DE102009052647A1

DE102009052647A1 - Druckformensystem für die Metallisierung von Solarzellen

Info

Publication number: DE102009052647A1
Application number: DE102009052647A
Authority: DE
Inventors: Dieter Manz
Original assignee: Manz Automation AG
Current assignee: Manz Automation AG
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2009-11-10
Publication date: 2011-05-12

Abstract

Ein Druckformensystem für die Metallisierung von Solarzellen, mit einer ersten Druckform (1) mit Öffnungen (2, 3, 4, 5), die einen ersten Teil eines zu druckenden Metallisierungsmusters darstellen und einer zweiten Druckform (20) mit Öffnungen (21, 22), die einen zweiten Teil eines zu druckenden Metallisierungsmusters darstellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Druckformensystem für die Metallisierung von Solarzellen.
Die Metallisierung von Solarzellen erfolgt in der Regel in einem Siebdruckverfahren. Dabei ist ein Gewebe als Sieb vorgesehen, auf oder an dem eine Schablone angeordnet ist. Die Schablone ist an unterschiedlichen Stellen unterbrochen, sodass Metallisierungspaste durch das Gewebe des Siebs hindurch auf die Solarzelle aufgedruckt werden kann. Es ist bekannt, anstatt eines Gewebes eine Metallfolie mit vielen geätzten Löchern zu verwenden, wobei auf der Metallfolie ebenfalls eine Schablone angeordnet ist, die das Druckbild bestimmt. Bekannte Druckformen weisen demnach ein Sieb und eine Schablone auf.
Die Metallisierung einer Solarzelle setzt sich in der Regel aus so genannten Fingern, langen schmalen Linien, und so genannten Busbars zusammen, wobei die Finger elektrisch leitend mit den Busbars verbunden sind. Sind die schmalen Finger unterbrochen, kann kein Strom fließen. Es ist also darauf zu achten, dass die Finger in einer ausreichenden Breite aufgebracht werden, sodass ein durchgängiger elektrischer Kontakt sichergestellt ist. Um eine möglichst große Effektivität der Solarzellen zu erreichen, sollten jedoch die Finger möglichst schmal sein.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Siebe von Druckformen für die Metallisierung von Solarzellen unter einer gewissen Spannung stehen und während des Druckvorgangs erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. So kommt es immer wieder zu einem Einreißen der Siebe, was die Druckform unbrauchbar macht. Ein Austausch einer Druckform führt zu Stillstandzeiten der Siebdruckanlage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Druckformensystem bereitzustellen, mit dem zum einen schmale Finger gedruckt werden können und zum anderen die Stillstandzeit von Siebdruckanlagen während der nicht gedruckt werden kann, verringert werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Druckformensystem für die Metallisierung von Solarzellen, mit einer ersten Druckform mit Öffnungen, die einen ersten Teil eines zu druckenden Metallisierungsmusters darstellen und einer zweiten Druckform mit Öffnungen, die einen zweiten Teil eines zu druckenden Metallisierungsmusters darstellen.
Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, die Metallisierung, die bisher in einem Metallisierungsschritt durchgeführt wurde, auf zwei Schritte aufzuteilen, wobei in jedem Schritt jeweils nur ein Teil des Metallisierungsmusters, also der Finger und Busbars, gedruckt wird. In dem erfindungsgemäßen Druckformensystem weisen die Druckformen ausschließlich eine Schablone auf. In den Öffnungen ist vorzugsweise kein Sieb angeordnet. Dadurch, dass zwei Druckformen mit Öffnungen vorgesehen sind, weist jede einzelne Druckform eine relativ geringe Öffnungsfläche auf. Dies bedeutet, dass zwischen den einzelnen Öffnungen ausreichend Material vorhanden ist, um die Druckformen zu stabilisieren. Somit sind die einzelnen Druckformen des erfindungsgemäßen Druckformensystems wesentlich stabiler als herkömmliche Druckformen. Die Zeiten zwischen den Druckformenwechseln einer Druckmaschine können dadurch verlängert werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass Öffnungen der einen Druckform Öffnungen der anderen Druckform abschnittsweise überlappen (planparallel), wenn die Druckformen korrekt zueinander ausgerichtet und übereinander angeordnet sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die in unterschiedlichen Schritten aufgedruckten Teilmetallisierungen miteinander elektrisch leitend verbunden werden. Insbesondere werden dadurch Unterbrechungen der Finger vermieden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn sich die Öffnungen einer Druckform nicht berühren. Dadurch erhöht sich die Stabilität der Druckform, sodass sie größeren mechanischen Belastungen ausgesetzt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Druckform mehrere in einer Erstreckungsrichtung