JP5889439B2 - 印刷方法、印刷装置及びこれを用いた太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、印刷方法、印刷装置及びこれを用いた太陽電池の製造方法に関する。

一般的な結晶系シリコン太陽電池は、ｐｎ接合を形成した光電変換部の上に反射防止膜を成膜し、櫛型の表面電極と全面の裏面電極を配した構造である。表面電極および裏面電極は金属ペーストを印刷し、焼成して形成される。表面電極により照射光は遮られるため、表面電極で覆われた領域は発電に寄与しない（いわゆるシャドーロス）。

電極面積を減らす事でシャドーロスを減らす事は可能であるが、電極の抵抗は増えるため抵抗損失が増加し、曲線因子（ＦＦ）の低下を招く。そのため単純に電極面積を減らすだけでは変換効率を上げる事はできなく、電極面積を減らすのであれば、その分、電極を厚くする（高アスペクト比の電極を形成する）といった抵抗損失の低減策が必要となる。

高アスペクト比を得るための電極形成としては、スクリーン印刷による多重印刷技術が開示されている（特許文献１）。しかしながら上記スクリーン印刷ではエッジが滲んでしまいシャープな電極が形成できないとして、エッジの滲みを低減すべく、凹版オフセット印刷を用いた多重印刷技術も開示されている（特許文献２）。

また、抵抗損失の低減策として、金属線を導電性接着剤にて透光性導電膜上に接着した表面電極を形成する技術も開示されている（特許文献３）。

特開平１１−１０３０８４号公報 特開２００７−４４９７４号公報 特許第４５４９２７１号公報

しかしながら、これらの方法は複数回の印刷を行うという点ではいずれも、変換効率の高い太陽電池を製造できる利点はあるものの、位置あわせが困難であり、生産性の高い技術であるとは言えない。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、凹版を用いた印刷方法における印刷物の転写率の向上をはかることを目的とする。また、本発明は、生産性の高い方法で高アスペクト比の電極およびこれを用いた太陽電池を得ることを目的とする。

上述した問題を解決し、目的を達成するために、本発明は、表面に溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填工程と、充填された前記第１の印刷材料を乾燥させることで第１の印刷材料の表面に窪みを形成する窪み形成工程と、窪み形成工程で得られた窪みに第２の印刷材料を充填する第２の充填工程と、前記第２の印刷材料の乾燥前に、前記凹部から前記第１及び第２の印刷材料を被印刷物の印刷面上に機械的に押し出し、前記印刷面に第２の印刷材料を当接させ、前記第２の印刷材料上に第１の印刷材料を積層して前記第１及び第２の印刷材料を転写する転写工程とを含み、前記被印刷物の印刷面に印刷を行なうことを特徴とする。

本発明によれば、所望の印刷形状の溝状の凹部内でペーストの厚膜化を行うため、複数回印刷のような位置合わせを必要とせず、容易に高アスペクト比の電極が印刷可能となるという効果を奏する。

図１−１は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態１の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図１−２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態１の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図１−３は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態１の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図１−４は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態１の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図１−５は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態１の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図２は、実施の形態１の印刷方法を実施するための印刷装置を示す概略図である。 図３−１は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態２の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図３−２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態２の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図３−３は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態２の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図３−４は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態２の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図４は、実施の形態２の印刷方法を実施するための印刷装置を示す概略図である。 図５−１は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態３の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図５−２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態３の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図５−３は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態３の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図５−４は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態３の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図６は、実施の形態３の印刷方法を実施するための印刷装置を示す概略図である。 図７−１は、本実施の形態３の印刷工程の要部拡大説明図である。 図７−２は、本実施の形態３の印刷工程の要部拡大説明図である。 図８−１は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態４の印刷装置の要部断面図である。 図８−２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態４の印刷装置の要部断面図である。 図９−１は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態４の印刷原理を示す工程断面図である。 図９−２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態４の印刷原理を示す工程断面図である。 図９−３は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態４の印刷原理を示す工程断面図である。 図９−４は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態４の印刷原理を示す工程断面図である。 図９−５は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態４の印刷原理を示す工程断面図である。 図１０−１は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態５の印刷原理を示す工程断面図である。 図１０−２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態５の印刷原理を示す工程断面図である。 図１０−３は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態５の印刷原理を示す工程断面図である。 図１０−４は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態５の印刷原理を示す工程断面図である。 図１０−５は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態５の印刷原理を示す工程断面図である。 図１０−６は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態５の印刷原理を示す工程断面図である。 図１１−１は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態６の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図１１−２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態６の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図１２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態６の印刷方法で用いられる版の要部拡大斜視図である。 図１３は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態６の印刷方法で用いられる版の要部拡大断面図である。 図１４−１は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態７の印刷方法を用いて形成された太陽電池の受光面を示す図である。 図１４−２は、図１４−１に示す太陽電池の、受光面とは反対側の裏面を示す図である。 図１４−３は、同太陽電池の断面図である。 図１４−４は太陽電池の受光面側の電極を形成するための版の要部拡大斜視図である。 図１５−１は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態８の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図１５−２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態８の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図１５−３は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態８の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。 図１６は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態８の印刷方法で用いられる版の変形例を示す図である。 図１７は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態９の印刷装置で用いられる版を示す図である。 図１８は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態１０の印刷装置で用いられる版を示す図である。

実施の形態１．
以下に、本発明にかかる印刷方法および印刷装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

