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基于ICOSPVI—6系統(tǒng)的太陽能電池質量控制研究
摘要： 自動攝像系統(tǒng)ICOS PVI-6能跟蹤太陽能電池在絲網印刷制作正面電極的過程，研究各種印刷質量問題造成的電性能變化趨勢。本試驗以156mm×156mm多晶P型硅片為例，啟動PVI-6系統(tǒng)，進行識別太陽能電池正面銀電極的斷線條數，當監(jiān)控到斷線的印刷質量問題后在生產過程中及時擦拭網版、調整印刷參數，后使用Berger分類檢測系統(tǒng)測試試驗電池片的電性能，與未使用監(jiān)控系統(tǒng)的情況進行比較，電池片的電性能得到了明顯提高。 Abstract： The automatic camera system ICOS PVI-6 can track the screen printing positive electrode production process of solar cell and study the electrical changing trends caused by printing quality problems. Taking 156mm×156mm polycrystalline P-type silicon wafer as an example， this experiment uses PVI-6 system to identify the broken line number of the solar cell silver positive electrode. When disconnection of printing quality problems are found， the screen will be wiped in time and the printing parameters will be adjusted. Then， the electrical property of the testing cell will be tested with Berger classification detection system. Compared with the condition without monitoring system， the electrical property significantly improved. 關鍵詞： 太陽能電池；絲網印刷；質量控制；轉換效率 Key words： solar cell；screen printing；quality control；conversion efficiency 中圖分類號：TM914.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）26-0256-02 0 引言 太陽能電池是將太陽能直接轉化為電能的半導體器件，利用太陽能電池產生電能被公認為是綠色清潔能源。由于得到歐洲多數政府政策支持，對太陽能發(fā)電項目加以財政補貼，近幾年光伏產業(yè)得以爆發(fā)式增長。但是受08年全球金融危機影響，各國政府逐漸降低財政補貼水平，相比使用煤、水利發(fā)電成本，過高的制造成本也給整個行業(yè)帶來不利因素。因此，如何降低太陽能電池制造成本，提高生產品質，提高良率、轉換效率，將是各太陽能電池廠家需要深入研究的課題。 太陽能電池生產中最為關鍵的技術之一是正面銀電極的制作。為提高轉換效率，銀電極制作所需的銀漿中固體含量不斷增加，副柵線寬度持續(xù)變窄。與此同時，由于漿料組成、網版柵線寬度設計的改變而使得印刷質量問題日益突出。斷線（interruption）、粗點（knot）、虛印（weak print）等缺陷問題困擾著工程技術人員，也增加了太陽能電池的制造成本。如何及時發(fā)現(xiàn)缺陷產生情況，并采取相應措施處置這一問題，長期困擾太陽能電池制造企業(yè)，工程技術人員曾做過多種嘗試，試圖解決這一難題，一直未取得明顯的進展。通過在生產線上引入ICOS PVI-6自動攝像系統(tǒng)進行試驗，實驗中，該系統(tǒng)借助軟件自動監(jiān)控銀電極的外觀情況，同時跟蹤生產過程中電性能趨勢，分析外觀與電性能關系，進而采取相應措施，能更好地控制太陽能電池的生產品質。 1 試驗 1.1 擬解決的技術問題描述 太陽能電池正面銀電極的制作采用絲網印刷的方式進行。絲網印刷經過一段時間后，由于堵孔、固化等原因，制得的銀電極會出現(xiàn)各種缺陷。常見缺陷有斷線：銀漿料不連續(xù)、斷裂；粗點：網版漏漿導致某點銀漿料過多；虛�。恒y漿料周邊毛躁，不平直等。其中，出現(xiàn)最多的缺陷是斷線。 由于缺陷出現(xiàn)的偶然性較大，沒有穩(wěn)定周期性，所以，目前在生產過程中，只是采取人工抽樣檢測的方法進行質量控制。這樣做的缺點是：①耗費大量人力、物力。②一旦沒有及時檢測到問題，會造成大量太陽能電池片電性能下降，品質降低，造成無法挽回的損失。③無法得知缺陷情況與電池電性能的直接關系，難以確定何時、采取怎樣措施，保證電池電性能最佳。 在本試驗中，在絲網印刷生產線上引入ICOS PVI-6自動攝像系統(tǒng)，實時監(jiān)測印刷質量狀況，并將缺陷情況通過軟件以圖像形式呈現(xiàn)出來，從而使工程技術人員可以一目了然的觀測到當前的品質情況，進而確定其電性能情況，及時進行印刷參數、設備的調整，避免過多的印刷不良造成外觀降級而造成損失。 