Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle Process for producing a solar cell
B e s c h r e i b u n g :Description :
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, bei dem die Solarzelle in mehreren Herstellungsschritten im Siebdruckverfahren bedruckt wird.The invention relates to a method for producing a solar cell, in which the solar cell is printed by the screen printing method in a plurality of production steps.
Es ist bekannt, sowohl die Rückseite als auch die Vorderseite von Solarzellen bei deren Herstellung im Siebdruckverfahren zu bedrucken. Dabei weisen im Stand der Technik die zu bedruckende Solarzelle und die Druckrichtung eine fest vorgegebene, nicht veränderbare relative Orientierung zueinander auf.It is known to print both the back and the front of solar cells during their production by screen printing. In the prior art, the solar cell to be printed and the printing direction have a fixed, unchangeable, relative orientation to one another.
In der Siebdrucktechnik sind heute zwei Ausprägungen von Druckeinheiten gebräuchlich: Flachsiebdruckeinheiten und Rotationssiebdruckeinheiten. Als Druckrichtung bezeichnet man allgemein bei Flachsiebdruckeinheiten die Bewegungsrichtung der Rakel über das Druckgut. Bei Rotationssiebdruckeinheiten ist die Druckrichtung durch die Transport- richtung des Druckguts definiert.Two types of printing units are currently used in screen printing technology: flat screen printing units and rotary screen printing units. As a printing direction is generally referred to in flat screen printing units, the direction of movement of the doctor over the print material. In rotary screen printing units, the printing direction is defined by the transport direction of the print material.
Ein wichtiges Kriterium beim Siebdruck ist das Ablösen des Siebs vom Druckgut, nachdem die Rakel über das Sieb gefahren ist: der so genannte Siebabsprung.
Die folgende Ausführung erläutert anhand einer Flachsiebdruckeinheit die Zusammenhänge, die grundsätzlich auch für Rotationssiebdruckeinheiten gelten.An important criterion in screen printing is the detachment of the screen from the print product after the squeegee has passed over the screen: the so-called screen bounce. The following version explains the relationships with a flat screen printing unit, which basically apply to rotary screen printing units.
Da die Druckpasten hochviskose Flüssigkeiten sind, wirken starke Adhäsionskräfte, die das Sieb, nachdem die Rakel über eine zu bedruckende Stelle hinweg gefahren ist, am Druckgut (Solarzelle) zunächst festhalten. Das Ablösen wird durch die relativ starke Spannung des Siebs ermöglicht. Der Siebabsprung benötigt aber eine bestimmte Zeit, die von verschie- denen Druckparametern abhängig ist (Paste, Siebbeschaffenheit, Druckbild). Der Zeitbedarf für den Siebabsprung ist eine wichtige Größe, da das Druckgut so lange nicht bewegt werden darf, bis dieser sicher erfolgt ist. Auch deshalb ist es heute üblich, das Sieb vor dem Weitertransport des Druckguts nach oben (vom Druckgut weg) zu bewegen, was den Siebab- sprung begünstigt. Der Siebabsprung gestaltet sich immer dann schwierig, wenn ein Druckbild auf der ganzen Breite des Objekts ohne Unterbrechung zu drucken ist, wie beispielsweise der vollflächige Rückseitendruck oder die Stromschienen, so genannte Busbars, oder die Finger bei Solarzellen. Einzelne Unterbrechungen der Druckstruktur, wie z. B. die vielen einzel- nen Finger beim Bedrucken der Solarzellenvorderseite, vereinfachen den Siebabsprung, wenn diese in Rakelbewegungsrichtung gedruckt werden.Since the printing pastes are highly viscous liquids, strong adhesion forces, which initially hold the screen after the squeegee has traveled over a point to be printed, on the printed material (solar cell). The detachment is made possible by the relatively strong tension of the sieve. The sieve jump, however, requires a certain amount of time which depends on various printing parameters (paste, screen texture, printed image). The time required for the Siebabsprung is an important factor, since the printed matter must not be moved until it is done safely. This is another reason why it is customary today to move the screen upwards (away from the print material) before the further transport of the print material, which promotes the screen skip. The Siebabsprung turns out to be difficult whenever a printed image on the entire width of the object without interruption to print, such as the full-area backside printing or the busbars, or the fingers in solar cells. Individual interruptions of the printing structure, such. For example, the many individual fingers when printing the solar cell front side simplify the Siebabsprung when they are printed in Rakelbewegungsrichtung.
