WO2011118195A1 - 太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法 - Google Patents

太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法 Download PDF

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solar cell
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哲矢 田中
大武　裕治
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Definitions

  • the present invention relates to a solar cell electrode forming system and a solar cell electrode forming method for printing paste such as cream solder or conductive paste on a base material.
  • the first conductive paste is applied on the substrate, the first layer electrode is baked, the second conductive paste is applied on the first layer electrode, and the second A solar cell electrode forming system and a solar cell electrode forming method in which a layered electrode is fired are known (see, for example, Patent Document 1).
  • the solar cell electrode forming system and the solar cell electrode forming method disclosed in Patent Document 1 attempt to form a thick electrode by performing each step of printing and baking twice. Therefore, in the solar cell electrode forming system and the solar cell electrode forming method disclosed in Patent Document 1, it is difficult to improve productivity because each step of printing and baking is performed twice.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solar cell electrode forming system and a solar cell electrode forming method capable of improving productivity. .
  • the electrode forming system for a solar cell exposes a covering portion that covers a part of the surface of the base material and a part of the base material in order to form an electrode of the base material used for the solar cell.
  • a baking step in which the paste is used as the electrode by baking in a state where the paste is placed in a predetermined shape on the surface of the substrate, and the screen printing.
  • the squeegee is relatively moved with respect to the metal mask along the arrangement direction of each opening and the bridge portion.
  • the squeegee moves relative to the metal mask in the screen printing process.
  • the paste on the surface of the substrate is fired. Therefore, in the present invention, productivity can be improved by forming a thick electrode by a single screen printing process and a single baking process.
  • the electrode formation system for a solar cell according to the present invention is the above-described electrode formation system for a solar cell, wherein the squeegee head has a longitudinal direction of the squeegee in a direction orthogonal to the arrangement direction of the openings and the bridging portions. It is arranged relative to the metal mask so as to be along, and moves relatively along the arrangement direction of the openings and the bridging portions.
  • the electrode of the solar cell can be reliably formed in a desired shape.
  • the electrode formation system for a solar cell according to the present invention is formed by performing the screen printing step and the firing step once in the electrode formation system for the solar cell.
  • the electrode formation system for a solar cell according to the present invention is the above-described electrode formation system for a solar cell, wherein the aspect ratio of the cross-sectional shape of the electrode is 1.0 or more.
  • the aspect ratio of the mesh mask used conventionally is 0.7 or less, the aspect ratio can be dramatically improved.
  • a covering portion that covers a part of the surface of the base material and a part of the base material are exposed.
  • productivity can be improved by forming a thick electrode by a single screen printing process and a single baking process.
  • the electrode forming method for a solar cell according to the present invention is the above-described electrode forming method for a solar cell, wherein the metal has a lengthwise direction of the squeegee along a direction orthogonal to an arrangement direction of the openings and the bridging portions. After disposing relative to the mask, the squeegee is moved relatively along the arrangement direction of the openings and the bridging portions.
  • the electrode formation method for a solar cell according to the present invention is formed by performing the screen printing step and the firing step once in the electrode formation method for a solar cell.
  • the longitudinal direction is along the direction perpendicular to the arrangement direction of the openings and the bridging portions of the metal mask.
  • the squeegee arranged relative to the metal mask moves relative to the metal mask along the arrangement direction of the openings and the bridging portions of the metal mask.
  • the firing step the paste on the surface of the substrate is fired.
  • FIG. 1 is a front view of a screen printing apparatus having an open squeegee to which a screen printing method according to an embodiment of the present invention is applied.
  • 1 is a front view of a screen printing apparatus having a cartridge type squeegee to which the screen printing method of FIG. 1 is applied.
  • Enlarged view of the metal mask in FIG. Enlarged view of the main part of the metal mask of FIG. AA line sectional view of FIG. BB sectional view of FIG.
  • FIG. 5 is an external perspective view around the bridge portion in the metal mask of FIG. FIG.
  • FIG. 5 is an external perspective view around a bridge portion of a modification of the metal mask of FIG.
  • the principal part top view of the modification of the screen printing apparatus of FIG. Plan view of a modification of the metal mask of FIG.
  • the top view of the other modification of the metal mask of FIG. The top view of the other modification of the metal mask of FIG.
  • a screen printing apparatus 10 to which a screen printing method according to an embodiment of the present invention is applied has a base 11, a support 12 that supports the base 11, a metal mask 1, and a predetermined upper surface of the metal mask 1.
  • a squeegee head 13 for supplying a paste P as a circuit pattern to the surface of the metal mask 1 while relatively sliding the length squeegee 14 in sliding contact, and a cleaning mechanism 15 for cleaning the lower surface of the metal mask 1 are provided.
  • the screen printing apparatus 10 includes a support base 12 that is a positioning unit for the base material 11, a Y-axis table 16, an X-axis table 17, and a ⁇ -axis table. 18, and a first Z-axis table 19 and a second Z-axis table 20 are combined thereon.
  • the first Z-axis table 19 has a horizontal base plate 21 and is subjected to printing by two transport rails 23 arranged in parallel with the base material transport direction (X direction) in the base material transport section 22 on the base plate 21. It is conveyed while both ends of the substrate 11 are supported.
  • the base material transport unit 22 extends to the upstream side and the downstream side, and the base material 11 carried from the upstream side is transported by the base material transport unit 22 and further positioned by the support base 12. The base material 11 after printing is carried out to the downstream side by the transport rail 23.
