WO2008148479A2 - Verfahren und vorrichtung zum bedrucken von solarzellen mittels siebdruck - Google Patents

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WO2008148479A2
WO2008148479A2 PCT/EP2008/004199 EP2008004199W WO2008148479A2 WO 2008148479 A2 WO2008148479 A2 WO 2008148479A2 EP 2008004199 W EP2008004199 W EP 2008004199W WO 2008148479 A2 WO2008148479 A2 WO 2008148479A2
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printing
screen
doctor blade
pressure
printing screen
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PCT/EP2008/004199
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Ewald König
Markus Hilpert
Klaus Messmer
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Thieme Gmbh & Co. Kg
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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00—Inking and printing with a printer's forme
    • B41M1/12—Stencil printing; Silk-screen printing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F15/00—Screen printers
    • B41F15/08—Machines
    • B41F15/0804—Machines for printing sheets
    • B41F15/0813—Machines for printing sheets with flat screens
    • B41F15/0818—Machines for printing sheets with flat screens with a stationary screen and a moving squeegee
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B41F15/46—Squeegees or doctors with two or more operative parts
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    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a method for printing solar cells by means of screen printing.
  • the invention also relates to a device for printing on solar cells by means of screen printing.
  • so-called thick-film printers are used, which were originally developed for the printing of solder deposits for solder paste in the SMD (surface mounted device) area.
  • Such so-called thick-film printers have, in order to ensure the required printing precision, very massive screen frames and work with very high screen tensions or with solid, glazed stencils. Since the wire tensions are very high, the screen can be pressed only slightly by a squeegee during printing, so that you have to work with very small distances between the screen and printing solar cell. The high wire tension also requires the need for very stiff doctor blades.
  • the well-known thick-film printer work in perfect condition with high precision, the required high-pressure screens must be provided with very expensive, massive frame and the known thick-film printers are also relatively sensitive to variations in process parameters, for example, with respect to variations in the contact pressure of the doctor or deviations of the parallelism between Top and bottom of the solar cell.
  • a thick film printer according to the prior art and a printing screen for this purpose are shown in FIGS. 1 a and 1 b.
  • the object of the invention is to provide a device and a method for printing on solar cells by means of screen printing, which is suitable for mass production and insensitive to changes in process parameters.
  • a method for printing solar cells by means of screen printing in which a printing screen is raised during a printing movement of the squeegee at the rear end of the printing screen, as seen with respect to a direction of movement of the squeegee when printing, to a trigger angle of the screen between sieve and Keep solar cells behind the squeegee above a critical value.
  • the invention is based on the surprising finding that the known thick-layer screen printing methods, which were originally developed for the printing of solder deposits in the SM D range, although suitable for the printing of solar cells, but far oversized.
  • So-called thick-film printers are dimensioned for high forces in the printing screen and thick layers and correspond in terms of the achievable printing precision to the requirements of SMD technology.
  • other boundary conditions are crucial.
  • a disadvantage of the known thick-layer screen printing method that they are very sensitive to the smallest changes in the screen printing parameters, including, for example, the thickness of the solar cell to be printed, the parallelism of the surface to be printed to the printing screen and asperities of the solar cell belong.
  • the method according to the invention is tolerant to changes in the screen printing parameters and even in the case of uneven, differently high solar cells or solar cells with surfaces to be printed, which are not arranged exactly parallel to the printing screen, a satisfactory and sufficiently precise printed image can still be achieved.
  • the printing screen one-sided at the rear end during is raised above the pressure, the release angle of the screen between screen and currently printed solar cell is kept above a critical value and it can be ensured that the printing screen quickly dissolves from the printing paste or ink currently applied to the solar cell.
  • This rapid release of the printing screen from the printing paste just applied substantially increases the printing quality in terms of sharpness of the contours and, therefore, it is possible, for example, to work with comparatively low-tensioned screens and very soft doctor blades, thereby making it possible to compensate for unevenness or nonparallel nature of the solar cells ,
  • a load on the currently printed solar cell can be kept very low by the doctor, so that the breakage rate can be kept very low even with sensitive solar cells, such as so-called string-ribbon wafers.
  • the rapid release of the printing screen behind the doctor blade by the trigger angle is kept above a critical value makes the inventive method insensitive to deviations of the screen printing parameters, thereby enabling only a so-called multiple benefits, in which a plurality of adjacent solar cells are printed simultaneously with a printing screen.
  • the method according to the invention is well suited for printing surface contacts or laminar coatings on solar cells.
  • the trigger angle of the screen during the entire pressure movement of the doctor blade is maintained at a value of more than 0.8 °.
  • the desired release angle of more than 0.8 ° is achieved at the beginning of the printing movement of the doctor blade with still parallel Drucksiebrahmen and solar cell. As the squeegee moves across the currently printed solar cell, the firing angle behind the squeegee would otherwise inevitably flatten, compensated for by properly lifting the rear end of the squeegee frame.
  • the trigger angle during the entire pressure movement of the doctor blade is maintained at a value between 0.8 ° and 1, 2 °.
  • the trigger angle is maintained at a constant value during the entire pressure movement of the doctor blade.
  • the printing screen is raised so that lying between the printing screen and just printed solar cell screen angle of about 0 ° rises to about 0.5 °, wherein the printing screen at its seen in relation to the direction of movement of the doctor during printing front end to a pivot point is pivotally mounted.
  • the printing screen can be raised at a distance of about 650mm to 710mm from the pivot point during the printing movement of the squeegee between 0mm and 5mm per 200mm squeegee travel.
  • the specified measures can be used to produce precise print images. This applies in particular if two solar cells are printed simultaneously with this printing screen size, ie a so-called double benefit is realized.
  • a sieve rest of the printing screen is set on all sides to a value of at least 150 mm.
  • the so-called Siebruhe refers to the distance from a printed image on the printing screen to the inner edge of the screen frame.
  • the sieve rest means an unused area of the sieve.
  • a large sieve rest leads to a soft sieve, because at a greater distance from the printing screen frame, the sieve can be pressed more easily in the direction of the solar cell to be printed than in the immediate vicinity of the printing sieve frame.
  • Increasing the sieve rest usually leads to a reduction in the achievable precision in printing, since inevitably larger distances from Drucksiebrahmen greater length tolerances may occur when pressing down the screen. This is the reason, for example, why conventional thick-film printers are used for printing on solar cells with very low wire counts and high-tensioned screens.
  • a wire tension of the printing screen is set to a value less than or equal to 25 N / cm.
  • an angular position of the doctor blade is adapted to a surface inclination of the solar cell during pressing, wherein the doctor blade is connected by means of at least two pressure cylinders to a doctor bar and wherein an angular position of the doctor blade about the longitudinal direction of the movement of the doctor blade can be adjusted during the pressure.
  • the precise printing of solar cells can be ensured, the surface to be printed is not one hundred percent parallel to the printing screen by Ra and wafer surface are always kept parallel. Furthermore, the adaptation of the angular position of the doctor blade ensures uniform loading of such non-parallel solar cells. If the angular position of the doctor blade were not adjusted, then the solar cell in the region closer to the printing screen would inevitably be subjected to a very high load and the probability of breakage of the solar cell during printing would be very high. These risks can be avoided with the method according to the invention.
  • a doctoring force with which the doctor is pressed during printing against the printing screen and the substrate is set to a value between 2N and 10N per cm doctor blade length, in particular 5 N / cm.
  • a device for printing on solar cells by means of screen printing in which a printing screen is pivotally mounted on a seen in the direction of movement of the blade during printing front end of the doctor blade and in which a device for lifting the rear end of the printing screen during the printing movement of the doctor blade, wherein a doctor bar and at least two impression cylinders are provided for connecting the doctor blade to the doctor bar, and wherein the doctor blade is pivotally attached to the printing cylinders about a longitudinal direction of the movement of the doctor blade during printing, and wherein the printing cylinders and / or or a controller for pressurizing the impression cylinder is dimensioned such that a change in the pressure cylinder acting pressure of 1bar causes a change in a doctor blade force by a maximum of 2.5 N / cm, in particular 1, 8N / cm.
  • the device according to the invention is thus insensitive to fluctuations in the hydraulic or pneumatic pressure with which the pressure cylinder for pressing the doctor against the printing screen and the printed solar cell are acted upon. Fluctuations in the pressure acting on the printing cylinder thus only lead to a slight change in the doctoring force per doctor blade length, so that even with fluctuations in the pressure no increased risk of breakage of the solar cell being printed is to be feared.
