CN104411504B - 丝网印刷用网眼部件以及丝网印刷版 - Google Patents

丝网印刷用网眼部件以及丝网印刷版 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在通过丝网印刷形成指状电极以及母线电极时所使用的丝网印刷用网眼部件。该网眼部件是在压延金属箔通过蚀刻进行开孔加工而得到的。在指状电极对应部，形成为横长型的各个孔排列设置在与该孔的横长方向正交的方向上，该横长方向长度大于印刷图案预定部的宽度，其端部延伸到印刷图案预定部的外侧而形成。指状电极对应部中的开口面积率大于母线电极对应部中的开口面积率。

Description

丝网印刷用网眼部件以及丝网印刷版
技术领域
本发明涉及在太阳能电池的表面电极的丝网印刷中使用的丝网印刷版以及用于构成这样的丝网印刷版的网眼部件(丝网印刷用网眼部件)，特别涉及在太阳能电池的表面电极的印刷中使用的丝网印刷中，能够不降低太阳能电池中的变换效率地、削减所使用的表面电极用银膏剂的使用量来促进贵金属资源的有效利用并抑制制造成本的丝网印刷用网眼部件以及丝网印刷版。
背景技术
太阳能电池单元的表面电极有集电用主电极(称作“母线电极”)和集电用格栅电极(称作“指状电极”)。这些表面电极在太阳能电池单元的制造工序中通过对导电性银膏剂进行丝网印刷而形成。在图1(a)～(b)(附图代用照片)中示出太阳能电池单元的表面电极(母线电极以及指状电极)的构成例。图1(b)是图1(a)中的主要部分A的放大图。
在丝网印刷中所使用的丝网印刷版中，广泛使用编织由金属或树脂(例如聚酯)构成的细线而成的网眼部件(以下称作“细线网眼部件”)，在该细线网眼部件的周缘使编织聚酯细线而成的网眼织物接合(也称作组合掩模(combinationmask))，最终固定于铝框，进而形成印刷图案来做出丝网印刷版(以下有时仅称作“印刷版”)(图2)。另外最近，也开始使用以蚀刻法在压延金属箔开孔的金属箔网眼部件(例如专利文献1)。
图3(a)～(b)是丝网印刷中使用的通用印刷版的部分放大说明图。在将细线网眼部件[图3(a)]或者金属箔网眼部件[图3(b)]在丝网框(未图示)撑开后，在整面涂布树脂(感光性乳剂)，之后用掩模覆盖，仅将不进行印刷的部分(例如图3(a)～(b)的“4”的部分)曝光，使感光性乳剂硬化，接下来除去希望印刷的部分(例如图3(a)～(b)的“3”的部分)的感光性乳剂，仅留下4的部分，由此制作丝网印刷版5(图中，1表示线部，2表示网眼部件的开口部(孔))。将该除去了感光性乳剂的部分3称作印刷图案部。
在图4示意地示出使用细线网眼部件或金属箔网眼部件来进行丝网印刷时的状态。通过使刮板6从图中的右侧向左侧移动来将膏剂7填充到印刷图案部3(参考所述图3(a)～(b))的开口部(孔)2，并使膏剂7附着于印刷对象物8。在刮板6通过后，通过印刷版的张力(tension)使丝网印刷版5(参考所述图3(a)～(b))和印刷对象物8分离，但膏剂7残留于印刷对象物8，按照除去了感光性乳剂的印刷图案那样被印刷。
在太阳能电池的表面电极的形成中使用的印刷版，在网眼部件涂布感光性乳剂后，对指状电极和母线电极的布线形状进行曝光、显影，接下来除去银膏剂所透过的电极部分的感光性乳剂来制作印刷图案。在图5(a)～(b)示出用压延金属箔网眼部件形成了指状电极和母线电极的印刷图案的印刷版的构成例。图5(b)是图5(a)中的主要部分B的放大图。
太阳能电池的变换效率(从光能向电能的变换效率)很大程度受到表面电极的面积和电阻值的左右。即，电极面积(俯视观察面积)越小、另外电阻值越小，变换效率越提升。
