TWI523592B - 網版印刷膜及其表面改質方法 - Google Patents

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Description

網版印刷膜及其表面改質方法
本發明是有關於一種網版印刷設備，且特別是有關於一種網版印刷膜及其表面改質方法。
精密網版印刷因技術進步，已成為太陽能電池或太陽能板上印製電極銀線的主要製造技術。網版印刷膜乃定義電極線圖樣的印刷遮罩。將其貼合於所欲印製之太陽能板上，並塗抹含有導電金屬-通常為銀-的漿料後，即可完成電極印製。而網版印刷膜則可在刮除殘餘漿料後，重新利用之，直到其表面漿料已難以刮除或膜本身破損。
網版印刷膜可以高分子膜或金屬薄膜製，後者提供相當好的機械強度，可重複利用次數高，但製造成本相當昂貴。而以高分子膜製，雖成本低廉且技術門檻較低，但在漿料塗佈後，將因高分子本身親水且沾黏的特性而難以清除。殘留的漿料在下次網印時，除了降低下次使用時的電極印刷品質外，網印膜在幾次 印刷後將不敷使用，整體來說勢必增加太陽能電池電極的製作成本。近來有通過鍍製疏水膜來改善漿料殘留的問題，但網印膜本身若吸收漿料膨脹則會造成線寬改變或不均。
另外，特定的高分子膜如聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)，因其組成是具有羥基(-OH)的長鏈狀高分子。羥基不僅會與水產生氫鍵，小分子的PVA更能溶於水，所以用於網版印刷的PVA膜會吸漿料裡的水分並因此膨脹。膨脹後的網印膜張力下降而不耐使用，且線寬會改變或不均，因此印刷品質難以提升。
本發明提供一種網版印刷膜的表面改質方法，能使網版印刷膜具有疏水性、不沾黏性與不吸水膨脹。
本發明提供一種網版印刷膜，具有疏水性、不沾黏性與不吸水膨脹。
本發明的網版印刷膜的表面改質方法，包括提供一基材，且此基材至少有一表面為聚乙烯醇(PVA)膜。產生一加熱源及產生一電漿源沈積疏水膜改質所述基材的所述表面，其中基材的受熱溫度範圍為100℃至500℃之間。
在本發明的一實施例中，產生上述加熱源之步驟是在產生電漿源之前或之後，或可同時進行的。
在本發明的一實施例中，上述加熱源的加熱時間為1秒~300秒內。
在本發明的一實施例中，上述加熱源的加熱次數為1次 ~20次內。
在本發明的一實施例中，上述加熱源包含但不限於紅外燈管曝照、紫外光曝照、接觸式加熱或使用微波或射頻電磁加熱。
在本發明的一實施例中，上述電漿源為電子迴旋共振電漿(electron cyclotron resonance，ECR)或電容耦合電漿(capacitance-coupled plasma，CCP)。
在本發明的一實施例中，上述電漿源的壓力範圍介於10-4Torr至1Torr之間。
在本發明的一實施例中，上述電漿源使用的反應氣體是選自由碳氟氣體、碳氫氣體、氧氣與惰性氣體所組成之群組中的氣體。
在本發明的一實施例中，上述惰性氣體的流量佔上述反應氣體總流量之10%至75%之間。
在本發明的一實施例中，上述疏水膜包括碳氟膜及類鑽膜之多層膜結構。
在本發明的一實施例中，上述電漿源的電漿覆蓋面積至少為0.1平方公尺以上，例如在0.1平方公尺~4平方公尺之間。
本發明的網版印刷膜是使用上述方法進行表面改質的網版印刷膜，其特徵在於所述網版印刷膜的表面的主成分為去OH基的聚乙烯醇(PVA)。
在本發明的另一實施例中，上述網版印刷膜表面為經電漿鍍製的碳氟及類鑽疏水多層膜。
在本發明的另一實施例中，上述網版印刷膜與水的接觸角大於100度、小於150度。
基於上述，本發明藉由加熱改質與電漿改質，同時提升網版印刷膜的PVA膜表面的疏水性與水滴滑動性，並且能將會吸水的PVA膜改為不吸水的特性。因此，藉由本發明改質的網版印刷膜能提升網印品質，間接降低太陽能電池的製作成本。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100~104‧‧‧步驟
圖1是依照本發明的一實施例的一種網版印刷膜的表面改質流程步驟圖。
圖2是未處理的PVA膜與實驗例中經加熱改質的PVA膜之紅外光吸收頻譜圖。
圖3是未處理的PVA膜與實驗例之網版印刷膜通過水滴接觸角測試得到的示意圖。
圖4是未處理的PVA膜與實驗例之網版印刷膜在不同階段之重量變化圖。
圖1是依照本發明的一實施例的一種網版印刷膜的表面 改質流程步驟圖。
請參照圖1，於步驟100中，提供一基材，且此基材至少有一表面為聚乙烯醇(PVA)膜。
