CN115181962A - 一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法。包括：1、压印模板的制备：首先在透明基片上粘贴聚合物薄膜，然后在薄膜上涂抹高粘度浆料，利用激光辐照吸收层，在吸收层与接收基片间会形成稳定的浆料桥；使激光沿预设路径在吸收层上扫描，浆料桥会持续拓展，进而获得所需图案，浆料桥拉伸断裂形成凸起结构，凸起结构即浆料压印模板；2、压印过程：将得到的凸起结构面朝接收基片放置，持续缩短两者间距，直至凸起结构接触接收基片，并黏附接收基片上，形成稳定的浆料桥；将浆料压印模板垂直移去，在浆料薄膜上会获得新的凸起结构，在接收基片上得到转移靶材，压印步骤可重复多次，即进行高粘度浆料的多次压印，提升压印效率。
Description
技术领域
本发明属于激光应用领域，涉及一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，具体涉及到利用激光诱导前向转移技术(Laser induced forward transfer,简称LIFT)制备高粘度浆料压印模板的方法。
背景技术
激光诱导前向转移技术(Laser induced forward transfer，简称LIFT技术)是一种材料沉积技术。LIFT技术是将目标材料事先以薄膜的形式涂抹至透明基片上，使目标材料薄膜面朝下并与接收基片保持一定距离，激光透过透明基片照射到目标材料上，引发局部区域内的材料转移。LIFT技术是一种无需掩模、非接触式的高精度微量转移技术。
LIFT中，当靶材薄膜为高粘度浆料时，转移会以基于桥式结构的模式进行。激光辐照靶材薄膜后，部分材料气化，在靶材薄膜与透明基片间会形成高压的等离子气泡。气泡膨胀推动靶材薄膜撞击接收基片，最终在靶材薄膜与接收基片间形成稳定的桥式结构。垂直移去靶材薄膜，桥式结构会持续拉伸，并最终断裂，接收基片上获得转移材料，同时在靶材薄膜上会生成凸起状结构。由于桥式结构的拉伸过程较为缓慢，其回缩程度要弱于气泡膨胀后所导致的回缩，这种情况下往往能够得到的凸起结构的高度仅在20微米至30微米。张宪民等在中国发明公开专利CN110690300A中公开的“光伏太阳能电池电极栅线激光诱导转印方法”，包括首先在透明基片上制备出银浆薄膜，通过激光光束照射银浆薄膜，诱导银浆薄膜在透明基片和硅片之间生成银浆桥，通过激光光束扫描银浆薄膜，对银浆桥进行拓展；通过移动透明基片对银浆桥进行拉伸，直至银浆桥与透明基片断裂并在硅片上生成对应的栅线，以此完成印刷，最终将完成印刷的硅片进行烧结。尽管激光直接辐照靶材薄膜也能产生气泡使靶材薄膜膨胀，但由于靶材薄膜的回缩以及自愈能力，凸起结构的高度在10微米以内，无法进行重复压印。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用激光诱导转移技术制备高粘度浆料压印模具的多次压印方法，通过该技术能够实现高精度、高高宽比的印刷结果，通过将完成激光转移后的靶材薄膜作为压印模具，垂直向下朝接收基片运动至凸起结构高度范围内时，凸起结构会与接收基片相接触，浆料再次粘附至接收基片，形成浆料桥，把靶材薄膜移去后，浆料桥再次断裂，在接收基片上获得与激光转移结果形貌相似，但具有更高精度的压印结果。激光转印所生成的压印模板通常可以进行多次压印，并且压印精度会随着次数的增长有所提升。
为了实现本发明目的，本发明提供的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，包括浆料压印模板的制备与压印过程，其中：
1、压印模板的制备步骤包括：
步骤S1，在透明基片上粘附一层厚度d1的聚合物薄膜作为吸收层，使用聚合物薄膜作为吸收层，而不是浆料直接用于吸收热量，聚合物薄膜膨胀会比浆料膨胀稳定得多，浆料薄膜膨胀时会受诸多因素影响，容易造成气泡破裂，导致浆料桥不能形成，而聚合物薄膜膨胀过程易受控制，会更容易形成所需的浆料桥。
步骤S2，将高粘度浆料涂抹至聚合物薄膜上，形成具有一定厚度d2的浆料薄膜；
步骤S3，浆料薄膜面朝接收基片保持一定间隙g；
步骤S4，激光辐照吸收层，导致吸收层内部产生高压气泡，气泡膨胀推动吸收层膨胀，进而带动浆料薄膜撞击接收基片，并在吸收层与接收基片间会形成稳定的浆料桥；使激光沿预设路径在吸收层上扫描，浆料桥会持续拓展，进而获得所需图案，每次得到转移靶材后可以让激光根据所要得到的图案进行不同路径的扫描，使得后续可以在接收基片上得到不同图案的转移靶材；
步骤S5，将透明基片垂直移去，浆料桥断裂后，在接收基片上会得到转移靶材，同时在浆料薄膜上也会获得具有一定高度的凸起结构，即得到浆料压印模板。
2、压印过程主要由以下步骤实现：
