用于光伏電池的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)和方法
【專利摘要】絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其包括金屬模塊（12）和布（15），布被固定至該金屬模塊（12）的全部周邊上以形成蹦床組合件，其特征在于，被固定至金屬模板（12）的布（15）具有至少一自由端，以減小或消除刮板（20）的作用下的變形。
【專利說(shuō)明】用于光伏電池的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，特別地適于光伏裝置的制造，特別是適于集電導(dǎo)體在光伏電池上的印刷。本發(fā)明還涉及用這種印刷系統(tǒng)的印刷方法和集成這種印刷方法的光伏電池生產(chǎn)方法。本發(fā)明還涉及實(shí)施這種方法的光伏電池生產(chǎn)單元。本發(fā)明還涉及這種絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏電池借助于半導(dǎo)體材料片進(jìn)行制造，半導(dǎo)體材料片通常是硅片，以英語(yǔ)名稱"wafer (晶片)”是已知的。這種制造特別是需要在該材料片的表面上形成電導(dǎo)體。圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的這類材料片I的表面，其包括寬度較細(xì)的平行的第一導(dǎo)體，被稱之為集電導(dǎo)體2，第一導(dǎo)體的作用在于收集通過(guò)光線在硅中產(chǎn)生的電子。片I的表面此外包括有時(shí)被稱之為“匯流條”的較寬的平行的其它導(dǎo)體3，其它導(dǎo)體3在垂直于集電導(dǎo)體2的方向上定向，其作用在于將更高的電荷從光伏電池傳導(dǎo)到光伏電池。這些較寬的導(dǎo)體3通常與一金屬帶相連接，金屬帶在整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。所有這些導(dǎo)體2、3通過(guò)不同的技術(shù)獲得，所述不同的技術(shù)允許形成連續(xù)的導(dǎo)線，導(dǎo)線在晶片的整個(gè)長(zhǎng)度和寬度上連續(xù)地延伸。
[0003]為了實(shí)施這些導(dǎo)體，現(xiàn)有技術(shù)的一種方法例如在于用一或兩次絲網(wǎng)印刷，在晶片上通過(guò)絲網(wǎng)印刷法沉積導(dǎo)電漿料。為此，所述方法在于使導(dǎo)電漿料穿透由網(wǎng)布或織物組成的網(wǎng)屏。這種網(wǎng)布覆有密封層一除了漿料應(yīng)穿透網(wǎng)布的位置。這種穿透借助于一種刮刀獲得，刮刀按壓漿料穿透網(wǎng)布:然而，網(wǎng)布的網(wǎng)線在這種操作中造成妨礙，和不可能獲得合成導(dǎo)體的理想幾何形狀，特別是就所沉積的漿料層的高度的規(guī)則性而言:這種方法不允許形成性能足夠良好的導(dǎo)體。實(shí)際上，這些導(dǎo)體的導(dǎo)電性能非常敏感于其幾何形狀，和特別是敏感于厚度/寬度比，厚度在垂直于晶片I的豎直方向上測(cè)量，寬度在橫貫于導(dǎo)體的水平方向上測(cè)量。
[0004]文獻(xiàn)US6258445描述了一種模板,其在周邊的一部分上固定至框架。該模板具有通過(guò)金屬沉積強(qiáng)化的塑性骨架。然而這種方式不能得到令人滿意的結(jié)果。
[0005]為了修正這些弊端，現(xiàn)有技術(shù)的第二種方法在于由金屬模板、或金屬帶，英文名也稱為“stencil (蠟板)”，來(lái)替代之前的網(wǎng)布，在金屬模板、或金屬帶中實(shí)施有貫穿開口。不過(guò)，為了不脆化這些金屬模板和在印刷時(shí)獲得其最優(yōu)的性能，不可能實(shí)施面積過(guò)大的開口，特別是不具有在模板的整個(gè)長(zhǎng)度或?qū)挾壬涎由斓拈_口，以及所述方法通常需要至少兩次印刷，利用兩個(gè)相區(qū)別的互補(bǔ)的網(wǎng)框，以獲得在圖1上所示的不同的導(dǎo)體。出于這種原因，這種方法還是復(fù)雜的和昂貴的。此外，由于金屬模板不具有網(wǎng)布的彈性和在刮板的作用下不能足夠地發(fā)生變形，金屬模板與在周邊膠接的網(wǎng)布相聯(lián)結(jié)，以根據(jù)稱為“trampoline (蹦床)”的構(gòu)造，給整體提供以足夠的彈性。