図１−１〜図１−５は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態１の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。図２は本実施の形態１の印刷方法を実施するための印刷装置を示す概略図である。本実施の形態では、印刷材料として、第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂの２種を用い２層構造で充填することでアスペクト比を高め、これを被印刷物としての太陽電池基板２０に転写するものである。この印刷装置は、ドラム１０の表面に版１１が形成され、ドラム１０の回転とともに各工程が実施されるようになっている。つまり表面に、溝状の凹部１２の配列により形成された凹状のパターンを有する版１１と、版１１の凹部１２に印刷材料を充填するスキージ１３を備えた充填部と、太陽電池基板２０の印刷面２０Ｓに、印刷材料を転写するものである。本実施の形態においては、転写部では、凹部１２から、第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂを印刷面２０Ｓ上に機械的に押し出す押し出し部３０を備えている。押し出し部３０は空気供給空間３１と空気を供給する供給孔３４とを有しており、空気供給空間３１に空気を供給することで供給孔３４を介して印刷材料を押し出す。図１−１〜図１−５は、図２のドラム１０の周面の一部を示しており、実際には円周の一部をなすものであるがここでは簡略的に平面図で示している。

図１−１は初期状態を示す図であり、版１１には所望の印刷形状の溝状の凹部１２が掘られている。

そして図１−２に第１のペースト充填工程を示すように、この凹部１２にペースト（第１のペースト１４ａ）を充填する。図２から明らかなように、ドラム１０表面に装着された版１１の表面の一部に固定されたスキージ１３と版１１との間に第１のペースト１４ａが保持され、ドラム１０の回転とともにスキージ１３が版１１表面の凹部１２内に第１のペースト１４ａを供給する。

そして図１−３に乾燥工程を示すように、送風部１５からなる乾燥部から送風することで第１のペースト１４ａを乾燥させる。乾燥によりペースト内の有機成分は揮発するため、ペーストの体積は減少し、表面に窪みＲが生じる。

図１−４に第２のペースト充填工程を示すように、この第１のペースト１４ａ表面の窪みＲに、更に第２のペースト１４ｂを充填する。

図１−５に転写工程を示すように、押し出し部３０の空気供給空間３１から供給孔３４を介して空気圧を印加する。このように空気圧による機械的な方法にて凹部１２内の第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂを押し出す事により被印刷物である太陽電池基板２０の印刷面２０Ｓに印刷を行う。

乾燥した第１のペースト１４ａは凹部１２内で固化しているため、機械的な方法で凹部１２から押し出しても形状を保持させる事が可能である。一方、乾燥により第１のペースト１４ａの粘着力は無くなるので、このまま印刷してもペーストは被印刷物である太陽電池基板２０の印刷面２０Ｓ上の所定の位置に留まる事ができない。

そこで本実施の形態では、乾燥により生じる窪みＲに再度ペースト（第２のペースト１４ｂ）を充填する。再度、充填された第２のペースト１４ｂは印刷前に乾燥させないため粘着力を失っておらず、印刷された第２のペーストを被印刷物である太陽電池基板２０の印刷面２０Ｓ上の所定の位置に留める事ができる。このように、乾燥させたペーストで電極厚を稼ぎ、未乾燥のペーストの粘着力で被印刷物上の所定の位置に留める、というのが本実施の形態１の印刷方法のコンセプトである。

例えば特許文献１，２に記載されている従来の方法では複数回の印刷を行うため、２回目以降の印刷での位置決めが重要となるが、電極が細くなるにつれて２回目以降の印刷の位置合わせは難しくなる。しかしながら、本実施の形態の方法ではペーストの乾燥、充填という一連の工程を同一の溝状の凹部１２内で行ってから印刷するため、位置決めの煩わしさを解消しつつ、高アスペクト比の電極の印刷が可能となる。

また、従来のグラビア印刷では転写率が悪いという問題があった。これはペーストが被印刷物と接触する面積とパターンに接触する面積の差によるものと考えられる。グラビア印刷やオフセット印刷では、溝（パターン）状の凹部に充填されたペーストは、被印刷物とペーストの粘着力により溝状の凹部から引っ張り出される事で転写される。このため、印刷を確実にするためには、“溝内壁とペーストとの粘着力＜被印刷物とペーストとの粘着力”である必要がある。しかしながら、一般には“被印刷物とペーストとの接触面積＜溝状の凹部とペーストとの接触面積（＝窪み内壁の表面積）”であるため、転写されない箇所が生じてしまう。このような背景もあり、特許文献２のような技術が開示されているが、本発明の実施の形態では充填されたペーストを機械的な力により溝状の凹部から、電極印刷工程までの所望のプロセスを経た太陽電池基板表面に押し出すため、転写率を高める事ができる。

第１のペーストと第２のペーストは必ずしも同一のペーストではある必要はなく、別々のペースト、例えば、Ａｇペーストでも組成や粘度が異なるもの、第１のペーストがＡｇペースト、第２のペーストがＣｕペースト等、素材の異なるペーストであっても良い。第２のペーストの周りを第１のペーストが覆うことで、第２のペーストが大気に触れないようにすることができるため、第２のペーストをＣｕなどの低抵抗であるが酸化されやすい材料とし、第１のペーストを酸化されにくいもので構成することも可能である。また、第１のペーストが金属線等の単体金属であっても良い。