步骤S6，压印模板凸起结构面朝接收基片放置，持续缩短两者间距，直至凸起结构接触接收基片，并黏附接收基片上，形成稳定的浆料桥；
步骤S7，将压印模板垂直移去，在浆料薄膜上会获得新的凸起结构，在接收基片上能获得转移靶材；
步骤S8，重复步骤S1和步骤S2，便能实现高粘度浆料的多次压印。
由于压印过程相对于激光诱导的转移过程更为缓和，因此压印所获得靶材的精度通常高于激光转移所获得靶材的精度。随着压印次数的增加，所获得的凸起结构以及压印结果的尺寸都会缩小，直至缩小至无法压印时可重新制作浆料压印模板。
优选地，吸收层所采用的聚合物薄膜厚度d1应在50±5微米。
优选地，在步骤S2中，浆料薄膜的厚度d2应在50微米至100微米间。
优选地，在步骤S3中，间隙g应在50至100微米之间。
优选地，在步骤S4中，激光光束为纳秒激光。
优选地，一个浆料模板可以压印2～3次，提升效率两倍以上。
与现有技术相比，本发明至少能够实现以下有益效果：
(1)本发明利用激光转印技术制备的凸起结构能够作为压印模板进行压印，与直接采用激光诱导前向转移技术进行高粘度浆料转印相比，本发明方法可以重复多次压印，重复印刷精度远高于LIFT技术，同时也降低了成本，缩短了印刷时间，提高了生产效率。此外，该方法的靶材印刷精度也高于LIFT，随着压印次数的增加，印刷精度会逐渐提升。
(2)本发明采用不透光的聚合物薄膜作为吸收层，凸起结构的高度则能够提升至50微米至80微米，这种情况下压印模板能够进行更多次的压印。
(3)本发明的凸起状结构可作为模板用于压印，压印所获得的印刷结果与激光转印结果形状相似，但尺寸更小。进行多次压印会导致凸起尺寸的缩小与压印结果的进一步缩小，从而达到原本激光诱导转印技术无法达到的印刷精度。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明，但并不意味着对本发明保护范围限制。
附图说明
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是本发明实施例中激光诱导高粘度浆料薄膜生成单点凸起结构的步骤示意图。
图2是本发明实施例中利用高粘度浆料薄膜上的单点凸起结构进行多次压印的步骤示意图。
图3是本发明实施例中浆料桥拓展示意图。
图中，1.透明基片；2.聚合物薄膜；3.高粘度浆料薄膜；4.接收基片；5.激光；6.气泡；7.浆料桥；8.栅线；9.烧结后的栅线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-图3，本发明公开了一种基于激光诱导前向转移技术的多次压印方法，包括压印模板的制备与压印过程。
其中，请参阅图1，压印模板的制备步骤包括：
步骤1：在透明基片1上粘附厚度为d1的不透光的聚合物薄膜2作为吸收层；
在本发明的其中一些实施例中，聚合物薄膜2的厚度d1取值50±5微米。
步骤2：将高粘度浆料涂抹至所述聚合物薄膜2表面上，形成具有一定厚度d2的高粘度浆料薄膜3，并将所述高粘度浆料薄膜3面朝下方和所述接收基片4保持一定的间隙g。
在本发明的其中一些实施例中，所述间隙g的取值范围在50至100微米之间。所述高粘度浆料薄膜3的厚度d2为30微米至80微米。
步骤3：激光光束辐照所述吸收层，激光能量被所述吸收层所吸收，导致所述吸收层内部产生高压气泡，气泡膨胀推动所述吸收层膨胀，进而带动所述高粘度浆料薄膜3撞击所述接收基片4，并在所述吸收层与所述接收基片4间会形成稳定的浆料桥7；使激光沿预设路径在所述吸收层上扫描，所述浆料桥会持续拓展，进而获得所需图案。
在本发明的其中一些实施例中，所述激光光束为纳秒激光。
步骤4：将所述透明基片1垂直移去，所述浆料桥会不断拉伸直至最终断裂。此时在所述接收基片4上便能获得转移靶材，同时在所述高粘度浆料薄膜3上也会获得高度为h的凸起结构，即得到浆料压印模板。
2、压印过程主要由以下步骤实现(图2)：
步骤1：将浆料压印模板凸起结构面朝接收基片4并垂直向接收基片4方向移动，浆料压印模板与所述接收基片4的间距g会不断缩小，当间距g小于凸起结构的高度h时，浆料压印模板上的浆料便会与所述接收基片4相接触。继续缩小二者间距，凸起结构会粘附至所述接收基片4，并产生稳定的浆料桥。
步骤2：将浆料压印模板垂直移去，浆料桥拉伸直至最终断裂。此时在高粘度浆料薄膜上会获得新的凸起结构，在所述接收基片4上能获得转移靶材(即栅线9)。
在本发明的其中一些实施例中，每次得到转移靶材后可以让激光根据所要得到的图案在吸收层进行不同路径的扫描，使得后续可以按需在接收基片上得到不同图案的转移靶材。
实施例2
在实施例1的基础上，本发明提供的一种基于激光诱导前向转移技术的多次压印方法，包括步骤：
