JP6309676B1 - スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材、スクリーン印刷版、及び、該スクリーン印刷版を用いた太陽電池の製造方法 - Google Patents

スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材、スクリーン印刷版、及び、該スクリーン印刷版を用いた太陽電池の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】印刷線幅39μm以下の細線印刷が可能であって、スクリーン印刷版が破断しにくい十分な強度を有するスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材及び該金属箔メッシュ部材を使用したスクリーン印刷版を提供する。【解決手段】スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材は、印刷パターンを形成する樹脂と一体化させて用いられる金属箔からなるスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材であって、金属箔メッシュ部材の一方向に沿ってピッチXで配列された複数の開口部の開口幅をY、一方向に沿って並ぶ2つの開口部に挟まれた金属箔からなるリブの一方向に沿って厚さ方向に切断した場合のリブの断面積をAとした場合、開口幅Yが10μm以上39μm以下であって、リブの一方向に沿った幅Cが30μm以下であり、リブの断面積AをピッチXで除して得られる単位長さ当たりのリブの断面積Bが、3(μm2/μm)≦B(μm2/μm)の関係式を満たす。【選択図】図3

Description

本発明は、スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材、スクリーン印刷版、及び、該スクリーン印刷版を用いた太陽電池の製造方法に関する。
結晶シリコン系の太陽電池は、多くの場合、シリコンウエハ上にスクリーン印刷によって任意のパターンに銀ペーストを印刷、焼成することで銀電極を形成している。
一般的にシリコンウエハ上に形成される銀電極のパターンは、フィンガー電極と、該フィンガー電極に対して直交するバスバー電極とから構成されている。フィンガー電極は、幅45μm〜100μm、長さ150mm〜160mmのパターンである。バスバー電極は、フィンガー電極と垂直方向に幅1mm〜2mm、長さ150mm〜160mmのパターンである。これらの銀電極は、太陽光によってシリコンウエハ内に生じた電子・正孔対を集電するために必要なものである。その一方で、シリコンウエハ表面の銀電極は、シリコンウエハに入射する太陽光を遮光して発電量を抑制する要因にもなっている。
太陽光によって生成された電子・正孔対をより多く集めるために、太陽電池表面のフィンガー数を増加させる必要がある。しかし、フィンガー数を増加させると太陽電池表面での遮光面積、つまり、太陽光の吸収を妨げる銀電極の面積が増加して却って発電効率の低下を引き起こす。そのためフィンガー数増加と同時にフィンガー電極の細線化が求められている。具体的には、印刷線幅40μm以下の細線印刷が求められている。また、フィンガー電極の配線抵抗が高いと変換効率の低下を招くため、フィンガー電極は細いだけではなく、平均で15μm程度の厚さが求められている。
一部の太陽電池メーカーは、必要な電極厚さを得るためにフィンガー電極を二回、重ねて印刷しており工数が増加している。そのため細く、且つ、厚く印刷できるスクリーン印刷版が求められている。
銀電極の印刷に一般的に使用される金属ワイヤーメッシュを用いたスクリーン印刷版の製造方法を説明する。ポリエステル細線を編んだメッシュ織物をアルミニウム製の型枠に張った後、金属細線を編んだメッシュ織物をポリエステルメッシュに接着し、金属メッシュ織物と重なっているポリエステルメッシュ部分を切除する。その後、感光性乳剤を金属メッシュ織物部分に塗布し、金属メッシュ織物上に目的の印刷パターンを露光・現像することでスクリーン印刷版を作製する。
金属ワイヤーメッシュはポリエステルメッシュを介してアルミニウム製型枠に引っ張られており、張力に対して金属ワイヤーメッシュの強度が不十分な場合は金属細線が切れてスクリーン印刷版が破断してしまう。
特許第4886905号公報
太陽電池表面のフィンガー電極の細線化を実現するために、金属ワイヤーメッシュに使用されるワイヤーは年々細くなってきており、ワイヤーが細くなっても張力に耐えられるよう金属細線の編数も同時に増やされている。しかしながら、金属細線の編数が増えても、ワイヤー自体の強度は細くなることで低下しているため、印刷時に印刷版と印刷対象物との間に異物が入り込んだ際などにワイヤーが破断してしまう危険性は高まっている。印刷時に印刷版が破断すると、スクリーン印刷版上の銀ペーストが周囲に飛び散ってしまい、製造を止めて清掃を行う必要があり、生産能力の低下を招く。そのため、太陽電池の変換効率向上のための細く、且つ、厚さのある電極の印刷と、生産能力の低下を防ぐ破断しにくい強度を同時に実現するスクリーン印刷版が求められている。
本発明の目的は、スクリーン印刷版に用いた場合に印刷線幅40μm以下の細線印刷が可能であって、スクリーン印刷版が破断しにくい十分な強度を有するスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材及び同金属箔メッシュを使用したスクリーン印刷版を提供することである。
本発明に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材は、印刷パターンを形成する樹脂と一体化させて用いられる金属箔からなるスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材であって、