  • the metal mask 1 is extended in the mask frame 2.
  • a squeegee head 13 is disposed on the metal mask 1.
  • the squeegee head 13 is an open type, and a squeegee raising / lowering mechanism 25 for raising and lowering the squeegee 14 having a predetermined length is disposed on a horizontal plate 24.
  • the squeegee head 13 supplies paste (see FIG. 10) P, which becomes a circuit pattern, to the surface of the metal mask 1 with a predetermined pressure, and when the squeegee lifting mechanism 25 is driven, the squeegee 14 is lifted and lowered. Abuts the top surface.
  • FIG. 2 shows a screen printing apparatus 10 equipped with a cartridge type squeegee head 13 instead of the open type squeegee head 13.
  • the screen printing apparatus 10 supplies paste (see FIG. 10) P to be a circuit pattern to the surface of the metal mask 1 with a predetermined pressure, and the squeegee elevating mechanism 25 is driven to raise and lower the squeegee 14. In contact with the upper surface of the metal mask 1.
  • the cartridge-type squeegee head 13 is excellent in filling performance as compared with the open type.
  • a bracket 27 is disposed on the vertical frame 26, and a guide rail 28 is disposed on the bracket 27 in the Y direction.
  • a slider 29 slidably fitted to the guide rail 28 is coupled to both ends of the plate 24. Thereby, the squeegee head 13 is slidable in the Y direction.
  • the cleaning mechanism 15 moves integrally with the camera head unit 31 in which the cleaning head unit 30 images the base material 11 and the metal mask 1.
  • the camera head unit 31 includes a base material recognition camera 32 for capturing an image of the base material 11 from above and a mask recognition camera 33 for capturing an image of the metal mask 1 from the lower surface side, and the camera head unit 30 moves. By doing so, recognition of the base material 11 and recognition of the metal mask 1 can be performed simultaneously.
  • a paper roll 34 around which unused cleaning paper is wound, a paper roll 35 around which used cleaning paper is wound, and a cleaning region having a predetermined length are set on the lower surface of the metal mask 1.
  • a cleaning nozzle 36 is provided.
  • the cleaning head unit 30 is supported by a head X-axis table 38 that is slidably mounted on a guide rail 37 on the vertical frame 26, and is moved in the Y direction by a head Y-axis moving mechanism 39 on the head X-axis table 38. Move horizontally.
  • the cleaning head unit 30 is retracted to the side of the support base 12 during standby.
  • the cleaning head unit 30 is advanced below the metal mask 1 together with the camera head unit 31, and then the cleaning head unit 30 is raised. Then, with the cleaning paper pressed against the lower surface of the metal mask 1 by the cleaning nozzle 36, the cleaning head unit 30 is moved horizontally to perform cleaning.
  • the metal mask 1 has a thickness dimension T ⁇ b> 1 of 0.1 mm, a width dimension L ⁇ b> 1 of 550 mm, and a length dimension L ⁇ b> 2 of 650 mm, for example. And a plurality of rectangular openings 4 from which a part of the base material 11 is exposed, each opening part 4 having a covering part 3 that covers a part of the surface of the base material 11 inside the mask frame 2.
  • a bridging portion 5 is provided along the direction intersecting the longitudinal direction of the circuit pattern formed between the two.
  • the metal mask 1 has a plurality of grit parts 6 provided with the openings 4 and the bridging parts 5 and arranged in parallel, and is continuous with the terminal opening at the longitudinal end of each grit part 6.
  • the grid portion 6 has 67 lines having a line width dimension of 0.08 mm, for example.
  • the grid portion 6 has a width dimension L6 of 2 mm at a position of a length dimension L5 of 39 mm from the left and right in FIG. 6 with a width dimension L4 of 75 mm in the center portion sandwiched within a width dimension L3 of 153 mm in the longitudinal direction.
  • Each bus bar portion 7 is arranged.
  • the opening 4 has a width dimension L7 of, for example, 0.08 mm.
  • the bridging portion 5 has a width dimension L8 of 0.05 mm, for example, and a height dimension L9 of 0.02 mm, for example.
  • crosslinking part 5 has the height dimension L9 of 0.02 mm, for example in the upper end part of the opening part 4 which has thickness dimension T1 of 0.1 mm, for example, a lower surface is with respect to the lower surface of the coating
  • the bridging portion 5 may be arranged at the central portion in the thickness direction of the opening 4 as in the modification of the metal mask 1 shown in FIG. Also in this case, the bridging portion 5 is formed in a stepped shape in which the lower surface is concave with respect to the lower surface of the covering portion 3.
  • a solar cell electrode forming system to which the screen printing apparatus 10 is applied and a solar cell electrode forming method to which the screen printing method is applied will be described.
  • a screen printing process using a cartridge type squeegee head and a firing process are performed.
  • the second Z-axis table 20 is driven and the lower surface of the base material 11 is received.
  • the base 11 is aligned with the metal mask 1 by the support 12 and the metal mask 1 is brought into surface contact with the base 11.
  • the squeegee head 13 moves the squeegee 14 relative to the metal mask 1 so that the longitudinal direction of the squeegee 14 is along a direction orthogonal to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1. To place.
  • the squeegee 14 moves relative to the metal mask 1 in the Y direction along the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5.
  • contact printing is performed with the base material 11 in contact with the metal mask 1.
