JP2015147420A - 光起電力セル上に印刷するためのシルクスクリーンステンシル - Google Patents

光起電力セル上に印刷するためのシルクスクリーンステンシル Download PDF

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Abstract

【課題】得られる光起電力セルの性質を最適化することを可能にし，効果的且つ経済的であり高い生産性を有する方法を介して，光起電力セル上に導電体を製作するためのステンシルを提供する。【解決手段】中央印刷領域13に設けられ、印刷すべきデザインを表す溝を含むスクリーン印刷システム用のステンシルであって、中央印刷領域13の変形の特性より大きい周縁変形領域14の変形の特性を誘導する表面を有し、中央印刷領域13の変形を低減しながら、ステンシルに加えられる張力により前記周縁変形領域14の変形を誘導することが意図されている(1以上の)開口を周縁変形領域14に含むことを特徴とするステンシル。【選択図】図２

Description

本発明は、スクリーン印刷システム用のステンシルに関し、またそのようなステンシルを備える印刷システムそれ自体に関する。本発明は、光起電力デバイスを製造すること、特に光起電力セル上に集電導体を印刷するのに特に適している。また、本発明は、そのようなステンシルを使用する印刷方法に関し、またそのような印刷方法を包含する、光起電力セルを製造するための方法に関する。また、本発明は、そのような方法を実施する、光起電力セルを製作するためのユニットに関する。
光起電力セルは、半導体、一般にシリコン製のウェハを使用して製造される。この製造は、導電体をウェハの表面上に形成することを特に必要とする。図1は、従来技術によるウェハ1の表面を示しており、該ウェハは、集電導体2と呼ばれる幅の細い第1の平行導体を備え、該集電導体2の機能は、光によってシリコン内で生み出される電子を収集することである。さらに、ウェハ1の表面は、集電導体2に直交する方向に配向された、「バスバー」と呼ばれることもある他の、より幅の広い平行導体3を備え、そのバスバーの機能は、より大きな電流を光起電力セルから光起電力セルへ伝送することである。これらのより幅の広い導体3は、一般に、それらの長さ全体にわたって延びる金属片に接続される。これらの導体2、3のすべてが、連続的な導電性のラインを形成することを可能にする様々な技術によって得られ、これらのラインは、ウェハの長さ及び幅全体にわたって連続的に延びる。
これらの導体を製作するために、たとえば、ある従来技術の方法は、一つ又は二つのスクリーン印刷ステップで、導電性インクをウェハ上にスクリーン印刷するものである。そのために、この方法では、布又は織物から形成されたスクリーンに導電性インクを通す。この布は、インクが通過しなければならない場所を除いて封止層で被覆される。インクは、ドクターブレードを使用して布に押し通されるが、布の糸によりこの操作が妨げられ、得られる導体は、特に堆積されたインクの層の高さの均一性に関して理想的な幾何形状を有することは決してなく、この方法では、十分に満足な性能を有する導体を形成することができない。特に、これらの導体の電気性能は、それらの幾何形状、特にそれらの厚さ/幅比に非常に影響を受けやすく、厚さは、ウェハ1に直交する垂直方向で測定され、幅は、導体に対して横断方向である水平方向で測定される。
これらの欠点を克服するために、第2の従来技術の方法は、上記の布を、貫通開口を含む金属ステンシルで置き換えるものである。しかし、金属マスクを弱めないように、また印刷中に最適な挙動を得るために、開口の領域、特にステンシルの長さ又は幅全体にわたって延びる開口の領域を制限しなければならず、この方法は、一般に、図1に示されている様々な導体を得ようとする場合、二つの別々の相補的なマスクを使用して、少なくとも二つの印刷層を重ね合わせることを必要とする。そのため、この方法は、依然として複雑であり、コストがかかる。さらに、金属ステンシルは、布の弾性を有しておらず、ドクターブレードの作用下で十分に変形しないので、アセンブリに十分な弾性を与えるために、布がその周縁部に接着されて結合されており、この構造は、「トランポリン」アセンブリと呼ばれる。しかし、この第2の方法は、以下の欠点を有する。
- 布は、金属ステンシルに対して応力を作用させ、それにより金属ステンシルがその開口、特に縁部に位置する開口周りで変形する。これにより、印刷される構造物が、望ましいものより大きくなり、アスペクト欠陥が生じ、それにより光起電力セルの性能が低下する。
