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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckschablone zum Aufbringen eines Druckmusters, insbesondere einer Kontaktierung, auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, umfassend eine Trägerschicht und eine unter der Trägerschicht liegende Strukturschicht, wobei die Strukturschicht zumindest eine zumindest einem Teil des Druckbilds des Druckmusters entsprechende Druckbildöffnung aufweist und die Trägerschicht eine oder mehrere Trägerschichtöffnungen aufweist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Druckschablone zum Aufbringen eines Druckmusters, insbesondere einer Kontaktierung, auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, umfassend eine Trägerschicht und eine unter der Trägerschicht liegende Strukturschicht, wobei die Strukturschicht zumindest eine zumindest einem Teil des Druckbilds des Druckmusters entsprechende Druckbildöffnung aufweist und die Trägerschicht eine oder mehrere Trägerschichtöffnungen aufweist, mit den Schritten Bereitstellen der Trägerschicht, Bereitstellen einer unter der Trägerschicht liegenden Strukturschicht, Herausarbeiten zumindest einer zumindest einem Teil des Druckbilds des Druckmusters entsprechenden Druckbildöffnung in der Strukturschicht und Herausarbeiten einer oder mehrerer Trägerschichtöffnungen in der Trägerschicht.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus dem Stand der Technik ist es im technischen Solarzellendruck herkömmlich bekannt, eine Kontaktierung auf ein Substrat einer Solarzelle mittels eines Drucksiebs aufzubringen. Insbesondere ist es herkömmlich bekannt, eine Metallisierung, Kontaktierung bzw. Leiterzüge einer Kontaktierung einer Solarzelle im Wesentlichen mit Drucksieben zu drucken, indem eine zumeist Silber umfassende Druckpaste mittels eines Rakels durch Druckbildöffnungen eines Drucksiebes auf ein Substrat der Solarzelle aufgebracht wird, wobei die Druckbildöffnungen des Drucksiebs im Wesentlichen dem Druckbild der zu druckenden Kontaktierung der Solarzelle entsprechen.
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Derartige Drucksiebe weisen ein in einem Rahmen eingespanntes Drahtsiebgewebe auf, welches in einer Fotoemulsionsschicht eingebettet ist (siehe z. B.
DE 10 2007 052 679 A1 ). Die Fotoemulsionsschicht weist die dem Druckbild der zu druckenden Kontaktierung entsprechende Druckbildöffnungen auf, wobei das Siebgewebe auch die Druckbildöffnungen ausfüllt. Bei der Herstellung derartiger Drucksiebe wird gewöhnlich das Drahtsiebgewebe auf einen Rahmen aufgespannt und dann mit einem fotosensitiven Material beschichtet. Anschließend erfolgt die Strukturierung des Druckbildes.
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Jedoch ergeben sich bei der Verwendung von derartigen Drucksieben bei dem Aufbringen der Kontaktierung der Solarzelle auf das Solarzellensubstrat Nachteile, insbesondere im Hinblick auf das Drucken der sogenannten Kontaktfinger einer Frontkontaktierung der Solarzelle. Die Kontaktfinger sollen mit einer möglichst geringen Breite auf das Substrat gedruckt werden, um eine Abschattung des Solarzellensubstrats durch die Frontseitenkontaktierung zu reduzieren und somit die Energieeffizienz der Solarzelle zu erhöhen. Gleichzeitig muss bezüglich der Energieeffizienz der Solarzelle durch die Kontaktfinger eine Stromleitung mit möglichst geringem elektrischen Widerstand ermöglicht werden, d. h. die Kontaktfinger müssen mit einem möglichst großem Aspektverhältnis ausgebildet werden, da der elektrische Widerstand der Kontaktfinger von dem Querschnitt der Kontaktfinger abhängt. Das Aspektverhältnis der Kontaktfinger soll insbesondere möglichst über die gesamte Länge der Kontaktfinger gleichmäßig ausgebildet sein.
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Bei der Verwendung von Drucksieben bei dem Aufbringen der Kontaktierung der Solarzelle auf das Solarzellensubstrat ergeben sich insbesondre die im Folgenden beschriebenen Nachteile. Das Siebgewebe und insbesondere Kreuzungspunkte des Siebgewebes im Bereich der Druckbildöffnungen der Fotoemulsionsschicht beeinträchtigen die Gleichmäßigkeit des Pastenauftrags auf das Substrat der Solarzelle beim Druck. Daraus entstehen nachteilige Einschnürungen im Leiterquerschnitt der Kontaktfinger und eine nachteilige wellige Kante des Druckbildes. Weiterhin wird die maximal erreichbare Pastenstärke, und dadurch die maximal erreichbare Höhe der gedruckten Kontaktfinger, zu der das Aspektverhältnis direkt proportional ist, durch die Siebgewebestruktur im Bereich der Druckbildöffnungen stark eingeschränkt.
