WO2014102903A1 - 印刷方法および印刷装置、太陽電池の製造方法 - Google Patents

印刷方法および印刷装置、太陽電池の製造方法 Download PDF

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WO2014102903A1
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recess
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plate
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PCT/JP2012/083487
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陽一郎 西本
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三菱電機株式会社
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41FPRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F15/00Screen printers
    • B41F15/08Machines
    • B41F15/0881Machines for printing on polyhedral articles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41MPRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00Inking and printing with a printer's forme
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    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05K3/00Apparatus or processes for manufacturing printed circuits
    • H05K3/10Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • H05K3/1216Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by screen printing or stencil printing
    • H05K3/1233Methods or means for supplying the conductive material and for forcing it through the screen or stencil
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K2201/10Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007Types of components
    • H05K2201/10143Solar cell
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a printing method, a printing apparatus, and a method for manufacturing a solar cell, and more particularly, to a printing method, a printing apparatus, and a method for manufacturing a solar cell that are suitable for use in electrode printing of a solar cell.
  • a general crystalline silicon solar cell has a structure in which an antireflection film is formed on a photoelectric conversion portion having a pn junction, and a comb-shaped surface electrode and a back electrode on the entire surface are arranged.
  • the front electrode and the back electrode are formed by printing and baking a metal paste. Screen printing machines are exclusively used in the metal paste printing process, and gravure printing is rarely used. This is due to the poor transfer rate of gravure printing.
  • the printing principle of gravure printing is that a groove (concave portion) is filled with a printing material such as a paste and this paste is transferred to a substrate.
  • a printing material such as a paste
  • this paste is transferred to a substrate.
  • the relationship of “adhesive strength between the inner wall of the groove and the paste ⁇ adhesive strength between the printed material and the paste” is related to the adhesive force. It must be established.
  • the “contact area between the groove inner wall and the paste” is larger than the “contact area between the substrate to be printed and the paste”. For this reason, the “adhesive strength between the groove inner wall and the paste” is actually superior to the “adhesive strength between the substrate to be printed and the paste”. Therefore, the relationship between the adhesive forces is a factor that lowers the transfer rate.
  • the method of forming electrodes by multiple printing as in the method of Patent Document 2 has a problem that productivity is low.
  • This invention is made in view of the above, Comprising: The printing method and printing apparatus which can improve the transfer rate of the printing material in the printing method using an intaglio, and the manufacturing method of a solar cell using the same are obtained. For the purpose.
  • the printing method according to the present invention includes the concave portion of the printing plate having the concave portion corresponding to the printing shape on the facing surface facing the substrate.
  • FIG. 1-1 is a main part sectional view schematically showing a schematic configuration of the printing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1-2 is a main part sectional view schematically showing a schematic configuration of the printing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1-3 is a bottom view schematically illustrating a schematic configuration of the printing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2-1 is process sectional drawing which shows typically the printing principle of the printing method concerning Embodiment 1 of this invention.
  • FIGS. FIGS. 2-2 is process sectional drawing which shows typically the printing principle of the printing method concerning Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 2-3 is a process cross-sectional view schematically showing the printing principle of the printing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2-4 is a process cross-sectional view schematically showing the printing principle of the printing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the printing principle of conventional gravure printing / offset printing.
  • FIG. 4 is a perspective view of the plate filling plate according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing another plate according to the first embodiment of the present invention, in which a plate having a recess having an air hole on the pressurized space side is provided instead of the recess.
  • FIG. 6 is a main part sectional view schematically showing a printing apparatus provided with a groove-like recess having air holes, and corresponds to FIG. 1-1.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of main parts schematically showing a plate used in the printing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a main part sectional view schematically showing a plate used in the printing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the printing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration when the conventional technique is combined with gravure printing.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration when the conventional technique is combined with gravure printing.
  • FIG. 11-1 is a plan view showing the light-receiving surface side of a crystalline solar cell on which an electrode is formed using any one of the printing methods of Embodiments 1 to 4 of the present invention.
  • FIG. 11-2 is a plan view showing the opposite side (back side) of the light-receiving surface of the crystalline solar cell on which the electrode is formed using the printing method according to any one of Embodiments 1 to 4 of the present invention.
  • FIG. 11-3 is a cross-sectional view of a principal part of a crystalline solar cell in which an electrode is formed using any one of the printing methods of Embodiments 1 to 4 of the present invention.
  • FIG. FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views schematically showing the schematic configuration of the printing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1-3 is a bottom view schematically illustrating a schematic configuration of the printing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 1-1 and 1-2 are cross-sectional views of the main part along the line AA in FIG. 1-3.
  • FIG. 1C illustrates an example of a printing shape provided on the plate 11 of the printing apparatus according to the first embodiment of the present invention as viewed from the lower surface side.
  • the lower surface side is the side facing the printing surface of the substrate in the thickness direction of the plate 11.
  • the printing apparatus has a substantially flat printing plate (hereinafter sometimes referred to as a plate) having a pattern formed by the array of recesses 12. ) 11, a squeegee 16 as a filling portion for filling the concave portion 12 of the plate 11 with the printing material 17, and a printing material supply portion 18 for supplying the printing material 17 filling the concave portion 12 of the plate 11.
  • a recessed part contains both the form penetrated to the back surface of the member in which this recessed part is formed, and the form which does not penetrate to the back surface of the member in which this recessed part is formed.
  • the plate 11 As the material of the plate 11, a metal plate usually used in gravure printing is used.
  • the plate 11 is a plurality of through-holes that are arranged so as to form a pattern corresponding to a desired printing shape on a facing surface 11 s that faces a printing surface of a substrate to be printed and are filled with a printing material.
  • a recess forming plate 11a provided with a certain recess 12 is provided.
  • the printing shape is a desired pattern to be printed on the printing surface of the substrate.
  • the printed shape is a pattern of a surface silver electrode constituted by, for example, a grid electrode and a bus electrode.
  • each recess 12 communicates with the pressurizing chamber 13 on the inner side of the plate 11. That is, each recess 12 is a through-hole that reaches the pressurizing chamber 13 from the facing surface 11 s that faces the printing surface of the printing material in the thickness direction of the plate 11. Therefore, the pressurizing chamber 13 can be a sealed space when the recess 12 is filled with paste as will be described later.
  • a gas supply pipe 14 for supplying gas to the pressurizing chamber 13 is connected to the pressurizing chamber 13 in order to pressurize the pressurizing chamber 13 to at least a pressure higher than the atmospheric pressure state.
  • the pressurizing chamber 13 is connected to a pressurizing means 19 such as a compressor through the gas supply pipe 14 by opening and closing a pressurization valve 15 provided in the middle of the gas supply pipe 14 or sealed. It is stopped and becomes a sealed space.
  • the pressurizing means 19 supplies air as a gas through the gas supply pipe 14, more preferably gas having a pressure higher than atmospheric pressure, to the pressurizing chamber 13, so that the pressurizing chamber 13 is at least at atmospheric pressure. Pressurize to a high pressure state.
  • the pressurizing chamber 13, the gas supply pipe 14, the pressurizing valve 15, and the pressurizing unit 19 can constitute a transfer unit that transfers the printing material 17 filled in the recess 12.
  • FIG. 1-1 shows a state where the pressurizing valve 15 is closed.
  • FIG. 1-2 shows a state where the pressurizing valve 15 is open and the pressurizing chamber 13 is in communication with the pressurizing means 19.
  • the recess 12 includes grid electrode patterns 22a to 22j corresponding to the shape of the grid electrode that collects the photocurrent, and bus electrode patterns 21a and bus electrode patterns 21b that correspond to the shape of the bus electrode that collects the current of the grid electrode.
  • An electrode shape here is a shape in the surface direction of a crystalline solar cell.
  • the grid electrode is generally configured to be as narrow as possible in order to reduce shadow loss on the light receiving surface and to be high in order to reduce resistance loss.
  • the bus electrode needs a certain thickness in order to solder the tab.
  • bus electrode patterns 21a and 21b having a large width and grid electrode patterns 22a to 22j having a small width are mixed.
  • the plate 11 used for printing the front silver electrode of the crystalline solar cell and the printing method thereof will be described.
  • the first embodiment is limited to printing for a crystalline solar cell. Instead, it can be applied to other printed materials that need to swell the printing material to obtain a high aspect ratio longitudinal cross-sectional shape.
  • FIGS. 2-1 to 2-4 are process cross-sectional views schematically showing the printing principle of the printing method according to the first embodiment of the present invention.
  • 2A to 2D show the printing method according to the first embodiment in time series.
  • the plate 11 provided with the recesses 12 having a desired shape is arranged with the facing surface 11 s facing the printing surface 30 ⁇ / b> S of the solar cell substrate 30 at the time of printing (transfer).
  • the printing apparatus includes a printing material supply unit 18 that supplies the printing material 17 to the plate 11.
  • the printing material supply unit 18 supplies a predetermined amount of the printing material 17 onto the facing surface 11s (FIG. 2). -1).
  • electrode paste is used for the printing material 17 in the electrode printing of a crystalline solar cell, you may use ink for the printing material 17 in printing applications, such as a book and a magazine.
  • the printing material 17 is filled in the recess 12 (FIG. 2-2).
  • the printing material 17 supplied onto the facing surface 11s is filled from the facing surface 11s side.
  • the printing apparatus includes a squeegee 16 for spreading the printing material 17 supplied on the facing surface 11s.
  • the printing material 17 is not filled in the entire interior of the concave portion 12 in the thickness direction of the plate 11, that is, in the depth direction of the concave portion 12, and the depth of the concave portion 12 is such that the desired printing height is obtained. It is filled in a state where an unfilled space 12a exists in a part of the bottom side (pressurizing chamber 13 side) in the vertical direction.
  • the printing material 17 is filled from the facing surface 11 s side facing the printing surface 30 ⁇ / b> S of the solar cell substrate 30 in the thickness direction of the plate 11.
  • the surface of the printing material 17 filled in the recess 12 is not in contact with the recess 12 on the surface facing the pressurizing chamber 13, the contact area between the inner wall of the recess 12 and the printing material 17 is reduced.
  • the adhesive force between the inner wall and the printing material 17 can be reduced, and the printing material 17 can be easily released.
