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丝印烧结异常处理

   日期:2020-05-12     来源:丝印烧结异常处理    浏览:3519    评论:0    
资料,仅供参考。

良好的印刷质量,能够减少金属电极与硅片间的接触电阻,影响电池的填充因子、短路电流和光电转换效率,断栅、印刷不均匀都会导致线性电阻增大,降低转换效率。

◎基本参数影响

1.1印刷参数影响

a)Snap-off:丝网间距越大印刷厚度越厚,反之约薄;

b)Pressure:印刷压力越大印刷厚度越薄,反之越厚;

c)Down-stop:印刷时刮刀位置越大厚度越薄,反之越厚;

d)Printingspeed:印刷速度越快厚度越薄,反之越厚。

1.2烧结参数影响

a)开路电压Voc的损失主要在体内复合,所以减少各种复合中心(硅片各类缺陷、暗纹、沾污等)是提高Voc的有效方法;

b)影响短路电流Isc的因素包括:

1)绒面减反射效果;

2)扩散PN结结构;

3)后清洗去边结效果;

4)PECVD镀膜减反射效果;

5)印刷栅线的遮光面积;

6)沾污。

c)串联电阻Rs包括:P型硅片基区体电阻、扩散层电阻、正面电极和背面铝金属材料电阻、正面和背面形成的欧姆接触电阻;

d)并联电阻Rsh主要受材料缺陷、各种杂质污染和后清洗去除边缘PN结效果影响;

e)填充因子FF是作为最佳工作点的综合体现,与入射光谱光强、短路电流、开路电压、串并联电阻密切相关。背电极印刷偏移、断栅一定程度上也会导致FF降低。

◎常见异常问题处理

2.1印刷常见问题处理

2.1.1粘片

a)网版高度太低或网版形变量不够,调节方法:抬高网版高度、加大压力;

b)如果抬高网版和改变压力没有效果,可将印刷头顶部限位螺丝松动,将旋钮逆时针旋转,然后重新调节压力和网版高度。

2.1.2印刷不全/虚印

a)印刷不全通常表现为网版高度太高,此时适当降低网版高度;

b)适当降低回料板高度,切忌调节幅度过大导致网版破损;

c)虚印是印刷不全的一种形式,虚印的产生主要是浆料渗透性不好或者网版局部堵塞,可适当的增加印刷压力和降低印刷速度;

d)印刷不良品的处理:背电极和背电场轻微印刷不全时可用碎硅片沾取浆料补全未印全位置,然后轻压平整;印刷不全面积较大时用废硅片尽量铲掉背面所印刷浆料,重新印刷;正电极印刷不全较严重时直接重新印刷。

2.1.3漏浆

a)Item1和Item2漏浆时可以用胶带补全网孔,严重直接更换新网版;

b)Item3印刷漏浆时直接更换网版。

2.1.4断栅

a)一般轻微断栅使用无尘布擦拭网版即可恢复正常;

b)浆料的渗透性导致虚印而表现的断栅可延长搅拌时间、改变浆料稀释度,印刷时可先使用松油醇擦拭网版再用无尘布将虚印点上下网版对擦;

c)网版太高也是断栅的一个方面,情况类似印刷不全。

2.1.5毛边

所谓毛边是指边缘栅线印刷不平滑,呈毛绒状,毛绒处为多余浆料印刷。

a)调节方法:抬高网版,而且调动幅度需求较大,轻微调动效果不明显;

b)网版过低也会造成毛边,区别在于毛绒状偏向的方向,通常偏向电池片内部的可抬高网版,偏向电池片外部边缘的可适当降低网版高度;

2.1.6栅线宽度不合格

a)所有台面均表现为栅线过宽时抬高网版、降低刮刀高度;栅线过细则调节方向相反;

b)刮条局部区域被磨损更换刮条,此情况在调节参数和设备无效的情况下进行;

c)回料板位置太低也会导致栅线过宽,原因是回料板在回料过程中因为压力较大又印刷了一次,此情况类似印刷模式中的“doublesqueegee”;

d)如果几个台面的栅线宽度粗细不一致或者同一电池片的不同区域粗细不一致可查看台面是否平整以及网版的形变量是否发生变化。

2.1.7背场印刷质量

背场印刷存在的几个问题:厚度不均匀,边缘印刷偏厚;

a)此处厚度不均匀表现在背电极附近印刷湿重较大,目前主要的手段是保持印刷均匀性,另外设备电极的稳定也是重要的方面即保证印刷过程中印刷台不抖动;

b)边缘印刷偏厚的调节方法包括抬高网版(降低刮刀高度和加大压力有相同效果)和更换刮条。

2.1.8印刷偏移

开始印刷时需要使用游标卡尺来确定是否偏移以及偏移方向和偏移量,根据测量情况调节X、Y、T补偿。

印刷过程中可在背电场印刷和烧结后观察到背电极是否偏移。目前使用的背电极设计包括了电极两边对称的锯齿区域,如果发生偏移则锯齿区域不再对称,呈现一边面积大一边面积小的现象,而背电极为银白色,与背场颜色区分较明显,可背光仔细观察。

