JP2009051054A

JP2009051054A - 太陽電池の製造方法およびスクリーン印刷装置

Info

Publication number: JP2009051054A
Application number: JP2007218500A
Authority: JP
Inventors: Kimihiro Shoji; 公博小路; Toshio Kimura; 敏夫木村; Tsutomu Yamazaki; 努山崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】貫通孔を有するワークにペースト材料をスクリーン印刷する工程を含む太陽電池の製造方法において、貫通孔を有するワークの貫通孔をとおしてペースト材料が印刷ステージへ付着することを抑制した製造方法を提供する。
【解決手段】貫通孔を有するワークにペースト材料をスクリーン印刷する工程を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、前記スクリーン印刷する工程は、前記貫通孔を有するワークを吸引固定するための吸引孔と、前記ワークの貫通孔に対応するペースト受け孔とを有する印刷ステージを用いてスクリーン印刷する太陽電池の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の製造方法および、太陽電池の製造方法に好適に用いられるスクリーン印刷装置に関する。特に、貫通孔を有するワークを用いた太陽電池の製造方法およびスクリーン印刷装置に関する。

従来、ペースト材料を用いた厚膜印刷基板の形成方法としては、生産性、信頼性などの面で優れているスクリーン印刷が用いられる場合が多い。

スクリーン印刷を、スルーホールを有するプリント基板に適用した例として、特許文献１においては、印刷用基板の固定用印刷テーブルのペースト吸引部を複数に分割し、各分割した吸引部に対応した吸引装置を設けることが提案されている。このように、ペーストの吸引部を複数に分割した場合には、印刷始めの段階と終わりの段階において、ペーストを吸引する強さを一定に保つことができ、プリント基板全体のスルーホールにおけるペーストの流れ込み量を均一にすることができるようになる。また、スルーホールにおけるペーストの流れ込み量が均一となるように設計されたスクリーン印刷方法および装置として、たとえば、特許文献２および３には、プリント基板のスルーホールに流れ込むペースト量を調整するために、ペーストの刷り込み前に基板を所定温度に加熱したり、スルーホールに対応する整流治具を設けたりする方法が検討されている。

他方、太陽電池用基板についてもスクリーン印刷による基板の形成方法が検討されている。しかしながら、太陽電池用基板は、プリント基板に比べて薄く、機械的強度が小さいため、上記特許文献１〜３に記載のような印刷方法では、基板が割れるなどの問題があった。

上記問題に鑑み、従来、太陽電池用基板にスクリーン印刷する技術として、たとえば図６に示されるように、基板の下方に印刷テーブルを設けたスクリーン印刷装置が用いられてきた。図６は従来のスクリーン印刷装置の断面図であり、スルーホール（ワーク貫通孔２０１ａ）を有する印刷用基板（ワーク２０１）と、印刷用基板（ワーク２０１）を固定吸引するための吸引孔２０２ａを有する印刷用基板２０１の固定用印刷テーブル２０２と、固定用印刷テーブル２０２に印刷用基板２０１を吸引して固定するための吸引装置２０６と、印刷用基板２０１に所定の電極パターンを印刷するためのスクリーン２０３と、ペースト２０４材料と、ペースト材料２０４の印刷用のスキージ２０５とを備える。上記構成からなる図６に記載のスクリーン印刷装置においては、固定用印刷テーブル２０２に基板２０１をセットした後、上記吸引装置２０６を作動させることで、基板２０１のワーク貫通孔２０１ａの内周面にペースト２０４を吸引し塗着させている。

しかしながら、上記構成の印刷装置では、印刷用基板（ワーク２０１）のスルーホール（ワーク貫通孔２０１ａ）に刷り込まれたペーストが印刷テーブルに付着するため、印刷テーブルに付着したペーストによる基板の汚れの問題や、印刷ごとに印刷ステージ表面を掃除する必要があり、印刷効率が不十分であるという問題があった。
特開平３−２５１号公報特開平２−３５７９４号公報実公昭６３−１１９２７５号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、貫通孔を有するワークに導電性ペーストをスクリーン印刷する工程を含む太陽電池の製造方法において、貫通孔を有するワークに対して良好な印刷を行なうことができる方法および装置を提供することを目的とする。

本発明は、貫通孔を有するワークにペースト材料をスクリーン印刷する工程を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、上記スクリーン印刷する工程は、上記貫通孔を有するワークを吸引固定するための吸引孔と、上記ワークの貫通孔に対応するペースト受け孔とを有する印刷ステージを用いてスクリーン印刷する太陽電池の製造方法に関する。

