用于光伏电池的丝网印刷系统和方法
【专利摘要】丝网印刷系统，其包括金属模块（12）和布（15），布被固定至该金属模块（12）的全部周边上以形成蹦床组合件，其特征在于，被固定至金属模板（12）的布（15）具有至少一自由端，以减小或消除刮板（20）的作用下的变形。
【专利说明】用于光伏电池的丝网印刷系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及丝网印刷系统，特别地适于光伏装置的制造，特别是适于集电导体在光伏电池上的印刷。本发明还涉及用这种印刷系统的印刷方法和集成这种印刷方法的光伏电池生产方法。本发明还涉及实施这种方法的光伏电池生产单元。本发明还涉及这种丝网印刷系统的生产方法。
【背景技术】
[0002]光伏电池借助于半导体材料片进行制造，半导体材料片通常是硅片，以英语名称"wafer (晶片)”是已知的。这种制造特别是需要在该材料片的表面上形成电导体。图1示出根据现有技术的这类材料片I的表面，其包括宽度较细的平行的第一导体，被称之为集电导体2，第一导体的作用在于收集通过光线在硅中产生的电子。片I的表面此外包括有时被称之为“汇流条”的较宽的平行的其它导体3，其它导体3在垂直于集电导体2的方向上定向，其作用在于将更高的电荷从光伏电池传导到光伏电池。这些较宽的导体3通常与一金属带相连接，金属带在整个长度上延伸。所有这些导体2、3通过不同的技术获得，所述不同的技术允许形成连续的导线，导线在晶片的整个长度和宽度上连续地延伸。
[0003]为了实施这些导体，现有技术的一种方法例如在于用一或两次丝网印刷，在晶片上通过丝网印刷法沉积导电浆料。为此，所述方法在于使导电浆料穿透由网布或织物组成的网屏。这种网布覆有密封层一除了浆料应穿透网布的位置。这种穿透借助于一种刮刀获得，刮刀按压浆料穿透网布:然而，网布的网线在这种操作中造成妨碍，和不可能获得合成导体的理想几何形状，特别是就所沉积的浆料层的高度的规则性而言:这种方法不允许形成性能足够良好的导体。实际上，这些导体的导电性能非常敏感于其几何形状，和特别是敏感于厚度/宽度比，厚度在垂直于晶片I的竖直方向上测量，宽度在横贯于导体的水平方向上测量。
[0004]文献US6258445描述了一种模板,其在周边的一部分上固定至框架。该模板具有通过金属沉积强化的塑性骨架。然而这种方式不能得到令人满意的结果。
[0005]为了修正这些弊端，现有技术的第二种方法在于由金属模板、或金属带，英文名也称为“stencil (蜡板)”，来替代之前的网布，在金属模板、或金属带中实施有贯穿开口。不过，为了不脆化这些金属模板和在印刷时获得其最优的性能，不可能实施面积过大的开口，特别是不具有在模板的整个长度或宽度上延伸的开口，以及所述方法通常需要至少两次印刷，利用两个相区别的互补的网框，以获得在图1上所示的不同的导体。出于这种原因，这种方法还是复杂的和昂贵的。此外，由于金属模板不具有网布的弹性和在刮板的作用下不能足够地发生变形，金属模板与在周边胶接的网布相联结，以根据称为“trampoline (蹦床)”的构造，给整体提供以足够的弹性。
[0006]图2至图5示意性示出这种蹦床类型的结构，应用于在硅片5表面上印刷导体以形成光伏电池的丝网印刷步骤。印刷装置包括印刷台11，印刷台上放置硅片5，长方形的金属模板12包括中央印刷区域13，中央印刷区域包括用于被导电浆体通过的开口，以在硅片表面形成未来光伏电池的导体2、3，如前文所述和如图1所示。为此，金属模板12定位在离待印刷的硅片5上方约Imm处，在硅片5的整个宽度上延伸的刮板20在硅片5的整个长度上在方向X上平移移动，在金属模板12上传递包括在30N至150N之间的压力P以使金属模板变形和压浆料使之通过开口直至硅片5表面上。为了能够支持该力和达到足够的变形以及为了在刮板通过后允许模板的脱离，金属模板12固定于在长方形周沿四侧上延伸的胶合区域16上的布上。最后，形成该布15的长方形外廓的四侧本身黏附于长方形框架17。
[0007]然而无论如何，该第二方法具有以下的弊端:
[0008]-网布在金属模板上施加张力，引起金属模板围绕其开口变形，特别是围绕位于其边部的开口变形。由此产生比期望更宽的印刷，这导致外观缺陷和这降低光伏电池的性倉泛;
