摘要:本文章介绍的印刷传输定位方法应用在晶硅太阳能电池电极印刷生产领域，适用于对印刷精度和印刷质量有较高要求的高效晶硅太阳能电池电极的高速量产印刷。
关键词: 晶硅太阳能电池印刷 直线传输式定位 高印刷精度高产能
1、背景技术
目前晶硅太阳能电池常规印刷机有两种结构，一种是采用旋转台面实现硅片上下料和印刷的印刷机结构；另一种是采用皮带传送硅片到印刷台面进行印刷的直线传输式结构。
采用旋转台面的印刷设备，如图1所示，可以同时在印刷台面1上完成硅片的上料和硅片的位置信息采集、在台面2上完成硅片的印刷、并在台面3上完成印刷后硅片的下料。由于整个过程中,硅片的上料和位置检测、印刷以及印刷后下料等工作可以同时进行，因此，该设备具有单位时间内高产出的特点。但是，由于旋转平台直径较大以及结构上的因素,旋转平台上的四个印刷台面很难保证高度的一致性，因此印刷台面与网版之间的间距容易产生差异。在印刷过程中导致不同印刷台面印刷出的电池片出现印刷质量差异，直至影响晶硅太阳能电池的光电转换效率。同时，由于大直径旋转平台在旋转定位过程中，将沿旋转台半径方向放大并累积X轴、Y轴和旋转轴三个自由度的误差，因此，采用旋转台面的电池片印刷设备不适合生产高精度二次套印、选择性电极等对印刷精度有较高要求的高效太阳能电池。
图1（图中600代表旋转盘；300表示印刷机构；数字1、2、3、4表示旋转盘上的印刷台面。）
采用皮带传送硅片的直线传输式印刷设备，如图2所示，皮带将硅片自左向右传送至印刷台面500上，印刷台面上的真空孔将硅片502吸附固定在印刷台面上。此时，位于印刷台面500下的相机系统5011采集硅片502的实际位置，位于印刷台面上方的网版300根据硅片502的位置进行网版定位并开始印刷。印刷后的硅片经皮带继续向右传输，完成其从印刷台的下料。由此可见，采用皮带传送硅片的直线传输式印刷设备，其硅片传输、硅片位置信息采集、网版定位、硅片印刷，以及印刷后硅片的传输下料过程必须先后依次进行，因此该类设备单位时间内产出较低，使单片电池片生产成本居高不下。同时，由于印刷台面500下方的相机系统5011必须自下而上识别硅片的位置信息，因此印刷台面无法使用印刷台面纸，印刷浆料极容易污染印刷台面，造成电池片良品率的下降。更为重要的是，没有台面纸的保护将大大提高硅片碎片率，残留的微小硅片颗粒也很容易嵌入台面上的真空孔，导致后续大量的印刷破片或隐裂，降低成品率和电池片品质，并造成大量不必要的停机时间。此外，由于硅片蓝色受光面朝上，位于硅片下方的相机系统无法采集硅片受光面上的第一次银栅线印刷图形或选择性电极型重扩区等图形信息，也就无法完成类似高效电池片的以图形位置为基准的图形对位印刷。同样，针对背表面钝化工艺电池片，自下而上的相机系统也有可能无法准确分辨硅片边沿和背电场激光刻槽，也就无法完成硅片的定位。
综上所述，目前常规采用旋转台面的晶硅太阳能电池印刷机无法实现高精度定位，各个印刷台面之间的偏差也导致电池片印刷品质一致性的偏差；而目前常规直线传输式的晶硅太阳能电池印刷机产能较低、碎片率高，并且无法实现高效电池片的图形定位印刷。
2、带有两套印刷台面的直线传输式印刷方式可以满足高产能高精度印刷
为了解决解决上述问题，并根据高效电池对图形识别、高定位精度及高速印刷的技术需求，本文提出一种新的硅片上下料和印刷的方法，采用直线运动单元驱动的两套印刷台面，交替完成硅片上下料和印刷。
