1. 研究背景
随着太阳能电池技术的不断发展，精密印刷技术在提高电池效率和质量方面起着关键作用。特别是在高效的TOPCon太阳能电池生产中，金属化过程的精确对准至关重要。随着技术的进步，无结网版（Knotless screens）被引入以改善印刷质量。此类网版相比传统网版没有交错的金属线，因此可以更均匀地转移浆料，允许在高产量的生产环境中实现更小的栅线宽度。然而，随着生产周期的增加，这些网版会出现形变，影响印刷精度，特别是在双层印刷的高精度要求下。
2. 研究思路
实验设计：
- 实验一：
研究了网版在大规模生产中的寿命，采集了从工厂生产过程中使用的无结网版样品。这些样品在生命周期内的扩展趋势通过高精度显微镜和自动化测量设备进行了分析。 - 实验二：
研究了不同快离距离（Snap-off distance）和刮刀长度（Squeegee length）对栅线图案的影响。通过隔离和分析这些参数对网版形变和栅线对准精度的影响，明确了它们在高精度应用中的作用。
测量方法：
使用Micro-Vu显微镜及其自动化测量配方，进行精确的栅线位置测量，以确保一致性。通过计算偏差来量化网版扩展和对准精度，系统地分析了实验过程中不同变量对网版形变的影响。
3. 结果与讨论
3.1 网版的形变
- 实验一结果：
对不同寿命阶段的网版进行了详细的偏差分析。实验显示，随着印刷次数的增加，网版在X轴和Y轴上的形变逐渐增大，特别是在超过10,000次印刷后，形变变得更加显著。Screen 2的寿命较长，能够持续使用70,000次，而Screen 1和Screen 3分别在35,000次和40,000次印刷后达到失效，表明其在高精度要求下的适用性存在局限性。 - 实验二结果：
快离距离的增加导致了更大的图案扩展，尤其在较大的快离距离下，变形显著增加。相比之下，较长的刮刀能够减少这些变形效应，特别是在较大的快离值下，长刮刀通过更加均匀的压力分布来稳定对准。
3.2 网版寿命的影响
通过不同的网版寿命的比较，发现随着印刷周期的增加，网版的扩展和对准精度逐渐降低。特别是在Screen 2中，随着使用时间的延长，其扩展逐渐增加，特别是在70,000次印刷时，扩展达到20微米。而Screen 1和Screen 3在较早阶段就表现出较大的形变，最终影响了精度。
3.3 印刷参数对齐的影响
- 快离距离：
较大的快离距离增加了对准的变异性，导致较大的图案偏移。而较小的快离距离则减少了这些偏移，帮助保持精确的图案对准。 - 刮刀长度：
使用较长的刮刀在高快离值下能够减少变形，维持更高的对准精度，尤其是在复杂的高精度应用中。
4. 研究结论
- 网版的形变问题：
无结网版在长时间使用中会逐渐发生形变，特别是在进行高精度印刷时，随着印刷周期的增加，网版的扩展会导致对准精度下降。这对大规模生产中的高精度要求提出了挑战，尤其是在双层印刷和复杂金属化图案的应用中。 - 印刷参数的重要性：
快离距离和刮刀长度对网版形变和对准精度有显著影响。较长的刮刀和较小的快离距离有助于减少形变，提高对准精度，从而改善印刷质量。 - 建议与指导：
本研究为光伏行业提供了关于无结网版使用的建议，特别是在Cu-TOPCon和高级TOPCon太阳能电池的生产中，需要精确的印刷对准。优化印刷参数（如快离距离和刮刀长度）对于提高印刷质量和减少对准误差至关重要。
图1：网版弯曲与对准问题
图1展示了约35,000次印刷后网版的弯曲现象，突出了在高产量生产中可能引发的对准问题。网版在长时间使用后，随着印刷周期的增加，逐渐发生形变。这种形变会导致不良的金属图案对准，进而影响太阳能电池的性能。
图2：高精度对准的光伏电池结构
图2展示了需要高精度对准的光伏电池结构。图中的结构包括：
这些结构都要求精确的对准，以减少金属遮挡损失并避免光的吸收与反射问题，尤其是在前金属化与背面金属化之间的对准精度上。
图3：表征方法与测量点布局
图3展示了在Micro-Vu显微镜下使用的表征方法。通过在光伏电池的设计区域内打印参考点，并定义X轴和Y轴的坐标系，研究人员可以在8x8网格内测量252个点的位置，以评估网版的形变和对准精度。这种方法确保了高精度的测量，并对比了不同印刷周期下栅线位置的偏差。
图4：网版2的偏差轮廓图
图4展示了网版2在不同使用周期下，沿X轴和Y轴的指纹位置偏差。偏差图显示，随着印刷次数的增加，网版的形变加剧，特别是在Y轴方向。图4揭示了网版在使用周期内的逐渐变形，强调了网版在高精度应用中的耐久性问题。
图5：网版3的偏差轮廓图
图5展示了网版3的偏差轮廓图，显示了该网版在10,000次印刷后的显著变形，特别是Y轴方向的偏差。与网版2不同，网版3在40,000次印刷后出现了较大的偏移，但随着印刷周期的增加，其对准偏差有所减小，这表明网版3在长期使用中可能会更稳定，适合于高精度的长期应用。
图6：网版1、2和3的X轴偏差
图6展示了网版1、2和3在不同印刷周期下X轴方向的偏差。偏差随着印刷次数的增加而增大，尤其是在屏幕的外部栅线位置（X = 8或X = -8）。这表明在使用过程中，外部栅线的偏差会比内部栅线更大，随着时间的推移，网版的形变更为显著，最终影响对准精度。
图7：网版累计扩展与栅线长度
图7展示了网版在生命周期内的累计扩展情况（上图）以及从第一个栅线到最后一个栅线的长度变化（下图）。随着印刷周期的增加，网版的扩展逐渐增加，尤其在超过10,000次印刷后，扩展速度显著加快。网版2表现出更为缓慢的扩展趋势，直到70,000次印刷时才出现约20微米的扩展，而网版1和网版3则较早出现较大的扩展（20微米），这表明它们的使用寿命较短，需要更频繁的更换。
图8：快离距离与刮刀长度对屏幕扩展的影响
图8是一个箱线图，展示了快离距离和刮刀长度对网版扩展的影响。快离距离的增加导致了更大的图案扩展，并且数据的变异性增加，显示出较高的快离距离可能导致印刷图案的偏移。相比之下，使用较长的刮刀可以减小图案扩展，尤其在较高的快离距离下，较长的刮刀通过均匀施加压力来稳定图案对准。
