JPWO2014102904A1 - 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

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 Download PDF

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Abstract

生産性の高い方法で高アスペクト比の電極を得ることを目的とするもので、所望の印刷形状の溝状の凹部12に第1のペースト14aを充填する工程と、溝状の凹部12に充填された第1のペースト14aを乾燥させる工程と、再度、そのパターンに第2のペースト14bを充填する工程とを有し、機械的な方法にて充填された第1及び第2のペースト14a,14bを溝状の凹部12から押し出し、太陽電池用基板などの被印刷物に印刷を行うことを特徴とする。

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の印刷方法図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の印刷方法図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非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非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。
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。
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。
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。
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。
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ペースト14aを充填する。
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。

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. 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、充填する工程であることを特徴とする請求項2に記載の印刷方法。
  4. 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請求項2に記載の印刷方法。
  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. 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たことを特徴とする請求項6に記載の印刷装置。
  8. 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請求項6に記載の印刷装置。
  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6〜8のいずれか1項に記載の印刷装置。
  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印刷材料を押し出すことを特徴とする請求項9に記載の印刷装置。
  11. 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請求項6に記載の印刷装置。
  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. 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請求項13に記載の太陽電池の製造方法。
  15. 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請求項13に記載の太陽電池の製造方法。
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