EP4499412A1 - Druckschablone und druckvorrichtungen zur ausbildung von leiterbahnen auf einem substrat und verfahren zur herstellung einer metallischen kontaktstruktur einer photovoltaischen solarzelle - Google Patents

Druckschablone und druckvorrichtungen zur ausbildung von leiterbahnen auf einem substrat und verfahren zur herstellung einer metallischen kontaktstruktur einer photovoltaischen solarzelle

Info

Publication number
EP4499412A1
EP4499412A1 EP23712273.4A EP23712273A EP4499412A1 EP 4499412 A1 EP4499412 A1 EP 4499412A1 EP 23712273 A EP23712273 A EP 23712273A EP 4499412 A1 EP4499412 A1 EP 4499412A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
printing
stencil
print
substrate
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23712273.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Lorenz
Sebastian TEPNER
Kiarash KARIMI
Timo Wenzel
Michael Linse
Florian Clement
Aaron Michael Vogt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LPKF Laser and Electronics AG
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
LPKF Laser and Electronics AG
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LPKF Laser and Electronics AG, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical LPKF Laser and Electronics AG
Publication of EP4499412A1 publication Critical patent/EP4499412A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F15/00—Screen printers
    • B41F15/14—Details
    • B41F15/34—Screens, Frames; Holders therefor
    • B41F15/36—Screens, Frames; Holders therefor flat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F15/00—Screen printers
    • B41F15/08—Machines
    • B41F15/0804—Machines for printing sheets
    • B41F15/0813—Machines for printing sheets with flat screens
    • B41F15/0818—Machines for printing sheets with flat screens with a stationary screen and a moving squeegee
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F15/00—Screen printers
    • B41F15/14—Details
    • B41F15/44—Squeegees or doctors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00—Inking and printing with a printer's forme
    • B41M1/12—Stencil printing; Silk-screen printing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00—Inking and printing with a printer's forme
    • B41M1/26—Printing on other surfaces than ordinary paper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41N—PRINTING PLATES OR FOILS; MATERIALS FOR SURFACES USED IN PRINTING MACHINES FOR PRINTING, INKING, DAMPING, OR THE LIKE; PREPARING SUCH SURFACES FOR USE AND CONSERVING THEM
    • B41N1/00—Printing plates or foils; Materials therefor
    • B41N1/24—Stencils; Stencil materials; Carriers therefor
    • B41N1/248—Mechanical details, e.g. fixation holes, reinforcement or guiding means; Perforation lines; Ink holding means; Visually or otherwise detectable marking means; Stencil units
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K3/00—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • H05K3/1216—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by screen printing or stencil printing
    • H05K3/1233—Methods or means for supplying the conductive material and for forcing it through the screen or stencil
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/93—Interconnections
    • H10F77/933—Interconnections for devices having potential barriers
    • H10F77/935—Interconnections for devices having potential barriers for photovoltaic devices or modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41P—INDEXING SCHEME RELATING TO PRINTING, LINING MACHINES, TYPEWRITERS, AND TO STAMPS
    • B41P2215/00—Screen printing machines
    • B41P2215/10—Screen printing machines characterised by their constructional features
    • B41P2215/12—Screens
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41P—INDEXING SCHEME RELATING TO PRINTING, LINING MACHINES, TYPEWRITERS, AND TO STAMPS
    • B41P2215/00—Screen printing machines
    • B41P2215/50—Screen printing machines for particular purposes