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Außerdem entsteht beim Drucken durch den Druck des Rakels aufgrund der elastischen Eigenschaften des Siebgewebes eine Dehnung des Gewebes, wodurch ein Verzug des Druckbildes resultieren kann. Bei einer mehrfachen Bedruckung des Substrats mit verschiedenen Drucksieben wird normalerweise ein Druckvorgang in mehreren Schritten mit verschiedenen Sieben durchgeführt, um in Schritten jeweils Teile der Kontaktierung zu drucken. In Übergangsbereichen des Gesamtdruckbilds, in denen Druckbilder verschiedener Drucksiebe aneinander angrenzen, können mit herkömmlichen Drucksieben aufgrund des vorstehend beschriebenen Verzugs der einzelnen Teildruckbilder Ungleichmäßigkeiten im Gesamtdruckbild entstehen.
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Außerdem wird bei der Verwendung von Drucksieben durch die angestrebt große offengestellte Fläche des Druckmusters der Siebe ein sehr feines Gewebe zur Stabilisierung des Drucksiebs benötigt, das jedoch sehr anfällig auf Beschädigungen ist und somit nur geringe Standzeiten zulässt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Nachteile der Verwendung von herkömmlich bekannten Drucksieben bei dem Bedrucken von Solarzellensubstraten zum Aufbringen einer Kontaktierung auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Lösung für das Aufbringen einer Kontaktierung auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, bereitzustellen, bei der die vorstehend beschriebenen, bei der Verwendung von herkömmlich bekannten Drucksieben auftretenden Nachteile vermieden werden können.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine verbesserte Lösung für das Aufbringen einer Kontaktierung auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, bereitzustellen, bei der die Kontaktierung und insbesondere die Kontaktfinger mit gleichmäßigem Druckbild aufgebracht werden können. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Lösung für das Aufbringen einer Kontaktierung auf ein Substrat, insbesondere auf ein einer Solarzelle, bereitzustellen, bei der die Kontaktfinger mit möglichst hohem und über die gesamte Länge der Kontaktfinger gleichmäßigem Aspektverhältnis aufgebracht werden können.
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Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lösung für das Aufbringen einer Kontaktierung auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, bereitzustellen, bei der Unregelmäßigkeiten im Gesamtdruckbild bei der Verwendung von verschiedenen Druckmitteln mit unterschiedlichen Druckbildern vermieden werden können und weiterhin auch höhere Standzeiten erreicht werden können.
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Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgaben der vorliegenden Erfindung wird eine Druckschablone zum Aufbringen eines Druckmusters auf ein Substrat nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Druckschablone nach Anspruch 12 vorgeschlagen. Abhängige Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Eine Druckschablone zum Aufbringen eines Druckmusters, insbesondere einer Kontaktierung, auf ein Substrat, insbesondere ein Substrat einer Solarzelle, gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Trägerschicht und eine unter der Trägerschicht liegende, bzw. unter der Trägerschicht angeordnete Strukturschicht. Hierbei ist es vorzugsweise vorgesehen, die Trägerschicht rakelseitig und die Strukturschicht substratseitig vorzusehen.
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Erfindungsgemäß weist die Strukturschicht zumindest eine zumindest einem Teil des Druckbilds des Druckmusters entsprechende Druckbildöffnung auf, die Trägerschicht weist eine oder mehrere Trägerschichtöffnungen auf und die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen überdecken sich in Draufsicht auf die Druckschablone mit der Druckbildöffnung derart, dass die Druckschablone eine aus der zumindest einen Druckbildöffnung und der einen oder mehreren Trägerschichtöffnungen gebildete Öffnung aufweist und dazu geeignet ist, ein Druckmedium wie z. B. Kontaktierungsmaterial durch die Öffnung auf das Substrat aufzubringen.
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Durch die Verwendung einer derartigen erfindungsgemäßen Druckschablone zum Aufbringen eines Druckmusters, insbesondere einer Kontaktierung, auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, anstatt einer herkömmlichen Siebdruckschablone ergeben sich mit der Trägerschicht, vorzugsweise aus einem stabilen Trägermaterial, wie z. B. Metall oder Kunststoff, eine Vielzahl von Vorteilen.