上記スクリーン印刷する工程は、ワーク裏面側にＡｇペーストをスクリーン印刷する第１工程と、ワーク裏面側にＡｌペーストをスクリーン印刷する第２工程と、ワーク表面側にＡｇペーストをスクリーン印刷する第３工程とを含み、上記第１、第２および第３工程において同一の上記印刷ステージを用いることが可能である。

また、本発明は、貫通孔を有するワークを固定する印刷ステージと、ワークにペースト材料からなるパターンを印刷するためのスクリーンと、上記ペースト材料をスクリーンを介して上記ワーク上に塗布するためのスキージとを少なくとも備えたスクリーン印刷装置であって、上記印刷ステージは、上記貫通孔を有するワークを固定吸引するための吸引孔と、上記ワークの貫通孔に対応するペースト受け孔とを有する印刷ステージであるスクリーン印刷装置に関する。

本発明の製造方法およびスクリーン印刷装置によれば、印刷ステージがワークを吸引するための吸引孔を有するので、にじみ等の印刷不良を起こすことなく、ワークをしっかりと固定した状態で印刷することができる。また、上記印刷ステージがワークを吸引するための吸引孔とは別に、ワークの貫通孔に対応する貫通していないペースト受け孔を有するので、印刷ステージを汚すことがなく、印刷を良好に行なうことができる。また、印刷ステージを印刷毎に清掃する必要がなく、印刷効率を向上させることができる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示している。

＜スクリーン印刷装置＞
本発明の太陽電池の製造方法に用いるスクリーン印刷装置は、貫通孔を有するワークを固定する印刷ステージと、ワークにペースト材料からなるパターンを印刷するためのスクリーンと、上記導電性ペーストをスクリーンを介して上記ワーク上に塗布するためのスキージとを少なくとも備える。

＜ワーク＞
本発明におけるワークは、太陽電池を製造する場合は、太陽電池素子として用いられるシリコンウエハを含むものであり、１以上の貫通孔を有する。ワークが１以上の貫通孔を有することにより、ウエハにおけるｎ型電極の接続を太陽電池の裏面にとることができ、その結果全ての配線を裏面とできるので（バックコンタクト）、高出力、高効率の太陽電池を製造することができる。ワークとしては、好ましくはたとえば該シリコンウエハのいずれか一方の表面に反射防止膜を設けたものがあげられる。ワークの形状は特に限定されず、太陽電池素子として用いられる種々のワークを適用することができる。上記ワークの貫通孔（ワーク貫通孔）の孔径は特に限定されるものではなく、一般に太陽電池の基板に設けられる貫通孔の大きさを広く採用することができる。たとえば、上記ワーク貫通孔はその孔径が５０μｍ〜５００μｍであることが好ましいが、貫通孔を設けるための手段や装置の性能などにより適宜変更される。なお、本発明においてワーク貫通孔はスクリーンにおけるバスバー電極に対応する部分に形成された複数の不連続な貫通孔である。
本発明において上記ワークの形状等は目的や必要に応じて適宜選択し得るものである。

＜印刷ステージ＞
印刷ステージは、上記貫通孔を有するワークを固定するものであり、ワークを吸引固定するための吸引孔と、ワーク貫通孔に対応する貫通しないペースト受け孔とを有する。本発明において印刷ステージの厚みは特に限定されず、スクリーン印刷において通常用いられる厚みのものを適用することができる。上記吸引孔は貫通した孔であり、吸引孔をとおしてワークを吸引し印刷ステージ上に固定するために設けられる。この吸引孔の孔径は、後述の吸引装置の出力とにより調整すればよく、ワークを印刷ステージ上に強固に固定しておくために、たとえば１ｍｍ〜５ｍｍとすることができる。

また、上記吸引孔のほかに本発明の印刷ステージは、ワーク貫通孔に対応するペースト受け孔をさらに有する。該ペースト受け孔は貫通しない孔であり、この貫通しないペースト受け孔を印刷ステージに設けることによって、導電性ペーストなどのペースト材料をスクリーン印刷する際に、ワークに設けられた貫通孔をとおしてペースト材料が垂れ印刷ステージに付着するという問題を解決することができる。上記ワーク貫通孔に対応するペースト受け孔の孔径は、ワーク貫通孔の孔径よりも大きければよく、たとえば、ワークにおける貫通孔の孔径の２倍〜１０倍の大きさとすることができる。上記ペースト受け孔の深さは特に限定されるものではなく、印刷ステージの厚みに対応して決定すればよいが、ワークをとおして垂れたペースト材料をできるだけ多く保持し、また、印刷効率を低下させないために可能な限り印刷ステージの厚みに近いものとすることがよい。

