CN101863162A - 具有喷嘴阀的微挤出印刷头 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池挤出印刷系统，其包括印刷头组件以及阀控制装置，所述印刷头组件具有一个或更多个纵长阀结构，所述纵长阀结构靠近选定喷嘴通道的出口孔可调节地设置，所述阀控制装置用于控制阀结构的位置以助于墨在网格线印刷过程中可控制地流经印刷头组件的选定喷嘴通道。所述印刷头组件设置与选定喷嘴通道中的每一个相交(即穿过)的纵长开口(例如，狭槽或孔)，并在狭槽中可移动地设置纵长构件，且所述纵长构件选择性地在第一(打开)位置和关闭位置之间移动，在所述第一位置中，由阀结构将阀结构挤出材料通过喷嘴通道传送并送出印刷头；而在所述关闭位置中，由阀结构阻塞挤出材料，并且阻止挤出材料经喷嘴通道传送。

Description

具有喷嘴阀的微挤出印刷头
【技术领域】
本发明是有关基于晶片的电子装置的产品，更具体地是有关在H型(H-pattern)太阳能电池上使用微挤出技术的前侧金属化的产品。
【背景技术】
图7是揭示了一种典型的常规H型接触太阳能电池40的简化图，太阳能电池40通过内部光电效应将太阳光转换成电。太阳能电池40形成在半导体(例如，单晶硅)基板41上，其使用已知技术进行处理以包括n型掺杂上区41A和p型掺杂下区41B，从而靠近基板41的中央形成pn结。在半导体基板41的前侧表面42上设置一连串平行的电性连接到n型区41A的金属网格线(gridline)(手指(finger))44(在端视图中显示)。基本上固体的导电层46形成在基板41的后侧表面43上，并且电性连接到p型区41B。抗反射层47典型地形成在基板41的上表面42上方。当来自太阳光束L1的光子通过上表面42传递进入基板41，并且用大于半导体带隙的能量撞击半导体材料原子时，这将把价带中的电子(“-”)激活到导电带，允许电子和相关的空穴(“+”)在基板41内流动，从而太阳能电池40产生电。分离n型区41A和p型区41B的pn结用于阻止激活的电子和空穴的复合，因此产生电势差，如图7所示，经由网格线44和导电层46能将该电势差施加到负载。
图8(A)和8(B)是更加详细地分别揭示太阳能电池40的前侧和后侧接触式样(contact pattern)的立体图。如图8(A)所示，前侧接触式样太阳能电池40由平行窄网格线44的直线阵列和延伸垂直于网格线44的一条或更多条较宽收集线(collection line)(总线条(bus bar))45构成，将二者设置在上表面42上。网格线44收集如上所述的来自基板41的电子(电流)，而总线条45聚集来自网格线44的电流。在光电模组中，总线条45成为金属带(未显示)附接到的点，附接通常通过焊接，所述金属带用于将一个电池电性连接到另一个电池。如图8(B)所示，后侧接触式样太阳能电池40由基本上连续的后表面场(Back SurfaceField，BSF)金属化层46和设置在后侧表面43的三个间隔开的焊垫金属化结构48所组成。类似于形成在上表面42上的总线条45，焊垫金属化结构48充当金属带(未显示)焊接的点，所述金属带用于将一个电池电性连接一个电池到另一个电池。
用于生产太阳能电池40的常规方法包括丝网印刷和微挤出。丝网印刷技术先被用在太阳能电池的大规模生产中，但是具有的缺陷在于它需要和半导体基板物理接触，导致相对低的产能。为了满足对于低成本大面积半导体的需求，最近发展了微挤出方法，其包括使用微挤出印刷头将掺杂支承(bearing)材料(掺杂墨)挤出到半导体基板的表面上。
图9是描述在太阳能电池40的生产中，目前使用的用于将网格线44印刷到基板41的前侧表面42上(如图8(A)所示)的微挤出方法的简化图。基板41定位在印刷头60下并相对于印刷头60移动(例如，沿着图9中的箭头所指示的Y轴方向)，同时，从几个喷嘴出口69挤出网格线材料，使得挤出的网格线材料在基板41上形成平行的网格线结构(踪迹)。当喷嘴出口69定位在离基板41的前边缘41F预定距离处，从而网格线44的前缘(leading edge)与前边缘41F分开间距S时，启动挤出(网格线印刷)过程。提供该间距是为了防止网格线材料的沉积太接近于前边缘41F，这能导致网格线44和形成在基板41后侧表面上的导体(未显示)之间的短路。同样，终止网格线印刷过程，以提供网格线44的后端(lagging end)和基板41的后边缘41B之间的间距。相对于丝网印刷技术，将掺杂材料挤出到基板41上提供了掺杂区域的特征解析的较高控制，并且有利于不接触基板41的沉积，从而避免晶片破损(即，提高产能)。例如，在美国专利申请第20080138456号中，将这样的制造技术进行披露，通过以其全部引入的方式将它并入本文。
如图9的右下部分所示，目前的太阳能电池挤出印刷技术的问题是，难以对印刷踪迹产生干净的启动和停止。例如，如图9显示的最右边踪迹44A所示，在启动网格线印刷过程时，挤出材料的溅射能产生断开的(分段的)网格线，妨碍沿网格线44A整个长度的电导率。当终止网格线印刷过程时，在网格线44的端部产生类似的分段线部分。因为当泵送开始时(和当它停止时)，导电墨和/或支持(support)材料的流动是不均匀的，所以发生断开的踪迹。通过在基板41位于印刷头60下方之前启动泵送(因此也印刷)，由此允许网格线材料流在被挤出的材料沉积在基板41上之前稳定，并且通过在基板41已经完全经过印刷头60下方之后停止泵送，可能避免网格线44的这种分段。但是，这个解决方案产生导电墨一直印刷到晶片的边缘的问题，这能导致基板的上表面和下表面之间的短路，使得太阳能电池失效。