  • the paste P is pressed and progressed downward from each opening 4 to the lower part of the bridging part 5 along with the movement of the squeegee 14 in the Y direction. 4 is fully filled.
  • the base material 11 after printing is carried out to the downstream baking process by the conveyance rail 23.
  • the squeegee head 13 moves the squeegee 14 to the metal mask so that the longitudinal direction of the squeegee 14 is along the direction orthogonal to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1. 1 is relatively arranged. While the paste P is supplied onto the metal mask 1 with a predetermined pressure by the squeegee 14, the squeegee 14 moves relative to the metal mask 1 in the Y direction along the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5. By sliding movement, contact printing is performed with the base material 11 in contact with the metal mask 1.
  • the firing step firing is performed in a state where the paste P is placed on the surface of the substrate 11 in a predetermined shape. Thereby, the paste P is formed in the electrode of a solar cell.
  • the screen printing process and the baking process are performed once by using the cartridge type squeegee head 13 in the screen printing process. Then, by using the cartridge-type squeegee head 13 in the screen printing process, an electrode having a cross-sectional aspect ratio set to 1.0 or more is formed.
  • the longitudinal direction of the cleaning nozzle 36 of the cleaning head unit 30 is arranged parallel to the longitudinal direction of the bus bar portion 7 of the metal mask 1, and the lower surface of the metal mask 1. Is cleaned.
  • the longitudinal direction of the cleaning nozzle 36 is arranged parallel to the longitudinal direction of the bus bar portion 7 of the metal mask 1, that is, the bus bar portion 7 is wider than the grid portion 6, so The residual paste in part 7 increases. For this reason, the cleaning quality of the metal mask 1 as a whole can be improved by adopting a nozzle arrangement that prioritizes cleaning of the bus bar portion 7 over the grid portion 6.
  • the longitudinal direction of the squeegee 14 is along a direction intersecting at a predetermined angle ⁇ 1 with respect to a direction orthogonal to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1.
  • the squeegee 14 is relatively moved along the X direction orthogonal to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1.
  • the squeegee 14 is moved from a direction intersecting at a predetermined angle ⁇ 1 with respect to a direction orthogonal to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1, whereby the paste P
  • the opening 4 including the lower part of the bridging part 5 is sufficiently filled by being pushed and pushed obliquely from 4 toward the lower part of the bridging part 5.
  • each of the parallelogram openings 4 is provided along the longitudinal direction of the circuit pattern to be formed. Therefore, the bridging portion 5 is disposed so as to be inclined with respect to the direction orthogonal to the longitudinal direction of the circuit pattern to be formed.
  • the squeegee 14 is disposed relatively in the longitudinal direction in a direction perpendicular to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1. It moves relative to the metal mask 1 along the X direction orthogonal to the arrangement direction.
  • the paste P is pushed downward from the acute angle portion of the bridging portion 5 arranged so as to be inclined with respect to the traveling direction of the squeegee 14, thereby lowering the bridging portion 5.
  • the squeegee 14 may be moved relative to the metal mask 1 in the Y direction along the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5.
  • the bridging portion 5 is disposed so as to be inclined with respect to the direction orthogonal to the longitudinal direction of the circuit pattern to be formed.
  • the squeegee 14 is disposed relatively in the longitudinal direction in a direction perpendicular to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1. It moves relative to the metal mask 1 along the arrangement direction.
  • the paste P is pushed downward from the acute angle portion of the bridging portion 5 arranged so as to be inclined with respect to the traveling direction of the squeegee 14, thereby lowering the bridging portion 5.
  • the squeegee 14 may be moved relative to the metal mask 1 in the Y direction along the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5.
  • each square opening 4 is provided along the longitudinal direction of the circuit pattern to be formed.
  • the longitudinal direction of the squeegee 14 is relative to the direction intersecting at a predetermined angle with respect to the direction orthogonal to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1.
  • the squeegee 14 moves relatively along the X direction orthogonal to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1. Accordingly, the paste P is pressed and progressed downward from the respective opening portions 4 to the lower portions of the bridging portions 5 as the squeegee 14 is moved in the X direction. 4 is fully filled.
  • the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1 are arranged in the arrangement direction.
  • the firing step the paste on the surface of the substrate 11 is fired.
  • the cartridge-type squeegee head 13 is used in the screen printing process, so that a thick electrode is formed once.
  • the productivity can be improved by forming by the screen printing step and the single baking step.
  • the printing and baking processes are performed only once by using the cartridge type squeegee head 13 in the screen printing process. As a result, man-hours can be significantly reduced.
  • the conventional mesh mask has an aspect ratio of 0.7 or less, while the screen printing process uses a cartridge.
  • the squeegee head 13 the aspect ratio can be dramatically improved.
  • the paste is efficiently supplied to the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1.
  • the battery electrode can be reliably formed in a desired shape.
  • the longitudinal direction is along the direction orthogonal to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1.
  • a screen printing step in which the squeegee 14 disposed relative to the metal mask 1 is moved relative to the metal mask 1 along the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1.
  • the paste on the surface of the substrate 11 is fired. Therefore, according to the screen printing method to which the solar cell electrode forming method of one embodiment of the present invention is applied, the cartridge-type squeegee head 13 is used in the screen printing process, so that a thick electrode is formed once. Productivity can be improved by forming through a screen printing process and a single baking process.