然後，可選擇進行步驟102或步驟104；也可同時進行步驟102和步驟104。步驟102是產生一加熱源，改質所述基材中為PVA膜的表面，其中基材的受熱溫度範圍為100℃至500℃之間。上述加熱源的加熱時間例如在1秒~300秒內，且加熱次數可進行1次~20次內。舉例來說，可使用如紅外燈管或紫外光之類的加熱源進行數次短時間局部曝照；或者，上述加熱源可為接觸式加熱，如接觸式加熱板進行局部瞬間加熱；或者，使用微波或射頻電磁波，對披覆於PVA膜底部的不鏽鋼網進行電磁加熱，使得PVA膜進行熱裂解或再交聯(cross-linking)，而不至於熔解或燒灼一般設於網版印刷膜外側的固定膠，達到PVA膜改質而不吸水的特性。經步驟102改質的PVA膜通過檢測發現其主成分是去OH基的PVA。
步驟104是產生一電漿源改質所述基材中為PVA膜的表面，以進行網版印刷膜的疏水及抗水改良。經過步驟104之後，PVA膜表面會沈積疏水膜故具有疏水性、不沾黏性與不吸水膨脹。例如基材中為PVA膜的表面之水接觸角變大，即網版印刷膜與水的接觸角可大於100度、小於150度。所述電漿源例如電子迴旋共振電漿(electron cyclotron resonance，ECR)或電容耦合電漿(capacitance-coupled plasma，CCP)。上述電漿源的壓力範圍例 如介於10-4Torr至1Torr之間。電漿源使用的反應氣體例如是選自由碳氟氣體、碳氫氣體、氧氣與惰性氣體所組成之群組中的氣體，且惰性氣體的流量譬如是與其他反應氣體呈特定比率，如佔反應氣體總流量之10%至75%之間。
上述電漿源的電漿覆蓋面積至少為0.1平方公尺以上，例如在0.1平方公尺~4平方公尺之間。本實施例為實現上述大面積之微波電漿源，可使用小面積的窗格搭配金屬窗框所構成的多發射源ECR(multi-source ECR，MECR)來組成大面積的裝置(參照本國專利公開號TW201230886的裝置)，所以能使每個電漿激發單元獨立產生互不相干的電漿源而達到高密度及高均勻度之大面積電漿，還可解決大面積的窗格(如石英玻璃)所帶來的高成本及易受到大氣壓力壓縮變形或碎裂的問題。
而且，步驟104所進行的電漿改質還可以是由兩道電漿處理所構成；舉例來說，可先進行能改善與PVA膜之間的附著性的平滑電漿鍍膜步驟，再進行表面疏水處理的疏水電漿鍍膜步驟。上述平滑電漿鍍膜可以是利用常溫電漿輔助化學氣相沉積，鍍製類鑽膜(diamond-like coating，α-C：H)，因為類鑽膜為緻密的碳堆疊，所以水分子不易鑽入且表面光滑不易沾黏。其中，可使用包含但不限於CH4、C2H2、C2H4、C3H6、C3H8等碳氫氣體來作為電漿源使用的反應氣體。
而上述疏水電漿鍍膜則可利用多種不同種類電漿形成碳氟膜(α-C：F)，其中可使用包含但不限於CF4、C2F6、C3F8等碳氟 氣體、或以適量O2搭配CF4、或以適量碳氫氣體搭配CF4，使得C：F比例約2~3之間製備所述碳氟膜。至於上述疏水電漿鍍膜所採用的電漿則包括電容耦合電漿(CCP)、感應耦合電漿(inductance-coupled plasma，ICP)、表面波電漿(surface wave plasma，SWP)或電子迴旋共振電漿(ECR)，其中以表面波電漿(SWP)與電子迴旋共振電漿(ECR)較適於作為碳氟膜的鍍製手段。本實施例如經兩道電漿處理，可達到網版印刷膜的表面具有疏水的能力，且沾上水滴也極易隨重力流掉，對於印刷漿料去除大有助益。在步驟104的電漿改質中如進一步的施加直流或射頻偏壓，可使得鍍膜速率加快且鍍製成品密度提升。
在本實施例中，使用ECR電漿還有能同時在網版印刷膜的正反兩面均能形成鍍膜的功效。由於ECR電漿因操作在相對低壓環境(~mTorr)，電漿擴散能力極強，即使是數微米的孔隙，對電漿離子與自由基均可擴散進入，故能藉由擴散至網版印刷膜的反面而形成疏水膜。如此一來，本實施例能解決傳統電漿處理時，疏水膜僅會在網版印刷膜的表面沉積，導致網版印刷膜的背面易黏附漿料且難以清除的問題。
在本實施例中，產生加熱源的步驟102可在產生電漿源的步驟104之前進行，也可以在產生電漿源的步驟104之後進行；較佳是先進行步驟102，以減少熱改質時的揮發氣體破壞表面電漿鍍膜的機會。
以下列舉幾個實驗來驗證本發明的功效，但本發明之範 圍並不侷限於以下實驗。
實驗例
首先，進行邊膠遮框保護，所使用的網版印刷膜是Al/PTFE板並在其中設有PVA膜。然後利用紅外燈管加熱源，對PVA膜進行4~5次且每次約2.5秒的曝照，其中每個紅外燈管的功率是1300W。
然後，對進行上述加熱改質的PVA膜先進行傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)檢測，得到圖2所示的紅外光吸收頻譜圖。由圖2可知經加熱改質的PVA膜只有OH的吸收巨幅的減少，這代表分子原有的OH基已經幾乎揮發掉，因此經加熱改質的PVA膜通過檢測發現是去OH基的PVA。
然後，將上述加熱處理後之網版印刷膜進行一連串電漿改質。詳細製程是先建立真空(<2×10-5Torr)再於3.5mTorr的壓力下使用C2H2和Ar作為電漿源的反應氣體進行1分鐘左右的電漿改質步驟，其中流量比為C2H2：Ar=1：1、每一電漿源之微波功率為1800W，經此步驟應可於PVA膜表面形成類鑽膜(α-C：H)。