＜吸引装置＞
吸引装置は、印刷ステージ上のワークを吸引固定するために設けられ、ワーク全体にわたり均一な力で固定しておくように配置される。また、上記吸引装置としては、特に限定されず、真空ポンプを備えた吸引装置を適用すればよい。

＜スクリーン＞
スクリーンは、ワークに所定の電極パターンを印刷するために用いられる。スクリーンとしては、ＳＵＳ３０４などのステンレスからなるスクリーンなどがあげられ、電極パターン等の形状にあわせて選択することができる。

＜スキージ＞
スキージは、導電性ペーストなどのペースト材料を、スクリーンを介してワーク上に塗布するために設けられる。このとき、上記スキージをスクリーンに押圧しながら所定の方向に走査させることにより、ワーク上に導電性ペーストを塗布することができる。本発明においてスキージの形状は、スクリーンや印刷パターンにあわせて選択して用いればよい。

＜ペースト材料＞
上記ペースト材料としては、太陽電池を製造する際は、たとえば、ガラス粉末、導体となるＡｌ、Ａｇなどの金属粉、印刷性を付与するための樹脂および溶剤を主成分として、これらを混合し、分散させたものであり、通常導電性を付与するために調整し使用される導電性ペーストを適宜選択して用いることができる。

上記ペースト材料は、スクリーン印刷における塗布のしやすさや、ワーク貫通孔への刷り込み性から、たとえばその粘度を回転子粘度計ＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄＨＢＴＵＣ＆ＳＰを用いて１０ｒｐｍ、２５℃の条件で測定した場合に、５０Ｐａ・ｓ〜４００Ｐａ・ｓに調整したペースト材料であることが好ましい。なお、ペースト材料の粘度は、上記範囲に限定されるものではなく、スキージの押圧力や印刷パターンなどにより変化するものである。

＜太陽電池の製造方法＞
本発明の太陽電池の製造方法は、貫通孔を有するワークにペースト材料をスクリーン印刷する工程を少なくとも含む。

本発明の上記製造方法は、代表的には図１に示される装置を用いて実行される。上記スクリーン印刷する工程において、まず、ワーク１０１が有する貫通孔１０１ａが印刷ステージ１０２に設けられた貫通しないペースト受け孔１０２ｂ上に位置するようにセットする。ついで、真空ポンプを備えた吸引装置１０６を作動させて、ワーク１０１を印刷ステージ１０２に固定する。このように印刷ステージ１０２に設けられた貫通孔である吸引孔１０２ａをとおして、ワーク１０１を吸着固定するので、印刷ずれを起こすことなくスクリーンが有する電極パターンを正確に印刷することができる。次に、スクリーン１０３上の導電性ペースト１０４をスキージ１０５で押圧しながら図１中の矢印Ａの方向に進行させて、ワーク１０１上に導電性ペースト１０４をスクリーン印刷する。

上記スクリーン印刷時のワーク貫通孔の状態について、反射防止膜１０７を備えたシリコンウエハ１０８を含むワーク、およびＡｇペーストを用いておこなった場合を例に説明する。上記スクリーン印刷されたペースト材料は、たとえばワーク貫通孔を塞ぐように刷り込まれた状態（図２）またはワーク貫通孔は塞がずに、該貫通孔の内周面に沿うように刷り込まれた状態（図３）となる。ここで、ワーク１０１の貫通孔１０１ａを塞ぐように導電性ペースト１０４が刷り込まれた場合を例にとると、ワーク１０１および印刷ステージ１０２のペースト受け孔１０２ｂは、図４に示すような状態となり、印刷ステージ１０２のワーク１０１側表面に導電性ペーストが付着することなく印刷されている。また、ワーク貫通孔１０１ａを塞がずに該貫通孔の内周面に沿うように刷り込まれた状態であっても、余剰のペーストは１０２ｂペースト受け孔に取り込まれるため、印刷ステージ１０２のワーク１０１側表面に導電性ペーストが付着することはない。なお、ワーク貫通孔１０１ａは、導電性ペースト（またはその後に焼成した電極）により塞がれる必要はなく、該ワーク貫通孔１０１ａにおいて、太陽電池の裏面銀電極と表面銀電極とが接触していればよい。また、モジュール組み立ての点からは上記ワーク貫通孔１０１ａは、塞がれることが好ましく、たとえば、１回の印刷によりワーク貫通孔１０１ａが塞がれない場合でも、後述のように、複数の工程により電極を形成することによりワーク貫通孔１０１ａを塞いだ状態で表面と裏面とを導通することができる（図５）。

