基于激光诱导前向转移的太阳能电池正面电极印刷关键技术研究

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激光诱导前向转移(Laser induced forward transfer,LIFT)是一种高精度、非接触式、无需掩膜的数字化印刷技术。在光伏产业中,相比于传统丝网印刷,LIFT技术能有效避免硅片破碎,且不存在浆料堵塞等问题,因此在太阳能电池电极制备中具有很好的应用前景,是当前该领域的研究热点。本文以基于LIFT的批量光伏太阳能电池正面电极印刷为出发点,对该过程中涉及到的部分关键技术展开研究,具体研究内容如下:(1)对激光诱导正面电极化设备工作中运动参数对银浆薄膜均匀度的影响规律进行了建模分析及仿真研究。给出了仿真使用的银浆薄膜三维模型和均匀度评价指标,进而基于流体体积法(volume of fluid,VOF)推导了银浆与空气多相流模型,并对仿真使用的银浆流变特性进行了说明。对具有非牛顿流体特性的转移材料银浆的自愈性进行了有限元仿真,进而为后续针对传输参数的仿真提供合理的观测时间。分别对不同传输方式(直线和旋转)、不同加减速曲线、不同银浆薄膜参数的对薄膜传输均匀性的影响进行了仿真实验,并对结果进行了分析。该部分研究结果可为大面积光伏硅片正面栅线印刷可行性和设备在运行中为其选择合适的运动方式提供理论依据。(2)以上述仿真结果为指导,与合作企业联合搭建了激光诱导正面电极化设备样机,并进一步对上述激光诱导前向转移过程中运输参数对薄膜均匀度影响进行了实验验证。首先,从功能入手,将所搭建的激光转印设备分解为激光印刷模块,银浆涂膜模块和硅片运输模块三个部分,进而进行了整体结构设计。以第二章的仿真结果为基础,并依据其他相关文献资料对激光器、扫描振镜、F-θ透镜、激光控制卡和薄膜转运模块等关键设备进行优选与搭建。最后,以所搭建的样机为基础,对不同运输参数和不同薄膜参数进行转运实验,对第二章中仿真结果有效性进行了验证。(3)考虑到设备实际工作时的印刷效率要求,对高振镜扫描速度,高激光重复频率的激光诱导前向转移点转移和线转移规律进行了研究。首先,激光诱导前向转移银浆点阵列确认在一定参数下的银浆薄膜转移阈值,并观察点转移形貌与转移阈值的变化规律,为之后的线转移提供大致参数范围。之后针对高重复频率和低重复频率在相同的光斑间距上进行比较,观察在高重复频率和低重复频率线转移下的不同情况。最后,在高重复频率下,通过控制振镜扫描速度来得到不同的光斑间距,依此来得到光斑间距对转移所得栅线形貌的影响,同时获得最大高宽比银浆栅线的转移参数。
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