  • Example 2 Next, the Example performed in order to confirm the effect of the screen printing apparatus 10 which applied the solar cell electrode formation system which concerns on this invention, and the screen printing method which applied the solar cell electrode formation method is demonstrated.
  • a mesh mask having an aperture ratio of 50% or less was used, and Comparative Example 1 in which gap printing was performed by an open squeegee head, and a cartridge type squeegee head having an aperture ratio of 50% or less were used.
  • Comparative Example 2 using contact printing was prepared to form an electrode of a solar cell, and the aspect ratio according to the cross-sectional area between the height dimension of the formed electrode and the width dimension of the electrode was measured.
  • Comparative Example 1 had an aspect ratio of 0.3 or less
  • Comparative Example 2 had an aspect ratio of 0.7 or less
  • the aspect ratio of the present invention was 1.0 or more. That is, the squeegee of the cartridge type squeegee head 13 disposed relative to the metal mask 1 so that the longitudinal direction is along the direction orthogonal to the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1. 14 is moved relative to the metal mask 1 along the arrangement direction of the openings 4 and the bridging portions 5 of the metal mask 1. Thereby, it is also possible to apply the metal mask 1 having an aperture ratio of 90% or more.
  • the support stand 12, the squeegee 14, the cleaning mechanism 15 and the like used in the above embodiment are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed.

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Abstract

　生産性の向上を図ることができる太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法を提供する。　太陽電池の電極形成システム１０および太陽電池の電極形成方法は、太陽電池に用いられる基材１１の電極を形成するために、基材１１の表面の一部を覆う被覆部と、基材１１の一部が露出する複数の開口部と、各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスク１を基材１１の表面に載置させてから、メタルマスク１における上面に対して所定長さのスキージ１４を相対的に摺接させながら電極となるペーストをカートリッジ式のスキージヘッド１３によりメタルマスク１の表面に対して所定の圧力で供給するスクリーン印刷工程と、基材１１の表面にペーストが所定の形状に載せられた状態で焼成することによりペーストを電極とする焼成工程と、を有し、スクリーン印刷工程において、スキージヘッド１３が、各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向にスキージ１４の長手方向が沿うようにメタルマスク１に対して相対的に配置されるとともに、スキージ１４が、各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対して相対的に移動する。

Description

太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法
　本発明は、基材にクリーム半田や導電性ペーストなどのペーストを印刷する太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法に関する。
　従来より電極形成のための印刷に、第１導電性ペーストを基板上に塗布して第１層目電極を焼成し、第１層目電極の上に第２導電性ペーストを塗布して第２層目電極を焼成した太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
日本国特開２０１０－１０２４５号公報（図１、請求項１）
　太陽電池の変換効率を向上させるためには、膜圧を厚くした電極を形成することが望まれる。
　このような要望に対し、上記特許文献１の太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法では、印刷および焼成の各工程を２回行うことにより膜厚の厚い電極を形成しようとしている。
　従って、上記特許文献１の太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法では、印刷および焼成の各工程を２回行っているために生産性の向上を図ることが難しい。
　本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、生産性の向上を図ることができる太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法を提供することにある。