本発明の製造方法では、通常の太陽電池の製造方法と同様にさらに上記スクリーン印刷した導電性ペーストを焼成し電極を形成する工程を含むことができる。導電性ペーストを焼成することにより、導体配線や電極が基板上に形成することができる。導電性ペーストを焼成する温度は、特に限定されるものではなく、用いた導電性ペーストにあわせて調整すればよい。

また、本発明の製造方法においては、上記スクリーン印刷する工程に、ワーク裏面側にＡｇペーストをスクリーン印刷する第１工程と、ワーク裏面側にＡｌペーストをスクリーン印刷する第２工程と、ワーク表面側にＡｇペーストをスクリーン印刷する第３工程のように、複数の導電性ペーストを順次スクリーン印刷する工程を含むことができ、これら複数のスクリーン印刷の工程（上記第１工程、第２工程および第３工程）において、同一の印刷ステージを用いることができる。つまり、上記のように、本発明の製造方法においては、印刷ステージがワーク貫通孔に対応する貫通しないペースト受け孔を有することから、印刷時の導電性ペーストの垂れによる印刷ステージ表面への付着問題がないので、上記それぞれのスクリーン印刷毎に印刷ステージを清掃することなく、そのままの状態で使用することができる。これにより、印刷効率を向上させることが可能となる。なお、本発明においてスクリーン印刷の工程が複数である場合、各スクリーン印刷の工程には適宜導電性ペーストの焼成または乾燥の工程が含まれるものとする。

上記複数のスクリーン印刷の工程を含む場合について、以下に例をあげて説明する。まず、図４に示されるようにワークの反射防止膜１０７の設けられていない面（受光面の反対側の面、ワーク裏面）側にＡｇペーストをスクリーン印刷し、その後７００℃〜８００℃で焼成して、太陽電池の裏面Ａｇ電極１０９とする。ついで、Ａｇペーストの印刷時に用いた印刷ステージ１０２に、Ａｇペーストの印刷と同様に上記ワークの反射防止膜１０７の設けられていない面を上面としてセットして、Ａｌペーストをスクリーン印刷し、その後１５０℃〜２００℃で乾燥させる。このとき、上述のようにＡｌペーストのスクリーン印刷の際に、Ａｇペーストのスクリーン印刷時に用いた印刷ステージを用いることによって、先に設けた裏面Ａｇ電極１０９がＡｌペーストのスクリーン印刷時に印刷割れの起点となることがない。さらに、先の印刷ステージと同一の印刷ステージを用いてワークの受光面側にＡｇペーストをスクリーン印刷し、その後１５０℃〜２００℃で乾燥させ、最後に７００℃〜８００℃で焼成することにより、太陽電池の表面集電極、裏面電極を形成することができる。

本発明の太陽電池の製造方法においては、上記のスクリーン印刷工程のほかに、太陽電池の製造において一般に含まれるペースト材料の焼成工程や、テクスチャ構造を形成するエッチング工程、反射防止膜を生成するＣＶＤ工程を適宜含むものである。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

ワーク裏面側にＡｇペーストをスクリーン印刷する第１工程と、ワーク裏面側にＡｌペーストをスクリーン印刷する第２工程と、ワーク表面側にＡｇペーストをスクリーン印刷する第３工程とを含む太陽電池の製造方法について図面とともに本発明の実施例を示す。

（第１工程）
シリコンウエハの片面全体に反射防止膜を設けたワーク貫通孔１０１ａを有するワーク１０１を、このワークの貫通孔に対応する貫通しないペースト受け孔１０２ｂと、ワークを固定するための吸引孔１０２ａを有する印刷ステージ１０２上に、反射防止膜を設けていない面が上面となるようにセットした。印刷ステージ１０２の下方に設けられた真空ポンプを備えた吸引装置１０６を作動させて、印刷ステージ１０２の吸引孔１０２ａをとおしてワーク１０１を吸引固定させた。つぎに、スクリーン１０３の左端にペースト材料１０４として、Ａｇペーストをのせ、スキージ１０５を押圧しながら図１の矢印Ａの方向に走査させた。スキージの押圧走査により、スクリーン１０３から押し出されたＡｇペーストがワーク貫通孔１０１ａに刷り込まれた。印刷後の印刷ステージ１０２の表面にはＡｇペーストの垂れは全く観測されなかった。また、ワーク貫通孔１０１ａを観測すると、図２および３に示すように、ワーク貫通孔１０１ａが全てＡｇペーストにより塞がれている状態のものと、またはワーク貫通孔１０１ａの内周面にＡｇペーストが付着した状態のものとが確認された。その後、７００℃〜８００℃で焼成することにより太陽電池の裏面Ａｇ電極１０９（ｎ型電極）を形成した。

