及配套的印刷设备，则在印刷正电极栅线时，太阳能电池的背面直接与皮带接触，皮带传输过程中背面的背银主栅以及铝栅线难免会与皮带之间产生摩擦，若严重甚至会将背银主栅以及铝栅线弄断，损坏的背银主栅以及铝栅线必然会降低光电转换效率；另外，采用皮带输送时，多个印刷机以及烘干机一般是沿直线依次设置，此时，设备所需占用的场地较大，对于场地费用高昂的市场，大场地必然带来高昂的加工成本，并且不便于操作人员操作。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种双面晶硅太阳能电池印刷系统，提高双面晶硅太阳能电池加工的质量。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种双面晶硅太阳能电池印刷系统，其结构紧凑，减小设备的体积，降低生产成本，便于操作人员操作。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种双面晶硅太阳能电池印刷系统，提高生产效率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双面晶硅太阳能电池印刷系统，所述双面晶硅太阳能电池包括从下至上依次层叠连接的背面氮化硅膜、背面氧化铝膜、硅体、发射极、正面氮化硅膜和正银电极，以及设于硅体背面的背银主栅和铝栅线；

所述印刷系统包括印刷台、用于烘干电极浆料的烘干区、设于印刷台上并绕烘干区的周边排布的至少两个印刷区、用于夹持硅片两端并将硅片移送于烘干区和印刷区之间的夹持运输装置；

每个印刷区设置一台用于印刷电极浆料的丝网印刷机，其中一个印刷区内设有用于翻转硅片的翻转装置，完成烘干的硅片需要进行反面印刷时，夹持运输装置将完成烘干的硅片移送至翻转装置，翻转装置将硅片翻转并移送至与其处于同一个印刷区内的丝网印刷机上进行电极印刷。

作为上述方案的改进，所述烘干区位于印刷台的中心位置，所述至少两个印刷区沿烘干区的周向均匀排布。

作为上述方案的改进，所述夹持运输装置为机械臂，所述机械臂的末端设有两个间隔设置的u形夹持部，所述u形夹持部的u形槽水平设置；

丝网印刷机的载物台的上表面设有供u形夹持部的下部伸入的凹槽；或者，所述丝网印刷机的载物台上设有用于升降硅片的升降柱，当升降柱上升时，所述u形夹持部的下部伸入硅片与载物台之间的间隙内；

需要将丝网印刷机上的硅片移送至烘干区时，所述u形夹持部的下部伸入凹槽或者硅片与载物台之间的间隙内，以使硅片置于u形夹持部的u形槽内。

作为上述方案的改进，所述u形夹持部的u形槽内壁设有保护垫。

作为上述方案的改进，所述机械臂设有一个；

或者，每个印刷区对应设置一个机械臂，机械臂用于移送与其对应的印刷区内的硅片。

作为上述方案的改进，所述翻转装置设于丝网印刷机和烘干区之间，其包括两个平行设置的翻转风叶以及用于将翻转后的硅片移送至丝网印刷机的移送机构，所述翻转风叶设有若干翻转卡位槽，所述翻转卡位槽沿翻转风叶的半径方向设置；

工作时，所述翻转风叶将其中一个翻转卡位槽旋转至朝向烘干区的水平方向，所述夹持运输装置将硅片移送至此翻转卡位槽内，翻转风叶带动硅片向上并向丝网印刷机方向旋转至水平后停顿后，所述移送机构将此硅片移送至丝网印刷机的载物台上。

作为上述方案的改进，所述移送机构包括平移驱动组件、设于硅片四个边角下方的顶升柱，工作时，所述顶升柱上升至与硅片接触，所述平移驱动组件驱动顶升柱向丝网印刷机方向平移至载物台的印刷位；

或者，所述移送机构为皮带传送机构，所述皮带传送机构包括两个传送带，两个传送带设于翻转风叶的外侧，当硅片翻转至水平位置时，硅片置于传送带上并通过传送带传送至载物台的印刷位。

作为上述方案的改进，所述翻转卡位槽背向旋转方向的侧面设有旋转脱位板，当硅片翻转至设定位置时，所述旋转脱位板向旋转叶片的旋转方向旋转一定角度。

作为上述方案的改进，所述翻转卡位槽设有4个，相邻翻转卡位槽之间的夹角为90°，所述翻转风叶每旋转90°停顿一次；

或者，所述翻转卡位槽设有6个，相邻翻转卡位槽之间的夹角为60°，所述翻转风叶每旋转60°停顿一次。

作为上述方案的改进，所述印刷区设有三个，分别为第一印刷区、第二印刷区和第三印刷区，所述第一印刷区用于印刷背银主栅，所述第二印刷区用于印刷铝栅线，所述第三印刷区用于印刷正银电极；