Das Drucken der Busbars und der Finger für den Frontseitenkontakt, also die Bedruckung der Solarzellenvorderseite, stellt technisch die größte Herausforderung dar. Die Positionierung der Solarzellen zur Ausrichtung des Drucksiebs bzw. der Rakelbewegungsrichtung wird deshalb für diesen Prozessschritt nach Möglichkeit optimal gewählt. Dies bedeutet, dass die Finger der Solarzellenvorderseite in Bewegungsrichtung der Rakel gedruckt werden. Die Busbars auf der Solarzellenrückseite sind jedoch quer zu den Fingern der Solarzellenvorderseite ausgerichtet. Wenn die Solarzelle demnach so ausgerichtet ist, dass eine optimale Bedruckung der
Solarzellenvorderseite möglich ist, bedeutet dies auch, dass wegen der starren Anordnung der Rakelbewegung zur Solarzelle die Bedruckung der Solarzellenrückseite unter schlechten Bedingungen erfolgt, da die volle Breite des Solarmoduls ohne Unterbrechung quer zur Rakelbewegungs- 5 richtung bedruckt werden muss. Der Siebabsprung ist hier am schwierigsten und muss über entsprechende Prozesseinstellungen sichergestellt werden.The printing of the busbars and the fingers for the front side contact, so the printing of the solar cell front side, technically represents the biggest challenge. The positioning of the solar cell for alignment of the printing screen and the Rakelbewegungsrichtung is therefore optimally chosen for this process step as far as possible. This means that the fingers of the solar cell front side are printed in the direction of movement of the doctor blade. However, the busbars on the back side of the solar cell are aligned transversely to the fingers of the solar cell front side. Thus, if the solar cell is aligned so that optimum printing of the Solar cell front is possible, this also means that because of the rigid arrangement of the doctor blade movement to the solar cell, the printing of the solar cell rear side takes place under poor conditions, since the full width of the solar module without interruption must be printed across the Rakelbewegungs- 5 direction. The sieve jump is the most difficult here and must be ensured by appropriate process settings.
Eine mögliche Lösung ist es, eine Wartezeit zu implementieren. Dies lo verlängert jedoch den Druckzyklus. Alternativ oder zusätzlich kann das Sieb nach Druckende nach oben gefahren werden. Auch dies verlängert den Druckzyklus. Weiterhin ist es denkbar, die Siebspannung zu erhöhen. Dies verkürzt jedoch die Lebensdauer des Siebs.One possible solution is to implement a wait. However, this lo extends the printing cycle. Alternatively or additionally, the screen can be moved to the end of the print. This also prolongs the printing cycle. Furthermore, it is conceivable to increase the wire tension. However, this shortens the life of the sieve.
