印刷传输定位在晶硅太阳能电池电极印刷生产领域的应用

摘要:本⽂文章介绍的印刷传输定位⽅方法应⽤用在晶硅太阳能电池电极印刷⽣生产领 域,适⽤用于对印刷精度和印刷质量有较⾼高要求的⾼高效晶硅太阳能电池电极的⾼高 速量产印刷。
关键词: 晶硅太阳能电池印刷 直线传输式定位 ⾼高印刷精度⾼高产能
1、背景技术
⺫⽬目前晶硅太阳能电池常规印刷机有两种结构,⼀一种是采⽤用旋转台⾯面实现硅⽚片上
下料和印刷的印刷机结构;另⼀一种是采⽤用⽪皮带传送硅⽚片到印刷台⾯面进⾏行印刷的
直线传输式结构。
采⽤用旋转台⾯面的印刷设备,如图1所⽰示,可以同时在印刷台⾯面1上完成硅⽚片的上 料和硅⽚片的位置信息采集、在台⾯面2上完成硅⽚片的印刷、并在台⾯面3上完成印刷 后硅⽚片的下料。由于整个过程中,硅⽚片的上料和位置检测、印刷以及印刷后下料 等⼯工作可以同时进⾏行,因此,该设备具有单位时间内⾼高产出的特点。但是,由 于旋转平台直径较⼤大以及结构上的因素,旋转平台上的四个印刷台⾯面很难保证⾼高
度的⼀一致性,因此印刷台⾯面与⺴⽹网版之间的间距容易产⽣生差异。在印刷过程中导 致不同印刷台⾯面印刷出的电池⽚片出现印刷质量差异,直⾄至影响晶硅太阳能电池 的光电转换效率。同时,由于⼤大直径旋转平台在旋转定位过程中,将沿旋转台 半径⽅方向放⼤大并累积X轴、Y轴和旋转轴三个⾃自由度的误差,因此,采⽤用旋转台 ⾯面的电池⽚片印刷设备不适合⽣生产⾼高精度⼆二次套印、选择性电极等对印刷精度有 较⾼高要求的⾼高效太阳能电池。
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图1(图中600代表旋转盘;300表⽰示印刷机构;数字1、2、3、4表⽰示旋转盘上 的印刷台⾯面。) 采⽤用⽪皮带传送硅⽚片的直线传输式印刷设备,如图2所⽰示,⽪皮带将硅⽚片⾃自左向右 传送⾄至印刷台⾯面500上,印刷台⾯面上的真空孔将硅⽚片502吸附固定在印刷台⾯面 上。此时,位于印刷台⾯面500下的相机系统5011采集硅⽚片502的实际位置,位 于印刷台⾯面上⽅方的⺴⽹网版300根据硅⽚片502的位置进⾏行⺴⽹网版定位并开始印刷。印刷 后的硅⽚片经⽪皮带继续向右传输,完成其从印刷台的下料。由此可⻅见,采⽤用⽪皮带