前記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の一方向に沿ってピッチXで配列された複数の開口部の前記一方向に沿った開口幅をY、前記一方向に沿って並ぶ2つの開口部に挟まれた前記金属箔からなるリブの前記一方向に沿って厚さ方向に切断した場合の前記リブの断面積をAとした場合、
前記開口幅Yが10μm以上39μm以下であって、
前記リブの前記一方向に沿った幅Cが30μm以下であり、
前記リブの前記断面積Aを前記ピッチXで除して得られる前記一方向に沿った単位長さ当たりの前記リブの断面積Bが、3(μm/μm)≦B(μm/μm)の関係式を満たす。
本発明に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材によれば、これを用いたスクリーン印刷版によって印刷線幅40μm以下の細線印刷が可能であって、製版時及び印刷時にスクリーン印刷版が破断しにくい十分な強度を有するスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材及びそれを用いたスクリーン印刷版を提供することができる。
実施の形態1に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の概要を示す平面図である。 実施の形態1に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材のラインパターン部分を示す拡大平面図である。 図2のα−α方向からみた断面構造を示す拡大断面図である。 実施の形態1に係るスクリーン印刷版の概要を示す平面図である。 図4の金属箔メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版のラインパターン部分のスキージ面側からみた拡大平面図である。 図4の金属箔メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版のラインパターン部分の印刷面側からみた拡大平面図である。 図5のスクリーン印刷版のβ−β方向からみた断面構造を示す拡大断面図である。 図5のスクリーン印刷版のγ−γ方向からみた断面構造を示す拡大断面図である。 実施の形態1に係るスクリーン印刷版におけるラインパターン部分の印刷パターン開口部の平均面積とスクリーン印刷によって得られるラインパターンの印刷線幅との関係を示す概略図である。 異なる厚みの金属箔メッシュ部材によって得られるラインパターンの印刷線幅との関係を示す概略図である。 リブ幅が長すぎる場合に導電性ペーストがリブの下を通って次の印刷パターン開口部までたどり着けず、印刷パターンに断線が発生する機構を示す模式図である。 長円形状の開口部を有する金属箔メッシュ部材の平面図である。 矩形形状の開口部を有する金属箔メッシュ部材の平面図である。 金属箔メッシュ部材の開口部に複数回にわたって樹脂を積層したスクリーン印刷版の印刷パターン開口部の周辺での状態を示す図5のδ−δ方向からの断面SEM像である。 図14の総厚さと印刷パターン開口部の周辺での印刷面側における樹脂の凹み量との関係を示す概略図である。 実施の形態1に係る結晶シリコン系の太陽電池の概要を示す平面図である。 スクリーン印刷による太陽電池セルの製造方法の概要を示す概略図である。 スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材のラインパターン部分を示すスキージ面側の光学顕微鏡像である。 スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材のリブの断面構造を示す断面SEM像である。 印刷されたラインパターンの構成を示す光学顕微鏡像である。 ワイヤーメッシュを用いたスクリーン印刷版のラインパターン部分を示す拡大平面図である。
第1の態様に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材は、印刷パターンを形成する樹脂と一体化させて用いられる金属箔からなるスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材であって、
前記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の一方向に沿ってピッチXで配列された複数の開口部の前記一方向に沿った開口幅をY、前記一方向に沿って並ぶ2つの開口部に挟まれた前記金属箔からなるリブの前記一方向に沿って厚さ方向に切断した場合の前記リブの断面積をAとした場合、
前記開口幅Yが10μm以上39μm以下であって、
前記リブの前記一方向に沿った幅Cが30μm以下であり、
前記リブの前記断面積Aを前記ピッチXで除して得られる前記一方向に沿った単位長さ当たりの前記リブの断面積Bが、3(μm/μm)≦B(μm/μm)の関係式を満たす。
第2の態様に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材は、上記第1の態様において、前記ピッチXが65μm以下であって、
前記金属箔の厚みZが5μm以上20μm以下であってもよい。
第3の態様に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材は、上記第1又は第2の態様において、前記金属箔は、電鋳製であってもよい。
第4の態様に係るスクリーン印刷版は、上記第1から第3のいずれかの態様における前記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材を含む。