步骤1：在透明基片1上粘附厚度为d1的不透光的聚合物薄膜2作为吸收层；
步骤2：将高粘度浆料涂抹至所述聚合物薄膜2表面上，形成具有一定厚度d2的高粘度浆料薄膜3，并将所述高粘度浆料薄膜3面朝下方和所述接收基片4保持一定的间隙g。
步骤3：激光光束辐照所述吸收层，激光能量被所述吸收层所吸收，导致所述吸收层内部产生高压气泡，气泡膨胀推动所述吸收层膨胀，进而带动所述高粘度浆料薄膜3撞击所述接收基片4，并在所述吸收层与所述接收基片4间会形成稳定的浆料桥7；
步骤4：将所述透明基片1垂直移去，所述浆料桥会不断拉伸直至最终断裂。此时在所述接收基片4上便能获得转移靶材，同时在所述高粘度浆料薄膜3上也会获得高度为h的凸起结构，即得到浆料压印模板。
步骤5：将浆料压印模板凸起结构面朝接收基片4并垂直向接收基片4方向移动，浆料压印模板与所述接收基片4的间距g会不断缩小，当间距g小于凸起结构的高度h时，浆料压印模板上的浆料便会与所述接收基片4相接触。继续缩小二者间距，凸起结构会粘附至所述接收基片4，并产生稳定的浆料桥；
步骤6：将浆料压印模板垂直移去，浆料桥拉伸直至最终断裂。此时在高粘度浆料薄膜上会获得新的凸起结构，在所述接收基片4上能获得转移靶材。
其中，本实施例中，聚合物薄膜2的厚度d1为50微米。
其中，本实施例中，间隙g的取值为50微米。
其中，本实施例中高粘度浆料薄膜3的厚度d2为30微米。
实施例3
在实施例1的基础上，本发明提供的一种基于激光诱导前向转移技术的多次压印方法，包括步骤：
步骤1：在透明基片1上粘附厚度为d1的不透光的聚合物薄膜2作为吸收层；
步骤2：将高粘度浆料涂抹至所述聚合物薄膜2表面上，形成具有一定厚度d2的高粘度浆料薄膜3，并将所述高粘度浆料薄膜3面朝下方和所述接收基片4保持一定的间隙g。
步骤3：激光光束辐照所述吸收层，激光能量被所述吸收层所吸收，导致所述吸收层内部产生高压气泡，气泡膨胀推动所述吸收层膨胀，进而带动所述高粘度浆料薄膜3撞击所述接收基片4，并在所述吸收层与所述接收基片4间会形成稳定的浆料桥7；
步骤4：将所述透明基片1垂直移去，所述浆料桥会不断拉伸直至最终断裂。此时在所述接收基片4上便能获得转移靶材，同时在所述高粘度浆料薄膜3上也会获得高度为h的凸起结构，即得到浆料压印模板。
步骤5：将浆料压印模板凸起结构面朝接收基片4并垂直向接收基片4方向移动，浆料压印模板与所述接收基片4的间距g会不断缩小，当间距g小于凸起结构的高度h时，浆料压印模板上的浆料便会与所述接收基片4相接触。继续缩小二者间距，凸起结构会粘附至所述接收基片4，并产生稳定的浆料桥；
步骤6：将浆料压印模板垂直移去，浆料桥拉伸直至最终断裂。此时在高粘度浆料薄膜上会获得新的凸起结构，在所述接收基片4上能获得转移靶材。
其中，本实施例中，聚合物薄膜2的厚度d1为55微米。
其中，本实施例中，间隙g的取值为100微米。
其中，本实施例中高粘度浆料薄膜3的厚度d2为80微米。
实施例4
在实施例1的基础上，本发明提供的一种基于激光诱导前向转移技术的多次压印方法，包括步骤：
步骤1：在透明基片1上粘附厚度为d1的不透光的聚合物薄膜2作为吸收层；
步骤2：将高粘度浆料涂抹至所述聚合物薄膜2表面上，形成具有一定厚度d2的高粘度浆料薄膜3，并将所述高粘度浆料薄膜3面朝下方和所述接收基片4保持一定的间隙g。
步骤3：激光光束辐照所述吸收层，激光能量被所述吸收层所吸收，导致所述吸收层内部产生高压气泡，气泡膨胀推动所述吸收层膨胀，进而带动所述高粘度浆料薄膜3撞击所述接收基片4，并在所述吸收层与所述接收基片4间会形成稳定的浆料桥7；
步骤4：将所述透明基片1垂直移去，所述浆料桥会不断拉伸直至最终断裂。此时在所述接收基片4上便能获得转移靶材，同时在所述高粘度浆料薄膜3上也会获得高度为h的凸起结构，即得到浆料压印模板。
步骤5：将浆料压印模板凸起结构面朝接收基片4并垂直向接收基片4方向移动，浆料压印模板与所述接收基片4的间距g会不断缩小，当间距g小于凸起结构的高度h时，浆料压印模板上的浆料便会与所述接收基片4相接触。继续缩小二者间距，凸起结构会粘附至所述接收基片4，并产生稳定的浆料桥；
步骤6：将浆料压印模板垂直移去，浆料桥拉伸直至最终断裂。此时在高粘度浆料薄膜上会获得新的凸起结构，在所述接收基片4上能获得转移靶材。
其中，本实施例中，聚合物薄膜2的厚度d1为45微米。
其中，本实施例中，间隙g的取值为80微米。
其中，本实施例中高粘度浆料薄膜3的厚度d2为50微米。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，将厚度为d1的聚合物薄膜作为吸收层，粘贴在透明基片上；