如图10和11所示，由目前的太阳能电池挤出印刷装置面临的另一个问题是，许多太阳能电池形成在非矩形的基板(晶片)上。也就是说，即使对目前的机构进行改进以给予干净的启动/停止，目前的机构将不能单独控制喷嘴以助于在非矩形区域上印刷，在非矩形区域中至少一些网格线短于其他网格线，例如在例如图10所示的圆形晶片或例如图11所示的八角形基板上印刷时遇到的。为了对位于中央的较长网格线和位于基板边缘的较短网格线二者产生预期的间隙(间距S)，这些非矩形晶片要求单独控制每个喷嘴。
图12说明了与目前的太阳能电池挤出印刷装置相关的又一个问题，在该装置中，如果基板41在跨过程方向(cross-process direction)上相对于印刷头60未对准(即，在X方向上从其标称位置转移)，那么产生的由喷嘴出口69挤出的网格线关于基板41的侧边缘41S1和41S2不正确地间隔开。例如，这样的转移在最左边网格线44B1和侧边缘41S1之间产生相对大的间隙G1，并在最右边网格线44B2和侧边缘41S2之间产生小的间隙G2。目前的太阳能电池挤出印刷装置不包括用于纠正基板41和印刷头60在跨过程方向上的这样的未对准的机构。
所需要的是用于在太阳能电池上形成网格线的太阳能电池挤出印刷装置及相关方法，其避免的与常规的网格线印刷过程相关的上述问题。
【发明内容】
本发明是有关一种太阳能电池挤出印刷系统，其包括印刷头组件和给料系统，所述给料系统在例如与太阳能电池生产相关的网格线印刷过程中用于将一种或更多种挤出材料(墨)泵送到印刷头组件。为解决常规的系统带来的相关问题，靠近选定喷嘴通道的喷嘴出口处提供一个或多个阀结构，印刷系统包括用于控制阀结构的控制装置，以便在网格线印刷过程中，从印刷头组件的选定喷嘴通道控制墨流到太阳能电池基板上。通过从选定喷嘴通道控制墨流到基板上，本发明有利于并行或顺序控制从选定的各个喷嘴通道(或喷嘴通道组)到基板上的墨流。在一个实施方式中，这种墨流的选择控制便于在非矩形基板上印刷网格线而不违反边缘间距要求。在另一个实施方式中，这种选择控制用于选择性地阻止靠近印刷头组件的侧边缘设置的喷嘴通道，为在跨过程方向上自动校正太阳能电池板基板的未对准提供一个有效的机构。
根据本发明的一个实施方式，在微挤出印刷头组件内(例如在每个喷嘴通道的进口和出口部之间)设置阀结构。这样，在高压源(例如，在印刷头内的贮存器)和选定喷嘴通道的出口孔(outlet orifice)之间设置可调节阀结构，并且该可调节阀结构可由在打开/关闭选定喷嘴通道的位置之间的控制装置进行调节。当阀结构相对于选定喷嘴通道偏向打开位置时，阀结构允许配备的墨从高压源通过选定喷嘴通道流出印刷头组件，以在目标基板上形成相应的踪迹。当阀结构偏向关闭位置时，阀结构阻塞挤出材料，以阻止来自相关联的喷嘴通道的印刷过程。通过在印刷头内并靠近喷嘴出口孔提供阀结构，本发明缩短了在每个网格线印刷过程的开始和结束时高压材料源和太阳能电池板基板之间的距离，从而有助于减少与常规印刷头相关联的分段网格线的发生。
根据本发明的一个实施方式，印刷头组件设置与选定喷嘴通道中的每一个相交(即穿过)的纵长开口(例如，狭槽或孔)，所述纵长阀结构包括纵长构件，所述纵长构件可移动地设置在狭槽中并可选择性地移动以打开/关闭选定喷嘴通道。在一个具体实施方式中，印刷头中设置矩形狭槽，紧密配合的矩形条可滑动地设置在狭槽中。当在狭槽中的第一和第二位置之间滑动时，矩形条交替地阻止和允许挤出材料流经至少一些喷嘴通道。在另一个具体实施方式中，矩形条是固体的(solid)以便当完全插入到印刷头组件时其阻塞大量的喷嘴，并且仅当该条从印刷头组件移出时打开这些喷嘴。在又一个具体实施方式中，纵长构件设置多个开口，该多个开口在与印刷头内的喷嘴通道对准时同时打开多个喷嘴通道。在另一个具体实施方式中，纵长构件是安装到延伸穿过喷嘴通道的圆柱形开口或者孔中的纵长杆，并通过滑动或旋转该杆，例如，将杆中的开口与喷嘴通道对准，来控制流动。
根据本发明的又一个实施方式，将本发明的阀结构应用在共挤出印刷头中，以选择性地阻止导电墨的流动。因为非导电墨不会产生电的短路，所以不使用阀去控制非导电墨的流动，这将允许非导电墨流经印刷头组件并且流到太阳能电池板基板上。
本发明提供一种微挤出系统，其包括印刷头组件、至少一个阀结构、给料系统以及用于控制所述至少一个阀结构的装置。印刷头组件，其包括进口以及喷嘴结构，喷嘴结构设置多个纵长喷嘴通道，所述纵长喷嘴通道包括第一喷嘴通道，每个纵长喷嘴通道具有与所述进口相通的进口部、以及与相关联的喷嘴出口孔相通的出口部。至少一个阀结构靠近所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的所述喷嘴出口孔可移动地设置。给料系统用于将一种或更多种材料通过所述进口泵送到所述印刷头组件中，从而在预定压力下将所述材料提供到所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的所述进口部。用于控制所述至少一个阀结构的装置可以在第一和第二操作状态之间控制所述至少一个阀结构，从而，在第一操作状态下，所述至少一个阀结构的第一部分被定位成使得由所述第一部分阻止所述一种或更多种材料从所述第一喷嘴通道的出口孔传送到所述基板上；以及在第二操作状态下，所述至少一个阀结构的所述第一部分被定位成使得所述第一喷嘴通道的所述喷嘴出口孔到所述基板上。