由于指状电极根数较多，另外电极部分遮挡太阳光，因此为了使受光面积较大来提高太阳能电池的变换效率，需要更细地进行印刷。另外，由于若因使电极较细而使电极的电阻值下降，则太阳能电池的变换效率就会降低，因此需要下功夫，使电极变厚缩窄宽度的量，从而将电极的截面积保持为恒定，不使电阻值降低。
母线电极谋求比指状电极更低的电阻值，因此在母线电极上焊接铜制的条带(称作“接头(tab)”)，作为整体而成为低电阻的电极体。接头的宽度按母线电极的每种根数而成为大致恒定的宽度，例如在由4根构成的情况下，设定为每1根1000μm程度的宽度，在由3根构成的情况下，设定为每1根1500μm程度的宽度，在由2根构成的情况下，设定为每1根1800μm程度的宽度，配合接头的宽度来印刷母线电极的宽度。
在母线电极中，由于通过接头实现了低电阻，因此不需要印刷厚度，只要是能焊接接头的最低限度的厚度即可。该接头在将太阳能电池彼此串联相连组成太阳能电池模块时，承担将相邻的太阳能电池间相连的任务。在图6(a)～(b)示意地示出在母线电极装上接头、与旁边的太阳能电池单元的背面电极连接的状态。图6(b)是图6(a)中的主要部分C的放大图。
为了较细且更厚地印刷指状电极，需要提高在印刷版的指状电极对应部(在所述图5(a)～(b)中显示为“指状电极部”)的开口面积率，将使用细线网眼部件的印刷版的指状电极对应部的开口面积率设定为60％程度(例如专利文献2)。若在细线网眼部件中使开口面积率大到这以上，则在宽度大的母线电极对应部(所述图5(a)～(b)显示为“母线电极部”)的网眼部件强度不足，在印刷时会产生网眼破裂。为此，在细线网眼部件中，一般将开口面积率最大抑制在60％程度。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-194885号公报
专利文献2：日本特开2007-62079号公报
发明内容
发明要解决的课题
细线网眼部件由于以恒定的间隔编织细线而得到，因此在网眼部件的全部区域的开口面积率都恒定，不能根据区域不同而改变开口面积率。为此，若要使指状电极对应部的开口面积率较大而增厚指状电极，则必然母线电极也会变厚。母线电极由于焊接接头而不太需要厚度，若用开口面积率大的印刷版印刷母线电极，则无谓增加银的使用量。当前，在太阳能电池中使用的银膏剂所包含的银的量据说为世界的银的产量的近10％，若将来太阳能电池的核算量成为当前的10倍以上，则担心银资源的枯竭。
从贵金属资源的有效利用的观点出发，减少银膏剂的使用量、即抑制母线电极的厚度来减少银膏剂的使用量成为新的课题。由于减少银膏剂的使用量还关系到太阳能电池的制造成本的减少，因此能期待通过发电成本的减少为太阳能电池的普及也做出大的贡献。据说银膏剂在太阳能电池的制造成本(在硅晶片上安装电极的太阳能电池单元的制造成本)中所占的比率为10％程度。
本发明鉴于这样的状况而提出，其目的在于，提供能够不降低作为太阳能电池的性能地、削减所使用的表面电极用银膏剂的使用量而促进贵金属资源的有效利用并抑制制造成本的丝网印刷用网眼部件、以及丝网印刷版。
用于解决课题的手段
达成了上述目的的本发明的丝网印刷用网眼部件是通过丝网印刷形成成为太阳能电池的表面电极的指状电极以及母线电极时所使用的丝网印刷用网眼部件，特征在于，该网眼部件是在压延金属箔通过蚀刻进行开孔加工而得到的，在指状电极对应部，形成为横长型的各个孔排列设置在与该孔的横长方向正交的方向上，该孔的横长方向的长度大于印刷图案预定部的宽度，其端部延伸到印刷图案预定部的外侧而形成，在母线电极对应部，同一形状的孔在纵向以及横向上排列多个而配设，且指状电极对应部中的开口面积率大于母线电极对应部中开口面积率。
