CN103608180B - 用于在光伏电池上印刷的丝印模板 - Google Patents
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Abstract
用于丝网印刷系统的模板，所述模板在呈现要印刷的图案的中心印刷区域（13）中包括缝隙（22），其特征在于，所述模板在周沿变形区域（14）中具有一个或多个开口（32），开口具有的面积引起周沿变形区域（14）具有比中心印刷区域（13）的变形性更大的变形性，以及开口用于在施加于模板上的张力的作用下引起该周沿变形区域（14）的变形，同时减小中心印刷区域（13）的变形。
Description
技术领域
本发明涉及丝网印刷系统的一种模板和包括这类模板的一种印刷系统。本发明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。本发明也针对使用这类模板的一种印刷方法和集成有这类印刷方法的一种光伏电池制造方法。本发明也涉及实施这类方法的一种光伏电池生产单元。
背景技术
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1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1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。
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——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1的竖直方向上测量，宽度在横贯于导体的水平方向上测量。
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、或金属带中实施有横向开口。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。然而无论如何，该第二方法具有以下的弊端：
-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能；
-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，实施第二导电浆料层在第一导电浆料层上的精确叠置是非常困难的，这有损于光伏电池的性能。
文献EP0729189作为示例示出这种第二方法的一具体研究。
发明内容
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。
更为确切的说，本发明力求达到以下的全部或部分目的：
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。
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。
为此，本发明基于用于丝网印刷系统的一种模板，所述模板在呈现要印刷的图案的中心印刷区域中包括缝隙，其特征在于，所述模板在周沿变形区域中具有一个或多个开口，开口用于引起该周沿变形区域在施加于模板上的张力的作用下的变形，同时减小中心印刷区域的变形。
模板在周沿变形区域中可包括至少一个直线形的开口，所述开口呈缝隙形状，基本上平行于中心印刷区域中的缝隙。
周沿变形区域中的开口可具有的面积引起具有比中心印刷区域的变形性更大的变形性。
周沿变形区域中的开口可包括至少一个直线形的开口，所述开口是连续的或是由材料桥断开为非连续的。
本发明通过权利要求更为确切地限定。
附图说明
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：
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。
图2示意性地示出用于在根据本发明的光伏电池表面印刷导体的一种丝网印刷系统。
图3是根据本发明的第一实施方式的模板的俯视图。
图4是根据本发明的第一实施方式的模板的侧面部分的放大的俯视图。
图5是根据本发明的第二实施方式的模板的俯视图。