ausgerichtete linienförmige Öffnungen aufweist, die in Erstreckungsrichtung gesehen hintereinander angeordnet sind. Durch derartige linienförmige (geradlinige) Öffnungen können insbesondere Finger aufgedruckt werden. Ein Finger wird dadurch in einem ersten Schritt mit mehreren Abschnitten gedruckt und in einem zweiten Schritt werden die im ersten Druckvorgang aufgedruckten Abschnitte durch im zweiten Druckvorgang aufgedruckte Abschnitte elektrisch leitend verbunden. Es werden also in einem ersten Schritt unterbrochene Strukturen aufgedruckt und in einem zweiten Schritt werden ebenfalls unterbrochene Strukturen aufgedruckt, sodass sich im Ergebnis eine durchgängige Struktur ergibt. Dadurch, dass an den einzelnen Druckformen große öffnungsfreie Bereiche vorgesehen sind, sind diese sehr stabil.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Öffnungen ähnliche Längen aufweisen und der Materialsteg zwischen den Öffnungen im Wesentlichen der Öffnungslänge entspricht.
Weitere Vorteile ergeben sich, wenn eine Druckform mehrere in einer Erstreckungsrichtung ausgerichtete linienförmige Öffnungen aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Dabei sind die parallel zueinander angeordneten Öffnungen vorzugsweise versetzt angeordnet. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Öffnung durch einen großen Materialbereich umgeben ist.
Wie bereits erwähnt ist es vorteilhaft, wenn eine Druckform Öffnungen zum Erzeugen von Abschnitten von Fingern und Busbars der Metallisierung aufweist und die andere Druckform Öffnungen zum Erzeugen von ergänzenden Abschnitten von Fingern und/oder Busbars aufweist.
Weiterhin kann eine Druckform linienförmige Öffnungen mit unterschiedlichen Erstreckungsrichtungen aufweisen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckformen keine siebartige Struktur aufweisen, insbesondere die Öffnungen siebfrei sind. Dadurch erhöht sich die Stabilität der Druckformen. Die Standzeit einer Siebdruckmaschine lässt sich dadurch erhöhen. Werden Siebe verwendet, so fangen sich häufig Partikel im Sieb. Irgendwann setzt sich das Sieb zu, sodass es beim Drucken zu Unterbrechungen in der Metallisierung kommt. Wenn dagegen überhaupt kein Sieb verwendet wird, ist dies nicht problematisch. Dadurch ist es möglich, dünnere Strukturen zu erzeugen als mit einer Druckform, die ein Sieb aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckformen aus Metall ausgebildet sind. Insbesondere können die Druckformen Metallfolien sein, die Öffnungen aufweisen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Öffnungen mittels Laser eingebracht sind. Dadurch können die Öffnungen mit einer sehr hohen Genauigkeit gefertigt werden. Weiterhin ist es möglich, sehr dünne und feine Strukturen einzubringen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Druckformendicke im Bereich zumindest einiger Öffnungsränder reduziert ist. Dadurch kann die aufgedruckte Schichtdicke, insbesondere im Randbereich der aufgedruckten Strukturen, reduziert werden. Wenn nun in einem zweiten Druckschritt ein Metallisierungsabschnitt überlappend aufgebracht wird, ist die Metallisierungshöhe im Überlappungsbereich niedriger im Vergleich zur Metallisierungshöhe bei Verwendung von Druckformen ohne Reduzierung der Druckformendicke im Randbereich der Öffnungen.
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zur Metallisierung einer Solarzelle, bei dem mit einer ersten Druckform ein erster Teil der Metallisierung aufgedruckt wird und mit einer zweiten Druckform ein zweiter Teil der Metallisierung aufgedruckt wird, wobei durch den zweiten Teil der Metallisierung Metallisierungsabschnitte des ersten Teils der Metallisierung elektrisch leitend verbunden werden. Dieses Verfahren weist zwar gegenüber dem Stand der Technik einen weiteren Druckschritt auf. Dies wird jedoch durch die Kosten für die Druckformherstellung kompensiert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren müssen die Druckformen deutlich weniger häufig ausgetauscht werden, sodass sich die Kosten für eine weitere Druckanlage schnell amortisieren.
Um sicherzustellen, dass die in unterschiedlichen Druckschritten aufgebrachten Metallisierungsabschnitte tatsächlich elektrisch leitend verbunden sind, ist es vorteilhaft, wenn der zweite Teil der Metallisierung mit dem ersten Teil der Metallisierung überlappend aufgedruckt wird.
Weiterhin ist es denkbar, dass die Metallisierung nach dem Drucken des ersten oder zweiten Teils der Metallisierung nachbearbeitet wird. Insbesondere kann die Metallisierungsdicke im Überlappungsbereich von zwei in unterschiedlichen Druckschritten aufgebrachten Metallisierungsabschnitten reduziert werden.
