DE102009024877A1 - screen printing forme - Google Patents
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Abstract
Siebdruckform, welche eine erste Lage mit ersten Ausnehmungen und eine zweite Lage mit zweiten Ausnehmungen aufweist, wobei die Ausnehmungen so angeordnet sind, dass ein Druckmedium durch eine der ersten Ausnehmungen und von dort durch eine der zweiten Ausnehmungen auf ein unter der zweiten Lage platzierbares Substrat förderbar ist, wobei in den ersten Ausnehmungen Stegelemente und in den zweiten Ausnehmungen Stützelemente vorgesehen sind, wobei die Stegelemente mit den Stützelementen verbunden sind und mindestens ein Stegelement zusammen mit dem Stützelement eine Höhe besitzt, welche gleich der Siebdruckformenhöhe ist.Silkscreen form, which has a first layer with first recesses and a second layer with second recesses, wherein the recesses are arranged so that a printing medium conveyed through one of the first recesses and from there through one of the second recesses to a positionable under the second layer substrate wherein web elements are provided in the first recesses and support elements are provided in the second recesses, wherein the web elements are connected to the support elements and at least one web element together with the support element has a height equal to the screen printing mold height.
Description
Die Erfindung betrifft eine Siebdruckform und eine mit der Siebdruckform hergestellte Solarzelle.The The invention relates to a screen printing form and one with the screen printing form produced solar cell.
Bei einer Solarzelle mit einer n-dotierten Schicht, einer p-dotierten Schicht und einer pn-Übergangsschicht bewirkt Licht, welches auf die n-dotierte Schicht einfallt, dass zwischen der n-dotierten Schicht und der p-dotierten Schicht eine elektrische Spannung entsteht, die an einem angeschlossenen Verbraucher einen elektrischen Strom erzeugt. Um die Spannung abgreifen zu können, sind auf der Seite der p-dotierten Schicht eine Metallplatte und auf der Seite der n-dotierten Schicht metallische Leitungen angebracht. Bei diesen metallischen Leitungen handelt es sich üblicherweise zum einen um feine metallische Linien oder sogenannte Finger, die zum Beispiel parallel zueinander angeordnet sind. Zum anderen handelt es sich um mindestens eine relativ breite Sammelleitung, die mit den Fingern verbunden ist, wobei mittels der Sammelleitung ein elektrischer Kontakt zu einem Verbraucher hergestellt werden kann. Die dotierten Schichten können auch in einer anderen Reihenfolge oder in einer anderen Anzahl vorhanden sein, um eine Solarzelle zu bilden. Unabhängig vom Aufbau der Solarzelle ist stets eine elektrische Kontaktierung erforderlich, um einen Verbraucher anschließen zu können.at a solar cell with an n-doped layer, a p-doped Layer and a pn junction layer causes light incident on the n-type doped layer between the n-doped layer and the p-doped layer a electrical voltage is generated at a connected consumer generates an electric current. To be able to tap the tension are on the side of the p-doped layer a metal plate and on the Side of the n-doped layer metallic lines attached. These metallic lines are usually on the one hand to fine metallic lines or so-called fingers, the for example, are arranged parallel to each other. On the other hand acts it concerns at least a relatively wide collecting line, which with the fingers is connected, wherein by means of the manifold an electrical contact can be made to a consumer. The doped layers can also available in a different order or in a different number be to form a solar cell. Independent of the structure of the solar cell is always an electrical contact required to a Connect consumers to be able to.
Derartige Solarzellen sind bekannt und funktionieren gut. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Finger und Sammelleitungen einen Querschnitt besitzen, der entlang der Längenerstreckung der Leitungen deutlich variiert. Da der elektrische Widerstand einer solchen Leitung zu einem beachtlichen Teil von der dünnsten Stelle der Leitung abhängt, besteht ein Wunsch darin, Leitungen mit einer geringeren Querschnittsvariation als bisher herstellen zu können.such Solar cells are known and work well. It became, however observed that the fingers and manifolds a cross section own that along the length extension the lines varies significantly. As the electrical resistance of a such lead to a considerable extent from the thinnest point depends on the line, there is a desire to have lines with a smaller cross-sectional variation to be able to produce so far.
