丝网印刷装置及双面电池的背面栅线对位方法与流程

本发明涉及晶硅太阳能电池领域，具体涉及一种能够精准印刷多晶硅双面电池、单晶硅双面电池的背面栅线的丝网印刷装置及双面电池的背面栅线对位方法，以精确印刷背面栅线。

背景技术：

常规的化石燃料日益消耗殆尽且对环境造成污染，在所有可再生能源中，太阳能作为一种替代化石烧料的理想清洁能源得到快速发展。光伏发电作为利用太阳能的有效手段在世界范围内得到广泛利用。目前，在所有的太阳能电池中，晶硅太阳能电池是目前光伏发电领域的主流之一，这是由于硅材料在地壳中有着极为丰富的储量，同时有着优异的电学性能和机械性能。在未来光伏技术的发展中，进一步提高晶硅太阳能电池的光电转换效率，降低太阳能电池生产成本，使得太阳能电池能够更广泛的利用，成为了晶硅太阳能电池的研究重点。

在所有晶硅太阳能电池中，多晶硅电池又占大部分比重。虽然单晶硅电池有更高的光电转换效率，但是受制于单晶硅片的制造成本，单晶硅电池的每瓦制造成本高于金刚线切割多晶硅电池，所以如何提升多晶硅太阳能电池的光电转换效率对于降低太阳能电池的制作成本意义更为重大。目前多晶硅电池提效手段主要通过降低表面复合和增加硅片入射光子达成，而增加入射光通常使用降低表面反射率和制成双面受光结构达成。

双面太阳能电池的制备方法大体包括：硅片制绒、扩散形成pn结、蚀刻去除psg和背面抛光、背面沉积钝化膜、正面沉积减反膜、背面激光开槽、背面印刷背面栅线、正面印刷银栅线、高温烧结。其中，背面栅线需要与激光开槽对准，才能与硅片形成良好的欧姆接触。

然而，由于多晶硅存在较多不规则晶界，且金刚线切割后表面反射率较高，在制作双面电池时由于不同晶粒间对比度差异大，导致常规的丝网印刷工序相机无法使用对位点识别进行精确对位。如果利用摄像头寻边功能进行对位，又无法及时判断对位是否精准，生产过程中极易造成由于对位失败产生的低效片，存在较大风险。

有鉴于此，有必要提供一种能够精准印刷背面栅线的丝网印刷装置、双面电池背面栅线对位方法，以解决上述技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够精准印刷背面栅线的丝网印刷装置、可靠稳定的双面电池背面栅线对位方法，可适用于多晶硅太阳能电池和单晶硅太阳能电池背面激光工艺点的精确识别，从而达到双面电池背面栅线精确印刷的目的。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种丝网印刷装置，包括转盘，沿着所述转盘周向依次排布有定位工位和印刷工位；设置于所述转盘上的至少一个印刷台，所述转盘转动时带动所述印刷台转动至定位工位和印刷工位；位于所述定位工位的定位系统，所述定位系统包括红外光源和对位相机，所述印刷台转动至所述对位工位时，所述红外光源、对位相机均位于所述印刷台上方；位于所述印刷工位且与所述定位系统通讯连接的印刷系统。

作为本发明的进一步改进，所述红外光源的光源波长范围为1000nm～1500nm。

作为本发明的进一步改进，所述红外光源距所述印刷台的距离小于30cm。

作为本发明的进一步改进，所述红外光源与所述印刷台的入射角范围为30°～90°。

作为本发明的进一步改进，所述红外光源为环形光源或者条形光源。

作为本发明的进一步改进，所述对位相机可使用普通ccd相机或者红外相机。

作为本发明的进一步改进，所述对位系统包括一对间隔设置的红外光源、不低于所述红外光源设置的若干对位相机，所述对位相机在所述印刷台上的投影位于一对所述红外光源在印刷台上的投影之间。

作为本发明的进一步改进，所述印刷台位于所述定位工位时，所述一对红外光源分别位于该印刷台相对设置的一对边缘上方，而若干所述对位相机均匀分布于所述印刷台正上方。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种双面电池背面栅线对位方法，包括如下步骤：采用红外光源向硅片背面发射红外光，所述硅片背面沉积有钝化膜，且钝化膜上具向外暴露硅片背面的定位图形；采用对位相机捕获红外光在硅片背面的反射光形成图像，从图像上获取定位图形的位置对硅片进行定位。

