JP2003536240A - 光電池のための基板にメタライゼーションパターンを適用する方法および装置 - Google Patents

光電池のための基板にメタライゼーションパターンを適用する方法および装置

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JP2003536240A JP2000595386A JP2000595386A JP2003536240A JP 2003536240 A JP2003536240 A JP 2003536240A JP 2000595386 A JP2000595386 A JP 2000595386A JP 2000595386 A JP2000595386 A JP 2000595386A JP 2003536240 A JP2003536240 A JP 2003536240A
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ヴェーベル，アルトゥル・ヴォウテル
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スティックティング・エネルギーオンデルズーク・セントルム・ネーデルランド
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Abstract

(57)【要約】 一組の比較的細い線と、電荷キャリヤを搬送するために前記比較的細い線に接続されている一組の比較的広いストリップとを含んで成る導電体の所定のパターンに従って、光起電素子のための基板の外面の少なくとも１つにメタライゼーションを適用するための方法であって、前記方法が、（ｉ）基板の外面の少なくとも１つにメタライゼーションを適用することが可能である基板を提供するステップと、（ｉｉ）前記所定のパターンに従って、当該表面に金属を含有する導電性ペーストを塗布するステップと、（ｉｉｉ）前記表面に塗布されたペーストを乾燥させるステップとを含む方法であって、第２のステップ（ｉｉ）において、比較的細い線（２）の組のための第１のペーストが、ステンシルを使用して塗布され、次いで、比較的広いストリップ（３）の組のための第２のペーストが、無接触式塗布の装置を使用して塗布される方法。この方法を実施するための装置、および、この方法により製造された基板を有する光起電素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、一組の比較的細い線と、電荷キャリヤを搬送するために前記比較的
細い線に接続されている一組の比較的広いストリップとを含んで成る導電体の所
定のパターンに従って、光起電素子のための基板の外面のうちの少なくとも１つ
にメタライゼーションを適用するための方法である。この方法は、（ｉ）前記基
板を提供するステップであって、前記基板の外面のうちの少なくとも１つがメタ
ライゼーションを適用することが可能であるステップと、（ｉｉ）前記所定のパ
ターンに従って、当該表面に金属を含有した導電性ペーストを塗布するステップ
と、（ｉｉｉ）前記表面に塗布された前記ペーストを乾燥させるステップとを備
えている。
【０００２】 スクリーン印刷技術を使用して、例えばシリコン太陽電池などの光起電素子の
前面にメタライゼーションパターンを適用することが知られている。この公知の
方法では、この目的に適するエマルジョン層が、フレーム内にクランプされてい
るステンレススチールメッシュに適用され、前記エマルジョン層内に、適用され
るメタライゼーションのパターンに対応する凹部が形成される。このようにして
得られたスクリーンは、シリコン基板の前面上に配置され、次いで、例えば銀粒
子、フリット、結合剤および溶媒のペーストなどの金属を含有した導電性ペース
トが、エマルジョン層に適用される。ペーストはスキージを使用してすくい取ら
れ、メッシュを介して押圧され、エマルジョン層内のアパーチュアを通過して基
板上に被着される。このようにして形成された基板上のペーストパターンは、次
いで、炉内で乾燥され、炉内で溶媒は蒸発し、さらに、ペーストパターンは加熱
され、その際、空気または酸素が有機結合剤を燃焼させるために供給される。さ
らに、ペーストパターンは焼結され、これにより、金属粒子は互いに接着されて
基板が形成される。 公知の方法の重要な利点は、スクリーン印刷によりペーストが塗布される基板
が、１つの炉サイクル内で乾燥され、さらに、加熱され、焼結され、これにより