実施の形態２．
図３−１〜図３−４は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態２の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。図４は本実施の形態２の印刷方法を実施するための印刷装置を示す概略図である。この印刷装置は、前記実施の形態１の印刷装置と同様、ドラム１０の表面に版１１が形成され、ドラム１０の回転とともに各工程が実施されるようになっており、第１の充填部に代えて金属線１４ｍを凹部１２に供給する供給部１６を設けたことを特徴とする。つまり第１の印刷材料として金属線１４ｍを用いたものである。そして充填部を構成するスキージ１３によって金属線１４ｍを囲むようにペースト１４を充填する。従ってこの装置では乾燥部を構成する送風部１５は不要となっている。押し出し部３０は空気供給空間３１と多孔部３３とを有しており、空気供給空間３１に空気を供給することで多孔部３３を介して印刷材料を押し出すように構成されている。他は前記実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

すなわち本実施の形態では、金属線１４ｍを配した状態でペースト１４を充填し、金属線を囲むようにペーストを充填することで、容易に効率よくアスペクト比の高い電極形成を行なうことが可能となる。

図３−１は初期状態を示す図であり、版１１には所望の印刷形状の溝状の凹部１２が掘られている。

そして図３−２に第１の充填工程を示すように、この凹部１２に金属線１４ｍを充填する。

この後図３−３にペースト充填工程を示すように、凹部１２内の金属線１４ｍの周りを覆うようにペースト１４を充填する。

図３−４に転写工程を示すように、押し出し部３０の空気供給空間３１から多孔部３３を介して凹部１２に空気圧を印加する。このように空気圧による機械的な方法にて凹部１２内の金属線１４ｍ及びペースト１４を押し出す事により被印刷物である太陽電池基板２０の印刷面２０Ｓに印刷を行う。

このような電極を形成する際にも本発明の実施の形態は適用できる。図４に示すように、第１ペーストの代わりに金属線１４ｍを凹部１２に配置し、その上から導電性接着剤からなるペースト１４を充填して印刷すれば、低抵抗でかつアスペクト比の高い表面電極を形成する事ができる。

実施の形態３．
図５−１〜図５−４は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態３の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。図６は本実施の形態３の印刷方法を実施するための印刷装置を示す概略図、図７−１〜図７−２は、同工程の要部拡大説明図である。この印刷装置は、前記実施の形態１の印刷装置と同様、ドラム１０の表面に版１１が形成され、ドラム１０の回転とともに各工程が実施されるようになっている。そして、第１の充填部を構成する第１のスキージ１３ａと乾燥部を構成する送風部１５とに代えて、第１のスキージ１３ａの硬度を低くしたものを用いている。他は前記実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。ただし、前記実施の形態１と同様、送風部１５を設けてもよい。また、凹部１２の外周面のみを乾燥するように版１１を加熱する、あるいは凹部内壁から送風するような構成にしてもよい。

図５−１は初期状態を示す図であり、版１１には所望の印刷形状の溝状の凹部１２が掘られている。

そして図５−２に第１のペースト充填工程を示すように、この凹部１２にペースト（第１のペースト１４ａ）を充填する。ここでは、ドラム１０表面に装着された版１１の表面の一部に固定された第１のスキージ１３ａと版１１との間に第１のペースト１４ａが保持される。そして、図７−１に示すように、硬度の低いスキージを用いているため、ドラム１０の回転とともに第１のスキージ１３ａが凹部１２内に撓む。このようにして、表面に窪みＲを持つように第１のペースト１４ａを供給することができる。

そして乾燥工程を経ることなく、図５−３に、第２のペースト充填工程を示すように、この窪みＲに、第２のスキージ１３ｂを用いて第２のペースト１４ｂを充填する。ここでも、図７−２に示すように、ドラム１０表面に装着された版１１の表面の一部に固定された第２のスキージ１３ｂと版１１との間に第２のペースト１４ｂが保持される。そして、硬度の高いスキージを用いているため、ドラム１０の回転とともに第２のスキージ１３ｂが凹部１２に撓みを生じることなく、第２のペースト１４ｂを供給する。

図５−４に転写工程を示すように、押し出し部３０の空気供給空間３１から供給孔３４を介して空気圧を印加する。このように空気圧による機械的な方法にて凹部１２内の第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂを押し出す事により被印刷物である太陽電池基板２０の印刷面２０Ｓに印刷を行う。

本実施の形態では、スキージの撓みにより生じる第１のペースト１４ａ表面の窪みＲに再度第２のペースト１４ｂを充填する。再度、充填された第２のペースト１４ｂは転写前に乾燥させないため粘着力を失っておらず、印刷された第２のペーストを被印刷物である太陽電池基板２０の印刷面２０Ｓ上の所定の位置に留める事ができる。このように、第１のペーストで電極厚を稼ぎつつ窪みを形成し、第２のペーストの粘着力で被印刷物上の所定の位置に留める、というのが本実施の形態３の印刷方法のコンセプトである。

極めて粘度の高いペーストを第１のペーストとして用いると、次の乾燥工程の時間を短縮する（もしくは省く）事も可能であるが、乾燥による体積の減少が少ないため第２のペーストを充填できずに、被印刷物の所定の位置に留める事ができない場合がある。このような場合は、第１のペーストの充填に用いるスキージ（ブレード）の硬度を下げる事で対処できる。メタルスキージのように硬度が高いスキージを用いると、溝状の凹部全体にペーストが充填され第２ペーストを充填する領域を確保できないが、スキージの硬度を下げると、スキージが凹部１２内に食い込み、表面に窪みＲが形成され第２ペーストを充填する領域を確保する事ができる。