  • the printing material 17 filled in the concave portion 12 can be easily transferred and printed on the printing surface 30S of the solar cell substrate 30, and the transfer rate of the printing material 17 can be improved.
  • the thickness of the recess forming plate 11a of the plate 11 is made sufficiently thick with respect to the depth filled with the printing material 17, and the depth of the recess 12 is filled with the printing material 17. It should be deep enough for the depth to be achieved.
  • the printing thickness of the printing material 17 is at most 0.1 mm at most. Therefore, in this case, if the thickness of the concave portion forming plate 11a of the plate 11, that is, the depth of the concave portion 12, is several hundred ⁇ m or more, it can be sufficiently used. Therefore, it is important to make the depth of the recess 12 sufficiently deeper than the target filling thickness by using the recess forming plate 11a that is sufficiently thicker than the desired filling thickness of the printing material 17 (target filling thickness).
  • the light receiving area of the solar cell is reduced by the electrode on the light receiving surface side (so-called shadow loss), so that a high aspect ratio electrode is desired on the light receiving surface side.
  • an electrode paste having a high viscosity is used in printing the electrode on the light receiving surface side of the crystalline solar cell. Therefore, the paste filled in the recess 12 does not flow in the recess 12, and the shape can be maintained in the recess 12.
  • the plate 11 is turned upside down and placed at a position facing a predetermined printing position on the printing surface 30S of the solar cell substrate 30 that is the printing object (FIG. 2-3).
  • the pressurizing valve 15 is opened, and the pressurizing chamber 13 is in communication with the pressurizing means 19 as shown in FIG.
  • the pressurizing means 19 causes the gas, more preferably a gas having a pressure higher than the atmospheric pressure, for example air, to flow into the pressurizing chamber 13 through the gas supply pipe 14.
  • the unfilled space 12a provided in a part in the depth direction of the pressurizing chamber 13 and the recess 12 is pressurized to a pressure state higher than that before the process.
  • the printing material 17 filled in the recess 12 is pushed out by the air pressure 40 in the pressurizing chamber 13 and the unfilled space 12a, and transferred and printed on the printing surface 30S of the solar cell substrate 30 (FIG. 2). 4). That is, since the printing material 17 filled in the concave portion 12 is pushed out from the concave portion 12 by the air pressure 40, the printing material 17 can be reliably transferred and printed, and the transfer rate of the printing material 17 can be improved.
  • the air pressure 40 may be set in consideration of the adhesive force between the printing material 17 and the recess 12 or the like.
  • the printing speed can be adjusted by adjusting the pressure of the air flowing into the pressurizing chamber 13. Thereby, the printing speed can be increased and the productivity can be improved.
  • a material having thixotropy that decreases in viscosity when the printing pressure is increased may be used.
  • the viscosity of the printing material 17 is lowered by increasing the printing pressure, so that the printing material 17 can be easily extruded from the recess 12.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the printing principle of conventional gravure printing / offset printing.
  • FIG. 3 shows a state where normal printing has been performed.
  • the printing material 55 filled in the concave portion 52 provided in the plate 51 is pulled out of the concave portion 52 by the adhesive force between the printed material 53 and the printing material 55, thereby forming the printed material 53. Transcribed.
  • the portion of the printing material 55 in contact with the printing surface of the printing material 53 is transferred to the printing material 53 due to the relationship of the contact area with the printing material 55, but a part or most of the printing material 55 is recessed.
  • a transfer shape defect occurs such that the amount of the printing material 55 remaining on the substrate 52 and transferred to the substrate 53 is smaller than a desired design amount, and the shape of the printing material 55 is greatly deformed.
  • a state in which the printing material 17 does not completely fill the depth direction of the recess 12 in the filling step is intentionally configured. For this reason, the printing material 17 does not protrude to the pressurizing chamber 13 side of the recess 12.
  • the contact area between the inner wall of the recess 12 and the printing material 17 can be reduced, and the adhesive force between the inner wall of the recess 12 and the printing material 17 can be reduced.
  • the printing material 17 filled in the recess 12 is easily transferred and printed on the printing surface 30 ⁇ / b> S of the solar cell substrate 30.
  • the printing material 17 filled in the concave portion 12 is pushed out from the concave portion 12 by the air pressure 40, so that the printing material 17 can be reliably transferred and printed.
  • FIG. 4 is a perspective view of the recess forming plate 11a of the plate 11 according to the first embodiment.
  • the lower surface side is a facing surface 11 s (not shown) that faces the printing surface of the substrate.
  • the depth of the recess 12 is equal to the thickness of the recess forming plate 11 a of the plate 11, depending on the shape of the recess 12, a part of the recess forming plate 11 a may be surrounded by the recess 12 and cannot be held.
  • the recess 12 has a bus electrode pattern 62a and a grid electrode pattern 62b.
  • the recess forming plate 11a of the plate 11 has a divided portion 61 (61a, 61b, 61c, 61d) surrounded by a bus electrode pattern 62a and a grid electrode pattern 62b.
  • the dividing portion 61a and the dividing portion 61b are connected by a rib 63a at a part of the bus electrode pattern 62a.
  • the rib 63a is a part of the concave portion 12 on the side opposite to the facing surface 11s facing the printing surface of the printed material so as not to disturb the printed shape of the bus electrode pattern 62a. Are connected.
  • the dividing portion 61c and the dividing portion 61d are connected by a rib 63b at a part of the bus electrode pattern 62a.
  • the division parts 61a, 61b, 61c and 61d are connected to the outer division part 61 in the same configuration.
  • FIG. 5 is another form of the plate according to the first embodiment, and is a cross-sectional view schematically showing a plate 11 provided with a recess 71 having an air hole 72 on the pressurizing chamber 13 side instead of the recess 12. is there.
  • the printing material 17 is not filled in the entire interior of the recess 71 in the thickness direction of the plate 11, that is, in the depth direction of the recess 71. Is filled with the unfilled space 71a existing in a part of the concave portion 71 on the air hole 72 side in the depth direction. Therefore, it is important to use the recess forming plate 11a provided with the recess 71 deeper than the desired filling thickness (target filling thickness) of the printing material 17.
  • a gas more preferably a gas having a pressure higher than the atmospheric pressure, for example, air
  • a gas is introduced into the pressurizing chamber 13 through the gas supply pipe 14.
  • air having a high pressure flows from the pressurizing chamber 13 through the air holes 72, and the unfilled space 12a provided in a part of the pressurizing chamber 13 and the recess 12 in the depth direction is at least at atmospheric pressure. Is pressurized to a high pressure state.
  • the printing material 17 filled in the recess 71 is pushed out by the air pressure 40 in the pressurizing chamber 13 and the unfilled space 12a.
  • the transfer rate of the printing material 17 is improved in the same manner as described above, and printing with a good shape without disconnection or the like can be stably performed even under high aspect conditions. It becomes possible to carry out with good productivity.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a main part of the printing apparatus provided with the recess 71 having the air holes 72, and corresponds to FIG. 1-1. Moreover, the corner
  • FIG. FIG. 7 is a main part sectional view schematically showing a plate 81 used in the printing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • This plate 81 is a plate using a porous material.
  • a blocking layer 83 that blocks air 84 from the opposite side of the facing surface 81s is provided in a region other than the pattern of the recess 82. It has been.
  • the printing apparatus according to the second embodiment includes a plate 81 in place of the plate 11 in the first embodiment. Note that, unlike the recess 12 in the first embodiment, the recess 82 does not penetrate the pressurizing chamber 13.
  • the squeegee 16 as the filling portion and the printing material 17 filling the concave portion 12 of the plate 11 are provided in the same manner as in the first embodiment.
  • the printing material 17 is filled into the recess 82 from the facing surface 81 s side using the printing material supply unit 18 to be supplied.
  • a gas more preferably a gas having a pressure higher than the atmospheric pressure, such as air, is caused to flow into the pressurizing chamber 13 through the gas supply pipe 14.
  • a gas more preferably a gas having a pressure higher than the atmospheric pressure, such as air
  • the filled printing material 17 can be extruded onto the printing surface 30 ⁇ / b> S of the solar cell substrate 30. At this time, the printing material 17 can be efficiently and reliably extruded by air being ejected from the pores of the porous body existing on the entire inner wall of the recess 82 through the porous body around the recess 82.
  • the printing material 17 may be filled in the entire interior of the recess 82, or in a depth direction that does not fill the entire interior of the recess 82 in the depth direction of the recess 82, so that a desired printing height is obtained. Now, it may be filled in a state in which there is a space on the pressure chamber 13 side in the depth direction of the recess 82.
  • the printing apparatus As described above, in the printing apparatus according to the second embodiment, air is ejected from the pores of the porous body existing on the entire inner wall of the recess 82, so that the recess 82 is applied to the printing surface 30S of the solar cell substrate 30.
  • the printing material 17 can be easily extruded.
  • the printing apparatus According to the printing apparatus according to the second embodiment, it is possible to improve the transfer rate of the printing material 17 and stably perform printing with a good shape without disconnection or the like even under high aspect conditions. It becomes.
  • FIG. FIG. 8 is a main part sectional view schematically showing a plate 91 used in the printing apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the plate 91 is opposed to the printing surface of the printing material to be printed, in the concave portion 93 that is a through hole that is arranged to form an opening pattern corresponding to a desired printing shape and is filled with the printing material 17.
  • a piston 92 as a pressing member is inserted from the side opposite to the facing surface 91s.
  • the printing apparatus according to the third embodiment includes a plate 91 instead of the plate 11, the gas supply pipe 14, and the pressurizing valve 15 in the first embodiment.
  • the printing material 17 is filled in the concave portion 93 from the facing surface 91 s facing the printing surface of the substrate to be printed in the same manner as in the first embodiment. Then, by pushing the piston 92 toward the facing surface 91 s, the printing material 17 filled in the recess 93 can be pushed out to the printing surface 30 ⁇ / b> S of the solar cell substrate 30 by the pressing force of the piston 92.
  • the printing material 17 is not filled in the entire interior of the concave portion 93 in the depth direction of the concave portion 93 as in the case of the first embodiment, and the concave portion has such a depth that the desired printing height is obtained.
