突破性技术！玻璃模板印刷助力太阳能电池效率再创新高——德国科学家实现10微米以下金属接触指，推动光伏产业升级

1 德国弗莱堡弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（ISE）光伏部；2 德国加尔布森 LPKF 激光与电子股份公司，开发创新与技术研发部

关键词：细线印刷；低温浆料；金属化；纳米颗粒浆料；模板印刷

引言：为何需要更细的金属接触指？在太阳能电池中，正面金属栅线（即接触指）会遮挡阳光，降低光电转换效率。传统屏幕印刷技术受限于网版网格干扰，难以突破20微米以下的接触指宽度。德国弗劳恩霍夫太阳能研究所（Fraunhofer ISE）联合LPKF公司，开发出一种基于玻璃模板的精细印刷技术，成功将接触指宽度降至9.7微米，并显著提升高宽比（0.45），为下一代高效太阳能电池开辟新路径！

技术核心：玻璃模板与激光诱导深蚀刻（LIDE）工艺

传统屏幕印刷依赖柔性网版，而玻璃模板采用刚性玻璃箔，通过**激光诱导深蚀刻（LIDE）**工艺制造复杂三维孔道结构。LIDE技术通过激光脉冲局部改性玻璃，再经氢氟酸选择性蚀刻，可精准加工出最小5微米的孔径（图5）。这一工艺不仅成本低、效率高，还能实现高深宽比（1:100）的微结构（图6）。

关键突破：双步LIDE工艺

第一步：激光脉冲定义孔道形状，蚀刻形成初始结构。第二步：反向激光加工，优化孔道开口，提升浆料释放效率（图5）。

实验结果：从8.4微米到高宽比0.45的跨越

研究团队通过优化玻璃模板的孔径长度、厚度及浆料配方，取得以下成果：

接触指宽度：使用7.5微米孔径模板，印刷出平均宽度8.4±1.3微米的接触指（图7）。高宽比提升：缩短孔径长度至25微米并减薄玻璃厚度至190微米，高宽比从0.19提升至0.45（图10）。浆料选择：纳米颗粒银浆（Paste B）显著改善均匀性，避免传统微米颗粒浆料的堵塞问题（图11）。

图表解析：关键数据与发现

图1：屏幕印刷 vs 玻璃模板印刷

左图：屏幕印刷接触指因网版网格干扰，表面出现“网格痕”，导致电阻升高。右图：玻璃模板印刷的接触指均匀光滑，无网格缺陷。意义：玻璃模板避免了网格干扰，提升电导率。

图2：玻璃模板印刷原理

左图：模板与基板直接接触，刮刀推动浆料填充孔道。右图：新型微结构孔道（B）相比传统设计（A）优化浆料流动，提高高宽比。

图7：孔径实测与标称值对比

实际孔径比标称值小6±2%，需通过激光参数校准。孔径越小，边缘波动越明显，可能影响浆料填充（图7B）。

图10：孔径长度与高宽比关系

孔径长度从50微米缩短至25微米，接触指高度从2.2微米增至4.5微米，高宽比提升50%。结论：缩短孔径长度可改善浆料转移效率。

图11：纳米银浆 vs 微米银浆

左图：微米颗粒浆料（Paste A）导致接触指表面粗糙，宽度不均。右图：纳米颗粒浆料（Paste B）实现更均匀的接触指形貌。

总结与讨论

本文通过玻璃模板印刷技术，成功实现了10微米以下的金属接触指印刷，显著提升了太阳能电池的光电转换效率。LIDE工艺和微结构通道设计是这一技术的核心创新，而纳米颗粒银浆的应用进一步优化了印刷质量。未来，随着半自动印刷设备的引入和工艺参数的进一步优化，这一技术有望在光伏产业中实现大规模应用，推动太阳能电池的效率提升和成本降低。

参考文献Schweigstill, T. et al. (2025). Progress in Photovoltaics: Research and Applications. DOI:10.1002/php.3885

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图表版权说明文中图表均改编自原文，数据归属Fraunhofer ISE及合作团队。