在本发明的丝网印刷用网眼部件中，优选指状电极对应部的开口面积率为65～85％，母线电极对应部的开口面积率为25～70％。另外，优选母线电极对应部的开口面积率相对于指状电极对应部的开口面积率之比为0.30～0.80。
在具备上述那样的丝网印刷用网眼部件的丝网印刷版中，在太阳能电池的表面电极的印刷中所用的丝网印刷中，能够不降低作为太阳能电池的性能地，削减所使用的表面电极用银膏剂的使用量而促进贵金属资源的有效利用，并抑制制造成本。在该丝网印刷版中，优选指状电极对应部的印刷图案的宽度为35～75μm。
发明的效果
根据本发明的网眼部件，由于设为在压延金属箔通过蚀刻进行开孔加工的构成，规定了指状电极对应部以及母线电极对应部中的开口面积率的关系，因此，能实现不降低作为太阳能电池的性能地达成膏剂使用量的削减的丝网印刷用网眼部件、以及具备这样的丝网印刷用网眼部件而构成的丝网印刷版。
附图说明
图1(a)～(b)是表示太阳能电池单元的表面电极(母线电极以及指状电极)的构成例的附图代用照片。图1(b)是图1(a)中的主要部分A的放大图。
图2是表示在丝网印刷中使用的丝网印刷版的构成例的概略说明图。
图3(a)～(b)是在丝网印刷中使用的通用印刷版的部分放大说明图。
图4是示意地表示使用细线网眼部件或压延金属箔网眼部件来进行丝网印刷时的状态的说明图。
图5(a)～(b)是表示用压延金属箔网眼部件形成了指状电极对应部和母线电极对应部的印刷图案的印刷版的构成例的概略说明图。图5(b)是图5(a)中的主要部分B的放大图。
图6(a)～(b)是示意地表示在母线电极安装接头、与旁边的太阳能电池单元的背面电极连接的状态的说明图。图6(b)是图6(a)中的主要部分C的放大图。
图7(a)～(b)是表示形成在指状电极对应部的孔形状例的概略说明图。
图8(a)～(d)是表示形成在母线电极对应部的孔形状例的概略说明图。
图9(a)～(b)是用于说明开口面积率的图(图7(a)～(b)对应说明图)。
图10是表示开口率比(开口面积率比)与膏剂重量的关系的图表。
具体实施方式
本发明的发明者们为了达成上述目的，从各种角度进行了研讨。其结果，发现使网眼部件中的指状电极对应部的开口面积率大于母线电极对应部的开口面积率、即提高银膏剂的透过量来较细且较厚地印刷指状电极，与此同时控制来自母线电极对应部的银膏剂透过量，使其不会高到需要以上，由此能不降低作为太阳能电池的性能地实现膏剂使用量的削减，继而完成本发明。
为了改变指状电极和母线电极的印刷厚度，需要在网眼部件的阶段改变指状电极对应部和母线电极对应部的开口面积率。即将指状电极对应部形成为开口面积率大于母线电极部的开口面积率。在通过蚀刻在压延金属箔上开孔而得到的网眼部件中，由于能自由设定蚀刻的图案，因此能在指状电极对应部和母线电极对应部改变开口面积率。如已经叙述的那样，在细线网眼部件中，不能部分地改变开口面积率，在指状电极对应部和母线电极对应部改变开口面积率，只有使用利用了压延金属箔的网眼部件的丝网印刷版才可能。
作为压延金属箔的素材，除了不锈钢以外，还可以是钛合金、镍合金、铜合金等的能作成箔状的素材，例如，若是不锈钢，则能举出SUS304H等，若是钛合金，则能举出JISH460080种等，若是镍合金，则能举出JISCS2520(1986)NCHRW1等，若是铜合金，则能举出JISH3130C1720R-H等。另外，这样的压延金属箔一般都有市售，能容易地入手。
网眼部件的厚度(压延金属箔的厚度)并没有特别的限定，优选为5μm以上30μm以下。从强度的观点出发，更优选为10μm以上。
另外，所谓指状电极对应部，是指与进行丝网印刷后成为指状电极的部分对应的网眼部件部分，所谓母线电极对应部，是指与进行丝网印刷后成为母线电极的部分对应的网眼部件部分。另外，所谓印刷图案预定部，是指进行丝网印刷的阶段与设定印刷图案的部分对应的网眼部件部分，为了说明的方便而有时将该部分称作“印刷图案部”。
