具体实施方式
图1至图5示出根据本发明第一实施例的模板。
该模板包括第一和第二层3,5,第一层即上层3提供印刷元件(未示出)例如刮板(squeegee)在其上横移的表面,并且第二层即下层5与底层基板S接触。
在此实施例中,第一层3是在将第二层5施加到该层之前所制造的金属层。
在此实施例中,第一层3是电铸层,此处为电铸镍层。
在替代实施例中,第一层3可由薄板材料例如不锈钢薄板通过化学蚀刻或任何其它适合的切割技术而形成。
在此实施例中,第二层5是感光层,此处由丝网感光胶或抗蚀剂形成,它的一个示例为感光聚合物(photopolymer)。
在此实施例中,所述丝网感光胶或抗蚀剂以湿液膜施加,此处通过将薄膜反复施加到第一层3的两侧而执行,而施加到第一层3的上侧即接触侧的膜在固化前通常借由刮板而被移除。以此方式,所述丝网感光胶(screenemulsion)或抗蚀剂填充第一层3中的孔隙7,11,所述孔隙7,11将在下文中详述,而第二层5借由表面张力(tension)而保持在孔隙7,11中。
在替代实施例中,第二层5可由干膜例如干膜抗蚀剂形成,它在一个实施例中层叠到第一层3。
在此实施例中,基板S是硅太阳能电池,但应理解本发明可应用于任何种类的基板。
第一层3包括多个印刷孔隙7,在此实施例中,印刷介质在印刷中经由所述平行的窄长形线性孔隙而递送到底层基板S上,并且按区间隔开的、作为互接元件的多个桥部9延伸跨越所述平行的窄长形线性孔隙。为易于图示,图1示出仅一个印刷孔隙7。
在此实施例中,印刷孔隙7具有大约200μm的宽度W。
桥部9在所述模板处于张力以及在印刷元件其上横移的运动期间,作用来维持第一层3的一体性,特别是在相应的印刷孔隙7的对立边缘之间的间隔。
在此实施例中,桥部9具有(沿印刷孔隙7的长度方向)大约30μm的宽度H和(沿印刷孔隙7的长度方向)大约500μm的节距P。
在优选实施例中,桥部9具有的宽度从大约10μm至大约60μm,优选从大约20μm至大约50μm,以及更优选从大约20μm至大约40μm。
在优选实施例中,桥部9具有的节距P至少大约150μm,优选至少大约250μm,更优选至少大约400μm,以及还更优选至少大约500μm。
在此实施例中,第一层3包括与第二层5的材料键合的键合(keying)孔隙11,此处配置为成排地平行于印刷孔隙7。
在此实施例中,键合孔隙11具有钻石形状,但应理解,键合孔隙11可具有任何适合的形状,例如方形、矩形或圆形。
在替代实施例中,键合孔隙11可省略。
在一个实施例中,第一层3的下表面可处理成例如具有表面粗糙度,以促进第一和第二层3,5的接合。
在另外一个实施例中,第一层3的下表面可设置有中间接合涂层(bondcoat),以促进第一和第二层3,5的接合。
第二层5包括多个印刷孔隙15,此处为窄长形孔隙,印刷介质经由该多个印刷孔隙15而印刷在底层基板S上,每个印刷孔隙15定位成与第一层3中的印刷孔隙7配准。
在此实施例中,第二层5中的印刷孔隙15具有的宽度C比第一层3中的印刷孔隙7的宽度W较小优选显著较小,由此印刷孔隙15确定待沉积在基板S上的长形结构的宽度。
在此实施例中,第二层5延伸到印刷孔隙7所在的第一层3的上表面,使得第二层5中的印刷孔隙15延伸于该模板的全高度。
在此实施例中,第二层5完全确定在基板S的表面处与印刷介质的接触表面,并且由此确定待印制的沉积物的图案。
在此实施例中,印刷孔隙15具有大致垂直的侧壁。
在此实施例中,印刷孔隙15具有小于大约150μm的宽度C。在优选实施例中,印刷孔隙15具有的宽度C小于大约100μm,优选小于大约50μm,以及甚至更优选小于大约30μm。