Um eine Beschädigung des ersten Teils der Metallisierung während des Aufdruckens des zweiten Teils der Metallisierung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn nach dem Drucken des ersten Teils der Metallisierung eine Trockenzeit abgewartet wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
In der schematischen Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1a eine erste Druckform eines ersten Druckformensystems;
1b eine zweite Druckform eines ersten Druckformensystems;
2a eine erste Druckform eines zweiten Druckformensystems;
2b eine zweite Druckform des zweiten Druckformensystems.
Die 1a zeigt eine erste Druckform 1 eines Druckformensystems, wobei die Druckform 1 aus Metall, insbesondere VA-Material besteht. Die Druckform 1 weist zum einen sich in einer Erstreckungsrichtung erstreckende längliche geradlinige Öffnungen 2, 3, 4, 5 auf. Die Öffnungen 2, 3 sind in Erstreckungsrichtung hintereinander angeordnet. Dies bedeutet, dass zwischen den Öffnungen 2, 3 ein Materialsteg 6 vorhanden ist, der in etwa der Länge der Öffnungen 2, 3 entspricht. Durch die Öffnungen 2, 3 kann Metallisierungspaste auf eine Solarzelle gedruckt werden, wobei die durch die Öffnungen 2, 3 gedruckte Metallisierungspaste demselben Finger einer Metallisierung zugeordnet ist. Parallel zu den Öffnungen 2, 3 sind die Öffnungen 4, 5 angeordnet. Auch die Öffnungen 4, 5 sind in Erstreckungsrichtung hintereinander angeordnet und durch einen Materialsteg 7 beabstandet. Die Öffnungen 4, 5 sind parallel zu den Öffnungen 2, 3, jedoch versetzt zu diesen angeordnet. Quer zur Erstreckungsrichtung der Öffnungen 2, 3, 4, 5 ist somit immer relativ viel Material vorhanden, bis die nächste Öffnung folgt.
Weiterhin sind rechteckige, insbesondere quadratische, Öffnungen 9, 10 vorgesehen. Durch die Öffnungen 9, 10 kann Metallisierungspaste zur Erstellung eines Busbars gedruckt werden. Auch der Abstand zwischen den Öffnungen 9, 10 entspricht in etwa der Höhe jeweils einer der Öffnungen 9, 10. Es ist zu erkennen, dass beispielsweise die Öffnungen 11, 12 in den Zwischenraum 13 ragen. Wird in einem zweiten Druckschritt Metallisierungspaste durch eine Öffnung gedruckt, die sich im Bereich 13 befindet, so wird eine elektrische Verbindung der Metallisierungsabschnitte hergestellt, die durch die Öffnungen 11, 12 gedruckt wurden.
Die 1b zeigt eine zweite Druckform 20, deren Öffnungen komplementär zu der der Druckform 1 angeordnet sind. Beispielsweise befindet sich die Öffnung 21 im Bereich zwischen den Öffnungen 2, 3, sodass Metallisierungsabschnitte, die durch die Öffnungen 2, 3 gedruckt wurden, miteinander verbunden werden, indem Metallisierungspaste durch die Öffnung 21 gedruckt wird. Metallisierungspaste, die durch die Öffnungen 2, 3, 21 gedruckt wird, stellt somit immer einen Abschnitt desselben Fingers her.
Die Öffnung 22 befindet sich zwischen den Öffnungen 9, 10, sodass der Abstand zwischen den Öffnungen 9, 10 überbrückt wird und eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird, wenn durch beide Druckformen 1, 20 gedruckt wird. Für das Drucken mit der zweiten Druckform 20 wird vorzugsweise die Druckform 20 entsprechend der Struktur ausgerichtet, die vorher durch die Druckform 1 aufgebracht wurde. Würden die Öffnungen der Druckformen 1, 20 alle in nur eine Druckform eingebracht, so versteht sich, dass sehr dünne Strukturen erzeugt würden, die zumindest teilweise „in der Luft” hängen. Dadurch würde eine solche Druckform sehr instabil und wenig verschleißfest. Bei den Druckformen 1, 20 ist zu erkennen, dass diese die Öffnungen umgebend sehr viel Material aufweisen, sodass die Druckformen 1, 20 sehr stabil und verschleißfest ausgebildet sind.
Die 2a zeigt eine erste Druckform 30 eines zweiten Druckformensystems. Die Druckform 30 weist ebenfalls längliche, in derselben Erstreckungsrichtung ausgerichtete linienförmige Öffnungen 31, 32, 33, 34 auf. Weiterhin sind rechteckige Öffnungen 35 vorgesehen.
Die Druckform 40 der 2b weist ebenfalls in derselben Erstreckungsrichtung ausgerichtete linienförmige Öffnungen 41, 42, 43, 44 auf. Allerdings weist die Druckform 40 im Unterschied zur Druckform 20 keine rechteckigen großen Öffnungen im Bereich der Busbars auf, sondern schräg zur Erstreckungsrichtung der Öffnungen 41, 42, 43, 44 ausgerichtete Öffnungen 45, 46. Durch diese Öffnungen 45, 46 kann Metallisierungspaste gedruckt werden, sodass ein elektrisch leitender Kontakt von Fingern zu den Metallisierungsabschnitten, die durch die Öffnung 35 gedruckt wurden, hergestellt werden. Beispielsweise verbindet durch die Öffnung 46 gedruckte Paste die durch die Öffnungen 36 und 37 gedruckten Abschnitte. Der durch die Öffnung 45 gedruckte Abschnitt verbindet die durch die Öffnungen 35 und 36 gedruckten Abschnitte.