i5 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem der Druckzyklus verkürzt und die Lebensdauer des Siebs erhöht werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a method with which the printing cycle can be shortened and the service life of the screen can be increased.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf besonders einfache und 20 überraschende Art und Weise durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Solarzelle und die Druckrichtung für zumindest einen ersten Druckvorgang in einer ersten Orientierung zueinander ausgerichtet werden und in mindestens einem weiteren Druckvorgang in einer anderen Orientierung zueinander ausgerichtet werden. Die Solarzelle 25 wird also für mindestens einen ersten Druckvorgang in einer ersten Orientierung zu der Rakelbewegungsrichtung einer Rakel bzw. Transportrichtung der Solarzelle und in mindestens einem weiteren Druckvorgang in einer anderen Orientierung zu der Rakelbewegungsrichtung einer Rakel bzw. der Transportrichtung der Solarzelle angeordnet. Durch diese Maß- 3o nähme wird sichergestellt, dass die Solarzelle für jeden Druckvorgang optimal zur Rakelbewegungsrichtung bzw. Transportrichtung, insbesonde-
re zum Drucken länglicher Strukturen, ausgerichtet ist, sodass die oben beschriebenen Nachteile beim Siebabsprung weitestgehend vermieden werden können. Dies bedeutet, dass die Drucksiebe einer geringeren Belastung ausgesetzt sind und dadurch eine höhere Standzeit der Druck- siebe erreicht wird. Außerdem wird der Druckzyklus erheblich verkürzt. Die Produktivität der Anlage, auf der das Verfahren durchgeführt wird, steigt. Zudem steigt die Qualität der einzelnen Druckvorgänge. Die Vorteile dieses neuen Verfahrens gelten für Flachsiebdruckeinheiten in gleicher Weise wie für Rotationssiebdruckeinheiten.According to the invention, this object is achieved in a particularly simple and surprising manner by a method of the type mentioned above in which the solar cell and the printing direction are aligned for at least one first printing operation in a first orientation to each other and in at least one further printing operation in another Orientation aligned with each other. The solar cell 25 is thus arranged for at least one first printing operation in a first orientation to the doctor movement direction of a doctoring or transport direction of the solar cell and in at least one further printing operation in a different orientation to the doctor movement direction of a doctor blade or the transport direction of the solar cell. This dimensional measure ensures that the solar cell is optimally aligned with the direction of doctor movement or transport direction for each printing operation, in particular is aligned to print elongated structures, so that the disadvantages described above can be largely avoided at Siebabsprung. This means that the printing screens are subjected to less stress and thus a higher service life of the printing screen is achieved. In addition, the printing cycle is shortened considerably. The productivity of the plant on which the process is carried out is increasing. In addition, the quality of the individual printing processes increases. The advantages of this new method apply to flat screen printing units in the same way as for rotary screen printing units.
Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die zu bedruckende Solarzelle vor zumindest einem Druckvorgang um 90° gedreht wird. Dadurch wird die Solarzelle im Vergleich zum vorhergehenden Druckvorgang in eine andere Orientierung zur Rakel- bewegungsrichtung bzw. Transportrichtung gebracht. Somit können längliche Strukturen, die senkrecht zu vorher aufgedruckten Strukturen angeordnet sind, in der gleichen Rakelbewegungsrichtung bzw. Transportrichtung aufgebracht werden wie die im vorhergehenden Druckvorgang aufgebrachten länglichen Strukturen. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, statt die Solarzelle um 90° zu drehen, die Bewegungsrichtung der Rakel um 90° zu verändern beziehungsweise eine zweite Rakel mit um 90° versetzter Bewegungsrichtung zu verwenden. In jedem Fall weist die Solarzelle erfindungsgemäß für zwei unterschiedliche Druckvorgänge unterschiedliche Orientierungen bezüglich einer Rakelbewegungsrichtung bzw. Transportrichtung auf.In a particularly preferred variant of the method it can be provided that the solar cell to be printed is rotated by 90 ° before at least one printing operation. As a result, the solar cell is brought in a different orientation to the doctor blade movement direction or transport direction in comparison to the preceding printing operation. Thus, elongated structures arranged perpendicular to previously imprinted structures may be applied in the same blade advance direction as the elongate structures applied in the previous printing operation. In principle, it would also be conceivable, instead of rotating the solar cell by 90 °, to change the direction of movement of the doctor blade by 90 ° or to use a second doctor blade with an offset by 90 ° movement direction. In any case, the solar cell according to the invention for two different printing operations on different orientations with respect to a blade movement direction or transport direction.