传送硅⽚片的直线传输式印刷设备,其硅⽚片传输、硅⽚片位置信息采集、⺴⽹网版定位、 硅⽚片印刷,以及印刷后硅⽚片的传输下料过程必须先后依次进⾏行,因此该类设备 单位时间内产出较低,使单⽚片电池⽚片⽣生产成本居⾼高不下。同时,由于印刷台⾯面 500下⽅方的相机系统5011必须⾃自下⽽而上识别硅⽚片的位置信息,因此印刷台⾯面⽆无 法使⽤用印刷台⾯面纸,印刷浆料极容易污染印刷台⾯面,造成电池⽚片良品率的下降。 更为重要的是,没有台⾯面纸的保护将⼤大⼤大提⾼高硅⽚片碎⽚片率,残留的微⼩小硅⽚片颗 粒也很容易嵌⼊入台⾯面上的真空孔,导致后续⼤大量的印刷破⽚片或隐裂,降低成品 率和电池⽚片品质,并造成⼤大量不必要的停机时间。此外,由于硅⽚片蓝⾊色受光⾯面 朝上,位于硅⽚片下⽅方的相机系统⽆无法采集硅⽚片受光⾯面上的第⼀一次银栅线印刷图 形或选择性电极型重扩区等图形信息,也就⽆无法完成类似⾼高效电池⽚片的以图形 位置为基准的图形对位印刷。同样,针对背表⾯面钝化⼯工艺电池⽚片,⾃自下⽽而上的 相机系统也有可能⽆无法准确分辨硅⽚片边沿和背电场激光刻槽,也就⽆无法完成硅 ⽚片的定位。
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综上所述,⺫⽬目前常规采⽤用旋转台⾯面的晶硅太阳能电池印刷机⽆无法实现⾼高精度定 位,各个印刷台⾯面之间的偏差也导致电池⽚片印刷品质⼀一致性的偏差;⽽而⺫⽬目前常 规直线传输式的晶硅太阳能电池印刷机产能较低、碎⽚片率⾼高,并且⽆无法实现⾼高 效电池⽚片的图形定位印刷。 2、带有两套印刷台⾯面的直线传输式印刷⽅方式可以满⾜足⾼高产能⾼高精度印刷
为了解决解决上述问题,并根据⾼高效电池对图形识别、⾼高定位精度及⾼高速印刷
的技术需求,本⽂文提出⼀一种新的硅⽚片上下料和印刷的⽅方法,采⽤用直线运动单元
驱动的两套印刷台⾯面,交替完成硅⽚片上下料和印刷。
如图3所⽰示,当硅⽚片101传输到印刷台⾯面100上后,印刷台⾯面100上的真空系统 将硅⽚片101吸附固定,位于印刷台⾯面100上⽅方的相机系统对硅⽚片101进⾏行外形检 测,并根据电池⽚片⼯工艺对硅⽚片101的位置信息、或硅⽚片101上已有⼯工艺图形的位 置信息(如第⼀一次印刷的正银栅线、或选择性重扩区等)进⾏行采集。与此同时, 印刷台⾯面200处于在印刷⺴⽹网版300正下⽅方的印刷⼯工位,印刷设备完成对硅⽚片201 在印刷台⾯面200上的印刷。印刷完成后,印刷台⾯面200将带着印刷后的硅⽚片201 离开印刷⼯工位,返回上下料⼯工位;同时,印刷台⾯面100将带着未印刷的硅⽚片101 离开上下料⼯工位,进⼊入印刷⼯工位;在印刷台⾯面100从上下料⼯工位平移到印刷⼯工

位的过程中,⺴⽹网版300将根据相机系统采集的硅⽚片101的位置信息进⾏行定位。当 印刷台⾯面100抵达印刷⼯工位后,⺴⽹网版300已经完成定位,印刷系统可以直接启动 印刷⼯工艺。
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3、总结 利⽤用两套印刷平台同时进⾏行硅⽚片的上下料、位置检测以及印刷,两台 ⾯面交替⼯工作保证了设备⾼高产能。同时,印刷平台在上下料⼯工位和印刷⼯工位之间
的运动只有⼀一个机械⾃自由度,可以充分利⽤用现有⾼高精度直线运动单元超⾼高重复 性定位精度的技术优势,满⾜足⾼高效电池⽚片电极的⾼高定位精度印刷要求。此外, 相机系统位于上下料⼯工位上⽅方,可以直接识别⾼高效电池⽚片蓝⾊色受光⾯面上的⼯工艺 图形,进⽽而可以实现根据⼯工艺图形位置进⾏行定位印刷。印刷平台上的硅⽚片在印 刷前的上料和印刷后的下料都在同⼀一个上下料⼯工位完成,可以利⽤用⼀一套视觉系 统分别完成硅⽚片印刷前上料后的破⽚片外形检测、硅⽚片位置或硅⽚片上现有图形的 位置检测,以及硅⽚片印刷后的破⽚片外形检测、硅⽚片上电极印刷图形的检测(包 括位置精度、断栅,⺴⽹网版图形等),从⽽而实现更多的检测功能,并借助印刷后 检测结果实现对印刷⼯工艺的监控等功能(如通过监测⺴⽹网版的形变量提⽰示⺴⽹网版更 换周期,以及通过⼆二次印刷不同位置栅线的宽度监测提⽰示两个正银印刷⺴⽹网版的 匹配性等),结合其他低张⼒力⼤大⺴⽹网版以及⺴⽹网版六⾃自由度运动控制等功能,可进 ⼀一步实现印刷质量的提升,并有效提升电池⽚片光电转换效率,降低碎⽚片率,从 ⽽而从提⾼高产能、印刷精度与印刷品质、降低碎⽚片率等多⾓角度达到提升单电池⽚片 品质、降低单电池⽚片⽣生产成本的⺫⽬目的。(⽂文/徐州中宇光伏科技有限公司 ⾟辛国军 杰锐光能(苏州)有限公司 于国丰、杨杰)