　本発明に係る太陽電池の電極形成システムは、太陽電池に用いられる基材の電極を形成するために、前記基材の表面の一部を覆う被覆部と、前記基材の一部が露出する複数の開口部と、前記各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスクを前記基材の表面に載置させてから、前記メタルマスクにおける上面に対して所定長さのスキージを相対的に摺接させながら前記電極となるペーストをカートリッジ式のスキージヘッドにより前記メタルマスクの表面に対して所定の圧力で供給するスクリーン印刷工程と、前記基材の表面に前記ペーストが所定の形状に載せられた状態で焼成することにより前記ペーストを前記電極とする焼成工程と、を有し、前記スクリーン印刷工程において、前記スキージが、前記各開口部および前記架橋部の配列方向に沿って前記メタルマスクに対して相対的に移動する。
　本発明においては、スクリーン印刷工程において、スキージがメタルマスクに対して相対的に移動する。そして、焼成工程において、基材の表面のペーストが焼成される。
　従って、本発明においては、膜厚の厚い電極を、１回のスクリーン印刷工程と１回の焼成工程とにより形成することにより生産性の向上を図ることができる。
　本発明に係る太陽電池の電極形成システムは、上記太陽電池の電極形成システムにおいて、前記スキージヘッドが、前記各開口部および前記架橋部の配列方向に対して直交する方向に前記スキージの長手方向が沿うように前記メタルマスクに対して相対的に配置され、前記各開口部および前記架橋部の配列方向に沿って相対的に移動する。
　本発明においては、メタルマスクの各開口部および架橋部に対してペーストが効率良く供給されるために、太陽電池の電極を所望の形状に確実に形成することができる。
　本発明に係る太陽電池の電極形成システムは、上記太陽電池の電極形成システムにおいて、前記電極が、前記スクリーン印刷工程と、前記焼成工程とを１回行うことにより形成される。
　本発明においては、印刷および焼成の各工程を１回のみ行うだけなので工数の大幅な減少を図ることができる。
　本発明に係る太陽電池の電極形成システムは、上記太陽電池の電極形成システムにおいて、前記電極の断面形状のアスペクト比が１．０以上である。
　本発明においては、従来用いられているメッシュマスクのアスペクト比が０．７以下であるのに対し、アスペクト比の飛躍的な向上を図ることができる。
　本発明に係る太陽電池の電極形成方法は、太陽電池に用いられる基材の電極を形成するために、前記基材の表面の一部を覆う被覆部と、前記基材の一部が露出する複数の開口部と、前記各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスクを前記基材の表面に載置させてから、前記メタルマスクにおける上面に対して所定長さのスキージを相対的に摺接させながら前記電極となるペーストをカートリッジ式のスキージヘッドにより前記メタルマスクの表面に対して所定の圧力で供給するにあたって、前記メタルマスクに対して前記スキージを相対的に移動させるスクリーン印刷工程の後、前記基材の表面に前記ペーストが所定の形状に載せられた状態で焼成することにより前記ペーストを前記電極とする焼成工程を行う。
　本発明においては、膜厚の厚い電極を、１回のスクリーン印刷工程と１回の焼成工程とにより形成することにより生産性の向上を図ることができる。
　本発明に係る太陽電池の電極形成方法は、上記太陽電池の電極形成方法において、前記各開口部および前記架橋部の配列方向に対して直交する方向に前記スキージの長手方向が沿うように前記メタルマスクに対して相対的に配置した後、前記スキージを前記各開口部および前記架橋部の配列方向に沿って相対的に移動させる。
　本発明に係る太陽電池の電極形成方法は、上記太陽電池の電極形成方法において、前記電極が、前記スクリーン印刷工程と、前記焼成工程とを１回行うことにより形成される。
　本発明の太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法によれば、スクリーン印刷工程において、メタルマスクの各開口部および架橋部の配列方向に対して直交する方向に長手方向が沿うようにメタルマスクに対して相対的に配置されたスキージが、メタルマスクの各開口部および架橋部の配列方向に沿ってメタルマスクに対して相対的に移動する。そして、焼成工程において、基材の表面のペーストが焼成される。
　これにより、本発明の太陽電池の電極形成システムおよび太陽電池の電極形成方法によれば、膜厚の厚い電極を、１回のスクリーン印刷工程と１回の焼成工程とにより形成することにより生産性の向上を図ることができるという効果を奏する。
本発明に係る一実施形態のスクリーン印刷方法を適用する開放式のスキージを有するスクリーン印刷装置の正面図 図１のスクリーン印刷方法を適用するカートリッジ式のスキージを有するスクリーン印刷装置の正面図 図１のスクリーン印刷装置の側面図 図１のスクリーン印刷装置の平面図 図１のスクリーン印刷装置に適用されるメタルマスクの平面図 図５のメタルマスクの拡大図 図５のメタルマスクの要部拡大図 図７のＡ－Ａ線断面図 図７のＢ－Ｂ線断面図 図５のメタルマスクにおける架橋部周りの外観斜視図 図５のメタルマスクの変形例の架橋部周りの外観斜視図 図１のスクリーン印刷装置の変形例の要部平面図 図５のメタルマスクの変形例の平面図 図５のメタルマスクの他の変形例の平面図 図５のメタルマスクの他の変形例の平面図
　以下、本発明の一実施形態に係るスクリーン印刷装置およびスクリーン印刷方法について図面を参照して説明する。
　本発明の一実施形態であるスクリーン印刷方法を適用したスクリーン印刷装置１０は、基材１１と、基材１１を支持する支持台１２と、メタルマスク１と、メタルマスク１における上面に対して所定長さのスキージ１４を相対的に摺接させながら回路パターンとなるペーストＰをメタルマスク１の表面に供給するスキージヘッド１３と、メタルマスク１の下面をクリーニングするクリーニング機構１５と、を備える。
　図１、図２、図３、図４に示すように、スクリーン印刷装置１０は、基材１１の位置決め手段である支持台１２が、Ｙ軸テーブル１６と、Ｘ軸テーブル１７と、θ軸テーブル１８と、を段積みして構成されており、更にそれらの上に第１Ｚ軸テーブル１９と、第２Ｚ軸テーブル２０とが組み合わされている。
　第１Ｚ軸テーブル１９は、水平なベースプレート２１を有し、ベースプレート２１上の基材搬送部２２において基材搬送方向（Ｘ方向）に平行に配設された２条の搬送レール２３によって印刷対象の基材１１の両端部が支持されながら搬送される。基材搬送部２２は上流側および下流側に延出しており、上流側から搬入された基材１１が基材搬送部２２によって搬送され、さらに支持台１２により位置決められる。印刷が行われた後の基材１１は、搬送レール２３により下流側に搬出される。