2.1.9台面纸沾污

印刷过程中的漏浆、碎片等导致台面纸洁净度下降,台面纸沾污必须及时更换,防止对电池片造成污染。

2.1.10隐裂

一旦从烧结炉出来发现隐裂则立即停止印刷段所有印刷,从item3开始向前逐步排查台面、网版、真空等是否异常。

a)隐裂通常为台面纸不平整或者有碎片、颗粒等,所以要保持台面纸的平整以及印刷机台的清洁;

b)台面真空不足或不稳定引起的吸力不均衡;

c)设备长时间的运行导致顶杆的升降器松动或者倾斜。

2.1.11网版印和刮条印

判断网版印与刮条印的主要方法是看印迹图形的形状。图形为直线则大多为刮条印需要更换刮条;图形为弯曲线或者不规则区域为网版印,情形严重时及时更换网版。

一、堵网:

1、车间温度、湿度与浆料性质原因:若温度高、相对湿度低,浆料挥发溶剂就很快挥发掉,浆料粘度变高,从而堵网。注意:停止时间过长,会产生堵网,时间越长越严重。其次,环境温度低,浆料流动性差也容易堵网,所以严格控制车间温度与湿度;

2、网版:用松油醇擦干净并干燥后方能使用。若放置时间过久不及时印刷,在保存过程中就会粘附尘土;

3、印刷压力:印刷压力过大,会使刮条弯曲,刮条与网版和基板不是线接触,而成面接触,每次印刷都不能将浆料刮干净而留下残余浆料,时间长了就会堵网;

4、印刷间隙不合适:太小也容易堵网;

5、浆料原因:浆料颗粒大,要确保充足的搅拌时间

二、翘曲:

1、硅片太薄:控制原始硅片厚度;

2、印刷铝浆太厚:控制铝浆增重量;

3、烧结温度过高:调整烧结炉4、5、6、7区温度;

4、烧结炉冷却区冷却效果不好:查看风扇状况、进出水温度压力等

三、铝包:

1、烧结温度太高:调整烧结炉4、5、6、7区温度;

2、印刷铝浆太薄:增大铝浆的印刷量;

3、使用前浆料搅拌不充分:搅拌时间必须达到规定时间;

4、铝浆印刷后烘干时间不够:增加烘干时间或提高烘干温度;

5、烧结排风太小:增大烧结炉排风;

6、烧结炉冷却区冷却区冷却效果不好:查看风扇状况、进出水温度压力等;

四、铝珠:

1、印刷过厚:降低印刷厚度,调整印刷参数—提高压力,减低速度以及丝网间距;

2、烧结热量过多:在不影响电性能的情况下,降低烧结温度或提高烧结带速;

五、铝刺:

1、背场印刷表面不均匀:检查刮条的平整度;

2、烧结网带不洁净:清洗网带或对忘带进行打磨;

3、烧结网带抖动严重:由设备人员来调整网带;

4、烧结温度过高:不影响电性能的情况下降低烧结温度;

六、虚印:

1、网版堵塞:用松油醇先擦一遍,再用干无尘布擦干;

2、印刷刮刀条不平:更换刮刀条;

3、网版不合格:更换网版;

4、车间温度与湿度不合适:温度控制在22±2℃,湿度控制在50±3%;

5、印刷参数不合格:调整印刷压力、印刷间隙与印刷速度;

6、工作台板不平,磨损严重:检查更换工作台板;

7、印刷机导轨不平:设备重新调整导轨;

七、粗线:

1、原硅片为线痕片:控制线痕原硅片;

2、网版使用次数太多,张力不够:更换新网版;

3、网版参数不合格:核对该批网版参数,更换新网版;

4、浆料太稠,搅拌时间太短:严格执行浆料搅拌规定;

5、印刷参数不合适:调整印刷机参数;

八、真空错误

1、原硅片问题:硅片厚度不均匀;

2、粘片:检查网版是否粘片;

3、设备传送错误:找设备人员调整;

九、对位错误:

1、网版不干净:用无尘布蘸酒精擦拭网版四个基准点;