第5の態様に係るスクリーン印刷版は、上記第4の態様において、前記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の前記一方向に沿って配列されている前記複数の開口部を覆う樹脂と、
長手方向が前記一方向であって、前記開口部を覆う前記樹脂を前記一方向と交差する印刷パターン開口幅Wで開口している複数の印刷パターン開口部からなる印刷パターンと、をさらに備えてもよい。
第6の態様に係るスクリーン印刷版は、上記第5の態様において、複数の前記印刷パターン開口部の平均面積が1375μm以下であってもよい。
第7の態様に係るスクリーン印刷版は、上記第5又は第6の態様において、前記樹脂の厚みをE、前記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の厚みをZとした場合、E≧0.6×Z、且つ、(Z+E)/W≦1.33の関係式を満たし、
総厚み(Z+E)は、10μm以上45μm以下であって、
前記印刷パターン開口幅Wは、10μm以上39μm以下であってもよい。
第8の態様に係るスクリーン印刷版は、上記第4から第7のいずれかの態様において、太陽電池用電極配線用途であってもよい。
第9の態様に係る太陽電池の製造方法は、上記第4から第8のいずれかの態様における前記スクリーン印刷版と、印刷対象物である太陽電池基板と、を用意する工程と、
前記スクリーン印刷版を用いてスクリーン印刷を行って、前記太陽電池基板にフィンガー電極を形成する工程と、
を含む。
<本発明に至った経緯について>
本発明者らは金属箔に多数の開口部を設けたスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版では、同程度の印刷パターン開口幅Wを有する従来のワイヤーメッシュ部材を用いたスクリーン印刷版と比較して、得られる印刷パターンの印刷線幅が太いという問題を見出した。
一方、本発明者らは従来のワイヤーメッシュ部材を用いたスクリーン印刷版において、図21に示すワイヤーメッシュ部材と樹脂とから形成される印刷パターン開口部52の平均開口面積が、図5に示す金属箔に多数の開口部を設けた金属箔メッシュ部材10を用いたスクリーン印刷版20における金属箔と樹脂とから形成される印刷パターン開口部17の平均開口面積よりも小さいことを見出した。
ワイヤーメッシュ部材#360−φ16CLを用いた印刷パターン開口幅35μmのスクリーン印刷版のラインパターン1.6mm長に含まれる開口部一つ当たりの平均開口面積は、1032μmである。一方、比較に用いた金属箔に多数の開口部を設けたスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版では、平均開口面積は、1540μmで、ワイヤーメッシュ部材を用いたスクリーン印刷版より平均開口面積が1.49倍大きい。
以上のことから、金属箔メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版の印刷パターン開口部17一つ当たりの面積がワイヤーメッシュ部材を用いたスクリーン印刷版の印刷パターン開口部より大きく、ペーストがより多く吐出されると考えた。その結果、金属箔に多数の開口部を設けたスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版の印刷幅が従来のワイヤーメッシュ部材に対して太くなると思われる。
そこで、本発明者らは金属箔メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版に設ける印刷パターン開口部の面積を変化させた時の印刷線幅を調査・分析した。これにより、金属箔メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版の印刷パターン開口部17の開口面積が小さいほど、印刷線幅が細くなることを発見した。その調査・分析内容について説明する。
金属箔メッシュの厚みは20μm、樹脂の厚みは10μmから13μm、スクリーン印刷版のテンションは24N/cm、印刷速度200mm/秒、印刷ペーストはDupont製PV19Bを用いた。その他印刷版の仕様、印刷線幅を表1及び図9に示す。
Figure 0006309676
図9に示す印刷結果から、開口面積が小さいほど印刷線幅が細くなる傾向が見られ、印刷線幅40μmは、印刷パターン開口部17の開口面積を1375μm以下にすることで得られると推測された。開口面積は、金属箔メッシュ部材に設けられる一方向に沿った開口幅Yと樹脂によって形成される印刷パターン開口幅Wから形成されるため、より細いラインパターンを印刷するために、金属箔メッシュ部材に小さい開口を形成することは有効である。小さい開口を形成した金属箔の作製方法としては、例えば、金属箔に化学エッチング、レーザー、機械加工によって開口を形成する方法や、電鋳方式があげられる。小さい孔を精度よく設ける、という点では化学エッチング及び電鋳方式が優れている。
また、図10に示すように金属箔メッシュ部材の厚みを20μm、25μmと比較した印刷試験から薄い20μm箔の方が細線印刷に適していることを発見した。印刷試験に使用した金属箔メッシュ部材はSUS301箔をエッチング加工したものである。また、金属箔メッシュの開口幅Yは、40μmでピッチXは、60μm、印刷パターン開口幅Wは、35μm及び40μm、樹脂厚みは10μmで、印刷速度は200mm/秒、印刷ペーストはDupont製PV19Bである。
図9及び図10に示した実験から、本発明者らは、細線印刷の実現には金属箔メッシュ部材に設ける開口幅Yを小さくしてスクリーン印刷版の印刷パターン開口部17の開口面積を小さくすること、及び、金属メッシュ部材の厚みZを薄くすることが有効であると考えるに至った。