Definitions

  • the invention relates to a printing stencil for forming conductor tracks on a substrate according to claim 1, a printing device for forming conductor tracks on a substrate according to claim 12 and a method for producing a metallic contact structure of a photovoltaic solar cell according to claim 13.
  • a printing medium in particular a screen printing paste
  • Typical screen printing forms have a screen printing fabric with a large number of elongated fabric elements, the screen printing fabric being permeable to the printing medium.
  • a printing stencil is arranged on the screen printing fabric, which has openings, so that the printing medium only passes through the screen printing form in the area of the openings of the printing stencil and thus a structure of printing medium predetermined by the openings of the printing stencil can be applied to the substrate.
  • a screen printing form for forming narrow, rectilinear structures is known from DE 10 2019 122 126 A1.
  • the present invention is based on the knowledge that the use of a printing stencil, which is designed as a plate-shaped printing stencil, is advantageous.
  • a printing stencil which is designed as a plate-shaped printing stencil
  • this entails the disadvantage that the thickness of the printing gap of the printing stencil also increases in accordance with the thickness of the plate-shaped printing stencil. This can result in disadvantages when feeding the print medium and/or when dispensing the print medium evenly onto the substrate.
  • these disadvantages are avoided in that the printing columns have a print medium supply area and a print definition area:
  • the printing template according to the invention for forming conductor tracks on a substrate has a plurality of recesses in the form of printing gaps for forming the conductor tracks on the substrate.
  • the printing stencil is designed as a plate-shaped printing stencil.
  • the printing stencil includes a substrate side and a squeegee side opposite the substrate side.
  • Each print column of the plurality of print columns has at least one print definition area adjacent to the print side and at least one print medium supply area adjacent to the squeegee side, the volume of the print definition area being smaller than the volume of the print medium supply area.
  • the print medium supply area has a gap width that increases, preferably strictly monotonically, in the direction of the squeegee side.
  • the walls of the print definition area include a first opening angle, which is smaller than a second opening angle that the walls of the print medium supply area include and/or that the print definition area has a gap width that increases, preferably strictly monotonically, in the direction of the substrate side.
  • the printing stencil according to the invention makes it possible to form structures made of printing medium on the substrate through the printing gap.
  • a print medium is applied in the form defined by the print definition area.
  • the application of structures that have small dimensions requires narrow printing gaps corresponding to the dimensions.
  • the printing gaps have vertical side walls. If these printing gap dimensions are small and therefore have a small width in previously known printing forms, the problem arises that the printing medium cannot be supplied in sufficient quantities. In order to counteract this problem, the prior art printing stencils are made as thin as possible. However, thin printing stencils lead to reduced durability and therefore have to be replaced frequently in production and/or require support structures such as a screen printing fabric on which the printing stencil is arranged.
  • the printing medium supply area has a larger volume than the print definition area. This is the use of printing stencils with a greater thickness than the prior art and thus stability is possible, since an increased flow of print medium to the print medium definition area is enabled due to the larger volume of the print medium supply area. Due to the higher stability, supporting structures in the area of the printing gap, in particular a screen printing fabric, can be dispensed with in the printing stencil according to the invention.
  • the printing medium supply area of the printing stencil according to the invention has a gap width that increases, preferably strictly monotonically, in the direction of the squeegee side. This promotes the supply of print medium to the squeegee side.
  • Another advantage of the printing stencil according to the invention is that the increasing gap width prevents the printing medium from being deposited.
  • the printing template according to the invention is particularly suitable for forming metallic contacting structures of a photovoltaic solar cell.
  • Such contacting structures in particular the contacting fingers of such solar cells, are typically designed to be straight.
  • the printing columns of the plurality of printing columns are therefore designed as rectilinear printing columns.
  • a first opening angle which is formed by the walls of the print definition area
  • a second opening angle which is formed by the walls of the print medium supply area
  • the print definition area also has a gap width that increases, preferably strictly monotonically, in the direction of the squeegee side.
  • the first opening angle is smaller than the second opening angle in order to enable a large volume in the print medium supply area and a precise definition of the narrow print structures in the print definition area.
  • the printing stencil therefore has one Print definition area, the opening angle of which is smaller than the print medium supply area, in particular an opening angle smaller by 10 °, preferably by 20 °, in particular by 30 °.
  • the first opening angle has an orientation opposite to the second opening angle.
  • the print definition area has a gap width that increases, preferably strictly monotonically, in the direction of the substrate side. This also enables a precise definition of the structure to be printed.
  • the opening angle of the pressure definition area is greater than 30°, preferably greater than 40°, particularly preferably greater than 60°.
  • the advantage of this embodiment is that, on the one hand, a high inflow of print medium in the print medium supply area and, on the other hand, a precise definition of the structure to be printed is promoted.
  • the printing stencil has a thickness greater than 50 pm, in particular greater than 100 pm, preferably greater than 500 pm.
  • An advantage of this design is the stability that increases with the thickness of the stencil.
  • the pressure definition area has a thickness of less than 250 pm, in particular less than 50 pm, preferably less than 25 pm.
  • An advantage of this embodiment is that the targeted height of the structure formed from printing medium of less than 250 pm, in particular less than 50 pm, preferably less than 25 pm can be achieved.
  • the template body is made of one of the materials glass, silicon, stainless steel, preferably glass.
  • the advantages of using the materials mentioned, in particular the use of glass, in contrast to conventional materials, are that glass has increased scratch resistance. Glass also has a high modulus of elasticity and also lower thermal expansion.
  • each printing gap of the plurality of printing gaps at the end of the printing definition area facing the squeegee side is less than 50 pm, in particular less than 25 pm, preferably less than 15 pm.
  • the advantage of this embodiment is that the flow behavior of the printing medium is significantly influenced, as a result of which the geometry of the printed structures has a high degree of homogeneity.
  • a further advantageous embodiment results in an embodiment, wherein the width of each printing gap of the plurality of printing gaps at the end of the printing definition area facing the substrate side is less than 50 pm, in particular less than 25 pm, preferably less than 15 pm and/or in the range 15 pm to 25 pm is.
  • the advantage of this embodiment is that the flow behavior of the printing medium is significantly influenced, as a result of which the geometry of the printed structures has a high degree of homogeneity.
  • a further advantageous embodiment results in one embodiment, wherein the width of each printing gap of the plurality of printing gaps at the end of the printing medium supply area facing the squeegee side is greater than 15 pm, in particular greater than 25 pm, preferably greater than 50 pm.
  • the advantage of this embodiment is that sufficient printing medium is supplied.
  • the width of the printing gap at the end facing the squeegee side is also decisive for the volume that forms in the printing medium supply area.
  • This volume represents a pressure medium reservoir from which the medium tracking is fed.
  • a further advantageous embodiment results in an embodiment in which the print medium supply area ends directly on the squeegee side and the print definition area ends directly on the substrate side, in particular that the print medium supply area and print definition area adjoin one another.
  • a further advantageous embodiment results in an embodiment in which the print definition area tapers in the direction of the squeegee side and the print medium supply area opens in the direction of the squeegee side.
  • this embodiment which is similar in profile to an hourglass shape, is that this configuration forms an open volume facing the substrate. This volume enables print medium to be picked up by the print medium tracking and a larger amount of print medium to be released onto the substrate, as in the previously mentioned exemplary embodiments.
  • a printing form according to the invention comprises a printing stencil according to the invention, the printing stencil being arranged in a frame, preferably under tensile stress.
  • the advantage of attaching it to a frame is that the clamped printing template is arranged on the frame in a stable manner due to tensile stress, but still with little flexibility.
  • An advantageous embodiment of a printing form according to the invention results in an embodiment in which no support structures, in particular no net-like support structures, are formed at the openings of the printing gap, in particular no screen printing fabric is arranged.
  • a carrier material is arranged on the entire surface of the stencil, in particular a net-like carrier material which has a mesh size.
  • the disadvantage, especially with screen fabric is that for very small structures a carrier material must be used that has wires with a diameter that is essentially smaller than the structure to be printed. These carrier materials lead to lower stability and poorer dimensional accuracy of the printing stencil.
  • the disadvantages described are eliminated by omitting the support structure when using the plate-shaped printing stencil.