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Insbesondere ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich, die Druckbildöffnung der Druckschablone gezielt für das Druckbild des Druckmusters, insbesondere der Kontaktierung und ggf. insbesondere der Kontaktfinger einer Kontaktierung, zu öffnen, wobei der Nachteil der Drucksiebe betreffend die Verdeckung der Druckbildöffnung durch Maschen und insbesondere Maschenknoten des Siebgewebes vermieden werden kann. Somit können insbesondere vorteilhaft Kontaktfinger mit hohem und gleichzeitig über die gesamte Länge der Kontaktfinger gleichmäßigem Aspektverhältnis gedruckt werden. Insbesondere ist es somit möglich, den Pastenauftrag zu erhöhen, einen über die gesamte Länge gleichmäßigen Kontaktfingerquerschnitt zu gewährleisten und gerade Druckkanten zu erhalten. Somit kann z. B. die Leitfähigkeit einer Kontaktierung und insbesondere der Kontaktfinger selbst bei kleinsten Fingerbreiten verbessert werden.
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Zudem ergibt sich durch die Trägerschicht, die vorzugsweise vollflächig einen Grundkörper der Druckschablone bildet, eine vorteilhaft höhere mechanische Festigkeit. Somit kann die Dehnung des Druckkörpers bei Druckaufbringung durch den Rakel verringert werden, wodurch ein gleichmäßigeres, positionsgenaueres und insbesondere unverzerrtes Gesamtdruckbild ermöglicht wird, selbst bei dem Drucken des Druckmusters bzw. der Kontaktierung in mehreren Schritten (sog. Stapelung) mit mehreren unterschiedliche Druckbilder aufweisenden Druckschablonen. Schließlich wird weiterhin eine höhere Standzeit als bei der Verwendung der herkömmlich bekannten Drucksiebe ermöglicht.
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Im Vergleich zur Verwendung von Standardschablonen ohne Strukturschicht (z. B. Blechschablonen) ergibt sich vorteilhaft eine verbesserte Dichtwirkung auf der Substratseite.
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Vorzugsweise weisen die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen umfänglich freiliegende Öffnungswände auf. Dies hat den Vorteil, dass die Druckschablone auf besonders einfache Weise hergestellt werden kann, da keine Abschnitte der Strukturschicht in den Bereich der Trägerschichtöffnungen hineinragen. Es ergibt sich somit auch eine höhere Beständigkeit gegenüber aggressiven Druckmedien, da die oberen Bereiche der Drucköffnungen durch das widerstandsfähigere Trägerschichtmaterial gebildet sind.
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Vorzugsweise ist die zumindest eine Druckbildöffnung gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung schmaler, d. h. insbesondere mit einer kleineren Öffnungsbreite, ausgebildet ist als die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen. Dies hat den Vorteil, dass eine Reinigung der Druckschablone nach dem Drucken von der Rakelseite her noch weiter erleichtert werden kann. Zudem ermöglicht dies, bei dem Herausarbeiten der Trägerschichtöffnungen bei geringerer Genauigkeit effizienter vorzugehen, da eine hohe Genauigkeit der Geometrie der Trägerschichtöffnungen für eine hohe Qualität des Druckbilds nicht erforderlich ist, da das Druckbild und dessen Qualität nur von den schmäleren Öffnungen in der Strukturschicht abhängt. Die Herstellung der Trägerschicht kann somit einfacher und effizienter durchgeführt werden, da geringere Qualitätsanforderungen an die Geometrie der Trägerschichtöffnungen gestellt werden können.
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Gemäß eines besonders bevorzugten zweiten, zum ersten Ausführungsbeispiel alternativen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung sind die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen schmaler, d. h. insbesondere mit einer kleineren Öffnungsbreite, ausgebildet als die Druckbildöffnung. Somit ergibt sich der Vorteil, dass die Strukturschicht beim Aufbringen von Druck mittels des Rakels im gesamten Bereich der Strukturschicht von oben durch die Trägerschicht stabilisiert werden kann, insbesondere bis hin zu den Randbereichen der Druckbildöffnungen der Strukturschicht, so dass beim Drucken im Randbereich der Druckbildöffnungen eine noch weiter verbesserte Dichtwirkung zwischen Substratoberfläche und der Strukturschicht erreicht werden kann. Weiterhin kann die Paste beim Drucken durch die schmalere Öffnungen der Trägerschicht mit höherem Rakeldruck auf das Substrat aufgebracht werden, so dass sich die Paste in dem Bereich zwischen der Trägerschicht und dem zu bedruckenden Substrat vollständig und gleichmäßig ausgefüllt werden kann, insbesondere auch in Bereichen unterhalb etwaiger Stege der Trägerschicht, die gegebenenfalls mehrere Trägerschichtöffnungen zur Stabilisierung der Schablone trennen und unterhalb derer kein Material der Strukturschicht vorgesehen ist.