[0006]圖2至圖5示意性示出這種蹦床類型的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于在硅片5表面上印刷導(dǎo)體以形成光伏電池的絲網(wǎng)印刷步驟。印刷裝置包括印刷臺(tái)11，印刷臺(tái)上放置硅片5，長(zhǎng)方形的金屬模板12包括中央印刷區(qū)域13，中央印刷區(qū)域包括用于被導(dǎo)電漿體通過(guò)的開口，以在硅片表面形成未來(lái)光伏電池的導(dǎo)體2、3，如前文所述和如圖1所示。為此，金屬模板12定位在離待印刷的硅片5上方約Imm處，在硅片5的整個(gè)寬度上延伸的刮板20在硅片5的整個(gè)長(zhǎng)度上在方向X上平移移動(dòng)，在金屬模板12上傳遞包括在30N至150N之間的壓力P以使金屬模板變形和壓漿料使之通過(guò)開口直至硅片5表面上。為了能夠支持該力和達(dá)到足夠的變形以及為了在刮板通過(guò)后允許模板的脫離，金屬模板12固定于在長(zhǎng)方形周沿四側(cè)上延伸的膠合區(qū)域16上的布上。最后，形成該布15的長(zhǎng)方形外廓的四側(cè)本身黏附于長(zhǎng)方形框架17。
[0007]然而無(wú)論如何，該第二方法具有以下的弊端:
[0008]-網(wǎng)布在金屬模板上施加張力，引起金屬模板圍繞其開口變形，特別是圍繞位于其邊部的開口變形。由此產(chǎn)生比期望更寬的印刷，這導(dǎo)致外觀缺陷和這降低光伏電池的性倉(cāng)泛;
[0009]-此外，網(wǎng)布的這種張力甚至?xí)鹜ǔ７浅１〉慕饘倌０宓妮^大的整體變形，例如引起正常呈直線設(shè)置的導(dǎo)線的彎曲。最初被設(shè)置的導(dǎo)體從而發(fā)生變形。此外，在實(shí)施印刷系統(tǒng)時(shí)變形增加并在刮板通過(guò)時(shí)尤其更大。因此實(shí)施漿料層在定位層上的精確疊置是非常困難的，如第二導(dǎo)電漿料層在第一層(雙印刷技術(shù))上或一漿料層布置在一超劑量區(qū)域上(選擇發(fā)送技術(shù))，這有損于光伏電池的性能。
[0010]通過(guò)使用更大尺寸的框架可以減少這些缺陷，例如對(duì)于6英寸的電池絲網(wǎng)應(yīng)刷用15英寸(pouce)的框架替代12英寸的框架，但這引起顯著的追加費(fèi)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]因此，本發(fā)明的總體目的在于提出在光伏裝置的晶片上實(shí)施電導(dǎo)體的一種解決方案，所述解決方案減少現(xiàn)有技術(shù)的解決方案的弊端。
[0012]更為確切的說(shuō)，本發(fā)明力求達(dá)到以下的全部或部分目的:
[0013]本發(fā)明的第一目的在于提出在光伏電池上實(shí)施電導(dǎo)體的一種解決方案，所述方案允許優(yōu)化合成的光伏電池的性能。
[0014]本發(fā)明的第二目的在于提出通過(guò)一種高生產(chǎn)率、性能良好且經(jīng)濟(jì)的方法在光伏電池上實(shí)施電導(dǎo)體的一種解決方案。
[0015]為此，本發(fā)明提出絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其包括金屬模塊，其特征在于，被固定至金屬模板的布具有至少一自由端，以減小或消除刮板的作用下的變形。布可具有一部分自由周邊外廓。
[0016]本發(fā)明還涉及光伏裝置的生產(chǎn)單元，其特征在于，所述光伏裝置的生產(chǎn)單元包括前面所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)。
[0017]本發(fā)明還涉及利用如前所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷方法，其特征在于，所述絲網(wǎng)印刷方法包括刮模板使固定至金屬模板的布的一自由端產(chǎn)生移動(dòng)的步驟。
[0018]光伏裝置的生產(chǎn)方法可以包括借助如前所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)在硅片上印刷導(dǎo)體的絲網(wǎng)印刷步驟。
[0019]本發(fā)明由權(quán)利要求書更精確地限定。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】[0020]本發(fā)明的這些目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將在接下來(lái)參照附圖對(duì)作為非限定性示例的【具體實(shí)施方式】的描述中詳細(xì)得到展示，附圖中:
[0021]圖1示意性地示出在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的光伏電池表面的導(dǎo)體。
[0022]圖2示意性地示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)用于在光伏電池表面印刷導(dǎo)體的蹦床型結(jié)構(gòu)的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的剖視圖。
[0023]圖3示意性地示出現(xiàn)有技術(shù)的蹦床型結(jié)構(gòu)的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的俯視圖。