しかしながら、金属箔に多数の開口部を設けたスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材に設ける開口幅Yを小さくするだけでは、細線印刷及びスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材に必要な強度を実現することはできない。図11に示すように、開口幅Yを小さくしても2つの開口部の間の金属箔部分(リブ11と呼ぶ。)の幅(以下、リブ幅Cと呼称する)が30μm以上と長すぎると、開口から吐出されたペースト43がリブ11の下を通って次の開口部までたどり着くことができない。その結果、印刷パターンに断線が発生したり、印刷された配線の高低差が大きくなり、配線抵抗が上昇してしまう。一方、リブ幅Cを短くし過ぎるとスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材に必要な強度が確保できず、金属箔メッシュ部材の破断を引き起こしてしまうおそれがある。
これらの知見を基にして、金属箔に多数の開口部を設けたスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材を改良することにより、細線印刷と強度を同時に実現するスクリーン印刷用メッシュ部材及び該スクリーン印刷用メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版を得ることができ、本発明に至った。
以下、実施の形態に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材及びスクリーン印刷版について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
(実施の形態1)
<スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材>
図1は、実施の形態1に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10の概要を示す平面図である。図2は、実施の形態1に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10のラインパターン部分を示す拡大平面図である。図3は、図2のα−α方向からみた断面構造を示す拡大断面図である。なお、図面における開口部12は単に例示であって寸法比等は実際の状態を示すものではない。
実施の形態1に係るスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10は、印刷パターンを形成する樹脂と一体化させて用いられる金属箔からなる。このスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10は、ラインパターン部分に複数の開口部12が一方向に沿って配列されている。一方向に沿った開口部12の開口幅をY、一方向に沿って並ぶ2つの開口部12に挟まれた金属箔からなるリブ11の一方向に沿って厚さ方向に切断した場合のリブ11の断面積をAとする。この場合に、開口幅Yが10μm以上39μm以下である。また、リブ11の一方向に沿った幅Cが30μm以下である。さらに、リブ11の断面積AをピッチXで除して得られる一方向に沿った単位長さ当たりのリブ11の断面積Bが、3(μm/μm)≦B(μm/μm)の関係式を満たす。
このスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10によれば、一方向に沿った開口部12の開口幅Yが10μm以上39μm以下である。これによってスクリーン印刷版とした場合に印刷パターン開口幅Wを適切な幅とすることで印刷線幅を細くすることができる。
また、リブ11の一方向に沿った幅Cが30μm以下である。これによって、スクリーン印刷時に導電性ペーストがリブ11の下を通って次の印刷パターン開口部の下に届く。そこで、印刷細線の断線を防ぎ、安定した印刷性を実現できる。
さらに、単位長さ当たりのリブ11の断面積Bが、関係式3(μm/μm)≦B(μm/μm)を満たす。これによって、上記のように細線化したことによるスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10の強度の低下を抑制できる。
また、このスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10を用いたスクリーン印刷版によって細線印刷、且つ、電極の平均厚さが15μm以上の印刷が可能である。さらに、製版時及び印刷時にスクリーン印刷版が破断しにくい十分な強度を有するスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材及びそれを用いたスクリーン印刷版を提供することができる。
なお、図2及び図3に示すように、一方向に沿って配列された複数の開口部12のピッチXが65μm以下であってもよい。また、金属箔の厚みZが5μm以上20μm以下であってもよい。
以下に、このスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10を構成する各部材について説明する。
<金属箔>
金属箔は圧延金属箔に限られず、電鋳による金属箔であってもよい。
また、金属箔は、例えば、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、アルミ合金の群から選ばれる少なくとも一つを含んでもよい。