2、原硅片边缘不整:拿出不规整的原硅片;

3、设备问题:找设备人员调整机器;

十、连续碎片:

1、台面不平整:检查印刷台面是否不平整或有碎片;

2、网版:检查网版是否粘有碎片,擦拭干净网版;

3、刮条不平:检查刮条是否平整,更换新刮条;

4、印刷压力过大:减小印刷压力;

5、隐裂:检查前段工序是否有上述情况;

十一、块状或粉末状脱落:

1、烘干温度过高:降低起始烘干温度或降低整体烘干温度,缩短烘干时间;

十二、烧结炉区不稳定:

将温区停止加热,降低200度后重新启动加热,多次重复至稳定为止;

十三、电性能参数:

1、开路电压

受光照的太阳电池处于开路状态,光生载流子只能积累与pn结两侧产生光生电动势,这是在太阳电池两端测得的电势差叫作开路电压,用符号Voc表示。

扩散均匀性的好坏影响着开路电压;温度也影响着开路电压,一般每降低1℃,开压升高约2mV(环境温度保持在23-27℃)。

2、短路电流

把太阳电池从外部短路,测得的最大电流,称为短路电流,用符号Isc表示。实际器件中,由于存在着体内复合和表面复合,所得的光生电流小于理想值。此外,短路电流还与材料性能、器件制备工艺密切相关。

短路电流的主要影响因素是扩散和丝印烧结:

(1)一般来讲,扩散的方阻低,烧结温度低的话,短路电流会越小;

(2)印刷栅线不好也影响短路电流,印刷的栅线越粗短路电流越低。

3、串联电阻

影响串阻的主要因素有:扩散、丝印、烧结、测试

如果串阻偏大,可能是扩散的方阻大,在丝印方面可能是浆料被污染;分选机的探针磨损也会有影响。至于烧结温度,还要参考漏电流的大小:

(1)若串阻高,漏电流大,可能是烧结炉的温度高;

(2)若串阻高,漏电流低,则可能是烧结炉的温度低。

4、漏电流

漏电流的影响因素主要是清洗、刻蚀、扩散、丝印烧结、测试分选。如果漏电流大可能是下列情况:

(1)绒面大,片子本身质量不好;

(2)过刻和未刻都会导致漏电大;

(3)电池片正面被污染,边缘漏浆;

(4)烧结温度过高;

(5)测试分选时被击穿。

5、填充因子

太阳电池的另一个重要参数是填充因子FF,它是最大输出功率与开路电压和短路电流乘积之比:

FF是衡量太阳电池输出特性的重要指标,太阳电池的工作电流和电压随着负载电阻的变化而变化,将不同阻值所对应的工作电压和电流值作成曲线就得到太阳电池的伏安特性曲线,如图所示

FF是代表太阳电池在带最佳负载时,能输出的最大功率的特性,其值越大表示太阳电池的输出功率越大,FF的值始终小于1。影响FF的因素很多,串联电阻,并联电阻对FF有直接影响。一般的规律是:串阻越大,FF越小;并阻越小,FF越小。光照对填充因子也有影响。在其他因数基本相同的情况下,在一定范围内随着光强(E)的减小,填充因子相应增加。

2.2烧结常见问题处理

2.2.1弯曲度过大

造成弯曲度过大的几个因素:

a)来料片源太薄,可适当降低背电场的印刷湿重;

b)湿重(印刷量)过大:降低背电场的印刷湿重;

c)温度过高:降低烧结炉4-6区背场烧结温度,效果不明显时可降低8、9区温度,但要防止对效率造成影响;

d)印刷厚度不均匀。

2.2.2烧结炉报警

烧结炉因履带带速或者温度波动较大(超过设置值±10℃)时报警,立即停止放片,及时消除报警,然后回到主界面升温。

报警的解决步骤:

a)在未登录的监控界面右上角消除报警器信号;

b)登陆到监控界面,在界面选择AlarmStatus进入报警界面消除报警;

c)Exit返回监控界面点击SystemStatus调节中Heater一行的Disable键进行升温调节。

2.2.3Uoc、Isc偏低

a)Voc、Isc偏低,Rs、FF正常,考虑来料异常;

b)查看生产流程单确认扩散方块电阻和少子寿命无异常;

c)浆料污染会导致Isc偏低,Voc变化不大,同时FF会降低,Rsh会很小。

2.2.4Rs与Rsh的异常关系

a)Rs小,Rsh大,正常现象;

b)Rs偏大,Rsh正常,升高温度;

c)Rs正常,Rsh偏小,漏电严重;