　メタルマスク１はマスク枠２内に展張されている。メタルマスク１上にはスキージヘッド１３が配置されている。スキージヘッド１３は開放式であり、水平なプレート２４に所定の長さを有するスキージ１４を昇降させるためのスキージ昇降機構２５が配設されている。スキージヘッド１３は、回路パターンとなるペースト（図１０参照）Ｐを所定の圧力でメタルマスク１の表面に供給し、スキージ昇降機構２５が駆動されることによりスキージ１４が昇降されてメタルマスク１の上面に当接する。
　図２は、開放式のスキージヘッド１３に代えてカートリッジ式のスキージヘッド１３を装備したスクリーン印刷装置１０を示している。このスクリーン印刷装置１０も上記と同様に、回路パターンとなるペースト（図１０参照）Ｐを所定の圧力でメタルマスク１の表面に供給し、スキージ昇降機構２５が駆動されることによりスキージ１４が昇降されてメタルマスク１の上面に当接する。なお、カートリッジ式のスキージヘッド１３は開放式と比べて充填性に優れている。
　縦フレーム２６上にはブラケット２７が配設されており、ブラケット２７上にガイドレール２８がＹ方向に配設されている。ガイドレール２８にスライド自在に嵌合されたスライダ２９がプレート２４の両端に結合されている。これにより、スキージヘッド１３はＹ方向にスライド自在となっている。
　クリーニング機構１５は、クリーニングヘッドユニット３０が基材１１およびメタルマスク１を撮像するカメラヘッドユニット３１と一体的に移動する。カメラヘッドユニット３１は、基材１１を上方から撮像するための基材認識カメラ３２と、メタルマスク１を下面側から撮像するためのマスク認識カメラ３３とを備えており、カメラヘッドユニット３０が移動されることにより、基材１１の認識とメタルマスク１の認識とを同時に行うことができる。
　クリーニングヘッドユニット３０には、未使用のクリーニングペーパを巻回したペーパロール３４と、使用済みのクリーニングペーパを巻回したペーパロール３５およびメタルマスク１の下面に所定の長さのクリーニング領域を設定するクリーニングノズル３６が配設されている。クリーニングヘッドユニット３０は、縦フレーム２６上のガイドレール３７にスライド自在に組付けられているヘッドＸ軸テーブル３８に支持されており、ヘッドＸ軸テーブル３８上のヘッドＹ軸移動機構３９によりＹ方向に水平移動する。
　クリーニングヘッドユニット３０は、待機時に支持台１２の側方に退避している。クリーニングを実行する際には、クリーニングヘッドユニット３０がカメラヘッドユニット３１とともにメタルマスク１の下方に進出されていき、次いでクリーニングヘッドユニット３０が上昇される。そして、クリーニングノズル３６によってクリーニングペーパをメタルマスク１の下面に押し当てた状態で、クリーニングヘッドユニット３０を水平移動させてクリーニングが実行される。
　次に、メタルマスク１について詳細に説明する。図５、図６、図７、図８、図９、図１０に示すように、メタルマスク１は、例えば、０．１ｍｍの厚さ寸法Ｔ１、５５０ｍｍの幅寸法Ｌ１、６５０ｍｍの長さ寸法Ｌ２を有し、マスク枠２の内側に基材１１の表面の一部を覆う被覆部３と、基材１１の一部が露出する複数の長方形の開口部４とを有し、各開口部４の間において形成される回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って架橋部５が設けられている。メタルマスク１は、各開口部４および架橋部５が設けられたグリット部６を複数、かつ、平行に配列して有し、各グリット部６の長手方向端部の終端開口部に連続する帯状のバスバー部７を有する。
　グリッド部６は、例えば０．０８ｍｍの線幅寸法を有して６７本有する。グリッド部６には、長手方向において例えば１５３ｍｍの幅寸法Ｌ３内に中央部の７５ｍｍの幅寸法Ｌ４を挟んで図６中の左右からそれぞれ３９ｍｍの長さ寸法Ｌ５の位置に２ｍｍの幅寸法Ｌ６をそれぞれ有するバスバー部７が配置されている。開口部４は、例えば０．０８ｍｍの幅寸法Ｌ７を有する。架橋部５は、例えば０．０５ｍｍの幅寸法Ｌ８で、例えば０．０２ｍｍの高さ寸法Ｌ９を有する。そして、架橋部５は、例えば、０．１ｍｍの厚さ寸法Ｔ１を有する開口部４の上端部において例えば０．０２ｍｍの高さ寸法Ｌ９を有するために、下面が被覆部３の下面に対して凹状の段差状に形成されている。
　架橋部５は、図１１に示すメタルマスク１の変形例のように、開口部４の厚さ方向中央部に配置されても良い。この場合も架橋部５は下面が被覆部３の下面に対して凹状の段差状に形成される。
　次に、スクリーン印刷装置１０を適用した太陽電池の電極形成システムおよびスクリーン印刷方法を適用した太陽電池の電極形成方法について説明する。太陽電池の電極形成方法では、カートリッジ式のスキージヘッドを用いるスクリーン印刷工程と、焼成工程とが行われる。
　スクリーン印刷工程においては、基材搬送部２２によって基材１１が印刷位置に搬入されると、第２Ｚ軸テーブル２０が駆動されて基材１１の下面が下受けされる。そして、この状態で支持台１２により基材１１がメタルマスク１に対して位置合わせされて基材１１上にメタルマスク１が面接触される。このとき、スキージヘッド１３は、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向にスキージ１４の長手方向が沿うようにスキージ１４をメタルマスク１に対して相対的に配置させる。そして、スキージ１４による所定の圧力でペーストＰがメタルマスク１上に供給されながら、スキージ１４が各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対してＹ方向に相対的に摺動移動されることにより基材１１がメタルマスク１に接触状態でコンタクト印刷が行われる。このとき、ペーストＰは、スキージ１４のＹ方向への移動に伴い、各開口部４から架橋部５の下方へ向けて押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。印刷が行われた後の基材１１は、搬送レール２３により下流側の焼成工程に搬出される。
　すなわち、図７に示すように、スキージヘッド１３は、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向にスキージ１４の長手方向が沿うようにスキージ１４をメタルマスク１に対して相対的に配置させている。そして、スキージ１４による所定の圧力でペーストＰがメタルマスク１上に供給されながら、スキージ１４が各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対してＹ方向に相対的に摺動移動されることにより基材１１がメタルマスク１に接触状態でコンタクト印刷が行われる。