、意図されるメタライゼーションパターンが得られることにある。 公知の方法における内在的な欠点の一つは、基板上に形成されるメタライゼー
ション線の最小幅が、使用スクリーンのメッシュ幅により決定されることにある
。幅メッシュ３２５以上（すなわち３２５以上のメッシュ毎インチ）のスクリー
ンが、例えば非常に細い線を印刷するのに使用される。線幅が、スクリーンのピ
ッチの大きさのオーダである場合（例えば幅メッシュ４００のスクリーンにおい
て、ピッチは６５μｍとなる）、エマルジョン層内の開口は問題となる。すなわ
ち、開き表面のパーセンテージは、大幅に変動し、これにより、適用されるペー
ストの線幅が対応して変動する。スクリーンのためのより細いワイヤを使用する
こと、または、スクリーンのワイヤとワイヤとの間の間隔を増加させることは、
付着される金属ペーストの均一性を増加させるが、スクリーンの強度を低減させ
、これにより、経済的に容認できない程度まで寿命が短縮される。
【０００３】 太陽電池のメタライゼーションパターンの設計において、メタライゼーション
に起因する陰影損をできるだけ低く維持するためにできるだけ細い線を形成し、
これにより、効率をできるだけ高く維持することを目的としている。しかし、設
定値より低く、細い線内の抵抗損を保持するために、これらの線の所定の最小高
さが必要とされる。スクリーン印刷技術の別の欠点は、これにより、使用するペ
ーストの粘度に上限が課せられ、このペーストにより実現される線高が、望まし
くない低い値に制限されることにある。
【０００４】 本発明の目的は、比較的細く良好に輪郭形成されている線を有するメタライゼ
ーションパターンであって、このようなパターンを有する太陽電池内の抵抗損が
無視可能であるか、少なくとも容認可能なレベルより低く維持されるような高さ
の線を有するメタライゼーションパターンを適用するための方法を提供すること
にある。 本発明の別の目的は、ペーストが、１つの炉サイクル内で、乾燥され、さらに
加熱され、焼結され、これにより、意図されるメタライゼーションパターンが得
られる方法を提供することにある。 本発明の更に別の目的は、迅速かつ省コストで実施できる方法を提供すること
にある。
【０００５】 これらの目的および他の利点は、冒頭に記載の方法によって得ることができ、
本発明における第２のステップ（ｉｉ）によって、前記比較的細い線の組のため
の第１のペーストがステンシルを使用して塗布され、次いで、前記比較的広いス
トリップの組のための第２のペーストが、無接触式塗布のための装置を使用して
塗布されることにより達成される。 ステンシルは、通常は、例えばニッケルまたはステンレススチールなどの金属
から成るフォイルである。このフォルムは、スクリーンの代りに太陽電池のため
の基板上に配置され、フォイル内のアパーチュアは、基板上に配置される線パタ
ーンに従って形成される。
【０００６】 非常に細く、滑らかで比較的高い線のための第１のペーストによるパターンは
、ステンシルにより一回の印刷工程で、基板に適用できることが分かった。直後
に、太陽電池内のバスバーを形成する比較的広いストリップのパターンが、線パ
ターンを中間に乾燥することなしに、目的に適する装置を用いて、無接触式の方
法で適用できる。細い線と交差するバスバーを有するパターンを適用するのに必
要である、第２のステンシルまたはスクリーンによる第２の印刷工程は、この場
合は不要である。印刷後にただ一回の炉サイクルで足りるというスクリーン印刷
技術の利点は、この場合は保持され、前記技術の欠点は発生しない。広いストリ
ップのためのペーストは、例えば、無接触式の計量分配技術または他の無接触式
の適用技術を使用して塗布される。
【０００７】 本発明の方法の第１の実施の形態では、前記第１のペーストと前記第２のペー
ストとが同一である。
【０００８】 後述する実施の形態では、前記第２のペーストが、前記第１のペーストより低
い粘度を有する。これにより得られる利点は、第２のペーストが有する流動学的
特性が、第２のペーストが、非常に細く比較的高い線が第１のペーストにより印
刷されることが可能であるように選択された粘度を有する第１のペーストに比し
て、より容易に、無接触形計量分配のための装置を通過して搬送されることが可
能であるようにすることにある。
【０００９】 本方法は、特に、フォイルから成るステンシルを有する実施の形態に適してお
り、フォイル内にはスロットが配置され、スロットは、比較的細い線の組に対応
し、約１００μｍより狭い幅を有し、特に、約５０μｍより狭い幅を有し、フォ