  • a carrier material can be dispensed with in this embodiment, since the stability of the printing stencil does not have to be achieved by net-like carrier structures, since the printing stencil, as previously stated, can be designed with a thickness sufficient for the inherent stability of the printing stencil.
  • the printing medium in particular a screen printing paste, is applied to a substrate via a printing device according to the invention, the printing device comprising a printing stencil according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof, and at least one squeegee. Using the squeegee, the printing medium is applied through the printing form onto the substrate.
  • the printing device makes it possible to form structures, in particular straight-line structures, from printing medium on the substrate through the printing columns of the printing stencil when using a printing stencil with high durability.
  • the method according to the invention for producing a metallic contact structure of a photovoltaic solar cell comprises the following process steps:
  • the printing stencil is designed as a plate-shaped printing stencil, with a substrate side and a squeegee side opposite the substrate side, and that each printing gap of the plurality of printing gaps has at least one print definition area adjacent to the printing side and at least one print medium supply area adjacent to the squeegee side, the volume of the print definition area is smaller than the volume of the print medium supply area, the print medium supply area has a gap width that increases, preferably strictly monotonically, in the direction of the squeegee side.
  • the walls of the print definition area include a first opening angle, which is smaller than a second opening angle that the walls of the print medium supply area include and/or that the print definition area has a gap width that increases, preferably strictly monotonically, in the direction of the substrate side .
  • the method according to the invention makes it possible to form structures, in particular straight-line structures, from printing medium on the substrate through the printing gaps of the printing stencil.
  • a print medium is applied in the form defined by the print definition area.
  • the task mentioned at the beginning is further achieved by using a printing template according to the invention to form metallic conductor tracks of a photovoltaic solar cell, preferably on a front side of the photovoltaic solar cell facing the incidence of light.
  • LIDE Laser Induced Deep Etching
  • the printing gaps and the defined opening angles can be produced, as is necessary for the stencil according to the invention.
  • Such a method is described in WO 2018/162385 A1. It is particularly advantageous to make the printing stencil out of glass.
  • the printing device is constructed in a manner known per se and has known movement units for moving the squeegee and feed units for supplying printing medium to the squeegee side.
  • the printing stencil in addition to the plurality of printing columns described, also has further printing columns or recesses which have other structural configurations.
  • the volume of the printing medium supply area is preferably limited by the walls of the printing gap in the area of the printing medium supply area and by the squeegee side of the printing stencil, in particular the squeegee side of the printing stencil which continues as a flat surface.
  • the volume is preferably further limited in the direction of the substrate side by the pressure definition area.
  • the volume of the print definition area is preferably limited by the walls of the print gap in the area of the print definition area and by the substrate side of the print stencil, in particular the substrate side of the print stencil that continues as a flat surface.
  • the volume is further limited in the direction of the squeegee side by the pressure medium supply area.
  • the plurality of printing columns of the printing stencil according to the invention preferably has at least 5, particularly preferably at least 10, more preferably at least 15 printing columns.
  • Figures 1 and 2 each show an exemplary embodiment of a printing gap of the printing stencil according to the invention.
  • Figure 3 shows an exemplary embodiment of a printing stencil according to the invention.
  • Figure 4 shows an exemplary embodiment of a printing device according to the invention.
  • the figures show schematic representations, not to scale.
  • the same reference numerals in the figures denote the same or identically acting elements.
  • the exemplary embodiment of a printing stencil according to the invention shown in Figure 1 is shown in a sectional view, with a partial section of the printing stencil being shown with a printing gap.
  • the printing template continues in the same way to the right and left.
  • the printing stencil in the present case has 19 parallel printing columns which have the same geometry.
  • the plate-shaped printing stencil 1 has an opening with an opening angle ⁇ on a squeegee side R on top in the figures.
  • the printing stencil 1 has an opening with an opening angle a on a substrate side S on the bottom in the figures.
  • the squeegee-side opening angle ⁇ is larger than the substrate-side opening angle a. Both opening angles are oriented the same.
  • a printing medium supply area 2 is formed over a volume which is limited by the squeegee-side printing stencil top and the opening flanks of the channel walls of the opening defined by the opening angle ⁇ .
  • a print definition area 3 is formed over a volume which is limited by the substrate-side printing stencil underside S and the opening flanks of the opening of the printing gap defined by the opening angle a
  • the print medium supply area 2 thus ends directly on the squeegee side.
  • the print definition area 3 ends directly with the substrate side.
  • the print medium supply area and the print definition area adjoin each other.
  • the height of the print medium supply area H2 is chosen to be greater than the height of the print definition area H3.
  • the volume of the print medium supply area 2 is larger like the volume of the print definition area 3, thus ensuring that sufficient print medium can be supplied.
  • the exemplary embodiment of a printing stencil according to the invention shown in Figure 2 is shown in a sectional view, with a partial section of the printing stencil being shown with a printing gap.
  • the printing template continues in the same way to the right and left.
  • the printing stencil in the present case has 19 parallel printing columns which have the same geometry.
  • the plate-shaped printing stencil 1 has an opening with an opening angle ⁇ on a squeegee side R on top in the figures.
  • the printing stencil 1 has an opening with an opening angle a on a substrate side S on the bottom in the figures.
  • the squeegee-side opening angle ⁇ is larger than the substrate-side opening angle a. Both opening angles are oriented in opposite directions. This causes the two areas to form an hourglass shape.
  • a printing medium supply area 2 is formed over a volume which is limited by the squeegee-side printing stencil top and the opening flanks of the channel walls of the opening defined by the opening angle ⁇ .
  • a print definition area 3 is formed over a volume which is limited by the substrate-side printing stencil underside S and the opening flanks of the opening of the printing gap defined by the opening angle a.
  • the print medium supply area 2 thus ends directly on the squeegee side.
  • the print definition area 3 ends directly with the substrate side.
  • the print medium supply area 2 and the print definition area 3 adjoin each other.
  • the height of the print medium supply area H2 is chosen to be greater than the height of the print definition area H3.
  • the volume of the print medium supply area is 2 larger than the volume of the print definition area 3, thus ensuring that sufficient print medium can be supplied.
  • FIG 3 shows an exemplary embodiment of a printing stencil 1 according to the invention in a top view.
  • the printing stencil 1 is designed to be square and the present printing stencil has 19 parallel printing columns which have the same geometry.
  • the printing columns 4 are arranged parallel to one another and parallel to an edge of the printing stencil 2.
  • the printing gaps 4 make it possible to create straight-line structures made of printing medium on the substrate. These structures represent metallic contacting elements.
  • top view shown in Figure 3 also corresponds to the top view of the exemplary embodiments shown in Figures 1 and 2.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a printing device according to the invention is shown schematically in FIG.
  • the printing device has a printing form, which is formed from a printing stencil 1 according to the exemplary embodiment shown in FIG. 1 and a frame 5.
  • the printing template 1 is in the frame 5 arranged.
  • the printing form with printing stencil 1 and frame 5 thus represents an exemplary embodiment of a printing form according to the invention, which has no support structures, in particular no screen printing fabric, at the openings of the printing column 4.
  • a squeegee 6 is arranged on a movement unit 7 above the printing form.
  • the movement unit 7 and the frame 5 are arranged on a holder, not shown, of the printing device, which also has a support for a substrate 8.
  • the substrate 8 represents a precursor of a silicon solar cell, onto which metallic contacting fingers 10 are to be applied.
  • printing paste 9 containing metal particles is applied to the upper squeegee side of the printing stencil 1.
  • the squeegee 6 is moved over the printing stencil 1 and thereby the printing paste 9 is pressed through the printing gap 4 of the printing stencil 1 onto the substrate 8, so that printing paste is deposited on the substrate 8
  • Form of thin, parallel, straight contacting fingers 10 is applied.
  • Figure 4 shows a schematic representation. In a real design, there is typically a slight bending of the printing stencil 1 in the area of the doctor blade 6 in the direction of the substrate 8.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Printing Plates And Materials Therefor (AREA)
  • Screen Printers (AREA)
  • Printing Methods (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckschablone (1) zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat. Die Druckschablone (1) weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen in Form von Druckspalten (4) zum Ausbilden der Leiterbahnen auf. Jeder Druckspalt (4) der Mehrzahl von Druckspalten (4) zumindest einen an die Druckseite angrenzenden Druckdefinitionsbereich (3) und zumindest einen an die Rakelseite angrenzenden Druckmediumzuführbereich (2) aufweist, wobei das Volumen des Druckdefinitionsbereichs (3) kleiner ist als das Volumen des Druckmediumzuführbereichs. Zudem betrifft die Erfindung eine Druckvorrichtung zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat sowie ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur einer photovoltaischen Solarzelle.