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Ein weiterer großer Vorteil einer Druckschablone, bei der die eine oder mehreren Trägerbildöffnungen schmaler, d. h. insbesondere mit einer kleineren Öffnungsbreite, ausgebildet sind als die eine oder mehreren Druckbildöffnungen, ergibt sich durch die Flexibilität betreffend die Möglichkeiten im Herstellungsverfahren der Druckschablone. Bei einer derartigen Druckschablone ist es sowohl möglich, die Trägerschichtöffnungen vor und nach Aufbringen der Strukturschicht und Herausarbeiten der Druckbildöffnungen in der Strukturschicht herauszuarbeiten, z. B. bevorzugt durch Laserschneiden, Ätzen oder galvanische Verfahren. Dem entgegengesetzt ist es bei Druckschablonen mit einer schmäler ausgebildeten Druckbildöffnung nur möglich, zuerst die Trägerschicht mit den Trägerschichtöffnungen zu versehen und danach die Strukturschicht aufzubringen und die Druckbildöffnungen in der Strukturschicht aufzubringen, da die Strukturschicht ansonsten bei dem Herausarbeiten der Trägerschichtöffnungen beschädigt werden könnte.
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Vorzugsweise sind die Druckbildöffnung und/oder die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen im Wesentlichen rechteckig ausgebildet. Im Wesentlichen rechteckig soll hierbei bedeuten, dass die Ecken abgerundet sein können.
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Vorzugsweise weist die Druckschablone eine erste Trägerschichtöffnung und eine zweite Trägerschichtöffnung auf, die durch einen Steg der Trägerschicht getrennt sind, insbesondere vorzugsweise einem Steg mit einer Breite kleiner oder gleich 50 μm, besonders bevorzugt unter 35 μm. Ein derartiger Steg verläuft bei einer länglichen Druckbildöffnung und/oder bei länglichen Trägeröffnungen vorzugsweise quer, insbesondere vorzugsweise senkrecht, zur Längsrichtung der Druckbildöffnung und/oder Trägeröffnungen.
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Durch einen Steg in der Trägerschicht ergibt sich der Vorteil, dass die Druckschablone selbst bei einer länglich ausgebildeten Druckbildöffnung z. B. entsprechend eines länglichen Kontaktfingers der Kontaktierung durch einen oder mehrere Stege zwischen benachbarten Trägerschichtöffnungen ausgebildet werden können. Unterhalb der Stege ist hierbei vorzugsweise kein Material der Strukturschicht vorgesehen, insbesondere überbrückt der Steg vorzugsweise die Druckbildöffnung in der Strukturschicht, so dass die erste und zweite, durch den Steg getrennten Trägerschichtöffnungen sich mit derselben Druckbildöffnung der Strukturschicht überdecken.
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Vorzugsweise sind ein oder mehrere Stege vorgesehen, wobei der Abstand zwischen zwei Stegen bzw. der Abstand eines Stegs zu einem Endabschnitt der Trägeröffnung in einem Bereich zwischen 100 und 500 μm liegt, vorzugsweise zwischen 250 und 500 μm. Bei Druckbildöffnungsbreiten im Bereich zwischen 50 und 100 μm ergibt sich somit eine hohe Stabilität der Druckschablone bei gleichzeitiger Vermeidung von Unregelmäßigkeiten im Druckbild aufgrund einer zu hohen Stegdichte ähnlich zu Unregelmäßigkeiten aufgrund der Siebgewebemaschen und -maschenknoten im Druckbereich bei den vorstehend beschriebenen Drucksieben.
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Vorzugsweise umfasst das Material der Trägerschicht Metall, insbesondere Edelstahl oder Nickel, und/oder Kunststoff. Vorzugsweise besteht die Trägerschicht aus Metall, insbesondere Edelstahl oder Nickel, und/oder Kunststoff. Vorzugsweise umfasst die Trägerschicht eine oder mehrere Metallschichten und/oder eine oder mehrere Kunststoffschichten. Vorzugsweise umfasst die Trägerschicht oder besteht die Trägerschicht aus einem Blech.
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Vorzugsweise weist die Trägerschicht eine Schichthöhe von größer oder gleich 10 μm auf.