微挤出系统的一种实施方式中，其中所述至少一个阀结构设置在所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的进口部和出口部之间，并且其中所述用于控制所述至少一个阀结构的装置包括用于在第一和第二操作位置之间移动所述至少一个阀结构的装置，从而，在第一操作位置，所述至少一个阀结构的第一部分设置在第一喷嘴通道的进口部和出口部之间，使得由所述第一部分阻止所述一种或更多种材料通过所述第一喷嘴通道的出口孔传送；而在第二操作位置，所述至少一个阀结构的所述第一部分远离第一喷嘴通道的进口部和出口部设置，使得所述一种或更多种材料从所述进口部传送到所述出口部并且穿过所述第一喷嘴通道的所述喷嘴出口孔。
微挤出系统的一种实施方式中，其中所述喷嘴结构设有在所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的进口部和出口部之间延伸的纵长开口，其中所述至少一个阀结构包括可移动地设置在所述纵长开口中的纵长构件，并且其中所述用于控制所述至少一个阀结构的装置包括用于将所述纵长构件定位在所述纵长开口中的定位机构。
微挤出系统的一种实施方式中，其中所述纵长开口包括矩形狭槽，并且其中所述纵长构件包括可滑动地设置在所述矩形狭槽中的条，所述条具有矩形横截面。
微挤出系统的一种实施方式中，其中矩形条包括固体的构件，优选地，矩形条包括多个开口。
微挤出系统的一种实施方式中，还包括用于在第一操作状态和第二操作状态之间移动所述矩形条的装置，在第一操作状态，所述矩形条的固体的部分定位在所述多个喷嘴通道中的每一个的所述进口部和所述出口部之间；而在第二操作状态，多个开口与所述多个喷嘴通道相对准，从而所述材料从多个喷嘴通道中的每一个的进口部传送到所述多个喷嘴通道相关的出口部。
微挤出系统的一种实施方式中，其中所述纵长开口包括具有圆形横截面的纵长钻孔，并且其中所述纵长构件包括可滑动地设置在所述纵长钻孔中的杆。优选地，其中所述杆设有多个开口。优选地，其中所述定位机构包括用于在所述纵长钻孔中滑动所述杆的装置，或者用于在所述纵长钻孔中旋转所述杆的装置。
本发明提供一种用于在目标基板上使用印刷头组件形成多个平行网格线的方法，所述印刷头组件包括用于从给料系统接收一种或更多种材料的贮存器、多个纵长喷嘴通道，每个喷嘴通道在所述贮存器和相应的喷嘴出口之间延伸，其中靠近所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的所述喷嘴出口可调节地设置至少一个阀结构，其中所述方法包括：控制所述至少一个阀结构，从而所述至少一个阀结构关闭全部所述多个喷嘴通道，由此所述一种或更多种材料被所述至少一个阀结构阻止从所述贮存器传送到所述多个喷嘴通道的出口；将所述印刷头组件定位在所述目标基板的表面上方，从而所述印刷头组件的所述多个喷嘴通道设置在所述目标基板的上方；当相对于所述基板移动所述印刷头组件时，控制所述至少一个阀结构以打开所述多个喷嘴通道中的至少一个，从而所述一种或更多种材料通过所述至少一个喷嘴通道的出口传送到所述基板上，由此所述材料沉积在所述基板上并且形成所述多个平行网格线中的一个。
在该方法的一种实施方式中，所述至少一个阀结构包括具有多个开口的纵长构件，所述纵长构件可移动地定位在设置于所述印刷头上的开口内，并且控制所述至少一个阀结构包括在所述开口内滑动纵长构件，从而所述多个开口中的每一个与所述多个喷嘴通道中一个相对应的喷嘴通道相对准。
在该方法的一种实施方式中，关闭所述喷嘴通道包括：将所述至少一个阀结构移动到第一位置，从而关闭所述多个喷嘴通道中的第一喷嘴通道，而所述多个喷嘴通道中的第二喷嘴通道保持打开，以及在预定的时间量之后，将所述至少一个阀结构移动到第二位置，从而关闭第一喷嘴通道和第二喷嘴通道。
在该方法的一种实施方式中，所述至少一个阀结构包括纵长构件，所述纵长构件可移动地定位在设置于所述印刷头上的开口内，并且其中控制所述至少一个阀结构包括在所述开口内旋转纵长构件。
【附图说明】
本发明的这些和其他特征、特点及优势参照以下描述、附加的权利要求书和附图将会变得更好理解，其中：
图1是揭示根据本发明的一般实施方式的用于生产太阳能电池的微挤出系统的简化立体图；
图2是揭示根据本发明第一实施方式的图1的微挤出系统的印刷头组件的简化立体图；
图3(A)、3(B)、3(C)、3(D)、3(E)和3(F)是揭示在网格线印刷操作中图2的微挤出系统的部分的简化顶视图；
图4(A)和4(B)是揭示根据本发明的一个具体实施方式的阀结构的简化立体图；
图5是揭示根据本发明的另一具体实施方式的杆式阀结构的简化图；
图6是根据本发明的另一具体实施方式的包括阀结构的共挤出印刷头的剖面端视图；