Eine weitere Optimierung bezüglich des Siebabsprungs ergibt sich, wenn in jedem Druckvorgang zumindest einige längliche Strukturen in der Druckrichtung, also der Bewegungsrichtung einer Rakel oder Transport- richtung der Solarzelle, gedruckt werden.
Bei einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass in einem ersten Druckvorgang Stromschienen (Busbars) insbesondere mit einer Druckpaste, z. B. Silberpaste, auf der Solarzellenrückseite aufgedruckt werden, wobei die Druckrichtung in Richtung der Erstreckung der aufzudruckendenA further optimization with respect to the screening jump results if at least some elongate structures in the printing direction, that is to say the direction of movement of a doctor blade or transport direction of the solar cell, are printed in each printing operation. In a variant of the method can be provided that in a first printing busbars (busbars) in particular with a printing paste, z. B. silver paste, are printed on the solar cell back, wherein the printing direction in the direction of the extension of aufzudruckenden
5 Busbars verläuft. Diese Verfahrensvariante stellt das genaue Gegenteil des bekannten Standes der Technik dar, wo die Stromschienen auf der Solarzellenrückseite quer zur Rakelbewegungsrichtung ausgerichtet sind, wodurch die oben genannten Nachteile beim Siebabsprung entstehen. Bei einer Flachsiebdruckeinheit bedeutet dies, dass die Rakel beim Drucken in lo Richtung der Erstreckung der aufzudruckenden Busbars bewegt wird.5 busbars runs. This variant of the method represents the exact opposite of the known prior art, where the bus bars on the solar cell rear side are aligned transversely to the blade movement direction, whereby the above-mentioned disadvantages arise in Siebabsprung. In a flat screen printing unit, this means that the squeegee is moved during printing in the direction of the extent of the busbars to be printed on.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in einem zweiten Druckvorgang die Solarzellenrückseite insbesondere mit einer Druckpaste, z. B. Aluminiumpaste, bedruckt wird, wobei die Druckrichtung in Richtung der Erstreckung i5 von vorher aufgedruckten Busbars verläuft. Bei einer Flachsiebdruckeinheit bedeutet dies, dass die Rakel in Richtung der Erstreckung von vorher aufgedruckten Busbars bewegt wird. Dies bedeutet, dass der erste und zweite Druckvorgang bei gleich bleibender Orientierung der Solarzelle bezüglich der Rakelbewegungsrichtung bzw. Transportrichtung der Zelle,Furthermore, it can be provided that in a second printing process, the solar cell rear side in particular with a printing paste, for. B. aluminum paste, is printed, wherein the printing direction runs in the direction of extension i5 of previously printed on busbars. For a flat screen printing unit, this means that the squeegee is moved in the direction of extension of previously printed busbars. This means that the first and second printing process, with the orientation of the solar cell remaining the same, with respect to the doctoring direction or transport direction of the cell,
20 die der Druckrichtung entspricht, durchgeführt werden.20 which corresponds to the printing direction to be performed.