- さらに、布に作用するこの応力は、一般に非常に薄い金属ステンシルのさらなる全体的な変形をさえも誘発するおそれがあり、たとえば直線であることが意図されたラインを曲げる。したがって、本来の導体が変形する。さらに、導電性インクの第2の層を第1の層上に正確に重ね合わせることは非常に困難であり、それにより光起電力セルの性能が劣化する。
例として、欧州特許出願公開第0729189号明細書は、この第2の方法に対する特定の手法を示している。
欧州特許出願公開第0729189号明細書
したがって、本発明の全体的な目的は、光起電力デバイスのウェハ上に導電体を形成するための解決策を提供することであり、この解決策は、従来技術の解決策の欠点を低減する。
より正確には、本発明は、以下の目的の全部又は一部を達成しようとするものである。
本発明の第1の目的は、得られる光起電力セルの性能を最適化することを可能にする、光起電力セル上に導電体を製作するための解決策を提供することである。
本発明の第2の目的は、効果的且つ経済的であり高い生産性を有する方法を介して、光起電力セル上に導電体を製作するための解決策を提供することである。
このために、本発明は、スクリーン印刷システム用のステンシルであって、中央印刷ゾーンに、印刷すべきパターンを形成するスリットを備え、周縁変形ゾーンに、1以上の開口を備え、前記開口は、前記ステンシルに加えられた応力の作用下で前記周縁変形ゾーンを変形させて前記中央印刷ゾーンの変形を低減することが意図されていることを特徴とするステンシルに関する。
ステンシルは、周縁変形ゾーンに、中央印刷ゾーンのスリットに対して実質的に平行に伸びる少なくとも一つの直線のスリット形開口を備えてもよい。
前記周縁変形ゾーンの開口は、前記中央印刷ゾーンよりも前記周縁変形ゾーンが変形しやすい性質を有するように導く面積を有することができる。
周縁変形ゾーンの開口は、少なくとも一つの連続的な直線の開口又は材料のブリッジによって隔てられた不連続の直線の開口を含むことができる。
本発明は、特許請求の範囲によってより正確に規定される。
本発明のこれらの目的、特徴、及び利点について、以下の、添付の図に関して示されている特定の非限定的な実施形態の説明において、詳細に論じる。
従来技術による光起電力セルの表面上の導体の概略図である。 本発明による、光起電力セルの表面上に導体を印刷するためのスクリーン印刷システムの概略図である。 本発明の第1の実施形態によるステンシルの平面図である。 本発明の第1の実施形態によるステンシルの外側部の拡大平面図である。 本発明の第2の実施形態によるステンシルの平面図である。 本発明の第2の実施形態によるステンシルの外側部の拡大図である。 本発明の第3の実施形態によるステンシルの平面図である。 本発明の第3の実施形態によるステンシルの外側部の拡大図である。 本発明の第4の実施形態によるステンシルの平面図である。 本発明の第4の実施形態によるステンシルの外側部の拡大図である。 本発明の第5の実施形態によるステンシルの平面図である。 本発明の第5の実施形態によるステンシルの外側部の拡大図である。 本発明の第6の実施形態によるステンシルの平面図である。
図2は、光起電力セルを形成するためにシリコンウェハ5の表面上に導体をスクリーン印刷するためのステップに適用される、本発明の一実施形態の原理を示す。この印刷システムは、シリコンウェハ5が載置される印刷用テーブル11と、中央印刷ゾーン13及び周縁変形ゾーン14を備える金属ステンシル12とを備える。この金属ステンシル12は、前述のトランポリン構造に従って、布15が、任意の固定デバイス16によってその周縁部に固定されて結合されている。
金属ステンシル12の中央印刷ゾーン13は開口を備え、該開口は、導電性インクを通過させてシリコンウェハ5の表面上に導体を形成することが意図され、上述したように、また図1に示されているように、将来の光起電力セルの様々な導体を形成するためのものである。さらに、ステンシル12は周縁変形ゾーン14を備え、該周縁変形ゾーン14は、印刷中のドクターブレード及び布15の保持によって生じる応力の作用下で意図的に変形することが好ましく、ステンシルの中央印刷ゾーン13、特にその外側部の変形を軽減し、さらには完全に抑制し、これにより、従来技術の欠点を回避する。
図3〜図12は、本発明の様々な実施形態による印刷システム用の特定のステンシルの例を示す。