图7是揭示常规的太阳能电池的简化剖面侧视图；
图8(A)和8(B)分别是揭示常规的H型太阳能电池的顶部和底部立体图；
图9是描述常规的网格线印刷过程的简化顶视图；
图10是揭示常规的形成在非矩形基板上的H型太阳能电池的顶视图；
图11是揭示常规的形成在圆形基板上的H型太阳能电池的顶视图；以及
图12是描述常规的网格线印刷过程的简化顶视图。
【具体实施方式】
本发明涉及一种微挤出系统的改进，并且更具体地涉及使用在太阳能电池产品中的微挤出系统。提供以下描述以使熟悉本技术的普通人员能够制造和使用在特定应用及其需求的背景下提供的本发明。本文使用的方位术语，例如“上”、“顶”、“下”、“底”、“前”、“后”、以及“横向”旨在为描述目的提供相对位置，而不意图去指定一个绝对参照系。针对本优选实施方式的各种修改对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的，并且可以将本文所定义的总原则应用到除太阳能电池产品之外的其他应用中。因此，本发明不意图受限于所显示和所描述的特定实施方式，而是应给予与本文所揭示的原理和新颖的特征相一致的最广泛范围。
图1是揭示根据本发明一般实施方式的用于将挤出材料(墨)印刷(沉积)到太阳能电池(例如，掺杂单晶硅)基板41上的部分微挤出系统50的立体图。微挤出系统50通常包括印刷过程中定位在基板41上方的印刷头组件100、用于将墨抽泵送到印刷头组件100的给料系统60、以及印刷过程中用于将印刷头组件100移动到基板41上方(或者将基板41移动到印刷头组件100下方)的定位机构(未显示)。在图1所示的实施方式中，基板41包括倒角边缘41C，倒角边缘41C在前边缘41F和侧边缘41S之间以一种类似上述参照图10所描述的方式延伸。如下所述，以下参考图1所描述的一般实施方式，以及以下参照图2至6所描述的各种具体实施方式益用于在矩形和非矩形基板二者上生产太阳能电池板。可以按照本文所描述的进行修改用于生产根据本发明的太阳能电池板的微挤出系统在另外的细节中被描述，例如，在在2008年11月7日提交的、名称为“定向挤出珠控制(DIRECTIONAL EXTRUDED BEAD CONTROL)”的、共同拥有和共同未决的美国专利申请序列号第12/267,069号中，在此通过全面的引用将其并入。
参照图1的上部分，印刷头组件100为块状结构(部分示出)，其包括用于从给料系统60接收墨的进口116、用于在基本上不变的预定压力下存储墨的贮存器120、以及喷嘴结构150，喷嘴结构150设置一排平行的用于将墨从贮存器120传送到一连串的喷嘴出口(孔)169-1至169-5的喷嘴通道162-1至162-5。每个喷嘴通道(例如，喷嘴通道162-5)包括与贮存器120相通的进口(上)部(例如，进口区162-5I)、以及与相关的喷嘴出口(例如，喷嘴出口169-5)相通的出口(下)部(例如，出口区162-5O)。采用这种布置，使设置在每一个喷嘴通道162-1至162-5的进口区(例如，进口区161-1I和162-5I)的墨维持在适合通过喷嘴出口169-1至169-5挤出印刷(printing)的预定压力下。
据本发明的一个方面，印刷头组件100包括可调整性地设置在喷嘴通道162-1至162-5的阀结构190-1和190-2，并且系统50还包括阀控制装置192，阀控制装置192用于控制阀结构190-1和190-2以便于单独控制通过喷嘴通道162-1至162-5中的每一个的墨流。特别地，阀控制装置192以一种便于各种操作状态的方式控制阀结构190-1和190-2，其中通过每个喷嘴通道162-1至162-5的墨流是由选定的操作状态所决定。例如，在图1所示的第一操作状态下，阀结构190-1由阀控制装置192定位，以便将阀结构190-1的一部分190-11设置在进口部162-1I和出口部162-1O之间的喷嘴通道162-1，使得该部分190-11阻挡(阻止)在进口部162-1I和出口部162-1O之间的材料流出。因此，如本文所述，喷嘴通道162-1在第一操作状态下关闭。在第二操作状态下(在图1中未显示，但以下进行描述)，该部分190-11定位在远离喷嘴通道162-1的进口部162-1I和出口部例如162-1O之间的区域，从而进口区162-1I和出口部162-10之间的通道打开，而墨从贮存器120通过喷嘴出口孔169-1传送到基板41上(例如，对于图1中的喷嘴通道162-2至162-5也是如此揭示)。通过在印刷头组件100内设置阀结构190-1使得该部分190-11靠近喷嘴出口孔169-1设置，通过在每个网格线印刷过程的开始和结束时减少在高压材料源(例如，贮存器120和进口区162-1I)和基板41之间的距离，本发明有利于减少与常规的印刷头相关联的分段网格线的发生。