前記実施の形態１および３では第１及び第２の２つのペーストを用いて説明しているが、２つのペーストに限定される事は無く、３つ以上のペーストであっても、同様な印刷は可能である。また、異なる種類のペーストを用いてもよいし、同種のペーストを用いてもよい。

実施の形態４．
図８−１及び図８−２は、印刷方法の実施の形態４で用いられる印刷装置を示す図であり、図９−１〜図９−５は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態４の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。この印刷装置は、平板状の版４１を用いたもので、転写を容易にするための機能を有するものである。ここでは、版４１の溝状の凹部４２に充填されたペーストの押し出し方法に特徴を有するものである。図８−１及び図８−２に示すように、版４１は平板で所望の印刷形状の開口部を構成するように配列された凹部４２があり、版４１の下には伸縮膜４３が設けられており、版４１と伸縮膜４３は固定されている。ここで伸縮膜４３はゴム、あるいはシリコーンゴムなどで形成されている。溝状の凹部４２の深さは版厚と等しくても良いし、版厚以下でも良い。溝状の凹部４２の深さが版厚以下の場合には、吸引孔４４が設けられている。版の上側（伸縮膜４３とは反対側）には密閉空間４５が存在し、この空間内の空気を吸引すると密閉空間４５の気圧が大気圧よりも低くなるため、伸縮膜４３が版４１に形成された溝状の凹部４２の形状に沿って窪む（図８−２）。ここに第１のペースト１４ａを充填し、次いで第２のペースト１４ｂを充填する。被印刷物である太陽電池基板２０の正面に版４１をセットし、密閉空間４５の吸引を解除すると、伸縮膜４３の復元力により、窪みに充填されていたペーストが押し出され、太陽電池基板２０表面に印刷される。

前記実施の形態１の印刷装置では、円筒（ドラム）状の版１１が用いられているが、本実施の形態では版４１が平板状に構成されている。そしてこの印刷装置では、印刷形状に相当する溝状の凹部４２を配列した版４１と、この版４１の凹部４２に面して、版４１に貼着された伸縮膜４３とを具備している。凹部４２のそれぞれには、これらにそれぞれ連通する吸引孔４４が設けられており、吸引孔４４からの吸引により、凹部４２の内部の空気を吸引するように構成されている。そしてこの版４１の内部には、複数の吸引孔４４をまとめて吸引するための密閉空間４５が設けられており、この吸引孔４４はそれぞれ密閉空間４５に連通している。またこの密閉空間４５は加圧バルブ４６ａを介して、加圧管４７に接続可能である。加圧管４７は大気に接続され、密閉空間４５を大気圧に加圧する。一方、この密閉空間４５は吸引バルブ４６ｂを介して、図示しない真空ポンプに接続された吸引管４８に接続可能である。

図８−１は吸引バルブ４６ｂが閉、加圧バルブ４６ａが開の状態を示している。吸引バルブ４６ｂが閉、加圧バルブ４６ａが開の状態とすることにより、密閉空間４５は大気圧状態に加圧され、凹部４２の内部も大気圧状態に加圧される。伸縮膜４３はその両側で大気圧状態となっているため、伸縮膜４３を伸縮させる力は働かず、伸縮膜４３は平らな状態となっている。

図８−２は吸引バルブ４６ｂが開、加圧バルブ４６ａが閉の状態を示している。吸引バルブ４６ｂが開、加圧バルブ４６ａが閉の状態とすることにより、密閉空間４５は真空吸引され、凹部４２の内部も大気圧より低下する。このため伸縮膜４３を内側に湾曲するように伸縮させる力が働き、伸縮膜４３は凹部４２の内壁に沿って窪み、凹部を形成する。

そして、第１及び第２のスキージ１３ａ，１３ｂが版４１の表面を摺動することで第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂが供給されるようになっている。そして、前記実施の形態３と同様第１の充填部を構成する第１のスキージ１３ａを、硬度の低いもので構成し、凹部４２内に撓むことで、第１のペースト１４ａ表面に窪みＲを形成するようにしたものである。従ってこの装置では乾燥部を構成する送風部１５は必ずしも必須ではない。

図９−１は初期状態を示す図であり、版４１には所望の印刷形状の溝状の凹部４２が掘られている。図８−１の状態であり、伸縮膜４３はその両側で大気圧状態となっているため、伸縮膜４３を伸縮させる力は働かず、伸縮膜４３は凹部４２の回りの領域で版４１に接着され平らな状態となっている。

そして図８−２に示すように、印刷装置を操作する。これにより図９−２に示すように、版４１の上側（伸縮膜４３とは反対側）に存在する密閉空間４５内の空気を吸引孔４４から吸引すると密閉空間４５の気圧が大気圧よりも低くなるため、伸縮膜４３が所望の形状に沿って窪む。

そして図９−３に示すように、ここに第１のスキージ１３ａを用いて第１ペースト１４ａを充填する。図５−２に第１のペースト充填工程を示したのと同様に、硬度の低い第１のスキージ１３ａを用いて、この凹部４２にペースト（第１のペースト１４ａ）を充填する。ここでは、版４１の表面の一部に固定された第１のスキージ１３ａと版４１との間に第１のペースト１４ａが保持され、硬度の低い第１のスキージ１３ａを用いているため、第１のスキージ１３ａが凹部４２内に撓む。このようにして、表面に窪みＲを持つように第１のペースト１４ａを供給することができる。