图6是根据本发明的第二实施方式的模板的侧面部分的放大视图。
图7是根据本发明的第三实施方式的模板的俯视图。
图8是根据本发明的第三实施方式的模板的侧面部分的放大视图。
图9是根据本发明的第四实施方式的模板的俯视图。
图10是根据本发明的第四实施方式的模板的侧面部分的放大视图。
图11是根据本发明的第五实施方式的模板的俯视图。
图12是根据本发明的第五实施方式的模板的侧面部分的放大视图。
图13是根据本发明的第六实施方式的模板的俯视图。
具体实施方式
图2示出本发明的一实施方式的原理，应用于导体印刷在硅片5的表面上的丝网印刷步骤，以形成光伏电池。印刷系统包括：印刷平台11，硅片5置于印刷平台上；金属模板12，其包括中心印刷区域13和周沿变形区域14。根据之前述及的蹦床构造，该金属模板12联结通过各种固定装置16固定在其周沿上的网布15。
金属模板12的中心印刷区域13包括开口，开口用于使用来在硅片5的表面上形成导体的导电浆料透过，以形成将来光伏电池的不同导体，如在前文所阐述的和通过图1所示意的。
另一方面，模板12包括周沿变形区域14，周沿变形区域允许引起模板在由刮刀所引起的张力作用下在该区域中的有意和优先变形，以及在印刷时保持网布15，减弱甚至完全消除模板的中心印刷区域13的变形，特别是在其侧面部分中的变形，从而允许避免现有技术的弊端。
图3到图12示出根据本发明不同实施方式的印刷系统的模板的具体示例。
图3和图4示出模板的第一实施方式。该模板包括中心印刷区域13，中心印刷区域包括平行的第一横向缝隙22，第一横向缝隙用于在光伏电池上形成集电导体。这些横向缝隙22是非连续的，由材料桥24间断，用以不过于脆化模板。因而中心印刷区域13所包括的面积基本上等于要印刷的光伏电池的面积，以及所有这些开口22用于传递导电浆料。
模板此外包括周沿变形区域14，周沿变形区域被设计位于光伏电池上待印刷的表面之外，在中心印刷区域13与侧网布15之间。周沿变形区域包括与横向缝隙22相似的、相同宽度的和平行的开口32，开口用于集电导体，开口由材料桥34间断。这些材料桥34与中心印刷区域13的材料桥24对齐。在此实施方式中，这些开口32由两个平行的直线形的缝隙组成，每个缝隙包括四个段部，每个缝隙由三个材料桥34分开。不过，这些材料桥34的宽度d2小于中心印刷区域13的材料桥24的宽度。在此实施方式中，d1＝0.8mm和d2＝0.5mm。因此，开口32的结构比中心印刷区域13的横向缝隙22更利于变形。此外，由于开口被定位在模板的最强地经历网布15应力的部分上，其优先变形避免强应力向中心印刷区域13的传递和强烈地减小该中心印刷区域的变形。
作为变型，可选择利于模板周沿变形而非中心变形的各种其它几何形状。例如，开口32可包括比横向缝隙22的材料桥24的数目少的材料桥34。
此外，周沿区域14的开口32通过柔性密封膜封闭，以避免浆料偶然透到不是设置用来进行印刷的该周沿区域中。
作为说明，周沿变形区域14与中心印刷区域13由连续区域17分开，连续区域为模板整体提供机械稳定性。
图5和图6示出第二实施方式，第二实施方式与前一实施方式的区别之处在于，周沿变形区域14的开口32宽很多，依旧通过材料桥34分开，材料桥34的宽度d2总是小于中心印刷区域的材料桥24的宽度d1，与前一实施方式相同。该中心印刷区域13此外包括更宽的开口23，所述开口是非连续的，垂直于将来的集电导体定向，用于形成光伏电池的两个将来的“汇流条”。
图7和图8示出模板的第三实施方式，第三实施方式与之前的实施方式的区别之处在于，中心印刷区域13包括横向缝隙22，用于形成集电导体，横向缝隙由被五个材料桥24间断的六个段部组成。作为说明，在此实施方式中，设置在开口23处用于将来汇流条的材料桥24比其它的材料桥24'窄(d1<d3)。该模板此外被设置用于实施三个汇流条而不是如前文所述的两个。周沿变形区域14同样包括两个开口32，两个开口平行于横向缝隙22和被宽度比中心印刷区域13的材料桥24、24'更小的材料桥34间断(d2<d1，d2<d3)。
图9和图10示出第四实施方式，第四实施方式与第一实施方式的区别之处在于，在开口23处设置的用于将来汇流条的材料桥24比其它的材料桥24'更窄，如前述的实施方式。