  • Such a design of the printing cylinder can be achieved for example by reducing the hydraulically effective cross section of the printing cylinder.
  • the device according to the invention thereby becomes fault-tolerant and allows the printing of solar cells with a low breakage rate even in mass production.
  • a control cam or a servomotor can be used for lifting the printing screen.
  • the squeegee force per squeegee length, also referred to as squeegee pressure, and the pressure acting on the printing cylinder thus have a large process window, whereby the security of the printing process can be significantly increased.
  • the squeegee consists of an obliquely arranged to the printing screen flexible material strip of rubber-like material with a Shore hardness of less than 65 Shore.
  • a rubber-like material is selected with low Shore hardness, so that the squeegee edge bumps of the solar cell just printed well follow and can compensate for them.
  • the printing screen thus adapts to the surface irregularities of the currently printed solar cell under the pressure of the doctor blade, so that a satisfactory printed image can be achieved.
  • a sieve rest of the printing screen is at least 150 mm on all sides and a tension of the printing screen is selected to be less than or equal to 25 N / cm.
  • 1a is a schematic representation of a so-called thick-film printer for printing on solar cells according to the prior art
  • 1 b is a schematic representation of a printing screen for the thick-film printer of Fig. 1a
  • FIG. 2a is a schematic side view of a device according to the invention for printing on solar cells by means of screen printing
  • FIG. 2b shows a printing screen for the device of Fig. 2a
  • FIG. 3 is another schematic side view of the device of Fig. 2a
  • FIG. 4 is another schematic side view of the device of Fig. 2a
  • Fig. 5 is a schematic view of the device of Fig. 2a from the front, ie opposite to the direction of movement of the doctor blade during printing and
  • Fig. 6 is a side view of the device of Fig. 2a to illustrate some important angles in the invention.
  • FIG. 1a shows a conventional so-called thick-film printer 10 for printing on solar cells.
  • the thick-film printer 10 has a pressure nest 12 on which a solar cell 14 to be printed rests. Parallel to the pressure nest a Drucksiebrahmen 16 is held, on which a printing screen 18 is fixed in the tensioned state.
  • a squeegee 19 has a squeegee holder 20 and a squeegee rubber 22. During the pressing, the doctor blade 19 is pressed against the printing screen 18 in the direction of the solar cell 14 and moved away in the direction of the arrow 24 over the surface of the solar cell.
  • a distance a between the printing screen in the flat state and the surface of the solar cell 14 to be printed must be overcome, which also is referred to as Siebubaformdistanz or jump.
  • the conventional thick film printer 10 operates with high screen tensions, very solid, stable screen frame 16, very hard printing doctor blades 19 and very small forming distance a. Due to the high straining stresses, the force that has to be applied by means of the doctor in order to overcome the distance a is comparatively high.
  • the squeegee rubber 22 must therefore be made of elastic material with high Shore hardness to ensure that the pressing against the wire edge of the squeegee rubber 22 does not stand with such a large area on the screen that no exact pressure is possible.
  • the cross-sectional shape of the squeegee rubber 22 is chosen to be square, so that even due to this shape and the arrangement as placed on an edge square the squeegee rubber 22 is only slightly flexible.
  • FIG. 1 b shows the screen frame 16 and the printing screen 18 in a schematic view from above.
  • a region 26 of the printing screen 18 marks the area in which the printed image is applied to the solar cell 14.
  • a distance between the outer edge of the region 26 and the inner edge of the screen frame 16 is referred to as Siebruhe R.
  • the reference numeral 16a the very massive and large cross-section of the screen frame 16 is indicated.
  • the schematic side view of Fig. 2a shows an inventive device 30 for printing the solar cell 14 by means of screen printing.
  • the device 30 has a pressure nest 32 on which the solar cell 14 lies.
  • a screen frame 34 tensions a printing screen 36 and during printing a doctor blade 38 is pressed against the printing screen 36 and the solar cell 14 and then moved in the direction of the arrow 40 over the surface of the solar cell 14 to be printed.
  • the doctor blade 38 has a flexible material strip which is inclined with respect to the printing screen 36 made of elastic material.
  • a doctor blade holder in which the material strip is fastened is not shown in FIG. 2a for the sake of clarity.
  • the screen frame 34 is pivotally mounted at its in the direction of movement 40 of the doctor blade 38 when viewed from the front end at a pivot point 42.
  • the screen frame can thus be pivoted along an arrow 44 with its rear end upwards and assume, for example, the position shown in dashed lines in Fig. 2a.
  • the doctor 38 is shown in Fig. 2a in two different positions, once pulled through approximately at the beginning of the printing movement and once dashed at about two-thirds of the pressure movement across the solar cell 14.
  • the position of the pressure screen 36 is shown in the solid line position shown in solid the squeegee 38. Shown in phantom is the position of the printing screen 36, which occupies this when the squeegee 38 is in its dashed line position and the screen frame 34 is in its unilaterally raised position by means of the Sieblifts.
  • a dot-dash line indicates a merely imaginary position of the printing screen 36 when the screen frame 34 is in the upwardly pivoted position.
  • the rear end of the screen frame 34 is raised along the arrow 44. This causes the printing screen 36 to detach faster from the surface of the solar cell 14 in the direction of the arrow 40, as seen behind the doctor blade. Specifically, a release angle that the portion of the printing screen behind the squeegee 38 encloses with the surface of the solar cell 14 is greater for a given squeegee position than when the printing screen 34 is not pivoted upward during the squeegee 38's pressure movement. Without lifting the printing screen, the release angle becomes smaller as the squeegee travel increases.
  • This lifting of the printing screen 34 in the region of its rear end ensures in the apparatus according to the invention that the printing screen 36 behind the doctor quickly lifts off the surface of the solar cell 14 and thus quickly from the pressed by means of the doctor blade 38 through the printing screen 36 and behind the squeegee 38 on the solar cell 14 located printing paste lifts.
  • This can be achieved over the surface of the solar cell 14, a precise print image during the entire printing movement of the doctor blade 38, since even at the end of the printing movement of the doctor blade 38, the printing screen 36 quickly moved out of the applied printing paste by the release angle above a predetermined value or on a constant value.
  • FIG. 2b shows that the printing screen frame 34 has a substantially smaller cross-section 34a than the cross-section 16a of the screen frame 16 of the thick-film printer 10.
  • the screen voltages used according to the invention are significantly lower than in conventional thick-film printers so that lighter built screen frames 34 can be used.
  • it is not the absolute cross-sectional dimensions that are essential, but the ratio of screen frame cross-section to screen frame size. ße, which is significantly greater in the conventional thick-film printer than in the device according to the invention.
  • the printing screen frame 34 is significantly larger than the printing screen frame 16 of Figs. 1a and 1b.
  • the sieve rest R between the region 26 of the printing screen 36, which has the printed image, and the inside of the screen frame 34 is substantially larger than in the printing screen according to FIG. 1 b.
  • the sieve rest R in the device according to the invention is at least 150 mm on all sides. The region 26 with the printed image of the printing screen 36 can therefore be moved much more easily in the direction of the solar cell 14 than is the case with the printing screen of FIG. 1b. This is because the sieve rest R is larger and also a screen tension of 25N / cm or less is selected. As a result, significantly lower blade forces can be selected in the invention.
  • FIG. 3 shows the device 30 according to the invention before printing is started and the printing screen 36 is aligned parallel to the surface of the solar cell 14 to be printed.
  • the forming distance is chosen to be much larger and is for example 4 mm.
  • the doctor blade 38 touches the printing screen 36, but does not press it down in the direction of the solar cell 14.
  • the state shown schematically in FIG. 4 shows the beginning of the pressure on the solar cell 14.
  • the printing screen 36 has been pressed down by means of the doctor 38, until the printing screen 36 presses the solar cell 14. stir.
  • the printing squeegee 38 is now moved in the illustration of FIG. 4 to the right over the surface of the solar cell 14 to be printed.
  • FIG. 5 shows a front view of the device 30 according to the invention of FIG. 2 a, ie opposite to the arrow 40. It can be seen that the solar cell 14 to be printed has an uneven surface.