イルは、例えば、約５０μｍより薄い厚さを有する。
【００１０】 本発明による方法は、例えば、基板の上に配置可能なノズルを備えた、無接触
式の塗布装置を使用して実施され、前記第２のペーストが、前記ノズルと前記基
板とを互いに対して各々動かし、これによって、前記ノズルが、前記比較的広い
ストリップの前記組の前記所定のパターンに追従するようにすることにより行わ
れる。
【００１１】 前記ノズルが、１に等しくない値を有するアスペクト比を有する横断面を有し
、好ましくは、２より大きい値を有し、より好ましくは、少なくとも５に等しい
値を有する。
【００１２】 前記ノズルの横断面の長手軸線が、前記基板の前記表面に対して平行に延び、
前記ノズルと前記基板との相対運動の方向に対して垂直に延び、前記ノズルが、
約１．５ｍｍの長さの長軸と、約３００μｍの長さの短軸を有する横断面を備え
ている。
【００１３】 本発明は、さらに、前述の方法を実施するための装置に関する。
【００１４】 本発明は、以下、実施の形態に基づいて、図面を参照して説明される。 図中、対応する部分は、同一の参照番号により示される。
【００１５】 図１は、いわゆるＨパターンの一部を有する、太陽電池のための基板１を示す
。Ｈパターン全体は、比較的細い線すなわちフィンガーと、比較的広いストリッ
プすなわちバスバーとから成る。フィンガーの目的は、全面にわたり太陽電池に
より発生される電流を、バスバーに搬送することにあり、バスバーは、電流のた
めの中央放電体（Central discharge）として用いられ、バスバー上に装着する
ための導電体により、後続の太陽電池に接続するために用いられる。５０μｍの
幅のスロットに対応する凹部が形成されている、適切な材料から成る５０μｍの
厚さのフォイルにより形成されたステンシルにより、導電性ペーストの線２のパ
ターンが基板１に印刷されている。前記導電性ペーストは、約１〜２μｍの直径
を有する非常に小さい球状粒子形の銀を約７０重量％と、約５μｍの最大直径を
有する綿状粒子または小板の小さい画分とを含む。当該ステンシルにより印刷さ
れた線２は、乾燥および焼なまし状態で、約５５μｍの幅と約２０μｍの高さと
を有する。
【００１６】 図２は、図１の基板を示しており、適切で公知の第２の導電性ペーストの２つ
のストリップ３が、無接触形計量分配（Contact-free discharge）用の装置を使
用して基板１に塗布される。当該装置により塗布されるストリップ３は、乾燥お
よび焼なまし状態において、約１．５ｍｍの幅と約３００μｍの高さとを有し、
太陽電池のバスバーを形成する。
【００１７】 図３は、時点ｔ＝ｔ0において、バスバーのためのペーストを太陽電池のため
の基板に無接触式で塗布するための計量分配装置４を示す。図には、例えば圧縮
空気による圧力下でペーストを収容するための容器５、コンベヤスクリュー８の
ための駆動装置を有するハウジング７、および、線２が設けられている基板１の
上に開口したノズル９が示されている。計量分配装置４は、２つの互いに直交し
た懸架アーム１０、１１と垂直ガイド（図示せず）とに沿って、基板１に対して
移動可能である。ノズルが、塗布のためにバスバーの組の所定のパターンに追従
するように、基板１とノズル９との相対運動は、制御回路（図示せず）を使用し
て制御される。図３には、さらに、ノズル９の３つの互いに直交した運動方向Ｘ
、Ｙ、Ｚを示す参照符号が描かれている。ノズル９の横断面は、Ｙ方向で約１．
５ｍｍの長軸と、Ｘ方向で約３００μｍの長さの短軸とを有する（従って、アス
ペクト比が５である横断面を有する）。
【００１８】 図４は、時点ｔ＝ｔ1でにおける図３の計量分配装置４を示す。この時点で計
量分配装置４は、矢印Ｘの方向に所定の距離にわたり、アーム１０に沿って変位
する。変位の間、ペーストは、容器５から排出され、導管６を経て回転コンベヤ
スクリュー８（回転方向は、曲線の矢印ωにより示す）に送られる。そして、線
２全体に亘って横断方向に延びる真直ぐな広いストリップ３に従って、コンベヤ
スクリュー８を使用し、ノズル９を介して、基板１に無接触式の方法で前記ペー
ストが塗布される。いったんストリップ３全体が塗布されると、ペーストの供給
が中断され、ノズル９が、次に塗布する次のバスバーの個所の上に正確に移動す
るように、装置４はアーム１１に沿って変位する。次いで、後続のバスバー３を
基板１に塗布するために、ペーストの供給とアーム１０に沿った移動とが（逆）
Ｘ方向で再び始まる。