　カートリッジ式のスキージヘッド１３でペーストＰをメタルマスク１の表面に対して所定の圧力で供給することにより、ペーストＰは各開口部４から架橋部５の下方に向けて押圧進行され、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。
　次に、焼成工程において、基材１１の表面にペーストＰが所定の形状に載せられた状態で焼成が実行される。これにより、ペーストＰが太陽電池の電極に形成される。このとき、電極を形成するために、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、スクリーン印刷工程と、焼成工程とは一回行われる。そして、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、断面形状のアスペクト比が１．０以上に設定された電極が形成される。
　印刷が終了したスクリーン印刷装置１０においてクリーニングが行われる場合、クリーニングヘッドユニット３０のクリーニングノズル３６の長手方向がメタルマスク１のバスバー部７の長手方向に対して平行に配置されてメタルマスク１の下面に対するクリーニングが行われる。
　このとき、クリーニングノズル３６の長手方向がメタルマスク１のバスバー部７の長手方向に対して平行に配置されている、すなわち、バスバー部７はグリッド部６よりも幅広のため、グリッド部６よりバスバー部７の残留ペーストは多くなる。このため、グリッド部６よりバスバー部７のクリーニングを優先するノズル配置とすることにより、メタルマスク１の全体としてクリーニング品質を向上させることができる。
　図１２に示すように、スクリーン印刷装置１０の変形例では、各開口部４の間において形成される回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って架橋部５が設けられたメタルマスク１が用いられており、スキージ１４の長手方向が、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に対して予め定められた角度θ１で交差する方向に沿うように相対的に配置され、スキージ１４が、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交するＸ方向に沿って相対的に移動する。スキージ１４がメタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に対して予め定められた角度θ１で交差する方向から移動されることにより、ペーストＰは各開口部４から架橋部５の下方に向けて斜めに押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。
　図１３に示すように、メタルマスク１の変形例では、形成する回路パターンの長手方向に沿って平行四辺形の各開口部４を有する。そのため、架橋部５は、形成する回路パターンの長手方向に直交する方向に対して傾斜して配置されている。本変形例では、スキージ１４が、長手方向をメタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に相対的に配置されて、各開口部４および架橋部５の配列方向に直交するＸ方向に沿ってメタルマスク１に対して相対的に移動する。これにより、ペーストＰは、スキージ１４の進行方向に対して傾斜して配置されている架橋部５の鋭角部分から架橋部５の下方に向けて押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。なお、スキージ１４は、各開口部４および架橋部５の配列方向に沿うＹ方向にメタルマスク１に対して相対的に移動するようにしても良い。
　図１４に示すように、メタルマスク１の他の変形例では、形成する回路パターンの長手方向に沿って上底と下底とが互い違いの位置に配置された等脚台形の各開口部４を有する。そのため、架橋部５は、形成する回路パターンの長手方向に直交する方向に対して傾斜して配置されている。本変形例では、スキージ１４が、長手方向をメタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に相対的に配置されて、各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対して相対的に移動する。これにより、ペーストＰは、スキージ１４の進行方向に対して傾斜して配置されている架橋部５の鋭角部分から架橋部５の下方に向けて押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。なお、スキージ１４は、各開口部４および架橋部５の配列方向に沿うＹ方向にメタルマスク１に対して相対的に移動するようにしても良い。
　図１５に示すように、メタルマスク１の他の変形例では、形成する回路パターンの長手方向に沿って正方形の各開口部４を有する。本変形例では、スキージ１４の長手方向が、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に対して予め定められた角度で交差する方向に沿うように相対的に配置され、スキージ１４が、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交するＸ方向に沿って相対的に移動する。これにより、ペーストＰは、スキージ１４のＸ方向への移動に伴い、各開口部４から架橋部５の下方へ向けて押圧進行されていくことにより、架橋部５の下方を含めた各開口部４内に十分に充填される。
　上述したように、本発明の一実施形態の太陽電池の電極形成システムを適用したスクリーン印刷装置１０によれば、スクリーン印刷工程において、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に長手方向が沿うようにメタルマスク１に対して相対的に配置されたスキージ１４が、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対して相対的に移動する。そして、焼成工程において、基材１１の表面のペーストが焼成される。
　従って、本発明の一実施形態の太陽電池の電極形成システムを適用したスクリーン印刷装置１０によれば、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、膜厚の厚い電極を、１回のスクリーン印刷工程と１回の焼成工程とにより形成することにより生産性の向上を図ることができる。
　本発明の一実施形態の太陽電池の電極形成システムを適用したスクリーン印刷装置１０によれば、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、印刷および焼成の各工程を１回のみ行うだけなので工数の大幅な減少を図ることができる。