  • the printing screen 36 which is shown for clarity of illustration at a certain distance above the surface to be printed of the solar cell 14, but due to the selected low wire tension and the chosen large Siebruhe but able to be under the pressure of the doctor blade 38 in the area the blade edge 46 to the surface irregularities of the solar cell 14 adapt.
  • the squeegee 38 is due to the low hardness of a maximum of 65 Shore and due to the selected doctor shape again so elastic that the squeegee edge 46 can also follow the surface profile of the solar cell 14 and thus a continuous line-shaped contact between printing screen 36 and surface of the solar cell 14 is formed.
  • the squeegee 38 is held by a squeegee holder 48.
  • the doctor blade holder 48 is fastened to a doctor bar 54 by means of two pressure cylinders 50, 52.
  • the pressure cylinders 50, 52 are acted upon by compressed air, not shown, for example, with compressed air and cause the doctor blade 38 is pressed against the printing screen 36 and the solar cell 14.
  • the doctor bar 54 is movable laterally along rails, not shown, in the illustration of FIG. 5, ie, into and out of the drawing plane.
  • Piston rods of the pressure cylinders 50, 52 are pivotally attached to the doctor blade holder 48 by means of joints 56, 58.
  • the squeegee 38 can thus change its angular position relative to the squeegee bar 54, so that the squeegee holder 48 is no longer parallel but in an angle to the squeegee bar 54 is arranged. If the surface of the solar cell 14 to be printed is arranged at an angle to the doctor bar 54, the doctor blade 38 automatically adjusts itself parallel to the surface of the solar cell 14 to be printed. Since both pressure cylinders 50, 52 are subjected to the same pressure, a constant contact pressure, the so-called doctoring force, is achieved over the length of the doctor blade edge 46.
  • the impression cylinder 50, 52 along the doctor bar 54 adjustable and secured to this only by clamping screws. Not shown clamping screws or clamping levers are also provided to attach the doctor blade holder 48 quickly and without tools to the printing cylinders 50, 52 can.
  • the pressure cylinders 50, 52 are dimensioned such that a change in the pressure applied only leads to a slight change in the doctoring force with which the doctor 38 is pressed against the pressure screen 36 and the solar cell 14.
  • the pressure cylinders are designed so that when changing the pressure of 1 bar applied to the pressure cylinders 50, 52 a change in a doctor blade force by a maximum of 2.5 N / cm and especially 1, 8N / cm is effected. This is achieved by reducing the cylinder bores of the printing cylinder, which for example have only a diameter of 20mm or 12mm.
  • FIG. 6 shows the device 30 according to the invention of FIG. 2a in a further schematic representation, in which, in order to clarify angular relationships on the device according to the invention, an oblique position of the screen frame 34 is greatly exaggerated.
  • the fulcrum 42 is on the right in the illustration of FIG. 2 a, in which 6 of the pivot point is on the contrary left.
  • the screen frame 34 with the printing screen 36 is pivoted about the pivot point 42.
  • the screen frame 34 is shown in a pulled-through, raised with its rear end position. Dashed lines show a position of the screen frame 34 in which the printing screen 36 is arranged parallel to the surface of the solar cell 14 to be printed.
  • a release angle ⁇ which the printing screen 36 encloses with the surface of the solar cell 14 that has just been printed behind the doctor blade 38, is kept above a critical value according to the invention. It has proven to be advantageous to keep the trigger angle ⁇ above 0.8 ° during the entire printing process and especially constant at about 1 °.
  • An angle ⁇ which includes the printing screen 36 with the still to be printed surface of the solar cell 14 in front of the doctor blade 38, increases during the pressing, according to a realized embodiment of about 0.3 ° to approximately 1 °.
  • An angle ⁇ by which the printing screen frame 34 is pivoted from its dashed position into the position shown in solid lines, is 0 ° at the beginning of the printing process and then rises to about 0.5 °.
  • a length S denotes the so-called Sieblift in mm, ie the length by which the printing screen frame 34 is raised at the end of an extension 60.
  • the distance a that is the so-called jump or the Siebdruckformdistanz can lie in the illustrated preferred embodiment between 2mm and 5mm.
  • the so-called Sieblift S is to be seen in connection with the way the squeegee 38 travels during the actual printing process.
  • the extension 60 of the printing screen 34 is raised by 41 ⁇ 2nrsrri per 200mm squeegee travel, whereby the siftable can be set between 0mm per 200mm squeegee travel and 5mm per 200mm squeegee travel.
  • the length L1 denotes the distance of the point of application of a device (not shown) for lifting the screen frame 34 on the extension 60.
  • the length L1 in the illustrated embodiment is 689 mm.
  • the length L2 denotes the distance of the rear inner edge of the screen frame 34 from the point of the Siebliftvorraum.
  • L2 is 85mm in the illustrated embodiment.
  • L3 denotes the Siebander, ie the distance from the rear inner edge of the screen frame 34 to the front inner edge of the screen frame.
  • the length L3 is 520mm in the illustrated embodiment.
  • X indicates the position of the squeegee 38. At the beginning of the actual printing operation, the distance X of the squeegee to the rear inner edge of the screen frame 34 is 108mm, at the end of the printing process, this distance is 362mm.
  • lifting the printing screen frame 34 allows the shutter angle ⁇ to be kept constant at a value of about 1 ° throughout the printing operation.
  • the invention provides a method and a device for printing solar cells by means of screen printing, which is characterized by a high tolerance to changes in screen printing parameters.
  • screen printing parameters include, for example, the forming distance or the distance a, which may already deviate from a nominal value due to unevenness of the solar cells to be printed or due to thickness differences of the solar cells to be printed.
  • Another screen printing parameter is the flatness of the surface to be printed.
  • string ribbon wafers which are characterized by a very uneven surface, can be achieved with the inventive method and apparatus of the invention very good results.
  • Straight string-ribbon-wafer In addition, solar cells are extremely susceptible to breakage, with very good results being achieved here as well with the invention.
  • the low screen tension, the large sieve rest, the flexibly suspended and soft squeegee rubber and, above all, the one-sided lifting of the printing screen at its rear end during the printing process make it possible to achieve a very good print quality with at the same time very low load on the printed solar cells.
  • the breakage rate when using the method according to the invention therefore extremely low and downtime, which inevitably arise when splinters of wafers from the printing screen or the pressure nest must be removed, can be kept very low.
  • the very good applicability of the method according to the invention and the device according to the invention also contributes to the fact that the doctoring force with which the doctor is pressed against the printing screen and the solar cell is, on the one hand, absolutely low and, on the other hand, subject to only very slight fluctuations.
  • the suspension of the squeegee which is pivotable about a longitudinal direction of the movement of the squeegee during printing, contributes to the fact that deviations from the parallelism between the surface to be printed and the printing screen can be easily compensated.
  • the provision of at least two pressure cylinders for applying the doctor blade force at the same time ensures that even oblique surfaces are acted upon over the entire width of the doctor blade constant blade force.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck. Erfindungsgemäß wird das Drucksieb während der Druckbewegung der Rakel an dem in Bezug auf eine Bewegungsrichtung der Rakel beim Druck gesehen hinten liegenden Ende des Drucksiebs angehoben, um einen Auslösewinkel des Siebs zwischen Sieb und Solarzelle hinter der Rakel oberhalb eines kritischen Werts zu halten. Verwendung z.B. zum Aufdrucken von Oberflächenkontakten oder flächigen Beschichtungen auf Solarzellen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck.
Zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck, speziell zum Aufbringen von Oberflächenkontakten, sogenannten Fingerkontakten, werden sogenannte Dickschichtdrucker verwendet, die ursprünglich für das Drucken von Lotdepots für Lotpaste im SMD (surface mounted device) Bereich entwickelt wurden. Solche sogenannte Dickschichtdrucker weisen, um die erforderliche Druckpräzision zu sichern, sehr massive Siebrahmen auf und arbeiten mit sehr hohen Siebspannungen oder mit festen, glasierten Schablonen. Da die Siebspannungen sehr hoch gewählt sind, kann mittels einer Druckrakel das Sieb beim Drucken nur geringfügig eingedrückt werden, so dass mit sehr geringen Abständen zwischen Drucksieb und zu bedruckender Solarzelle gearbeitet werden muss. Die hohe Siebspannung bedingt auch die Notwendigkeit sehr steifer Rakeln. Die bekannten Dickschichtdrucker arbeiten im fehlerfreien Zustand hochpräzise, die erforderlichen hochgespannten Drucksiebe müssen jedoch mit sehr teuren, massiven Rahmen versehen werden und die bekannten Dickschichtdrucker sind auch vergleichsweise empfindlich gegenüber Schwankungen von Prozessparametern, beispielsweise in Bezug auf Schwankungen des Anpressdrucks der Rakel oder Abweichungen der Parallelität zwischen Oberseite und Unterseite der Solarzelle. Ein Dickschichtdrucker nach dem Stand der Technik und ein Drucksieb hierfür sind in den Fig. 1 a und 1 b dargestellt. Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck bereitzustellen, das für die Großserienfertigung geeignet ist und unempfindlich auf Veränderungen von Prozessparametern reagiert.