  • 93 is filled in a state where there is a space on the opposite side of the opposing surface 91s in the depth direction or in contact with the bottom surface of the piston.
  • the printing material 17 can be easily pushed out from the recess 93 to the printing surface 30S of the solar cell substrate 30 by the pressing force of the piston 92.
  • the printing apparatus According to the printing apparatus according to the third embodiment, it is possible to improve the transfer rate of the printing material 17 and stably perform printing with a good shape without disconnection or the like even under high aspect conditions. It becomes.
  • Embodiment 4 FIG.
  • the case where a substantially flat plate is used has been described.
  • a rotating cylindrical plate such as gravure printing and offset printing
  • a printing apparatus using a rotating cylindrical plate will be described.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the printing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the plate 111 is arranged on the surface of the fixed shaft 110, and the printing process is performed as the plate 111 rotates. That is, the printing apparatus according to the fourth embodiment includes a cylindrical plate 111 having a plurality of recesses 112 penetrating in the thickness direction and corresponding to a printing shape on the outer periphery. The recess 112 communicates with the inner peripheral side of the plate 111.
  • a fixed shaft 110 having a pressurizing space 113 for pressurizing the recess 112 is provided inside the inner periphery of the plate 111.
  • the inner and outer peripheries of the plate 111 and the outer periphery of the fixed shaft 110 are formed in a coaxial cylindrical shape.
  • a space between the plate 111 and the fixed shaft 110 is an atmosphere open space 122 that is surrounded by the inner periphery of the plate 111 and the outer periphery of the fixed shaft 110 and is open to the atmosphere.
  • the open air space 122 communicates with the external air through the recess 112 of the plate 111.
  • One end side (the center side of the fixed shaft 110) of the pressurizing space 113 communicates with a gas supply pipe 114 provided in the central portion of the fixed shaft 110 so as to extend in the cylindrical axis direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 9). ing.
  • the gas supply pipe 114 is connected to a pressurizing means (not shown) arranged outside the fixed shaft 110.
  • This pressurizing means corresponds to the pressurizing means 19 in the first embodiment.
  • the other end side (the outer peripheral side of the fixed shaft 110) of the pressurizing space 113 communicates with a space surrounded by the inner periphery of the plate 111 and the outer periphery of the fixed shaft 110.
  • a pressurizing part seal 121 that isolates a part of the lower part of the open air space 122 across the pressurizing space 113 in the outer peripheral direction of the fixed shaft 110 is provided.
  • a pressurizing cylindrical space 123 surrounded by the periphery, the outer periphery of the fixed shaft 110 and the pressurizing part seal 121 is formed.
  • the pressure member seal 121 has an annular shape that extends in the cylindrical axis direction and is folded back in the vicinity of the end of the fixed shaft 110 in the cylindrical axis direction.
  • the pressure cylindrical space 123 communicates with the pressure space 113.
  • the pressurized cylindrical space 123 is isolated by the atmosphere opening space 122 and the pressurizing part seal 121.
  • the space where the pressurizing space 113 and the pressurizing cylindrical space 123 communicate with each other can be controlled to a pressure different from that of the open air space 122 by blocking communication with the external atmosphere on the plate 111 side. That is, as shown in FIG. 9, when the concave portion 112 filled with the printing material 17 is in a region sandwiched between the pressurizing portion seals 121 in the outer peripheral direction of the fixed shaft 110, the pressurizing space 113 and the pressurizing cylindrical space 123. Can be controlled to a pressure different from that of the open air space 122.
  • a gas more preferably a gas having a pressure higher than atmospheric pressure, such as air, is supplied to the pressurizing chamber 113 via the gas supply pipe 114, and at least a space where the pressurizing space 113 and the pressurizing cylindrical space 123 communicate with each other is provided.
  • the pressure can be increased to a pressure state higher than atmospheric pressure.
  • the plate 111 has a cylindrical shape and rotates in the direction of the rotation direction 131 around the cylindrical axis.
  • the fixed shaft 110 is fixed and does not rotate. Further, the pressurizing part seal 121 provided on the fixed shaft 110 does not rotate.
  • the squeegee 116 is arranged in the vicinity of the upstream side (left side in FIG. 9) in the rotation direction 131 with respect to the lower end portion of the plate 111, with the tip portion in contact with the plate 111. Then, the printing material 17 is supplied to the space between the plate 111 and the squeegee 116 from the printing material supply unit 118 provided near the upstream side (left side in FIG. 9) in the rotation direction 131 from the lower end of the plate 111. The Then, as the plate 111 rotates in the direction of the rotation 131, the squeegee 116 slides on the surface of the plate 111 on which the squeegee 116 rotates.
  • the printing material 17 is filled into the recess 112 from the outer peripheral side of the plate 111.
  • the pressurizing means is stopped.
  • the portion where the printing material 17 is filled on the outer periphery of the plate 111 is not limited, and the filling process may be performed on the upper portion of the plate 111 or the like.
  • the printing material 17 is not filled in the entire interior of the recess 112 in the thickness direction of the plate 111, that is, in the depth direction of the recess 112, and the depth of the recess 112 is such that the desired printing height is obtained.
  • a part of the bottom side in the vertical direction (inner peripheral side of the plate 111) is filled with the unfilled space 112a.
  • the printing material 17 is filled from the facing surface 11 s side facing the printing surface 30 ⁇ / b> S of the solar cell substrate 30 in the thickness direction of the plate 111.
  • the surface of the printing material 17 filled in the recess 112 is not in contact with the recess 112 on the surface facing the fixed shaft 110, the contact area between the inner wall of the recess 112 and the printing material 17 is reduced, and the inner wall of the recess 112 is reduced. And the printing material 17 can be reduced, and the printing material 17 can be easily separated. Thereby, the printing material 17 filled in the recess 112 can be easily transferred and printed on the printing surface 30S of the solar cell substrate 30, and the transfer rate of the printing material 17 can be improved.
  • the thickness of the plate 111 is sufficiently thicker than the depth at which the printing material 17 is filled, and the depth of the recess 112 is set to the depth at which the printing material 17 is filled. It should be deep enough. For example, in printing the surface silver electrode of a crystalline solar cell, the printing thickness of the printing material 17 is at most 0.1 mm at most. Therefore, in this case, if the thickness of the plate 111, that is, the depth of the concave portion 112 is several hundred ⁇ m or more, it can be sufficiently used. Therefore, it is important to make the depth of the recess 112 sufficiently deeper than the target filling thickness by using the plate 111 that is sufficiently thicker than the filling thickness (target filling thickness) of the desired printing material 17.
  • the pressurizing means is operated, and a gas, more preferably a gas having a pressure higher than the atmospheric pressure, for example air, is caused to flow into the pressurizing chamber 113 through the gas supply pipe 114.
  • the space where the pressurizing space 113, the unfilled space 112a, and the pressurizing cylindrical space 123 communicate with each other is pressurized to a pressure state higher than that before the processing.
  • the printing material 17 filled in the recess 112 is pushed out by the air pressure 140 in the communicating space, and transferred to the printing surface 30S of the solar cell substrate 30 arranged below the plate 111 with a predetermined interval.
  • Printed That is, since the printing material 17 filled in the recess 112 is pushed out from the recess 112 by the air pressure 140, the printing material 17 can be reliably transferred and printed, and the transfer rate of the printing material 17 can be improved.
  • the air pressure 140 may be set in consideration of the adhesive force between the printing material 17 and the recess 112, and the like. Further, the printing speed can be adjusted by adjusting the pressure of the air flowing into the pressurizing chamber 113. Thereby, the printing speed can be increased and the productivity can be improved.
  • the solar cell substrate 30 moves in the direction of the traveling direction 132 at a traveling speed equal to the speed of the outer periphery of the plate 111 as the plate 111 rotates.
  • a plurality of recesses 112 corresponding to the printing shape is provided on the outer periphery of the plate 111, and the printing material 17 is successively arranged at predetermined positions on the solar cell substrate 30 by the rotation of the plate 111 and the movement of the solar cell substrate 30. Transferred and printed on.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a configuration when the conventional technique is combined with gravure printing.
  • the printing material 17 is filled into the concave portion 212 which is a through-hole using the squeegee 217 from the inner side of the cylindrical plate 211 on the opposite side to the printing surface 30S of the solar cell substrate 30, that is, inside the fixed shaft 210. Will do. And since the squeegee 216 for removing the printing material 17 which protruded to the outer peripheral side in the plate 211 is needed separately, an apparatus structure becomes complicated and the filling process of the printing material 17 becomes complicated.
  • a state in which the printed material intentionally does not completely fill the concave portion 112 having a desired print shape is created.
  • the paste filled in the recess 112 is prevented from protruding to the back surface of the mask. That is, in this embodiment, since the printing material 17 does not reach the inner peripheral side of the plate 111 (the outer peripheral side of the fixed shaft 110), a squeegee or the like for removing the protruding paste is unnecessary, and the apparatus configuration is simple.
  • the concave portion 112 can be filled with the printing material 17 by a simple process.
  • the contact area between the inner wall of the recess 112 and the printing material 17 is intentionally configured so that the printing material 17 does not completely fill the depth direction of the recess 112 in the filling step.
  • the adhesive force between the inner wall of the recess 112 and the printing material 17 can be reduced.
  • the printing material 17 filled in the recess 112 is easily transferred and printed on the printing surface 30 ⁇ / b> S of the solar cell substrate 30.
  • the transfer step the printing material 17 filled in the recess 112 is pushed out from the recess 112 by the air pressure 140, so that the printing material 17 can be reliably transferred and printed.
  • the transfer rate of the printing material 17 can be improved, and printing with a good shape without disconnection or the like can be performed stably and with high productivity even under high aspect conditions.
  • the transfer rate of the printing material 17 is improved as in the case of using the substantially flat plate, and a good shape without disconnection or the like even under high aspect conditions. Printing can be performed stably and with high productivity.
  • FIG. 11A is a plan view showing a light-receiving surface side of a crystalline solar cell on which an electrode is formed by using any printing method of Embodiments 1 to 4.
  • FIG. 11-2 is a plan view showing the opposite side (rear surface) to the light receiving surface of the crystalline solar cell on which the electrode is formed by using any one of the printing methods in the first to fourth embodiments.
