太阳能电池金属化印刷技术综述：丝网印刷优化、质量控制与新兴技术展望

本文全面综述了硅太阳能电池金属化印刷技术，重点关注丝网印刷的演进、核心挑战（如细线栅线、银浆消耗优化）、浆料流变学作用，并通过美能网版智能检测仪进行质量控制，确保印刷过程的精度。最后对比新兴技术（如模板印刷、并行点胶、轮转丝网印刷）在提升效率与降低成本方面的潜力。

金属化技术的演进

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金属化作为硅太阳能电池制造的关键环节，直接影响光电转化效率与生产成本。近30年来，平板丝网印刷以高产能（>4000片/小时）、低报废率和成熟的工业供应链，占据全球光伏金属化98%的市场份额。其演进史映射了光伏产业化进程：

丝网印刷栅线宽度演变，SEM图展示截面形貌优化

• 1975年里程碑：Spectrolab率先实现丝网印刷铝背场（Al-BSF）电池量产，解决p型硅接触问题；
• 2000年代突破：Fire-through银浆技术兼容磷发射极与氮化硅减反层，推动PERC电池商业化；
• 当前技术节点：丝网印刷可实现线宽≤20μm，支撑PERC电池效率突破23%。

随着n-TOPCon、异质结（SHJ）、钙钛矿/硅叠层等高效电池兴起，金属化面临新挑战：超细栅线（<30μm）、低温兼容性（<200℃）及银浆减耗（现占电池成15%）。

金属化技术基础

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(a) 不同栅线截面（三角/圆形/高斯形）在玻璃/EVA封装下的光反射模型(b) 不同互联焊带数量下的最大容许横向电阻RL,max

 

电极性能

• 光学损失：栅线遮光需控制在5%内，有效遮光宽度 wf,eff由形貌决定（如高斯截面比圆形遮光高20%）；
• 电学损失：包括接触电阻ρc、栅线电阻Rgrid及金属诱导复合j0,met，PERC电池中j0,met 达500–800 fA/cm²；
• 材料成本：银浆耗量需降至80 mg/片以下（2023年行业平均约85 mg）。

互联技术创新

多主栅（MBB）、焊带叠瓦（Shingled）及无主栅（Busbarless）设计显著降低对栅线电阻的敏感性。当栅线线宽缩减至30μm时，多主栅（12BB）方案的容许横向电阻达4.9 Ω/cm，较传统3BB提升16倍。

丝网印刷的突破与瓶颈

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(A) 覆墨阶段：刮刀运动填充网孔(B) 印刷阶段：刮刀压降网版至基材接触

 

产能与精度的博弈现代产线通过双步印刷（Double/Dual Printing）实现高宽比提升：

• 双印刷（Print-on-Print）：两次印刷叠加栅线，线宽降至30μm，但套准精度需≤12.5μm；
• 双次印刷（Dual Print）：分离主栅/细栅印刷，主栅采用非接触浆料降低复合损失j0,met降低25%。

核心工艺创新(A) 标准网孔SEM成像(B) 传统22.5°网版 vs (C) 0°无结点屏

• 网版设计：“无网结网版”（Knotless Screen）消除丝网结点对浆料转移的阻碍，结合乳剂层优化（厚度≤15μm），实现线宽19μm；

网版弹离阶段的壁滑效应机理(A) 覆墨后网孔填充状态 (B) 刮刀预压区 (C) 接触点剪切应力 (D) 弹离阶段壁滑速度vslip

• 流变学调控：浆料屈服应力控制“壁面滑移”（Wall Slip），减少刮刀剪切能耗30%；

硅片绒面对印刷边缘密封的影响

• 表面匹配技术：金字塔绒面纹理高度需≤3μm，保证乳胶“垫圈密封”效果，抑制浆料溢流。
• 关键挑战：网版寿命（>10,000次印刷）与20μm线宽量产的稳定性仍待突破。

新兴金属化技术

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点胶工艺的流变学调控规律

 

并行点胶（Parallel Dispensing）：通过多喷嘴同步点胶实现无网版印刷，消除网结痕（Mesh Marks），线宽达17μm，银耗降低20%；6喷嘴点胶头产能达3,600片/小时，适配PERC/SHJ电池低温浆料。

轮转丝网印刷技术原理

 

轮转丝网印刷（Rotary Printing）：

• 柔性版印刷（Flexography）：激光雕刻EPDM印版，5μm微穴网纹辊控制银浆转移，线宽30μm；
• 轮转丝网印刷（Rotary Screen）：筒型镍网（400目）连续印刷，理论产能>10,000片/小时，适合背面整面铝印刷。

为应对丝网印刷在超细线宽（<20μm）和高产能的局限，模板印刷、并行点胶（可实现17μm线宽）和轮转丝网印刷（柔性版/凹版）等替代技术展现出更高精度和低银耗潜力，但工业化成熟度仍需提升。尽管新型印刷技术不断涌现，丝网印刷凭借其材料体系成熟度、设备投资回报率及工艺灵活性，仍将在TOPCon、HJT等主流电池技术中占据主导地位。未来突破方向集中于：开发耐高温/低温兼容的多功能浆料、构建数字孪生系统实现印刷过程闭环控制、以及探索银基浆料向铜基体系的平滑过渡。

美能网版智能检测仪

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美能网版检测仪AVT-4030集四大检测功能为一体，用于检测太阳能电池网版的各项特征包括：尺寸、缺陷、张力、膜厚。采用0.1μm光栅尺，实现线宽测量精度0.3μm，PT值测量精度2μm，提升网版质量。

 

• 尺寸、缺陷、膜厚、张力检测集成化

 

• 网版检测规格：≤220*220mm（尺寸可定制）

 

高分辨光学系统，精度高、连续性强、成本低、灵活性好

美能网版智能检测仪在硅太阳能电池金属化印刷技术研究中发挥着工艺质量控制的基石作用，其四大核心功能完美匹配研究中指出的关键工艺瓶颈（尤其针对丝网印刷超细线宽量产需求），解决了太阳能电池金属化技术升级中工艺难题。

原文参考：Printing technologies for silicon solar cell metallization: A comprehensive review

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