据本发明的一个方面，每个阀结构190-1和190-2选择性地控制材料通过两个或更多个喷嘴通道流出，从而由特定的阀结构控制的一个或更多个喷嘴通道选择性地关闭，而同时，由特定的阀结构控制的一个或更多个其他喷嘴通道选择性地打开。例如，根据图1所描述的第一操作状态，阀结构190-1选择性地调节，使得该部分190-11定位在喷嘴通道162-1的进口和出口部之间，从而关闭喷嘴通道162-1，并且同时，阀结构190-1的一部分190-12远离喷嘴通道162-2的进口和出口部定位，从而打开喷嘴通道162-2。阀结构190-1的调节位置因此控制材料通过喷嘴通道162-1和162-2流出，使得从喷嘴出口169-2而不从喷嘴出口169-1印刷墨。在第二操作状态(如上所述，但在图1中未示出)，调节阀结构190-1，使得部分190-11从喷嘴通道162-1的进口部162-1I和出口部162-1O之间的区域移出，从而打开两个喷嘴通道162-1和162-2。注意，在第二操作状态下，喷嘴通道162-2可打开(例如，如图1所示，部分190-12远离喷嘴通道162-2的进口和出口部定位)，或关闭(即，部分190-12定位在喷嘴通道162-2的进口和出口部之间)。如以下其他详细所述，通过根据期望的操作状态选择性地控制两个或更多个喷嘴通道去独立地打开/关闭，本发明有利于在不违反边缘间距要求的情况下将网格线印刷到非矩形基板上。此外，选择性地控制两个或更多个喷嘴通道去独立打开/关闭有利于自动校正太阳能电池板基板41在跨过程方向上的未对准。例如，如图1所示，当基板41不正确地定位在印刷头组件100下方使得侧边缘41S定位在喷嘴通道162-2下方而不是在喷嘴通道162-1下方(即，基板41错误地相对于印刷头组件100转向右侧)时，那么选择印刷头组件100的操作状态，使得喷嘴通道162-1在印刷过程中保持关闭，因而防止由于印刷错误的墨而带来的相关浪费和混乱。同时，在基板41的相对侧边缘上方(未显示)，选择性地打开一个或更多个喷嘴通道以考虑到不在适当位置的基板41，从而避免了在不包括本发明的特征的印刷头下需要重新定位基板41的时间和成本。
根据本发明的另一方面，阀结构190-1和190-2是由阀控制装置192独立控制的，从而阀结构190-1选择性地控制材料从喷嘴通道162-1和162-2流出，并且阀结构190-2选择性地控制墨从喷嘴通道162-3、162-4和162-5流出。如图1所示，通过允许选定喷嘴通道(例如，喷嘴通道162-3、162-4和162-5)同时打开，而其他喷嘴通道(例如，喷嘴通道162-1和162-2)保持关闭，该独立控制进一步有利于在非矩形基板上印刷。特别地，当印刷头组件100相对于基板41定位，使得喷嘴出口169-3至169-5设置在离基板41前边缘41F的预定距离S处，阀控制装置192控制阀结构190-2去打开喷嘴通道162-3、162-4和162-5，因此产生具有前边缘44-3F、44-4F和44-5F的踪迹44-3、44-4和44-5，前边缘44-3F、44-4F和44-5F分别离前边缘41F隔开预定距离S。注意，在喷嘴通道162-3、162-4和162-5将产生违反边缘间距要求(即，距离S)的踪迹的同时，打开喷嘴通道162-2。在与打开喷嘴通道162-3、162-4和162-5相关联的随后时间，即，当定位印刷头组件100使得喷嘴出口169-2正确地定位在基板41上方时，阀结构190-1被阀控制装置192控制去打开喷嘴通道162-2，因此产生踪迹44-2，踪迹44-2具有离倒角边缘41C隔开距离S的前边缘44-2F。因此，通过分开控制阀结构190-1和阀结构190-2，本发明有利于在不违反预定边缘间距要求的情况下将网格线44-1至44-5印刷到非矩形基板41上。
图2是改进的部分立体图，其揭示根据本发明第一具体实施方式的用于将墨印刷到太阳能电池板基板(未显示)上的微挤出系统50A的一部分。微挤出系统50A通常包括印刷头组件100A，印刷头组件100A具有以一种类似以上所述的方式设置的贮存器120A及喷嘴通道162-1A至162-5A，其中喷嘴通道162-1A至162-5A以3毫米或更小的间距P间隔开。根据本实施方式，印刷头组件100A设置一个狭槽(纵长开口)195A，狭槽195A延伸头的长度，并靠近且平行于设置有喷嘴出口(例如，喷嘴出口169-1A和169-5A)的下表面。特别地，狭槽195A在喷嘴通道162-1A至162-5A中的每一个的进口和出口部之间延伸。例如，狭槽195A的第一区域位于喷嘴通道162-1A的进口部162-1AI和出口部162-1AO之间，而狭槽195A的第二区域位于喷嘴通道162-5A的进口部162-5AI和出口部162-5AO之间。紧密配合的固体的矩形条(纵长构件)190-1A和190-2A作为阀结构，并可滑动地(可移动地)设置在狭槽195A中，从而每一个条190-1A和190-2A可沿狭槽195A定位(滑动)(例如，进一步移入到印刷头组件100A，或者从印刷头组件100A完全或部分移出)。
图2作为揭示条190-1A和190-2A如何能够由条带定位机构90A选择定位去打开/关闭选定喷嘴通道162-1A至162-5A的一个简化说明。如虚线箭头所示，条190-1A定位在狭槽195A中与喷嘴通道162-1A和162-2A相符的部分，从而条190-1A阻挡墨通过喷嘴通道162-1A和162-2A流出，而条190-2A定位在狭槽195A中与喷嘴通道162-3A、162-4A和162-5A相符的部分，从而墨通过喷嘴通道162-3A、162-4A和162-5A流出。通过选择性地插入/收回一个或更多个条190-1A和190-2A，随后可以调节墨通过喷嘴通道162-1A至162-5A的流出。例如，向左侧少量移动条190-1A将打开喷嘴通道162-2A，而进一步向左侧移动还将打开喷嘴通道162-1A。同样地，根据条190-2A插入的距离，向左侧插入条190-2A将关闭一个或更多个喷嘴通道162-3A、162-4A和162-5A。显然，泵送墨的机构可能需要调节，以减少流到印刷头组件100A的墨流速来把每一个激活(打开)的喷嘴的流速保持在恒定速率。狭槽/条的精确宽度和垂直位置影响所提供的控制形式。基于这种设计和使用方法存在许多变化，每一个变化具有不同的特征和问题。