図3及び図4は、したがって、ステンシルの第1の実施形態を示す。このステンシルは中央印刷ゾーン13を備え、該中央印刷ゾーンは第1の平行な横断スリット22を備え、該スリットは光起電力セル上に集電導体を形成することが意図されている。これらの横断スリット22は、不連続であり、ステンシルを弱めすぎないようにするために材料のブリッジ24によって隔てられている。したがって、中央印刷ゾーン13は、印刷すべき光起電力セルの面積と実質的に等しい面積を有し、その開口22すべてが導電性インクを透過することが意図されている。
さらに、このステンシルは、中央印刷ゾーン13と横方向の布15との間に、光起電力セル上に印刷すべき領域を越えて位置することが意図された周縁変形ゾーン14を備える。周縁変形ゾーン14は開口32を備え、開口32は、集電導体のための横断スリットと同様であり、同じ幅のものであり、平行に伸び、材料のブリッジ34によって隔てられている。これらのブリッジ34は、中央印刷ゾーン13のブリッジ24と位置合わせされる。この実施形態では、これらの開口32は、二つの平行な直線スリットからなり、スリットのそれぞれは、各三つのブリッジ34によって分離された四つのセグメントを含む。しかし、これらのブリッジ34は、中央印刷ゾーン13のブリッジ24の幅d1より小さい幅d2を有する。この実施形態では、d1=0.8mm、及びd2=0.5mmである。したがって、開口32は、中央印刷ゾーン13の横断スリット22よりも、変形に有利な構成を有する。さらに、開口32は、ステンシルの一部の布15による最大の応力を受ける部分に位置するので、開口32の望ましい変形は、高い応力が中央印刷ゾーン13に伝わるのを防止し、中央印刷ゾーン13の変形を大きく減少させる。
変形例として、ステンシルの周縁部の変形を助長し、中央の変形を助長しない任意の他の幾何形状を選択してもよい。たとえば、開口32は、横断スリット22間のブリッジ24の数より少ない数のブリッジ34を備えることができる。
さらに、周縁ゾーン14の開口32は、印刷の用に供されないこの周縁ゾーンをインクが通過する可能性を排除するために、可撓性の封止フィルムによって閉じられる。
周縁変形ゾーン14は、ステンシル全体に機械的安定性を与える連続ゾーン17によって中央印刷ゾーン13から分離されることに留意されたい。
図5及び図6は、第2の実施形態を示し、該実施形態は周縁変形ゾーン14の開口32がはるかに幅広である点で先の実施形態と異なるが、先の実施形態におけるものと同一である中央印刷ゾーンのブリッジ24の幅d1より依然として小さい幅d2のブリッジ34によって依然として分離されている。さらに、この中央印刷ゾーン13は、将来の集電導体に直交して配向された、より幅の広い不連続の開口23を備え、これらの開口23は、光起電力セルの将来の二つの「バスバー」を形成することが意図されている。
図7及び図8は、中央印刷ゾーン13において、集電導体を形成するための横断スリット22が、五つのブリッジ24によって隔てられた六つのセグメントで構成されている点で先の実施形態と異なるステンシルの第3の実施形態を示す。この実施形態では、将来のバスバー用の開口23間に設けられたブリッジ24が他のブリッジ24'より狭い(d1<d3)ことに留意されたい。さらに、このステンシルは、上記のように二つではなく三つのバスバーを製作することが意図されている。同様に、周縁変形ゾーン14は、横断スリット22に平行な二つの開口32を備え、これらの開口は、中央印刷ゾーン13のブリッジ24、24'より小さい幅d2のブリッジ34によって隔てられている(d2<d1、d2<d3)。
図9及び図10は、第4の実施形態を示し、この実施形態は、先の実施形態の場合のように将来のバスバー用の開口23間に設けられたブリッジ24が他のブリッジ24'より狭い点で第1の実施形態と異なる。
図11及び図12は、第5の実施形態を示し、この実施形態は、周縁変形ゾーン14に位置する開口32を隔てるブリッジ34が必ずしもすべて中央印刷ゾーン13の横断スリット22の開口24と位置合わせされない点で先の実施形態と異なる。周縁変形ゾーン14に位置する開口32は、異なる太さを有する。さらに、この実施形態では、将来のバスバーを作成するために設けられた開口23が、わずかに異なる形状を有し、スリット22に平行な方向に配向される。最後に、この実施形態は、図4における実施形態と組み合わされてもよい。