Erfindungsgemäß ist hierzu ein Verfahren zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck vorgesehen, bei dem ein Drucksieb während einer Druckbewegung der Rakel an dem in Bezug auf eine Bewegungsrichtung der Rakel beim Druck gesehen hinten liegenden Ende des Drucksiebs angehoben wird, um einen Auslösewinkel des Siebs zwischen Sieb und Solarzellen hinter der Rakel oberhalb eines kritischen Werts zu halten.
Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, dass die bekannten Dickschichtsiebdruckverfahren, die ursprünglich für das Drucken von Lotdepots im SM D-Bereich entwickelt wurden, für das Bedrucken von Solarzellen zwar geeignet, aber weit überdimensioniert sind. So genannte Dickschichtdrucker sind für hohe Kräfte im Drucksieb und dicke Schichten dimensioniert und entsprechen in Bezug auf die erreichbare Druckpräzision den Anforderungen der SMD-Technologie. Beim Bedrucken von Solarzellen sind jedoch andere Randbedingungen entscheidend. Nachteilig ist an den bekannten Dickschichtsiebdruckverfahren, dass diese sehr empfindlich auf kleinste Veränderungen der Siebdruckparameter reagieren, wozu beispielsweise auch die Dicke der zu bedruckenden Solarzelle, die Parallelität der zu bedruckenden Oberfläche zum Drucksieb sowie Oberflächenunebenheiten der Solarzelle gehören. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hingegen tolerant gegenüber Änderungen der Siebdruckparameter und auch bei unebenen, unterschiedlich hohen Solarzellen oder Solarzellen mit zu bedruckenden Oberflächen, die nicht genau parallel zum Drucksieb angeordnet sind, lässt sich noch ein zufriedenstellendes und ausreichend präzises Druckbild erreichen. Indem das Drucksieb einseitig am hinteren Ende während des Drucks angehoben wird, wird der Auslösewinkel des Siebs zwischen Sieb und gerade bedruckter Solarzelle oberhalb eines kritischen Werts gehalten und es kann sichergestellt werden, dass sich das Drucksieb rasch aus der gerade auf die Solarzelle aufgebrachten Druckpaste oder Farbe herauslöst. Dieses rasche Auslösen des Drucksiebs aus der gerade aufgebrachten Druckpaste erhöht die Druckqualität in Hinsicht auf die Konturenschärfe wesentlich und daher kann beispielsweise mit vergleichsweise gering gespannten Sieben und sehr weichen Rakeln gearbeitet werden, wodurch der Ausgleich von Unebenheiten oder Nichtpar- allelitäten der Solarzellen überhaupt erst ermöglicht wird. Darüber hinaus kann eine Belastung der gerade bedruckten Solarzelle durch die Rakel sehr gering gehalten werden, so dass die Bruchrate auch bei empfindlichen Solarzellen, beispielsweise sogenannten String-Ribbon- Wafern, sehr gering gehalten werden kann. Das rasche Auslösen des Drucksiebs hinter der Rakel, indem der Auslösewinkel oberhalb eines kritischen Wertes gehalten wird, macht das erfindungsgemäße Verfahren unempfindlich gegenüber Abweichungen der Siebdruckparameter und ermöglicht dadurch erst einen sogenannten Mehrfachnutzen, bei dem mit einem Drucksieb mehrere nebeneinander liegende Solarzellen gleichzeitig bedruckt werden. Mit der Erfindung können somit geringe Kräfte auf den Wafer, eine sehr gute Druckqualität und eine geringe Bruchgefahr erzielt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gut zum Aufdrucken von Oberflächenkontakten oder flächigen Beschichtun- gen auf Solarzellen geeignet.
In Weiterbildung der Erfindung wird der Auslösewinkel des Siebs während der gesamten Druckbewegung der Rakel auf einem Wert von mehr als 0,8° gehalten.
Es hat sich gezeigt, dass beim Bedrucken von Solarzellen, beispielsweise mit Oberflächenkontakten, ein Auslösewinkel von mehr als 0,8° ein schnelles Auslösen des Drucksiebs aus der leitfähigen Druckpaste und - A -
damit ein präzises Druckbild begünstigt. Der angestrebte Auslösewinkel von mehr als 0,8° wird zu Beginn der Druckbewegung der Rakel bei noch parallelem Drucksiebrahmen und Solarzelle erreicht. Im Laufe der Bewegung der Rakel über die gerade bedruckte Solarzelle würde der Auslösewinkel hinter der Rakel sonst zwangsläufig flacher, was durch geeignetes Anheben des hinteren Endes des Drucksiebrahmens kompensiert wird.
In Weiterbildung der Erfindung wird der Auslösewinkel während der gesamten Druckbewegung der Rakel auf einem Wert zwischen 0,8° und 1 ,2° gehalten.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Variation des Auslösewinkels zwischen 0,8° und 1 ,2° toleriert werden kann und zu guten Druckergebnissen führt.
In Weiterbildung der Erfindung wird der Auslösewinkel während der gesamten Druckbewegung der Rakel auf einem konstanten Wert gehalten.
Durch Halten des Auslösewinkels auf einem konstanten Wert lassen sich während der gesamten Druckbewegung der Rakel und damit über die gesamte Fläche der gerade bedruckten Solarzelle gleiche Bedingungen hinter der Rakel erzielen, da das Drucksieb bei konstanter Rakelgeschwindigkeit immer mit der gleichen Geschwindigkeit und immer im gleichen Winkel aus der gerade aufgebrachten Druckpaste herausgelöst wird. Infolgedessen können ein gleichmäßig präzises Druckbild über die gesamte Oberfläche der Solarzelle und ein möglichst großes Prozessfenster der Siebdruckparameter, also ein Bereich, in dem die Siebdruckparameter liegen können, ohne den fehlerlosen Ablauf des Druckprozesses zu gefährden, sichergestellt werden. In Weiterbildung der Erfindung wird das Drucksieb so angehoben, dass ein zwischen Drucksieb und gerade bedruckter Solarzelle liegender Siebwinkel von etwa 0° auf etwa 0,5° ansteigt, wobei das Drucksieb an seinem in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Rakel beim Druck gesehen vorderen Ende um einen Drehpunkt schwenkbar gelagert ist. Beispielsweise kann das Drucksieb in einem Abstand von etwa 650mm bis 710mm vom Drehpunkt während der Druckbewegung der Rakel zwischen 0mm und 5mm pro 200mm Rakelweg angehoben werden. Bei einem Drucksiebformat von 600mm x 700mm, das für das Bedrucken üblicher Solarzellengrößen gut geeignet ist, lassen sich durch die angegebenen Maßnahmen präzise Druckbilder erzielen. Dies gilt insbesondere dann, wenn mit dieser Drucksiebgröße gleichzeitig zwei Solarzellen bedruckt werden, also ein so genannter Doppelnutzen realisiert ist.
In Weiterbildung der Erfindung wird eine Siebruhe des Drucksiebs allseitig auf einen Wert von mindestens 150mm eingerichtet.