接著，於5.8mTorr的壓力下使用CF4、C2H2和Ar作為電漿源的反應氣體進行1分鐘左右的電漿改質步驟，其中流量比為CF4：C2H2：Ar=3：2：3、每一電漿源之微波功率為1800W，經此步驟應可於PVA膜表面形成碳氟膜(α-C：F)。最終得到的網版印刷膜表面為經電漿鍍製的碳氟及類鑽疏水多層膜。
然後將所得到的改質後網版印刷膜進行以下量測：
水滴接觸角測試
透過水滴接觸角測試得到如圖3顯示的結果，其中未處理的PVA膜與水的接觸角約60度，但是經實驗例改質過的網版印刷膜與水的接觸角約114度，因此證明經實驗例改質過的網版印刷膜可達到疏水效果。
重量變化測量
以原始狀態的重量為100%，測量未處理的PVA膜與實驗例之網版印刷膜在不同階段之重量，並計算其重量差異比例，結果顯示於圖4。由圖4可知，經實驗例改質過的網版印刷膜在浸泡後的吸水量遠低於未處理的PVA膜，所以證明經實驗例改質過的網版印刷膜可達到不吸水的特性。
綜上所述，本發明利用加熱源與電漿源對聚乙烯醇(PVA)為網印膜之太陽能電池用網版印刷膜進行表面改質，使其具有疏水性、低黏附性且不吸水而膨脹軟化。透過本發明可大幅提升電極銀線網印品質，間接有效降低太陽能電池的製作成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100~104‧‧‧步驟

Claims (16)

  1. 一種網版印刷膜的表面改質方法，包括：提供一基材，該基材至少有一表面為PVA膜；以及產生一加熱源改質該基材的該表面，其中該基材的受熱溫度範圍為100℃至500℃之間；以及產生一電漿源沈積疏水膜以改質該基材的該表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中產生該加熱源之步驟是在產生該電漿源之前或之後，或可同時進行。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中該加熱源的加熱時間為1秒~300秒內。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中該加熱源的加熱次數為1次~20次內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中該加熱源包括紅外燈管曝照、紫外光曝照、接觸式加熱、或使用微波或射頻電磁加熱。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中該電漿源為電子迴旋共振電漿(electron cyclotron resonance，ECR)或電容耦合電漿(capacitance-coupled plasma，CCP)。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中該電漿源的壓力範圍介於10-4Torr至1Torr之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中該電漿源使用的反應氣體是選自由碳氟氣體、碳氫氣體、氧氣與惰性氣體所組成之群組中的氣體。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中該惰性氣體的流量佔該反應氣體總流量之10%至75%之間。
  10. 如申請專利範圍第8項所述的網版印刷膜的表面改質方法，該疏水膜包括碳氟膜及類鑽膜之多層膜結構。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中該電漿源的電漿覆蓋面積至少為0.1平方公尺以上。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的網版印刷膜的表面改質方法，其中該電漿源的面積的電漿覆蓋面積在0.1平方公尺~4平方公尺之間。
  13. 一種使用如申請專利範圍第1項所述的方法進行表面改質的網版印刷膜，其特徵在於：所述網版印刷膜的主成分為去OH基的聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的網版印刷膜，其中該網版印刷膜表面為經電漿鍍製的碳氟及類鑽疏水多層膜。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的網版印刷膜，其中該網版印刷膜與水的接觸角大於100度。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的網版印刷膜，其中該網版印刷膜與水的接觸角小於150度。
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