采用此构造,减小了对于形成印刷孔隙15中的成像设备的对齐精度要求,因为,相比于第一层3中的印刷孔隙7的宽度W,印刷孔隙15的较小宽度C提供印刷孔隙15相对于第一层3中的印刷孔隙7的位置的显著容忍度,即,印刷孔隙15仅需形成在存在于第一层3的印刷孔隙7中的第二层5的材料之内。这相比较于其中印刷孔隙的边缘需要准确对齐的构造。
在此实施例中,印刷孔隙15具有大约94%的开口面积。本发明有利地提供相比于传统开孔丝网(mesh screen)的大得多的开口面积,所述传统丝网具有小于65%的开口面积。
在优选实施例中,印刷孔隙15具有的开口面积至少大约80%,优选至少大约90%,以及更优选至少大约95%。
在此实施例中,第一层3和第二层5的主要部分各具有大约30μm的厚度T1,除了第一层3中的贯通孔隙7处,在该处第二层5延伸于所述模板的全高度。
在一个实施例中,第一层3的主体的厚度T1不小于第二层5的主体的厚度T1。
在优选实施例中,所述模板具有的厚度T2不大于大约80μm,更优选不大于大约60μm,还更优选不大于大约50μm,另外更优选不大于大约40μm,以及还另外更优选不大于大约30μm。
示例
现在将参考以下非限制性示例描述本发明。
在此示例中,上述模板制备有测试图案和桥部9,该测试图案包括跨越该模板重复的具有30,40,50,60,70和80μm的名义宽度的印刷孔隙15,所述桥部9具有35μm的名义宽度和180,280,380和480μm的名义节距。
硅太阳能电池然后使用上述测试模板利用银胶进行印刷,所得印刷件利用测量显微镜(Nikon VMR3020类型2)进行测量。
对各印刷线类型,即,对印刷孔隙宽度和桥节距的各组合,在八个测量位置(排除交叉处)各自进行宽度和高度测量。各独自的宽度测量为在800μm采样长度上的平均宽度。各独自的高度测量为在400μm采样长度上在包围硅表面的平面上方的印制线的中心的平均高度。所述高度测量为较大分辨率而在较高放大率下执行。所有测量在印刷稍后在湿胶上进行,以去除与干燥和烘烤(firing)有关联的影响。
由这些测量,确定平均宽高比和截面面积一致性(CSAU)指数。
平均宽高比=平均宽度/平均高度
CSAU指数=(最小高度/平均高度+最小宽度/平均宽度)/2
所述CSAU指数以最小高度和宽度对平均高度和宽度的特征化关系提供一致性的可靠指示,所述一致性不总是由平均宽高比提供。例如,对于所测量的样本,很可能具有优良的平均宽高比但仍具有低或窄的点,这将表现出增大的电阻。所述CSAU指数越接近于1,印制线的最小高度就越接近于平均高度。
图6示出对于50,60,70和80μm的印刷孔隙宽度和180,280,380和480μm的桥节距利用此示例的测试模板实现的平均宽高比。
如将观察到,对于50μm的印刷孔隙宽度和480μm的桥节距,所有的平均宽高比在0.3以上,而最高在0.431。这相比较于由传统开孔丝网确定的测量,所述传统开孔丝网对于带13μm的乳剂(emulsion)厚度和75μm的印刷孔隙宽度的280目的开孔丝网具有大约0.125的平均宽高比而最高在0.147。
图7示出对于具有最高的宽高比的印制线的一个测量点的3D图。此印刷线具有0.930的CSAU指数,这相比较于针对最佳实施的280目的开孔丝网的CSAU指数0.834。
以比较的方式,两层式金属模板制造成相同的测试设计,即,具有相同的印刷孔隙宽度、桥宽度、桥节距和层厚度。
图8示出对于50,60,70和80μm的印刷孔隙宽度和180,280,380和480μm的桥节距使用该比较金属-金属模板所实现的平均宽高比。