図10は、異なる厚みの金属箔メッシュ部材を用いたスクリーン印刷版によって得られるラインパターンの印刷線幅との関係を示す概略図である。金属箔の厚みZは、5μm以上20μm以下である。厚みZの下限が5μmであるのは、厚みが5μmより薄くなると、金属箔メッシュ部材の取り扱い時に金属箔メッシュ部材10が折れたり破れたりする懸念があり、取り扱いが難しいからである。厚みZの上限が20μmであるのは、図10に示すように、金属箔メッシュ部材10の厚みZを20μm、25μmのそれぞれの場合で本願発明者らが印刷試験を実施したところ、厚みZが薄い20μmの方が厚みZが25μmの場合と比べてより細線印刷に適していることを発見したためである。また、金属箔メッシュ部材10の取り扱いやすさを考慮すると、その厚みZは、望ましくは10μm以上、20μm以下である。
<開口部>
図12は、長円形状の開口部12を有する金属箔メッシュ部材10の概要を示す平面図である。図13は、矩形形状の開口部12aを有する金属箔メッシュ部材10の平面図である。開口部の平面形状は、図12の長円形状、図13の矩形形状に限られず、楕円形状等の他の形状であってもよい。
また、金属箔に設ける多数の開口部12は、化学的エッチング、機械的な孔開け処理、あるいは電鋳方式によって形成されてもよい。
金属箔に化学エッチング方式で開口部を形成する場合と電鋳方式で開口部を形成する場合のそれぞれの特性を対比した結果を表2に示す。
Figure 0006309676
エッチング方式の場合、金属箔に圧延金属箔を用いることで素材の強度を高めるとともに金属箔の厚みのバラつきが小さくなる利点がある。また、金属箔の両面に塗布したフォトレジストに異なるサイズの開口を形成して両面からエッチングすることで両面の開口幅を制御することができ、
開口のテーパー形状が制御できる。またロール状の金属箔を使用することで連続加工が可能なため、大量生産によって低コスト化が可能である。一方でエッチング加工時に、金属箔上のフォトレジスト開口幅よりも金属箔の開口が広くなるまでエッチング加工(サイドエッチング)を進めなければ開口バラつきを抑えることができない。このため、最小開口径はフォトレジストの解像性にサイドエッチング量が加わり、電鋳に比べて最小開口径が大きくなる。また、薄箔を得るために圧延工程を繰り返すと、材料が硬くなり割れ等が発生するようになるため得られる薄箔にも限界がある。
電鋳方式の場合、フォトレジストの解像性がそのまま最小開口径につながるため最小開口径をエッチング方式よりも小さくできる。また、開口寸法のバラつきもエッチング方式よりも小さくなる。さらに、ボトムアップで金属箔を形成するため、圧延箔よりも薄い箔を得ることができる。一方でテーパー形状の制御はエッチング方式に比べて困難である。また、特許文献1にあるように、電鋳では圧延工程を経ていないため、厚みのバラつきや強度の面でエッチング方式に劣る。さらに、電鋳方式ではエッチング方式のように連続加工はできずバッチ方式になるためコスト面でもエッチング方式に劣る。
なお、いずれの方式にも長所短所があり、いずれの方式を用いてもよい。
<リブ幅について>
図11は、リブ幅Cが長すぎる場合に導電性ペースト43がリブ11の下を通って次の印刷パターン開口部17までたどり着けず、印刷パターンに断線が発生する機構を示す模式図である。
図11に示すように、リブ幅が長すぎると、印刷時にペーストがリブ下に十分に回り込むことができず、印刷不良が発生する。本発明者らの作製したSUS301圧延金属箔を用いたスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材を使用したスクリーン印刷版の印刷試験では、印刷面側のリブ幅Cが30μmで印刷不良(断線)は発生しなかった。このため、印刷面側のリブ幅Cは30μm以下が好ましい。
これによって、スクリーン印刷時に導電性ペーストがリブ11の下を通って次の印刷パターン開口部の下に届く。そこで、印刷細線の断線を防ぎ、安定した印刷性を実現できる。
<スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の引張強度>
図12及び図13における矢印8は、金属箔メッシュ部材10がスクリーン印刷版に加工されて全方向から引っ張られた際に最も弱い引張強度の方向を示している。一方向に沿って多数の開口部12が配列された金属箔メッシュ部材10では、図12及び図13の矢印8の引張強度が最も小さい。これは、引っ張り方向8に対して垂直方向の金属箔断面が、開口部12が設置されているために金属箔部分が他の方向よりも少ないためである。そのため2つの開口部12に挟まれたリブ11の単位長さ当たりの断面積がある程度大きくなければスクリーン印刷版に加工する際あるいは、印刷中に金属箔メッシュ部材10が破断するおそれがある。
<一方向に沿った単位長さ当たりのリブの断面積>
このスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10では、上記の通り、リブ11の断面積AをピッチXで除して得られる一方向に沿った単位長さ当たりのリブ11の断面積Bが、3(μm/μm)≦B(μm/μm)の関係式を満たすことを特徴としている。
SUS301圧延材を用いた金属箔メッシュ部材について、本発明者らは、一方向に沿った単位長さ当たりのリブの断面積が2.97μm/μmの金属箔メッシュ部材をスクリーン印刷版に加工できることを見出した。つまり、一方向に沿った単位長さ当たりのリブの断面積が2.97μm/μmのとき、450mm角のアルミ枠にポリエステル紗を使用したコンビネーション製スクリーン印刷版において、テンションゲージSTG−75NAの沈みこみ量が0.95mm〜1.10mmとなるテンションでスクリーン印刷版に加工し印刷試験を行うことができた。そこで、一方向に沿った単位長さ当たりのリブ11の断面積Bの下限を3μm/μmと規定できる。
上記関係式を満たすことで、細線化と共に、スクリーン印刷版とした場合にも十分な引張強度を確保できる。