d)Rs偏大,Rsh偏小,考虑浆料是否污染或者烧穿。

2.2.5Rs偏高、FF偏低

a)烧结温度不足,可以适当的升高烧结温度;

b)烘干温度过高,可适当的降低烘干温度;

c)测试台探针压片不准、接触不好或者探针使用时间过久需更换。

2.2.6Isc下降、Rs减小、Ncell下降

此现象最常见在网版的使用寿命到上限或者网版的张力下降;主要原因是栅线的宽度增大导致遮光面积的增大Isc下降,横向电阻的减小Rs减小,导致效率有一定的降低。

2.2.7背场烧结常见问题

a)背场颜色

一般铝背场烧结后呈龟裂状,颜色的灰色(或青色);背场颜色发白或者无龟裂状很有可能未烧结充分;背场呈焦黄色有可能烧过。

b)铝包

铝包调节根据铝包的数目、大小以及位置来判断。数目在1-3个,位置固定,形状呈凸起点状可查看背电场铝浆印刷是否存在结点;铝包数目较多、位置不固定时多为温度过高或者过低造成,判断温度过高还是过低可根据Rs以及FF来参照,最准确可靠的是使用拉温仪确定当前温度高低。另外,热排风和冷却水的调节,烘箱的烘干温度也对铝包调节有一定效果。

c)铝刺

铝刺的产生主要有温度和履带两个影响因素。履带造成的铝刺大多在背场烧结的履带印上,反光观察可以看到,而且形状呈狭长的刀刃状;温度造成的铝包和铝刺差别不大,相比之下铝刺多为铝包的破裂形式,可尝试降温调节。

d)漏电大

造成反响漏电Irev2较大的几个方面:

1)来料片源杂质或者缺陷多,测试EL可看到图像上黑斑区域较多或者图像整体发暗;

2)边缘刻蚀不足,在后清洗换液前后以及维护后刚生产时需要关注;

3)浆料污染,此种情况下Rsh会变得很小,Isc和FF也降低很明显;

4)印刷边缘漏浆,此情况较少,属于印刷质量监控范围内应及时发现和纠正的问题;

5)漏电变化呈一个数量级,表现为C10X时观察栅线上有无击穿现象,导致击穿的因素包括金属、油性物质的沾污,探针压碎击穿,隐裂等,具体情况需仔细观察并测试EL辅助判断。

2.3丝印工序常见问题一般解决方法

2.3.1差异性排查

现象描述:测试台线间效率差异大于0.08%,或线内差异大于0.03%;或丝印各线测试效率均较低时,应立即启动工艺排查机制。

解决方法:当发生差异性问题时,应立即向品管和设备人员反映。发生线间差异时,应对比各线差异性电性能数值,找出影响效率的最主要的参数。Voc较低时可调节电压补偿或者重新校准标片;Isc较低时可重新校准标片;Rs较大和FF较低时可进行测试台探针排查,FF有时会由于IV曲线存在毛刺现象而偏大或偏低;Rsh较低时可对测试台进行清洁。发生线内差异时,可查看差异性电池片具体数据,观察是否有个别电池片效率测试较高或较低,然后对差异性电池片进行重新测量。若重新测量后差异性问题仍然存在,可检查测试台上下探针是否松动或者有下掉现象,通知设备人员进行探针复位或探针测试位置调整等相关工作。当发生丝印各线测试效率均较低时,可检查标片是否存在沾污或崩边,观察标片校准人员的校准手法是否存在问题。

2.3.2主栅线脱落

现象描述:正面电极经烧结后出现主栅线两头翘起现象。

解决方法:主栅线脱落的影响因素主要是烘干温度过高或者电极印刷厚度太大。烘干温度过高导致浆料内对电极起粘附作用的无机物或者玻璃氧化物提前被挥发,在烧结时电极翘曲,所以降低前三区的烘干温度是调节的方向。另外增加正面电极印刷压力(2至4N)、降低网版高度可以减小印刷厚度,有效解决主栅线脱落问题。主栅线脱落一般在印刷第三道刚更换网版后或者进行有关印刷厚度增加的参数调整后发生,所以印刷第三道更换网版后务必要进行首件检查(不得少于5片电池片)正常后方可进行批量生产。工艺人员在生产过程中调整参数时也务必要进行跟踪观察,参数调整后确认印刷质量无误时方可离开。主栅线脱落现象一般常见于PV159浆料。

2.3.3浆料污染

现象描述:浆料污染是指印刷第三道Ag浆受到污染,尤其是受到Al浆污染后,电池各项电性能参数连续发生异常,主要表现在Isc下降明显,Rsh突然降低(约在60ohm左右),伴随着Rs、Irev2明显增大,Ncell较低。