そして、図９−４に、第２のペースト充填工程を示すように、吸引バルブ４６ｂが開、加圧バルブ４６ａが閉の状態のまま、この窪みＲに、更に第２のスキージ１３ｂを用いて第２のペースト１４ｂを充填する。第２のペースト充填工程に先立ち乾燥工程を経るが、少なくとも第１のペーストの外周面のみで乾燥していればよく、特に乾燥工程を不要とする場合もある。

図９−５に示すように、被印刷物の正面に版４１をセットし、吸引孔４４からの吸引を停止して、密閉空間４５の吸引を解除すると、伸縮膜４３が復元され、溝状の凹部４２が元の大きさに復元される。このとき、伸縮膜４３の復元力により、窪みに充填されていた第１及び第２のペーストが押し出され、被印刷物に印刷される。このように空気圧による機械的な方法にて凹部４２内の第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂを押し出す事により被印刷物である太陽電池基板２０の印刷面２０Ｓに印刷を行う。本実施の形態においてもアスペクト比の高い電極形成が実現される。

実施の形態５．
図１０−１〜図１０−６は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態５の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。この印刷装置は、実施の形態４と同様、伸縮膜４３を用いたものであるが、吸引力を２段階で調整し、ペーストを充填する凹部の大きさを変化させるようにしたものである。第１のペースト１４ａを充填する際には、吸引力を低くし、凹部４２の内壁との間に空間を残す程度に伸縮膜４３を吸引する。そして充填後に吸引力を強くし、凹部４２の内壁に伸縮膜４３が沿うようにしてペーストを充填する凹部の大きさを大きくすることで、第１のペースト表面に窪みＲを形成するようにしたものである。

図１０−１は初期状態を示す図であり、図９−１に示した前記実施の形態４の場合と同様であり、版４１には所望の印刷形状の溝状の凹部４２が掘られている。伸縮膜４３はその両側で大気圧状態となっているため、伸縮膜４３を伸縮させる力は働かず、伸縮膜４３は凹部４２の回りの領域で版４１に接着され平らな状態となっている。

そして図８−２に示すように、印刷装置を操作する。これにより図１０−２に示すように、版４１の上側（伸縮膜４３とは反対側）に存在する密閉空間４５内の空気を、凹部４２の内壁との間に空間を残す程度の低い吸引力で、伸縮膜４３を吸引する。吸引孔４４から吸引すると密閉空間４５の気圧が大気圧よりも若干低くなるため、伸縮膜４３が所望の形状に沿って少し窪む。

そして図１０−３に示すように、ここにスキージ１３を用いて第１のペースト１４ａを充填する。

そして乾燥工程を経ることなく、図１０−４に示すように、吸引力を強くし、凹部４２の内壁に伸縮膜４３が沿うようにしてペーストを充填する凹部の大きさを大きくする。このとき凹部が大きくなることで、第１のペースト１４ａ表面に窪みＲが形成される。この後必要に応じて乾燥工程を実施する。

そして、図１０−５に、第２のペースト充填工程を示すように、吸引バルブ４６ｂが開で強く吸引した状態のまま、この窪みＲに、更に第２のペースト１４ｂを充填する。

図１０−６に示すように、被印刷物の正面に版４１をセットし、吸引孔４４からの吸引を停止して、密閉空間４５の吸引を解除すると、伸縮膜４３が復元され、溝状の凹部４２が元の大きさに復元される。このとき、伸縮膜４３の復元力により、窪みに充填されていた第１及び第２のペーストが押し出され、被印刷物に印刷される。このように空気圧による機械的な方法にて凹部４２内の第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂを押し出す事により被印刷物である太陽電池基板２０の印刷面２０Ｓに印刷を行う。

以上説明してきたように、実施の形態４，５では伸縮膜の復元によりペーストを窪みから押し出すことにより、被印刷物の印刷面とペーストとの接触面積が、伸縮膜とペーストとの接触面積よりも大きくなるため印刷材料の転写率を高めることができる。また印刷されるペーストの厚みは、吸引力の調整により、窪みの深さを調整することによっても調整可能であり、伸縮膜の復元力により転写率を低下させることなく印刷することができる。従って１回の印刷で高アスペクト比の印刷物を形成することができる。さらにまた、領域毎に吸引空間を独立させ、吸引力を調整することで、厚さの異なる印刷パターン（電極）を形成することも可能である。なお本実施の形態では第１のペーストと第２のペーストの充填時に用いるスキージ１３は同じものを用いたが、前記実施の形態と同様第１のペースト充填時には硬度の低いスキージを用いるようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態によれば、第１の充填工程で、印刷形状に相当する凹部に第１の印刷材料を充填した後、凹部の内容積を拡大し、第１の印刷材料表面を窪ませることによって、第２の印刷材料との密着性に優れた、パターン形成が可能となる。また転写に際し、吸引孔に空気を供給することで、伸縮膜の復元力により印刷材料充填空間に充填された印刷材料（第１のペーストと第２のペースト）を容易に押し出すことができる。

実施の形態６．
図１１−１〜図１１−２は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態６の印刷方法を示す工程断面図である。この印刷装置は、実施の形態４、５と同様、伸縮膜４３を用いたものであるが、吸引力を調整することで、厚さの異なる印刷パターン（電極）を形成するのではなく、深さの異なる凹部を用いることで、厚さの異なる印刷パターンを形成するものである。

パターンの位置によって深い第１の凹部（窪み）４２ａと浅い第２の凹部（窪み）４２ｂとを混在させた版４１を用いたものである。図１１−１は初期状態、図１１−２は吸引により伸縮膜４３に伸縮力をかけた状態を示すものである。