Die Finger und Sammelleitungen sind für die Funktion der Solarzelle erforderlich. Sie haben jedoch den Nachteil, dass sie die unter den Leitungen angeordnete n-dotierte Schicht abschatten. Somit steht nur ein Teil der Fläche der Solarzelle für die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie zur Verfügung. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle je Flächeneinheit könnte gesteigert werden, wenn es gelingt, Finger und Sammelleitungen zu schaffen, die eine kleinere Fläche der Solarzelle abschatten.The Fingers and manifolds are for the function of the solar cell required. However, they have the disadvantage that they are the under Shadow the n-doped layer arranged on the lines. Thus stands only part of the area the solar cell for the conversion of light energy into electrical energy available. Of the Efficiency of a solar cell per unit area could be increased if it succeeds in creating fingers and manifolds, the one smaller area shade the solar cell.
Die Sammelleitungen sollten jedoch nicht beliebig klein ausgebildet sein, damit eine gute Kontaktierung mit metallischen Anschlussleitungen möglich ist. Somit besteht ein Wunsch, eine Solarzelle zu schaffen, die bei geringem Einsatz von teuren elektrisch leitenden Werkstoffen, wie zum Beispiel Silber, trotzdem eine gute elektrische Kontaktierung ermöglicht.The However, manifolds should not be made arbitrarily small be, thus a good contact with metallic leads possible is. Thus, there is a desire to provide a solar cell which with low use of expensive electrically conductive materials, such as silver, but still a good electrical contact allows.
Die Finger und Sammelleitungen können mittels Siebdrucktechnik hergestellt werden, wobei durch eine Siebdruckform mit schmalen Ausnehmungen für die Finger und breiten Ausnehmungen für die Sammelleitungen der elektrisch leitende Werkstoff als Druckmedium hindurchgedrückt wird. Eine solche Siebdruckform lässt sich durch Einsatz von Ätztechnik bilden. Nachteilig ist dabei der große Breitenunterschied zwischen schmalen Ausnehmungen für die Finger und breiten Ausnehmungen für Sammelleitungen. Aufgrund von Strömungs- und Feldverteilungen ist die Ätzrate bei einer breiten Ausnehmung größer als bei einer schmalen Ausnehmung, so dass unterschiedliche Ätztiefen erreicht werden. Soll in einer Siebdruckform also eine breite Ausnehmung für eine anschließend herzustellende Sammelleitung geformt werden, ist es nicht möglich, in der gleichen Zeit oder im gleichen Ätzschritt schmale Ausnehmungen für später herzustellende Finger mit der gleichen Ätztiefe wie bei der breiten Ausnehmung zu formen. Außerdem erfolgt der Ätzvorgang bei einer breiten Ausnehmung in der Breite ungleichförmig, denn am Rand der breiten Ausnehmung wird aufgrund einer stärkeren Strömung der Ätzflüssigkeit tiefer in das Material geätzt als im mittleren Bereich.The Fingers and manifolds can by means of Screen printing technology are produced, using a screen printing with narrow recesses for the fingers and wide recesses for the manifolds of the electric conductive material is pressed as a pressure medium. Such a screen printing form let yourself through the use of etching technology form. The disadvantage here is the large difference in width between narrow recesses for the fingers and wide recesses for manifolds. by virtue of from flow and field distributions is the etch rate larger than a wide recess at a narrow recess, so that different etching depths be achieved. Should in a screen printing form so a wide recess for a subsequently produced Manifold formed, it is not possible at the same time or in the same etching step narrow recesses for later to be produced Fingers with the same etching depth as to form at the wide recess. In addition, the etching process takes place non-uniform in a wide recess in width, because at the edge of the wide recess becomes due to a stronger flow of the etching liquid etched deeper into the material as in the middle range.
Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Siebdruckform für die Herstellung von schmalen Fingern und breiten Sammelleitungen einer Solarzelle zu schaffen, wobei schmale und breite Ausnehmungen der Siebdruckform mittels Ätztechnik formbar sind und dabei geringere Variationen in der Ätztiefe und Ätzbreite entstehen als bisher. Ferner sollen mit der Siebdruckform Finger und Sammelleitungen herstellbar sein, die eine geringere Querschnittsvariation als bisher aufweisen und zusätzlich eine kleinere Fläche der Solarzelle als bisher üblich abschatten. Die Siebdruckform soll preisgünstig sein und eine hohe Lebensdauer besitzen. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, dass eine Solarzelle mit einer solchen Siebdruckform herstellbar ist.Consequently It is an object of the invention is a screen printing plate for the production narrow fingers and wide manifolds of a solar cell to create, with narrow and wide recesses of the screen printing form Formable by etching are smaller variations in etch depth and etch width arise as before. Furthermore, with the screen printing form fingers and manifolds to be produced, which has a smaller cross-sectional variation have as before and additionally one smaller area shade the solar cell as usual. The screen printing form should be inexpensive be and have a long life. It is also a task the invention that a solar cell with such a screen printing form can be produced.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These Tasks are solved by the subject matter of the independent claims. advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Aufgabe, eine Siebdruckform zu schaffen, wird durch eine Siebdruckform gelöst, welche eine erste Lage mit ersten Ausnehmungen und eine zweite Lage mit zweiten Ausnehmungen aufweist, wobei die Ausnehmungen so angeordnet sind, dass ein Druckmedium durch eine der ersten Ausnehmungen und von dort durch eine der zweiten Ausnehmungen auf ein unter der zweiten Lage platzierbares Substrat beförderbar ist, wobei in den ersten Ausnehmungen Stegelemente und in den zweiten Ausnehmungen Stützelemente vorgesehen sind, wobei die Stegelemente mit den Stützelementen verbunden sind, und mindestens ein Stegelement und ein Stützelement zusammen eine Höhe besitzen, welche gleich der Siebdruckformhöhe ist.The object to provide a screen printing form is achieved by a screen printing form, which has a first layer with first recesses and a second layer with second recesses, wherein the recesses are arranged so that a pressure medium through one of the first recesses and from there through a the second recesses can be conveyed to a substrate which can be placed under the second layer, wherein web elements are provided in the first recesses and support elements are provided in the second recesses, the web elements being connected to the support elements, and at least one web element and a support element together have a height which is equal to the Siebdruckformhöhe.
Eine solche Siebdruckform weist somit Ausnehmungen mit Stegelementen und Stützelementen auf, welche die Durchtrittsfläche für ein Druckmedium verringern. Dies ermöglicht die Herstellung einer Sammelleitung, die weniger Druckmedium aufweist als eine Sammelleitung, die mit einer Siebdruckform hergestellt ist, deren Ausnehmungen keine Stegelemente und Stützelemente aufweist. Da ein Stegelement und ein Stützelement, welche einstückig sein können, zusammen die gleiche Höhe besitzen wie die Siebdruckform, kann an die Stelle des Stützelementes kein Druckmedium mehr gelangen, wodurch ein Unterdrucken verhindert wird. Diese Stelle ist auf dem Substrat, welches die Oberfläche einer Solarzelle sein kann, somit nicht mit dem Druckmedium versehen, so dass an dieser Stelle einstrahlendes Licht auf das Substrat bzw. die Solarzelle gelangt und keine Abschattung erfolgt. Somit kann ein höherer Wirkungsgrad einer Solarzelle erreicht werden.A such screen printing form thus has recesses with web elements and support elements, which the passage area for a Reduce pressure medium. this makes possible the production of a manifold, which has less pressure medium than a manifold made with a screen printing form, whose recesses have no web elements and support elements. There a Web element and a support element, which in one piece could be, together the same height own like the screen printing form, can take the place of the supporting element no more pressure medium, whereby a negative pressure prevents becomes. This spot is on the substrate, which is the surface of a Can be solar cell, thus not provided with the pressure medium, so that at this point radiating light on the substrate or the solar cell passes and no shading occurs. Thus, can a higher one Efficiency of a solar cell can be achieved.