如将观察到,使用此等同物即比较金属-金属模板而获得的平均宽高比,相比于本发明模板大大减小。
如将清楚看到,相比于开孔丝网和金属-金属模板,本发明模板具有明显改善的性能。本发明不仅实现优越的平均宽高比,而且还具有对窄印刷的导体的优良的截面面积一致性。
图9至图13示出根据本发明第二实施例的模板。
该模板包括第一和第二层103,105,第一层即上层103提供印刷元件(未示出)例如刮板所横移过的表面,并且第二层即下层105与底层基板S接触。
在此实施例中,第一层103是在将第二层105施加到该层之前所制造的金属层。
在此实施例中,第一层103由薄板材料通过化学蚀刻或任何其它适合的切割技术而形成。
在此实施例中,第一层103由不锈钢薄板制成,此处为高强度(high-tensile)冷轧(cool-rolled)弹簧钢,例如SS2331(EN 1.14310)。
在替代实施例中,第一层103可以是电铸层,例如电铸镍层。
在此实施例中,第二层105是感光层,此处由丝网感光胶或抗蚀剂形成,它的一个示例是感光聚合物。
在此实施例中,所述丝网感光胶或抗蚀剂以湿液膜施加,此处通过将薄膜反复施加到第一层103的两侧而执行,而施加到第一层103的上侧即接触侧的膜在固化前通常借由刮板而被移除。以此方式,所述丝网感光胶或抗蚀剂填充第一层103中的印刷孔隙107,所述孔隙107将在下文中详述,而第一层103借由表面张力(tension)而保持在孔隙107中。
在替代实施例中,第二层105可由干膜例如干膜抗蚀剂形成,它在一个实施例中层叠到第一层103。
在此实施例中,通过将第二层105经由相对于第一层103中的印刷孔隙107对齐的图案化掩模进行曝光,并且随后将未曝光的材料移除,从而使印刷孔隙115确定在第二层105中。
在替代实施例中,第二层105可通过利用例如激光刻写器(laser tool)对它的直接刻写而进行曝光,并且随后移除未曝光的材料。
在此实施例中,基板S是硅太阳能电池,但应理解本发明可应用于任何种类的基板。
第一层103包括多个印刷孔隙107,在此实施例中,印刷介质在印刷中经由所述平行的窄长形线性孔隙107而递送到底层基板S上,并且按区间隔开的、作为互接元件的多个桥部109延伸跨越所述平行的窄长形线性孔隙。
在此实施例中,如图13中清楚地示出,桥部109是相对于相应的印刷孔隙的纵轴线107交替倾斜的,例如交替地来封闭相对于该纵轴线的重复的锐角和钝角β。
在此实施例中,桥部109是交替地倾斜呈相对于相应的印刷孔隙107的纵轴线大约15度的角度β,由此交替地具有相对于该纵轴线的75度和105度的角度β。
在优选实施例中,桥部109是交替地倾斜呈相对于相应的印刷孔隙107的纵轴线达到大约30度的角度β,优选交替地倾斜在大约5度和大约30度之间,更优选交替地倾斜在大约10度和大约20度之间。
桥部109在所述模板处于张力以及在印刷元件在其上横移的运动期间,作用来维持第一层103的一体性,特别是在相应的印刷孔隙107的对立边缘之间的间隔。
在此实施例中,印刷孔隙107具有大约180+/-5μm的宽度W、沿它的短边大约363.5+/-5μm的长度L1、和沿它的长边大约460+/-5μm的长度L2。
在此实施例中,桥部109具有(跨越它的长度的)大约35+/-5μm的宽度H和(沿印刷孔隙107的长度方向)大约450μm的平均节距P。
在优选实施例中,桥部109具有的宽度H从大约10μm至大约60μm,优选从大约20μm至大约50μm,更优选从大约20μm至大约40μm,以及还更优选从大约20μm至大约30μm或从大约30μm至大约40μm。