Vorteilhafterweise werden in einem dritten Druckvorgang Busbars und Finger insbesondere mit einer Druckpaste, z. B. Silberpaste, auf der Solarzellenvorderseite aufgedruckt, wobei die Druckrichtung in Richtung der Er-Advantageously, in a third printing operation, busbars and fingers are in particular provided with a printing paste, e.g. As silver paste, printed on the solar cell front side, the printing direction in the direction of Er-
25 Streckung der aufzudruckenden Finger verläuft. Bei einer Flachsiebdruckeinheit bedeutet dies, dass die Rakel beim Drucken in Richtung der Erstreckung der aufzudruckenden Finger bewegt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass die sehr dünnen Finger mit einer optimalen Genauigkeit aufgedruckt werden und unterbrechungsfrei verlaufen. Es ist auch denkbar,25 extension of the fingers to be printed passes. In a flat screen printing unit, this means that the squeegee is moved during printing in the direction of the extension of the fingers to be printed. This ensures that the very thin fingers are imprinted with optimum accuracy and run without interruption. It is also conceivable
3o zunächst die Solarzellenvorderseite und anschließend die Solarzellenrückseite zu bedrucken. In diesem Fall müssten die Solarzellen nach dem
Bedrucken der Solarzellenvorderseite bezüglich der Rakelbewegungsrichtung neu orientiert werden. Die Ausdrücke „erster, zweiter und dritter Druckvorgang" können sich daher auf eine zeitliche Abfolge der Druckvorgänge beziehen, müssen es aber nicht.3o first the solar cell front side and then the solar cell back to print. In this case, the solar cells would have to after the Printing the solar cell front side are reoriented with respect to the Rakelbewegungsrichtung. The terms "first, second and third printing" can therefore refer to a chronological sequence of the printing processes, but need not.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn vor zumindest einem Druckvorgang die Solarzelle mit einem Greifer erfasst wird und bezüglich der Druckrichtung ausgerichtet wird. Hierbei kann insbesondere ein Bemoulli- Greifer zum Einsatz kommen. Vorzugsweise wird die Solarzelle vor dem dritten Druckvorgang, in dem die Solarzellenvorderseite bedruckt wird, durch den Greifer um 90° gedreht.Particular advantages arise when the solar cell is detected with a gripper before at least one printing operation and is aligned with respect to the printing direction. In this case, in particular a Bemoulli gripper can be used. Preferably, the solar cell is rotated by 90 ° by the gripper before the third printing process in which the solar cell front side is printed.
Die Produktivität einer Anlage, in der das Verfahren durchgeführt wird, kann erhöht werden, wenn in zumindest einem Druckvorgang mehrere Solarzellen gleichzeitig bedruckt werden. Vorzugsweise werden in allen Druckvorgängen mehrere Solarzellen gleichzeitig bedruckt. Dies bedeutet, dass vor zumindest einem Druckvorgang mehrere Solarzellen, insbesondere durch einen Bernoulli-Greifer, neu orientiert werden.The productivity of a plant in which the process is carried out can be increased if, in at least one printing operation, several solar cells are printed simultaneously. Preferably, several solar cells are printed simultaneously in all printing processes. This means that several solar cells, in particular by a Bernoulli gripper, are reoriented before at least one printing operation.
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Siebdruckanlage mit einem Greifer, insbesondere einem Bernoulli-Greifer zur Durchführung des Verfahrens. Die Siebdruckanlage kann eine Flachsiebdruckeinheit, bei der die Druckrichtung der Rakelbewegungsrichtung entspricht, oder eine Rotationssiebdruckeinheit, bei der die Druckrichtung der Transportrichtung des Druckguts (Solarzelle) entspricht, aufweisen.The scope of the invention also includes a screen printing machine with a gripper, in particular a Bernoulli gripper for carrying out the method. The screen printing machine may have a flat screen printing unit in which the printing direction corresponds to the doctor blade movement direction, or a rotary screen printing unit in which the printing direction corresponds to the transport direction of the printed matter (solar cell).
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart darge-
stellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description of embodiments of the invention with reference to the figures of the drawing, which shows details essential to the invention, and from the claims. The features shown there are not necessarily to scale and thus represented provides that the features of the invention can be made clearly visible. The various features may be implemented individually for themselves or for a plurality of combinations in variants of the invention.
In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.In the schematic drawing embodiments of the invention are illustrated and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf die Rückseite zweier Solarzellen nach einem ersten Druckvorgang;Figure 1 is a plan view of the back of two solar cells after a first printing operation.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Rückseite zweier Solarzellen nach einem zweiten Druckvorgang; undFIG. 2 shows a plan view of the back side of two solar cells after a second printing process; FIG. and
Fig. 3 eine Draufsicht auf die Vorderseite der Solarzellen nach einem dritten Druckvorgang.Fig. 3 is a plan view of the front of the solar cells after a third printing operation.