图11和图12示出第五实施方式，第五实施方式与之前的实施方式的区别之处在于，使位于周沿变形区域14中的开口32间断的材料桥34并不总是与中心印刷区域13的横向缝隙22的材料桥24对齐。位于周沿变形区域14中的这些开口32具有不同的厚度。此外，在此实施方式中，被设置用于建立将来汇流条的开口23具有略微不同的形状，被定向在平行于缝隙22的一方向上。最后，该实施方式可与图4的实施方式进行结合。
自然地，可设计与所示出的实施方式不同的其它实施方式。特别是，周沿变形区域14的开口32可取用其它的形状和尺寸，不必需是直线形的，和在同一模板上并不必需是相同的。在中心印刷区域13的每侧存在至少一开口32。这些开口优选地围绕中心印刷区域13对称地分布。这些开口32非连续地被示出，不过作为变型，这些开口可是连续的，如参照图13所示的。在所描述的这些实施方式中，宽度比中心印刷区域13的材料桥24小的材料桥34设置在周沿变形区域14上。作为变型，这些材料桥34可具有较大的或相同的宽度，不过数目更少，以使得在模板的整个长度上所体现的总宽度——通过将所有材料桥34的全部宽度相加——保持小于中心印刷区域的材料桥24的总宽度——通过将所有这些材料桥的全部宽度相加获得。从而会出现，有利的是，周沿变形区域14的这些开口32整体上比被设置用于印刷的邻近的开口具有更大的面积，以使得这些开口比被设置用于印刷的邻近的开口更为容易地发生变形，或换句话说，提供更小的机械稳定性。
图13示出第六实施方式，第六实施方式与之前的实施方式的区别之处在于，位于周沿变形区域14中的开口32由一连续的直线形的开口构成，呈缝隙形状，不被材料桥间断。一这样的缝隙被设置在中心印刷区域13的每侧。该中心印刷区域13如前述实施方式中所呈现的。在周沿变形区域14中的这些开口32具有一长度，该长度大于开口或缝隙22的长度，所述开口或缝隙22在基本上中心印刷区域13的整个长度上横贯地延伸。作为变型，该长度等于中心印刷区域的长度的至少三分之一，甚至等于至少一半。此外，根据另一变型，多个平行的连续的开口可被设置在中心印刷区域13的每侧。依旧根据另一实施变型，此解决方案可与之前所描述的实施方式进行结合。
根据一种蹦床类型的构造，如此描述的模板特别地适于与网布15结合，如在图2上所示。另一方面，在这类情形中，在图2上所示的网布15的宽度l优选地大于或等于30mm，以达到足够的整体弹性。还要注意的是，在该网布上有利地保持小于25N的张力，优选在13N到17N(含)之间的张力。最后，可用该解决方案使用厚度更大的模板，和特别是在模板12的厚度与中心印刷区域13的缝隙22、23的最小宽度之间的比达到大于1.5，有利地大约为2。
所描述的解决方案特别地适于在光伏电池的表面实施导体。该解决方案特别地适于具有H形形状的导体，即包括多个不同的导体，它们之间相连接和呈基本上垂直的方向。该解决方案与各种电池兼容，特别是HET电池，在HET电池上存在沉积在透明导电氧化物上的镀金属，镀金属经常以两次进行印刷，两次印刷应一次在另一次上对齐。该解决方案也与选择性发射极电池相兼容，对于这类电池，镀金属应在预定的工作区域上对齐。所描述的模板可被使用于各类丝网印刷，特别是与在文献FR2943947中所描述的解决方案良好地兼容。
本发明也针对借助于如前文所描述的蜡板类型的金属模板在晶片上实施电导体的一种实施方法，其特征在于，所述方法包括穿过模板的印刷步骤，以在晶片的表面上沉积导电浆料层，以借助于刮刀形成多个导体，刮刀将该浆料压进模板中心部分的开口中和引起周沿部分中的变形。
该印刷方法对于光伏装置的制造方法是特别有利的，以形成全部或部分表面导体，如集电导体和/或汇流条类型的导体。
特别是，印刷可允许根据一第一方向形成第一导体，在通过由至少一第二导体对第一导体的互连区域的覆盖来实施电连接之前，这些导体是非连续的，在至少一互连区域处被中断。该步骤有利地通过金属带经由焊接或胶接的固定获得。
Claims (17)