在优选实施例中,桥部109具有的节距P至少大约150μm,优选至少大约250μm,更优选至少大约400μm,还更优选至少大约450μm,以及另外还更优选至少大约500μm。
在一个实施例中,第一层103的下表面可处理成例如具有表面粗糙度,以促进第一和第二层103,105的接合。
在另外一个实施例中,第一层103的下表面可设置有中间接合涂层,以促进第一和第二层103,105的接合。
在又一个实施例中,第一层103可包括与第二层105的材料键合的键合孔隙,该键合孔隙通常配置为成排地平行于印刷孔隙107。
第二层105包括多个印刷孔隙115,此处为窄长形孔隙,印刷介质经由该多个印刷孔隙115而印刷在底层基板S上,每个印刷孔隙115定位成与第一层103中的印刷孔隙107配准。
在此实施例中,第二层105中的印刷孔隙115具有的宽度C比第一层103中的印刷孔隙107的宽度W较小优选显著较小,由此印刷孔隙115确定待沉积在基板S上的长形结构的宽度。
在此实施例中,第二层105延伸到印刷孔隙107所在的第一层103的上表面,使得第二层105中的印刷孔隙115延伸于该模板的全高度。
在此实施例中,第二层105完全确定在基板S的表面处与印刷介质的接触表面,并且由此确定待印制的沉积物的图案。
在此实施例中,印刷孔隙115具有大致垂直的侧壁。
在此实施例中,印刷孔隙115具有大约60+/-5μm的宽度C。
在优选实施例中,印刷孔隙115具有的宽度C小于大约150μm,优选小于大约100μm,更优选小于大约75μm,还更优选小于大约60μm,另外更优选小于大约50μm,以及甚至更优选小于大约30μm。
采用此构造,减小了对于形成印刷孔隙115的成像设备的对齐精度要求,因为,相比于第一层103中的印刷孔隙107,印刷孔隙115的较小宽度提供用于印刷孔隙115可相对于第一层103中的印刷孔隙107而形成所在的位置中的显著公差,即,印刷孔隙115仅需形成在存在于第一层103的印刷孔隙107中的第二层105的材料之内。这相比较于其中印刷孔隙的边缘需要准确对齐的构造。
在此实施例中,印刷孔隙115具有大约93%的开口面积。本发明有利地提供相比于传统开孔丝网的大得多的开口面积,所述传统丝网具有小于65%的开口面积。
在优选实施例中,印刷孔隙115具有的开口面积至少大约80%,优选至少大约90%,以及更优选至少大约95%。
在此实施例中,第一层103和第二层105的主要部分各具有大约30+/-2μm的厚度T1,除了第一层103中的贯通孔隙107处,在该处第二层105延伸于所述模板的全高度。
在一个实施例中,第一层103的主体的厚度T1不小于第一层105的主体的厚度T1。
在此实施例中,该模板具有大约60+/-5μm的厚度T2。
在优选实施例中,该模板具有的厚度T2不大于大约80μm,优选不大于大约70μm,更优选不大于大约60μm,还更优选不大于大约50μm,另外更优选不大于大约40μm,以及还另外更优选不大于大约30μm。
在此实施例中,第一层103的主体的厚度T1与第一层105的主体的厚度T1之比是大约1∶1。
在优选实施例中,第一层103的主体的厚度T1与第二层105的主体的厚度T1之比是从大约0.8∶1至大约1∶0.8,优选从大约0.9∶1至大约1∶0.9。
在此实施例中,模板的厚度T2与印刷孔隙115的宽度C之比是大约1∶1。
在优选实施例中,模板的厚度T2与印刷孔隙115的宽度C之比是从大约0.8∶1至大约1∶0.8,优选从大约0.9∶1至大约1∶0.9,优选大于1∶1,优选大于1∶0.9,优选大于1∶0.8。