[0009]-此外，网布的这种张力甚至会引起通常非常薄的金属模板的较大的整体变形，例如引起正常呈直线设置的导线的弯曲。最初被设置的导体从而发生变形。此外，在实施印刷系统时变形增加并在刮板通过时尤其更大。因此实施浆料层在定位层上的精确叠置是非常困难的，如第二导电浆料层在第一层(双印刷技术)上或一浆料层布置在一超剂量区域上(选择发送技术)，这有损于光伏电池的性能。
[0010]通过使用更大尺寸的框架可以减少这些缺陷，例如对于6英寸的电池丝网应刷用15英寸(pouce)的框架替代12英寸的框架，但这引起显著的追加费用。
【发明内容】
[0011]因此，本发明的总体目的在于提出在光伏装置的晶片上实施电导体的一种解决方案，所述解决方案减少现有技术的解决方案的弊端。
[0012]更为确切的说，本发明力求达到以下的全部或部分目的:
[0013]本发明的第一目的在于提出在光伏电池上实施电导体的一种解决方案，所述方案允许优化合成的光伏电池的性能。
[0014]本发明的第二目的在于提出通过一种高生产率、性能良好且经济的方法在光伏电池上实施电导体的一种解决方案。
[0015]为此，本发明提出丝网印刷系统，其包括金属模块，其特征在于，被固定至金属模板的布具有至少一自由端，以减小或消除刮板的作用下的变形。布可具有一部分自由周边外廓。
[0016]本发明还涉及光伏装置的生产单元，其特征在于，所述光伏装置的生产单元包括前面所述的丝网印刷系统。
[0017]本发明还涉及利用如前所述的丝网印刷系统的丝网印刷方法，其特征在于，所述丝网印刷方法包括刮模板使固定至金属模板的布的一自由端产生移动的步骤。
[0018]光伏装置的生产方法可以包括借助如前所述的丝网印刷系统在硅片上印刷导体的丝网印刷步骤。
[0019]本发明由权利要求书更精确地限定。
【专利附图】
【附图说明】[0020]本发明的这些目的、特征和优点将在接下来参照附图对作为非限定性示例的【具体实施方式】的描述中详细得到展示，附图中:
[0021]图1示意性地示出在根据现有技术的光伏电池表面的导体。
[0022]图2示意性地示出根据现有技术用于在光伏电池表面印刷导体的蹦床型结构的丝网印刷系统的剖视图。
[0023]图3示意性地示出现有技术的蹦床型结构的丝网印刷系统的俯视图。
[0024]图4示意性地示出垂直于现有技术的蹦床型结构的丝网印刷系统的X轴的剖视图。
[0025]图5示意性地示出平行于现有技术的蹦床型结构的丝网印刷系统的X轴的剖视图。
[0026]图6示出根据本发明的一实施方式的丝网印刷系统的一部分的俯视图。
[0027]图7至图9示出根据本发明实施方式的变型的丝网印刷系统的一部分的俯视图。
【具体实施方式】
[0028]在下文的描述中，为了简化的目的，相同附图标记用于不同附图上以指示类似零件，即使这些类似零件可具有不同的形状和/或性质。
[0029]图6示出本发明一实施方式，其中丝网印刷系统还是放置在蹦床型结构上。其还包括长方形的金属模板12，金属模板在其外廓区域16上通过胶合或任何固定装置被固定至布15，外廓区域延伸在金属模板的长方形周边的四边上。但是，该布15不再是在其所有外周边上固定至框架。实际上，仅该布15的定位在与移动方向X垂直的方向上的两个边151,152通过某些固定装置18，例如通过胶合，被分别固定至支撑框架17的两个边171、172。相反，布的侧部分153、154具有不固定在框架上的自由端。该实施方式具有不再使金属模板12在刮板的压力作用下在侧方向延长的优点，这消除了由该现象引起的印刷错误。
[0030]在该解决方案中，布15因此被固定至金属模板的全部周边上，以形成如前文所述的蹦床型组合件。该组合件具有一部分自由周边外廓，这为此减少或消除印刷系统生产时和在刮板作用下运行时金属模板的变形。布15因而将金属模板张紧在支撑框架上。通过得到的几何形状，尤其在刮板移动的方向上得到减少或消除金属模板的变形的效果。
[0031]周围的布15有利地由编织线组成，编织线可以是金属的，但优选是有机的(聚酯，聚酰胺，聚芳酯)，以限制成本，和优选是聚酯的，以更加柔韧。