作为本发明的进一步改进，所述红外光源的光源波长范围为1000nm～1500nm。

作为本发明的进一步改进，所述红外光源距所述硅片的距离小于30cm。

作为本发明的进一步改进，所述红外光源与所述硅片的入射角范围为30°～90°。

作为本发明的进一步改进，所述红外光源于所述硅片的边缘向其发射红外光，而所述对位相机于所述硅片的正上方获取红外光的反射光。

作为本发明的进一步改进，所述定位图形为供背面栅线穿过的开槽和/或对位孔。

本发明的有益效果是：本发明的丝网印刷装置，通过红外光源向硅片背面发射红外光，通过对位相机捕获红外光在硅片背面的反射光线形成图像，能够准确获取定位图形的位置，从而能够精确印刷背面栅线；并且能够使得背面栅线的宽度减小到140μm，提升了双面电池的双面效率。

附图说明

图1是本发明的丝网印刷装置的转盘与印刷台的配合示意图；

图2是本发明的丝网印刷装置的转盘与定位系统的配合示意图；

图3是不同波长在硅材料中的吸收深度示意图；

图4是硅片对不同波长光的反射率曲线图；

图5是使用本发明的丝网印刷装置，以红外光源作为光源，对位相机对硅片背面定位点的识别图像；

图6是使用白光环形光源替换本发明的红外光源作为光源，对位相机对硅片背面定位点的识别图像。

具体实施例

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

在本申请的各个图示中，为了便于图示，结构或部分的某些尺寸会相对于其它结构或部分夸大，因此，仅用于图示本申请的主题的基本结构。

另外，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“之下”的单元将位于其他单元或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。

如图1～2所示，为本发明用于给双面电池精准印刷背面栅线的丝网印刷装置100，其包括转盘1、位所述转盘1上的至少一个印刷台2、位于所述转盘1上方的对位系统3、位于所述转盘1上方的印刷系统(未图示)，所述对位系统3和所述印刷系统间隔设置且两者通讯连接。

具体地，所述丝网印刷装置100用于在硅片背面精确印刷背面栅线。硅片背面沉积有钝化膜，且在钝化膜上具有通过激光工艺或其他开槽开孔工艺形成供背面栅线穿过的开槽，同时所述钝化膜上还具有向外暴露硅片背面的定位图形。所述定位图形可以为上述供背面栅线穿过的开槽，也可以为专门开设于所述钝化膜上的对位孔，也可以同时包括所述开槽与所述对位孔。

所述丝网印刷装置100具有沿着所述转盘1周向依次排布的上料工位、对位工位、印刷工位、下料工位和闲置工位。将硅片于上料工位置于所述印刷台2上，所述转盘1转动并带动该印刷台2由上料工位开始依次转动至对位工位、印刷工位、下料工位和闲置工位。其中，所述上料工位与对位工位可以为独立的两个工位，也可以如图1所示为一个工位。

优选地，所述印刷台2的数量与工位的数量一致，每次转动时，若干印刷台2与若干工位一一对应。

本发明的丝网印刷装置100主要是对所述定位系统3的改进，其他结构及其连接方式，以及丝网印刷装置100与前后序步骤的设备连接方式均采用常规技术，于此不再赘述。

所述对位系统3位于所述对位工位，用于对位于所述印刷台2上的硅片进行定位；所述印刷系统位于所述印刷工位处，用以给硅片表面印刷背面栅线。

如图2所示，所述对位系统3包括位于所述转盘1外侧的支撑架31、固定于所述支撑架31上的红外光源32和对位相机33，当所述印刷台2转动至所述对位工位时，所述红外光源32、对位相机33均位于所述印刷台2上方。所述红外光源32向所述硅片发射红外光，所述对位相机33捕获红外光在硅片背面的反射光线形成图像，能够准确获取定位图形的位置，从而能够精确印刷背面栅线。

所述红外光源32的形状不限，例如可使用环形光源或者图2所示的条形光源。

众所周知，不同波长的光在硅片中的吸收深度不同。如图3所示，在波长约1000nm时，光的穿透深度是微米级别，基本同晶硅电池片的厚度相当；这就是说，当光的波长大于1000nm时，光可以穿透硅片不被吸收。因此，对位相机33接受到的反射光主要来源于硅片背面氮化硅的反射和正面氮化硅对透射光的反射。因此，本发明的所述红外光源32的光源波长范围为1000nm～1500nm，优选1100nm～1300nm。