或者，所述印刷区设有四个，分别为第一印刷区、第二印刷区、第三印刷区和第四印刷区，所述第一印刷区用于印刷背银主栅，所述第二印刷区用于印刷铝栅线，所述第三印刷区用于印刷正面主栅，所述第四印刷区用于印刷正面附栅。

实施本发明的实施例，具有如下有益效果：

1、本发明所述双面晶硅太阳能电池在电池背面设有多条平行设置的铝栅线，不仅替代现有单面太阳能电池中全铝背电场实现背面吸光的功能还用作背银电极中的副栅结构用于传导电子。制作本发明所述双面晶硅太阳能电池，可节省银浆和铝浆的用量，降低生产成本，而且实现双面吸收光能，显著扩大太阳能电池的应用范围和提高光电转换效率；

2、本发明的印刷系统针对的是双面晶硅太阳能电池电极的印刷，相对现有技术单面太阳能电池的皮带传输，本发明通过夹持运输装置移送硅片，夹持运输装置移送硅片时是夹持硅片的两端，确保印刷双面电池的任一面电极时，另一面电极不会被磨损，提高硅片加工的质量；

3、本发明多个印刷区绕烘干区周围排布，硅片在印刷区内印刷完后通过夹持运输装置移送至烘干区，多个印刷区只需配对一个烘干区即可，相对现有技术皮带传输装置沿线设置多个烘干区，本发明有效节省烘干设备；

4、本发明采用印刷区绕设烘干区的形式，其结构紧凑，不是长条形的结构，更利于场地的布局，另外，操作人员管辖的范围相对较小，便于其操作。

附图说明

图1是本发明双面晶硅太阳能电池的结构示意图；

图2是本发明双面晶硅太阳能电池的又一结构示意图；

图3是本发明印刷系统各部件的分布示意图；

图4是本发明丝网印刷机和翻转装置的部分结构示意图；

图5是本发明u形夹持部的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

现有的单面太阳能电池在电池的背面设有全铝背电场覆盖在硅体的整个背面，全铝背电场的作用是提高了开路电压voc和短路电流jsc，迫使少数载流子远离表面，少数载流子复合率降低，从而整体上提高电池效率。然而，由于全铝背电场不透光，因此，具有全铝背电场的太阳能电池背面无法吸收光能，只能正面吸收光能，电池的综合光电转换效率难以大幅度的提高。

而本发明的印刷系统针对的是双面晶硅太阳电池，参见附图1和附图2所示，所述双面晶硅太阳能电池包括从下至上依次层叠连接的背面氮化硅膜13、背面氧化铝膜14、硅体15、发射极16、正面氮化硅膜17和正银电极18，以及设于硅体15背面的背银主栅11和铝栅线12；所述背面氮化硅膜13和背面氧化铝膜14经过激光开槽后形成30-500个平行设置的激光开槽区19，每个激光开槽区19内设置至少1组激光开槽单元；所述铝栅线12通过激光开槽区19与硅体15相连；所述铝栅线12与背银主栅11垂直连接。其中硅体15为p型硅体15或者n型硅体15，所述发射极16为对应的n型发射极16或者p型发射极16，即本发明的双面太阳能电池可以为n型或者p型。

作为上述技术方案的改进，当每个激光开槽区内设置2组或2组以上激光开槽单元时，各组激光开槽单元平行设置，相邻两组激光开槽单元之间的间距为5-480μm。

本发明对现有的单面太阳能电池进行改进，不再设有全铝背电场，而是将其变成许多的铝栅线12，采用激光开槽技术在背面氮化硅膜13和背面氧化铝膜14上开设激光开槽区19，而铝栅线12印刷在这些平行设置的激光开槽区19上，从而能与硅体15形成局部接触，密集平行排布的铝栅线12不仅能起到提高开路电压voc和短路电流jsc，降低少数载流子复合率，提高电池光电转换效率的作用，可替代现有单面电池结构的全铝背电场，而且铝栅线12并未全面遮盖硅体15的背面，太阳光可从铝栅线12之间投射至硅体15内，从而实现硅体15背面吸收光能，大幅提高电池的光电转换效率。本发明所述双面晶硅太阳能电池在电池背面设有多条平行设置的铝栅线12，不仅替代现有单面太阳能电池中全铝背电场实现背面吸光的功能还用作背银电极中的副栅结构用于传导电子。制作本发明所述双面晶硅太阳能电池，可节省银浆和铝浆的用量，降低生产成本，而且实现双面吸收光能，显著扩大太阳能电池的应用范围和提高光电转换效率。

本发明双面晶硅太阳能电池的制备方法如下（以p型硅为例进行介绍）：

（1）在硅体正面和背面形成绒面。

选用湿法或者干法刻蚀技术，通过制绒设备在硅体表面形成绒面。

（2）在硅体正面进行扩散，形成与硅体相对应的n型发射极。

本发明所述制备方法采用的扩散工艺是将硅体置于热扩散炉中进行扩散，在硅体的上方形成发射极，扩散时应控制控制温度在800℃-900℃范围内，目标方块电阻为90-150欧/□。