Description

Druckschablone und Drückvorrichtungen zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat und Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur einer photovoltaischen Solarzelle
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Druckschablone zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat gemäß Anspruch 1 , eine Druckvorrichtung zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat gemäß Anspruch 12 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Anspruch 13.
Zum Aufbringen eines Druckmediums, insbesondere einer Siebdruckpaste auf ein Substrat ist es bekannt, das Druckmedium mittels einer Rakel durch eine Siebdruckform hindurch zu drücken, um das Druckmedium auf das Substrat aufzutragen. Typische Siebdruckformen weisen ein Siebdruckgewebe mit einer Vielzahl von länglichen Gewebeelementen auf, wobei das Siebdruckgewebe für das Druckmedium durchlässig ist. Um eine Strukturierung des durch die Siebdruckform hindurchtretenden Druckmediums zu erzielen, ist an dem Siebdruckgewebe eine Druckschablone angeordnet, welche Öffnungen aufweist, sodass das Druckmedium nur im Bereich der Öffnungen der Druckschablone durch die Siebdruckform hindurchtritt und somit eine durch die Öffnungen der Druckschablone vorgegebene Struktur aus Druckmedium auf das Substrat aufgebracht werden kann.
Bei Halbleiterbauelementen und insbesondere bei photovoltaischen Solarzellen ist es wünschenswert, schmale, geradlinige Strukturen aus dem Druckmedium auf dem Substrat zu erzeugen, insbesondere um schmale, geradlinige metallische Kontaktierungselemente auszubilden, sogenannte Kontaktierungsfinger. Um eine Abschattung gegenüber einfallendem Licht gering zu halten ist es wünschenswert, besonders schmale geradlinige Strukturen auszubilden. Es besteht daher die Anforderung, beim Materialauftrag Schwankungen in der Querschnitts- fläche der Strukturen zu vermeiden, da ein sich verringernder Querschnitt Effizienzverluste aufgrund eines erhöhten Leitungswiderstandes zur Folge hat.
Eine Siebdruckform zur Ausbildung schmaler, geradliniger Strukturen ist aus DE 10 2019 122 126 A1 bekannt.
Es besteht Bedarf, die Druckformen weiter zu optimieren, um einerseits schmale, geradlinige Strukturen aus Druckmedium auf dem Substrat auszubilden und andererseits eine stabile Druckform zur Verfügung zu stellen, welche im Fertigungsbetrieb einen hohen Durchsatz und dennoch eine lange Haltbarkeit und somit Nutzungsdauer der Druckform ermöglicht.
Gelöst ist diese Aufgabe durch eine Druckschablone zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat gemäß Anspruch 1 , eine Druckvorrichtung zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat gemäß Anspruch 12 und ein Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur einer photovoltaischen Solarzelle gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die vorliegende Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass die Verwendung einer Druckschablone, welche als plattenförmige Druckschablone ausgebildet ist vorteilhaft ist. Um eine ausreichende Stabilität zu erzielen ist es jedoch wünschenswert, die Druckschablone mit einer ausreichenden Dicke auszubilden. Dies bedingt jedoch den Nachteil, dass entsprechend der Dicke der plattenförmigen Druckschablone auch die Dicke der Druckspalte der Druckschablone zunimmt. Hierdurch können Nachteile bei der Zuführung des Druckmediums und/oder bei der gleichmäßigen Ausgabe des Druckmediums auf das Substrat auftreten. Erfindungsgemäß werden diese Nachteile vermieden, indem die Druckspalte einen Druckmediumzuführbereich und einen Druckdefinitionsbereich aufweisen:
Die erfindungsgemäße Druckschablone zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat weist eine Mehrzahl von Ausnehmungen in Form von Druckspalten zum Ausbilden der Leiterbahnen auf dem Substrat auf. Wesentlich ist hierbei, dass die Druckschablone als plattenförmige Druckschablone ausgebildet ist. Die Druckschablone umfasst eine Substratseite und einer der Substratseite gegenüberliegende Rakelseite. Jeder Druckspalt der Mehrzahl von Druckspalten weist zumindest einen an die Druckseite angrenzenden Druckdefinitionsbereich und zumindest einen an die Rakelseite angrenzenden Druckmediumzuführbereich auf, wobei das Volumen des Druckdefinitionsbereichs kleiner ist als das Volumen des Druckmediumzuführbereichs. Der Druckmediumzuführbereich weist eine in Richtung der Rakelseite zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite auf.
Wesentlich ist zudem, dass die Wände des Druckdefinitionsbereiches einen ersten Öffnungswinkel einschließen, welcher kleiner ist als ein zweiter Öffnungswinkel, den die Wände des Druckmediumzuführbereiches einschließen und/oder dass der Druckdefinitionsbereich eine in Richtung der Substratseite zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite aufweist.
Die erfindungsgemäße Druckschablone ermöglicht durch die Druckspalte Strukturen aus Druckmedium auf dem Substrat auszubilden. Durch den Druckdefinitionsbereich wird eine Druckmedium in der durch den Druckdefinitionsbereich definierten Form aufgetragen. Ein Aufträgen von Strukturen, welche kleine Abmessungen haben, benötigen den Abmessungen entsprechend schmale Druckspalte.
Bei den aus dem Stand der Technik im Siebdruck verwendeten Druckformen weisen die Druckspalte senkrecht verlaufende Seitenwände auf. Sind diese Druckspaltmaße klein und weisen somit bei vorbekannten Druckformen die Druckspalte eine geringe Breit auf, besteht das Problem, dass das Druckmedium nicht in ausreichender Menge nachgeführt werden kann. Um diesem Problem entgegen zu wirken, werden die Druckschablonen nach dem Stand der Technik möglichst dünn gefertigt. Dünne Druckschablonen führen jedoch zu einer verminderten Haltbarkeit und müssen daher im Fertigungsbetrieb häufig ausgetauscht werden und/oder benötigen Stützstrukturen wie z.B. ein Siebdruckgewebe, auf welchem die Druckschoblone angeordnet ist.
Bei der Erfindungsgemäßen Druckschablone weist der Druckmediumzuführbereich ein größeres Volumen auf als der Druckdefinitionsbereich. Hierdurch ist die Verwendung von Druckschablonen mit gegenüber dem Stand der Technik größerer Dicke und somit Stabilität möglich, da aufgrund des größeren Volumens des Druckmediumzuführbereichs ein erhöhter Fluss von Druckmedium zu dem Druckmediumdefinitionsbereich ermöglicht wird. Aufgrund der höheren Stabilität kann bei der erfindungsgemäßen Druckschablone somit auch auf unterstützende Strukturen im Bereich der Druckspalte, insbesondere auf ein Siebdruckgewebe verzichtet werden.
Der Druckmediumzuführbereich der erfindungsgemäßen Druckschablone weist eine in Richtung der Rakelseite zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite auf. Hierdurch wird das Zuführen von Druckmedium auf der Rakelseite begünstigt.
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Druckschablone ist weiterhin, dass die zunehmende Spaltbreite ein Ablagern des Druckmediums verhindern.
Die erfindungsgemäße Druckschablone ist insbesondere geeignet zur Ausbildung von metallischen Kontaktierungsstrukturen einer photovoltaischen Solarzelle. Solche Kontaktierungsstrukturen, insbesondere die Kontaktierungsfinger solcher Solarzellen sind typischerweise geradlinig ausgebildet. Vorteilhafterweise sind die Druckspalte der Mehrzahl von Druckspalten daher als geradlinige Druckspalte ausgebildet.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass ein erster Öffnungswinkel, welcher durch die Wände des Druckdefinitionsbereiches gebildet wird und ein zweiter Öffnungswinkel, welcher durch die Wände des Druckmediumzuführbereiches gebildet wird, die gleiche Orientierung aufweisen. In diesem Fall weist auch der Druckdefinitionsbereich eine sich in Richtung der der Rakelseite zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite auf. Der erste Öffnungswinkel ist in diesem Fall jedoch kleiner als der zweite Öffnungswinkel, um im Druckmediumzuführbereich ein großes Volumen und im Druckdefinitionsbereich eine präzise Definition der schmalen Druckstrukturen zu ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckschablone daher einen Druckdefinitionsbereich auf, dessen Öffnungswinkel geringer ist als der Druckmediumzuführbereich, insbesondere einen um 10°, bevorzugt um 20°, insbesondere um 30° kleineren Öffnungswinkel.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der erste Öffnungswinkel eine zu dem zweiten Öffnungswinkel entgegengesetzte Orientierung aufweist. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform weist der Druckdefinitionsbereich eine in Richtung der Substratseite zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite auf. Auch hierdurch wird eine präzise Definition der zu druckenden Struktur ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist in diesem Fall der Öffnungswinkel des Druckdefinitionsbereichs größer 30°, bevorzugt größer 40°, insbesondere bevorzugt größer 60°.
