傳統(tǒng)的平面絲網(wǎng)印刷是大規(guī)模生產(chǎn)晶硅太陽能電池的主要金屬化方法，因其生產(chǎn)能力強(qiáng)和成本效益高。光伏行業(yè)要求進(jìn)一步減小印刷銀電極（接觸指）的寬度，需要新的優(yōu)化。使用細(xì)線絲網(wǎng)（屏幕開口寬度低至15μm）對(duì)晶硅太陽能電池進(jìn)行金屬化，以實(shí)現(xiàn)更細(xì)的電極圖案。美能網(wǎng)版檢測(cè)儀AVT-4030集四大檢測(cè)功能為一體，用于檢測(cè)太陽能電池網(wǎng)版的各項(xiàng)特征包括：尺寸、缺陷、張力、膜厚，通過測(cè)量檢測(cè)，分析及改善制程以提高電池片印刷質(zhì)量。

印刷指寬的演

太陽能電池金屬化中實(shí)現(xiàn)的指寬演變

在2005-2019年期間，太陽能電池電極（接觸指）的印刷寬度呈現(xiàn)出顯著的逐年降低趨勢(shì)。這一趨勢(shì)反映了平板絲網(wǎng)印刷技術(shù)在不斷發(fā)展和進(jìn)步，通過持續(xù)的優(yōu)化措施，逐漸實(shí)現(xiàn)了更窄電極寬度的印刷，以提高太陽能電池的性能。絲網(wǎng)模擬方法

絲網(wǎng)開口通道的SEM圖像

絲網(wǎng)模擬過程中所涉及的關(guān)鍵參數(shù)

圖中所示的各個(gè)參數(shù)（d、d0、Wn、φ等）是影響絲網(wǎng)印刷性能的關(guān)鍵因素。絲網(wǎng)角度（φ）尤其重要，因?yàn)樗苯佑绊懥?strong>開口形狀的分布和大小，進(jìn)而影響銀漿在印刷過程中的轉(zhuǎn)移效率和均勻性。不同的絲網(wǎng)角度會(huì)導(dǎo)致不同類型和頻率的開口形狀出現(xiàn)，如在無結(jié)網(wǎng)時(shí)，開口形狀為矩形，而隨著角度增加，會(huì)出現(xiàn)梯形、三角形等不同形狀，這些形狀對(duì)銀漿流動(dòng)的阻力和填充效果各不相同，最終影響印刷指的質(zhì)量和電池性能。模擬過程中對(duì)多個(gè)關(guān)鍵絲網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的掃描，包括絲網(wǎng)角度（0-45°，增量為0.001°）、乳液對(duì)齊（0-84.67，增量為0.002）和絲網(wǎng)開口寬度Wn（15-30μm，增量為3μm）。通過在如此精細(xì)的參數(shù)空間內(nèi)進(jìn)行模擬，可以全面了解絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)在不同條件下的變化規(guī)律，以及這些變化如何影響銀漿在印刷過程中的行為。實(shí)驗(yàn)絲網(wǎng)評(píng)估

實(shí)驗(yàn)流程及測(cè)試版圖設(shè)計(jì)

兩個(gè)金屬化實(shí)驗(yàn)的完整計(jì)劃：在第1至5組中，使用測(cè)試圖案評(píng)估了四種不同的Murakami超細(xì)線絲網(wǎng)。然后在第6至8組中，使用兩個(gè)最有前景的絲網(wǎng)配置進(jìn)行太陽能電池金屬化和I-V測(cè)量。

通過在同一晶片上設(shè)置四個(gè)不同名義指寬（15、18、21和24μm）的柵格段，能夠在相同的實(shí)驗(yàn)條件下直接比較不同絲網(wǎng)開口寬度對(duì)印刷結(jié)果的影響。母線間的固定距離使得可以使用工業(yè)電池測(cè)試儀在線測(cè)量 120 個(gè)平行接觸指的柵線電阻RL，為評(píng)估絲網(wǎng)配置對(duì)電流傳導(dǎo)性能的影響提供了便捷而準(zhǔn)確的手段。絲網(wǎng)模擬結(jié)果

不同開口形狀的示意圖

圖中呈現(xiàn)了六種不同的開口形狀，分別為矩形、平行四邊形、三角形、梯形、五邊形和六邊形。這些形狀是在特定的絲網(wǎng)模擬條件下產(chǎn)生的，即采用440/0.013網(wǎng)目，在24μm絲網(wǎng)開口寬度且絲網(wǎng)角度為20°（除矩形和六邊形外）的情況下進(jìn)行模擬得到的。