  • FIG. 11C is a cross-sectional view of a principal part of the crystalline solar cell in which the electrode is formed by using any one of the printing methods in the first to fourth embodiments.
  • the crystal solar cells shown in FIGS. 11-1 to 11-3 include a P-type silicon substrate 301 having an N-type layer 302 on the surface layer of the substrate on which the concavo-convex structure is formed, and a light receiving surface side surface (surface) of the silicon substrate 301. ) Formed on the light receiving surface side electrode 304 formed on the light receiving surface side surface (front surface) of the silicon substrate 301 and the surface (back surface) opposite to the silicon substrate 301 and the light receiving surface. A back electrode 307.
  • the light receiving surface side electrode 304 includes a grid electrode 304G and a bus electrode 304B which are silver electrodes, and FIG. 11-3 shows a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the grid electrode 304G.
  • the back electrode 307 an aluminum electrode 305 and a back bus electrode 306B which is a silver electrode are provided.
  • a concavo-convex structure is formed on the surface of the P-type silicon substrate 301 by wet etching using, for example, an alkaline solution.
  • the silicon substrate 301 is put into a thermal oxidation furnace and heated in the presence of phosphorus oxychloride (POCl 3 ) vapor to form phosphorus glass on the surface of the silicon substrate 301, thereby diffusing phosphorus in the silicon substrate 301.
  • an N-type layer 302 that is an N-type conductive layer is formed on the surface layer of the silicon substrate 301.
  • a silicon nitride film (SiN film) is formed on the N-type layer 302 by the plasma CVD method as the antireflection film 303.
  • the film thickness and refractive index of the antireflection film 303 are set to values that most suppress light reflection. Note that two or more layers having different refractive indexes may be stacked. Further, the antireflection film 303 may be formed by a different film forming method such as a sputtering method.
  • the paste mixed with silver is printed in a comb shape on the light receiving surface of the silicon substrate 301, and the paste mixed with aluminum on the back surface of the silicon substrate 301 is screen-printed on the entire surface except the formation region of the back bus electrode 306B.
  • Print Further, a paste mixed with silver on the back surface of the silicon substrate 301 is printed on the pattern of the back bus electrode 306B.
  • the printing of the silver mixed paste on the light receiving surface and the back surface of the silicon substrate 301 is performed using any one of the printing methods (gravure printing) of the first to fourth embodiments described above. Thereafter, a baking process is performed to form the light receiving surface side electrode 304 and the back surface electrode 307.
  • the light-receiving surface side electrode 304 breaks through the antireflection film 303 and is electrically connected to the N-type layer 302 by so-called fire-through. As described above, the crystalline solar cells shown in FIGS. 11-1 to 11-3 are manufactured.
  • the grid electrode 304G, the bus electrode 304B, and the back bus electrode 306B of the crystalline solar cell according to the present embodiment manufactured in this way are printed by any of the printing methods (gravure) of the first to fourth embodiments described above. Therefore, a highly reliable electrode having a high aspect ratio and no defects such as disconnection is realized.
  • gravure printing is a highly productive printing method compared to screen printing. For this reason, the productivity of the crystalline solar cell is improved by forming the electrode by using the printing method (gravure printing) of any of the first to fourth embodiments described above in which the paste transfer rate is improved. Can be made.
  • screen printing the amount of coating and the printing accuracy are limited by the screen used. That is, in screen printing, it is necessary to use a screen with a high aperture ratio in order to increase the coating amount, but if the aperture ratio is increased, thin lines cannot be printed.
  • high aspect ratio electrodes are printed by forming electrodes using any of the printing methods (gravure printing) of the first to fourth embodiments described above. it can. Thereby, the series resistance of a photovoltaic cell can be reduced (fill factor (FF) can be improved), and a photovoltaic cell with high photoelectric conversion efficiency can be produced.
  • FF fill factor
  • the above-described printing method and printing apparatus are not only applicable to electrode formation in crystalline solar cells, but also various conductor patterns such as electrode formation on wiring boards and electrode formation on glass substrates such as liquid crystal panels. It can be widely applied to formation and printing of books and magazines.
  • the printing method according to the present invention is useful for improving the transfer rate of the printing material in the printing method using an intaglio.

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Abstract

 印刷形状に対応した凹部を被印刷物に対向させる対向面に有する印刷版の前記凹部に、前記印刷版の前記凹部が形成された部分における前記対向面と反対側の裏面まで達しない深さで前記対向面側から印刷材料を充填する第1工程と、前記凹部に充填された前記印刷材料に対して前記裏面側から圧力を印加することにより、前記凹部に充填された前記印刷材料を前記凹部から押し出して前記被印刷物に転写する第2工程と、を含むことにより、凹版を用いた印刷方法における印刷材料の転写率を向上させる。

Description

印刷方法および印刷装置、太陽電池の製造方法
 本発明は、印刷方法および印刷装置、太陽電池の製造方法に関し、特に太陽電池の電極印刷に用いて好適な印刷方法および印刷装置、太陽電池の製造方法に関する。
 一般的な結晶系シリコン太陽電池の構造は、pn接合を形成した光電変換部の上に反射防止膜を成膜し、櫛型の表面電極と全面の裏面電極とを配した構造である。表面電極と裏面電極とは、金属ペーストを印刷し、焼成することにより形成されている。金属ペーストの印刷工程においては専らスクリーン印刷機が使用されており、グラビア印刷が使用されることはほとんど無い。これは、グラビア印刷の転写率の悪さに起因している。
 グラビア印刷の印刷原理は、溝(凹部)にペースト等の印刷材料を充填し、このペーストを被印刷物に転写することである。ここで、溝(凹部)に充填されたペーストが被印刷物に転写されるためには、粘着力について、「溝内壁とペーストとの粘着力<被印刷物とペーストとの粘着力」との関係が成り立っていなければならない。
 しかしながら、ペーストとの接触面積については、「溝内壁とペーストとの接触面積」が「被印刷物とペーストとの接触面積」よりも大きい。このため、実際には「溝内壁とペーストとの粘着力」が「被印刷物とペーストとの粘着力」よりも勝る。したがって、この粘着力の関係が、転写率を落とす要因となっている。
 上述した金属ペーストの印刷工程にグラビア印刷を使用して転写率が悪い場合には、転写された金属ペーストに断線が生じる、溝に金属ペーストの一部が残り電極厚を厚くできず高アスペクト比の電極が形成できない、などの問題が生じる。このため、予め、被印刷物に対して粘着性のある受容層を形成し、その上にグラビア印刷を行う方法(たとえば、特許文献1参照)や、多重印刷により高アスペクト比の電極を形成する方法(たとえば、特許文献2参照)が提案されている。
特開2010-123815号公報 特開2007-44974号公報
 しかしながら、結晶系シリコン太陽電池の製造において、金属ペーストの焼成により電極に反射防止膜を食い破らせて該電極と光電変換部との電気的コンタクトを得る、いわゆるファイヤースループロセスを実施する場合には、粘着性のある受容層が上記電気的コンタクトに悪影響を与えかねない。このため、特許文献1の方法は、結晶系シリコン太陽電池の製造に適しているとは言い難い。
 また、特許文献2の方法のように多重印刷により電極を形成する方法は、生産性が低い、という問題がある。
 本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、凹版を用いた印刷方法における印刷材料の転写率の向上が可能な印刷方法および印刷装置、ならびにこれを用いた太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる印刷方法は、印刷形状に対応した凹部を被印刷物に対向させる対向面に有する印刷版の前記凹部に、前記印刷版の前記凹部が形成された部分における前記対向面と反対側の裏面まで達しない深さで前記対向面側から印刷材料を充填する第1工程と、前記凹部に充填された前記印刷材料に対して前記裏面側から圧力を印加することにより、前記凹部に充填された前記印刷材料を前記凹部から押し出して前記被印刷物に転写する第2工程と、を含むことを特徴とする。
 本発明によれば、凹版を用いた印刷における印刷材料の転写率を向上させることができる、という効果を奏する。
図1-1は、本発明の実施の形態1にかかる印刷装置の概略構成を模式的に示す要部断面図である。 図1-2は、本発明の実施の形態1にかかる印刷装置の概略構成を模式的に示す要部断面図である。 図1-3は、本発明の実施の形態1にかかる印刷装置の概略構成を模式的に示す下面図である。 図2-1は、本発明の実施の形態1にかかる印刷方法の印刷原理を模式的に示す工程断面図である。 図2-2は、本発明の実施の形態1にかかる印刷方法の印刷原理を模式的に示す工程断面図である。 図2-3は、本発明の実施の形態1にかかる印刷方法の印刷原理を模式的に示す工程断面図である。 図2-4は、本発明の実施の形態1にかかる印刷方法の印刷原理を模式的に示す工程断面図である。 図3は、従来のグラビア印刷・オフセット印刷の印刷原理を示す模式図である。 図4は、本発明の実施の形態1にかかる版の充填板の斜視図である。 図5は、本発明の実施の形態1にかかる他の版であり、凹部の代わりに加圧空間側に空気孔を有する凹部が設けられた版を模式的に示す断面図である。 図6は、空気孔を有する溝状の凹部が設けられた印刷装置を模式的に示す要部断面図であり、図1-1に対応する図である。 図7は、本発明の実施の形態2にかかる印刷装置に用いられる版を模式的に示す要部断面図である。 図8は、本発明の実施の形態3にかかる印刷装置に用いられる版を模式的に示す要部断面図である。 図9は、本発明の実施の形態4にかかる印刷装置の概略構成を示す断面図である。 図10は、従来技術をグラビア印刷に組み合わせた場合の構成を模式的に示す断面図である。 図11-1は、本発明の実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法を用いて電極が形成された結晶系太陽電池の受光面側を示す平面図である。 図11-2は、本発明の実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法を用いて電極が形成された結晶系太陽電池の受光面と反対側(裏面)を示す平面図である。 図11-3は、本発明の実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法を用いて電極が形成された結晶系太陽電池の要部断面図である。
 以下に、本発明にかかる印刷方法および印刷装置、太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
実施の形態1.