扩散过程中会在硅片硅体的正面和背面形成磷硅玻璃层，磷硅玻璃层的形成是由于在扩散过程中，pocl3与o2反应生成p2o5淀积在硅体表面。p2o5与si反应又生成sio2和磷原子，这样就在硅片硅片表面形成一层含有磷元素的sio2，称之为磷硅玻璃。所述磷硅玻璃层可以在扩散时收集硅片硅体中的杂质，可进一步降低太阳能电池的杂质含量。

（3）去除扩散过程形成的磷硅玻璃和周边pn结，并对硅体背面进行抛光（抛光可要可不要）。

本发明将经扩散后的硅体置于体积比为1:5的hf（质量分数≥45%）和hno3（质量分数≥60%）混合溶液酸槽中浸泡15s去除磷硅玻璃和周边pn结。磷硅玻璃层的存在容易导致pecvd的色差及sixny的脱落，而且所述磷硅玻璃层中含有大量的磷以及从硅体中迁移的杂质，因此需要去除磷硅玻璃层。

需要说明的是，对硅片背面进行抛光的步骤视实际情况考虑是否进行。

（4）在硅体背面沉积氧化铝膜和氮化硅膜。

（5）在硅体体正面沉积氮化硅膜。

上述氧化铝膜和氮化硅膜沉积步骤可采用常规的pecvd设备、ald设备或apcvd设备依次在硅体背面和正面上沉积氮化硅膜。需要说明的是，步骤（4）和步骤（5）顺序可颠倒互换。

（6）对硅体背面的氮化硅膜和氧化铝膜上进行激光开槽。经过此步骤后形成硅片，通过对硅片进行印刷烘干形成电极。

采用激光开槽技术在硅片背面的氮化硅膜和氧化铝膜上开槽，开槽深度直至p型硅下表面。优选地，所述激光开槽区的宽度为10-500μm。

（7）背面印刷背银主栅浆料，烘干。

根据背银主栅的图案印刷背银主栅浆料。所述背银主栅的图案为连续直栅；或所述背银主栅呈间隔分段设置；或所述背银主栅呈间隔分段设置，各相邻分段间通过连通线连接。

（8）在激光开槽区上印刷铝浆，使之与背银主栅浆料垂直连接。

（9）在硅片正面印刷正银电极浆料。

（10）对硅片进行高温烧结，形成背银主栅、铝栅线和正银电极。

优选地，铝栅线的宽度为30-550μm；背银主栅的宽度为0.5-5mm；所述铝栅线的根数为30-500条；所述背银主栅的根数为2-8条。

（11）对硅片进行抗lid退火，制得p型perc双面太阳能电池。

参见附图3至附图5，本发明公开了一种双面晶硅太阳能电池印刷系统，包括印刷台2、用于烘干电极浆料的烘干区3、设于印刷台2上并绕烘干区3的周边排布的至少两个印刷区、用于夹持硅片两端并将硅片移送于烘干区3和印刷区之间的夹持运输装置4，夹持运输装置4优选采用机械臂。所述印刷台2可以为圆形、四边形、五边形或者六边形，根据场地等因素选择合适的形状。

每个印刷区设置一台用于印刷电极浆料的丝网印刷机21，其中一个印刷区内设有用于翻转硅片的翻转装置22，完成烘干的硅片需要进行反面印刷时，夹持运输装置4将完成烘干的硅片移送至翻转装置22，翻转装置22将硅片翻转并移送至与其处于同一个印刷区内的丝网印刷机21上进行电极印刷。所述丝网印刷机21采用现有技术已有的印刷机即可，包括载物台210、刮刀组件220，驱动刮刀组件220的驱动机构230，其中驱动机构230驱动刮刀组件220升降以及水平往复移动，此处不做详细介绍。

优选的，所述烘干区3位于印刷台2的中心位置，所述至少两个印刷区沿烘干区3的周向均匀排布。本发明通过合理排布烘干区3和多个印刷台2，提高印刷以及烘干的效率。

作为夹持运输装置4的优选实施方式，所述夹持运输装置4为机械臂，所述机械臂的末端设有两个间隔设置的u形夹持部41，所述u形夹持部41的u形槽水平设置；u形夹持部41用于夹持硅片的两端。所述u形夹持部41的u形槽内壁优选设有保护垫42，通过保护垫42对硅片进行保护。本发明的夹持运输装置4也可以采用其他可以实现输送的装置。