[0032]图7至图9示出若干个实施变型，其中，除了布的相对的侧部分153、154处的两个区域以外，布15在全部周边外廓上固定至框架17，布的相对的侧部分153、154处的两个区域分别定义布15与框架17之间的开口 183、184，更确切地说，在布的侧部分153、154与相对的框架17的边173、174之间的开口。作为变型，这些开口 183、184通过布15的自由端简单地得到，没有框架。
[0033]在这些实施变型中，开口 183、184具有长方形形状，基本平行于框架17的外部框体173、174，和基本在待印刷的图案的延长部分中，待印刷的图案由金属模板12的贯穿开口以相对于这些贯穿开口对中的方式限定。开口 183、184不在布的所有长度上延伸，而在与由金属模板12限定的待印刷图案的长度M基本相等的长度L上延伸，该长度M在与框架的框体173、174和/或布的边153、154基本平行的方向测量。作为变型，开口具有一不同的长度L，优选包括在M-30mm至M+80mm之间(L和M用毫米表示)。有利地，开口具有比待印刷图案的长度M稍大的长度L，约等于M+25mm (例如，对于在一安装实例中印刷153mm镀金属，对于印刷在156mm即6英寸的片(wafer)上的图案的典型长度,具有不固定至框架的自由端的布的侧部分153、154的长度170_)。该长度L，优选小于布的长度，即布15的边
153、154的总长度，该长度L允许保证金属模板在其端部处的轻微的侧张力。
[0034]事实上，有利地是保持最小化的侧张力，以使金属模板仍张紧在两个方向中。这就是为什么理想的是一部分侧张力通过布继续传递到端部中。但是需要的是在对应印刷区域的模板的部分上没有侧张力，以避免该部分变形。因此，布的具有不固定至框架一例如在上文说明的开口处——的自由端的侧部分153、154布置在模板的该印刷区域处，并根据限定待印刷图案的模板贯穿开口的尺寸而定尺寸。
[0035]开口 183、184可以由不同方法获得，例如通过布的不黏贴至框架，或通过传统胶合然后切开布。进而，根据另一实施变型，与前面的示例相反，这些开口不是直的，而是可以具有弯曲的形状。
[0036]图8和图9示出变型，其中框架17在布和框架之间的开口 183、184处具有一个部分175，其承担的功能是减少布15的端部在这些开口处拉丝的危险。该部分175可以通过在布15的自由端上的胶合剂类型的各种沉积得到。实际上希望的是避免布从不固定到框架的区域例如不胶合到框架的区域拉丝，即避免线在布的自由端处离开布的侧部分153、
154。通过例如使用与用于框架/布(或金属模板在布上)胶合的胶合材料相同的胶合材料，该布的自由端有利地可以是稳定的，但使该胶合剂的沉积朝内部偏离，以使其在希望的自由区域中不与框架接触，如图8的部分175所示。图9所示的变型，布15首先可以在四边上胶合至框架17，然后在框架的内部的一区域再被切开，因此附加的胶合带朝内加入到布上围绕待切开的布的部分，以避免在最后得到的开口 183、184处的拉丝。
[0037]未示出的变型，丝网印刷系统具有在一减小区域上固定至布的长方形金属模板，金属模板不再在长方形周边的四边上延伸。事实上，仅该模板的在与刮板移动方向X垂直的方向上定位的两个边各自通过例如胶合的固定装置分别固定至周围的布的两个边上。相反地，金属模板的侧部分仍是自由的，不固定至布或框架。布仍在其所有周边上被固定至框架四个边上。
[0038]本发明通过作为示例的【具体实施方式】进行描述。其更通常地应用至包括金属模板的丝网印刷系统，其特征在于，固定至金属模板的布具有至少一自由端，以减小或消除金属模板在刮板作用下的变型。因此，模板和布可以具有与前述的形状和尺寸不同的其它形状和尺寸，可以在例如更小或更大的长度上具有与所述自由端不同的自由端，和/或自由端数目不同。
[0039]最后，本发明因此还涉及丝网印刷系统的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括固定至金属模板的布的固定，以使布具有至少一自由端，以减小或消除金属模板在刮板作用下的变形。
[0040]本发明还涉及借助如前所述的印刷系统在晶片上实施电导体的实施方法，其特征在于，所述实施方法包括穿过模板的印刷步骤，以在晶片表面沉积导电浆料层，使得形成多个导体，借助刮板将该浆料压入模板的中央部分的开口中和减小固定至金属模板的布的自由端的移动。[0041]该印刷方法对光伏装置的生产方法尤其有利于，以形成全部或部分表面导体如集电导体和/或杆线型导体。