 図1-1および図1-2は、本発明の実施の形態1にかかる印刷装置の概略構成を模式的に示す要部断面図である。図1-3は、本発明の実施の形態1にかかる印刷装置の概略構成を模式的に示す下面図である。図1-1および図1-2は、図1-3のA-A線に沿った要部断面部である。図1-3は、本発明の実施の形態1にかかる印刷装置の版11に設けられた印刷形状の一例を下面側から見た状態を示している。下面側とは、版11の厚み方向において被印刷物の印刷面に対向する側である。
 図1-1~図1-3に示すように、実施の形態1にかかる印刷装置は、凹部12の配列により形成されたパターンを有する略平板状の印刷版(以下、版と呼ぶ場合がある)11と、版11の凹部12に印刷材料17を充填するための充填部としてのスキージ16と、版11の凹部12に充填する印刷材料17を供給する印刷材料供給部18と備える。なお、本明細書において凹部とは、該凹部が形成される部材の裏面まで貫通する形態および該凹部が形成される部材の裏面まで貫通しない形態の両方を含む。
 版11の材料には、通常グラビア印刷で使用される金属版が用いられる。版11は、印刷を行う対象である被印刷物の印刷面に対向する対向面11sに、所望の印刷形状に相当するパターンを構成するように配列されて印刷材料が充填される複数の貫通孔である凹部12が設けられた凹部形成板11aを備える。ここで、印刷形状とは、被印刷物の印刷面に印刷しようとする所望のパターンのことである。例えば結晶系太陽電池セルの電極の製造へこの印刷装置を用いる場合には、印刷形状とは例えばグリッド電極とバス電極とにより構成された表銀電極のパターンのことである。
 版11の内部には、凹部12の内部をまとめて空気圧により加圧するための加圧室13が設けられている。そして、各凹部12は、版11の内部側でそれぞれ加圧室13に連通している。すなわち、各凹部12は、版11の厚み方向において被印刷物の印刷面に対向する対向面11sから加圧室13まで達する貫通孔である。したがって、加圧室13は、後述するように凹部12内にペーストが充填された場合には密閉空間と成りうる。
 加圧室13には、該加圧室13を少なくとも大気圧状態よりも高い気圧に加圧するために、該加圧室13に気体を供給する気体供給管14が繋がっている。加圧室13は、気体供給管14の途中に設けられた加圧バルブ15を開閉させることにより、気体供給管14を介して圧縮機等の加圧手段19に連通された状態となり、または封止されて密閉空間となる。この加圧手段19は、気体供給管14を介して気体として空気を、より好ましくは大気圧より高い圧力を有する気体を加圧室13に供給して、加圧室13を少なくとも大気圧よりも高い圧力状態まで加圧する。そして、加圧室13、気体供給管14、加圧バルブ15、加圧手段19により、凹部12に充填された印刷材料17を転写する転写部を構成することができる。
 図1-1は、加圧バルブ15が閉の状態を示している。図1-2は、加圧バルブ15が開の状態であり、加圧室13が加圧手段19に連通されている状態を示している。
 なお、ここでは版11として、結晶系太陽電池セルの表銀電極印刷用の版を示している。凹部12は、光電流を集めるグリッド電極の形状に対応したグリッド電極用パターン22a~22jと、グリッド電極の電流を収集するバス電極の形状に対応したバス電極用パターン21aおよびバス電極用パターン21bとにより構成される。ここでの電極形状とは、結晶系太陽電池セルの面方向における形状である。グリッド電極は、受光面におけるシャドーロスを減らすためになるべく幅を細くし、抵抗損失を減らすために高さを高くするのが一般的な構成である。一方、バス電極は、タブを半田付けするためにある程度の太さが必要とされる。
 このように、結晶系太陽電池セルの表銀電極のパターンでは、位置によって太さが異なる形状が必要である。このため、凹部12においては、幅が太いバス電極用パターン21a,21bと、幅が細いグリッド電極用パターン22a~22jが混在する。
 なお、実施の形態1では、結晶系太陽電池セルの表銀電極の印刷に用いる版11やその印刷方法について説明するが、実施の形態1は結晶系太陽電池セル用途の印刷に限定されるものではなく、印刷材料を盛り上げて高アスペクト比の縦断面形状を得る必要性がある他の被印刷物への適用も可能である。
 つぎに、上述した印刷装置を用いた実施の形態1にかかる印刷方法について説明する。図2-1~図2-4は、本発明の実施の形態1にかかる印刷方法の印刷原理を模式的に示す工程断面図である。図2-1~図2-4では、実施の形態1にかかる印刷方法を時系列的に示している。
 まず、初期工程において、所望の形状の凹部12が設けられた版11が、印刷時(転写時)に太陽電池基板30の印刷面30Sと対向する対向面11sを上側にして配置される。印刷装置は、版11に印刷材料17を供給する印刷材料供給部18を有しており、該印刷材料供給部18により、対向面11s上に所定量の印刷材料17が供給される(図2-1)。なお、結晶系太陽電池セルの電極印刷においては印刷材料17には電極ペーストを使用するが、書籍や雑誌などの印刷の用途においては印刷材料17にはインクを使用してもよい。
 つぎに、充填工程において、凹部12に印刷材料17が充填される(図2-2)。充填工程においては、対向面11s上に供給された印刷材料17が対向面11s側から充填される。印刷装置は、対向面11s上に供給された印刷材料17を押し広げるためのスキージ16を有している。版11の対向面11s上に印刷材料17が供給された状態で、凹部12上を通過する所定の方向にスキージ16を対向面11s上で摺動させることにより、対向面11sとスキージ16との間に挟まれた印刷材料17が版11の表面の凹部12内に充填される。このとき、加圧バルブ15は閉の状態(図1-1)とされる。
 ここで、印刷材料17は、版11の厚み方向において、すなわち凹部12の深さ方向において凹部12の内部全体には充填されず、所望の印刷高さとなるような深さで、凹部12の深さ方向における底部側(加圧室13側)の一部に未充填空間12aが存在する状態で充填される。このように、印刷材料17は、版11の厚み方向において太陽電池基板30の印刷面30Sと対向する対向面11s側から充填される。
 このような充填工程では、印刷材料17が凹部12の深さ方向を完全に埋めない状態を意図的に構成する。これにより、印刷材料17が凹部12の加圧室13側にまではみ出すことがない。したがって、はみ出した印刷材料17を掻き取るスキージ等が不要であり、装置構成が簡略であり、簡便な処理で印刷材料17を凹部12に充填することができる。
 また、凹部12に充填された印刷材料17は、加圧室13に対向する側の表面が凹部12と接触しないため、凹部12の内壁と印刷材料17との接触面積が少なくなり、凹部12の内壁と印刷材料17との粘着力を低減することができ、印刷材料17が版離れし易くなる。これにより、凹部12内に充填された印刷材料17が太陽電池基板30の印刷面30Sに転写・印刷され易くなり、印刷材料17の転写率を向上させることができる。
 このような状態を構成するためには、版11の凹部形成板11aの厚さを印刷材料17が充填される深さに対して十分厚くして、凹部12の深さを印刷材料17の充填される深さに対して十分に深くしておけばよい。たとえば結晶系太陽電池セルの表銀電極の印刷においては、印刷材料17の印刷厚は大きく見積もっても0.1mm以下である。したがって、この場合は、版11の凹部形成板11aの厚さ、すなわち凹部12の深さは数百μm以上あれば、十分、使用に耐え得る。したがって、所望の印刷材料17の充填厚(目標充填厚)よりも厚みの十分厚い凹部形成板11aを用いて、凹部12の深さを目標充填厚よりも十分に深くすることが重要である。
 また、結晶系太陽電池セルでは、受光面側の電極により太陽電池セルの受光面積は減少する(所謂、シャドーロス)ため、受光面側においては高アスペクト比の電極が望まれる。このため、結晶系太陽電池セルの受光面側の電極の印刷においては、粘度の高い電極ペーストが使用される。したがって、凹部12内に充填されたペーストは凹部12内を流れることがなく、凹部12内で形状を保持することができる。
 つぎに、転写工程においては、版11は上下方向を反対にされて、被印刷物である太陽電池基板30の印刷面30Sの所定の印刷位置に対向した位置に配置される(図2-3)。つぎに、加圧バルブ15を開の状態として、図1-2に示すように加圧室13が加圧手段19に連通されている状態とする。そして、この状態で加圧手段19により、気体供給管14を介して気体、より好ましくは大気圧より高い圧力を有する気体、例えば空気を加圧室13に流入させる。
 このような処理を行うことにより、加圧室13および凹部12の深さ方向の一部に設けられた未充填空間12aが処理前よりも高い圧力状態に加圧される。この結果、加圧室13および未充填空間12aの空気圧40により、凹部12の内部に充填された印刷材料17が押し出され、太陽電池基板30の印刷面30Sに転写・印刷される(図2-4)。すなわち、凹部12に充填された印刷材料17を空気圧40によって凹部12から押し出すため、印刷材料17を確実に転写・印刷することができ、印刷材料17の転写率を向上させることができる。空気圧40は、印刷材料17と凹部12との粘着力等を考慮して設定されればよい。また、加圧室13に流入させる空気の圧力を調整することにより、印刷の速度を調整することが可能である。これにより、印刷の速度を上げて、生産性を改善することができる。
 また、太陽電池セルの電極印刷で用いられる印刷材料である電極ペーストの場合、印刷圧力を高くすると粘度が下がるチクソ性を示す材料を使用することがある。このようなチクソ性を示す材料の印刷をする場合は、印刷圧力を高くすることにより印刷材料17の粘度が下がるので、印刷材料17を凹部12から容易に押し出すことができる。
 ここで、従来のグラビア印刷やオフセット印刷と、本実施の形態の印刷方法との違いについて説明する。図3は、従来のグラビア印刷・オフセット印刷の印刷原理を示す模式図である。図3では、正常な印刷が行われた状態を示している。従来のグラビア印刷やオフセット印刷では、版51に設けられた凹部52に充填された印刷材料55は、被印刷物53と印刷材料55との粘着力により凹部52から引っ張り出されることで被印刷物53に転写される。