为了达成高的开口面积率，需要构成为在印刷图案部内(即印刷图案预定部内)尽可能不存在网眼的线部的形式。在本发明的网眼部件中，将在指状电极对应部的孔形状被形成为横长型的各个孔排列设置在与该孔的横长方向正交的方向上，将该横长方向的长度形成得比印刷图案预定部的宽度大，其端部延伸到印刷图案预定部的外侧，通过如此形成，实现了获得65～85％的高的开口面积率。在图7(a)～(b)示出这样的孔形状(开口形状)(图7(a)示出大致长方形的孔形状，图7(b)示出椭圆形的孔形状)。另外，在指状电极对应部的孔形状只要满足上述的要件即可，并不限定于图示的大致长方形或椭圆形。
图7(a)～(b)所示的孔形状由于在印刷图案的长边方向(图7(a)～(b)的上下方向)上不存在网眼的线部，因此网眼易于变形，仅在使线部的宽度为75μm以下的细的印刷图案部的宽度下才能使用。但是，由于若指状电极对应部的印刷图案部的宽度成为35μm以下就会抑制膏剂的排出，因此，作为其结果，电极的断线在实用上成为问题，因此优选使指状电极对应部的印刷图案部的宽度为35～75μm。更优选为40μm以上、70μm以下。
另一方面，在母线电极对应部中，将同一形状的孔在纵向以及横向上排列多个而配设。此时的孔形状是一般在网眼部件中使用的正方形、长方形、六角形或圆形即可，但并不限定于这些。在图8(a)～(d)示出这些孔形状(开口部形状)的示例。在图8(a)～(d)分别示出代表性的孔形状，即上述的正方形、长方形、六角形以及圆形。
在在母线电极对应部具有上述那样的孔形状的网眼部件中，由于在强度上能得到满足，因此即使将开口面积率设为25～70％(更优选为30～65％)，制作为一般的母线电极的宽度即1000～2000μm程度也能没有不便地使用。若在母线电极对应部的开口面积率变得大于70％，则印刷时会易于发生网眼部件的破裂。另外，若开口面积率小于25％，则在印刷后的母线电极产生印刷模糊，与指状电极的连接变得不稳定，并且接头的焊接中也出现不良状况。
例如如图9(a)～(b)(图7(a)～(b)对应说明图)所示那样，以孔的端部为基准设定形成孔(开口部)的区域和除此以外的区域的边界(以虚线表示)，上述开口面积率，是指在被虚线包围的区域内的孔(开口部)的面积比例(俯视观察面积率：％)。另外，在图9(a)～(b)中示出了在指状电极对应部(图中显示为“指状电极部”)的开口面积率的情况，但在在母线电极对应部的开口面积率的情况下也同样进行计算。
在本发明的网眼部件中，虽然能使指状电极对应部的开口面积率大于母线电极对应部的开口面积率，但母线电极部的开口面积率相对于指状电极对应部的开口面积率之比(“母线/指状”以下仅称作“开口率比”)优选为0.30～0.80。若该开口率比小于0.30，则在丝网印刷时银膏剂的量过少而易于产生印刷模糊。另外，若开口率比大于0.80，则难以得到银膏剂量的减少效果。开口率比更优选为0.40以上，更优选为0.70以下。
改变指状电极对应部的开口面积率和母线电极对应部的开口面积率来制作网眼部件，具备这些网眼部件地构成印刷版，测定使用该印刷版进行印刷试验时的形成于电极的银膏剂的重量。
此时，在网眼部件中，使用厚度25μm的不锈钢压延箔(“日本金属株式会社”制、SUS301)作为压延金属箔。在压延金属箔涂布抗蚀剂，在指状电极对应部和母线电极对应部改变孔形状以及开口面积率地排列孔，在使用描绘了进行印刷的图案的玻璃掩模进行曝光后，进行显影。之后通过蚀刻来熔化开孔的部分的压延金属箔，制作了在压延金属箔开孔的网眼部件。