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Vorzugsweise ist die Strukturschicht aus einem flüssigen oder festen, vorzugsweise lichtempfindlichen Material hergestellt, insbesondere vorzugsweise aus einer lichtempfindlichen Fotoemulsion. Somit kann die Strukturschicht einfach auf die Trägerschicht oder eine weitere Zwischenschicht aufgebracht werden, wobei die Druckbildöffnungen danach besonders präzise und effizient durch substratseitige Belichtung der Druckschablone und anschließendes Entwickeln der aus dem lichtempfindlichen Material hergestellten Strukturschicht, insbesondere Fotoemulsionsschicht, herausgearbeitet werden können. Vorzugsweise ist das lichtempfindliche Material negativ belichtbar oder positiv belichtbar.
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Vorzugsweise weist die Strukturschicht eine Schichthöhe von größer oder gleich 5 μm auf.
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Vorzugsweise ist die Strukturschicht auf die Trägerschicht oder eine zwischen der Strukturschicht und der Trägerschicht liegende Zwischenschicht aufgebracht.
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Vorzugsweise weist die Trägerschicht auf der Seite, auf der die Strukturschicht aufgebracht ist, eine Oberflächenstruktur auf. Dies erleichtert das Aufbringen der Strukturschicht auf die Trägerschicht durch Bereitstellen einer höheren Haftwirkung auf der substratseitigen Oberfläche der Trägerschicht, insbesondere bei der Verwendung von Fotoemulsionen.
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Vorzugsweise ist die Trägerschicht und/oder die gesamte Schablone zur Verbesserung des Druckverhaltens oberflächenbehandelt, insbesondere durch zumindest eines aus Lackieren, Beschichten und Aufrauen.
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Vorzugsweise weist die die Breite der Druckbildöffnung größer oder gleich 35 μm und/oder kleiner oder gleich 150 μm auf.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Druckschablone nach zumindest einem der vorstehenden Aspekte bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte Bereitstellen einer Trägerschicht, Bereitstellen einer unter (d. h. insbesondere substratseitig) der Trägerschicht liegenden Strukturschicht, Herausarbeiten zumindest einer zumindest einem Teil des Druckbilds des Druckmusters, insbesondere der Kontaktierung, entsprechenden Druckbildöffnung in der Strukturschicht und Herausarbeiten einer oder mehrerer Trägerschichtöffnungen in der Trägerschicht.
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Erfindungsgemäß werden die Druckbildöffnung und die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen derart herausgearbeitet, dass die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen sich in Draufsicht auf die Druckschablone mit der Druckbildöffnung derart überdecken, dass die Druckschablone eine aus der zumindest einen Druckbildöffnung und der einen oder mehreren Trägerschichtöffnungen gebildete Öffnung aufweist und dazu geeignet ist, ein Druckmedium durch die Öffnung auf das Substrat aufzubringen.
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Vorzugsweise umfasst der Schritt Bereitstellen einer über der Trägerschicht liegenden Strukturschicht einen Schritt Beschichten der Strukturschicht mit dem Material der Strukturschicht oder Beschichten einer Zwischenschicht mit dem Material der Strukturschicht.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform werden die Druckbildöffnung und die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen vorzugsweise derart herausgearbeitet, dass die Druckbildöffnung schmaler ausgebildet ist als die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen.
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Gemäß einer zweiten, zur ersten Ausführungsform alternativen bevorzugten Ausführungsform werden die Druckbildöffnung und die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen vorzugsweise derart herausgearbeitet, dass die eine oder mehreren Trägerschichtöffnungen schmaler ausgebildet sind als die Druckbildöffnung.
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Vorzugsweise werden die Schritte des Verfahrens in der folgenden Reihenfolge ausgeführt: zuerst Bereitstellen der Trägerschicht, z. B. durch Einspannung in einen Rahmen, dann Herausarbeiten der einen oder mehreren Trägerschichtöffnungen in der Trägerschicht, z. B. durch Laserbearbeitung, Ätzen und/oder galvanische Verfahren, danach Bereitstellen der unter der bereits die Trägeröffnungen aufweisenden Trägerschicht liegenden Strukturschicht und danach Herausarbeiten der zumindest einen Druckbildöffnung in der Strukturschicht, z. B. durch Belichten und Entwickeln, wenn eine Fotoemulsionsschicht bzw. lichtempfindliche Strukturschicht verwendet wird.