 このため、凹部52に充填された印刷材料55は形状を保持したままであると仮定すると、凹部52に充填された印刷材料55が被印刷物53に印刷されるためには、粘着力について、「凹部52の内壁と印刷材料55との粘着力<被印刷物53と印刷材料55との粘着力」との関係が成り立っていなければならない。しかし、実際には図3に示すように「被印刷物53と印刷材料55の接触面54の面積<凹部52の内壁と印刷材料55との接触面積(=凹部52の内壁の表面積)」の関係が成り立ち、これが転写率を落とす要因であると考えられる。
 すなわち、印刷材料55との接触面積の関係より、被印刷物53の被印刷面に接触している部分の印刷材料55は被印刷物53に転写されるが、印刷材料55の一部または大半が凹部52に残留し、被印刷物53に転写された印刷材料55の量が所望の設計量よりも少なく、かつ、印刷材料55の形状が大きく変形するなどの転写形状不良が生じる。
 また、高アスペクト比の印刷物を形成するために凹部52の深さを深くすれば、凹部52の内壁の表面積は必然的に増えるため、転写率はさらに低くなる。したがって、高アスペクト比の印刷物を形成するためには、凹部52の深さを深くするのではなく、多重印刷を行わなければならない。しかしながら、多重印刷は生産性が低いという問題がある。
 これに対して、実施の形態1にかかる印刷方法においては、充填工程において印刷材料17が凹部12の深さ方向を完全に埋めない状態を意図的に構成する。このため、印刷材料17が凹部12の加圧室13側にまではみ出すことがない。これにより、凹部12の加圧室13側にまではみ出した印刷材料17を掻き取るスキージ等が不要であり、装置構成が簡略であり、簡便な処理で印刷材料17を凹部12に充填することができる。
 また、凹部12の内壁と印刷材料17との接触面積を少なくすることができ、凹部12の内壁と印刷材料17との粘着力を低減することができる。これにより、凹部12内に充填された印刷材料17が太陽電池基板30の印刷面30Sに転写・印刷され易くなる。
 そして、転写工程において、凹部12に充填された印刷材料17を空気圧40によって凹部12から押し出すため、印刷材料17を確実に転写・印刷することができる。これにより、実施の形態1にかかる印刷方法においては、印刷材料17の転写率を改善し、高アスペクト条件下においても断線等のない良好な形状の印刷を安定して生産性良く行うことが可能となる。
 図1-2および図1-3に示すように印刷材料17を充填するための凹部(凹部12)の深さが版11の凹部形成板11aの板厚と等しい場合の版11の立体的な構成例について説明する。図4は、実施の形態1にかかる版11の凹部形成板11aの斜視図である。図4では、下面側が被印刷物の印刷面に対向する対向面11s(図示せず)である。凹部12の深さが版11の凹部形成板11aの板厚と等しい場合は、凹部12の形状によっては、凹部形成板11aの一部が凹部12に囲まれて保持できない場合がある。
 凹部12は、バス電極用パターン62aとグリッド電極用パターン62bとを有する。版11の凹部形成板11aは、バス電極用パターン62aとグリッド電極用パターン62bとに囲まれた分割部61(61a,61b,61c,61d)を有する。分割部61aと分割部61bとは、バス電極用パターン62aの一部でリブ63aにより連結されている。リブ63aは、バス電極用パターン62aの印刷形状を妨げないように、凹部12中の、被印刷物の印刷面に対向する対向面11sと反対側の一部で、分割部61aと分割部61bとを連結している。
 同様に、分割部61cと分割部61dとは、バス電極用パターン62aの一部でリブ63bにより連結されている。図示しないが、分割部61a,61b,61c,61dは、さらに外側の分割部61とも同様の構成で連結されている。このように、リブを設けて各分割部61を連結することにより、凹部12の深さが版11の凹部形成板11aの板厚と等しい場合でも凹部形成板11aの各分割部61を保持して、任意のパターンの凹部12を形成することができる。
 図5は、実施の形態1にかかる版の他の形態であり、凹部12の代わりに加圧室13側に空気孔72を有する凹部71が設けられた版11を模式的に示す断面図である。この版11を用いて上記と同様にして印刷を行う場合には、印刷材料17は、版11の厚み方向において、すなわち凹部71の深さ方向において凹部71の内部全体には充填されず、所望の印刷高さとなるような深さで、凹部71の深さ方向における空気孔72側の一部に未充填空間71aが存在する状態で充填される。したがって、所望の印刷材料17の充填厚(目標充填厚)よりも深さの深い凹部71が設けられた凹部形成板11aを用いることが重要である。
 そして、転写工程においては、気体供給管14を介して気体、より好ましくは大気圧より高い圧力を有する気体、例えば空気を加圧室13に流入させる。これにより、加圧室13から空気孔72を介して高い圧力を有する空気が流入し、加圧室13および凹部12の深さ方向の一部に設けられた未充填空間12aが少なくとも大気圧よりも高い圧力状態まで加圧される。この結果、加圧室13および未充填空間12aの空気圧40により凹部71の内部に充填された印刷材料17が押し出される。
 したがって、このような版11を用いて印刷処理を行うことにより、上記と同様に印刷材料17の転写率を改善し、高アスペクト条件下においても断線等のない良好な形状の印刷を安定して生産性良く行うことが可能となる。
 図6は、上記の空気孔72を有する凹部71が設けられた印刷装置を模式的に示す要部断面図であり、図1-1に対応する図である。また、凹部71の空気孔72側の角部は、丸みを帯びた形状とされてもよい。図6では、凹部71の空気孔72側の角部が曲面とされている例を示している。
 上述したように、実施の形態1によれば、印刷材料17の転写率を改善し、高アスペクト条件下においても断線等のない良好な形状の印刷を安定して生産性良く行うことが可能となる。
実施の形態2.
 図7は、本発明の実施の形態2にかかる印刷装置に用いられる版81を模式的に示す要部断面図である。この版81は多孔質体を利用した版である。多孔質体で構成された版81の被印刷物の印刷面に対向する対向面81sにおいては、凹部82のパターン以外の領域は対向面81sと反対側からの空気84を遮断する遮断層83が設けられている。なお、実施の形態2にかかる印刷装置は、実施の形態1における版11に換えて版81を備える。なお、凹部82は、実施の形態1における凹部12と異なり、加圧室13側に貫通していない。
 このような版81を有する実施の形態2にかかる印刷装置では、上述した実施の形態1の場合と同様にして、充填部としてのスキージ16と、版11の凹部12に充填する印刷材料17を供給する印刷材料供給部18とを用いて凹部82内に印刷材料17を対向面81s側から充填する。そして、上述した実施の形態1の場合と同様にして、気体供給管14を介して気体、より好ましくは大気圧より高い圧力を有する気体、例えば空気を加圧室13に流入させる。これにより、少なくとも加圧室13が大気圧よりも高い圧力状態まで加圧される。これにより、加圧室13から充填板81aに空気が送りまれ、高い圧力状態まで加圧された加圧室13から充填板81aの多孔質体の孔を介して漏れ出る空気により、凹部82に充填された印刷材料17を太陽電池基板30の印刷面30Sに押し出すことができる。このとき、凹部82の周囲の多孔質体を介して凹部82の内壁全体に存在する多孔質体の孔から空気が噴射されることで、効率良く確実に印刷材料17を押し出すことができる。
 なお、この場合、印刷材料17は、凹部82の内部全体に充填されてもよく、また凹部82の深さ方向において凹部82の内部全体には充填されず、所望の印刷高さとなるような深さで、凹部82の深さ方向における加圧室13側に空間が存在する状態で充填されてもよい。
 上述したように、実施の形態2にかかる印刷装置においては、凹部82の内壁全体に存在する多孔質体の孔から空気が噴射されることで、凹部82から太陽電池基板30の印刷面30Sに、容易に印刷材料17を押し出すことが可能となる。
 したがって、実施の形態2にかかる印刷装置によれば、印刷材料17の転写率を改善し、高アスペクト条件下においても断線等のない良好な形状の印刷を安定して生産性良く行うことが可能となる。
実施の形態3.
 図8は、本発明の実施の形態3にかかる印刷装置に用いられる版91を模式的に示す要部断面図である。この版91は、所望の印刷形状に相当する開口パターンを構成するように配列されて印刷材料17が充填される貫通孔である凹部93に、印刷を行う対象である被印刷物の印刷面に対向する対向面91sと反対側から押圧部材であるピストン92が挿入されている。なお、実施の形態3にかかる印刷装置は、実施の形態1における版11、気体供給管14、加圧バルブ15に換えて版91を備える。
 印刷材料17は、実施の形態1の場合と同様にして印刷を行う対象である被印刷物の印刷面に対向する対向面91s側から凹部93に充填される。そして、ピストン92を対向面91s側に押し込むことにより、凹部93に充填された印刷材料17をピストン92の押圧力により太陽電池基板30の印刷面30Sに押し出すことができる。
 なお、この場合、印刷材料17は、実施の形態1の場合と同様に凹部93の深さ方向において凹部93の内部全体には充填されず、所望の印刷高さとなるような深さで、凹部93の深さ方向における対向面91sと反対側に空間が存在する状態またはピストンの底面に接触する状態に充填される。
 上述したように、実施の形態3にかかる印刷装置においては、ピストン92の押圧力により、凹部93から太陽電池基板30の印刷面30Sに、容易に印刷材料17を押し出すことが可能となる。
 したがって、実施の形態3にかかる印刷装置によれば、印刷材料17の転写率を改善し、高アスペクト条件下においても断線等のない良好な形状の印刷を安定して生産性良く行うことが可能となる。
実施の形態4.