[0042]尤其，印刷可以允许形成沿第一方向的第一导体，在由至少一第二导体覆盖第一导体的互连区域来实施电连接之前，这些第一导体是不连续的，中断在至少一互连区域处。该最后步骤通过焊接或胶合来固定金属带而有利地得到。
[0043]本发明还涉及光伏装置的生产单元，其特征在于，所述生产单元包括如前所述的丝网印刷系统，以实施该导体印刷方法。
【权利要求】
1.丝网印刷系统，其包括金属模块(12)和布(15)，布固定至该金属模块(12)的全部周边上以形成蹦床组合件，其特征在于，被固定至金属模板(12)的布(15)具有至少一自由端，以减小或消除在刮板(20)的作用下的变形。
2.根据权利要求1所述的丝网印刷系统，其特征在于，通过不固定在支撑框架(17)上和/或通过在其外廓处实施的至少一开口(183 ; 184)，布(15)具有一部分自由周边外廓。
3.根据上述权利要求中任一项所述的丝网印刷系统，其特征在于，布(15)包括编织线，如金属线和/或聚酯、聚酰氨、聚芳酯类型的有机线。
4.根据上述权利要求中任一项所述的丝网印刷系统，其特征在于，金属模板(12)是长方形的；并且固定至金属模板(12)的布(15)的自由端包括布的在与丝网印刷系统的刮板(20)的移动方向平行的方向上定向的两个侧边(153，154)的端部的全部或一部分。
5.根据权利要求4所述的丝网印刷系统，其特征在于，固定至金属模板(12)的布(15)的其它两个边(151，152)固定至支撑框架(17)，所述的其它两个边定向在与丝网印刷系统的刮板(20)的移动方向垂直的方向上。
6.根据上述权利要求中任一项所述的丝网印刷系统，其特征在于，布(15)包括布置在布的一边(153,154)上的至少一自由端；并且该自由端的长度L小于布的所述边的长度，以保留施加在两个方向上的张力。
7.根据上述权利要求中任一项所述的丝网印刷系统，其特征在于，金属模板(12)包括贯穿开口，贯穿开口限定长度为M (单位为毫米)的待印刷图案，该长度M在布(15)的一自由端的方向上测得，该自由端具有的长度L (单位为毫米)包括在M-30mm至M+80mm之间。
8.根据权利要求中I至6中任一项所述的丝网印刷系统，其特征在于，金属模板(12)包括贯穿开口，贯穿开口限定长度为M的待印刷图案，该长度M在布(15)的一自由端的方向上测得，该自由端具有的长度L大于所述待印刷图案的长度M。
9.根据权利要求中7或8所述的丝网印刷系统，其特征在于，布(15)的自由端相对于由金属模板(12)的贯穿开口限定的待印刷图案是基本对中的。
10.根据上述权利要求中任一项所述的丝网印刷系统，其特征在于，所述丝网印刷系统包括在布(15)的一自由端的至少一部分处的胶合剂类型的沉积，以避免布的拉丝。
11.根据上述权利要求中任一项所述的丝网印刷系统，其特征在于，所述丝网印刷系统是在光伏装置上印刷导体的印刷单元的一部分。
12.光伏装置的生产单元，其特征在于，所述光伏装置的生产单元包括根据权利要求1至10中任一项所述的丝网印刷系统。
13.利用根据权利要求1至10中任一项所述的丝网印刷系统的丝网印刷方法，其特征在于，所述丝网印刷方法包括刮模板使固定至金属模板(12)的布(15)的一自由端产生移动的步骤。
14.光伏装置的生产方法，其特征在于，光伏装置的生产方法包括借助根据权利要求1至10中任一项所述的丝网印刷系统在硅片上印刷导体的丝网印刷步骤。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的丝网印刷系统的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括固定至金属模板(12)的具有至少一自由端的布(15)的固定，以减小或消除在刮板(20)作用下的金属模板的变形。
【文档编号】B41F15/36GK103648779SQ201280032821
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月26日 优先权日:2011年7月1日
【发明者】A·贝蒂内利 申请人:原子能及能源替代委员会