改进丝网印刷工艺，晶硅太阳能电池正面银电极金属化效率高达22.1%

传统的平面丝网印刷是大规模生产晶硅太阳能电池的主要金属化方法，因其生产能力强和成本效益高。光伏行业要求进一步减小印刷银电极（接触指）的宽度，需要新的优化。使用细线丝网（屏幕开口宽度低至15μm）对晶硅太阳能电池进行金属化，以实现更细的电极图案。美能网版检测仪AVT-4030集四大检测功能为一体，用于检测太阳能电池网版的各项特征包括：尺寸、缺陷、张力、膜厚，通过测量检测，分析及改善制程以提高电池片印刷质量。

印刷指宽的演

太阳能电池金属化中实现的指宽演变

在2005-2019年期间，太阳能电池电极（接触指）的印刷宽度呈现出显著的逐年降低趋势。这一趋势反映了平板丝网印刷技术在不断发展和进步，通过持续的优化措施，逐渐实现了更窄电极宽度的印刷，以提高太阳能电池的性能。丝网模拟方法

丝网开口通道的SEM图像

丝网模拟过程中所涉及的关键参数

图中所示的各个参数（d、d0、Wn、φ等）是影响丝网印刷性能的关键因素。丝网角度（φ）尤其重要，因为它直接影响了开口形状的分布和大小，进而影响银浆在印刷过程中的转移效率和均匀性。不同的丝网角度会导致不同类型和频率的开口形状出现，如在无结网时，开口形状为矩形，而随着角度增加，会出现梯形、三角形等不同形状，这些形状对银浆流动的阻力和填充效果各不相同，最终影响印刷指的质量和电池性能。模拟过程中对多个关键丝网参数进行了系统的扫描，包括丝网角度（0-45°，增量为0.001°）、乳液对齐（0-84.67，增量为0.002）和丝网开口宽度Wn（15-30μm，增量为3μm）。通过在如此精细的参数空间内进行模拟，可以全面了解丝网结构在不同条件下的变化规律，以及这些变化如何影响银浆在印刷过程中的行为。实验丝网评估

实验流程及测试版图设计

两个金属化实验的完整计划：在第1至5组中，使用测试图案评估了四种不同的Murakami超细线丝网。然后在第6至8组中，使用两个最有前景的丝网配置进行太阳能电池金属化和I-V测量。

通过在同一晶片上设置四个不同名义指宽（15、18、21和24μm）的栅格段，能够在相同的实验条件下直接比较不同丝网开口宽度对印刷结果的影响。母线间的固定距离使得可以使用工业电池测试仪在线测量 120 个平行接触指的栅线电阻RL，为评估丝网配置对电流传导性能的影响提供了便捷而准确的手段。丝网模拟结果

不同开口形状的示意图

图中呈现了六种不同的开口形状，分别为矩形、平行四边形、三角形、梯形、五边形和六边形。这些形状是在特定的丝网模拟条件下产生的，即采用440/0.013网目，在24μm丝网开口宽度且丝网角度为20°（除矩形和六边形外）的情况下进行模拟得到的。

当丝网角度从0°变化到大于0°时，开口形状从简单的矩形变为梯形、平行四边形、三角形、五边形和六边形。这些变化影响了丝网印刷过程中浆料的传递。

丝网角度（φ）对单个开口形状的平均面积及出现频率的影响

屏幕角度与开口形状面积的关系：

在不同丝网角度下，不同开口形状的平均面积（左侧）和它们的相对出现频率（右侧）。上部模拟的丝网开口宽度（wn）设置为24μm，下部为15μm。在两种模拟中，选择了440/0.013网格。开口形状的多样性与频率：

模拟数据表明，不同类型的开口形状显示出完全不同的对丝网角度的依赖性。例如，0°无结丝网的所有单个开口由矩形组成，尺寸由线间距（d0）和名义丝网开口宽度（wn）决定。

丝网角度的影响：

当引入大于0°的角度时，梯形形状的开口最常出现，因为在这样的小角度下，总有一条线慢慢进入通道，将矩形开口转变为梯形。随着丝网角度的增加，梯形通常成对出现在相应线的两侧。这种情形在某个特定角度发生变化，梯形开始伴随着三角形出现在线的另一侧。丝网开口宽度的影响：