1.用于丝网印刷系统的模板，所述模板在呈现要印刷的图案的中心印刷区域(13)中包括缝隙(22，23)，其特征在于，所述模板在一周沿变形区域(14)中具有至少一个开口(32)，其中至少一个直线形的开口(32)，至少一个直线形的开口平行于中心印刷区域的缝隙(22)和被布置在模板的两个侧面部分的每个上，所述的两个侧面部分在中心印刷区域的所述缝隙(22)的方向上定向和在中心印刷区域的所述缝隙(22)的每侧定位，周沿变形区域(14)中的开口(32)具有的面积引起周沿变形区域(14)具有比中心印刷区域(13)的变形性更大的变形性，以及开口用于在施加于模板上的张力的作用下引起该周沿变形区域(14)的变形，同时减小中心印刷区域(13)的变形；并且，所述模板包括仅仅两个在整个长度上连续的开口(32)，每个开口(32)分别地布置在周沿变形区域(14)中围绕中心印刷区域(13)的两个相对的边侧上。
2.根据权利要求1所述的用于丝网印刷系统的模板，其特征在于，所述模板在中心印刷区域(13)中包括多个横向的缝隙(22)，这些横向的缝隙(22)是平行的，由材料桥(24)间断而不连续的，和用于在光伏电池上形成集电导体。
3.根据权利要求2所述的用于丝网印刷系统的模板，其特征在于，周沿变形区域(14)中的开口(32)平行于横向的缝隙(22)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于丝网印刷系统的模板，其特征在于，所述模板在周沿变形区域(14)中包括至少一个在整个长度上连续的开口(32)，所述开口的长度大于或等于中心印刷区域(13)的长度的三分之一，或者大于或等于该长度的一半，或者大于或等于该长度。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于丝网印刷系统的模板，其特征在于，周沿变形区域(14)中的开口(32)包括至少一个非连续的直线形的开口，所述开口由材料桥(34)间断。
6.根据权利要求5所述的用于丝网印刷系统的模板，其特征在于，中心印刷区域(13)包括由材料桥(24)间断的直线形的缝隙(22)；以及，周沿变形区域(14)中的开口(32)的材料桥(34)的总宽度小于中心印刷区域(13)中的缝隙(22)的所有材料桥(24)的总宽度。
7.根据权利要求6所述的用于丝网印刷系统的模板，其特征在于，周沿变形区域(14)中的开口(32)平行于中心印刷区域(13)中的缝隙(22)；以及，周沿变形区域(14)中的开口(32)所包括的材料桥(34)少于中心印刷区域(13)中的缝隙(22)所包括的材料桥。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的用于丝网印刷系统的模板，其特征在于，所述模板的厚度与中心印刷区域(13)中的缝隙(22)的最小宽度之间的比大于1.5。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的用于丝网印刷系统的模板，其特征在于，所述模板是金属制成的。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的用于丝网印刷系统的模板，其特征在于，周沿变形区域(14)中的开口(32)由弹性密封件封闭，以避免浆料经由这些开口(32)通过。
11.丝网印刷系统，其特征在于，所述丝网印刷系统包括根据前述权利要求中任一项所述的用于丝网印刷系统的模板(12)。
12.根据权利要求11所述的丝网印刷系统，其特征在于，所述丝网印刷系统包括被固定在网布(15)上的模板(12)，以形成蹦床组件。
13.根据权利要求12所述的丝网印刷系统，其特征在于，网布(15)的宽度大于30mm。
14.根据权利要求11到13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。
15.光伏装置的制造单元，其特征在于，所述光伏装置的制造单元包括根据权利要求11到14中任一项所述的丝网印刷系统。
16.利用根据权利要求1到10中任一项所述的用于丝网印刷系统 的模板的丝网印刷方法，其特征在于，所述丝网印刷方法包括刮模板的步骤，该步骤引起周沿变形区域(14)中的变形大于中心印刷区域(13)中的变形。
17.光伏装置的制造方法，其特征在于，所述光伏装置的制造方法包括借助于根据权利要求1到10中任一项所述的用于丝网印刷系统的模板在硅片上丝网印刷导体的丝网印刷步骤。
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