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass einerseits ein hoher Zufluss von Druckmedium im Druckmediumzuführbereich und andererseits eine präzise Definition der zu druckenden Struktur begünstigt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, wobei die Druckschablone eine Dicke größer 50 pm, insbesondere größer 100 pm, bevorzugt größer 500 pm aufweist.
Ein Vorteil bei dieser Ausgestaltung ist die mit der Schablonendicke zunehmende Stabilität.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, wobei der Druckdefinitionsbereich eine Dicke kleiner 250 pm, insbesondere kleiner 50 pm, bevorzugt kleiner 25 pm aufweist.
Ein Vorteil bei dieser Ausgestaltung ist, dass somit die gezielte Höhe der aus Druckmedium ausgebildeten Struktur von kleiner 250 pm, insbesondere kleiner 50 pm, bevorzugt kleiner 25 pm erzielt werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, wobei der Schablonenkörper aus einem der Materialien Glas, Silizium, Edelstahl ausgebildet ist, bevorzugt aus Glas. Die Vorteile bei der Verwendung der genannten Materialien, insbesondere der Verwendung von Glas, im Gegensatz zu den herkömmlichen Materialien, sind darin begründet, dass Glas eine erhöhte Kratzfestigkeit aufweist. Zudem weist Glas ein hohes Elastizitätsmodul auf und zudem eine geringere thermische Ausdehnung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, wobei die Breite jedes Druckspaltes der Mehrzahl von Druckspalten am dem der Rakelseite zugewandten Ende des Druckdefinitionsbereiches kleiner 50 pm, insbesondere kleiner 25 pm, bevorzugt kleiner 15 pm ist.
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass somit das Fließverhalten des Druckmediums maßgeblich beeinflusst wird, wodurch die Geometrie der gedruckten Strukturen eine hohe Homogenität aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, wobei die Breite jedes Druckspaltes der Mehrzahl von Druckspalten an dem der Substratseite zugewandten Ende des Druckdefinitionsbereiches kleiner 50 pm, insbesondere kleiner 25 pm, bevorzugt kleiner 15 pm ist und/oder im Bereich 15 pm bis 25 pm liegt.
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass somit das Fließverhalten des Druckmediums Maßgeblich beeinflusst wird, wodurch die Geometrie der gedruckten Strukturen eine hohe Homogenität aufweist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, wobei die Breite jedes Druckspaltes der Mehrzahl von Druckspalten an dem der Rakelseite zugewandten Ende des Druckmediumzuführbereich größer 15 pm, insbesondere größer 25 pm, bevorzugt größer 50 pm ist.
Vorteilhaft bei dieser Ausführungsform ist, dass somit ausreichend Druckmedium zugeführt wird. Die Breite des Druckspaltes an dem der Rakelseite zugewandten Ende ist zudem maßgeblich für das sich ausbildende Volumen im Druckmediumzuführbereich. Dieses Volumen stellt ein Druckmediumsreservoir dar, aus welchem die Mediumnachführung gespeist wird. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, wobei der Druckmediumzuführbereich unmittelbar an der Rakelseite abschließt und der Druckdefinitionsbereich unmittelbar an der Substratseite abschließt, insbesondere, dass der Druckmediumzuführbereich und Druckdefinitionsbereich aneinander angrenzen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich in einer Ausführungsform, wobei der Druckdefinitionsbereich sich in Richtung der Rakelseite verjüngt und der Druckmediumzuführbereich sich in Richtung der Rakelseite öffnet.
Vorteilhaft ist bei dieser Ausführung, welche in Profil einer Sanduhrform ähnelt, dass durch diese Ausgestaltung ein dem Substrat zugewandtes geöffnetes Volumen ausgebildet wird. Dieses Volumen ermöglicht Druckmedium durch die Druckmediumsnachführung aufzunehmen und eine größere Menge, wie bei den zuvor genannten Ausführungsbeispielen, an Druckmedium auf das Substrat abzugeben.
Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Druckform, eine Druckvorrichtung sowie ein Verfahren zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat vorzuschlagen.
Eine erfindungsgemäße Druckform umfasst eine erfindungsgemäße Druckschablone wobei die Druckschablone in einem Rahmen angeordnet ist, bevorzugt unter Zugspannung.
Der Vorteil der Anbringung in einen Rahmen ist, dass die eingespannte Druckschablone aufgrund Zugspannung stabil, aber dennoch mit einer geringen Flexibilität an dem Rahmen angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Druckform ergibt sich in einer Ausführungsform, wobei an den Öffnungen der Druckspalte keine Trägerstrukturen, insbesondere keine netzartigen Trägerstrukturen ausgebildet sind, insbesondere keine Siebdruckgewebe angeordnet ist. Bei herkömmlichen Siebdruckformen ist auf der gesamten Fläche der Schablone ein Trägermaterial angeordnet, insbesondere netzartiges Trägermaterial, welches eine Maschenweite aufweist. Nachteilig ist jedoch, insbesondere bei Siebgewebe, dass bei sehr kleinen Strukturen ein Trägermaterial verwendet werden muss, dass Drähte mit einem Durchmesser aufweist, welcher im Wesentlichen kleiner ist als die zu druckenden Struktur. Diese Trägermaterialien führen zu einer geringeren Stabilität und einer schlechteren Maßhaltigkeit der Druckschablone. Die beschriebenen Nachteile werden durch ein Weglassen der Trägerstruktur bei Verwendung der plattenförmigen Druckschablone unterbunden. Auf ein Trägermaterial kann bei dieser Ausführungsform verzichtet werden, da die Stabilität der Druckschablone nicht durch netzartige Trägerstrukturen erzielt werden muss, da die Druckschablone wie zuvor ausgeführt mit einer für die Eigenstabilität der Druckschablone ausreichenden Dicke ausgeführt werden kann.
Über eine erfindungsgemäße Druckvorrichtung wird das Druckmedium, insbesondere eine Siebdruckpaste, auf ein Substrat aufgebracht, wobei die Druckvorrichtung eine erfindungsgemäße Druckschablone, insbesondere eine bevorzugte Ausführungsform hiervon, und zumindest eine Rakel umfasst. Mittels der Rakel wird das Druckmedium durch die Druckform hindurch auf das Substrat aufgebracht.
Die erfindungsgemäße Druckvorrichtung ermöglicht durch die Druckspalten, der Druckschablone, Strukturen, insbesondere geradlinige Strukturen aus Druckmedium auf dem Substrat auszubilden bei Verwendung einer Druckschablone mit hoher Haltbarkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur einer photovoltaischen Solarzelle umfasst folgende Verfahrensschritte:
Aufbringen von Druckmedium auf eine Rakelseite einer Druckschablone Drucken des Druckmediums durch Druckspalte der Druckschablone mittels zumindest einer Rakel, um auf einem an einer der Rakelseite gegenüberliegenden Substratseite der Druckschablone eine Druckmediumstruktur auf ein Solarzellensubstrat aufzubringen. Wesentlich ist hierbei, dass die Druckschablone als plattenförmige Druckschablone ausgebildet ist, mit einer Substratseite und einer der Substratseite gegenüberliegenden Rakelseite und dass jeder Druckspalt der Mehrzahl von Druckspalten zumindest einen an die Druckseite angrenzenden Druckdefinitionsbereich und zumindest einen an die Rakelseite angrenzenden Druckmediumzuführbereich aufweist, wobei das Volumen des Druckdefinitionsbereichs kleiner ist als das Volumen des Druckmediumzuführbereichs, der Druckmediumzuführbereich eine in Richtung der Rakelseite zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite aufweist.
Wesentliche ist weiterhin, dass die Wände des Druckdefinitionsbereiches einen ersten Öffnungswinkel einschließen, welcher kleiner ist als ein zweiter Öff- nungswinkel, den die Wände des Druckmediumzuführbereiches einschließen und/oder dass der Druckdefinitionsbereich eine in Richtung der Substratseite zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die Druckspalten, der Druckschablone, Strukturen, insbesondere geradlinige Strukturen aus Druckmedium auf dem Substrat auszubilden. Durch den Druckdefinitionsbereich wird eine Druckmedium in der durch den Druckdefinitionsbereich definierten Form aufgetragen.
Die eingangs genannt Aufgabe ist weiterhin durch eine erfindungsgemäße Verwendung einer erfindungsgemäßen Druckschablone zur Ausbildung metallischer Leiterbahnen einer photovoltaischen Solarzelle gelöst, bevorzugt an einer dem Lichteinfall zugewandten Vorderseite der photovoltaischen Solarzelle.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Druckschablone eignet sich besonders das sogenannte LIDE (Laser Induced Deep Etching) Verfahren. Über dieses Verfahren können die Druckspalten sowie die definierten Öffnungswinkel gefertigt werden, wie es für die erfindungsgemäße Schablone nötig ist. Ein solches Verfahren ist in WO 2018/162385 A1 beschrieben. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, das Druckschablone aus Glas auszubilden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Druckvorrichtung konstruktiv in an sich bekannter Weise ausgebildet ist und an sich bekannte Bewegungseinheiten zum Bewegen der Rakel und Zuführeinheiten zum Zuführen von Druckmedium auf die Rakelseite aufweist.