当然ながら、示されているもの以外の実施形態を想定することが可能である。具体的には、周縁変形ゾーン14の開口32は、必ずしも直線でない他のサイズ及び形状であってもよく、それらは必ずしも所与のステンシルにおいて同一である必要はない。中央印刷ゾーン13のどちらかの側に少なくとも一つの開口32がある。これらの開口は、中央印刷ゾーン13の周囲に対称に分配されることが好ましい。図の開口32は不連続であるが、変形例として、図13に示されているように連続的なものとすることができる。図示の実施形態では、中央印刷ゾーン13のブリッジ24より幅の小さい材料のブリッジ34が、周縁変形ゾーン14に設けられている。変形例として、これらのブリッジ34は、より大きいか又は等しい幅を有してもよく、この場合の条件は、ブリッジ34の数が少なく、したがって、ステンシルの長さ全体にわたる合計幅、すなわちブリッジ34すべてを足し合わせた幅が、中央印刷ゾーンのブリッジすべての幅を加算することによって得られるブリッジ24の合計幅より依然として小さいことである。したがって、周縁変形ゾーン14のこれらの開口32は、印刷用に設けられた隣接する開口より大きい全体面積を有し、その結果、隣接する開口より容易に変形する、換言すればより低い機械的安定性を有することが有利であると思われる。
図13は、第6の実施形態を示し、該実施形態は周縁変形ゾーン14に位置する開口32が、材料のブリッジによって隔てられない連続的な直線のスリット形開口からなる点で先の実施形態と異なる。そのようなスリットは、中央印刷ゾーン13の各側に設けられる。この中央印刷ゾーン13は、先の実施形態の場合と同じ形態を有する。周縁変形ゾーン14のこれらの開口32は、スリット22の長さより大きい長さを有し、実質的に中央印刷ゾーン13の長さ全体にわたって横断方向に伸びる。変形例として、この長さは、中央印刷ゾーンの長さの少なくとも三分の一、さらには少なくとも半分に等しい。さらに、他の変形例として、複数の連続的な平行開口を、中央印刷ゾーン13の各側に設けてもよい。他の変形実施形態では、この解決策を、上述の実施形態と組み合わせてもよい。
上述のステンシルは、図2に示されているように、トランポリンタイプの構造で布15と結合するのに特に適している。さらに、そのような場合、図2に示されている布15の幅Iは、十分な全体的弾性を得るために、30mm以上であることが好ましい。また、この布にかかる応力を25N未満、好ましくは境界値を含めて13Nと17Nの間に保つために対策を講じることも有利となる。最後に、より厚いステンシルをこの解決策と共に使用すること、特にステンシル12の厚さと中央印刷ゾーン13のスリット22、23の最小幅との比が1.5より高く、有利には約2であることを達成することが可能である。
前記の解決策は、光起電力セルの表面上に導体を製作するのに特に適している。これは、H字形導体、すなわち共に接続されて、実質的に直交する方向に延びる複数の異なる導体を含む導体に特に適している。これは、任意のタイプのセル、特に金属化した物質がしばしば二つの印刷ステップで透明導電性酸化物上に堆積され、これらの二つの印刷ステップは互いに位置合わせされる必要があるヘテロ接合(HET)セルに適合する。また、これは、金属化した物質を事前設定された活性ゾーンと位置合わせしなければならない選択エミッタセルに適合する。前記のステンシルは、任意の種類のスクリーン印刷に使用することができ、特に、仏国特許出願公開第2943947号明細書に記載の解決策に非常に適合する。
本発明はまた、上述のものなど金属ステンシルを使用してウェハ上に導電体を製作するための方法であって、いくつかの導体を形成するために、導電性インクの層をウェハの表面上に堆積するようにステンシルを通して印刷するステップを含み、ドクターブレードを使用し、開口を通して、ステンシルの中央部でこのインクを押し付け、それによりその周縁部で変形を誘導することを特徴とする方法に関する。
この印刷方法は、光起電力デバイスを製造するための方法において、集電導体及び/又はバスバー導体など表面導体の全部又は一部を形成するために使用されたとき特に有利である。
具体的には、この印刷は、第1の導体を第1の方向に形成することを可能にし、これらの導体は、少なくとも一つの相互接続ゾーンで不連続であり、且つ隔てられており、その後、第1の導体の相互接続ゾーンを少なくとも一つの第2の導体で覆うことによって電気接続が製作される。この最後のステップは、金属片をはんだ付け又は接着によって固定することにより得られることが有利である。

Claims (18)

  1. スクリーン印刷システム用のステンシルであって、
    中央印刷ゾーン(13)に、印刷すべきパターンを形成するスリット(22、23)を備え、
    周縁変形ゾーン(14)に、1以上の開口(32)を備え、
