一种光伏电池用丝网印刷网板及其改进方法与流程

本发明涉及光伏电池，具体涉及一种光伏电池用丝网印刷网板及其改进方法。

背景技术：

1、光伏电池是一种将太阳能直接转化为电能的产品。光伏电池在光照下会产生光生载流子，此时需要将产生的光生载流子进行汇流引导；而通常的做法是：在光伏电池的表面制备金属栅线作为金属电极来汇流引导这些光生载流子。现有技术中，主流的金属电极的制备方法是采用丝网印刷工艺。该丝网印刷工艺的具体过程是：先在丝网印刷的网板上以金属电极41的形状进行开口23(如图1-2，网板包括网板框10及通过多根丝线21织构形成的网布20，网布20的非开口处填充有聚酰亚胺22)；再在丝网印刷时，在如回墨刀的刮刀30的作用力下，使金属浆料40从网布20的开口23处被挤出，进而印制在电池片50上(如图2)，以完成金属电极图案的印刷工作；再通过烧结金属浆料40来在电池片50上形成金属电极41。

2、然而，为实现金属浆料40被挤出，就需要使金属浆料40产生一个向下的作用力。所以，在实际丝网印刷时，必须在网布20与电池片50之间留出一定的空隙d2(如图2所示)。此时，当刮刀30推动金属浆料40前进时，势必会对网布20产生一个较大的向下的应力。这个应力在网布20的横丝(即网布20中沿x轴方向分布的丝线21)和纵丝(即网布20中沿y轴方向分布的丝线21)上产生的应变是不一样的，且这个应力在网布20的不同印刷区域所产生的应变也是不一样的。而且，即便网布20使用弹性模量很高的材料，如不锈钢、钨钢，网布20仍会在刮刀30的向下的作用力下产生应力及对应的应变。这个应力，首先会导致实际丝网印刷在电池片上的图案出现略微的膨胀或变形，从而使实际丝网印刷的图案与网布图案有差异(如图3)；其次由于网布20的各个印刷区域的应变不同，还会导致网布20各个印刷区域对应所印刷的金属栅线的线宽不均匀。而且，为了减少金属栅线对电池片表面的遮光面积，目前金属栅线的制备趋势是会做得更细(也即制备的金属栅线的线宽更小)，在这种趋势下，还容易导致电池片上印刷的金属栅线出现断栅现象。故而，丝网印刷图形的不一致、金属栅线的线宽不均匀甚至断栅现象，会造成汇流不良，影响金属电极收集光生载流子的能力，最终影响电池效率。

3、针对丝网印刷金属电极的上述缺陷，参见图4，目前的解决方案是采用双层轧棍(其包括上层轧棍和下层轧棍)进行丝网印刷。参见图4b，在轧棍60(如上层轧棍)的表面有如同网板一样的开口23，轧棍60的内部承载有金属浆料40；旋转的上层轧棍和下层轧棍一起带动电池片50运动(如图4a所示，电池片50上箭头所指的方向表示双层轧棍带动电池片50运动的方向)，并在轧棍60(如上层轧棍)内部的刮刀30的作用下将金属浆料40经开口23挤压在电池片50上，以完成金属电极图案的印刷工作。该双层轧棍中，上层轧棍和下层轧棍均为圆柱体结构，上层轧棍作为印刷载体(即上层轧棍的内部承载金属浆料40)，下层轧棍提供支撑力来减少应力。这样，尽管其丝网印刷的图案仍然会变形，但对于圆柱体结构的双层轧棍上的每个点，其变形是一致的；故而，能使实际丝网印刷的金属电极图案与网布图案相同或相近，进而改善因现有丝网印刷所带来的金属电极汇流不良的缺陷。

4、但是，双层轧棍方案仍然存在诸多问题：1、金属浆料40的填充繁琐：网板式印刷是开放式的，可以轻易补充金属浆料；而轧棍60是一个半封闭的装置，金属浆料40的补充步骤繁琐，故而会造成人工浪费、产量低下。2、双层轧棍减少了印刷装置与电池片50的接触面积，在印刷过程中，及极容易导致电池片50碎片率的增加。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光伏电池用丝网印刷网板及其改进方法。

2、基于此，本发明公开了一种光伏电池用丝网印刷网板的改进方法，包括如下改进步骤：

3、s1、将丝网印刷网板的网布沿x轴方向依次等间距划分为若干个印刷区域，印刷区域的数目为大于或等于3的基数；其中，网布包括织构的多根沿x轴方向分布的横丝和多根沿y轴方向分布的纵丝；