　本発明の一実施形態の太陽電池の電極形成システムを適用したスクリーン印刷装置１０によれば、従来用いられているメッシュマスクのアスペクト比が０．７以下であるのに対し、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、アスペクト比の飛躍的な向上を図ることができる。
　本発明の一実施形態の太陽電池の電極形成システムを適用したスクリーン印刷装置１０によれば、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５に対してペーストが効率良く供給されるために、太陽電池の電極を所望の形状に確実に形成することができる。
　本発明の一実施形態の太陽電池の電極形成方法を適用したスクリーン印刷方法によれば、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に長手方向が沿うようにメタルマスク１に対して相対的に配置されたスキージ１４を、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対して相対的に移動させるスクリーン印刷工程を行い、その後の焼成工程において、基材１１の表面のペーストが焼成される。
　従って、本発明の一実施形態の太陽電池の電極形成方法を適用したスクリーン印刷方法によれば、スクリーン印刷工程にカートリッジ式のスキージヘッド１３を用いることにより、膜厚の厚い電極を、１回のスクリーン印刷工程と１回の焼成工程とにより形成することにより生産性の向上を図ることができる。
（実施例） 
　次に、本発明に係る太陽電池の電極形成システムを適用したスクリーン印刷装置１０および太陽電池の電極形成方法を適用したスクリーン印刷方法の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。実施例では、開口率が５０％以下のメッシュマスクを用い、開放式のスキージヘッドによりギャップ印刷を行った比較例１と、開口率が５０％以下のメッシュマスクを用い、カートリッジ式のスキージヘッドを用いてコンタクト印刷を行った比較例２と、を用意して太陽電池の電極を形成し、形成された電極の高さ寸法と電極の幅寸法との断面積によるアスペクト比を測定した。
　実施例の結果、比較例１は０．３以下のアスペクト比であり、比較例２は０．７以下のアスペクト比であった。これらに対して、本発明のアスペクト比は１．０以上であった。それは、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に対して直交する方向に長手方向が沿うようにメタルマスク１に対して相対的に配置されたカートリッジ式のスキージヘッド１３のスキージ１４を、メタルマスク１の各開口部４および架橋部５の配列方向に沿ってメタルマスク１に対して相対的に移動させたからであることがわかる。これにより、開口率が９０％以上のメタルマスク１を適用することも可能である。
　なお、前記実施形態で使用した支持台１２、スキージ１４、クリーニング機構１５等は例示したものに限定するものではなく適宜変更が可能である。
　本出願は、2010年3月24日出願の日本国特許出願（特願2010-068256）に基づくものであり、それらの内容はここに参照として取り込まれる。
　１　メタルマスク
　３　被覆部
　４　開口部
　５　架橋部
　１０　スクリーン印刷装置（太陽電池の電極形成システム）
　１１　基材
　１３　スキージヘッド
　１４　スキージ
　Ｐ　ペースト

Claims (7)

  1. 　太陽電池に用いられる基材の電極を形成するために、
    　前記基材の表面の一部を覆う被覆部と、前記基材の一部が露出する複数の開口部と、前記各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスクを前記基材の表面に載置させてから、前記メタルマスクにおける上面に対して所定長さのスキージを相対的に摺接させながら前記電極となるペーストをカートリッジ式のスキージヘッドにより前記メタルマスクの表面に対して所定の圧力で供給するスクリーン印刷工程と、
    　前記基材の表面に前記ペーストが所定の形状に載せられた状態で焼成することにより前記ペーストを前記電極とする焼成工程と、
    　を有し、
    　前記スクリーン印刷工程において、
    　前記スキージが、前記メタルマスクに対して相対的に移動する太陽電池の電極形成システム。
  2. 　請求項１に記載の太陽電池の電極形成システムにおいて、
    　前記スキージヘッドが、
    　前記各開口部および前記架橋部の配列方向に対して直交する方向に前記スキージの長手方向が沿うように前記メタルマスクに対して相対的に配置され、前記各開口部および前記架橋部の配列方向に沿って相対的に移動する太陽電池の電極形成システム。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の太陽電池の電極形成システムにおいて、
    　前記電極が、前記スクリーン印刷工程と、前記焼成工程とを１回行うことにより形成される太陽電池の電極形成システム。
  4. 　請求項３に記載の太陽電池の電極形成システムにおいて、
    　前記電極の断面形状のアスペクト比が１．０以上である太陽電池の電極形成システム。
  5. 　太陽電池に用いられる基材の電極を形成するために、
    　前記基材の表面の一部を覆う被覆部と、前記基材の一部が露出する複数の開口部と、前記各開口部の間において回路パターンの長手方向に対して交差する方向に沿って設けられた架橋部とを有するメタルマスクを前記基材の表面に載置させてから、前記メタルマスクにおける上面に対して所定長さのスキージを相対的に摺接させながら前記電極となるペーストをカートリッジ式のスキージヘッドにより前記メタルマスクの表面に対して所定の圧力で供給するにあたって、
    　前記メタルマスクに対して前記スキージを相対的に移動させるスクリーン印刷工程の後、
    　前記基材の表面に前記ペーストが所定の形状に載せられた状態で焼成することにより前記ペーストを前記電極とする焼成工程を行う太陽電池の電極形成方法。
  6. 　請求項５に記載の太陽電池の電極形成方法において、
    　前記各開口部および前記架橋部の配列方向に対して直交する方向に前記スキージの長手方向が沿うように前記メタルマスクに対して相対的に配置した後、前記スキージを前記各開口部および前記架橋部の配列方向に沿って相対的に移動させる太陽電池の電極形成方法。
  7. 　請求項５または請求項６に記載の太陽電池の電極形成方法において、
    　前記電極が、前記スクリーン印刷工程と、前記焼成工程とを１回行うことにより形成される太陽電池の電極形成方法。
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