Die sogenannte Siebruhe bezeichnet den Abstand von einem Druckbild auf dem Drucksieb bis zum Innenrand des Siebrahmens. Letztendlich bezeichnet die Siebruhe also einen ungenutzten Bereich des Siebs. Eine große Siebruhe führt infolgedessen zu einem weichen Sieb, da in größerem Abstand vom Drucksiebrahmen das Sieb leichter in Richtung auf die zu bedruckende Solarzelle gedrückt werden kann als in unmittelbarer Nähe des Drucksiebrahmens. Eine Erhöhung der Siebruhe führt üblicherweise zu einer Verringerung der erreichbaren Präzision beim Drucken, da zwangsläufig mit größerem Abstand vom Drucksiebrahmen größere Längentoleranzen beim Herunterdrücken des Siebs auftreten können. Dies ist beispielsweise der Grund dafür, dass konventionelle Dickschichtdrucker zum Bedrucken von Solarzellen mit sehr geringen Siebruhen und hochgespannten Sieben arbeiten. Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, dass eine Erhöhung der Siebruhe einen geringeren Rakeldruck erlaubt, der wiederum eine geringere Belastung der ge- rade bedruckten Solarzellenwafer ermöglicht, ohne dass die Druckpräzision in für das Bedrucken von Solarzellen ungeeignete Bereiche gelangen würde. Dadurch kann das Bruchrisiko beim Bedrucken von Solarzellen deutlich verringert werden, insbesondere bei Solarzellen mit Abweichungen von der Parallelität von Oberseite und Unterseite und mit Unebenheiten in der gerade bedruckten Oberseite.
In Weiterbildung der Erfindung wird eine Siebspannung des Drucksiebs auf einen Wert kleiner oder gleich 25N/cm eingestellt.
Eine solche, gegenüber konventionellen Dickschichtdruckern für Solarzellen sehr geringe Siebspannung erlaubt es, auch mit weichen Druckrakeln und geringen Rakelkräften zu arbeiten, mit denen die Rakel gegen das Drucksieb und die gerade bedruckte Solarzelle gedrückt wird. Aufgrund der vergleichsweise geringen Siebspannung kann sich das Drucksieb unter dem Anpressdruck der Rakel an Oberflächenunebenheiten der gerade bedruckten Solarzelle anpassen, obwohl nur eine vergleichsweise geringe Rakelkraft aufgebracht werden muss. Auch unebene, hochempfindliche Solarzellen, beispielsweise sogenannte String- Ribbon-Wafer, können dadurch präzise und mit sehr geringer Bruchrate bedruckt werden.
In Weiterbildung der Erfindung wird eine Winkellage der Rakel an eine Oberflächenneigung der Solarzelle während des Drückens angepasst, wobei die Rakel mittels wenigstens zweier Druckzylinder mit einem Rakelbalken verbunden ist und wobei eine Winkellage der Rakel um die Längsrichtung der Bewegung der Rakel beim Druck einstellbar ist.
Indem die Winkellage der Rakel an eine Oberflächenneigung der Solarzelle während des Drückens angepasst wird, kann das präzise Bedrucken auch von Solarzellen sichergestellt werden, deren zu bedruckende Oberfläche nicht hundertprozentig parallel zum Drucksieb ist, indem Ra- kel und Waferoberfläche immer parallel gehalten werden. Weiterhin wird durch das Anpassen der Winkellage der Rakel eine gleichmäßige Belastung solcher nicht paralleler Solarzellen sichergestellt. Würde die Winkellage der Rakel nicht angepasst, so würde die Solarzelle in dem Bereich, der näher am Drucksieb liegt, zwangsläufig sehr hoch belastet und die Wahrscheinlichkeit eines Bruchs der Solarzelle beim Bedrucken wäre sehr hoch. Diese Risiken können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden.
In Weiterbildung der Erfindung wird eine Rakelkraft, mit der die Rakel während des Drucks gegen das Drucksieb und das Substrat gedrückt wird, auf einen Wert zwischen 2N und 10N pro cm Rakellänge, insbesondere 5N/cm eingestellt.
In Verbindung mit einer geringen Siebspannung und einer großen Siebruhe reichen Rakelkräfte zwischen 2N und 10N pro cm Rakellänge aus, um einen ausreichenden Anpressdruck der Rakel bereitzustellen. Dennoch kann die Belastung der gerade bedruckten Solarzelle durch die Rakelkraft sehr gering gehalten werden und das Bruchrisiko sinkt erheblich.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch eine Vorrichtung zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck gelöst, bei der ein Drucksieb an einem in Bewegungsrichtung der Rakel beim Druck gesehen vorderen Ende der Rakel schwenkbar gelagert ist und bei der eine Vorrichtung zum Anheben des hinteren Endes des Drucksiebs während der Druckbewegung der Rakel vorgesehen ist, wobei ein Rakelbalken und wenigstens zwei Druckzylinder zum Verbinden der Rakel mit dem Rakelbalken vorgesehen sind, und wobei die Rakel um eine Längsrichtung der Bewegung der Rakel beim Druck schwenkbar an den Druckzylindern befestigt ist und wobei die Druckzylinder und/oder eine Steuerung zum Beaufschlagen der Druckzylinder so bemessen ist, dass eine Änderung des die Druckzylinder beaufschlagenden Drucks von 1bar eine Änderung einer Rakelkraft um maximal 2,5N/cm, insbesondere 1 ,8N/cm, bewirkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist damit unempfindlich gegenüber Schwankungen des hydraulischen oder pneumatischen Drucks, mit dem die Druckzylinder zum Anpressen der Rakel gegen das Drucksieb und die bedruckte Solarzelle beaufschlagt werden. Schwankungen in dem die Druckzylinder beaufschlagenden Druck führen somit lediglich zu einer geringen Änderung der Rakelkraft pro Rakellänge, so dass auch bei Schwankungen des Drucks kein erhöhtes Bruchrisiko der gerade bedruckten Solarzelle zu befürchten ist. Eine solche Auslegung der Druckzylinder kann beispielsweise durch Verringern des hydraulisch wirksamen Querschnitts der Druckzylinder erreicht werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dadurch fehlertolerant und erlaubt das Bedrucken von Solarzellen mit niedriger Bruchrate auch in Großserie. Zum Anheben des Drucksiebs kann beispielsweise ein Steuernocken oder ein Stellmotor verwendet werden. Die Rakelkraft pro Rakellänge, auch als Rakeldruck bezeichnet, und der die Druckzylinder beaufschlagende Druck weisen somit ein großes Prozessfenster auf, wodurch die Sicherheit des Druckprozesses deutlich erhöht werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung besteht die Rakel aus einem schräg zum Drucksieb angeordneten flexiblen Materialstreifen aus gummiähnlichem Material mit einer Shorehärte von weniger als 65 Shore.
Konventionelle Dickschichtdrucker zum Bedrucken von Solarzellen arbeiten aufgrund der hohen Siebspannungen mit massiven Siebrahmen und konsequenter Weise auch mit harten Rakeln, die stabil genug sind, um das hochgespannte Drucksieb auszulenken und gegen die zu bedruckende Solarzelle zu drücken. Konventionelle Dickschichtdrucker verwenden daher eine sogenannte Diamantrakel, bei der ein im Quer- schnitt quadratisches Profil mit der Spitze gegen das Drucksieb gerichtet ist. Eine solche Diamantrakel ist nur in sehr geringem Maße in der Lage, elastisch zu federn und kann daher auch nur in sehr geringem Maße Oberflächenunebenheiten der gerade beruckten Solarzelle ausgleichen. Erfindungsgemäß wird ein flexibler Material streifen schräg zum Drucksieb angeordnet, so dass sich bereits aus dieser geometrischen Anordnung eine hohe Flexibilität der Rakel ergibt. Darüber hinaus wird ein gummiähnliches Material mit geringer Shorehärte gewählt, so dass auch die Rakelkante Unebenheiten der gerade bedruckten Solarzelle gut folgen und diese ausgleichen kann. In Verbindung mit einer vergleichsweise geringen Siebspannung passt sich das Drucksieb dadurch unter dem Druck der Rakel an die Oberflächenunebenheiten der gerade bedruckten Solarzelle an, so dass ein zufriedenstellendes Druckbild erreicht werden kann.
In Weiterbildung der Erfindung beträgt eine Siebruhe des Drucksiebs allseitig mindestens 150mm und eine Spannung des Drucksiebs wird kleiner oder gleich 25N/cm gewählt.
Weiter Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der beschriebenen und gezeigten Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1a eine schematische Darstellung eines sogenannten Dickschichtdruckers zum Bedrucken von Solarzellen nach dem Stand der Technik, Fig. 1 b eine schematische Darstellung eines Drucksiebs für den Dickschichtdrucker der Fig. 1a,
Fig. 2a eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck,
Fig. 2b ein Drucksieb für die Vorrichtung der Fig. 2a,
Fig. 3 eine weitere schematische Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 2a,
Fig. 4 eine weitere schematische Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 2a,
Fig. 5 eine schematische Ansicht der Vorrichtung der Fig. 2a von vorne, also entgegen der Bewegungsrichtung der Rakel beim Druck und
Fig. 6 eine Seitenansicht der Vorrichtung der Fig. 2a zur Verdeutlichung einiger wichtiger Winkel bei der Erfindung.