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Alternativ werden die die Schritte des Verfahrens gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels in der folgenden Reihenfolge ausgeführt: zuerst Bereitstellen der Trägerschicht, z. B. durch Einspannung in einen Rahmen, dann Bereitstellen der unter der Trägerschicht liegenden Strukturschicht, dann Herausarbeiten zumindest einer Druckbildöffnung in der Strukturschicht, z. B. durch Belichten und Entwickeln, wenn eine Fotoemulsionsschicht bzw. lichtempfindliche Strukturschicht verwendet wird, und danach Herausarbeiten der einen oder mehreren Trägerschichtöffnungen in der Trägerschicht. Dies ist jedoch nur vorteilhaft, wenn die Druckbildöffnung breiter oder mit gleicher Breite wie die zumindest eine herauszuarbeitende Trägerschichtöffnung ausgebildet ist, da ansonsten bei dem Herausarbeiten der Trägerschichtöffnung die Strukturschicht beschädigt werden könnte.
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Vorzugsweise wird der Schritt Herausarbeiten der einen oder mehreren Trägerschichtöffnungen in der Trägerschicht mittels Laserschneiden, Ätzen und/oder einem galvanischen Verfahren ausgeführt.
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Vorzugsweise ist die Strukturschicht aus einem flüssigen oder festen, lichtempfindlichen Material hergestellt, insbesondere aus einer lichtempfindlichen Fotoemulsion, wobei der Schritt Herausarbeiten zumindest einer Druckbildöffnung in der Strukturschicht vorzugsweise die folgenden Schritte umfasst: Belichten der Strukturschicht mittels elektromagnetischer Strahlung einer vorgegebenen Wellenlänge oder eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs, insbesondere mittels infrarotem, sichtbarem und/oder ultraviolettem Licht, mit einem Druckbild und Entwickeln des belichteten lichtempfindlichen Materials der Strukturschicht.
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Vorzugsweise umfasst der Schritt Bereitstellen der unter der Trägerschicht liegenden Strukturschicht die Schritte Bereitstellen einer Zwischenschicht unter der Trägerschicht und Aufbringen der Strukturschicht auf der Zwischenschicht. Alternativ dazu umfasst der Schritt Bereitstellen der unter der Trägerschicht liegenden Strukturschicht vorzugsweise den Schritt Aufbringen der Strukturschicht auf die Trägerschicht.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt Herausarbeiten einer Oberflächenstruktur auf der der Strukturschicht zugewandten Seite der Trägerschicht, um eine Haftwirkung beim Aufbringen der Strukturschicht verbessern zu können und das Aufbringen der Strukturschicht zu erleichtern.
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Vorzugsweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt Oberflächenbehandeln der Trägerschicht und/oder der gesamten Schablone zur Verbesserung des Druckverhaltens, insbesondere durch zumindest eines aus Lackieren, Beschichten und Aufrauen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine aus dem Stand der Technik bekannte Solarzelle.
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2A zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Drucksiebs und 2B zeigt einen Querschnitt des Ausschnitts des aus dem Stand der Technik bekannten Drucksiebs aus 2B.
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3A zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer Druckschablone gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 3B zeigt eine rakelseitige Draufsicht des Ausschnitts der Druckschablone aus 3A und 3C zeigt eine substratseitige Draufsicht des Ausschnitts der Druckschablone aus 3A.
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4A zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer Druckschablone gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 4B zeigt eine rakelseitige Draufsicht des Ausschnitts der Druckschablone aus 4A und 4C zeigt eine substratseitige Draufsicht des Ausschnitts der Druckschablone aus 4A.
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Detaillierte Beschreibung der Figuren und Bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren werden hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Ausführungsmerkmale begrenzt, sondern umfasst weiterhin Modifikationen von Merkmalen der beschriebenen Ausführungsbeispiele und Kombination von Merkmalen verschiedener Ausführungsbeispiele im Rahmen des Schutzumfangs der unabhängigen Ansprüche.
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1 zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf eine aus dem Stand der Technik bekannte Solarzelle 100. Die Solarzelle 100 umfasst eine im Wesentlichen rechteckige lichtaktive Halbleiter-Photovoltaik-Substratschicht, im Folgenden kurz Substrat 1 bezeichnet, auf der vorderseitig eine Frontkontaktierung mit zwei (gegebenenfalls auch mehreren) elektrisch leitenden, parallel zueinander verlaufenden Busbars 102 zum Abführen der elektrischen Energie und zum Verbinden der Solarzelle 100 mit anderen Solarzellen zu einem Solarzellenmodul. Senkrecht zu den Busbars 102 sind eine Vielzahl von ebenfalls parallel zueinander, jedoch quer zu den Busbars 102 verlaufenden Kontaktfingern 101 als Bestandteil der Frontkontaktierung vorgesehen. Diese leiten die bei Lichteinfall in dem Substrat 1 erzeugte elektrische Energie zu den Busbars 102. Um eine hohe Energieeffizienz Solarzelle durch niedrige elektrische Widerstände der Leiterbahnen und eine gleichzeitig möglichst niedrige Abschattung zu ermöglichen, sollen die Kontaktfinger 101 mit einem möglichst großem und über die gesamte Länge der Kontaktfinger 101 gleichmäßigem Aspektverhältnis, d. h. großer Höhe und minimaler Breite, aufgebracht werden.