1.2 ICOS PVI-6自動攝像系統(tǒng)簡介 ICOS PVI-6自動攝像系統(tǒng)為在線攝像檢測系統(tǒng)，由攝像系統(tǒng)、軟件分析系統(tǒng)組成。在太陽能電池絲網印刷正面銀電極制作之后，使用該自動攝像系統(tǒng)。當電池片通過該自動攝像系統(tǒng)鏡頭下方傳輸機構時，通過攝像系統(tǒng)成像，軟件計算識別，在計算機顯示界面將各種印刷不良根據用戶預設置的判別圖框、顏色來進行區(qū)分，及時發(fā)現(xiàn)問題所在，采取相應措施處置。 1.3 試驗內容 實際生產過程中，絲網印刷最容易出現(xiàn)和對電池性能影響最大的缺陷是斷線。在絲網圖形被干漿料、顆粒雜質等堵住網孔造成斷線以后，操作員工會使用無塵布對網版進行擦拭，以去除堵住網孔的顆粒物質。但是會存在部分顆粒在網孔內堵的比較嚴實，造成即使進行擦拭也難以去除的現(xiàn)象，直接導致電極斷線。隨著網版使用壽命的延長，此類堵孔現(xiàn)象會越來越嚴重，從而導致越來越多斷線無法去除，只能通過更換新網版的方式得以解決。在試驗過程中，選取156mm×156mm多晶P型硅片，經過表面HF-HNO3系統(tǒng)腐蝕，去除損傷層、表面織構化，使用三氯氧磷液態(tài)源擴散制作PN結，濕法刻蝕去除邊緣PN結，HF去除表面磷硅玻璃，等離子增強氣相化學沉積（PECVD）法形成減反射層。Baccini絲網印刷機制作背電極、背電場、正電極。開啟PVI-6系統(tǒng)后，根據PVI-6系統(tǒng)識別出的正面銀電極的斷線條數，再經過centrotherm快速燒結爐完成歐姆接觸，使用Berger分類檢測系統(tǒng)測試試驗電池片電性能。 2 試驗結果與討論 2.1 不同斷線數量與電性能關系 太陽能電池串聯(lián)電阻組成包括電池基體材料電阻、PN結薄層電阻、金屬與半導體接觸電阻以及金屬柵線電阻。正面銀電極作為金屬柵線的主要部分，電極的完整性在很大程度上會影響串聯(lián)電阻的大小。如圖1所示，橫坐標為斷線數量，縱坐標為串聯(lián)電阻阻值。隨著正面斷線數量的增加，串聯(lián)電阻逐漸呈上升趨勢。正面副柵線還起到搜集電流的作用，然后再把搜集到的電流匯集到正面主柵線提供給負載。副柵線上如果產生斷線，首先將影響電流的搜集，其次會造成沒有回路將副柵線搜集到的所有電流匯集到主柵線，電池片的工作電流將大大降低。如圖2所示，橫坐標為斷線數量，縱坐標為最佳工作點電流密度Jmpp。隨著斷線數量增加，最佳工作點電流密度Jmpp逐步下降。由于斷線的出現(xiàn)，會使串聯(lián)電阻、電流密度受到影響，最終將影響到整塊電池片的光電轉換效率。如圖3所示，橫坐標為斷線數量，縱坐標為轉換效率。隨著斷線數的增加，電池片的轉換效率呈下降趨勢。 2.2 網版使用壽命、網版擦拭與斷線數量關系 圖4為網版的使用壽命、網版擦拭情況與斷線數量之間的關系。在圖中的A時間點更換新網版，隨著時間增加，網版網孔堵塞現(xiàn)象逐漸嚴重，斷線數量不斷增加，在B時間點斷線數量增至8條。生產線員工在B時間點通過擦拭網版的方法，將斷線數減少到6條。但本次擦拭后，斷線數很快上升，在C時間點已經達到了13條。此后，在C-D時間段，提高擦拭頻率，并且使用干無塵布及沾有松油醇無塵布交替使用的方法，使斷線數可下降至3條。 2.3 使用PVI-6系統(tǒng)控制印刷質量試驗 斷線數量的多少將會嚴重影響到轉換效率的高低，所以在線使用PVI-6系統(tǒng)進行試驗時，當監(jiān)控到斷線的印刷質量問題后，及時擦拭網版、調整印刷參數。與未使用監(jiān)控系統(tǒng)的情況進行比較，如圖5所示，橫坐標為斷線數，縱坐標為斷線數出現(xiàn)的概率。如圖6所示，空心框表示的是未使用PVI-6系統(tǒng)時斷線數出現(xiàn)的概率，實心框則是使用PVI-6系統(tǒng)后斷線數出現(xiàn)的概率，其中我們把小于5mm的斷線定義為小斷線（Small interruption），大于5mm的定義為斷線（interruption） （小斷線和斷線的界限可根據需要重新定義并在軟件中進行設置）�？梢园l(fā)現(xiàn)，斷線數（包括小斷線和斷線）出現(xiàn)的概率明顯降低。因此，通過啟用PVI-6系統(tǒng)，可以讓生產線操作人員更好的按照提示來控制電池片的品質情況，做到及時發(fā)現(xiàn)問題并及時改善。 3 結論 通過本次試驗，了解到印刷質量問題會直接影響到太陽能電池光電轉換效率的高低。借助于PVI-6自動攝像檢測系統(tǒng)，可以在生產過程中更好的、更及時的來進行印刷質量的檢測，從而采取相應措施保持太陽能電池品質的穩(wěn)定。在目前各電池廠家受到極大成本壓力的環(huán)境下，如何更好的控制自身品質，增加外觀良率、降低加工成本，進行精細化生產，是大家都在積極思考的問題。通過采用本試驗得到的結果，可以有效解決這些問題。 參考文獻： [1]趙荒.絲網印刷電極技術在硅太陽電池制造中的應用[J].絲網印刷，1996（2）. [2]吳紅，董群偉.太陽能電池銀漿中玻璃粉的性能研究[J].寧夏工程技術，2009（2）. [3]馬丁·格林著.李秀文，謝鴻禮等譯.太陽電池工作原理、工藝和系統(tǒng)的應用[M].1987.
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