Die Darstellung der Fig. 1a zeigt einen konventionellen sogenannten Dickschichtdrucker 10 zum Bedrucken von Solarzellen. Der Dickschichtdrucker 10 weist ein Drucknest 12 auf, auf dem eine zu bedruckende Solarzelle 14 aufliegt. Parallel zum Drucknest ist ein Drucksiebrahmen 16 gehalten, an dem ein Drucksieb 18 im gespannten Zustand befestigt ist. Eine Druckrakel 19 weist einen Rakelhalter 20 und ein Rakelgummi 22 auf. Während des Drückens wird die Rakel 19 gegen das Drucksieb 18 in Richtung auf die Solarzelle 14 gedrückt und in Richtung des Pfeils 24 über die Oberfläche der Solarzelle hinwegbewegt. Hierzu muss ein Abstand a zwischen dem Drucksieb im ebenen Zustand und der Oberfläche der zu bedruckenden Solarzelle 14 überwunden werden, der auch als Siebdruckformdistanz oder Absprung bezeichnet wird. Der konventionelle Dickschichtdrucker 10 arbeitet mit hohen Siebspannungen, sehr massiven, stabilem Siebrahmen 16, sehr harten Druckrakeln 19 und sehr geringer Formdistanz a. Aufgrund der hohen Siebspannungen ist die Kraft, die mittels der Rakel aufgebracht werden muss, um den Abstand a zu überwinden, vergleichsweise hoch. Der Rakelgummi 22 muss daher aus elastischem Material mit großer Shorehärte bestehen, um sicherzustellen, dass die gegen das Sieb drückende Kante des Rakelgummis 22 nicht mit einer so großen Fläche auf dem Sieb aufsteht, dass kein exakter Druck mehr möglich ist. Darüber hinaus wird die Querschnittsform des Rakelgummis 22 quadratisch gewählt, so dass auch bereits aufgrund dieser Formgebung und der Anordnung als auf eine Kante gestelltes Quadrat der Rakelgummi 22 nur wenig flexibel ist.
Die Darstellung der Fig. 1 b zeigt den Siebrahmen 16 und das Drucksieb 18 in einer schematischen Ansicht von oben. Ein Bereich 26 des Drucksiebs 18 markiert den Bereich, in dem das Druckbild auf die Solarzelle 14 aufgebracht wird. Ein Abstand zwischen der Außenkante des Bereichs 26 und der Innenkante des Siebrahmens 16 wird als Siebruhe R bezeichnet. Um eine hohe Druckpräzision sicherzustellen, wird bei Drucksieben für konventionelle Dickschichtdrucker mit kleinen Siebruhen R gearbeitet. Mit der Bezugsziffer 16a ist der sehr massive und große Querschnitt des Siebrahmens 16 angedeutet.
Die schematische Seitenansicht der Fig. 2a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 30 zum Bedrucken der Solarzelle 14 mittels Siebdruck. Die Vorrichtung 30 weist ein Drucknest 32 auf, auf dem die Solarzelle 14 liegt. Ein Siebrahmen 34 spannt ein Drucksieb 36 und während des Drucks wird eine Rakel 38 gegen das Drucksieb 36 und die Solarzelle 14 gedrückt und dann in Richtung des Pfeils 40 über die zu bedruckende Oberfläche der Solarzelle 14 bewegt. Die Rakel 38 weist einen in Bezug auf das Drucksieb 36 schräg gestellten flexiblen Materialstreifen aus elastischem Material auf. Ein Rakelhalter, in dem der Materialstrei- fen befestigt ist, ist der Übersichtlichkeit halber in der Fig. 2a nicht dargestellt.
Bei einem Vergleich der Rakel 38 der Fig. 2a mit der Rakel des Dickschichtdruckers der Fig. 1a wird bereits deutlich, dass aufgrund der Form der Rakel 38 als ein länglicher Material streifen die Rakel 38 eine wesentlich höhere Flexibilität aufweist, als die Rakel des Dickschichtdruckers der Fig. 1a. Darüber hinaus wird für das Material der Rakel 38 bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein gummiähnliches Material mit einer Shorehärte von weniger als 65 gewählt. Die Rakel 38 kann sich dadurch gut an Oberflächenunebenheiten der Solarzelle 14 anpassen.
Der Siebrahmen 34 ist an seinem in der Bewegungsrichtung 40 der Rakel 38 beim Druck gesehen vorderen Ende an einem Drehpunkt 42 schwenkbar gelagert. Der Siebrahmen kann somit entlang einem Pfeil 44 mit seinem hinteren Ende nach oben geschwenkt werden und beispielsweise die in der Fig. 2a gestrichelt dargestellte Position einnehmen.
Die Rakel 38 ist in der Fig. 2a in zwei unterschiedlichen Positionen dargestellt, einmal durchgezogen in etwa zu Anfang der Druckbewegung und einmal gestrichelt bei etwa zwei Drittel der Druckbewegung über die Solarzelle 14. Durchgezogen dargestellt ist die Position des Drucksiebs 36 in der durchgezogen dargestellten Lage der Rakel 38. Gestrichelt dargestellt ist die Lage des Drucksiebs 36, die dieses einnimmt, wenn sich die Rakel 38 in ihrer gestrichelt dargestellten Position befindet und sich der Siebrahmen 34 in seiner mittels des Sieblifts einseitig angehobenen Position befindet. Eine strichpunktierte Linie deutet eine lediglich gedachte Lage des Drucksiebs 36 an, wenn sich der Siebrahmen 34 in der nach oben verschwenkten Position befindet. Während der Druckbewegung der Rakel 38 über die Oberfläche der Solarzelle 14 wird das hintere Ende des Siebrahmens 34 entlang dem Pfeil 44 angehoben. Dies bewirkt, dass in Richtung des Pfeils 40 gesehen hinter der Rakel sich das Drucksieb 36 schneller von der Oberfläche der Solarzelle 14 ablöst. Speziell ist ein Auslösewinkel, den der Abschnitt des Drucksiebs hinter der Rakel 38 mit der Oberfläche der Solarzelle 14 einschließt, für eine gegebene Rakelposition größer als dann, wenn das Drucksieb 34 während der Druckbewegung der Rakel 38 nicht nach oben geschwenkt wird. Ohne Anheben des Drucksiebs wird der Auslösewinkel mit zunehmendem Rakelweg kleiner. Dieses Anheben des Drucksiebs 34 im Bereich seines hinteren Endes sorgt bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dafür, dass sich das Drucksieb 36 hinter der Rakel rasch von der Oberfläche der Solarzelle 14 abhebt und damit auch rasch von der mittels der Rakel 38 durch das Drucksieb 36 hindurchgedrückten und hinter der Rakel 38 auf der Solarzelle 14 befindlichen Druckpaste abhebt. Dadurch kann während der gesamten Druckbewegung der Rakel 38 über die Oberfläche der Solarzelle 14 ein präzises Druckbild erreicht werden, da auch am Ende der Druckbewegung der Rakel 38 sich das Drucksieb 36 rasch aus der aufgebrachten Druckpaste herausbewegt, indem der Auslösewinkel oberhalb eines vorbestimmten Werts oder auf einem konstanten Wert gehalten wird.