[0024]圖4示意性地示出垂直于現(xiàn)有技術(shù)的蹦床型結(jié)構(gòu)的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的X軸的剖視圖。
[0025]圖5示意性地示出平行于現(xiàn)有技術(shù)的蹦床型結(jié)構(gòu)的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的X軸的剖視圖。
[0026]圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的一部分的俯視圖。
[0027]圖7至圖9示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的變型的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的一部分的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]在下文的描述中，為了簡(jiǎn)化的目的，相同附圖標(biāo)記用于不同附圖上以指示類似零件，即使這些類似零件可具有不同的形狀和/或性質(zhì)。
[0029]圖6示出本發(fā)明一實(shí)施方式，其中絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)還是放置在蹦床型結(jié)構(gòu)上。其還包括長(zhǎng)方形的金屬模板12，金屬模板在其外廓區(qū)域16上通過(guò)膠合或任何固定裝置被固定至布15，外廓區(qū)域延伸在金屬模板的長(zhǎng)方形周邊的四邊上。但是，該布15不再是在其所有外周邊上固定至框架。實(shí)際上，僅該布15的定位在與移動(dòng)方向X垂直的方向上的兩個(gè)邊151,152通過(guò)某些固定裝置18，例如通過(guò)膠合，被分別固定至支撐框架17的兩個(gè)邊171、172。相反，布的側(cè)部分153、154具有不固定在框架上的自由端。該實(shí)施方式具有不再使金屬模板12在刮板的壓力作用下在側(cè)方向延長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，這消除了由該現(xiàn)象引起的印刷錯(cuò)誤。
[0030]在該解決方案中，布15因此被固定至金屬模板的全部周邊上，以形成如前文所述的蹦床型組合件。該組合件具有一部分自由周邊外廓，這為此減少或消除印刷系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)和在刮板作用下運(yùn)行時(shí)金屬模板的變形。布15因而將金屬模板張緊在支撐框架上。通過(guò)得到的幾何形狀，尤其在刮板移動(dòng)的方向上得到減少或消除金屬模板的變形的效果。
[0031]周圍的布15有利地由編織線組成，編織線可以是金屬的，但優(yōu)選是有機(jī)的(聚酯，聚酰胺，聚芳酯)，以限制成本，和優(yōu)選是聚酯的，以更加柔韌。
[0032]圖7至圖9示出若干個(gè)實(shí)施變型，其中，除了布的相對(duì)的側(cè)部分153、154處的兩個(gè)區(qū)域以外，布15在全部周邊外廓上固定至框架17，布的相對(duì)的側(cè)部分153、154處的兩個(gè)區(qū)域分別定義布15與框架17之間的開口 183、184，更確切地說(shuō)，在布的側(cè)部分153、154與相對(duì)的框架17的邊173、174之間的開口。作為變型，這些開口 183、184通過(guò)布15的自由端簡(jiǎn)單地得到，沒有框架。
[0033]在這些實(shí)施變型中，開口 183、184具有長(zhǎng)方形形狀，基本平行于框架17的外部框體173、174，和基本在待印刷的圖案的延長(zhǎng)部分中，待印刷的圖案由金屬模板12的貫穿開口以相對(duì)于這些貫穿開口對(duì)中的方式限定。開口 183、184不在布的所有長(zhǎng)度上延伸，而在與由金屬模板12限定的待印刷圖案的長(zhǎng)度M基本相等的長(zhǎng)度L上延伸，該長(zhǎng)度M在與框架的框體173、174和/或布的邊153、154基本平行的方向測(cè)量。作為變型，開口具有一不同的長(zhǎng)度L，優(yōu)選包括在M-30mm至M+80mm之間(L和M用毫米表示)。有利地，開口具有比待印刷圖案的長(zhǎng)度M稍大的長(zhǎng)度L，約等于M+25mm (例如，對(duì)于在一安裝實(shí)例中印刷153mm鍍金屬，對(duì)于印刷在156mm即6英寸的片(wafer)上的圖案的典型長(zhǎng)度,具有不固定至框架的自由端的布的側(cè)部分153、154的長(zhǎng)度170_)。該長(zhǎng)度L，優(yōu)選小于布的長(zhǎng)度，即布15的邊
153、154的總長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度L允許保證金屬模板在其端部處的輕微的側(cè)張力。