このように深さの異なる凹部を混在させた版４１を用いることで、局所的に厚さの異なる印刷パターンを形成した太陽電池を形成することができる。例えば、グリッド電極のみを厚くすることにより、抵抗損失に大きく寄与するグリッド電極の抵抗をより低くすることが可能となる。

本実施の形態４，５，６の伸縮膜４３を用いた版では図１２に版４１の要部拡大斜視図を示すように凹部４２の開口部端Ｅは伸縮膜４３と接触するため、ここが鋭利だと伸縮膜４３を傷つけてしまい、伸縮膜４３の寿命が短くなり、生産性が悪くなる。このため、図１３に版４１の要部拡大断面図を示すように開口部端Ｅ、つまり端面を構成する線の交差点では、角４１Ｅを丸めて伸縮膜４３との当りを柔らかくする事が必要である。

実施の形態７．
次に本実施の形態の印刷方法を用いて電極を形成した太陽電池について説明する。図１４−１は、本発明の実施の形態にかかる印刷方法を用いて形成された太陽電池の受光面を示す図である。図１４−２は、図１４−１に示す太陽電池の、受光面とは反対側の裏面を示す図である。図１４−３は、断面図である。図１４−４は、太陽電池の受光面側の電極を形成するための版の要部拡大斜視図である。この太陽電池基板２０の受光面には、互いに直交するように配置されたグリッド電極２４Ｇおよび表バス電極２４Ｂが設けられている。太陽電池基板２０の裏面には、アルミニウムからなる裏面電極２３および裏バス電極２４ＲＢが設けられている。

本実施の形態１の印刷方法で形成された太陽電池のグリッド電極２４Ｇ，表バス電極２４Ｂ，裏バス電極２４ＲＢは、第１のペースト１４ａ及び第２のペースト１４ｂの２層構造で形成され、アスペクト比が高く、信頼性の高い電極を構成するものである。また第２のペーストは第１のペーストによって外周面全体を覆われており、接触面積が大きいため密着性が良好であるだけでなく、コンタクト抵抗も低い。

なお、平板状の版６１ではグリッド電極部６３と表バス電極部６２で囲まれた領域は保持できないため、その場合は図１４−４に示すように、溝状の凹部と溝状の凹部の間にリブ６４を設け、表バス電極部６２を形成する工夫が必要である。

また前記実施の形態７では実施の形態１の印刷方法を用いて形成したが実施の形態１乃至６のいずれの印刷方法及び印刷装置も適用可能である。

実施の形態８．
図１５−１〜図１５−３は、本発明にかかる印刷方法の実施の形態８の印刷方法の印刷原理を示す工程断面図である。この印刷装置は、平板状の厚い版７１を用いたもので、転写を容易にするための機能を有するものである。本実施の形態では、版７１には厚い金属板に溝状の凹部７２すなわち開口部を設けたものを使用する。図には示していないが、版７１の上には密閉空間が存在している。この版７１にペーストの充填を行う。

図１５−１は初期状態を示す図であり、版７１には所望の印刷形状の溝状の凹部７２が掘られている。

そして図１５−２に示すように、ここに第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂを充填する。その際、第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂは版７１の外側（被印刷物との接触側）から充填する。この時、ペーストが溝（パターン）状の凹部７２の深さ方向に完全に埋める事が出来ない状態を意図的に作り出す。これにより、溝状の凹部７２に充填されたペーストがマスクの裏面にまではみ出す事を防いでいる。この状態を作り出すためには、版の厚さを十分厚くする、もしくは溝状の凹部７２の深さを十分深くすれば良い。印刷厚は大きく見積もっても０．１ｍｍ以下であるため、板厚（溝の深さ）が数百μm以上あれば、十分、使用に耐え得る。

そして最後に図１５−３に示すように、押し出し部３０によって空気圧により加圧して溝状の凹部７２内のペースト（第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂ）を太陽電池基板２０上に押し出す。なお、前記実施の形態では、ペーストは１種類で構成したが、第１のペースト１４ａの充填・乾燥、第２のペースト１４ｂの充填という一連の作業を行った後、密閉空間を加圧して溝内のペーストを押し出すようにしてもよい。

なお、図１６に版の変形例を示すように、空気を供給する供給孔７４を有する溝状の凹部７２を設けたものを用いてもよく、転写工程におけるペーストの押し出しがより容易になる。

実施の形態９．
図１７は本発明の実施の形態９の印刷装置で用いられる版を示す図である。この版８１は多孔質体を利用した版である。多孔質体で構成された版８１の表面の溝状の凹部８２のパターン以外の領域は空気８４を遮断する遮断層８３が設けられている。図には示していないが版８１の上には密閉空間が存在しており、密閉空間を加圧して、孔から漏れ出る空気８４により溝状の凹部８２に充填された第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂを太陽電池基板２０表面に押し出す。

かかる装置によれば、凹部の内壁全体に存在する多孔質体から空気８４が噴射されることで、溝状の凹部８２から太陽電池基板２０表面に、容易にペーストを押し出すことが可能となる。

なお、本実施の形態によれば、多孔質体で構成された版８１を用いているため、第１のペースト１４ａの外周面全体に均一に空気を供給し、乾燥させる一方、内部の窪みを含む第１のペースト１４ａの内部は乾燥することなく、第２のペースト１４ｂが供給される。従って、第１のペースト１４ａと第２のペースト１４ｂとの密着性も良好に維持される。そして第１のペースト１４ａの外周面が乾燥されるため、転写性も良好となる。