（第２工程）
次に、Ａｇペーストを印刷した面と同一の面を上面としてワーク１０１を印刷ステージ１０２にセットした。この印刷ステージ１０２は、上記第２工程と同一のものとした。先のＡｇペーストのスクリーン印刷と同様に、Ａｌペーストをスクリーン上にセットし、スキージ１０５を押圧走査して、ワーク１０１にＡｌペーストをスクリーン印刷した。このＡｌペーストは、太陽電池の裏面電極（ｐ型電極）として設けられるものであり、図５の１１０に示すような形状となる電極パターンを有するスクリーンを用いて印刷をおこなった。その後、ワーク１０１を印刷ステージ１０２からはなし、１５０℃〜２００℃に熱した炉内にワーク１０１を入れ、Ａｌペーストを乾燥させた。乾燥後ワークのＡｌペーストを印刷した部分で、先の裏面Ａｇ電極１０９が起点となる割れは全く観測されなかった。また、Ａｌペーストのスクリーン印刷後においても、印刷ステージ１０２の表面には、導電性ペーストの付着は観測されなかった。

（第３工程）
その後、ワーク１０１の反射防止膜を設けた面を上面として、上記第１工程および第２工程で用いたものと同一の印刷ステージ１０２にセットした。上述のスクリーン印刷と同様に、先に用いたＡｇペーストと同一のＡｇペーストをスクリーン１０３の左端にセットし、スキージ５を押圧走査させて、ワーク１０１の反射防止膜を設けた面上にＡｇペーストを印刷し、その後１５０℃〜２００℃の炉内でＡｇペーストを乾燥させた。このＡｇペーストの印刷パターンは図４の１１１で示されるものである。第３のスクリーン印刷におていも、印刷ステージ１０２の表面には、導電性ペーストの付着はなかった。

上記のように各ペーストを印刷したワークを７００℃〜８００℃の温度で焼成し、表面Ａｇ電極１１１（ｎ型電極）を形成し、太陽電池を得た。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明における構造を有する印刷ステージを備えたスクリーン印刷装置は、太陽電池の製造方法に限られず、貫通孔を有する被印刷物のスクリーン印刷全般に適用できるものであり、連続的なスクリーン印刷において優れた効果を奏するものである。

本発明の製造方法およびスクリーン印刷装置を示す図である。Ａｇペーストがワーク貫通孔を塞ぐようにスクリーン印刷された状態を示す図である。Ａｇペーストがワーク貫通孔の内周面に沿ってスクリーン印刷された状態を示す図である。Ａｇペーストがスクリーン印刷された際の印刷ステージのペースト受け孔付近の一例を示す図である。印刷ステージのペースト受け孔付近における太陽電池の裏面Ａｇ電極、表Ａｇ電極、Ａｌ電極の形状の一例を示す図である。従来のスクリーン印刷装置を示す図である。

符号の説明

１０１，２０１ワーク、１０１ａ，２０１ａワーク貫通孔、１０２，２０２印刷ステージ、１０２ａ，２０２ａ吸引孔、１０２ｂペースト受け孔、１０３，２０３スクリーン、１０４，２０４ペースト材料、１０５，２０５スキージ、１０６，２０６吸引装置、１０７反射防止膜、１０８シリコンウエハ、１０９裏面Ａｇ電極、１１０Ａｌ電極、１１１表面Ａｇ電極。

Claims

貫通孔を有するワークにペースト材料をスクリーン印刷する工程を少なくとも含む太陽電池の製造方法であって、
前記スクリーン印刷する工程は、前記貫通孔を有するワークを吸引固定するための吸引孔と、前記ワークの貫通孔に対応するペースト受け孔とを有する印刷ステージを用いてスクリーン印刷する太陽電池の製造方法。
前記スクリーン印刷する工程は、ワーク裏面側にＡｇペーストをスクリーン印刷する第１工程と、ワーク裏面側にＡｌペーストをスクリーン印刷する第２工程と、ワーク表面側にＡｇペーストをスクリーン印刷する第３工程とを含み、前記第１、第２および第３工程において同一の前記印刷ステージを用いる請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
貫通孔を有するワークを固定する印刷ステージと、ワークにペースト材料からなるパターンを印刷するためのスクリーンと、前記ペースト材料をスクリーンを介して前記ワーク上に塗布するためのスキージとを少なくとも備えたスクリーン印刷装置であって、
前記印刷ステージは、前記貫通孔を有するワークを固定吸引するための吸引孔と、前記ワークの貫通孔に対応するペースト受け孔とを有する印刷ステージであるスクリーン印刷装置。