网眼部件的孔的形状在指状电极对应部设为在角部带圆的大致长方形(参考所述图7(a))，在母线电极对应部设为在角部带圆的正方形。孔与孔的间隔(间距)在指状电极对应部和母线电极对应部都设为100μm。制作了分别独立地改变了指状电极对应部的开口面积率和母线电极对应部的开口面积率的多个网眼部件(压延金属箔网眼部件)。此时，在指状电极对应部的孔的大小(图7(a)所示的大致长方形的长边的长度)大于在指状电极对应部的印刷图案宽度(后述表1、2)地在75～350μm的范围内设定。
用显微镜(“株式会社基恩士(KEYENCE)”制、型号VHX-2000)测定网眼部件的刮板面侧和印刷面侧的开口的面积(根据孔的形态不同而在两面开口面积率不同)，将对在各面的开口面积率进行平均的结果作为开口面积率。另外，开口面积率的测定在哪个区域(指状电极对应部以及母线电极对应部)都均等地对5个部位(例如指状电极对应部为中央1个部位和4角的4个部位)进行与上述同样的测定，并平均化。
做出将树脂网眼装在网眼部件的周边的组合掩模，在涂布感光性乳剂后，在指状电极对应部和母线电极对应部形成印刷图案部，来制作印刷版。使用这些印刷版来进行丝网印刷，测定所印刷的膏剂重量。膏剂使用太阳能电池的表面电极用银膏剂(“京都一来(KYOTOELEX)株式会社”制、产品名DD-1200M-200)。印刷使用“东海精机株式会社”制的丝网印刷装置(型号SSA-PC250)，将印刷条件设为印压10kgf、间隙1mm、印刷速度200mm/sec，印刷于太阳能电池用多晶晶片(外形尺寸156×156mm)。
在丝网印刷前以及印刷后，用电子天平(“研精工业株式会社”制、型号HR-120)测定太阳能电池晶片的重量，求取印刷的膏剂重量。用显微镜(“株式会社基恩士(KEYENCE)”制、型号VHX-2000)测定印刷版上的指状电极对应部以及母线电极对应部的印刷图案部的宽度。
此时，为了确保膏剂的透过性，尽可能大地在66～84％的范围内设定了在指状电极对应部的开口面积率。另外，将指状电极对应部的印刷图案部的宽度设定为30～71μm。将指状电极的根数设定为太阳能电池中标准使用的范围即72～100根。
在母线电极对应部的开口面积率，从尽可能小的观点出发，设定为20％以上、72％以下。在母线电极的根数为2根的情况下，将在母线电极对应部的印刷图案部的宽度设定为每1根1700～1800μm，在母线电极的数量为3根的情况下，将在母线电极对应部的印刷图案部的宽度设定为每1根1450～1500μm。
在下述表1、2示出其结果。在下述表1、2中，按照母线电极对应部的开口面积率相对于指状电极对应部的开口面积率之比(开口率比)的顺序标注试验No.。另外，基于该结果，在图10示出开口率比与膏剂重量的关系。另外，在表1中以“-”表示的栏是指在母线电极对应部(图10中显示为“母线电极部”)发生网眼破裂。
[表1]
[表2]
能根据这些结果如下那样进行考察。开口率比从1到0.80为止，膏剂重量成为大致恒定值，但若开口率比小于0.80，则膏剂重量减少，能期待成本降低效果。进而，优选通过使开口率比为0.70以下而能得到大的成本降低效果。其中，若开口率比小于0.30(试验No.40、41)，在母线电极看到印刷模糊。在试验No.40，母线电极对应部的开口面积率成为20％，在试验No.41，母线电极对应的开口面积率成为21％，在这些开口面积率下难以避免印刷模糊。
若开口率比超过0.80且母线电极对应部的开口面积率超过70％，则在丝网印刷时在印刷版的母线电极对应部的网眼部件发生破裂(试验No.2、5)，有不能进行印刷实验的印刷版。从这样的观点出发，优选母线电极对应部的开口面积率为70％以下。