所述红外光源32距所述印刷台2的距离小于30cm，优选5cm～15cm，具体可根据所述红外光源32的功率适应性调整，以能够提供足够强度的光源。本领域技术人员可以理解的是，常规的双面太阳能电池片本身厚度较薄，因此所述红外光源32距所述双面太阳能电池片的距离也基本上如上设置；且所述红外光源32的功率增大时，其距离所述印刷台2的距离可相应减小。

所述红外光源32与所述印刷台2的入射角范围为30°～90°，优选70°～90°，以使得所述对位相机33能够很好地捕获位于所述印刷台2上的硅片的图片信息。本领域技术人员可以理解的是，双面太阳能电池片平铺于所述印刷台2上，因此所述红外光源32与所述印刷台2的入射角范围与所述红外光源32与所述双面太阳能电池片的入射角范围一致。

所述对位相机33可使用普通ccd相机或者红外相机，用以捕获红外光在硅片背面的反射光线形成的图像。

于一具体地实施例中，所述对位系统3包括一对间隔设置的条形的红外光源32、不低于所述红外光源32设置的若干对位相机33，所述对位相机33在所述印刷台2上的投影位于一对所述红外光源32在印刷台2上的投影之间。

当所述印刷台2位于所述对位工位时，所述一对红外光源32分别位于该印刷台2相对设置的一对边缘上方，而若干所述对位相机33位于所述印刷台2正上方，因此所述红外光源32不会影响所述对位相机33捕获双面太阳能电池片的图像，且图信息更为精确。当然，该对边缘可以是直线边缘，也可以是弧形的边缘，具体以所述印刷台2的形状为准。优选地，若干对位相机33均匀分布于所述印刷台2上方。

本发明的丝网印刷装置100，利用红外光在硅片中的吸收系数较小，从而在硅片中有较大的穿透深度，使得硅片对红外光的反射不受表面的绒面结构以及硅片内部晶界或者缺陷的影响，即使是多晶硅片，也不会影响对位相机33对反射光线的识别，以能够精确地定位所述定位图形的位置，以在双面电池背面的开槽处精确印刷背面栅线，使得背面栅线与硅片形成良好的欧姆接触。

本发明还提供一种双面电池背面栅线对位方法，基于上述丝网印刷装置100实现。双面电池背面栅线对位方法包括如下步骤：采用红外光源32向硅片背面发射红外光，所述硅片背面沉积有钝化膜，且钝化膜上具有向外暴露硅片背面的定位图形；采用对位相机33捕获红外光在硅片背面的反射光形成图像，从图像上获取定位图形的位置对硅片进行定位。

所述，双面电池背面栅线对位方法中的定位图形为所述开槽和/或所述对位孔；红外光照射到硅片上时，所述开槽和/或所述对位孔处的反射光与其他部位的反射光不同，从而能在图像上获取定位图形的精准位置，以对硅片实现精准定位。

具体地，红外光与双面电池背面的入射角范围为30°～90°，优选70°～90°，以使得所述对位相机33能够很好地捕获位于所述印刷台2上的硅片的图片信息。

所述红外光源32距所述硅片的距离小于30cm，优选5cm～15cm，具体可根据所述红外光源32的功率适应性调整，以能够提供足够的光源。

所述红外光源32于所述硅片的边缘向其发射红外光，而所述对位相机33于所述硅片的正上方获取红外光在硅片背面的反射光，以保证接受到均匀的反射光。利用硅片背面对红外光的反射情况不同，能够精准地获取定位图形的位置，从而精准定位硅片，精准印刷背面栅线。

以下将以钝化膜上开设了所述开槽和所述对位孔，并且以所述对位孔作为定位图形为例，具体说明本发明的丝网印刷装置100、双面电池背面栅线对位方法的应用。该方法适用于常规结构的双面电池。

单晶硅片由于晶向一致，各个区域对光线的反射几乎相同，所以背面钝化膜的厚度可以是70nm～180nm，对背面对位点的识别几乎没有影响，但考虑到双面电池的电性能，钝化膜的优选厚度是80nm～120nm。

