光伏電池網版壽命的影響和分析

張 剛，張墨池，趙愛爽，王沛康，鄭 偉

（晶澳太陽能有限公司，河北邢臺 055550）

在絲網印刷技術中，網版的使用時長對于控制現場成本和提升產品質量都有著重要影響。在印刷過程中，通過將漿料加入到網版中，然后用刮刀施加壓力，從網版的一端向另一端移動，將漿料從網孔中擠壓到硅片上，實現漿料與硅片之間的良好接觸，降低電量產生時的損耗。在制作PERC 高效太陽能電池的印刷過程中，使用精度和價格最高的第4號機器，采用市場上主流網板廠家提供的網版。文章通過多種措施分析導致網版壽命下降的原因，找出問題點，并分析多種影響因素。通過多種測試驗證和對應的改善方案，明確結論并實施，以提高設備的運行效率，降低使用成本，并提高產品的良率[1]。

1 網版壽命下降的原因

太陽能印刷行業的核心工藝是網印，主要使用尼龍絲網、聚脂絲網和不銹鋼絲網3種類型。絲網印刷原理如圖1所示。在工業化大批量自動線上使用的多是不銹鋼網布，因為不銹鋼絲網具有耐磨性好和張力回彈量小等眾多優點。網版中有預先制訂好的圖案，其中圖案位置為鏤空區域，無需印刷的區域為封閉區域。然而，在印刷過程中，網版的壽命會降低，原因有漏漿、變形和崩網等。漏漿是指封閉區域在印刷過程中出現了漏漿現象，而變形是指網版在使用過程中產生了形變，從而使鏤空區域無法與硅片要求印刷的區域重疊，導致印偏或斷柵現象。另外，崩網指網布在使用過程中發生撕裂現象。以上幾種情況都是造成網版壽命下降，甚至報廢的主要原因。此外，隨著使用時間延長和機臺震動等外力作用，各硬件結構會發生位移并導致膠條的長時間磨損，進而造成網版壽命的下降。

圖1 絲網印刷原理

根據生產現場的經驗結合理論分析，影響網板使用壽命的主要因素還有其他幾個方面：①電池片表面鋁粉沾污影響；②烘干爐溫度對電池片鋁粉掉落影響；③傳輸模式及速度匹配影響。

為保證工藝效果的穩定性和鋁粉的附著，通常在工藝運行中會增加設備風刀機構，用于吹掃電池片上附著的鋁粉。通過試驗，可使用等離子風刀去除靜電，并通過風刀將多余的鋁粉吹掃。

經過分析發現網板壽命降低的原因，除了設備網板本身的瑕疵因素外，印刷后烘干爐溫度、傳輸速度、傳輸水平及鋁粉附著環境等因素都對網板壽命有重要影響，并且各因素疊加時壽命影響更加突出。為解決印刷工序中網板壽命低、更換頻次高、成本增加的問題，通過一系列試驗找到有針對性的解決辦法（圖2）。①在不同烘干爐溫度下進行試驗，找到最適宜的溫度范圍以避免熱損傷網板；②對傳輸速度打破常規的階梯模式，通過調整傳輸速度來減輕網板的使用壓力；③對傳輸水平進行標準化調試，確保網板的平衡和穩定；④通過降低鋁粉附著量的試驗，減少了對網板的損害。

圖2 網版壽命降低的原因及解決方法

每一步試驗驗證都在不同程度上提升了網板的壽命，并通過比較分析確定了最佳的解決方案。這些具體的解決方法不僅降低了印刷工序的加工成本，延長了備件的使用壽命，還有效解決了網板壽命低和更換頻次高的問題[2]。