    前記開口は、前記中央印刷ゾーン(13)よりも前記周縁変形ゾーン(14)が変形しやすい性質を有するように導く面積を有し、前記ステンシルに加えられた応力の作用下で前記周縁変形ゾーン(14)を変形させて前記中央印刷ゾーン(13)の変形を低減することが意図されていることを特徴とするステンシル。
  2. 前記周縁変形ゾーン(14)に、前記中央印刷ゾーン(13)の前記スリット(22)に対して平行に伸びる少なくとも一つの直線の開口(32)を備えることを特徴とする請求項1に記載のステンシル。
  3. 前記周縁変形ゾーン(14)にその長さ全体にわたって連続する少なくとも一つの開口(32)を備え、該開口は、前記中央印刷ゾーン(13)の長さの三分の一以上、又は該長さの半分以上、又は該長さ以上の長さを有することを特徴とする請求項2に記載のステンシル。
  4. 少なくとも二つの開口(32)を備え、該開口(32)は、その長さ全体にわたって連続し、それぞれ前記周縁変形ゾーン(14)で、前記中央印刷ゾーン(13)の周囲の二つの反対側の外側部に配置されることを特徴とする請求項2及び3のいずれかに記載のステンシル。
  5. 前記周縁変形ゾーン(14)の前記開口(32)が、材料のブリッジ(34)によって隔てられた少なくとも一つの不連続の直線の開口を含むことを特徴とする請求項1及び2のいずれかに記載のステンシル。
  6. 前記中央印刷ゾーン(13)が、材料のブリッジ(24)によって隔てられた直線のスリット(22)を備え、
    前記周縁変形ゾーン(14)の開口(32)の材料の前記ブリッジ(34)の合計幅が、前記周縁変形ゾーン(14)のスリット(22)のすべての前記ブリッジ(34)の合計幅より小さいことを特徴とする請求項5に記載のステンシル。
  7. 前記周縁変形ゾーン(14)の前記開口(32)は、前記中央印刷ゾーン(13)の前記スリット(22)に対して平行に伸び、
    前記周縁変形ゾーン(14)の開口(32)は、前記中央印刷ゾーン(13)の前記スリット(22)と同じ数のブリッジ(34)を備え、該ブリッジ(34)は、前記中央印刷ゾーン(13)の前記スリット(22)のブリッジ(24)と位置合わせされ、
    前記周縁変形ゾーン(14)の前記ブリッジ(34)の幅が、前記中央印刷ゾーン(13)の前記スリット(22)の前記ブリッジ(24)の幅より小さいことを特徴とする請求項6に記載のステンシル。
  8. 前記周縁変形ゾーン(14)の前記開口(32)が、前記中央印刷ゾーン(13)の前記スリット(22)に対して平行に伸び、一つの前記開口(32)が、前記中央印刷ゾーン(13)のスリット(22)より少ないブリッジ(34)を備えることを特徴とする請求項6に記載のステンシル。
  9. ステンシルの厚さと前記中央印刷ゾーン(13)の前記スリット(22)の最小幅との比が1.5より大きいことを特徴とする請求項1ないし8の一項に記載のステンシル。
  10. 金属製であることを特徴とする請求項1ないし9の一項に記載のステンシル。
  11. 前記周縁変形ゾーン(14)の前記開口(32)が、前記開口(32)をインクが通過するのを防止するために弾性的な封止要素によって閉じられることを特徴とする請求項1ないし10の一項に記載のステンシル。
  12. 請求項1ないし11の一項に記載のステンシル(12)を備えることを特徴とするスクリーン印刷システム。
  13. トランポリンアセンブリを形成するために布(15)に固定されたステンシル(12)を備えることを特徴とする請求項12に記載のスクリーン印刷システム。
  14. 前記布(15)が、30mmより大きい幅を有することを特徴とする請求項13に記載のスクリーン印刷システム。
  15. 導体を光起電力デバイス上に印刷するためのユニットの一部であることを特徴とする請求項12ないし14の一項に記載のスクリーン印刷システム。
  16. 請求項12ないし15の一項に記載のスクリーン印刷システムを備えることを特徴とする光起電力デバイスを製造するためのユニット。
  17. 請求項1ないし11の一項に記載のステンシルを使用するスクリーン印刷方法であって、前記中央印刷ゾーン(13)の変形よりも大きな変形を前記周辺変形ゾーン(14)に誘発するように前記ステンシルをドクターブレード処理するステップを含むことを特徴とする方法。
  18. 請求項1ないし11の一項に記載のステンシルを使用してシリコンウェハ上に導体をスクリーン印刷するステップを含むことを特徴とする光起電力デバイスを製造するための方法。
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