Es liegt zudem im Rahmen der Erfindung, dass die Druckschablone neben der beschriebenen Mehrzahl von Druckspalten auch weitere Druckspalte oder Ausnehmungen aufweist, welche andere konstruktive Ausgestaltungen aufweisen. Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, einen oder mehrere Druckspalte mit größerer Breite vorzusehen, um die Mittels der Mehrzahl an Druckspalten erzeugten Kontaktierungsfinger durch einen Verbinder, den sogenannten Busbar, zu verbinden.
Das Volumen des Druckmediumzuführbereiches ist bevorzugt durch die Wände des Druckspalts im Bereich des Druckmediumzuführbereiches sowie durch Rakelseite der Druckschablone, insbesondere die als Ebene Fläche fortgesetzte Rakelseite der Druckschablone begrenzt. Bevorzugt ist das Volumen weiterhin in Richtung der Substratseite durch den Druckdefinitionsbereich begrenzt.
Das Volumen des Druckdefinitionsbereichs ist bevorzugt durch die Wände des Druckspalts im Bereich des Druckdefinitionsbereichs sowie durch Substratseite der Druckschablone, insbesondere die als Ebene Fläche fortgesetzte Substratseite der Druckschablone begrenzt. Bevorzugt ist das Volumen weiterhin in Richtung der Rakelseite durch den Druckmediumzuführbereich begrenzt.
Die Mehrzahl von Druckspalten der erfindungsgemäßen Druckschablone weist bevorzugt zumindest 5, insbesondere bevorzugt zumindest 10, weiter bevorzugt zumindest 15 Druckspalte auf.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren erläutert. Dabei zeigen die Figuren 1 und 2 jeweils ein Ausführungsbeispiel eines Druckspaltes der erfindungsgemäßen Druckschablone. Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckschablone. Die Figur 4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung. Die Figuren zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellungen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche oder gleich wirkende Elemente.
Das in Figur 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckschablone ist in einer Schnittdarstellung gezeigt, wobei ein Teilausschnitt der Druckschablone mit einem Druckspalt dargestellt ist. Die Druckschablone setzt sich nach rechts und links in gleicher Weise fort. Insgesamt weist die Druckschablone vorliegend 19 parallel angeordnete Druckspalte auf, die dieselbe Geometrie aufweisen.
Die plattenförmige Druckschablone 1 weist an einer in den Figuren obenliegen- den Rakelseite R eine Öffnung mit einem Öffnungswinkel ß auf. Die Druckschablone 1 weist an einer in den Figuren untenliegenden Substratseite S eine Öffnung mit einem Öffnungswinkel a auf. Der rakelseitige Öffnungswinkel ß ist größer als der substratseitige Öffnungswinkel a. Beide Öffnungswinkel sind gleich orientiert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Druckmediumzuführbereich 2 über ein Volumen ausgebildet, welches begrenzt ist über die rakelseitige Druckschablonenoberseite und die Öffnungsflanken der Kanalwände der durch den Öffnungswinkel ß definierten Öffnung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Druckdefinitionsbereich 3 über ein Volumen ausgebildet, welches begrenzt ist über die substratseitige Druckschablonenunterseite S und die Öffnungsflanken der durch den Öffnungswinkel a definierten Öffnung des Druckspalts
Der Druckmediumzuführbereich 2 schließt somit unmittelbar an der Rakelseite ab. Der Druckdefinitionsbereich 3 schließt hingegen unmittelbar mit der Substratseite ab.
Bei dieser Anordnung grenzen der Druckmediumzuführbereich und der Druckdefinitionsbereich aneinander. Die Höhe des Druckmediumzuführbereich H2 ist in diesem Ausführungsbeispiel größer gewählt als die Höhe des Druckdefinitionsbereich H3. Weiterhin ist das Volumen des Druckmediumzuführbereich 2 größer wie das Volumen des Druckdefinitionsbereich 3, somit wird begünstigt, dass ausreichend Druckmedium nachgeführt werden kann.
Das in Figur 2 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckschablone ist in einer Schnittdarstellung gezeigt, wobei ein Teilausschnitt der Druckschablone mit einem Druckspalt dargestellt ist. Die Druckschablone setzt sich nach rechts und links in gleicher Weise fort. Insgesamt weist die Druckschablone vorliegend 19 parallel angeordnete Druckspalte auf, die dieselbe Geometrie aufweisen.
Die plattenförmige Druckschablone 1 weist an einer in den Figuren obenliegen- den Rakelseite R eine Öffnung mit einem Öffnungswinkel ß auf. Die Druckschablone 1 weist an einer in den Figuren untenliegenden Substratseite S eine Öffnung mit einem Öffnungswinkel a auf. Der rakelseitige Öffnungswinkel ß ist größer als der substratseitige Öffnungswinkel a. Beide Öffnungswinkel sind gegensätzlich orientiert. Hierdurch bilden die beiden Bereiche eine Sanduhrform aus.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Druckmediumzuführbereich 2 über ein Volumen ausgebildet, welches begrenzt ist über die rakelseitige Druckschablonenoberseite und die Öffnungsflanken der Kanalwände der durch den Öffnungswinkel ß definierten Öffnung.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Druckdefinitionsbereich 3 über ein Volumen ausgebildet, welches begrenzt ist über die substratseitige Druckschablonenunterseite S und die Öffnungsflanken der durch den Öffnungswinkel a definierten Öffnung des Druckspalts.
Der Druckmediumzuführbereich 2 schließt somit unmittelbar an der Rakelseite ab. Der Druckdefinitionsbereich 3 schließt hingegen unmittelbar mit der Substratseite ab.
Bei dieser Anordnung grenzen der Druckmediumzuführbereich 2 und der Druckdefinitionsbereich 3 aneinander. Die Höhe des Druckmediumzuführbereich H2 ist in diesem Ausführungsbeispiel größer gewählt als die Höhe des Druckdefinitionsbereich H3. Weiterhin ist das Volumen des Druckmediumzuführbereich 2 größer wie das Volumen des Druckdefinitionsbereich 3, somit wird begünstigt, dass ausreichend Druckmedium nachgeführt werden kann.
In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckschablone 1 in der Draufsicht gezeigt. Die Druckschablone 1 ist quadratisch ausgeführt und die vorliegende Druckschablone weist 19 parallel angeordnete Druckspalte auf, welche dieselbe Geometrie aufweisen. Die Druckspalte 4 sind bei dieser Ausführungsform parallel zueinander und parallel zu einer Kante der Druckschablone 2 angeordnet. Die Druckspalte 4 ermöglichen es geradlinige Strukturen aus Druckmedium auf dem Substrat zu erzeugen. Diese Strukturen stellen metallische Kontaktierungselemente dar.
Die in Figur 3 gezeigte Draufsicht entspricht auch der Draufsicht auf die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele.
In Figur 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung schematisch dargestellt. Die Druckvorrichtung weist eine Druckform auf, welche aus einer Druckschablone 1 gemäß den in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiels und einem Rahmen 5 ausgebildet ist. Die Druckschablone 1 ist in dem Rahmen 5 angeordnet. Die Druckform mit Druckschablone 1 und Rahmen 5 stellt somit ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckform auf, welche an den Öffnungen der Druckspalte 4 keine Trägerstrukturen, insbesondere kein Siebdruckgewebe aufweist.
Über der Druckform ist eine Rakel 6 an einer Bewegungseinheit 7 angeordnet. Die Bewegungseinheit 7 sowie der Rahmen 5 sind an einer nicht dargestellten Halterung der Druckvorrichtung angeordnet, welche ebenfalls eine Auflage für ein Substrat 8 aufweist. Das Substrat 8 stellt einen Precursor einer Siliziumsolarzelle dar, auf welchen metallische Kontaktierungsfinger 10 aufgebracht werden sollen. Mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Druckmediumzuführeinheit der Druckvorrichtung wird Metallpartikel enthaltende Druckpaste 9 auf die oben- liegende Rakelseite der Druckschablone 1 aufgebracht.
Mittels der Bewegungseinheit 7 wird die Rakel 6 über die Druckschablone 1 bewegt und hierdurch die Druckpaste 9 durch die Druckspalte 4 der Druckschablone 1 auf das Substrat 8 gedrückt, sodass auf dem Substrat 8 Druckpaste in Form von dünnen, parallel angeordneten, geradlinigen Kontaktierungsfingern 10 aufgebracht wird.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung. Bei einer realen Ausbildung er- folgt typischerweise eine leichte Biegung der Druckschablone 1 im Bereich der Rakel 6 in Richtung des Substrates 8.
Bezuqszeichen liste
1 Druckschablone
2 Druckmediumzuführbereich
3 Druckdefinitionsbereich
4 Druckspalt
5 Rahmen
6 Rakel
7 Bewegungseinheit
8 Substrat
9 Druckpaste
10 Kontaktfinger
R Rakelseite
S Substratseite a, ß Öffnungswinkel