解决方法:怀疑浆料污染时应立即通知生产部停止进行第三道印刷并立即启动工艺排查机制。确认浆料是否污染的有效方法是进行两条生产线电池片的交叉对比进行验证。例如怀疑1#第三道发生浆料污染,可将1#正在生产的还未印刷正面电极的电池片5至10片拿于2#进行印刷,印刷后拿回1#进行烧结和测试,观察各项电性能参数是否正常。若电性能正常,则基本可以确定1#已发生浆料污染,此时应立即通知生产部更换网版、浆料、刮条,认真清洗刮刀、回料刀等与浆料密切接触的物件。新网版安装前需认真进行第三道印刷台的工艺卫生,保证浆料污染彻底解决。生产刚恢复时应密切关注电池片电性能参数变化情况,怀疑已被污染的浆料需贴上标签并放在指定位置防止生产人员勿领,事后应向相关领导和丝印工艺提交浆料污染事故报告。浆料污染一般发生在交接班时或操作人员缺少时,浆料搅拌不当、操作人员错误操作、刮条刮刀混用等都是可能造成浆料污染的原因。

2.3.4低效率排查

现象描述:当发生以下情况之一时,工艺人员需立即启动工艺排查机制:(根据实际产线设置相关数值)

(1)高阻密栅线单批效率低于xx时,需要提交排查报告;

(2)高阻密栅线平均效率低于xx时,需要提交排查报告;

(3)高阻密栅线单批效率低于xx时;

(4)高阻密栅线平均效率低于xx时;

(5)电性能参数Voc连续多批低于0.610V时;

(6)电性能参数FF连续多批低于77.50%时;

(7)电性能参数Rsh连续多批低于100ohm时;

(8)电性能参数Irev2连续多批高于0.3A时;

(9)同批电池片电性能参数Voc或Isc有分层现象时;

(10)同批电池片电性能参数Rs(或者FF)持续增加(或者持续降低)时;

(11)同批电池片电性能参数Rsh、Irev2有明显恶化趋势时。

解决方法:

一般方法:解决以上问题的一般方法叫逆向排查法,这是丝网印刷进行问题排查的最普遍的一种方法。例如丝印1#出现以上问题之一时,若2#各项电池片电性能参数正常,可将1#和2#进行对比进行排查,排查按照从后到前的顺序逆向排查,即先排查这两条线测试台是否有测试差异,再排查烧结炉,之后是item3排查,然后item2排查,最后item1排查。当排查到某一段时发现两线差异明显,电性能异常问题已经发现,此时排查结束,针对出现问题的这一段开展问题解决措施。

(1)若发现测试台有问题,可检查测试台探针、进行测试台卫生清洁、重新校准标片等措施进行解决;

(2)若发现烧结炉有问题,可通过拉温对比线间温度差异,查看烧结炉温度是否稳定;

(3)若发现item3有问题,可检查湿重是否正常,网版线宽拓展情况,印刷质量情况、浆料是否异常等;

(4)若发现item2有问题,可检查湿重是否正常,印刷是否良好,有无偏移,印刷是否存在高低不平等;

(5)若发现item1有问题,可检查湿重是否正常,边缘印刷是否良好,有无偏移等。

测重法:由于逆向排查法需要时间较长,调节效果无法立即得知,对生产的影响较大,因此工艺人员可根据实际情况开展测重排查法。

(1)Voc较低,可检查item2湿重是否正常,测试温度是否较高,EL测试暗纹是否明显等方法快速解决问题;

(2)Isc较低,可查看扩散方块电阻不均匀性是否较大,少子寿命是否较低,检查正面栅线线宽拓展是否较大,item3湿重是否正常,item3印刷质量是否良好,EL测试暗纹是否明显,电池表面有无沾污,各道台面纸有无沾污,工艺卫生是否达标;

(3)Rs较大或者FF较低时,可着重于烧结炉排查,通过拉温对比线间差异,一般而言,Rs较大时可升高烧结区温度或降低烘干区温度,FF较低时可升高八、九区温度;

(4)Rsh较低时可适当降低烧结炉温度;

(5)Irev2较大时,可查看各道印刷是否有漏浆情况,电池传输步进梁上是否有浆料残留,电池刻蚀线是否清楚,烧结炉温度是否较高,EL测试暗纹是否较多等方面。

(6)如果上述方式排查后电性能参数仍无明显好转变化趋势时,需使用逆向排查法进行排查。

 
 
标签: 处理 异常 效率

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