相应的，为了实现u形夹持部41在载物台210上夹持硅片，本发明的丝网印刷机21优选采用以下两种设计方案：

第一种设计方案，丝网印刷机21的载物台210的上表面设有供u形夹持部41的下部伸入的凹槽（附图中未显示）；此时，需要将丝网印刷机21上的硅片移送至烘干区3时，所述u形夹持部41的下部伸入凹槽内，以使硅片置于u形夹持部41的u形槽内，随后，u形夹持部41上升即可取下载物台210上的硅片；

第二种设计方案，所述丝网印刷机21的载物台210上设有用于升降硅片的升降柱211，当升降柱211上升时，所述u形夹持部41的下部伸入硅片与载物台210之间的间隙内；需要将丝网印刷机21上的硅片移送至烘干区3时，所述u形夹持部41的下部伸入硅片与载物台210之间的间隙内，以使硅片置于u形夹持部41的u形槽内，随后，u形夹持部41上升即可取下载物台210上的硅片。

进一步地，两个u形夹持部41相背的面设有防止硅片滑落的安全挡板43，在移送硅片时防止硅片从侧面滑落。

其中，上述机械臂可以选择设有一个；或者，每个印刷区对应设置一个机械臂，机械臂用于移送与其对应的印刷区内的硅片。当选择第二种方式时，机械臂的工作范围相对较小，并且各个之间无需等待时间，可以提高工作效率。

以下对本发明的翻转装置22进行详细描述。

具体的，所述翻转装置22设于丝网印刷机21和烘干区3之间，其包括两个平行设置的翻转风叶221以及用于将翻转后的硅片移送至丝网印刷机21的移送机构222，所述翻转风叶221设有若干翻转卡位槽2210，所述翻转卡位槽2210沿翻转风叶221的半径方向设置，即翻转卡位槽2210将翻转风叶分隔成扇形结构。

工作时，所述翻转风叶221将其中一个翻转卡位槽2210旋转至朝向烘干区3的水平方向，所述夹持运输装置4将硅片移送至此翻转卡位槽2210内，翻转风叶221带动硅片向上并向丝网印刷机21方向旋转至水平后停顿后，所述移送机构222将此硅片移送至丝网印刷机21的载物台210上。

其中，所述移送机构222优选采用以下两种实施方案：

第一种实施方案，所述移送机构222包括平移驱动组件、设于硅片四个边角下方的顶升柱，工作时，所述顶升柱上升至与硅片接触，所述平移驱动组件驱动顶升柱向丝网印刷机21方向平移至载物台210的印刷位；移送至载物台210后，所述顶升柱下降；

第二种实施方案，所述移送机构222为皮带传送机构，所述皮带传送机构包括两个传送带，两个传送带设于翻转风叶221的外侧，当硅片翻转至水平位置时，硅片置于传送带上并通过传送带传送至载物台210的印刷位。采用皮带传送机构时，优选设置升降机构（附图中未显示），通过升降机构驱动皮带传送机构下降，防止皮带影响载物台210上硅片的刷浆。

需要说明的是，不管采用上述哪种方案移送翻转风叶221上的硅片，在硅片的移送过程中难免会与翻转卡位槽2210有一定的摩擦，为了减小摩擦，提高产品质量，本发明在所述翻转卡位槽2210背向旋转方向的侧面设有旋转脱位板，当硅片翻转至设定位置时，所述旋转脱位板向旋转叶片的旋转方向旋转一定角度。此角度一般选择小角度即可，其中旋转脱位板的旋转可以采用电机控制、磁吸式结构或者弹簧结构等，只要能实现当硅片翻转至水平位置后，旋转脱位板向下旋转微小角度即可。

为了提高效率，本发明所述翻转卡位槽2210优选设有4个或者6个。

当所述翻转卡位槽2210设有4个时，相邻翻转卡位槽2210之间的夹角为90°，所述翻转风叶221每旋转90°停顿一次；此时，翻转风叶221每旋转90°上一次料，并同时下一次料；

当所述翻转卡位槽2210设有6个，相邻翻转卡位槽2210之间的夹角为60°，所述翻转风叶221每旋转60°停顿一次；此时，翻转风叶221每旋转60°上一次料，并同时下一次料，效率更高。

其中，本发明的印刷区的个数根据具体工艺优选为以下两种实施方式：

第一种实施方式，所述印刷区设有三个，分别为第一印刷区、第二印刷区和第三印刷区，所述第一印刷区用于印刷背银主栅11，所述第二印刷区用于印刷铝栅线12，所述第三印刷区用于印刷正银电极18；

第二种实施方式，所述印刷区设有四个，分别为第一印刷区、第二印刷区、第三印刷区和第四印刷区，所述第一印刷区用于印刷背银主栅11，所述第二印刷区用于印刷铝栅线12，所述第三印刷区用于印刷正面主栅，所述第四印刷区用于印刷正面附栅。

本发明所述印刷台也可以设置两个印刷区或者更多的5个、6个等，以上两种实施方式只是作为实际工作时的两种优选实施方式。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。