[0034]事實(shí)上，有利地是保持最小化的側(cè)張力，以使金屬模板仍張緊在兩個(gè)方向中。這就是為什么理想的是一部分側(cè)張力通過(guò)布繼續(xù)傳遞到端部中。但是需要的是在對(duì)應(yīng)印刷區(qū)域的模板的部分上沒有側(cè)張力，以避免該部分變形。因此，布的具有不固定至框架一例如在上文說(shuō)明的開口處——的自由端的側(cè)部分153、154布置在模板的該印刷區(qū)域處，并根據(jù)限定待印刷圖案的模板貫穿開口的尺寸而定尺寸。
[0035]開口 183、184可以由不同方法獲得，例如通過(guò)布的不黏貼至框架，或通過(guò)傳統(tǒng)膠合然后切開布。進(jìn)而，根據(jù)另一實(shí)施變型，與前面的示例相反，這些開口不是直的，而是可以具有彎曲的形狀。
[0036]圖8和圖9示出變型，其中框架17在布和框架之間的開口 183、184處具有一個(gè)部分175，其承擔(dān)的功能是減少布15的端部在這些開口處拉絲的危險(xiǎn)。該部分175可以通過(guò)在布15的自由端上的膠合劑類型的各種沉積得到。實(shí)際上希望的是避免布從不固定到框架的區(qū)域例如不膠合到框架的區(qū)域拉絲，即避免線在布的自由端處離開布的側(cè)部分153、
154。通過(guò)例如使用與用于框架/布(或金屬模板在布上)膠合的膠合材料相同的膠合材料，該布的自由端有利地可以是穩(wěn)定的，但使該膠合劑的沉積朝內(nèi)部偏離，以使其在希望的自由區(qū)域中不與框架接觸，如圖8的部分175所示。圖9所示的變型，布15首先可以在四邊上膠合至框架17，然后在框架的內(nèi)部的一區(qū)域再被切開，因此附加的膠合帶朝內(nèi)加入到布上圍繞待切開的布的部分，以避免在最后得到的開口 183、184處的拉絲。
[0037]未示出的變型，絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)具有在一減小區(qū)域上固定至布的長(zhǎng)方形金屬模板，金屬模板不再在長(zhǎng)方形周邊的四邊上延伸。事實(shí)上，僅該模板的在與刮板移動(dòng)方向X垂直的方向上定位的兩個(gè)邊各自通過(guò)例如膠合的固定裝置分別固定至周圍的布的兩個(gè)邊上。相反地，金屬模板的側(cè)部分仍是自由的，不固定至布或框架。布仍在其所有周邊上被固定至框架四個(gè)邊上。
[0038]本發(fā)明通過(guò)作為示例的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。其更通常地應(yīng)用至包括金屬模板的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，固定至金屬模板的布具有至少一自由端，以減小或消除金屬模板在刮板作用下的變型。因此，模板和布可以具有與前述的形狀和尺寸不同的其它形狀和尺寸，可以在例如更小或更大的長(zhǎng)度上具有與所述自由端不同的自由端，和/或自由端數(shù)目不同。
[0039]最后，本發(fā)明因此還涉及絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述生產(chǎn)方法包括固定至金屬模板的布的固定，以使布具有至少一自由端，以減小或消除金屬模板在刮板作用下的變形。
[0040]本發(fā)明還涉及借助如前所述的印刷系統(tǒng)在晶片上實(shí)施電導(dǎo)體的實(shí)施方法，其特征在于，所述實(shí)施方法包括穿過(guò)模板的印刷步驟，以在晶片表面沉積導(dǎo)電漿料層，使得形成多個(gè)導(dǎo)體，借助刮板將該漿料壓入模板的中央部分的開口中和減小固定至金屬模板的布的自由端的移動(dòng)。[0041]該印刷方法對(duì)光伏裝置的生產(chǎn)方法尤其有利于，以形成全部或部分表面導(dǎo)體如集電導(dǎo)體和/或桿線型導(dǎo)體。
[0042]尤其，印刷可以允許形成沿第一方向的第一導(dǎo)體，在由至少一第二導(dǎo)體覆蓋第一導(dǎo)體的互連區(qū)域來(lái)實(shí)施電連接之前，這些第一導(dǎo)體是不連續(xù)的，中斷在至少一互連區(qū)域處。該最后步驟通過(guò)焊接或膠合來(lái)固定金屬帶而有利地得到。
[0043]本發(fā)明還涉及光伏裝置的生產(chǎn)單元，其特征在于，所述生產(chǎn)單元包括如前所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，以實(shí)施該導(dǎo)體印刷方法。
【權(quán)利要求】