图3(A)至3(F)是揭示在非矩形基板41上执行网格线印刷过程中的印刷头100A(以上参照图2所述的)的顶视图。如上所述，网格线印刷过程包括在基板上形成平行网格线，使得网格线满足所有预定边缘间距要求。
参照图3(A)，网格线印刷过程开始于条190-1A和190-2A完全插入狭槽195A中，从而关闭所有喷嘴通道162-1A至162-5A，因此防止墨的沉积。印刷头100A定位在基板41上方，使得喷嘴通道162-1A至162-5A平行于前边缘41F对准。基板41相对于印刷头100A在图3(A)中的箭头Y所示的方向移动，由此使得喷嘴通道162-1A至162-5A穿过上表面42。
如图3(B)所示，当基板41(或者印刷头组件100A)已移动时，使得喷嘴通道162-3A至162-5A设置在离前边缘41F的预定边缘间距S处，在狭槽195A中移动条190-2A，从而打开喷嘴通道162-3A至162-5A，由此墨沉积在上表面41上以分别形成网格线44-3、44-4和44-5。注意，这些网格线的前边缘离前边缘41F隔开距离S。也要注意，因为喷嘴通道162-1A和162-2A定位在基板41的倒角边缘41C上方，条190-1A保持在狭槽195A内的起始位置，因此阻止来自喷嘴通道162-1A和162-2A的将违反所建立的边缘限制的墨沉积。
如图3(C)所示，喷嘴通道162-3A至162-5A保持打开以形成网格线44-3至44-5，当喷嘴通道162-2A设置在离倒角边缘41C的距离S处时，在狭槽195A中稍微移动条190-1A，从而打开喷嘴通道162-2A，由此墨沉积在上表面42上以形成网格线44-2。注意，喷嘴通道162-1A保持定位在倒角边缘41C上方，因此将条190-1A保持在狭槽195A内的位置，从而阻止墨从喷嘴通道162-1A挤出。
图3(D)揭示了印刷过程，当喷嘴通道162-1A设置在离倒角边缘41C距离S处时，在狭槽195A中移动条190-1A，从而打开喷嘴通道162-1A，由此墨沉积在上表面42上以形成网格线44-1。喷嘴通道162-2A至162-5A保持打开以继续形成网格线44-2至44-5。
图3(E)和3(F)描述了网格线印刷过程的结尾阶段(即，当印刷头组件100A穿过在基板41的侧边缘41S和后边缘41B之间延伸的向后倒角边缘41C2时)。参照图3(E)，以一种相反于以上所述的方式，将阀结构190-1A插入到狭槽195A中以关闭喷嘴通道162-1A和162-2A，使得网格线44-1和44-2的后端点位于离向后倒角边缘41C2的预定距离S处。然后，如图3(F)所示，将阀结构190-2A插入到狭槽195A中以关闭喷嘴通道162-3A、162-4A和162-5A，使得网格线44-3、44-4和44-5的后端点位于离基板41后边缘41B的预定距离S处。
图3(A)至3(F)揭示了从印刷头的一侧到另一侧(例如，如果使用一个条)，或者从最里面的喷嘴通道到最外面的喷嘴通道(如果使用两个条，如图3(A)至3(F)所示)，可依序打开/关闭印刷头组件的喷嘴通道。对于像图11所示的圆形电池的形状，该过程是相似的。例如，在狭槽中放置两个等长条，从每一端放置一个。开始，它们都完全插入并保持这种方式，直到电池的边缘已经穿过印刷头下方。通过逐渐对称地(但非线性地)移动两个条，挤出的线将产生半圆形。一旦电池的中部穿过头，可以将这个过程反转来产生圆形印刷的另一半。为了干净的启动/停止独立的踪迹，应该将条从其刚好在喷嘴之前(正常的墨流出)的端部快速移动到其刚好在喷嘴之后(未流出)的端部。然而，更逐渐的运动将允许踪迹的开始和结束稍微有点形状改变。当结合共挤出过程(以下描述)使用时，在最后放置总线条的地方下印刷踪迹时，这种方法可能在该狭窄区域中断支持材料流到所述踪迹。
在许多电池构造中，踪迹的端部所承载的电流通常远小于中部。通过逐渐抑制在踪迹端部的墨流速(尤其如果支持材料不如此限制)，那么可将踪迹逐渐变细(即，在其端部变得较狭窄)。在这些低电流区域，通过减少阴影(shadowing)在电池效率上的稍微提高克服了由于相应的电流损失的增加而导致的效率的稍微降低。如果使用这种造形，并且电池的几何结构是使得踪迹的逐渐变细可有效地延伸比在两个相邻喷嘴的关闭之间的距离更长的距离的样子，那么可以在条的端部切入一校准的V型凹槽。这将在喷嘴当前打开或者关闭之后允许两个或更多个喷嘴的起作用的控制。其它形状的凹槽(例如，半圆形或者抛物线形)在某些例子中可能是合适的。