如图3所示，当硅片101传输到印刷台面100上后，印刷台面100上的真空系统将硅片101吸附固定，位于印刷台面100上方的相机系统对硅片101进行外形检测，并根据电池片工艺对硅片101的位置信息、或硅片101上已有工艺图形的位置信息（如第一次印刷的正银栅线、或选择性重扩区等）进行采集。与此同时，印刷台面200处于在印刷网版300正下方的印刷工位，印刷设备完成对硅片201在印刷台面200上的印刷。印刷完成后，印刷台面200将带着印刷后的硅片201离开印刷工位，返回上下料工位；同时，印刷台面100将带着未印刷的硅片101离开上下料工位，进入印刷工位；在印刷台面100从上下料工位平移到印刷工位的过程中，网版300将根据相机系统采集的硅片101的位置信息进行定位。当印刷台面100抵达印刷工位后，网版300已经完成定位，印刷系统可以直接启动印刷工艺。
3、总结 利用两套印刷平台同时进行硅片的上下料、位置检测以及印刷，两台面交替工作保证了设备高产能。同时，印刷平台在上下料工位和印刷工位之间的运动只有一个机械自由度，可以充分利用现有高精度直线运动单元超高重复性定位精度的技术优势，满足高效电池片电极的高定位精度印刷要求。此外，相机系统位于上下料工位上方，可以直接识别高效电池片蓝色受光面上的工艺图形，进而可以实现根据工艺图形位置进行定位印刷。印刷平台上的硅片在印刷前的上料和印刷后的下料都在同一个上下料工位完成，可以利用一套视觉系统分别完成硅片印刷前上料后的破片外形检测、硅片位置或硅片上现有图形的位置检测，以及硅片印刷后的破片外形检测、硅片上电极印刷图形的检测（包括位置精度、断栅，网版图形等），从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艺的监控等功能（如通过监测网版的形变量提示网版更换周期，以及通过二次印刷不同位置栅线的宽度监测提示两个正银印刷网版的匹配性等），结合其他低张力大网版以及网版六自由度运动控制等功能，可进一步实现印刷质量的提升，并有效提升电池片光电转换效率，降低碎片率，从而从提高产能、印刷精度与印刷品质、降低碎片率等多角度达到提升单电池片品质、降低单电池片生产成本的目的。(文/徐州中宇光伏科技有限公司 辛国军 杰锐光能（苏州）有限公司 于国丰、杨杰)
关键词: 晶硅太阳能电池印刷 直线传输式定位 高印刷精度高产能
1、背景技术
目前晶硅太阳能电池常规印刷机有两种结构，一种是采用旋转台面实现硅片上下料和印刷的印刷机结构；另一种是采用皮带传送硅片到印刷台面进行印刷的直线传输式结构。
采用旋转台面的印刷设备，如图1所示，可以同时在印刷台面1上完成硅片的上料和硅片的位置信息采集、在台面2上完成硅片的印刷、并在台面3上完成印刷后硅片的下料。由于整个过程中,硅片的上料和位置检测、印刷以及印刷后下料等工作可以同时进行，因此，该设备具有单位时间内高产出的特点。但是，由于旋转平台直径较大以及结构上的因素,旋转平台上的四个印刷台面很难保证高度的一致性，因此印刷台面与网版之间的间距容易产生差异。在印刷过程中导致不同印刷台面印刷出的电池片出现印刷质量差异，直至影响晶硅太阳能电池的光电转换效率。同时，由于大直径旋转平台在旋转定位过程中，将沿旋转台半径方向放大并累积X轴、Y轴和旋转轴三个自由度的误差，因此，采用旋转台面的电池片印刷设备不适合生产高精度二次套印、选择性电极等对印刷精度有较高要求的高效太阳能电池。
图1（图中600代表旋转盘；300表示印刷机构；数字1、2、3、4表示旋转盘上的印刷台面。）
采用皮带传送硅片的直线传输式印刷设备，如图2所示，皮带将硅片自左向右传送至印刷台面500上，印刷台面上的真空孔将硅片502吸附固定在印刷台面上。此时，位于印刷台面500下的相机系统5011采集硅片502的实际位置，位于印刷台面上方的网版300根据硅片502的位置进行网版定位并开始印刷。印刷后的硅片经皮带继续向右传输，完成其从印刷台的下料。由此可见，采用皮带传送硅片的直线传输式印刷设备，其硅片传输、硅片位置信息采集、网版定位、硅片印刷，以及印刷后硅片的传输下料过程必须先后依次进行，因此该类设备单位时间内产出较低，使单片电池片生产成本居高不下。