【００１９】 図５は、図４の装置をＶ−Ｖ線に沿って切断した断面図である。図示した実施
の態様では、ノズル９の下面と基板１の表面との間の距離ｚ0は、０．０２０ｍ
ｍから５ｍｍの間で調整可能であり、基板１に適用するペーストストリップの厚
さｄは、約１０〜３００μｍの範囲内で調整可能である。
【００２０】 図６は、計量分配装置の別の実施の形態を詳細に示している。図５に示したノ
ズル９を有するハウジング７は、Ｘ，Ｚ平面内で傾斜させることが可能であり、
このようにして、垂直に対して角度α傾斜した位置（破線で示されている）にお
けるハウジング７およびノズル９によって、ペースト３を基板１の表面に塗布す
ることが可能となる。この場合、ペーストの供給が停止すると、ストリップの外
側端部は、このストリップの残りの部分の高さを越えて突出することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１のペーストが、第１のステップにおいて、細い線のパターンで本発明に従
って塗布された、太陽電池に用いられる正方形の基板の平面図を示す。
【図２】 第２のペーストが、第２のステップで、比較的広いストリップのパターンで本
発明に従って塗布された、図１の基板の平面図を示す。
【図３】 太陽電池に用いられる基板に、バスバーのためのペーストを無接触式で計量分
配するための装置の一の実施の形態を簡単に示す斜視図である。
【図４】 後の時点における図３の配置を示す。
【図５】 図４の配置を側方から見た断面図である。
【図６】 無接触式の計量分配装置の他の実施の形態を詳細に示す側面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一組の比較的細い線（２）と、電荷キャリヤを搬送するため
    に前記比較的線細い線（２）に接続されている一組の比較的広いストリップ（３
    ）とを含む導電体の所定のパターンに従って、光起電素子のための基板（１）の
    外面のうちの少なくとも１つにメタライゼーションを適用する方法であり、 （ｉ）前記基板（１）を提供するステップであって、前記基板（１）の外面のう
    ちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つへメタライゼーションを適用するこ
    とが可能であるステップと、 （ｉｉ）前記所定のパターン（２，３）に従って、前記基板（１）の表面に金属
    を含有した導電性ペーストを適用するステップと、 （ｉｉｉ）前記表面に適用された前記ペーストを乾燥させるステップとを含んで
    なる方法であって、 第２のステップ（ｉｉ）において、前記比較的細い線（２）の前記組のための
    第１のペーストがステンシルを用いて適用され、次いで、前記比較的広いストリ
    ップ（３）の前記組のための第２のペーストが、無接触式で適用される装置（４
    ）を用いて適用されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記第１のペーストと前記第２のペーストとが、同一である
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記第２のペーストが、前記第１のペーストより低い粘度を
    有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ステンシルが、前記比較的細い線（２）の前記組に対応
    して約１００μｍより狭い幅を有するスロットが中に配置されているフォイルを
    備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１つの請求項に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記幅が、約５０μｍより狭いことを特徴とする請求項４に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記フォイルが、約５０μｍより薄い厚さを有することを特
    徴とする請求項４または５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 無接触式塗布のための前記装置（４）が、前記基板（１）の
    上に配置可能であるノズル（９）を具備する、方法において、前記ノズル（９）
    と前記基板（１）とを互いに対して移動させることによって、前記ノズル（９）
    が前記比較的広いストリップ（３）の組の所定のパターンに追従して、前記第２