Claims

Ansprüche Druckschablone (1 ) zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat, wobei die Druckschablone (1 ) eine Mehrzahl von Ausnehmungen in Form von Druckspalten (4) zum Ausbilden der Leiterbahnen auf dem Substrat aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschablone (1 ) als plattenförmige Druckschablone (1 ) ausgebildet ist, mit einer Substratseite (S) und einer der Substratseite (S) gegenüberliegenden Rakelseite (R) und dass jeder Druckspalt (4) der Mehrzahl von Druckspalten (4) zumindest einen an die Druckseite angrenzenden Druckdefinitionsbereich (3) und zumindest einen an die Rakelseite (R) angrenzenden Druckmediumzuführbereich (2) aufweist, wobei das Volumen des Druckdefinitionsbereichs (3) kleiner ist als das Volumen des Druckmediumzuführbereichs (2), der Druckmediumzuführbereich (2) eine in Richtung der Rakelseite (R) zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite aufweist, und die Wände des Druckdefinitionsbereiches (3) einen ersten Öffnungswinkel (a) einschließen, welcher kleiner ist als ein zweiter Öffnungswinkel (ß), den die Wände des Druckmediumzuführbereiches (2) einschließen und/oder der Druckdefinitionsbereich (3) eine in Richtung der Substratseite (S) zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite aufweist. Druckschablone (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wände Druckdefinitionsbereichs (3) einen um 10°, bevorzugt um 20°, insbesondere um 30° kleineren Öffnungswinkel (a) als die Wände des Druckmediumzuführbereichs (2) einschließen. Druckschablone (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschablone eine Dicke 50 pm, insbesondere größer 100 pm, bevorzugt größer 500 pm aufweist. Druckschablone (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckdefinitionsbereich (3) eine Dicke kleiner 250 pm, insbesondere kleiner 50 pm, bevorzugt kleiner 25 pm aufweist. Druckschablone (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schablonenkörper aus einem der Materialien Glas, Edelstahl, Silizium ausgebildet ist, bevorzugt aus Glas. Druckschablone (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite jedes Druckspaltes (4) der Mehrzahl von Druckspalten (4) an dem der Rakelseite (R) zugewandten Ende des Druckdefinitionsbereiches (3) kleiner 50 pm, insbesondere kleiner 25 pm, bevorzugt kleiner 15 pm ist. Druckschablone (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite jedes Druckspaltes (4) der Mehrzahl von Druckspalten (4) an dem der Substratseite (S) zugewandten Ende des Druckdefinitionsbereiches (3) kleiner 50 pm, insbesondere kleiner 25 pm, bevorzugt kleiner 15 pm ist und/oder im Bereich 15 pm bis 25 pm liegt. Druckschablone (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite jedes Druckspaltes (4) der Mehrzahl von Druckspalten (4) an dem der Rakelseite (R) zugewandten Ende des Druckmediumzuführbereich (2) größer 15 pm, insbesondere größer 25 pm, bevorzugt größer 50 pm ist. Druckschablone (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmediumzuführbereich (2) unmittelbar an der Rakelseite (R) abschließt und der Druckdefinitionsbereich (3) unmittelbar an der Substratseite (S) abschließt, insbesondere, dass Druckmediumzuführbereich (2) und Druckdefinitionsbereich (3) aneinander angrenzen. Druckform mit einer Druckschablone (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Druckschablone in einem Rahmen angeordnet ist, bevorzugt unter Zugspannung. Druckform nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an den Öffnungen der Druckspalte (4) keine Trägerstrukturen, insbesondere keine netzartigen Trägerstrukturen ausgebildet sind, insbesondere keine Siebdruckgewebe angeordnet ist. Druckvorrichtung zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat, mit einer Druckschablone (1 ) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, und zumindest einer Rakel, wobei die Siebdruckvorrichtung ausgebildet ist, mittels der Rakel das Druckmedium durch die Siebdruckform hindurch auf das Substrat aufzubringen. Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur einer photo- voltaischen Solarzelle, mit den Verfahrensschritten
- Aufbringen von Druckmedium auf eine Rakelseite (R) einer Druckschablone (1 )
- Drucken des Druckmediums durch Druckspalte (4) der Druckschablone (1 ) mittels zumindest einer Rakel, um auf einem an einer der Rakelseite (R) gegenüberliegenden Substratseite (S) der Druckschablone eine Druckmediumstruktur auf ein Solarzellensubstrat aufzubringen, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckschablone (1 ) als plattenförmige Druckschablone (1 ) ausgebildet ist, mit einer Substratseite (S) und einer der Substratseite (S) gegenüberliegenden Rakelseite (R) und dass jeder Druckspalt (4) der Mehrzahl von Druckspalten (4) zumindest einen an die Druckseite angrenzenden Druckdefinitionsbereich (3) und zumindest einen an die Rakelseite (R) angrenzenden Druckmediumzuführbereich (2) aufweist, wobei das Volumen des Druckdefinitionsbereichs (3) kleiner ist als das Volumen des Druckmediumzuführbereichs (2), der Druckmediumzuführbereich (2) eine in Richtung der Rakelseite (R) zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite aufweist, und die Wände des Druckdefinitionsbereiches (3) einen ersten Öffnungswinkel (a) einschließen, welcher kleiner ist als ein zweiter Öffnungswinkel (ß), den die Wände des Druckmediumzuführbereiches (2) einschließen und/oder der Druckdefinitionsbereich (3) eine in Richtung der Substratseite (S) zunehmende, bevorzugt streng monoton steigende, Spaltbreite aufweist. Verwendung einer Druckschablone (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9 zur Ausbildung metallischer Leiterbahnen einer photo- voltaischen Solarzelle, bevorzugt an einer dem Lichteinfall zugewandten Vorderseite der photovoltaischen Solarzelle.
EP23712273.4A 2022-03-25 2023-03-21 Druckschablone und druckvorrichtungen zur ausbildung von leiterbahnen auf einem substrat und verfahren zur herstellung einer metallischen kontaktstruktur einer photovoltaischen solarzelle Pending EP4499412A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022107163.4A DE102022107163A1 (de) 2022-03-25 2022-03-25 Druckschablone und Druckvorrichtungen zur Ausbildung von Leiterbahnen auf einem Substrat und Verfahren zur Herstellung einer metallischen Kontaktstruktur einer photovoltaischen Solarzelle
PCT/EP2023/057147 WO2023180285A1 (de) 2022-03-25 2023-03-21 Druckschablone und druckvorrichtungen zur ausbildung von leiterbahnen auf einem substrat und verfahren zur herstellung einer metallischen kontaktstruktur einer photovoltaischen solarzelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4499412A1 true EP4499412A1 (de) 2025-02-05