当丝网开口宽度从24μm减少到15μm时，所有开口形状的整体平均尺寸显著减小，出现频率更均匀地分布在较低的水平上。印刷结果

不同实验组的横向手指电阻（RL）的测量结果

横向手指电阻（RL）的测量：

展示了每个实验组的横向手指电阻（RL），这是评估丝网印刷性能的关键指标之一。横向手指电阻影响太阳能电池的串联电阻，进而影响电池的效率。

丝网角度和网格密度的影响：

通过比较30°角度丝网与22.5°参考丝网，研究发现增加丝网角度可以降低横向手指电阻。例如，对于24微米丝网开口宽度，30°丝网相比于22.5°丝网，电阻降低了约10%。

丝网开口宽度的影响：

对于较大的丝网开口宽度（如24微米），不同丝网类型（380/0.014、440/0.013、480/0.011）的横向手指电阻没有显著差异。然而，对于较小的丝网开口宽度（如15微米），电阻的变化更为显著，这表明开口宽度对印刷性能有重要影响。

丝网开口下印刷的SEM图像以及其倾斜3D显微镜图像

尺寸测量与均匀性：

从 SEM 图像中可以直接测量出印刷指的平均宽度Wf=19±1μm和平均高度hf=18±1μm，这表明在该丝网配置下能够实现相对较窄且均匀的印刷指宽度，同时具有一定的高度，这种几何形状有助于在减少遮光面积的同时保证良好的电流传导性能。

均匀性表现：

倾斜 3D 显微镜图像清晰地展示了印刷指沿着接触方向的几何形状均匀性。图像显示仅存在较小的网痕，这表明在该丝网印刷过程中，银浆的转移相对均匀，没有出现明显的厚度不均匀或缺陷，保证了印刷指在整个长度上的一致性。

不同丝网配置下太阳能电池的 I-V 特性测量结果

不同丝网配置下的性能对比：不同实验组（Groups 6 - 8）之间电池性能存在显著差异，这主要归因于所采用的不同丝网配置。在Wn=24μm丝网开口宽度下，440/0.013/0°无结网配置（Group 8）相较于其他配置表现出明显优势，其电池效率更高。填充因子（FF）：无结网配置显著提高了 FF，这是因为该配置降低了手指电阻，进而减少了串联电阻损耗，使得电池在工作过程中能够更有效地收集和传输光生载流子，从而提高了电池的填充效率。

短路电流密度（Jsc）：可以观察到由于遮光损失的减少，略有增加。

开路电压（Voc）：440/0.013/0°无结网配置使Voc从664.0mV（Group 6）增加到667.4mV，在不同前驱体材料上重复实验时，Voc进一步增加到679.7mV（Group 8b）。丝网模拟结果与印刷性能的相关性

横向手指电阻（RL）与屏幕效用指数（SUI）之间的关系

SUI是一个无量纲的参数，用于描述特定丝网配置对印刷性能的影响。它通过比较丝网开口的平均面积与丝网几何参数的乘积来计算。

在SUI值等于1时，印刷性能与丝网架构之间的关系发生变化。当SUI小于1时，印刷结果强烈依赖于屏幕配置；而当SUI大于1时，屏幕对印刷性能的影响减弱，浆料的流变行为成为决定印刷质量的关键因素。

在设计丝网印刷工艺时，为了确保稳定和高质量的印刷结果，应尽量使所选丝网配置的 SUI > 1。这意味着需要通过调整丝网角度、网目类型和开口宽度等参数，以获得较大的单个开口平均面积，从而降低丝网架构对印刷性能的影响。

通过调整丝网角度和开口宽度，可以显著改善浆料的传递效率，从而实现更精细的印刷线条。通过优化丝网印刷工艺，我们实现了高达22.1%的太阳能电池效率，这证明了改进丝网印刷技术在提高电池性能方面的有效性。美能网版智能检测仪

美能网版检测仪AVT-4030集四大检测功能为一体，用于检测太阳能电池网版的各项特征包括：尺寸、缺陷、张力、膜厚。采用0.1μm光栅尺，实现线宽测量精度0.3μm，PT值测量精度2μm，提升网版质量。

• 尺寸、缺陷、膜厚、张力检测集成化

• 网版检测规格：≤220*220mm（尺寸可定制）

高分辨光学系统，精度高、连续性强、成本低、灵活性好

美能AVT-4030网版检测仪为我们提供了精确的丝网分析和质量控制，确保了丝网参数的精确调整和印刷一致性，从而实现了更精细的银电极图案和更高的电池效率。

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

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