4、s2、当丝网印刷的刮刀推动金属浆料前进至网布的不同印刷区域时，根据刮刀对网布的恒定下压力、网布与电池片之间的网距、网布长度及刮刀沿x轴前进方向移动的距离，对网布的不同印刷区域的左右两侧进行受力分析，获得不同印刷区域所受的应力；

5、s3、对不同印刷区域所受的应力在三维空间中进行受力分析，根据受力平衡，并结合应力的二次投影法，获得应力分别在x、y、z方向上对应的应力分量；

6、s4、对于平面的网布，仅考虑x和y方向，而忽略z方向，并根据应力分量对应的应变与剪切应力对应的剪切应变的关系、以及应力与应变的关系，获得网布的不同印刷区域的剪切应力；将网布的x轴中部的印刷区域作为基准区域；

7、s5、根据丝网印刷网板的目数，结合横向应力与剪切应力的相互影响，为使网布其余各印刷区域对应的剪切应力与基准区域的剪切应力保持一致，在不改变横丝数目的情况下，对应增加网布的其余各印刷区域对应的纵丝数目，以平衡其余各印刷区域对应的剪切应力，来对应抵消网布的沿x轴横向的不同印刷区域所受的应力，使网布各印刷区域受力一致。

8、优选地，步骤s2中，获得所述网布的不同印刷区域所受的应力f，包括如下步骤：

9、s21、根据刮刀对网布的恒定下压力f0、网布与电池片之间的网距d、网布长度l及刮刀沿x轴前进方向移动的距离e，对网布的不同印刷区域的左右两侧进行受力分析，并以所述印刷区域的中部作为受力分析点，获得不同印刷区域中部的如下受力关系式(4)：

10、f0/sin(180°-α-β)＝fl/sinβ＝fr/sinα   (4)，

11、(4)式中，fl为印刷区域的左侧所受的拉力，fr为印刷区域的右侧所受的拉力，α为下压力f0与左侧拉力fl之间的夹角，β为下压力f0与右侧拉力fr之间的夹角；

12、s22、对同一印刷区域的左侧拉力fl与右侧拉力fr进行数值大小比较，将数值更大的左侧拉力fl或右侧拉力fr作为刮刀对所述印刷区域的应力f。

13、进一步优选地，步骤s21具体包括：

14、s211、当丝网印刷的刮刀推动金属浆料前进至网布的一印刷区域时，根据刮刀对网布的恒定下压力f0，结合网布与电池片之间的网距d、网布长度l及刮刀沿x轴前进方向移动的距离e，对所述印刷区域中部的左右两侧进行受力分析，分别获得如下(1)和(2)所示的表达式：

15、α＝arctan(e/d)          (1)，

16、(1)式中，α为下压力f0与左侧拉力fl之间的夹角；

17、β＝arctan((l-e)/d)          (2)，

18、(2)式中，β为下压力f0与右侧拉力fr之间的夹角；

19、s212、根据三角函数正弦定理，在任意三角形中，获得如下(3)式：

20、a/sina＝b/sinb＝c/sinc        (3)，

21、(3)式中，a、b、c分别为三角形的三边，a、b、c分别为三角形三边的对角；

22、s213、根据网布的下压力f0及(1)至(3)式，即得所述印刷区域中部的受力关系式(4)：f0/sin(180°-α-β)＝fl/sinβ＝fr/sinα   (4)。

23、优选地，步骤s3中，获得应力f分别在x、y、z方向上对应的应力分量σx、σy、σz，其包括如下步骤：

24、s31、在三维直角坐标系中，经二次投影法，获得应力f在x、y、z方向上对应分解的投影分力fx、fy、fz；

25、s32、对网布的不同印刷区域所受的应力f在三维空间中进行受力分析，当达到受力平衡时，得到如下偏微分方程(6)：

26、

27、

28、

29、(6)式中，fx、fy、fz为应力f经二次投影法后，分别在x、y、z三个方向上的投影分力；σx为应力f在x轴方向上的法向应力分量，τxy、τxz为应力f分别在y轴和z轴方向上的剪切应力分量；σy为应力f在y轴方向上的法向应力分量，τyx、τyz为应力f分别在x轴和z轴方向上的剪切应力分量；σz为应力f在z轴方向上的法向应力分量，τzx、τzy为应力f分别在x轴和y轴方向上的剪切应力分量；