    のペーストが塗布されることを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれ
    か１つの請求項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記ノズル（９）が、１に等しくない値を有するアスペクト
    比を有する横断面を有することを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記アスペクト比が、２より大きい値を有することを特徴と
    する請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記アスペクト比が、少なくとも５に等しい値を有するこ
    とを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記ノズル（９）の横断面の長手軸線が、前記基板（１）
    の前記表面に対して平行に延び、前記ノズル（９）と前記基板（１）との相対運
    動の方向に対して垂直に延びることを特徴とする請求項８から請求項１０のうち
    のいずれか１つの請求項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記ノズル（９）が、約１．５ｍｍの長さの長軸と、約３
    ００μｍの長さの短軸とを有する横断面を備えた請求項８から請求項１１のうち
    のいずれか１つの請求項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１から請求項６のうちのいずれか１つの請求項に記
    載の方法に従って、光起電素子のための基板（１）の外面のうちの１つに、一組
    の比較的広いストリップ（１）のための第２のペーストを無接触式で塗布するた
    めの装置（４）において、前記装置（４）が、前記基板（１１）の上に配置可能
    なノズル（９）を具備し、前記基板（１）とこのノズル（９）とは、互いに対し
    て移動可能であり、このようにして、前記基板（１）と前記ノズル（９）との相
    対運動の間に、前記ノズル（９）が、前記比較的広いストリップ（３）の前記組
    の前記所定のパターンに追従するようにすることを特徴とする装置（４）。
  14. 【請求項１４】 前記ノズル（９）が、１に等しくない値を有するアスペク
    ト比を有する横断面を備えたことを特徴とする請求項７に記載された方法を実施
    するための、請求項１３に記載の装置（４）。
  15. 【請求項１５】 請求項８に記載の方法を実施するための、請求項１４に記
    載の装置（４）において、前記アスペクト比が、２より大きい値を有することを
    特徴とする装置（４）。
  16. 【請求項１６】 請求項９に記載の方法を実施するための、請求項１５に記
    載の装置（４）において、前記アスペクト比が、少なくとも５に等しい値を有す
    ることを特徴とする装置（４）。
  17. 【請求項１７】 請求項８から請求項１０のうちのいずれか１つの請求項に
    それぞれ記載の方法を実施するための、請求項１４から請求項１６のうちのいず
    れか１つの請求項に記載の装置（４）において、前記ノズル（９）の横断面の長
    手軸線が、前記基板（１）の前記表面に対して平行に延び、前記ノズル（９）と
    前記基板（１）との前記相対運動の方向に対して垂直に延びることを特徴とする
    装置（４）。
  18. 【請求項１８】 請求項８から請求項１１のうちのいずれか１つの請求項に
    それぞれ記載の方法を実施するための、請求項１４から請求項１７のうちのいず
    れか１つの請求項に記載の装置（４）において、前記ノズル（９）が、約１．５
    ｍｍの長さの長軸と、約３００μｍの長さの短軸とを有することを特徴とする装
    置（４）。
  19. 【請求項１９】 請求項１から請求項１２のうちのいずれか１つの請求項に
    記載の方法に従って適用されたメタライゼーションパターン（２、３）が施され
    た光起電素子。
JP2000595386A 1999-01-20 2000-01-14 光電池のための基板にメタライゼーションパターンを適用する方法および装置 Pending JP2003536240A (ja)

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