また、第１のペースト１４ａの充填後には、多孔質体からなる版８１に温風を供給し温風乾燥を行うようにすることで、より効率よく転写性を高めることができる。

実施の形態１０．
図１８は本発明の実施の形態１０の印刷装置で用いられる版を示す図である。この版は溝にピストン９２が配置した版９１であり、溝状の凹部に充填された第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂをピストン９２にて太陽電池基板２０表面に押し出す。

かかる装置によれば、ピストン９２により、印刷パターンに対応した溝状の凹部から、太陽電池基板２０表面に容易にペースト（第１及び第２のペースト１４ａ，１４ｂ）を押し出すことが可能となる。

前記実施の形態１から６についてはペーストの充填方法に特徴を有するものについて説明し、実施の形態８から１０についてはペーストの転写方法に特徴を有するものについて説明したが、可能な限りいずれの方法を組み合わせてもよい。またこれらの印刷方法及び印刷装置は太陽電池における電極形成に適用可能であるだけでなく、配線基板の電極形成、液晶パネルなどのガラス基板上への電極形成など、種々の導体パターンの形成に適用可能である。

以上説明してきたように、本実施の形態の印刷方法及び印刷装置は、平版状の版を用いた印刷はもちろんのこと、ドラム型の版を用いた印刷にも適用可能である。回転する円筒型の版を利用する事で、グラビア印刷、オフセット印刷のメリットである高生産性という機能を持たせる事ができる。

１１ 版、１２ 凹部、１３ スキージ、１３ａ 第１のスキージ、１３ｂ 第２のスキージ、１４ ペースト、１４ａ 第１のペースト、１４ｂ 第２のペースト、１５ 送風部、１６ 供給部、２０ 太陽電池基板、２０Ｓ 印刷面、２３ 裏面電極、２４Ｂ 表バス電極、２４Ｇ グリッド電極、２４ＲＢ 裏バス電極、３０ 押し出し部、３１ 空気供給空間、３３ 多孔部、３４ 供給孔、４１ 版、４２ａ 第１の凹部、４２ｂ 第２の凹部、４３ 伸縮膜、４４ 吸引孔、４５ 密閉空間、４６ａ 加圧バルブ、４６ｂ 吸引バルブ、４７ 加圧管、４８ 吸引管、６１ 版、６２ 表バス電極部、６３ グリッド電極部、６４ リブ、７１ 版、７２ 凹部、７４ 供給孔、８１ 版、８２ 溝状の凹部、８３ 遮断層、８４ 空気、９１ 版、９２ ピストン。

Claims (15)

1. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填工程と、
   充填された前記第１の印刷材料を乾燥させることで前記第１の印刷材料の表面に窪みを形成する窪み形成工程と、
   前記窪み形成工程で得られた前記窪みに第２の印刷材料を充填する第２の充填工程と、
   前記第２の印刷材料の乾燥前に、前記凹部から前記第１及び第２の印刷材料を被印刷物の印刷面上に機械的に押し出し、前記印刷面に第２の印刷材料を当接させ、前記第２の印刷材料上に第１の印刷材料を積層して前記第１及び第２の印刷材料を転写する転写工程とを含み、
   前記被印刷物の印刷面に印刷を行なうことを特徴とする印刷方法。
2. 前記第１の充填工程は、
   前記第１の印刷材料表面が窪むように充填する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の印刷方法。
3. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填工程と、
   充填された前記第１の印刷材料を乾燥する工程と、
   前記第１の印刷材料が充填された前記凹部に第２の印刷材料を充填する第２の充填工程と、
   前記第２の印刷材料の乾燥前に、前記凹部から前記第１及び第２の印刷材料を被印刷物の印刷面上に機械的に押し出し、前記第１及び第２の印刷材料を転写する転写工程とを含み、
   前記第１の充填工程で、前記版の表面を摺動し、前記第１の印刷材料の表面を均すのに用いられるスキージの硬度を、
   前記第２の充填工程で、前記版の表面を摺動し、前記第２の印刷材料の表面を均すのに用いられるスキージの硬度よりも低くし、
   前記第１の充填工程は、前記第１の印刷材料の表面が窪むように、充填する工程であり、
   前記被印刷物の印刷面に印刷を行なうことを特徴とする印刷方法。
4. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填工程と、
   充填された前記第１の印刷材料を乾燥する工程と、
   前記第１の印刷材料が充填された前記凹部に第２の印刷材料を充填する第２の充填工程と、
   前記第２の印刷材料の乾燥前に、前記凹部から前記第１及び第２の印刷材料を被印刷物の印刷面上に機械的に押し出し、前記第１及び第２の印刷材料を転写する転写工程とを含み、
   前記第１の充填工程で、前記凹部に前記第１の印刷材料を充填した後、前記凹部の内容積を拡大し、前記第１の印刷材料表面を窪ませるようにしたことを特徴とする印刷方法。
5. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版と、
   前記版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填部と、
   前記凹部に充填された第１の印刷材料を乾燥させることで前記第１の印刷材料の表面に窪みを形成する乾燥部と、
   前記乾燥部で得られた前記窪みに第２の印刷材料を充填する第２の充填部と、
   被印刷物の印刷面に前記凹部に充填された第１及び第２の印刷材料を前記印刷面上に機械的に押し出し、前記印刷面に第２の印刷材料を当接させ、前記第２の印刷材料上に第１の印刷材料を積層して、前記第１及び第２の印刷材料を転写する転写部とを有し、
   前記被印刷物の印刷面に印刷を行なうことを特徴とする印刷装置。
6. 前記第１の充填部は、第１の印刷材料表面が窪むように充填するように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の印刷装置。
7. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版と、
   前記版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填部と、
   前記凹部に充填された第１の印刷材料を乾燥する乾燥部と、
   前記凹部に第２の印刷材料を充填する第２の充填部と、
   被印刷物の印刷面に前記凹部に充填された第１及び第２の印刷材料を前記印刷面上に機械的に押し出し転写する転写部とを有し、
   前記第１の充填部で用いられるスキージの硬度が前記第２の充填部で用いられるスキージの硬度よりも低く、
   前記凹部内に充填される前記第１の印刷材料表面にたわみを生じるように構成され、
   前記被印刷物の印刷面に印刷を行なうことを特徴とする印刷装置。
8. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版と、
   前記版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填部と、
   前記凹部に充填された第１の印刷材料を乾燥する乾燥部と、
   前記凹部に第２の印刷材料を充填する第２の充填部と、
   被印刷物の印刷面に前記凹部に充填された第１及び第２の印刷材料を前記印刷面上に機械的に押し出し転写する転写部とを有し、
   前記凹部は、前記第１の印刷材料を充填した後、内容積を拡大できるように構成され、前記第１の印刷材料表面を窪ませるようにしたことを特徴とする印刷装置。
9. 前記版は、前記凹部に面して貼着された伸縮膜と、
   前記凹部のそれぞれに連通する吸引孔とを有しており、
   前記吸引孔からの吸引により、前記凹部の内部の空気を吸引することで印刷材料充填空間を形成するように構成されたことを特徴とする請求項８に記載の印刷装置。
10. 前記転写部は、
    前記吸引孔に空気を供給することで、前記伸縮膜の復元力により、前記印刷材料充填空間に充填された前記第１及び第２の印刷材料を押し出すことを特徴とする請求項８に記載の印刷装置。
11. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版と、
    前記版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填部と、
    前記凹部に充填された第１の印刷材料を乾燥する乾燥部と、
    前記凹部に第２の印刷材料を充填する第２の充填部と、
    被印刷物の印刷面に前記凹部に充填された第１及び第２の印刷材料を前記印刷面上に機械的に押し出し、前記印刷面に第２の印刷材料を当接させ、前記第２の印刷材料上に第１の印刷材料を積層して、前記第１及び第２の印刷材料を転写する転写部とを有し、
    前記版は、多孔質体で構成され、
    前記凹部に対応した開口を有し前記版に貼着され、空気を遮断する遮断層と、
    前記凹部の空気を供給する空気供給部とを有しており、
    前記空気供給部から空気を供給することにより、前記凹部の内部の印刷材料を押し出すように構成されたことを特徴とする印刷装置。
12. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填工程と、
    充填された前記第１の印刷材料を乾燥させることで前記第１の印刷材料の表面に窪みを形成する窪み形成工程と、
    前記窪み形成工程で得られた前記窪みに第２の印刷材料を充填する第２の充填工程と、
    前記第２の印刷材料の乾燥前に、前記凹部から前記第１及び第２の印刷材料を、電極印刷工程までの所望のプロセスを経た太陽電池基板表面に機械的に押し出し、前記太陽電池基板表面に第２の印刷材料を当接させ、前記第２の印刷材料上に第１の印刷材料を積層して、前記第１及び第２の印刷材料を転写する転写工程とを含み、
    前記太陽電池基板の印刷面に印刷を行なうことを特徴とする太陽電池の製造方法。
13. 前記第１の充填工程は、
    前記第１の印刷材料表面が窪むように充填する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池の製造方法。
14. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填工程と、
    充填された前記第１の印刷材料を乾燥する工程と、
    前記第１の印刷材料が充填された前記凹部に第２の印刷材料を充填する第２の充填工程と、
    前記第２の印刷材料の乾燥前に、前記凹部から前記第１及び第２の印刷材料を、電極印刷工程までの所望のプロセスを経た太陽電池基板表面に機械的に押し出し、前記第１及び第２の印刷材料を転写する転写工程とを含み、
    前記第１の充填工程で、前記凹部に前記第１の印刷材料を充填した後、前記版の表面を摺動し、充填された前記第１の印刷材料の表面を均すのに用いられるスキージの硬度を、
    前記第２の充填工程で、前記凹部に前記第２の印刷材料を充填した後、前記版の表面を摺動し、充填された前記第２の印刷材料の表面を均すのに用いられるスキージの硬度よりも低くし、
    前記第１の充填工程は、前記第１の印刷材料の表面が窪むように、充填する工程であることを特徴とする太陽電池の製造方法。
15. 表面に、溝状の凹部の配列により形成されたパターンを有する版の前記凹部に第１の印刷材料を充填する第１の充填工程と、
    充填された前記第１の印刷材料を乾燥する工程と、
    前記第１の印刷材料が充填された前記凹部に第２の印刷材料を充填する第２の充填工程と、
    前記第２の印刷材料の乾燥前に、前記凹部から前記第１及び第２の印刷材料を、電極印刷工程までの所望のプロセスを経た太陽電池基板表面に機械的に押し出し、前記第１及び第２の印刷材料を転写する転写工程とを含み、
    前記第１の充填工程で、前記凹部に前記第１の印刷材料を充填した後、前記凹部の内容積を拡大し、前記第１の印刷材料表面を窪ませるようにしたことを特徴とする太陽電池の製造方法。

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