图4(A)和4(B)是揭示根据本发明另一实施方式的可滑动地设置在印刷头100B内的阀结构190B的简化立体图。印刷头100B包括喷嘴通道162-1B至162-3B和矩形狭槽(未显示)，所述矩形狭槽在进口部162-1BI、162-2BI和162-3BI以及出口部162-1BO、162-2BO和162-3B之间经过，为了清楚起见，印刷头100B的包围喷嘴通道162-1B至162-3B的部分被省略。阀结构190B不同于以上参照图2所述的实施方式，在以上参照图2所述的实施方式中，阀结构190-1A和190-2A是固体的条，阀结构190B设置开口197-B1至197-B3，开口197-B1至197-B3在阀结构190B滑入打开位置(如图4(A)所示)时与喷嘴通道162-1B至162-3B对准。如图4(B)所示，当阀结构190B滑入关闭位置时，开口197-B1至197-B 3分别偏离于喷嘴通道162-1B至162-3B，并且由阀结构190B的固体的部分阻挡喷嘴通道162-1B至162-3B。例如，将印刷头100B用于正方形太阳能电池基板中，在这种情况下快速撤回或插入固体的条式阀结构对网格线产生不可接受的错动式样。通过用条190B的相对较小移动同时打开/关闭所有喷嘴通道，印刷头100B避免了这种错动。这种实现对于印刷头清洁可能更好，因为当使用固体的条时，大部份狭槽可能有时填充墨，并且甚至条的频繁运动可能会引起不是总的墨流的正常部分的小量墨。如果这些墨量将就地干燥并且因而在后来被移动，那么它可能会导致喷嘴或通道的后部阻塞。在条具有其大小等于(或小于)进口/出口通道的孔的情况下，那么只有一小“硬币”的墨从墨流中移出，而当孔被再次与墨流衔接时，全部的这种墨再次返回到墨流。
本领域的普通技术人员将会认识到基于如图4(A)和4(B)所示的观念所做的许多改变是可能的。例如，通过在条上使用一个或更多个纵长孔，基于阀结构的滑动位置可打开一连串预定喷嘴通道。此外，孔的组合、纵长孔、逐步阻挡的喷嘴以及在条端部上的凹槽都可以用来实现不同线形和不同的整体印刷式样。
图5描述了另一个重大改变，其中使用杆状阀结构190C，杆状阀结构190C可移动地设置在印刷头(未显示)中设置的圆柱孔或钻孔内。圆柱孔的精确加工应该比形成矩形狭槽简单得多。杆状阀结构可以是一个固体的杆，并且通过当它移入和移出时先阻挡外侧的喷嘴，以类似于以上参考图2所述的固体的条实施方式操作。替代地，可以处理杆状阀结构杆来设置孔，当阀结构190C从印刷头移入和移出时，所述孔以类似以上参照4(A)和4(B)所述的方式工作以同时打开/关闭几个喷嘴通道。替代地，通过在杆状结构的侧面上切入凹槽197-C1、197-C2和197-C3，所述凹槽具有对应于喷嘴通道的间距，圆形外表可以用来方便打开/关闭喷嘴通道。采用这种布置，通过旋转阀结构190C(例如，如图5的双线箭头所示)以使得凹槽允许墨流通、或者被旋转开因此杆材料阻挡墨流通，实现打开/关闭喷嘴通道。
如以上参照图1所暗示的，也可以将以上所述的具体实施方式用于自动校正印刷头和基板之间在跨过程方向上的未对准。采用以上所述的印刷过程，关于头在跨过程方向上的电池的放置是至关重要的。几个毫米的位移将会导致印刷边界受到破坏：在一侧上的未印刷表面过大(降低效率)，就会出现印刷到另一侧上的基板边缘的危险(破坏电池)。一旦放置，横向移动电池基板可能是困难的和/或昂贵的。同样，从一侧到另一侧移动整个头可能是不可取的。然而，通过使用两个条，在狭槽的每一端部有一个，并且同时移动它们，印刷区域可以在跨过程方向上移动。可将头做得比实际晶片稍宽，并且条正常地阻挡在每一端的2-3个喷嘴。一旦感应到电池发生偏移，在一端的条可用于打开喷嘴，而另一端的条用于关闭喷嘴。这将印刷区域移动越过一条线隙的宽度。
图6是揭示部分共挤出印刷头100D的简化剖面侧视图，共挤出印刷头100D用于在太阳能电池基板上同时沉积两种材料(例如，一种牺牲的(sacrificial)不导电材料和导电(如银)墨)。这种材料的共挤出在本技术中通常是已知的，而印刷头适合以本文所述的方式修改，其更多细节提出在共同拥有和共同未决的美国专利申请序列号第12/267,069号(以上所引证的)中。在本实施方式中，印刷头100D包括条形阀结构190D，其可滑动地设置在狭槽195D中(二者在端视图中揭示)，使得它有选择性地阻止部分喷嘴通道162D。注意，条190D的存在仅阻止从银墨歧管(silver ink manifold)120D-1流出的银墨(silver ink)。因为它是不导电的，对于牺牲材料横过电池边界的情况是可以接受的(即，将被沉积在边缘限制的外面)，所以来自牺牲材料歧管120D-2和120D-3的材料流不被条190D所控制。在操作过程中，例如，使用上述方法，仅控制银流。然而，如果需要的话，在同一位置的更宽的条将以调节方式控制银墨和牺牲材料(二者同时打开或关闭)。如果条定位较低，在三束流的合并点之后，那么将打开/关闭合并后的流。
虽然本发明已就某些具体实施方式进行说明，对于本领域的普通技术人员来说很清楚，本发明的发明特征也适用于其他的实施方式，所有这些实施方式都趋向于落入本发明的范围内。例如，本文所述的阀控制可与印刷头组件分离(即，附接到印刷头或位于印刷头下方)。此外，本文所述的在印刷头组件中的阀结构可以被设置更高，从而通过确定阀门结构的位置立刻控制流入到多个喷嘴通道的墨。

Claims (10)