Family

ID=85706902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23712273.4A Pending EP4499412A1 (de) 2022-03-25 2023-03-21 Druckschablone und druckvorrichtungen zur ausbildung von leiterbahnen auf einem substrat und verfahren zur herstellung einer metallischen kontaktstruktur einer photovoltaischen solarzelle

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12600121B2 (de)
EP (1) EP4499412A1 (de)
JP (1) JP2025510185A (de)
KR (1) KR20240166548A (de)
CN (1) CN119233894A (de)
DE (1) DE102022107163A1 (de)
WO (1) WO2023180285A1 (de)

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09314814A (ja) 1996-05-28 1997-12-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd クリーニング装置およびクリーニング方法
US6095041A (en) * 1999-07-22 2000-08-01 International Business Corporation Stencil mask with channels including depressions
DE10104726A1 (de) 2001-02-02 2002-08-08 Siemens Solar Gmbh Verfahren zur Strukturierung einer auf einem Trägermaterial aufgebrachten Oxidschicht
DE20122015U1 (de) * 2001-02-05 2004-02-12 Priwitzer, Hans Druckschablone
JP3560042B2 (ja) * 2001-03-22 2004-09-02 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション パターニング・マスクおよびパターニング方法
DE102009024877A1 (de) 2009-06-09 2010-12-23 Nb Technologies Gmbh Siebdruckform
DE102009054764A1 (de) 2009-12-16 2011-06-22 Robert Bosch GmbH, 70469 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Schaltungsträgers und Schaltungsträger
WO2015124230A1 (de) * 2014-02-20 2015-08-27 Gallus Ferd. Rüesch AG Siebdruckschablone und verfahren zu deren bebilderung
CN107415440A (zh) * 2016-05-23 2017-12-01 仓和股份有限公司 应用于太阳能电池的印刷网版及其制作方法
EP3592500B1 (de) 2017-03-06 2023-10-11 LPKF Laser & Electronics SE Verfahren zum einbringen zumindest einer ausnehmung in ein material mittels elektromagnetischer strahlung und anschliessendem ätzprozess
FR3089861B1 (fr) 2018-12-14 2021-01-08 Commissariat Energie Atomique Procédé d’impression par sérigraphie sur un composant électrique et/ou électronique avec deux systèmes de raclage
DE102019122126A1 (de) 2019-08-16 2021-02-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Siebdruckform zur Verwendung in einem Siebdruckverfahren, Siebdruckvorrichtung und Siebdruckverfahren
CN112606544B (zh) * 2020-11-19 2023-05-12 浙江硕克科技有限公司 一种金属版及其加工工艺

Also Published As

Publication number Publication date
US12600121B2 (en) 2026-04-14
KR20240166548A (ko) 2024-11-26
WO2023180285A1 (de) 2023-09-28
US20250222688A1 (en) 2025-07-10
CN119233894A (zh) 2024-12-31
JP2025510185A (ja) 2025-04-14
DE102022107163A1 (de) 2023-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3805363C2 (de)
DE112010006095B4 (de) Siebdruckvorrichtungsabstreicher
WO2010034300A2 (de) Siebdruckform
DE102009024877A1 (de) Siebdruckform
DE69501405T2 (de) Perforierte siebdruckschablone zum aufbringen und dosieren von mehr oder weniger dicken schichten eines viskosen produktes
DE3420966A1 (de) Siebdruckverfahren und einrichtung zur ausuebung desselben
DE10235048A1 (de) Solarzellenverbinder mit rahmenförmiger Ausgleichssektion und Verfahren zur Herstellung
DE69400562T2 (de) Herstellungsverfahren für Mikrospitzenkaltkathoden
DE68921049T2 (de) Flüssigkristall-Auszeigevorrichtung.
EP4014256B1 (de) Siebdruckform zur verwendung in einem siebdruckverfahren, siebdruckvorrichtung und siebdruckverfahren
WO2024041685A1 (de) Bipolarplatte, elektrolyseur und verfahren zur herstellung einer bipolarplatte
DE68916706T2 (de) Anzeigevorrichtung.
DE102007052679B4 (de) Sieb für den technischen Siebdruck
WO2023180285A1 (de) Druckschablone und druckvorrichtungen zur ausbildung von leiterbahnen auf einem substrat und verfahren zur herstellung einer metallischen kontaktstruktur einer photovoltaischen solarzelle
DE3841384C2 (de) Anordnung mit einer Vielzahl von elektrischen Bauelementen mit nichtlinearer Strom-Spannungskennlinie sowie Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung
EP2668040A1 (de) Druckschablone zum aufbringen eines druckmusters auf ein substrat und verfahren zum herstellen einer druckschablone
EP3747655B1 (de) Druckkopf und verfahren zur herstellung eines druckkopfs
DE69113292T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters für einen Flüssigkristallfarbdisplay.
DE69707394T2 (de) Herstellung von bahnen auf flachen substraten mittels siebdruck
DE69119709T2 (de) Substrat für Matrizenanordnung
DE2225826C3 (de) Verfahren zum Herstellen einer Vielzahl von jeweils ein Loch enthaltenden Elektroden für Elektronenstrahlsysteme
DE69803767T2 (de) Rakel zum auftragen von sehr viskosen und thixotropischen medien durch eine schablone auf ein substrat von variabler höhe
EP4204235B1 (de) Druckform zur herstellung einer struktur eines elektronischen bauelementes, insbesondere einer photovoltaischen solarzelle und verfahren zur herstellung solch einer druckform
DE102011052902A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Aufdrucken von Metallkontakten auf ein Solarzellensubstrat
DE102019135208B4 (de) Druckeinheit, Druckvorrichtung und Verfahren zum Parallelextrudieren von Druckmedium auf ein Substrat

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20241008

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)