30、根据所述偏微分方程(6)，并结合投影分力fx、fy、fz，获得应力f在x、y、z上对应的法向应力分量σx、σy、σz。

31、进一步优选地，步骤s3中，在三维直角坐标系中，应力f经二次投影法，在x、y、z方向上对应分解成投影分力fx、fy、fz的表达式(5)如下：

32、

33、(5)式中，f为网布的不同印刷区域所受的应力，fxy为应力f在oxy平面上的投影分力，λ为应力f的作用线与坐标轴z之间的夹角，fz为应力f在z轴上的投影分力，fx为fxy在x轴上的投影分力，fy为fxy在y轴上的投影分力；θ为应力f的作用线与坐标轴z之间的夹角λ、应力f与z轴，这三者决定的平面与坐标轴x之间的夹角。

34、进一步优选地，步骤s4具体包括：

35、步骤s41、对于平面的网布，仅考虑x和y方向，而忽略z方向，并结合如下(7)式和(8)式，获得应力f对应的剪切应变γxy表达式(10)：

36、

37、其中，当受力平衡时，根据偏微分方程(6)，得到如下偏微分方程(7)：

38、

39、

40、

41、

42、(7)式中，ε为应力f对应的应变，其中，εx为法向应力分量σx对应的应变，εy为法向应力分量σy对应的应变，εz为法向应力分量σz对应的应变；应力f对应的应变ε在x、y、z方向上的应变分量对应为u、v、w；γ为剪切应力对应的剪切应变，其中，γxy为剪切应力分量τxy对应的剪切应变，γxz为剪切应力分量τxz对应的剪切应变，γyz为剪切应力分量τyz对应的剪切应变；

43、再根据应变＝应力/弹性模量、及(6)至(7)式，得到如下的本构方程(8)：

44、

45、

46、

47、

48、(8)式中，e为拉压弹性模量，g为剪切弹性模量，μ为泊松比；

49、s42、再获得网布不同印刷区域的剪切应变γxy对应的剪切应力分量τxy，其中，将所述基准区域的剪切应力分量记为剪切应力τm，并将网布的其余各印刷区域对应的剪切应力分量记为剪切应力τn。

50、更进一步优选地，步骤s42具体为：

51、根据本构方程(8)和(10)式，并结合拉压弹性模量e、剪切弹性模量g及泊松比μ的如下关系式(9)，获得网布的不同印刷区域的剪切应力分量τxy；

52、g＝e/2(1+μ)     (9)。

53、更进一步优选地，步骤s5具体包括：

54、s51、根据丝网印刷网板的目数k和基准区域的剪切应力τm，获得基准区域的每根纵丝所承受的力f，如下(11)式：

55、f＝τm/(k/25.4mm)       (11)；

56、s52、为使其余各印刷区域对应的剪切应力τn与基准区域的剪切应力τm保持一致，即可在网布的其余各印刷区域增加m根纵丝，如下(12)式：

57、m＝(τn-τm)/f           (12)。

58、优选地，步骤s1中，所述网布沿x轴方向依次等间距划分的印刷区域的数目为9个，其中，印刷区域5为基准区域。

59、本发明还公开了一种光伏电池用丝网印刷网板，其采用本技术实现要素：上述所述的一种光伏电池用丝网印刷网板的改进方法所制得。

60、与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：

61、(1)采用本发明的改进方法所得的丝网印刷网板，在受到刮刀对网布的下压力时，能有效避免“因该下压力带来的网布不同印刷区域所受应力的不同，所导致的不同应力对应的应变不一致，而使不同印刷区域印刷的金属栅线的线宽出现差异、甚至出现断栅”的缺陷，使得采用本发明改进后的丝网印刷网板所印刷的金属栅线的线宽更均一，减少生产不良，使实际丝网印刷的金属电极图案与改善后的网布图案相同，改善因现有丝网印刷所带来的金属电极汇流不良的缺陷，进而能提升电池效率。

62、(2)而且，采用本发明的改进方法所得的丝网印刷网板，其仍为开放式印刷方式，故而相比双层轧棍的半封闭式印刷方式，更加方便更换金属浆料，能有效避免人工浪费、产量低下的缺陷，还能增加丝网印刷时电池片(或硅片)与印刷装置的接触，减少电池片表面单位面积所受的力，有效降低电池片的碎片率。

63、(3)本发明的改进方法是专门针对丝网印刷网板的网布所做的改善，不需要对电池生产设备进行额外的改动，故而本发明的改进方法在量产中的推广将更加简便。