In der Figur 1 sind zwei Solarzellen 10, 11 dargestellt, wobei deren Rückseite 12, 13 sichtbar ist. Die Solarzellen 10, 11 weisen auf ihrer Rückseite 12, 13 jeweils im Siebdruckverfahren gleichzeitig in einem ersten Druckvorgang aufgedruckte so genannte Busbars 14 bis 17 auf. Die Druckrichtung, d. h. die Rakelbewegungsrichtung bei Flachsiebdruckein- heiten oder die Transportrichtung bei Rotationssiebdruckeinheiten, ist durch den Pfeil 18 angedeutet. Dies bedeutet, dass die Busbars 14 bis 17 in der Druckrichtung 18 aufgedruckt wurden. Dadurch wird der Siebabsprung erleichtert. Die Busbars 14 bis 17 wurden erstellt, indem eine Silberpaste aufgedruckt wurde.
Die Figur 2 zeigt die Solarzellen 10, 11, auf die wiederum gleichzeitig eine Aluminiumpaste 19, 20 aufgedruckt wurde. Die Druckrichtung ist wiederum durch einen Pfeil 21 angedeutet. Dies bedeutet, dass die Druckrichtung 18, 21 und Orientierung der Solarzellen 10, 11 bei beiden Druckvorgängen gleich war.In the figure 1, two solar cells 10, 11 are shown, with the rear side 12, 13 is visible. The solar cells 10, 11 have on their back side 12, 13 in each case by screen printing simultaneously printed in a first printing so-called busbars 14 to 17. The printing direction, ie the direction of blade movement in flat screen printing units or the transport direction in rotary screen printing units, is indicated by the arrow 18. This means that the busbars 14 to 17 were printed in the printing direction 18. This facilitates the sieve jump. Busbars 14 to 17 were created by printing a silver paste. FIG. 2 shows the solar cells 10, 11, on which in turn an aluminum paste 19, 20 was printed at the same time. The printing direction is again indicated by an arrow 21. This means that the printing direction 18, 21 and orientation of the solar cells 10, 11 were the same in both printing processes.
In der Figur 3 ist eine Draufsicht auf die Vorderseite 25, 26 der Solarzellen 10, 11 gezeigt. Die Solarzellen 10, 11 sind gegenüber den Darstellungen der Figuren 1 und 2 um 90° gedreht. Dadurch konnten Finger 27, 28 in Druckrichtung 29 in einem dritten Druckvorgang aufgebracht werden, wobei die als Silberpaste aufgedruckten Finger 27, 28 gegenüber den Busbars 14 bis 17 der Solarzellenrückseite um 90° versetzt sind. Die Busbars 30, 31 der Vorderseiten 25, 26 wurden quer zur Druckrichtung 29 ebenfalls im dritten Druckvorgang aufgedruckt. Die Druckrichtungen 18, 21, 29 sind demnach bei allen Druckvorgängen gleich. Die Orientierung der Solarzellen 10, 11 bezüglich der Druckrichtung 29 wurde jedoch für das Bedrucken der Solarzellenvorderseite 25, 26 geändert.
FIG. 3 shows a plan view of the front side 25, 26 of the solar cells 10, 11. The solar cells 10, 11 are rotated relative to the illustrations of Figures 1 and 2 by 90 °. This could fingers 27, 28 are applied in the printing direction 29 in a third printing process, wherein the printed as a silver paste fingers 27, 28 are offset from the busbars 14 to 17 of the solar cell rear side by 90 °. The busbars 30, 31 of the front sides 25, 26 were also printed transversely to the printing direction 29 in the third printing process. The printing directions 18, 21, 29 are therefore the same for all printing processes. However, the orientation of the solar cells 10, 11 with respect to the printing direction 29 has been changed for the printing of the solar cell front side 25, 26.