太阳能电池栅线喷印设备控制系统设计与喷印工艺研究

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能源危机和环境保护等问题日益严重,寻求一种清洁、可再生的能源已成为必然的选择。太阳能发电被认为是最有前景的途径之一。  太阳能电池板是太阳能电池实现光电转换的部件,栅线作为其重要组成部分目前主要采用丝网印刷的方法制备,虽然实现了部分自动化,但工艺复杂,栅线的一致性难以保证,并且生产过程中会产生严重的环境污染。针对这些问题,我们提出采用喷墨打印的方法制备栅线,将纳米银墨水按设定的程序高速通过细小的喷嘴直接喷射到硅片表面的特定位置,堆叠后形成栅线。利用喷墨打印技术,栅线的形貌更容易控制并且大大减少了银浆浪费,也更加环保。  本文设计了一套太阳能电池栅线喷印设备的控制系统,控制系统按功能化分为数据通信系统、运动控制系统和喷印控制系统。  数据通信系统包括USB通信模块和命令解析模块。USB通信模块利用FPGA控制专用芯片与上位机通信,此过程中使用了乒乓操作技术来保证数据流的不间断传输。命令解析模块将上位机发送的数据流进行解释,提取命令信息和数据信息并发送到相应的驱动模块。  运动控制系统包括位置检测模块,电机控制模块和真空吸附系统。位置检测模块将四分频后的光栅反馈信号作为伺服电机的位置反馈,提高控制精度。电机控制模块接收命令解析模块的信息完成对伺服驱动器的设置并发送特定的驱动信号。真空吸附系统用于喷印过程中固定硅片,在线固化系统用于控制硅片上墨滴中溶剂合适的挥发速度,进而保证栅线的良好形貌。  喷印控制系统包括喷头控制系统、供墨系统和在线固化系统。喷头控制系统中,系统接收命令解析模块的信息并按要求时序要求发送驱动信号,完成纳米银墨水的喷射,借助喷头内置加热电阻和热敏电阻,以FPGA的设定信号作为输入,利用热敏电阻的采样作为反馈对加热电阻构成全闭环控制。供墨系统保证喷印过程中墨水的持续供应并且不出现墨水渗漏,真空吸附系统用于喷印过程中固定硅片。在线固化系统用于控制硅片表面墨滴中溶剂合适的挥发速度,进而保证栅线的良好形貌。  最后,针对栅线的喷印,对控制系统进行了整体测试。本文从液滴间距、在线固化温度、重复喷印次数三个方面设计了一系列实验,并对实验结果进行了比较分析,为进一步的系统优化打下基础。
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