Im Vergleich zum konventionellen Dickschichtdrucker der Fig. 1a zeigt die Darstellung der Fig. 2b, dass der Drucksiebrahmen 34 einen wesentlichen geringeren Querschnitt 34a aufweist, als der Querschnitt 16a des Siebrahmens 16 des Dickschichtdruckers 10. Die erfindungsgemäß verwendeten Siebspannungen sind deutlich geringer als bei konventionellen Dickschichtdruckern, so dass leichter gebaute Siebrahmen 34 verwendet werden können. Wesentlich sind dabei im Vergleich zu konventionellen Dickschichtdruckern nicht die absoluten Querschnittsmaße, sondern das Verhältnis von Siebrahmenquerschnitt zu Siebrahmengrö- ße, das beim konventionellen Dickschichtdrucker deutlich größer ist als bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Darüber hinaus ist im Vergleich zum Dickschichtdrucker der Fig. 1a festzustellen, dass der Drucksiebrahmen 34 bedeutend größer ist als der Drucksiebrahmen 16 der Fig. 1a und 1 b. Insbesondere ist die Siebruhe R zwischen dem Bereich 26 des Drucksiebs 36, der das Druckbild aufweist, und der Innenseite des Siebrahmens 34 wesentlich größer als bei dem Drucksieb gemäß Fig. 1 b. Speziell beträgt die Siebruhe R bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung allseitig mindestens 150mm. Der Bereich 26 mit dem Druckbild des Drucksiebs 36 lässt sich daher wesentlich leichter in Richtung auf die Solarzelle 14 bewegen, als dies bei dem Drucksieb der Fig. 1b der Fall ist. Dies deshalb, da die Siebruhe R größer ist und auch eine Siebspannung von 25N/cm oder weniger gewählt wird. Infolgedessen können bei der Erfindung wesentlich geringere Rakelkräfte gewählt werden.
Die Darstellungen der Fig. 3 und 4 zeigen die Vorrichtung der Fig. 2a in zwei unterschiedlichen Stellungen. Die Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 bevor mit dem Druck begonnen wird und das Drucksieb 36 parallel zu der zu bedruckenden Oberfläche der Solarzelle 14 ausgerichtet ist. Ein Abstand zwischen dem Drucksieb 36 und der zu bedruckenden Oberfläche der Solarzelle wird, wie erwähnt, als Absprung oder Formdistanz a bezeichnet. Im Vergleich zum konventionellen Dickschichtdrucker 10 der Fig. 1a wird die Formdistanz wesentlich größer gewählt und liegt beispielsweise bei 4mm. In dem Zustand der Fig. 3 berührt die Rakel 38 das Drucksieb 36, drückt dieses aber noch nicht in Richtung der Solarzelle 14 nach unten.
Der in der Fig. 4 schematisch dargestellte Zustand zeigt den Beginn des Drucks auf der Solarzelle 14. Mittels der Rakel 38 ist das Drucksieb 36 nach unten gedrückt worden, bis das Drucksieb 36 die Solarzelle 14 be- rührt. Im weiteren Verlauf wird die Druckrakel 38 nun in der Darstellung der Fig. 4 nach rechts über die zu bedruckende Oberfläche der Solarzelle 14 bewegt.
Die schematische Darstellung der Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung 30 der Fig. 2a, also entgegen dem Pfeil 40. Es ist zu erkennen, dass die zu bedruckende Solarzelle 14 eine unebene Oberfläche aufweist. Das Drucksieb 36, das der Übersichtlichkeit der Darstellung halber in einem gewissen Abstand über der zu bedruckenden Oberfläche der Solarzelle 14 dargestellt ist, ist aufgrund der gewählten geringen Siebspannung und der gewählten großen Siebruhe aber in der Lage, sich unter dem Druck der Rakel 38 im Bereich der Rakelkante 46 an die Oberflächenunebenheiten der Solarzelle 14 anzupassen. Die Rakel 38 ist aufgrund der geringen Härte von maximal 65 Shore sowie aufgrund der gewählten Rakelform wiederum so elastisch, dass die Rakelkante 46 ebenfalls dem Oberflächenverlauf der Solarzelle 14 folgen kann und somit ein durchgehender linienförmiger Kontakt zwischen Drucksieb 36 und Oberfläche der Solarzelle 14 entsteht.
Die Druckrakel 38 ist mittels eines Rakelhalters 48 gehalten. Der Rakelhalter 48 ist mittels zweier Druckzylinder 50, 52 an einem Rakelbalken 54 befestigt. Die Druckzylinder 50, 52 werden über nicht dargestellte Druckleitungen beispielsweise mit Druckluft beaufschlagt und bewirken, dass die Rakel 38 gegen das Drucksieb 36 und die Solarzelle 14 gedrückt wird. Der Rakelbalken 54 ist seitlich entlang nicht dargestellter Schienen bewegbar, in der Darstellung der Fig. 5 also in die Zeichenebene hinein und aus dieser heraus. Kolbenstangen der Druckzylinder 50, 52 sind mittels Gelenken 56, 58 schwenkbar am Rakelhalter 48 befestigt.
Die Druckrakel 38 kann somit ihre Winkellage relativ zum Rakelbalken 54 ändern, dass also der Rakelhalter 48 nicht mehr parallel sondern in einem Winkel zum Rakelbalken 54 angeordnet ist. Diese Änderung der Winkellage der Rakel 38 erfolgt automatisch beim Aufsetzen auf die Solarzelle 14. Falls die zu bedruckende Oberfläche der Solarzelle 14 schräg zum Rakelbalken 54 angeordnet ist, stellt sich die Druckrakel 38 automatisch parallel zu der zu bedruckenden Oberfläche der Solarzelle 14 ein. Da beide Druckzylinder 50, 52 mit dem gleichen Druck beaufschlagt werden, wird über die Länge der Rakelkante 46 eine konstante Anpresskraft, die sogenannte Rakelkraft erzielt.
Um eine Anpassung an verschiedene Rakellängen in einfacher Weise vornehmen zu können, sind die Druckzylinder 50, 52 entlang dem Rakelbalken 54 verstellbar und an diesem lediglich durch Klemmschrauben gesichert. Nicht dargestellte Klemmschrauben oder Klemmhebel sind ebenfalls vorgesehen, um den Rakelhalter 48 schnell und werkzeuglos an den Druckzylindern 50, 52 befestigen zu können.
Die Druckzylinder 50, 52 sind so bemessen, dass eine Änderung des beaufschlagenden Drucks nur zu einer geringen Änderung der Rakelkraft führt, mit der die Rakel 38 gegen das Drucksieb 36 und die Solarzelle 14 gedrückt wird. Speziell werden die Druckzylinder so ausgelegt, dass bei einer Änderung des die Druckzylinder 50, 52 beaufschlagenden Drucks von 1 bar eine Änderung einer Rakelkraft um maximal 2,5N/cm und speziell 1 ,8N/cm bewirkt wird. Dies wird durch eine Verringerung der Zylinderbohrungen der Druckzylinder erreicht, die beispielsweise lediglich einen Durchmesser von 20mm oder 12mm aufweisen.
Die Darstellung der Fig. 6 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 der Fig. 2a in einer weiteren schematischen Darstellung, wobei, um Winkelverhältnisse an der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verdeutlichen, eine Schrägstellung des Siebrahmens 34 stark übertrieben dargestellt ist. Im Vergleich mit Fig. 2a ist festzustellen, dass sich der Drehpunkt 42 in der Darstellung der Fig. 2a rechts befindet, in der Darstel- lung der Fig. 6 befindet sich der Drehpunkt dahingegen links. Der Siebrahmen 34 mit dem Drucksieb 36 ist um den Drehpunkt 42 schwenkbar angelenkt. Der Siebrahmen 34 ist durchgezogen in einer verschwenkten, mit seinem hinteren Ende angehobenen Stellung dargestellt. Gestrichelt ist eine Position des Siebrahmens 34 dargestellt, in der das Drucksieb 36 parallel zu der zu bedruckenden Oberfläche der Solarzelle 14 angeordnet ist. Während des Drucks bewegt sich die Rakel 38 in Richtung des Pfeils 40, in der Darstellung der Fig. 6 also nach links. Ein Auslösewinkel α, den das Drucksieb 36 mit der gerade bedruckten Oberfläche der Solarzelle 14 hinter der Rakel 38 einschließt, wird gemäß der Erfindung oberhalb eines kritischen Werts gehalten. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Auslösewinkel α während des gesamten Druckvorgangs oberhalb von 0,8° und speziell konstant bei etwa 1 ° zu halten. Ein Winkel ß, den das Drucksieb 36 mit der noch zu bedruckenden Oberfläche der Solarzelle 14 vor der Rakel 38 einschließt, steigt während des Drückens an, gemäß einer realisierten Ausführungsform von etwa 0,3° auf annähernd 1 °. Ein Winkel γ, um den der Drucksiebrahmen 34 ausgehend von seiner gestrichelten Lage in die durchgezogen dargestellte Lage verschwenkt wird, beträgt zu Anfang des Druckvorgangs 0° und steigt dann bis auf etwa 0,5° an.