 上述した実施の形態1~3では、略平板状の版を用いる場合について説明したが、グラビア印刷、オフセット印刷のように回転する円筒型の版を利用することにより、グラビア印刷等のメリットである高生産性を実現することができる。実施の形態4では、回転する円筒型の版を利用した印刷装置について説明する。
 図9は、本発明の実施の形態4にかかる印刷装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態4にかかる印刷装置は、固定軸110の表面に版111が配置され、版111の回転とともに印刷工程が実施されるようになっている。すなわち、実施の形態4にかかる印刷装置は、厚み方向に貫通して印刷形状に相当する複数の凹部112が外周上に設けられた円筒形状の版111を有する。凹部112は、版111の内周側に連通している。版111の内周の内側には、凹部112を加圧するための加圧空間113を有する固定軸110が設けられている。
 版111の内外周と固定軸110の外周とは同軸の円筒形状で構成されている。版111と固定軸110との間は、版111の内周と固定軸110の外周とで囲まれて大気に開放された大気開放空間122とされている。大気開放空間122は、版111の凹部112を介して外部の大気と連通されている。加圧空間113の一端側(固定軸110の中心側)は、固定軸110の中心部において円筒軸方向(図9における紙面垂直方向)に延在して設けられた気体供給管114に連通している。気体供給管114は、固定軸110の外部に配置された加圧手段(図示せず)に接続される。この加圧手段は、実施の形態1における加圧手段19に対応するものである。加圧空間113の他端側(固定軸110の外周側)は、版111の内周と固定軸110の外周とで囲まれた空間に連通している。
 ここで、固定軸110の外周には、固定軸110の外周方向において加圧空間113を挟んで大気開放空間122の下方の一部を隔離する加圧部シール121が設けられ、版111の内周と固定軸110の外周と加圧部シール121とで囲まれた加圧円筒空間123が形成される。加圧部シール121は、円筒軸方向にも延在して固定軸110における円筒軸方向の端部近傍で折り返す環状形状を有する。加圧円筒空間123は、加圧空間113と連通している。一方、加圧円筒空間123は、大気開放空間122と加圧部シール121で隔離されている。
 これにより、加圧空間113と加圧円筒空間123とが連通した空間は、版111側における外部の大気との連通を遮断することにより、大気開放空間122と異なる圧力に制御することができる。すなわち、図9に示すように印刷材料17が充填された凹部112が固定軸110の外周方向において加圧部シール121に挟まれた領域にある場合に、加圧空間113と加圧円筒空間123とが連通した空間を大気開放空間122と異なる圧力に制御することができる。
 したがって、図9に示すように印刷材料17が充填された凹部112が固定軸110の外周方向において加圧部シール121に挟まれた領域にある場合には、加圧手段(図示せず)から気体供給管114を介して気体、より好ましくは大気圧より高い圧力を有する気体、たとえば空気を加圧室113に供給して、加圧空間113と加圧円筒空間123とが連通した空間を少なくとも大気圧よりも高い圧力状態まで加圧することができる。
 つぎに、図9に基づいて、実施の形態4にかかる印刷装置の動作について説明する。版111は、円筒形状で構成されており、円筒軸を中心に回転方向131の方向に回転する。固定軸110は固定されており、回転しない。また、固定軸110に設けられた加圧部シール121も回転しない。
 版111の外周側において、版111の下端部よりも回転方向131の上流側(図9における左側)付近にスキージ116が先端部を版111に当接させた状態で配置される。そして、版111の下端部よりも回転方向131の上流側(図9における左側)付近に設けられた印刷材料供給部118より、版111とスキージ116との間の空間に印刷材料17が供給される。そして、版111が回転方向131の方向に回転することにより、スキージ116が回転する版111の表面を摺動する。これにより、版111の外周側から印刷材料17が凹部112内に充填される。このとき、加圧手段は停止状態とされる。なお、版111の外周上において印刷材料17の充填が行われる部位は限定されず、版111の上部等で充填処理が行われてもよい。
 ここで、印刷材料17は、版111の厚み方向において、すなわち凹部112の深さ方向において凹部112の内部全体には充填されず、所望の印刷高さとなるような深さで、凹部112の深さ方向における底部側(版111の内周側)の一部に未充填空間112aが存在する状態で充填される。このように、印刷材料17は、版111の厚み方向において太陽電池基板30の印刷面30Sと対向する対向面11s側から充填される。
 このような充填工程では、印刷材料17が凹部112の深さ方向を完全に埋めない状態を意図的に構成する。これにより、印刷材料117が凹部112の版111の内周側にまではみ出すことがない。したがって、はみ出した印刷材料17を掻き取るスキージ等が不要であり、装置構成が簡略であり、簡便な処理で印刷材料17を凹部112に充填することができる。
 また、凹部112に充填された印刷材料17は、固定軸110に対向する側の表面が凹部112と接触しないため、凹部112の内壁と印刷材料17との接触面積が少なくなり、凹部112の内壁と印刷材料17との粘着力を低減することができ、印刷材料17が版離れし易くなる。これにより、凹部112内に充填された印刷材料17が太陽電池基板30の印刷面30Sに転写・印刷され易くなり、印刷材料17の転写率を向上させることができる。
 このような状態を構成するためには、版111の厚さを印刷材料17が充填される深さに対して十分厚くして、凹部112の深さを印刷材料17の充填される深さに対して十分に深くしておけばよい。たとえば結晶系太陽電池セルの表銀電極の印刷においては、印刷材料17の印刷厚は大きく見積もっても0.1mm以下である。したがって、この場合は、版111の厚さ、すなわち凹部112の深さは数百μm以上あれば、十分、使用に耐え得る。したがって、所望の印刷材料17の充填厚(目標充填厚)よりも厚みの十分厚い版111を用いて、凹部112の深さを目標充填厚よりも十分に深くすることが重要である。
 そして、版111がさらに回転方向131に回転すると、印刷材料17が充填された凹部112が固定軸110の外周方向において加圧部シール121に挟まれた領域に入って、加圧空間113と未充填空間112aと加圧円筒空間123とが連通するようになる。この状態で、加圧手段を動作させて、気体供給管114を介して気体、より好ましくは大気圧より高い圧力を有する気体、例えば空気を加圧室113に流入させる。
 このような処理を行うことにより、加圧空間113と未充填空間112aと加圧円筒空間123とが連通した空間が処理前よりも高い圧力状態に加圧される。この結果、連通した空間の空気圧140により、凹部112の内部に充填された印刷材料17が押し出され、版111の下方に所定の間隔を開けて配置された太陽電池基板30の印刷面30Sに転写・印刷される。すなわち、凹部112に充填された印刷材料17を空気圧140によって凹部112から押し出すため、印刷材料17を確実に転写・印刷することができ、印刷材料17の転写率を向上させることができる。
 ここで、空気圧140は、印刷材料17と凹部112との粘着力等を考慮して設定されればよい。また、加圧室113に流入させる空気の圧力を調整することにより、印刷の速度を調整することが可能である。これにより、印刷の速度を上げて、生産性を改善することができる。
 また、太陽電池基板30は、版111の回転に伴い、版111の外周の速度と等しい進行速度で進行方向132の方向に移動する。版111の外周には印刷形状に相当する複数の凹部112が設けられており、版111の回転および太陽電池基板30の移動により、太陽電池基板30における所定の位置に順に印刷材料17が連続的に転写・印刷される。
 なお、他の印刷方法であるスクリーン印刷については、スクリーンマスクの貫通孔にペーストを充填し、版離れ工程の際に貫通孔に気体を吹きかけて転写不良を減少させる印刷方法(特開2000-85103号公報)や、スクリーン印刷機のスクリーンマスクを境とした上部(スキージ側)にエアバックを配置した密閉空間を設け、エアバックの膨張により密閉空間を加圧し、スクリーンに充填されたペーストを押し出すことにより印刷する装置(特開2000-233489号公報)が提案されている。これらの技術をグラビア印刷に組み合せることが考えられるが、この組み合せ技術と本実施の形態とは以下の点が異なる。
 特開2000-85103号公報および特開2000-233489号公報の技術はスクリーン印刷であるため、基本的にペーストの充填される厚さはスクリーン厚(紗厚+乳剤厚)である。単純に特開2000-85103号公報の技術をグラビア印刷に組み合わせると図10に示すような構成となる。図10は、従来技術をグラビア印刷に組み合わせた場合の構成を模式的に示す断面図である。
 この場合は、太陽電池基板30の印刷面30Sと反対側、すなわち円筒形状の版211における内周側から固定軸210の内部で印刷材料17をスキージ217を用いて貫通孔である凹部212に充填することになる。そして、版211における外周側にはみ出した印刷材料17を除去するためのスキージ216が別途必要になるため、装置構成が複雑になり、印刷材料17の充填処理が複雑になる。
 これに対して、本実施の形態では意図的に印刷物が所望の印刷形状の凹部112を完全に埋めない状態を作り出している。意図的にこの状況を作り出すことにより、凹部112に充填されたペーストがマスクの裏面にまではみ出すことを防いでいる。すなわち、本実施の形態では印刷材料17が版111の内周側(固定軸110の外周側)にまで到達しないため、はみ出したペーストを除去するスキージ等が不要であり、装置構成が簡略であり、簡便な処理で印刷材料17を凹部112に充填することができる。
 また、本実施の形態においては、充填工程において印刷材料17が凹部112の深さ方向を完全に埋めない状態を意図的に構成することにより、凹部112の内壁と印刷材料17との接触面積を少なくすることができ、凹部112の内壁と印刷材料17との粘着力を低減することができる。これにより、凹部112内に充填された印刷材料17が太陽電池基板30の印刷面30Sに転写・印刷され易くなる。そして、転写工程において、凹部112に充填された印刷材料17を空気圧140によって凹部112から押し出すため、印刷材料17を確実に転写・印刷することができる。これにより、実施の形態4においては、印刷材料17の転写率を改善し、高アスペクト条件下においても断線等のない良好な形状の印刷を安定して生産性良く行うことが可能となる。
 上述したように、実施の形態4によれば、上記の略平板状の版を用いる場合と同様に、印刷材料17の転写率を改善し、高アスペクト条件下においても断線等のない良好な形状の印刷を安定して生産性良く行うことが可能となる。
 なお、上述した実施の形態1~3における各構成を実施の形態4にかかる印刷装置に組み合わせてもよい。
実施の形態5.