Claims

Druckformensystem für die Metallisierung von Solarzellen, mit einer ersten Druckform (1, 30) mit Öffnungen (2, 3, 4, 5; 9, 10, 11, 12; 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37 38), die einen ersten Teil eines zu druckenden Metallisierungsmusters darstellen und einer zweiten Druckform (20, 40) mit Öffnungen (21, 22; 41, 42, 43, 44, 45, 46), die einen zweiten Teil eines zu druckenden Metallisierungsmusters darstellen.
Druckformensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Öffnungen (2, 3, 4, 5; 9, 10, 11, 12; 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38) der einen Druckform (1, 20) Öffnungen (21, 22; 41, 42, 43, 44, 45, 46) der anderen Druckform (20, 40) abschnittsweise überlappen.
Druckformensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnungen (2, 3, 4, 5; 9, 10, 11, 12; 21, 22; 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38; 41, 42, 43, 44, 45, 46) einer Druckform (1, 20, 30, 40) nicht berühren.
Druckformensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckform (1, 20, 30, 40) mehrere in einer Erstreckungsrichtung ausgerichtete linienförmige Öffnungen (2, 3, 4, 5; 11, 12; 31, 32, 33, 34, 36, 38; 41, 42, 43, 44) aufweist, die in Erstreckungsrichtung gesehen hintereinander angeordnet sind.
Druckformensystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (2, 3, 4, 5; 11, 12; 31, 32, 33, 34, 36, 38; 41, 42, 43, 44) ähnliche Längen aufweisen und der Materialsteg (6, 7) zwischen den Öffnungen (2, 3, 4, 5; 11, 12; 31, 32, 33, 34, 36, 38; 41, 42, 43, 44) im Wesentlichen der Öffnungslänge entspricht.
Druckformensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckform (1, 20, 30, 40) mehrere in einer Erstreckungsrichtung ausgerichtete linienförmige Öffnungen (2, 3, 4, 5; 11, 12; 31, 32, 33, 34, 36, 38; 41, 42, 43, 44) aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind.
Druckformensystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (2, 3, 4, 5; 31, 32, 33, 34; 41, 42, 43, 44) versetzt angeordnet sind.
Druckformensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckform (1, 30) Öffnungen (2, 3, 4, 5; 9, 10, 11, 12; 31, 32, 33, 34 35, 36, 37, 38) zum Erzeugen von Abschnitten von Fingern und Busbars der Metallisierung aufweist und die andere Druckform (20, 40) Öffnungen (21, 22; 41, 42, 43, 44, 45, 46) zum Erzeugen von ergänzenden Abschnitten von Fingern und Busbars aufweist.
Druckformensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckform (40) linienförmige Öffnungen (41, 42, 43, 44, 45, 46) aufweist, die unterschiedliche Erstreckungsrichtungen aufweisen.
Druckformensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckformen (1, 20, 30, 40) keine siebartige Struktur aufweisen, insbesondere die Öffnungen siebfrei sind.
Druckformensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckformen (1, 20, 30, 40) aus Metall ausgebildet sind.
Druckformensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (2, 3, 4, 5; 9, 10, 11, 12; 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38; 41, 42, 43, 44, 45, 46) mittels Laser eingebracht sind.
Druckformensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckformendicke im Bereich zumindest einiger Öffnungsränder reduziert ist.
Verfahren zur Metallisierung einer Solarzelle, bei dem mit einer ersten Druckform (1, 30) ein erster Teil der Metallisierung aufgedruckt wird und mit einer zweiten Druckform (20, 40) ein zweiter Teil der Metallisierung aufgedruckt wird, wobei durch den zweiten Teil der Metallisierung Metallisierungsabschnitte des ersten Teils der Metallisierung elektrisch leitend verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil der Metallisierung mit dem ersten Teil der Metallisierung überlappend aufgedruckt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierung nach dem Drucken des ersten oder zweiten Teils der Metallisierung nachbearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Drucken des ersten Teils der Metallisierung eine Trockenzeit abgewartet wird.