而多晶硅片背面晶格不统一，各个晶向的晶粒上面绒面差异非常大，导致普通红光、蓝光、白光等可见光源在不同晶粒上的反射光差异极大，对位相机33所接收到的反射光线形成的图像上各晶粒的对比度极大，完全无法准确识别对位点。但是本发明采用红外光源32，红外光在硅片中的穿透深度达到200μm左右，穿透深度≥硅片厚度，所以硅片表面的绒面结构不会对红外光的反射产生影响；考虑到表面的钝化膜层对红外光有吸收和反射作用，膜层越厚，在钝化膜和硅片界面处发生反射的光线越多，硅片不同晶粒绒面造成的反射光差异的影响越大，从而对位相机33接收到的反射光又受到了多晶不同晶向的影响。所以多晶硅片背面钝化膜的厚度范围70nm～150nm，厚度上限低于单晶电池，优选80nm～120nm。

钝化膜层上的所述对位孔的形状为实心圆、空心圆、十字、或线段等，辨识度高能够辅助定位。对位点可使用激光开口方式产生。激光的光源可以是绿光(532nm)和红光(1064nm)，可以选纳秒或者皮秒激光器。对位孔可由激光扫描一次或者两次或者多次产生，对位孔的外观可以是黑色或者白色。

具体地，所选硅片为多晶硅片进行对位实验，背面氮化硅膜为约100nm的蓝膜，对位孔选择为圆形，直径0.6mm，其余激光开口光斑直径约40μm。

本发明的所述丝网印刷装置100选用波长为1100nm～1300nm红外光源32、可抓取可见光和近红外光(700nm～1400nm)的普通ccd相机。由图3可知，此波段红外光在硅片中的穿透深度约1cm，远大于约200μm的硅片厚度。由图4中硅片对不同波长光的反射率曲线可知，硅片对此波段红外光源32的反射率是恒定的，不受硅片表面绒面和体内晶界的影响。而作为对比，采用普通白光光源替换本发明的红外光源32对上述多晶硅片上的对位孔进行识别。

本申请中的图3和图4所示数据为本领域技术人员习知技术，其来源于：https://www.pveducation.org/pvcdrom/materials/optical-properties-of-silicon。

由于红外光源32的光强较弱，红外光源32距硅片背表面约15cm。白光使用环形led光源，对位相机33置于环形光源中间，以保证接受到均匀的反射光，白光光源距硅片约30cm。

其中，使用红外光源32、对位相机33识别的对位孔形貌如图5所示，由于红光大部分都穿透硅片，相机接受到的反射光只来源于正/背表面氮化硅的反射，多晶硅片本身绒面和晶向基本不产生反射光，而背面氮化硅钝化膜上激光开槽与对位孔处的氮化硅膜被破坏，反射光线增强，这就导致形成的照片只能看到背面激光开槽机对位孔部分的形状，其余硅片部分都是黑色，不会有多余反射光影响对结果的识别。

使用白色光源、对位相机33识别的对位孔形貌如图6所示，由于多晶硅片的不同晶粒上的绒面不相同，导致对白光反射方向不同，对位相机33接受到的来自不同晶粒的反射光差异极大，导致部分对位孔能识别，部分完全识别不了，无法应用于量产。

结合上述实施例的应用：对位孔的识别，使得多晶双面电池可以使用patternalignment印刷，如下表所示，使用patternalignment印刷的精度可以大大提升，背面栅线的极限可以印至约140μm，电池的双面率可以达到80％以上，极大提升了背面的发电效率；而如果对位孔无法识别，多晶双面电池只能选择edgealignment印刷，背面栅线的极限只能做到约200μm，电池的双面率最多能做到约70％，产品优化潜力较小。

其中：40为光斑直径，a为激光图形变形误差，b为激光定位误差，c为印刷机摄像头定位误差，d为印刷误差，e为网版来料精度误差，f为网版印刷过程中展宽。

当然，在具体实施例中，采用所述开槽作为定位图形，或者采用所述开槽和所述对位孔同时作为定位图形的方法也能达成相应的精确定位效果，只是判别的图像不同，于此不再赘述。

综上所述，本发明的丝网印刷装置100，通过红外光源32向硅片背面发射红外光，通过对位相机33捕获红外光在硅片背面的反射光线形成图像，能够准确获取定位图形的位置，从而能够精确印刷背面栅线；并且能够使得背面栅线的宽度减小到140μm，提升了双面电池的双面效率。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。