當(dāng)絲網(wǎng)角度從0°變化到大于0°時(shí)，開口形狀從簡(jiǎn)單的矩形變?yōu)樘菪?、平行四邊形、三角形、五邊形和六邊形。這些變化影響了絲網(wǎng)印刷過程中漿料的傳遞。

絲網(wǎng)角度（φ）對(duì)單個(gè)開口形狀的平均面積及出現(xiàn)頻率的影響

屏幕角度與開口形狀面積的關(guān)系：

在不同絲網(wǎng)角度下，不同開口形狀的平均面積（左側(cè)）和它們的相對(duì)出現(xiàn)頻率（右側(cè)）。上部模擬的絲網(wǎng)開口寬度（wn）設(shè)置為24μm，下部為15μm。在兩種模擬中，選擇了440/0.013網(wǎng)格。開口形狀的多樣性與頻率：

模擬數(shù)據(jù)表明，不同類型的開口形狀顯示出完全不同的對(duì)絲網(wǎng)角度的依賴性。例如，0°無結(jié)絲網(wǎng)的所有單個(gè)開口由矩形組成，尺寸由線間距（d0）和名義絲網(wǎng)開口寬度（wn）決定。

絲網(wǎng)角度的影響：

當(dāng)引入大于0°的角度時(shí)，梯形形狀的開口最常出現(xiàn)，因?yàn)樵谶@樣的小角度下，總有一條線慢慢進(jìn)入通道，將矩形開口轉(zhuǎn)變?yōu)樘菪?。隨著絲網(wǎng)角度的增加，梯形通常成對(duì)出現(xiàn)在相應(yīng)線的兩側(cè)。這種情形在某個(gè)特定角度發(fā)生變化，梯形開始伴隨著三角形出現(xiàn)在線的另一側(cè)。絲網(wǎng)開口寬度的影響：

當(dāng)絲網(wǎng)開口寬度從24μm減少到15μm時(shí)，所有開口形狀的整體平均尺寸顯著減小，出現(xiàn)頻率更均勻地分布在較低的水平上。印刷結(jié)果

不同實(shí)驗(yàn)組的橫向手指電阻（RL）的測(cè)量結(jié)果

橫向手指電阻（RL）的測(cè)量：

展示了每個(gè)實(shí)驗(yàn)組的橫向手指電阻（RL），這是評(píng)估絲網(wǎng)印刷性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。橫向手指電阻影響太陽能電池的串聯(lián)電阻，進(jìn)而影響電池的效率。

絲網(wǎng)角度和網(wǎng)格密度的影響：

通過比較30°角度絲網(wǎng)與22.5°參考絲網(wǎng)，研究發(fā)現(xiàn)增加絲網(wǎng)角度可以降低橫向手指電阻。例如，對(duì)于24微米絲網(wǎng)開口寬度，30°絲網(wǎng)相比于22.5°絲網(wǎng)，電阻降低了約10%。

絲網(wǎng)開口寬度的影響：

對(duì)于較大的絲網(wǎng)開口寬度（如24微米），不同絲網(wǎng)類型（380/0.014、440/0.013、480/0.011）的橫向手指電阻沒有顯著差異。然而，對(duì)于較小的絲網(wǎng)開口寬度（如15微米），電阻的變化更為顯著，這表明開口寬度對(duì)印刷性能有重要影響。

絲網(wǎng)開口下印刷的SEM圖像以及其傾斜3D顯微鏡圖像

尺寸測(cè)量與均勻性：

從 SEM 圖像中可以直接測(cè)量出印刷指的平均寬度Wf=19±1μm和平均高度hf=18±1μm，這表明在該絲網(wǎng)配置下能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)較窄且均勻的印刷指寬度，同時(shí)具有一定的高度，這種幾何形狀有助于在減少遮光面積的同時(shí)保證良好的電流傳導(dǎo)性能。

均勻性表現(xiàn)：

傾斜 3D 顯微鏡圖像清晰地展示了印刷指沿著接觸方向的幾何形狀均勻性。圖像顯示僅存在較小的網(wǎng)痕，這表明在該絲網(wǎng)印刷過程中，銀漿的轉(zhuǎn)移相對(duì)均勻，沒有出現(xiàn)明顯的厚度不均勻或缺陷，保證了印刷指在整個(gè)長(zhǎng)度上的一致性。