1.絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其包括金屬模塊(12)和布(15)，布固定至該金屬模塊(12)的全部周邊上以形成蹦床組合件，其特征在于，被固定至金屬模板(12)的布(15)具有至少一自由端，以減小或消除在刮板(20)的作用下的變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，通過(guò)不固定在支撐框架(17)上和/或通過(guò)在其外廓處實(shí)施的至少一開口(183 ; 184)，布(15)具有一部分自由周邊外廓。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，布(15)包括編織線，如金屬線和/或聚酯、聚酰氨、聚芳酯類型的有機(jī)線。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，金屬模板(12)是長(zhǎng)方形的；并且固定至金屬模板(12)的布(15)的自由端包括布的在與絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的刮板(20)的移動(dòng)方向平行的方向上定向的兩個(gè)側(cè)邊(153，154)的端部的全部或一部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，固定至金屬模板(12)的布(15)的其它兩個(gè)邊(151，152)固定至支撐框架(17)，所述的其它兩個(gè)邊定向在與絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的刮板(20)的移動(dòng)方向垂直的方向上。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，布(15)包括布置在布的一邊(153,154)上的至少一自由端；并且該自由端的長(zhǎng)度L小于布的所述邊的長(zhǎng)度，以保留施加在兩個(gè)方向上的張力。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，金屬模板(12)包括貫穿開口，貫穿開口限定長(zhǎng)度為M (單位為毫米)的待印刷圖案，該長(zhǎng)度M在布(15)的一自由端的方向上測(cè)得，該自由端具有的長(zhǎng)度L (單位為毫米)包括在M-30mm至M+80mm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求中I至6中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，金屬模板(12)包括貫穿開口，貫穿開口限定長(zhǎng)度為M的待印刷圖案，該長(zhǎng)度M在布(15)的一自由端的方向上測(cè)得，該自由端具有的長(zhǎng)度L大于所述待印刷圖案的長(zhǎng)度M。
9.根據(jù)權(quán)利要求中7或8所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，布(15)的自由端相對(duì)于由金屬模板(12)的貫穿開口限定的待印刷圖案是基本對(duì)中的。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，所述絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)包括在布(15)的一自由端的至少一部分處的膠合劑類型的沉積，以避免布的拉絲。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)，其特征在于，所述絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)是在光伏裝置上印刷導(dǎo)體的印刷單元的一部分。
12.光伏裝置的生產(chǎn)單元，其特征在于，所述光伏裝置的生產(chǎn)單元包括根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)。
13.利用根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷方法，其特征在于，所述絲網(wǎng)印刷方法包括刮模板使固定至金屬模板(12)的布(15)的一自由端產(chǎn)生移動(dòng)的步驟。
14.光伏裝置的生產(chǎn)方法，其特征在于，光伏裝置的生產(chǎn)方法包括借助根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)在硅片上印刷導(dǎo)體的絲網(wǎng)印刷步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的絲網(wǎng)印刷系統(tǒng)的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述生產(chǎn)方法包括固定至金屬模板(12)的具有至少一自由端的布(15)的固定，以減小或消除在刮板(20)作用下的金屬模板的變形。
【文檔編號(hào)】B41F15/36GK103648779SQ201280032821
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】A·貝蒂內(nèi)利 申請(qǐng)人:原子能及能源替代委員會(huì)