Eine Länge S bezeichnet den sogenannten Sieblift in mm, die Länge also, um die der Drucksiebrahmen 34 am Ende einer Verlängerung 60 angehoben wird. Der Abstand a, also der sogenannte Absprung oder die Siebdruckformdistanz kann bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform zwischen 2mm und 5mm liegen. Der sogenannte Sieblift S ist im Zusammenhang mit dem Weg zu sehen, den die Rakel 38 während des eigentlichen Druckvorgangs zurücklegt. Bei der dargestellten Aus- führunαsform wird die Verlängerung 60 des Drucksiebs 34 um 4,2nrsrri pro 200mm Rakelweg angehoben, wobei der Sieblift zwischen 0mm pro 200mm Rakelweg und 5mm pro 200mm Rakelweg eingestellt werden kann. Die Länge L1 bezeichnet den Abstand des Angriffspunkts einer nicht dargestellten Vorrichtung zum Anheben des Siebrahmens 34 an der Verlängerung 60. Die Länge L1 beträgt bei der dargestellten Ausfüh- rungsform 689mm. Die Länge L2 bezeichnet den Abstand der hinteren Innenkante des Siebrahmens 34 vom Angriffspunkt der Siebliftvorrichtung. L2 beträgt bei der dargestellten Ausführungsform 85mm. L3 bezeichnet die Sieblänge, also den Abstand von der hinteren Innenkante des Siebrahmens 34 zur vorderen Innenkante des Siebrahmens. Die Länge L3 beträgt bei der dargestellten Ausführungsform 520mm. X bezeichnet die Position der Rakel 38. Zu Beginn des eigentlichen Druckvorgangs beträgt der Abstand X der Rakel zur hinteren Innenkante des Siebrahmens 34 108mm, am Ende des Druckvorgangs beträgt dieser Abstand 362mm.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird es durch das Anheben des Drucksiebrahmens 34 ermöglicht, den Auslösewinkel α während des gesamten Druckvorgangs konstant auf einem Wert von etwa 1 ° zu halten.
Insgesamt wird durch die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck geschaffen, das sich durch eine hohe Toleranz gegenüber Veränderungen von Siebdruckparametern auszeichnet. Zu diesen Siebdruckparametern gehört beispielsweise die Formdistanz oder der Absprung a, der bereits aufgrund von Unebenheiten der zu bedruckenden Solarzellen oder aufgrund von Dickenunterschieden der zu bedruckenden Solarzellen von einem Sollwert abweichen kann. Ein weiterer Siebdruckparameter ist die Ebenheit der zu bedruckenden Oberfläche. Gerade bei String-Ribbon-Wafern. die sich durch eine sehr unebene Oberfläche auszeichnen, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Gerade String-Ribbon-Wafer- Solarzellen sind darüber hinaus extrem bruchempfindlich, wobei auch hier mit der Erfindung sehr gute Ergebnisse erzielt werden. Die geringe Siebspannung, die große Siebruhe, der flexibel aufgehängte und weiche Rakelgummi sowie vor allem das einseitige Anheben des Drucksiebs an seinem hinteren Ende während des Druckvorgangs erlauben es, eine sehr gute Druckqualität bei gleichzeitig sehr geringer Belastung der bedruckten Solarzellen zu erzielen. Die Bruchrate ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens daher äußerst gering und Stillstandszeiten, die sich zwangsläufig ergeben, wenn Splitter von Wafern vom Drucksieb oder dem Drucknest entfernt werden müssen, können sehr gering gehalten werden. Zu der sehr guten Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung trägt auch bei, dass die Rakelkraft, mit der die Rakel gegen das Drucksieb und die Solarzelle gedrückt wird, zum einen absolut gering ist und zum anderen auch nur sehr geringen Schwankungen unterworfen ist. Weiterhin trägt die um eine Längsrichtung der Bewegung der Druckrakel beim Druck schwenkbare Aufhängung der Rakel dazu bei, dass Abweichungen von der Parallelität zwischen zu bedruckender Oberfläche und Drucksieb leicht ausgeglichen werden können. Das Vorsehen von wenigstens zwei Druckzylindern zum Aufbringen der Rakelkraft sorgt gleichzeitig dafür, dass auch schräge Oberflächen mit über die gesamte Breite der Rakel konstanter Rakelkraft beaufschlagt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bedrucken von Solarzellen mittels Siebdruck, gekennzeichnet durch Anheben eines Drucksiebs (36) während der Druckbewegung einer Rakel (38) an einem in Bezug auf eine Bewegungsrichtung der Rakel (38) beim Druck gesehen hinten liegenden Ende des Drucksiebs (36), um einen Auslösewinkel (α) des Drucksiebs (36) zwischen Drucksieb (36) und Solarzelle (14) hinter der Rakel (38) oberhalb eines kritischen Werts zu halten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Halten des Auslösewinkels (α) des Drucksiebs (36) während der gesamten Druckbewegung der Rakel (38) auf einem Wert von mehr als 0,8°.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Halten des Auslösewinkels (α) während der gesamten Druckbewegung der Rakel (38) auf einem Wert zwischen 0,8° und 1 ,2°.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Halten des Auslösewinkels (α) während der gesamten Druckbewegung der Rakel (38) auf einem konstanten Wert.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Anheben des Drucksiebs (36), so dass ein Siebwinkel (γ) zwischen Drucksieb (36) und gerade bedruckter Solarzelle (14) während des Drucks von etwa 0° auf etwa 0,5° angehoben wird, wobei das Drucksieb (36) an seinem in Bezug auf die Bewegungsrichtung der Rakel (38) beim Druck gesehen vorderen Ende um einen Drehpunkt (42) schwenkbar gelagert ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Anheben des Drucksiebs (36), insbesondere in einem Abstand von etwa 650mm bis 710mm vom Drehpunkt (42), während des Drucks zwischen 0mm und 5mm pro 200mm Rakelweg.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichten einer Siebruhe (R) des Drucksiebs (36) allseitig auf einen Wert von mindestens 150mm.
8. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einstellen einer Siebspannung des Drucksiebs (36) auf einen Wert kleiner oder gleich 25N/cm.
9. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Anpassen der Winkellage der Rakel (38) an eine Oberflächenneigung der Solarzelle (14) während des Drückens, wobei die Rakel (38) mittels wenigstens zweier Druckzylinder (50, 52) mit einem Rakelbalken (54) verbunden ist und wobei eine Winkellage der Rakel (38) um die Längsrichtung der Bewegungsrichtung der Rakel (38) beim Druck einstellbar ist.
10. Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einstellen einer Rakelkraft, mit der die Rakel (38) während des Drucks gegen das Drucksieb (36) und die Solarzelle (14) gedrückt wird, auf einen Wert zwischen 2N und 10N pro cm Rakellänge, insbesondere 5N/cm.
11. Vorrichtung zum Siebdrucken von Solarzellen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksieb (36) an einem in Bewegungsrichtung einer Rakel (38) beim Druck gesehen vorderen Ende der Rakel (38) schwenkbar gelagert ist und eine Vorrichtung zum Anheben des hinteren Endes des Drucksiebs (36) während der Druckbewe- gung der Rakel (38) vorgesehen ist, wobei ein Rakelbalken (54) und wenigstens zwei Druckzylinder (50, 52) zum Verbinden der Rakel (38) mit dem Rakelbalken (54) vorgesehen sind, wobei die Rakel (38) um eine Längsrichtung der Bewegungsrichtung der Rakel (38) beim Druck schwenkbar an den Druckzylindern (50, 52) befestigt ist und wobei die Druckzylinder (50, 52) und/oder eine Steuerung zum Beaufschlagen der Druckzylinder (50, 52) so bemessen ist, dass eine Änderung des die Druckzylinder (50, 52) beaufschlagenden Drucks um 1 bar eine Änderung der Rakelkraft um maximal 2,5N/cm, insbesondere 1 ,8N/cm bewirkt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rakel (38) aus einem schräg zum Drucksieb (36) angeordneten flexiblen Material streifen aus gummiähnlichem Material mit einer Shorehärte von weniger als 65 besteht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Siebruhe (R) des Drucksiebs (36) allseitig mindestens 150mm beträgt und eine Spannung des Drucksiebs (36) kleiner oder gleich 25N/cm ist.
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