リブ11の断面形状が正方形又は長方形等の矩形形状の場合には、図3に示すように、2つの開口部12に挟まれたリブ11の断面積Aは、リブ幅Cと金属箔の厚みZとの積C×Zで表される。リブ幅Cは、ピッチXと開口幅Yとの差(X−Y)で表される。そこで、リブ11の断面積Aは、(X−Y)×Zで表される。
なお、リブ11の断面形状は、通常、上記矩形形状でなく、台形形状、一部に曲面を含む形状であるが、この場合にも上記関係式は適用される。
<スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の製造方法>
スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10は、上述のようにエッチング方式又は電鋳方式等によって製造できる。エッチング方式では、さらに、開口部12は、例えば金属箔の片面又は両面からエッチングによって形成できる。開口部12の所望の形状及び面積、及びその分布等に応じて適宜エッチングを行えばよい。例えば、金属箔にレジストを塗布し、所望の大きさ及び配置で複数の開口部を配列し、印刷したパターンを描画したマスクを使って露光後、現像する。その後、エッチングにより、開口部を開ける部分の金属箔を溶かして、金属箔に開口部を開けたスクリーン印刷用メッシュ部材を作製できる。
なお、スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の製造方法としては、金属箔へのエッチングに製造方法を限定するものではなく、例えば、機械的な孔開け加工、電鋳による製造法でも実現可能である。
<スクリーン印刷版>
図4は、実施の形態1に係るスクリーン印刷版20の概要を示す平面図である。図5は、図4の金属箔メッシュ部材10を用いたスクリーン印刷版20のラインパターン部分のスキージ面側47からみた拡大平面図である。図6は、図4の金属箔メッシュ部材10を用いたスクリーン印刷版20のラインパターン部分の印刷面側48からみた拡大平面図である。図7は、図5のスクリーン印刷版20のβ−β方向からみた断面構造を示す拡大断面図である。図8は、図5のスクリーン印刷版20のγ−γ方向からみた断面構造を示す拡大断面図である。
このスクリーン印刷版20は、図4に示すようにアルミ製の枠22にポリエステル紗24を介して上記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10を配置している。ポリエステル紗24は、ポリエステル細線を編んだメッシュ織物である。また、アルミ製の枠22と、ポリエステル紗24とは、接着部23を介して接着されている。ポリエステル紗24と金属箔メッシュ部材10とは、接着部25を介して接着されている。このスクリーン印刷版20は、上記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材10を覆う樹脂26が印刷パターンに沿って除去されており、図5及び図6に示すように金属箔メッシュ部材10の開口部12とラインパターンを形成する樹脂から形成される印刷パターン開口部17を有している。金属箔メッシュ部材10の開口部12の長手方向とラインパターンとは直交していてもよいし、角度をなして交差していてもよい。
<金属箔メッシュ部材>
金属箔メッシュ部材10には上記のものを用いるので、重複する記載を省略する。
<樹脂>
樹脂は、図5及び図6に示すように、一方向に沿って配置されている複数の開口部12を覆っている。この樹脂は、例えば、感光性乳剤を光硬化させたものである。なお、ここでは樹脂をラインパターンの形成に使用しているが、樹脂の代わりに電鋳によって形成した金属でラインパターンを形成してもよい。
<印刷パターン開口部>
金属箔メッシュ部材10の開口部12を覆う樹脂16を開口して、印刷パターン開口幅Wで開口する印刷パターン開口部17が形成されている。
印刷パターン開口部17の開口面積は、1375μm以下にすることが好ましい。これによって印刷線幅を40μm以下にすることができる。
また、印刷パターン開口幅Wは、10μm以上、40μm以下である。10μm以下の印刷パターン開口幅Wの形成は樹脂の解像性が不足して形成が困難である。また、印刷線幅は印刷パターン開口幅Wよりも太くなる傾向があるため、印刷線幅39μm以下の細線印刷をするためには印刷パターン開口幅Wは40μm以下でなければならない。導電性銀ペーストを印刷すると、一般的には印刷パターン開口幅Wに対して5μm程広がるため、印刷パターン開口幅Wは望ましくは35μm以下である。
樹脂の厚みをE、樹脂によって形成される印刷パターン開口幅をW、金属箔メッシュ部材の厚みをZとした場合、E≧0.6×Z、且つ、(Z+E)/W≦1.33であることを特徴とする。また、総厚さ(Z+E)は、10μm以上45μm以下、印刷パターン開口幅Wは、10μm以上40μm以下である。
まず、樹脂の厚みEが薄すぎると、ペースト43がリブ11下に十分回り込むことができず、印刷不良が発生する(図11)。また、樹脂の厚みEが金属箔メッシュ部材10のリブ11の厚みZに対して薄いと、金属箔メッシュ部材10に樹脂16をコーティングした際に金属箔メッシュ部材の開口部12に充填される樹脂16が印刷面側に対して凹んだ状態になるという問題がある(図14)。その結果、このスクリーン印刷版を用いて印刷した際に印刷面側の凹んだ隙間からペーストが一方向と垂直な方向、つまり幅方向に滲み広がってしまう。そして印刷線幅が広がってしまう。