 実施の形態5では、上述した実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法を用いて電極が形成された結晶系太陽電池について説明する。図11-1は、実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法を用いて電極が形成された結晶系太陽電池の受光面側を示す平面図である。図11-2は、実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法を用いて電極が形成された結晶系太陽電池の受光面と反対側(裏面)を示す平面図である。図11-3は、実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法を用いて電極が形成された結晶系太陽電池の要部断面図である。
 図11-1~図11-3に示す結晶系太陽電池は、凹凸構造が形成された基板表層にN型層302を有するP型のシリコン基板301とシリコン基板301の受光面側の面(表面)に形成された反射防止膜303と、シリコン基板301の受光面側の面(表面)に形成された受光面側電極304とシリコン基板301と受光面と反対側の面(裏面)に形成された裏面電極307と、を備える。
 また、受光面側電極304としては、銀電極であるグリッド電極304Gおよびバス電極304Bを含み、図11-3においてはグリッド電極304Gの長手方向に垂直な断面における断面図を示している。裏面電極307としては、アルミニウム電極305および銀電極である裏バス電極306Bが設けられている。
 つぎに、図11-1~図11-3に示す結晶系太陽電池を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、一般的な単結晶シリコン基板を用いた結晶系太陽電池の製造工程と同様であるため、特に図示しない。
 まず、P型のシリコン基板301の表面にたとえばアルカリ溶液を用いたウェットエッチングにより凹凸構造を形成する。つぎに、シリコン基板301を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン(POCl)蒸気の存在下で加熱してシリコン基板301の表面にリンガラスを形成することでシリコン基板301中にリンを拡散させて、シリコン基板301の表層にN型導電層であるN型層302を形成する。
 次に、フッ酸溶液中でシリコン基板301のリンガラス層を除去した後、反射防止膜303としてプラズマCVD法により窒化シリコン膜(SiN膜)をN型層302上に形成する。反射防止膜303の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる2層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜303は、スパッタリング法など、異なる製膜方法により形成してもよい。
 次に、シリコン基板301の受光面に銀の混入したペーストを櫛型に印刷し、シリコン基板301の裏面にアルミニウムの混入したペーストを裏バス電極306Bの形成領域を除いて全面にスクリーン印刷にて印刷する。さらに、シリコン基板301の裏面に銀の混入したペーストを裏バス電極306Bのパターンに印刷する。ここで、シリコン基板301の受光面および裏面における銀の混入したペーストの印刷は、上述した実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法(グラビア印刷)を用いて行う。その後、焼成処理を実施して受光面側電極304と裏面電極307とを形成する。受光面側電極304は、反射防止膜303を突き破って、いわゆるファイヤースルーによりN型層302に導通する。以上のようにして、図11-1~図11-3に示す結晶系太陽電池が作製される。
 このようにして作製される本実施の形態にかかる結晶系太陽電池のグリッド電極304G、バス電極304Bおよび裏バス電極306Bは、上述した実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法(グラビア印刷)を用いて形成されるため、アスペクト比が高く、断線等の不良の無い、信頼性の高い電極が実現されている。
 本来、グラビア印刷はスクリーン印刷と比較して生産性の高い印刷方法である。このため、ペーストの転写率が改善された上述した実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法(グラビア印刷)を用いて電極を形成することにより、結晶系太陽電池の生産性を向上させることができる。また、スクリーン印刷では、使用するスクリーンにより塗布量、印刷精度が制約される。すなわち、スクリーン印刷では、塗布量を増やすには開口率の高いスクリーンを使用する必要があるが、開口率を上げると細い線が印刷できない。しかし、グラビア印刷ではこのような制約は無いため、上述した実施の形態1~4のうちのいずれかの印刷方法(グラビア印刷)を用いて電極を形成することにより、高アスペクト比の電極が印刷できる。これにより、太陽電池セルの直列抵抗を低減する(フィルファクター(FF)を向上させる)ことができ、光電変換効率の高い太陽電池セルが生産できる。
 また、上述した任意の実施の形態の構成を組み合わせてもよい。また、上述した印刷方法及び印刷装置は結晶系太陽電池における電極形成に適用可能であるだけでなく、配線基板の電極形成、液晶パネルなどのガラス基板上への電極形成などの種々の導体パターンの形成、書籍や雑誌などの印刷にも広く適用可能である。
 以上のように、本発明にかかる印刷方法は、凹版を用いた印刷方法における印刷材料の転写率の向上に有用である。
 11 印刷版(版)、11a 凹部形成板、11s 対向面、12a 未充填空間、13 加圧室、14 気体供給管、15 加圧バルブ、16 スキージ、17 印刷材料、18 印刷材料供給部、19 加圧手段、21a,21b バス電極用パターン、22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h,22i,22j グリッド電極用パターン、30S 印刷面、30 太陽電池基板、40 空気圧、51 版、52 凹部、53 被印刷物、54 接触面、55 印刷材料、61,61a,61b,61c,61d 分割部、62a バス電極用パターン、62b グリッド電極用パターン、63a,63b リブ、71 凹部、71a 未充填空間、72 空気孔、81a 充填板、81s 対向面、81 版、82 凹部、83 遮断層、84 空気、91 版、91s 対向面、92 ピストン、93 凹部、110 固定軸、111 版、112 凹部、113 加圧空間、114 気体供給管、121 加圧部シール、122 大気開放空間、123 加圧円筒空間、131 回転方向、140 空気圧、210 固定軸、211 版、212 凹部、216,217 スキージ、301 シリコン基板、302 N型層、303 反射防止膜、304G グリッド電極、304B バス電極、304 受光面側電極、305 アルミニウム電極、306B 裏バス電極、307 裏面電極。

Claims (16)

  1.  印刷形状に対応した凹部を被印刷物に対向させる対向面に有する印刷版の前記凹部に、前記印刷版の前記凹部が形成された部分における前記対向面と反対側の裏面まで達しない深さで前記対向面側から印刷材料を充填する第1工程と、
     前記凹部に充填された前記印刷材料に対して前記裏面側から圧力を印加することにより、前記凹部に充填された前記印刷材料を前記凹部から押し出して前記被印刷物に転写する第2工程と、
     を含むことを特徴とする印刷方法。
  2.  前記第2工程では、前記凹部に充填された前記印刷材料に対して空気圧により圧力を印加すること、
     を特徴とする請求項1に記載の印刷方法。
  3.  前記第1工程では、前記対向面から前記裏面まで貫通する前記凹部内の前記裏面側に前記印刷材料の未充填空間が存在するように印刷材料を充填すること、
     を特徴とする請求項2に記載の印刷方法。
  4.  前記印刷版が多孔質体で構成され、
     前記第2工程では、前記裏面側から前記印刷版に空気を送り込むことにより、前記凹部に充填された前記印刷材料に対して前記凹部の周囲の前記多孔質体を介して空気を噴出させること、
     を特徴とする請求項2に記載の印刷方法。
  5.  前記第2工程では、前記対向面から前記裏面まで貫通する前記凹部に前記裏面側から挿入される押圧部材の押圧力により前記凹部に充填された前記印刷材料に対して圧力を印加すること、
     を特徴とする請求項1に記載の印刷方法。
  6.  印刷時において被印刷物に対向する対向面に印刷形状に対応した凹部を有する印刷版と、
     前記印刷版の前記凹部が形成された部分における前記対向面と反対側の裏面まで達しない深さで前記対向面側から前記凹部に印刷材料を充填する充填部と、
     前記凹部に充填された前記印刷材料に対して前記裏面側から圧力を印加することにより、前記凹部に充填された前記印刷材料を前記凹部から押し出して前記被印刷物に転写する転写部と、
     を備えることを特徴とする印刷装置。
  7.  前記転写部は、前記凹部に充填された前記印刷材料に対して空気圧により圧力を印加すること、
     を特徴とする請求項6に記載の印刷装置。
  8.  前記凹部が前記対向面から前記裏面まで貫通し、
     前記充填部は、前記凹部内の前記裏面側に前記印刷材料の未充填空間が存在するように印刷材料を充填し、
     前記転写部は、前記未充填空間の圧力を上昇させて前記未充填空間の空気圧により前記凹部に充填された前記印刷材料に対して圧力を印加すること、
     を特徴とする請求項7に記載の印刷装置。
  9.  前記凹部の深さは、前記前記印刷材料の充填厚よりも深いこと、
     を特徴とする請求項8に記載の印刷装置。
  10.  前記印刷版は、多孔質体で構成され、前記凹部に対応した開口を有して前記対向面に設けられて空気を遮断する遮断層を有し、
     前記凹部が前記印刷版の前記対向面から前記裏面まで貫通せず、前記凹部の底部と前記印刷版の前記裏面側との間に前記多孔質体を有し、
     前記転写部は、前記裏面側から前記印刷版に空気を送り込むことにより前記凹部の周囲の前記多孔質体を介して前記凹部に充填された前記印刷材料に対して空気を噴出させること、
     を特徴とする請求項7に記載の印刷装置。
  11.  前記印刷版の前記凹部が形成された部分は、前記印刷材料の充填厚よりも厚いこと、
     を特徴とする請求項10に記載の印刷装置。
  12.  前記凹部が前記対向面から前記裏面まで貫通し、
     前記転写部は、前記印刷版の前記裏面側から前記凹部に挿入される押圧部材の押圧力により前記凹部に充填された前記印刷材料に対して圧力を印加すること、
     を特徴とする請求項6に記載の印刷装置。
  13.  前記凹部の深さは、前記前記印刷材料の充填厚よりも深いこと、
     を特徴とする請求項12に記載の印刷装置。
  14.  前記印刷版が平板状であること、
     を特徴とする請求項6~13のいずれか1つに記載の印刷装置。
  15.  前記印刷版が、印刷時において被印刷物に対向する対向面が外周側とされた円筒形であり、前記円筒形の印刷版が回転しながら前記印刷材料を押し出して前記被印刷物に転写すること、
     を特徴とする請求項6~13のいずれか1つに記載の印刷装置。
  16.  太陽電池基板における電極の形成面に電極ペーストを印刷して前記電極を形成する印刷工程を有する太陽電池の製造方法であって、
     前記印刷工程は、
     前記電極の形状に対応した凹部を前記太陽電池基板に対向させる対向面に有する印刷版の前記凹部に、前記印刷版の前記凹部が形成された部分における前記対向面と反対側の裏面まで達しない深さで前記対向面側から前記電極ペーストを充填する第1工程と、
     前記凹部に充填された前記電極ペーストに対して前記裏面側から圧力を印加することにより、前記凹部に充填された前記電極ペーストを前記凹部から押し出して前記太陽電池基板に転写する第2工程と、
     を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
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