2 電池片鋁粉吸附能力影響

2.1 等離子風刀改造、皮帶清理前后網版使用壽命對比

為比較等離子風刀的改造和皮帶清理前后對網版使用壽命的影響，從同一個生產車間中隨機選擇了同時期安裝的設備，并使用行業主流網版廠家的產品。在未清理皮帶的情況下，使用了1周，然后在3、4號印刷機前添加了等離子風刀并清理了皮帶，然后再次投入使用。如圖3所示，等離子風刀使空氣離子在靜電源所帶不同極性靜電荷的電場力作用下（也可在氣流作用下），與靜電源所帶電荷發生吸附中和作用，消除靜電源表面存在的靜電荷。從圖3可看出，長時間未清理的網版使用壽命總體偏低，變形較快（因鋁粉堵塞網版孔，需頻繁對堵塞位置進行清理擦拭，同時也會增加變形速率），而清理后的皮帶在投入使用后變形速率變慢，使用壽命延長。

圖3 等離子風刀改造及皮帶清理前后網版壽命對比

2.2 烘干爐溫度對電池片鋁粉掉落影響

對同一生產車間中的5 條雙軌線設備進行了測試，2 號烘干爐的烘干溫度從320℃開始逐步升高，此次試驗選擇在3月，室內環境溫度在24～27℃的情況下進行，對5條雙軌線的烘干爐進行了同時升溫，并對比測試結果差異。室內環境溫度在24～27℃的情況下，烘干爐溫度有320℃、330℃、340℃、350℃、360℃5組溫度試驗。經過隨機抽取的電池片放置在特定的膠帶上，并使用砝碼滾過檢查沾附在膠帶上的鋁粉情況進行對比。不同機臺的5組試驗比較見表1。

表1 不同烘干爐溫度對鋁粉掉落試驗 單位：℃

通過以上試驗數據的分析，可得出結論：在相同的機臺條件下，隨著烘干爐溫度的升高，鋁粉的附著趨勢有所降低。

2.3 傳輸模式及速度匹配影響

在4號機印刷前，對電池片進行了顯微鏡下檢查，發現電池片表面的皮帶位置存在較多鋁粉吸附現象。鋁粉多在印刷過程中會扎漏網板，造成漏漿現象，從而影響電池片效率，造成高漏電和表面異常。鋁粉沾污主要集中在3號印刷機后電池片背面接觸皮帶傳輸線部分。因經過1、2號機背極和背場的印刷并烘干后，向上的電池片背面翻轉180°接觸皮帶進行傳輸，無法完全杜絕鋁粉和電池片過摩擦的產生。

為解決這一問題，采取了不同的思路。使各相同速度傳輸單元通過程序改造為階梯遞增速度模式（后單元傳輸速度略高于前單元傳輸速度），從而減少了電池片前端皮帶位置鋁粉對電池片正面的附著量。通過多條線驗證并在顯微鏡下觀察，發現改造后鋁粉附著量明顯下降，通過試驗對比具體情況（圖4、圖5）。

圖4 階梯速度改造前后壽命對比

圖5 階梯速度改造前后效果

在改造速度之前，發現電池片在對應皮帶位置上附著了較多的鋁粉，通過顯微鏡觀察可清晰地看到。但在采用階梯增速模式之后，發現電池片粘附的鋁粉量明顯降低。隨著鋁粉量降低，鋁粉堵塞網板的現象也會減少，從而減少了人員擦拭網板的次數。這樣不僅減少了外界的干預，還能避免網版變形速率在2～3 h 內出現印粗現象。之后發現，改造后網版使用壽命也得到了延長，網版變形速率延長到12 h 以上[3]。

綜上所述，改造階梯增速模式可有效降低電池片附著鋁粉量，解決網版堵塞問題，提高生產效率和穩定性，延長網版使用壽命。

3 結束語

文中通過多種措施分析了網板壽命降低的原因，除設備網板本身瑕疵因素外，主要為印刷后烘干溫度、傳輸速度、傳輸水平、鋁粉附著環境因素對壽命影響較大，每一項都會造成不同程度的影響，多方面因素疊加后對壽命影響尤為突出；通過對不同烘干爐溫度的試驗、傳輸速度打破常規的階梯模式、水平的標準化調試及鋁粉附著量的降低試驗，每組驗證都對網板壽命有著不同程度的提升。文中通過各種試驗對比有針對性地解決了印刷機網板壽命低、更換頻次高、成本增加的問題，通過降低加工成本并延長備件使用壽命，實現了印刷工序的改進，為企業節約了大量的時間和資源。