1.一种微挤出系统，其包括：
印刷头组件，其包括：
进口，以及
喷嘴结构，其设置多个纵长喷嘴通道，所述纵长喷嘴通道包括第一喷嘴通道，每个纵长喷嘴通道具有与所述进口相通的进口部、以及与相关联的喷嘴出口孔相通的出口部；
至少一个阀结构，其靠近所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的所述喷嘴出口孔可移动地设置；
给料系统，其用于将一种或更多种材料通过所述进口泵送到所述印刷头组件中，从而在预定压力下将所述材料提供到所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的所述进口部；以及
用于控制所述至少一个阀结构的装置，用于在第一和第二操作状态之间控制所述至少一个阀结构，从而，在第一操作状态下，所述至少一个阀结构的第一部分被定位成使得由所述第一部分阻止所述一种或更多种材料从所述第一喷嘴通道的出口孔传送到所述基板上；以及在第二操作状态下，所述至少一个阀结构的所述第一部分被定位成使得所述第一喷嘴通道的所述喷嘴出口孔到所述基板上。
2.根据权利要求1所述的微挤出系统，其中所述用于控制所述至少一个阀结构的装置还包括用于同时控制所述第一阀结构的所述第一部分和所述第二阀结构的所述第二部分的装置，从而在第一操作状态期间定位所述第一阀结构的第二部分以将所述一种或更多种材料从所述第一喷嘴通道的相关的喷嘴出口传送到所述基板上。
3.根据权利要求1所述的微挤出系统，其中所述用于控制所述至少一个阀结构的装置还包括用于独立地同时控制第一阀结构和第二阀结构的装置，所述第一阀结构被设置成选择性地控制所述一种或更多种材料从所述多个喷嘴通道的第一组的流动，而所述第二阀结构被设置成选择性地控制所述一种或更多种材料从所述多个喷嘴通道的第二组的流动。
4.根据权利要求1所述的微挤出系统，
其中所述至少一个阀结构设置在所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的进口部和出口部之间，并且
其中所述用于控制所述至少一个阀结构的装置包括用于在第一和第二操作位置之间移动所述至少一个阀结构的装置，从而，在第一操作位置，所述至少一个阀结构的第一部分设置在第一喷嘴通道的进口部和出口部之间，使得由所述第一部分阻止所述一种或更多种材料通过所述第一喷嘴通道的出口孔传送；而在第二操作位置，所述至少一个阀结构的所述第一部分远离第一喷嘴通道的进口部和出口部设置，使得所述一种或更多种材料从所述进口部传送到所述出口部并且穿过所述第一喷嘴通道的所述喷嘴出口孔。
5.根据权利要求4所述的微挤出系统，
其中所述喷嘴结构设有在所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的进口部和出口部之间延伸的纵长开口，
其中所述至少一个阀结构包括可移动地设置在所述纵长开口中的纵长构件，并且
其中所述用于控制所述至少一个阀结构的装置包括用于将所述纵长构件定位在所述纵长开口中的定位机构。
6.一种用于在目标基板上使用印刷头组件形成多个平行网格线的方法，所述印刷头组件包括用于从给料系统接收一种或更多种材料的贮存器、多个纵长喷嘴通道，每个喷嘴通道在所述贮存器和相应的喷嘴出口之间延伸，其中靠近所述多个纵长喷嘴通道中的每一个的所述喷嘴出口可调节地设置至少一个阀结构，其中所述方法包括：
控制所述至少一个阀结构，从而所述至少一个阀结构关闭全部所述多个喷嘴通道，由此所述一种或更多种材料被所述至少一个阀结构阻止从所述贮存器传送到所述多个喷嘴通道的出口；
将所述印刷头组件定位在所述目标基板的表面上方，从而所述印刷头组件的所述多个喷嘴通道设置在所述目标基板的上方；
当相对于所述基板移动所述印刷头组件时，控制所述至少一个阀结构以打开所述多个喷嘴通道中的至少一个，从而所述一种或更多种材料通过所述至少一个喷嘴通道的出口传送到所述基板上，由此所述材料沉积在所述基板上并且形成所述多个平行网格线中的一个。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中所述至少一个阀结构包括纵长构件，所述纵长构件可移动地定位在设置于所述印刷头上的开口内，并且
其中控制所述至少一个阀结构包括在所述开口内滑动纵长构件。
8.根据权利要求6所述的方法，其中控制所述至少一个阀结构以打开所述多个喷嘴通道中的至少一个包括：
将所述至少一个阀结构移动到第一位置，从而打开所述多个喷嘴通道中的第一喷嘴通道，而所述多个喷嘴通道中的第二喷嘴通道保持关闭，以及
在预定的时间量之后，将所述至少一个阀结构移动到第二位置，从而打开第一喷嘴通道和第二喷嘴通道。
9.根据权利要求6所述的方法，还包括控制所述至少一个阀结构以在所述基板上形成所述多个网格线之后关闭所述多个喷嘴通道。
10.根据权利要求6所述的方法，
其中所述至少一个阀结构包括具有多个开口的纵长构件，所述纵长构件可移动地定位在设置于所述印刷头上的开口内，并且
其中控制所述至少一个阀结构包括在所述开口内滑动纵长构件，从而所述多个开口中的每一个与所述多个喷嘴通道中一个相对应的喷嘴通道相对准。
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