图14至图18示出根据本发明第三实施例的模板。
该模板包括第一和第二层203,205,第一层即上层203提供印刷元件(未示出)例如刮板(squeegee)在其上横移的表面,并且第二层即下层205与底层基板S接触。
在此实施例中,第一层203是在将第二层205施加到该层之前所制造的金属层。
在此实施例中,第一层203是电铸层,此处为电铸镍层。
在替代实施例中,第一层203可由薄板材料通过化学蚀刻或任何其它适合的切割技术而形成。
在一个实施例中,第一层203由不锈钢薄板制成,此处为高强度冷轧弹簧钢,例如SS2331(EN 1.14310)。
在此实施例中,第二层205是感光层,此处由丝网感光胶或抗蚀剂形成,它的一个示例为感光聚合物(photopolymer)。
在此实施例中,所述丝网感光胶或抗蚀剂以湿液膜施加,此处通过将薄膜反复施加到第一层203的较低一侧而执行。
在替代实施例中,第二层205可由干膜例如干膜抗蚀剂形成,它在一个实施例中层叠到第一层203。
在此实施例中,通过将第二层205经由相对于第一层203中的印刷孔隙207对齐的图案化掩模进行曝光,并且随后将未曝光的材料移除,从而使印刷孔隙215确定在第二层205中。
在替代实施例中,第二层205可通过利用例如激光刻写器对它的直接刻写而进行曝光,并且随后移除未曝光的材料。
在此实施例中,基板S是硅太阳能电池,但应理解本发明可应用于任何种类的基板。
第一层203包括多个印刷孔隙207,在此实施例中,印刷介质在印刷中经由所述平行的窄长形线性孔隙207而递送到底层基板S上,并且按区间隔开的、作为互接元件的多个桥部209延伸跨越所述平行的窄长形线性孔隙。为易于图示,在图14中示出仅一个印刷孔隙207。
在此实施例中,如图18中清楚地示出,桥部209是相对于相应的印刷孔隙207的纵轴线交替倾斜的,例如交替地来封闭相对于该纵轴线的重复的锐角和钝角β。
在此实施例中,桥部209是交替地倾斜呈相对于相应的印刷孔隙207的纵轴线大约15度的角度β,由此交替地具有相对于该纵轴线的75度和105度的角度β。
在优选实施例中,桥部209是交替地倾斜呈相对于相应的印刷孔隙207的纵轴线达到大约30度的角度β,优选交替地倾斜在大约5度和大约30度之间,更优选交替地倾斜在大约10度和大约20度之间。
桥部209在所述模板处于张力以及在印刷元件横移过它之上的运动期间,作用来维持第一层203的一体性,特别是在相应的印刷孔隙207的对立边缘之间的间隔。
在此实施例中,印刷孔隙207具有大约45+/-5μm的宽度W、沿它的短边大约363.5+/-5μm的长度L1、和沿它的长边大约460+/-5μm的长度L2。
在此实施例中,桥部209具有(跨越它的长度的)大约35+/-5μm的宽度H和(沿印刷孔隙207的长度方向)大约450μm的平均节距P。
在优选实施例中,桥部209具有的宽度H从大约10μm至大约60μm,优选从大约20μm至大约50μm,更优选从大约20μm至大约40μm,以及还更优选从大约20μm至大约30μm或从大约30μm至大约40μm。
在优选实施例中,桥部209具有的节距P至少大约150μm,优选至少大约250μm,更优选至少大约400μm,还更优选至少大约450μm,以及另外还更优选至少大约500μm。
在一个实施例中,第一层203的下表面可处理成例如具有表面粗糙度,以促进第一和第二层203,205的接合。
在另外一个实施例中,第一层203的下表面可设置有中间接合涂层,以促进第一和第二层203,205的接合。