步骤S2，将高粘度浆料涂抹至聚合物薄膜上，形成厚度为d2的高粘度浆料薄膜，并将高粘度浆料薄膜面朝下方并和接收基片保持间隙g；
步骤S3，激光辐照吸收层，导致吸收层内部产生高压气泡，气泡膨胀推动吸收层膨胀，进而带动高粘度浆料薄膜撞击接收基片，从而在吸收层与接收基片间会形成稳定的浆料桥；使激光沿预设路径在吸收层上扫描，浆料桥会持续拓展，进而获得所需图案；
步骤S4，将透明基片垂直移去，浆料桥不断拉伸直至断裂后，在接收基片上会得到转移靶材，同时在高粘度浆料薄膜上获得凸起结构，即得到浆料压印模板；
步骤S5，将浆料压印模板凸起结构面朝接收基片放置，持续缩短两者间距，直至凸起结构接触接收基片，并黏附接收基片上，形成稳定的浆料桥；
步骤S6，将浆料压印模板垂直移去，能够在高粘度浆料薄膜上获得新的凸起结构，在接收基片上能获得转移靶材；
步骤S7，步骤S6经过一次压印，得到了所需的靶材形状，浆料压印模板仍能再次进行压印，直至新的凸起结构尺寸缩小至无法打印。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于，浆料压印模板是通过激光诱导方法，拉伸浆料桥得到的。
3.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于，聚合物薄膜上通过激光刻蚀出压印所需的图案，激光辐照过后可以在高粘度浆料薄膜上得到图案。
4.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于，每次得到转移靶材后可以让激光根据所要得到的图案在吸收层进行不同路径的扫描，使得后续可以在接收基片上得到不同图案的转移靶材。
5.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于，高粘度浆料薄膜的厚度d2为30微米至80微米。
6.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于，聚合物薄膜厚度d1在50±5微米。
7.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于，间隙g的取值范围在50至100微米之间。
8.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于，激光光束为纳秒激光。
9.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于：浆料压印模板具有压印所需的图案，后续可以进行多次压印。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种基于激光诱导的高粘度浆料多次压印方法，其特征在于：一个浆料压印模板可以压印2～3次。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110690300A (zh) * | 2019-10-21 | 2020-01-14 | 华南理工大学 | 光伏太阳能电池电极栅线激光诱导转印方法 |
| US20210032739A1 (en) * | 2019-07-29 | 2021-02-04 | University Of Ottawa | Dynamic release mirror structure for laser-induced forward transfer |
| CN112382676A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-19 | 华南理工大学 | 基于硅片双凹槽结构的太阳能电池栅线激光诱导印刷方法 |
-
2022
- 2022-06-30 CN CN202210763995.1A patent/CN115181962A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210032739A1 (en) * | 2019-07-29 | 2021-02-04 | University Of Ottawa | Dynamic release mirror structure for laser-induced forward transfer |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 司卫华 等: ""基于OG154 的紫外纳米压印研究"", 《半导体光电》, vol. 31, no. 2, pages 230 - 233 * |
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