与此相对，在将开口率比设为0.30～0.80的范围的网眼部件(试验No.10～39)中，观察不到在指状电极对应部的网眼的断线，另外也观察不到母线电极的模糊，成为良好的电极。此外，也看不到印刷时的母线电极对应部中的网眼部件的破裂。
实施例
以下通过实施例更详细地说明本发明，但下述实施例并不是限定本发明的性质，还能在适合前述、后述的主旨的范围内适当地变更来实施，它们都包含在本发明的技术范围内。
使用下述表3所示的规格的丝网印刷版(试验No.42、43)来制作实际的太阳能电池，并测定变换效率。用激光显微镜(“株式会社基恩士(KEYENCE)”制、型号VK9700)测定所制作的太阳能电池的指状电极以及母线电极的实际的宽度和厚度。在下述表4示出其结果。
[表3]
[表4]
在试验No.42中，使用开口率比为0.91的印刷版来形成各电极(指状电极以及母线电极)，在试验No.43中，使用开口率比0.57的印刷版来形成各电极。膏剂重量各自为232.0mg(试验No.42)、190.1mg(试验No.43)，有较大不同，但变换效率各自为16.4％、16.5％，是大致相同级别，可知在削减膏剂重量的状态下维持了作为太阳能电池的性能。
这是通过使指状电极的宽度、厚度两者大致相同、和使母线电极的宽度大致相同而厚度有较大不同来实现的。即，明确地看到了使用了能在指状电极对应部和母线电极对应部改变孔形状以及开口面积率的压延金属箔网眼部件的印刷版的有用性。
虽然详细地参考特定的实施方式对本申请进行了说明，但对本领域技术人员而言，能不脱离本发明的精神和范围地加入各种变更和修正，这是显而易见的。
本申请基于2012年6月19日申请的日本专利申请(特愿2012-138165)，将其内容作为参考引入于此。
产业上的利用可能性
根据本发明的网眼部件，由于设为在压延金属箔通过蚀刻进行开孔加工的构成，规定了指状电极对应部以及母线电极对应部中的开口面积率的关系，因此，能实现不降低作为太阳能电池的性能地达成膏剂使用量的削减的丝网印刷用网眼部件、以及具备这样的丝网印刷用网眼部件而构成的丝网印刷版。
标号的说明
1线部
2孔(开口部)
3印刷图案部
5丝网印刷版
6刮板
8印刷对象物

Claims (6)

1.一种丝网印刷用网眼部件，是在通过丝网印刷形成成为太阳能电池的表面电极的指状电极以及母线电极时所使用的丝网印刷用网眼部件，该网眼部件是在压延金属箔通过蚀刻进行开孔加工而得到的，所述丝网印刷用网眼部件的特征在于，
在指状电极对应部，形成为横长型的各个孔排列设置在与该孔的横长方向正交的方向上，该孔的横长方向的长度大于印刷图案预定部的宽度，其端部延伸到所述印刷图案预定部的外侧而形成，其中所述印刷图案预定部是进行丝网印刷的阶段与设定印刷图案的部分对应的网眼部件部分，
在母线电极对应部，同一形状的孔在纵向以及横向排列多个而配设，且
指状电极对应部中的开口面积率大于母线电极对应部中的开口面积率。
2.根据权利要求1所述的丝网印刷用网眼部件，其中，
指状电极对应部的开口面积率为65～85％，母线电极对应部的开口面积率为25～70％。
3.根据权利要求1所述的丝网印刷用网眼部件，其中，
母线电极对应部的开口面积率相对于指状电极对应部的开口面积率之比为0.30～0.80。
4.根据权利要求2所述的丝网印刷用网眼部件，其中，
母线电极对应部的开口面积率相对于指状电极对应部的开口面积率之比为0.30～0.80。
5.一种丝网印刷版，具备权利要求1～4中任一项所述的丝网印刷用网眼部件。
6.根据权利要求5所述的丝网印刷版，其中，
指状电极对应部的印刷图案的宽度为35～75μm。
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