在又一个实施例中,第一层203可包括与第二层205的材料键合的键合孔隙,该键合孔隙通常配置为成排地平行于印刷孔隙207。
第二层205包括多个印刷孔隙215,此处为窄长形孔隙,印刷介质经由该多个印刷孔隙215而印刷在底层基板S上,每个印刷孔隙215定位成与第一层203中的印刷孔隙207配准。
在此实施例中,第二层205中的印刷孔隙215具有的宽度C大于第一层203中的印刷孔隙207的宽度W,由此印刷孔隙215确定待沉积在基板S上的长形结构的宽度。
在此实施例中,第二层205完全确定在基板S的表面处与印刷介质的接触表面,并且由此确定待印制的沉积物的图案。
在此实施例中,印刷孔隙215具有大致垂直的侧壁。
在此实施例中,印刷孔隙215具有大约60+/-5μm的宽度C。
在优选实施例中,印刷孔隙215具有的宽度C小于大约150μm,优选小于大约100μm,更优选小于大约75μm,还更优选小于大约60μm,另外更优选小于大约50μm,以及甚至更优选小于大约30μm。
在此实施例中,第一层203中的印刷孔隙207的宽度W与第二层205中的印刷孔隙215的宽度之差是大约15μm。
在优选实施例中,第一层203中的印刷孔隙207的宽度W与第二层205中的印刷孔隙215的宽度之差是从大约7.5μm至大约30μm,优选从大约10μm至大约30μm,更优选从大约10μm至大约20μm。
采用此构造,减小了对于形成印刷孔隙215的成像设备的对齐精度要求,因为,相比于第一层203中的印刷孔隙207,印刷孔隙215的较大宽度提供用于印刷孔隙215可相对于第一层203中的印刷孔隙207而形成所在的位置中的公差。这相比较于其中印刷孔隙的边缘需要准确对齐的构造。
在此实施例中,印刷孔隙215具有大约95%的开口面积。本发明有利地提供相比于传统开孔丝网的大得多的开口面积,所述传统丝网具有小于65%的开口面积。
在优选实施例中,印刷孔隙215具有的开口面积至少大约80%,优选至少大约90%,以及更优选至少大约95%。
在此实施例中,第一层203和第二层205各具有大约30+/-2μm的厚度T1。
在一个实施例中,第一层203的厚度T1不小于第二层205的厚度T1。
在此实施例中,该模板具有大约60+/-5μm的厚度T2。
在优选实施例中,该模板具有的厚度T2不大于大约80μm,优选不大于大约70μm,更优选不大于大约60μm,还更优选不大于大约50μm,另外更优选不大于大约40μm,以及还另外更优选不大于大约30μm。
在此实施例中,第一层203的厚度T1与第二层205的厚度T1之比是大约1∶1。
在优选实施例中,第一层203的厚度T1与第二层205的厚度T1之比是从大约0.8∶1至大约1∶0.8,优选从大约0.9∶1至大约1∶0.9。
在此实施例中,模板的厚度T2与印刷孔隙215的宽度C之比是大约1∶1。
在优选实施例中,模板的厚度T2与印刷孔隙215的宽度C之比是从大约0.8∶1至大约1∶0.8,优选从大约0.9∶1至大约1∶0.9,优选大于1∶1,优选大于1∶0.9,优选大于1∶0.8。
最后,应理解,本发明已在它的优选实施例中进行了描述,并且在不背离如随附权利要求所确定的本发明范围的情况下,本发明可以多种方式进行变型。
例如,在上述实施例中,第一层3,103,203可不由金属材料而由非金属材料例如合成材料或塑料材料形成。
另外,在上述的实施例中,第二层5,105,205可不由非金属材料而由金属材料形成。在一个实施例中,第二层5,105,205可由电铸例如镍电铸而形成。