不同絲網(wǎng)配置下太陽能電池的 I-V 特性測(cè)量結(jié)果

不同絲網(wǎng)配置下的性能對(duì)比：不同實(shí)驗(yàn)組（Groups 6 - 8）之間電池性能存在顯著差異，這主要?dú)w因于所采用的不同絲網(wǎng)配置。在Wn=24μm絲網(wǎng)開口寬度下，440/0.013/0°無結(jié)網(wǎng)配置（Group 8）相較于其他配置表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，其電池效率更高。填充因子（FF）：無結(jié)網(wǎng)配置顯著提高了 FF，這是因?yàn)樵撆渲媒档土耸种鸽娮瑁M(jìn)而減少了串聯(lián)電阻損耗，使得電池在工作過程中能夠更有效地收集和傳輸光生載流子，從而提高了電池的填充效率。

短路電流密度（Jsc）：可以觀察到由于遮光損失的減少，略有增加。

開路電壓（Voc）：440/0.013/0°無結(jié)網(wǎng)配置使Voc從664.0mV（Group 6）增加到667.4mV，在不同前驅(qū)體材料上重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，Voc進(jìn)一步增加到679.7mV（Group 8b）。絲網(wǎng)模擬結(jié)果與印刷性能的相關(guān)性

橫向手指電阻（RL）與屏幕效用指數(shù)（SUI）之間的關(guān)系

SUI是一個(gè)無量綱的參數(shù)，用于描述特定絲網(wǎng)配置對(duì)印刷性能的影響。它通過比較絲網(wǎng)開口的平均面積與絲網(wǎng)幾何參數(shù)的乘積來計(jì)算。

在SUI值等于1時(shí)，印刷性能與絲網(wǎng)架構(gòu)之間的關(guān)系發(fā)生變化。當(dāng)SUI小于1時(shí)，印刷結(jié)果強(qiáng)烈依賴于屏幕配置；而當(dāng)SUI大于1時(shí)，屏幕對(duì)印刷性能的影響減弱，漿料的流變行為成為決定印刷質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

在設(shè)計(jì)絲網(wǎng)印刷工藝時(shí)，為了確保穩(wěn)定和高質(zhì)量的印刷結(jié)果，應(yīng)盡量使所選絲網(wǎng)配置的 SUI > 1。這意味著需要通過調(diào)整絲網(wǎng)角度、網(wǎng)目類型和開口寬度等參數(shù)，以獲得較大的單個(gè)開口平均面積，從而降低絲網(wǎng)架構(gòu)對(duì)印刷性能的影響。

通過調(diào)整絲網(wǎng)角度和開口寬度，可以顯著改善漿料的傳遞效率，從而實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的印刷線條。通過優(yōu)化絲網(wǎng)印刷工藝，我們實(shí)現(xiàn)了高達(dá)22.1%的太陽能電池效率，這證明了改進(jìn)絲網(wǎng)印刷技術(shù)在提高電池性能方面的有效性。美能網(wǎng)版智能檢測(cè)儀

美能網(wǎng)版檢測(cè)儀AVT-4030集四大檢測(cè)功能為一體，用于檢測(cè)太陽能電池網(wǎng)版的各項(xiàng)特征包括：尺寸、缺陷、張力、膜厚。采用0.1μm光柵尺，實(shí)現(xiàn)線寬測(cè)量精度0.3μm，PT值測(cè)量精度2μm，提升網(wǎng)版質(zhì)量。

• 尺寸、缺陷、膜厚、張力檢測(cè)集成化

• 網(wǎng)版檢測(cè)規(guī)格：≤220*220mm（尺寸可定制）

高分辨光學(xué)系統(tǒng)，精度高、連續(xù)性強(qiáng)、成本低、靈活性好

美能AVT-4030網(wǎng)版檢測(cè)儀為我們提供了精確的絲網(wǎng)分析和質(zhì)量控制，確保了絲網(wǎng)參數(shù)的精確調(diào)整和印刷一致性，從而實(shí)現(xiàn)了更精細(xì)的銀電極圖案和更高的電池效率。

原文出處：Screen pattern simulation for an improved front-side Ag-electrode metallization of Si-solar cells

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