Die Stützelemente bilden bei einer breiten Ausnehmung für eine breite Sammelleitung eine mechanische Stütze, welche ein Durchbiegen der Siebdruckform durch eine an der Oberseite der Schablone entlang gezogene Rakel verringert. Mittels der Stützelemente wird somit die Biegesteifigkeit der Siebdruckform insgesamt erhöht. Ferner lässt sich damit eine geringere Elastizität der Siebdruckform erreichen, so dass beim Entlangziehen der Rakel auf der Oberseite der Siebdruckform diese geringer gestreckt wird. Dies hat zur Folge, dass die erfindungsgemäße Siebdruckform eine höhere Lebensdauer als bisherige Schablonen erreicht.The support elements form at a wide recess for a wide manifold a mechanical support, which is a bending of the screen printing form by one at the top the squeegee drawn along the stencil is reduced. By means of the support elements Thus, the flexural rigidity of the screen printing mold is increased overall. Further can be with it a lower elasticity reach the screen printing form, so that when pulling the squeegee on the top of the screen form it is stretched less. As a result, the screen printing form according to the invention has a longer service life than achieved previous templates.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Siebdruckform durch Ätzen bilden die Stützstellen zudem Strömungshindernisse, so dass im Vergleich zu schmalen Ausnehmungen für die Herstellung von Fingern keine wesentlich stärkeren Strömungen für die Ätzflüssigkeit entstehen können. Die Ätzgeschwindigkeiten in den schmalen Ausnehmungen für die später herzustellenden Finger im Vergleich zu den breiten Ausnehmungen, in denen Stegelemente und Stützelemente vorhanden sind, unterscheiden sich somit kaum, so dass in der Siebdruckform eine Ätztiefe und Ätzbreite mit relativ geringen Variationen erreichbar ist. Dies bewirkt ferner, dass ein homogenes Ätzen erfolgt und Finger und Sammelleitungen mit geringer Querschnittsvariation möglich sind.at form the preparation of the screen printing form according to the invention by etching the support points in addition Flow obstacles, so that compared to narrow recesses for the production of fingers not much stronger currents for the etching liquid can arise. The etching rates in the narrow recesses for the later produced finger compared to the wide recesses, in which web elements and support elements Thus, hardly exist, so that in the screen printing form an etch depth and etching width can be reached with relatively small variations. This also causes that a homogeneous etching takes place and fingers and manifolds with low cross-sectional variation possible are.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die erste oder zweite Ausnehmung eine Breite von mindestens 30 Mikrometern. Ferner besitzen die Stegelemente oder Stützelemente mindestens eine Breite von 10 Mikrometern, vorzugsweise weniger als 20 Mikrometern. Damit lassen sich die oben genannten Vorteile besonders gut erreichen. Derartige kleine Abmessungen können mittel Ätztechnik auch relativ preiswert hergestellt werden, wenn man dies mit Siebdruckformen vergleicht, die gewebte Metallfäden aufweisen.According to one preferred embodiment of Invention, the first or second recess has a width of at least 30 microns. Furthermore, the web elements or support elements at least a width of 10 microns, preferably less than 20 microns. This can be the above advantages reach particularly well. Such small dimensions can be medium etching also be made relatively inexpensive, if you do this with screen printing forms compares the woven metal threads exhibit.
Es ist vorteilhaft, wenn die Stützelemente jeweils einen runden, hexagonalen oder rechteckigen Querschnitt besitzen. Dies ist mittels Ätztechnik einfach herstellbar. Die Stützelemente können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sein, wobei die Anordnung in regelmäßigen Abständen eine homogene Biegesteifigkeit auf der gesamten Fläche ermöglicht.It is advantageous if the support elements each a round, hexagonal or rectangular cross-section have. This is by etching easy to produce. The support elements can in regular or irregular distances to each other be arranged, wherein the arrangement at regular intervals to a homogeneous bending stiffness the entire area allows.
Besitzen die Stegelemente einen Abstand von 30 bis 100 Mikrometern zueinander, können mit einem durch die Ausnehmungen hindurch zu befördernden Druckmedium feine Linien erreicht werden.Have the web elements a distance of 30 to 100 microns to each other, can fine with a pressure medium to be conveyed through the recesses Lines are reached.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Oberflächen der Ausnehmung und der Stegelemente oder Stützelemente mit einer Beschichtung versehen. Die Beschichtung verringert die Durchtrittsfläche für das Druckmedium und ermöglicht noch schmalere Linienbreiten, so dass Linien mit noch weniger Druckmedium herstellbar sind.According to one embodiment The invention relates to surfaces the recess and the web elements or support elements with a coating Mistake. The coating reduces the passage area for the pressure medium and allows even narrower line widths, giving lines with even less pressure medium can be produced.