本発明者らは、この樹脂16の印刷面側の凹みは樹脂16の厚みEを大きくすることで低減できることを発見した。図14は、金属箔メッシュ部材10の開口部12に異なる表面形状を示す2種類の樹脂を複数回にわたって積層したスクリーン印刷版の印刷パターン開口部の周辺での状態を示す、図5のδ−δ方向からの切断面のSEM観察像である。なお、図14では順次の積層状態の境界線を見易くするため異なる2種類の樹脂を用いて積層している。つまり、2種類の樹脂の境界線で順次積層される樹脂16a、16b、16c、16d、16e、16fが示されている。図14によれば、樹脂16a、16b、16c等の樹脂厚Eが薄い段階では、樹脂の境界線の凹みが大きく、樹脂16d、16e、16f等の樹脂厚Eが大きくなるにつれて境界線の凹みが小さくなる様子が確認できる。図15は、図14の総厚さ(E+Z)と印刷パターン開口部17の周辺での印刷面側における凹み量との関係を示す概略図である。図15に示すように金属箔メッシュ厚が25μmの時、凹みが2μm以下になる総厚(E+Z)は40μmでEは15μmである。金属箔メッシュ厚が20μmの時、凹みが2μm以下になる総厚(E+Z)は32μmで樹脂厚Eは12μmとなっている。また、金属箔メッシュ部材の厚みZが薄くなるにつれて、凹みが2μm以下になる樹脂厚Eも小さくなっており、その比率(E/Z)は、およそ0.6である。よって印刷線幅の滲み広がりを抑えるために、樹脂の凹みを2μm以下にするには、E≧0.6*Zの条件が好ましい。
また、金属箔メッシュ部材と樹脂の厚みとの合計(Z+E)と印刷パターン開口幅Wのアスペクト比(Z+E)/Wが大きすぎると、ペーストが金属箔メッシュと樹脂によって形成される印刷パターン開口部17を通り抜けることができず、印刷不良が発生する。
本発明者らの行った印刷試験では上記アスペクト比1.33において印刷不良が発生しなかったが、アスペクト比1.60では印刷不良が発生した。そのためアスペクト比(Z+E)/Wは1.33以下であることが好ましい。
なお、金属箔の厚みZは、5μm以上20μm以下であり、総厚み(Z+E)は、10μm以上45μm以下であり、E≧0.6×Zであるので、樹脂16の厚みEは、3.8μm以上40μm以下となる。
<スクリーン印刷版の製造方法>
このスクリーン印刷版は、例えば、以下のようにして作製できる。例えば、金属箔の全面に樹脂(感光性乳剤)を塗布した後、開口させるラインパターンに対応する部分をマスクで覆って、マスクで覆った箇所以外を露光する。露光した箇所の樹脂(感光性乳剤)を硬化させ、マスクで覆った箇所の開口させる部分の樹脂(感光性乳剤)を除去して、スクリーン印刷版を作製できる。なお、上記作製方法は例示であってこれに限定されるものではない。
<太陽電池>
図16は、実施の形態1に係る結晶シリコン系の太陽電池30の概要を示す平面図である。この太陽電池30は、太陽電池基板であるシリコンウエハ32と、シリコンウエハ32上に太陽光の受光によって生じた電子・正孔対を集電するためのフィンガー電極34及びバスバー電極36を有する。フィンガー電極34は、例えば、幅45μm以上100μm以下、長さ150mm以上160mmの導電性パターンである。バスバー電極36は、例えば、フィンガー電極34と直交する方向に延びる幅1mm以上2mm以下、長さ150mm以上160mm以下の導電性パターンである。フィンガー電極34及びバスバー電極36は、例えば、銀電極である。
なお、上記では太陽電池の表面側の電極パターンについて規定したが、太陽電池の裏面側の電極パターンについても形成してもよい。
<スクリーン印刷による太陽電池の製造方法について>
図17は、スクリーン印刷による太陽電池の製造方法の概要を示す概略図である。
(1)スクリーン印刷版20と、印刷対象物である太陽電池基板46と、を用意する。スクリーン印刷版20のスキージ面47を鉛直上面とし、印刷面48を鉛直下面とする。印刷面48をスクリーン印刷する印刷対象物である太陽電池基板46に対向させる。
(2)次いで、スキージ面にはペースト43を載せると共に、スキージ42を図17の左から右へ移動させることにより、スクリーン印刷版の印刷パターン開口部17にペースト43を充填して、太陽電池基板46にペースト43を付着させる。スキージ42が通過した後は、スクリーン印刷版20の張力(テンション)によりスクリーン印刷版20と太陽電池基板46とが離れる。一方、ペースト43は太陽電池基板46に残る。
以上により、スクリーン印刷が行われ、スクリーン印刷版20の印刷パターン開口部17の配列に対応したペースト43が印刷される。その後、印刷パターン開口部17の配置に由来する凹凸を有するペースト43はレべリング過程を経て、太陽電池基板46上にフィンガー電極が形成される。これによって太陽電池が得られる。
(実施例)
以下、本発明を実施例によってさらに詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
図9に示した実験において、本発明者らはスクリーン印刷版の印刷パターン開口部の平均開口面積を1375μm以下にすることで印刷線幅39μm以下の細線印刷ができると推測した。そこで印刷線幅39μm以下の細線印刷を実現するべく、本開示で示した金属箔メッシュ部材を電鋳方式でNi−Co合金を用いて作製した。一方向に沿って設置した開口部の単位長さ当たりのリブの断面積は3.60μm/μmから4.34μm/μm、開口部のピッチXを40μm以上65μm以下、開口幅Yは24μm以上39μm以下、金属箔の厚みZは15μmとした。製造した金属箔メッシュ部材の開口部のピッチXが40μm、開口幅Yが24μmの開口仕様の光学顕微鏡写真を図18に、同開口部のリブの断面SEM観察写真を図19にそれぞれ示す。
この金属箔メッシュ部材を用いて乳剤厚14μm、印刷パターン幅29μm、32μmのスクリーン印刷版を作製した。作製した印刷版を用いて導電性銀ペースト(Heraeus社製FS41)を使った印刷を行い、マイクロスコープ(オリンパス株式会社製:型式DSX500)で印刷されたペーストの形状を測定した。