同时，由于印刷台面500下方的相机系统5011必须自下而上识别硅片的位置信息，因此印刷台面无法使用印刷台面纸，印刷浆料极容易污染印刷台面，造成电池片良品率的下降。更为重要的是，没有台面纸的保护将大大提高硅片碎片率，残留的微小硅片颗粒也很容易嵌入台面上的真空孔，导致后续大量的印刷破片或隐裂，降低成品率和电池片品质，并造成大量不必要的停机时间。此外，由于硅片蓝色受光面朝上，位于硅片下方的相机系统无法采集硅片受光面上的第一次银栅线印刷图形或选择性电极型重扩区等图形信息，也就无法完成类似高效电池片的以图形位置为基准的图形对位印刷。同样，针对背表面钝化工艺电池片，自下而上的相机系统也有可能无法准确分辨硅片边沿和背电场激光刻槽，也就无法完成硅片的定位。
综上所述，目前常规采用旋转台面的晶硅太阳能电池印刷机无法实现高精度定位，各个印刷台面之间的偏差也导致电池片印刷品质一致性的偏差；而目前常规直线传输式的晶硅太阳能电池印刷机产能较低、碎片率高，并且无法实现高效电池片的图形定位印刷。
2、带有两套印刷台面的直线传输式印刷方式可以满足高产能高精度印刷
为了解决解决上述问题，并根据高效电池对图形识别、高定位精度及高速印刷的技术需求，本文提出一种新的硅片上下料和印刷的方法，采用直线运动单元驱动的两套印刷台面，交替完成硅片上下料和印刷。
如图3所示，当硅片101传输到印刷台面100上后，印刷台面100上的真空系统将硅片101吸附固定，位于印刷台面100上方的相机系统对硅片101进行外形检测，并根据电池片工艺对硅片101的位置信息、或硅片101上已有工艺图形的位置信息（如第一次印刷的正银栅线、或选择性重扩区等）进行采集。与此同时，印刷台面200处于在印刷网版300正下方的印刷工位，印刷设备完成对硅片201在印刷台面200上的印刷。印刷完成后，印刷台面200将带着印刷后的硅片201离开印刷工位，返回上下料工位；同时，印刷台面100将带着未印刷的硅片101离开上下料工位，进入印刷工位；在印刷台面100从上下料工位平移到印刷工位的过程中，网版300将根据相机系统采集的硅片101的位置信息进行定位。当印刷台面100抵达印刷工位后，网版300已经完成定位，印刷系统可以直接启动印刷工艺。
3、总结 利用两套印刷平台同时进行硅片的上下料、位置检测以及印刷，两台面交替工作保证了设备高产能。同时，印刷平台在上下料工位和印刷工位之间的运动只有一个机械自由度，可以充分利用现有高精度直线运动单元超高重复性定位精度的技术优势，满足高效电池片电极的高定位精度印刷要求。此外，相机系统位于上下料工位上方，可以直接识别高效电池片蓝色受光面上的工艺图形，进而可以实现根据工艺图形位置进行定位印刷。印刷平台上的硅片在印刷前的上料和印刷后的下料都在同一个上下料工位完成，可以利用一套视觉系统分别完成硅片印刷前上料后的破片外形检测、硅片位置或硅片上现有图形的位置检测，以及硅片印刷后的破片外形检测、硅片上电极印刷图形的检测（包括位置精度、断栅，网版图形等），从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艺的监控等功能（如通过监测网版的形变量提示网版更换周期，以及通过二次印刷不同位置栅线的宽度监测提示两个正银印刷网版的匹配性等），结合其他低张力大网版以及网版六自由度运动控制等功能，可进一步实现印刷质量的提升，并有效提升电池片光电转换效率，降低碎片率，从而从提高产能、印刷精度与印刷品质、降低碎片率等多角度达到提升单电池片品质、降低单电池片生产成本的目的。(文/徐州中宇光伏科技有限公司 辛国军 杰锐光能（苏州）有限公司 于国丰、杨杰)
索比光伏网 https://news.solarbe.com/201412/03/63322.html