Vorzugsweise besitzt die Beschichtung eine Dicke, die mindestens 5% der kleinsten Querschnittsbreite der ersten oder zweiten Ausnehmung beträgt.Preferably the coating has a thickness that is at least 5% of the smallest Cross-sectional width of the first or second recess is.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besitzt die Beschichtung einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser in einem Bereich von 0° bis 90°. Unter einem Kontaktwinkel wird der Winkel bezeichnet, den ein Flüssigkeitstropfen auf der Oberfläche eines Feststoffes zu dieser Oberfläche bildet. Bei einem Kontaktwinkel im Bereich von 0° bis 90° bildet das flüssige oder pastöse Druckmedium somit eine relativ gute Wechselwirkung zur Oberfläche der Beschichtung, so dass ein Großteil des Druckmediums in den solcherart beschichteten Ausnehmungen haften bleibt, wenn die Siebdruckform von dem zu bedruckenden Substrat entfernt wird. Hierdurch kann eine homogene Schichtdicke gedruckt werden, ohne dass zuviel Material aus den Ausnehmungen der Oberseite mit auf das Substrat gedruckt wird.According to one embodiment According to the invention, the coating has a contact angle with respect to water in a range of 0 ° to 90 °. Under a contact angle, the angle is called, which is a liquid drop on the surface of a Solid to this surface forms. At a contact angle in the range of 0 ° to 90 ° forms the liquid or pasty Print medium thus a relatively good interaction with the surface of the Coating, so much of it adhere to the pressure medium in the thus coated recesses remains when the screen printing form of the substrate to be printed Will get removed. As a result, a homogeneous layer thickness can be printed be without too much material from the recesses of the top with printed on the substrate.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besitzt die Beschichtung einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser in einem Bereich von größer 90° bis 150°, es bildet sich nur eine geringe Wechselwirkung des Druckmediums zur Oberfläche der Beschichtung aus. Das Druckmedium kann mit geringerem Widerstand in die Ausnehmung befördert werden. Außerdem kann nach dem Hindurchdrücken des Druckmediums und Entfernen der Siebdruckform vom Substrat das in der Ausnehmung verbleibende Druckmedium mit wenig Aufwand entfernt werden. In den Ausnehmungen eingebrachtes Druckmedium verbleibt nur zu einem geringen Anteil in den Ausnehmungen, wenn die Siebdruckform von dem Substrat entfernt wird. Das Ergebnis ist ein Auftrag mit einer Höhe, welche gleich der Höhe der Siebdruckform sein kann.According to another embodiment of the invention, the coating has a contact angle to water in a range of greater than 90 ° to 150 °, it forms only a small interaction of the pressure medium to the surface of the coating. The pressure medium can be conveyed into the recess with less resistance. In addition, after pressing the printing medium and removing the screen printing form from the substrate, the printing medium remaining in the recess can be removed with little effort. In The printing medium introduced into the recesses only remains to a small extent in the recesses when the screen printing form is removed from the substrate. The result is a job with a height that can be equal to the height of the screen printing form.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform verläuft mindestens ein Stützelement von einer Seite der zweiten Ausnehmung zur gegenüberliegenden Seite der zweiten Ausnehmung und teilt die zweite Ausnehmung in mindestens zwei Segmente auf. Damit lässt sich eine Sammelleitung herstellen, die zwei Leitungssegmente aufweist und unterbrochen ist, so dass kein durchgängiger Stromtransport mehr möglich ist. Auf diese Weise kann teueres metallisches Druckmedium eingespart werden. Die Funktion der Sammelleitung ist trotzdem sichergestellt, wenn anschließend ein zusätzliches Metallband die zwei Leitungssegmente überbrückt, wobei das Metallband zu der unterbrochenen Sammelleitung parallel geschaltet ist.According to one another embodiment extends at least one support element from one side of the second recess to the opposite side of the second Recess and divides the second recess in at least two segments on. Leave it to produce a manifold that has two line segments and is interrupted, so that no continuous electricity transport more possible is. In this way, expensive metallic printing medium can be saved become. The function of the manifold is nevertheless ensured if subsequently an additional Metal band bridges the two line segments, wherein the metal strip to the interrupted bus is connected in parallel.
Vorzugsweise ist ein Vertikalquerschnitt eines der Stegelemente ungleich einem Vertikalquerschnitt eines der Stützelemente. Damit lassen sich auf dem Substrat beliebige Strukturen anbringen. Die Funktion der Stützung und Aussparung auf dem Substrat ist damit auch unabhängig von der Öffnungsgröße oder Steggeometrie in der ersten Lage der Siebdruckform.Preferably is a vertical cross section of one of the web elements unequal to one Vertical cross-section of one of the support elements. This can be attached to the substrate arbitrary structures. The function of the support and recess on the substrate is thus independent of the opening size or Web geometry in the first layer of the screen printing form.
Die Erfindung betrifft ferner eine Solarzelle, welche mit einer Siebdruckform wie vorstehend beschrieben hergestellt ist.The The invention further relates to a solar cell which has a screen printing form as described above.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgenden Figuren erläutert, in welchen zeigen:Further Advantages and features of the invention will become apparent with reference to the following Figures explained, in which show:
In
den
Wie
aus
Die
Breite
In
In
In
Die
Siebdruckform
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