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2A zeigt beispielhaft eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Drucksiebs 200 und 2B zeigt beispielhaft einen Querschnitt des Ausschnitts des aus dem Stand der Technik bekannten Drucksiebs 200 aus 2B. Das Drucksieb 200 umfasst eine Fotoemulsionsschicht 201, welches eine Druckbildöffnung zum Drucken der Frontseitenkontaktierung aufweist. Die Fotoemulsionsschicht wird stabilisiert durch ein Siebgewebe 202, welches in der Fotoemulsionsschicht 201 eingebracht ist. Hierbei ergibt sich insbesondere der Nachteil, dass das Siebgewebe 202 auch den freien Druckbereich der Druckbildöffnung ausfüllt und somit zu einem ungleichmäßigen Pastenaufdruck beim Drucken der Frontseitenkontaktierung führen kann, insbesondere im Bereich der Maschenknoten des Siebgewebes 202.
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3A zeigt beispielhaft einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer Druckschablone 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 3B zeigt beispielhaft eine rakelseitige Draufsicht des Ausschnitts der Druckschablone 2 aus 3A und 3C zeigt beispielhaft eine substratseitige Draufsicht 2 des Ausschnitts der Druckschablone aus 3A. Der Querschnitt in 3A verläuft entlang der Schnittlinie A-A in den 3B und 3C.
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Die Druckschablone 2 umfasst eine rakelseitige Trägerschicht 21, z. B. aus einem Metall wie z. B. Edelstahl oder Nickel oder auch aus Kunststoff, und eine substratseitige Strukturschicht 22, z. B. aus einer Fotoemulsion.
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Die Trägerschicht 21 umfasst länglich ausgebildete, rechteckige Trägerschichtöffnungen 23b, die jeweils durch einen Steg 21a voneinander getrennt sind. Die Strukturschicht umfasst eine länglich ausgebildete, rechteckige Druckbildöffnung 23a, die zumindest einem Teil eines Druckbilds einer zu druckenden Frontseitenkontaktierung einer Solarzelle 100 entspricht, insbesondere einem zumindest einem Teil eines Druckbilds entsprechend eines zu druckenden Kontaktfingers 101 der Frontseitenkontaktierung.
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In der Druckschablone 2 ist somit durch die Druckbildöffnung 23a und die darüber liegenden Trägerschichtöffnungen 23b eine Öffnung 23 bereitgestellt, durch die Druckpaste mittels einer Rakel auf das Substrat 1 zum Drucken zumindest eines Teils der Frontkontaktierung aufgebracht werden kann. Die Trägerschichtöffnungen 23b überdecken sich insbesondere in Draufsicht auf die Druckschablone 2 (d. h. in Blickrichtung gemäß 3B oder 3C) mit der Druckbildöffnung 23a derart, dass die Druckschablone 2 die aus der Druckbildöffnung 23a und der Trägerschichtöffnungen (23b) gebildeten Öffnungen 23 aufweist und dazu geeignet ist, die Druckpaste durch die Öffnungen 23 auf das Substrat 1 aufzubringen. Die Trägerschichtöffnungen 23b weisen hierbei umfänglich freiliegende Öffnungswände auf. Die Stege 21a überbrücken die Druckbildöffnung 23a der Strukturschicht 22 und unter den Stegen 21a befindet sich kein Material der Strukturschicht 22.
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Wie insbesondere in den 3A und 3C zu erkennen ist, sind die Trägerschichtöffnungen 23b in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schmaler ausgebildet als die Druckbildöffnung 23a. Insbesondere weisen die Trägerschichtöffnungen 23b in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine niedrigere Öffnungsbreite als die Druckbildöffnung 23a auf. Dies ermöglicht eine besonders große Flexibilität in der Herstellung der Druckschablone 2, da die Trägerschichtöffnungen 23b sowohl vor als auch nach Aufbringen der Strukturschicht 22 auf die Trägerschicht 21 und Herausarbeiten der Druckbildöffnung 23a herausgearbeitet werden können, ohne die Strukturschicht 21 bzw. die ggf. bereits herausgearbeitete Druckbildöffnung 23a zu beschädigen. Zudem kann die in der Regel weichere Strukturschicht bis zu ihren Rändern an den Öffnungen 23a des Druckbilds vorteilhaft durch die Trägerschicht stabilisiert werden.