印刷の結果を図9に示す。図9に示すように、開口面積が小さいほど印刷線幅が細くなる傾向が見られ、印刷パターン開口部17の平均開口面積を1375μm以下にすることで印刷線幅40μm以下を実現することができた。開口部12のピッチXが40μm、開口幅Yが24μm、印刷パターン開口幅Wが28μmの仕様で印刷された、印刷線幅34.7μm、平均高さ21.6μmでアスペクト比0.63(平均高さ÷印刷線幅)のフィンガー電極のμスコープ観察像を図20に示す。
上記実施例に係る金属箔メッシュ部材及びスクリーン印刷版を使用することで印刷線幅39μm以下、平均高さ20μm以上、アスペクト比0.5以上のラインパターンをスクリーン印刷によって実現することができた。また、このスクリーン印刷版を使用することで太陽電池セルの表面銀電極の細線化が実現され太陽電池の変換効率が向上するだけでなく、一回印刷での高いアスペクト比の印刷により、従来の二回印刷を置き換えることで太陽電池セル製造工程を削減し、コストダウンを図ることができる。
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び/又は実施例のうちの任意の実施の形態及び/又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び/又は実施例が有する効果を奏することができる。
本発明に係る金属箔メッシュ部材によれば、これを用いたスクリーン印刷版によって印刷線幅39μm以下の細線印刷が可能であって、製版時及び印刷時にスクリーン印刷版が破断しにくい十分な強度を有するスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材及びそれを用いたスクリーン印刷版を提供することができる。
2 フィンガー電極用パターン
4 バスバー電極用パターン
8 応力
9 試験片
10 スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材
11 リブ
12、12a 開口部(孔、長円、矩形)
16、16a、16b、16c、16d、16e、16f 樹脂(感光性乳剤)
17 印刷パターン開口部
20 スクリーン印刷版
22 アルミ枠
23 アルミ枠とポリエステル紗との接着部
24 ポリエステル紗
25 金属箔メッシュ部材とポリエステル紗との接着部
26 樹脂コート部(金属箔メッシュ部材)
30 太陽電池
32 シリコンウエハ
34 フィンガー電極
36 バスバー電極
42 スキージ
43 銀ペースト
44 スクレッパ
46 Siウエハ
47 スキージ面
48 印刷面
50 スクリーン印刷版
51 ワイヤ
52 開口部
56 樹脂(感光性乳剤)

Claims (9)

  1. 印刷パターンを形成する樹脂と一体化させて用いられる金属箔からなるスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材であって、
    前記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の一方向に沿ってピッチXで配列された複数の開口部の前記一方向に沿った開口幅をY、前記一方向に沿って並ぶ2つの開口部に挟まれた前記金属箔からなるリブの前記一方向に沿って厚さ方向に切断した場合の前記リブの断面積をAとした場合、
    前記開口幅Yが10μm以上39μm以下であって、
    前記リブの前記一方向に沿った幅Cが30μm以下であり、
    前記リブの前記断面積Aを前記ピッチXで除して得られる前記一方向に沿った単位長さ当たりの前記リブの断面積Bが、3(μm/μm)≦B(μm/μm)の関係式を満たすと共に、
    前記金属箔の厚みZが5μm以上20μm未満である、スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材。
  2. 前記ピッチXが65μm以下である、請求項1に記載のスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材。
  3. 前記金属箔は、電鋳製である請求項1又は2に記載のスクリーン印刷用金属箔メッシュ部材。
  4. 請求項1から3のいずれか一項に記載の前記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材を含む、スクリーン印刷版。
  5. 前記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の前記一方向に沿って配列されている前記複数の開口部を覆う樹脂と、
    長手方向が前記一方向であって、前記開口部を覆う前記樹脂を前記一方向と交差する印刷パターン開口幅Wで開口している複数の印刷パターン開口部からなる印刷パターンと、
    をさらに備えた、請求項4に記載のスクリーン印刷版。
  6. 複数の前記印刷パターン開口部の平均面積が1375μm以下である、請求項5に記載のスクリーン印刷版。
  7. 前記樹脂の厚みをE、前記スクリーン印刷用金属箔メッシュ部材の厚みをZとした場合、E≧0.6×Z、且つ、(Z+E)/W≦1.33の関係式を満たし、
    総厚み(Z+E)は、10μm以上45μm以下であって、
    前記印刷パターン開口幅Wは、10μm以上40μm以下である、請求項5又は6に記載のスクリーン印刷版。
  8. 太陽電池用電極配線用途である、請求項4乃至7のいずれか一項に記載のスクリーン印刷版。
  9. 請求項4乃至8のいずれか一項に記載の前記スクリーン印刷版と、印刷対象物である太陽電池基板と、を用意する工程と、
    前記スクリーン印刷版を用いてスクリーン印刷を行って、前記太陽電池基板にフィンガー電極を形成する工程と、
    を含む、太陽電池セルの製造方法。
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