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4A zeigt beispielhaft einen Querschnitt durch einen Ausschnitt einer Druckschablone 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 4B zeigt beispielhaft eine rakelseitige Draufsicht des Ausschnitts der Druckschablone aus 4A und 4C zeigt beispielhaft eine substratseitige Draufsicht des Ausschnitts der Druckschablone aus 4A. Der Querschnitt in 4A verläuft entlang der Schnittlinie A-A in den 4B und 4C.
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Die Druckschablone 2 umfasst wiederum eine rakelseitige Trägerschicht 21, z. B. aus einem Metall wie z. B. Edelstahl oder Nickel oder auch aus Kunststoff, und eine substratseitige Strukturschicht 22, z. B. aus einer Fotoemulsion.
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Die Trägerschicht 21 umfasst länglich ausgebildete Trägerschichtöffnungen 23b, die jeweils durch einen Steg 21a voneinander getrennt sind. Die Strukturschicht umfasst eine länglich ausgebildete Druckbildöffnung 23a.
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In der Druckschablone 2 ist somit durch die Druckbildöffnung 23a und die darüber liegenden Trägerschichtöffnungen 23b eine Öffnung 23 bereitgestellt, durch die Druckpaste mittels einer Rakel auf das Substrat 1 zum Drucken der Frontkontaktierung aufgebracht werden kann. Die Trägerschichtöffnungen 23b überdecken sich insbesondere in Draufsicht auf die Druckschablone 2 (d. h. in Blickrichtung gemäß 4B oder 4C) mit der Druckbildöffnung 23a derart, dass die Druckschablone 2 die aus der Druckbildöffnung 23a und der Trägerschichtöffnungen 23b gebildeten Öffnungen 23 aufweist und dazu geeignet ist, die Druckpaste durch die Öffnungen 23 auf das Substrat 1 aufzubringen. Die Trägerschichtöffnungen 23b weisen hierbei umfänglich freiliegende Öffnungswände auf. Die Stege 21a überbrücken die Druckbildöffnung 23a der Strukturschicht 22 und unter den Stegen 21a im Bereich der Druckbildöffnung 23a befindet sich kein Material der Strukturschicht 22.
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Wie insbesondere in den 4A und 4C zu erkennen ist, sind die Trägerschichtöffnungen 23b in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung breiter ausgebildet als die Druckbildöffnung 23a. insbesondere weisen die Trägerschichtöffnungen 23b in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine höhere Öffnungsbreite als die Druckbildöffnung 23a auf. Dies ermöglicht vorteilhaft eine einfachere und effizientere Herstellung der Trägerschicht, da die Anforderungen an die Genauigkeit bei dem Herausarbeiten der Trägerschichtöffnungen reduziert werden können, da die Genauigkeit des Druckbild durch die Genauigkeit der Geometrie der herausgearbeiteten Druckbildöffnungen in der Strukturschicht bedingt wird, die bei einem Belichtungsverfahren auf einfache Weise gewährleistet werden kann.
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Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung insbesondere im Vergleich zu der Verwendung von Drucksieben eine verbesserte Lösung für das Aufbringen einer Kontaktierung auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, bereit, bei der die Kontaktierung und insbesondere die Kontaktfinger mit gleichmäßigerem Druckbild aufgebracht werden können. Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere eine verbesserte Lösung für das Aufbringen einer Kontaktierung auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, bereit, bei der die Kontaktfinger mit möglichst hohem und über die gesamte Länge der Kontaktfinger gleichmäßigem Aspektverhältnis aufgebracht werden können.
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Schließlich stellt insbesondere eine verbesserte Lösung für das Aufbringen einer Kontaktierung auf ein Substrat, insbesondere auf ein Substrat einer Solarzelle, bereit, bei der Unregelmäßigkeiten im Gesamtdruckbild bei der Verwendung von verschiedenen Druckmitteln mit unterschiedlichen Druckbildern vermieden werden können und weiterhin auch höhere Standzeiten erreicht werden können. Bei der Verwendung einer Druckschablone sind seltener Schablonenwechsel erforderlich als Siebwechsel bei der Verwendung von Drucksieben, so dass eine Zeitersparnis durch weniger Wechsel erreicht werden kann (d. h. geringere Maschinenstillstandzeiten).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007052679 A1 [0004]
