絲網印版的製作方法

2023-05-27 18:38:31

專利名稱：絲網印版的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種絲網印版以及利用所述絲網印版製造的太陽能電池。
背景技術：
在具有η型摻雜層、ρ型摻雜層和ρη結層的太陽能電池中，投射到η型摻雜層的光 使得在η型摻雜層和ρ型摻雜層之間產生電壓，該電壓在已連接的用電器上生成電流。為 了能夠輸出電壓，在P型摻雜層的表面上安裝金屬板，而在η型摻雜層的表面上安裝金屬導 線。這些金屬導線通常一方面是纖細的金屬線或者所謂的指狀線(Finger)，它們例如彼此 平行地設置。另一方面，這些金屬導線是至少一個相對較寬的母線(Sammelleitimg)，該母 線與這些指狀線連接，其中，藉助於母線可以建立與用電器的電接觸。這些摻雜層也能夠以 其他順序或者以其他數量存在，以形成太陽能電池。為了能夠連接用電器，與太陽能電池的 結構無關，始終必需有電接觸。這種太陽能電池是已知的，並且運行良好。然而已經發現，這些指狀線和母線的橫 截面沿著導線的縱向延伸出現顯著變化。由於這種導線的電阻很大程度上取決於導線的最 細部位，因此希望能夠製成橫截面變化比在當前情況下更小的導線。對於太陽能電池的功能而言，指狀線和總線是必需的。然而它們的缺點在於，其遮 蔽了位於導線下方的η型摻雜層。因而僅一部分太陽能電池表面能用於將光能轉換為電 能。如果成功實現一種指狀線和母線，其遮蔽的太陽能電池表面較小，那麼就會提高每面積 單位的太陽能電池效能。然而不應任意小地構造這些母線，從而實現與金屬連接線的良好接觸。因而希望 實現一種太陽能電池，其在很少採用昂貴的導電材料(例如銀)的情況下，仍然可以實現良 好的電接觸。指狀線和母線可以利用絲網印刷工藝來製成，其中，通過絲網印版來漏印作為印 刷介質的導電材料，所述絲網印版具有用於指狀線的狹小缺口並且具有用於母線的寬闊缺 口。這種絲網印版能夠通過採用蝕刻工藝來形成。此處缺點在於，在用於指狀線的狹小缺口 和用於母線的寬闊缺口之間存在很大的寬度差異。由於流動及區域分布(StrSmiings-und i^ldverteilimg)，蝕刻率在寬闊缺口的情況下比在狹小缺口的情況下更大，從而實現了彼 此不同的蝕刻深度。如果在絲網印版中還要形成寬闊的缺口用於接下來要製成的母線，那 麼就不能同時或者在同一個蝕刻步驟中，以與在寬闊的缺口情況下相同的蝕刻深度來形成 狹小的缺口用於隨後要製成的指狀線。另外，蝕刻過程在寬闊的缺口的情況下在寬度上也 是不均勻地成形的，這是因為與在中間區域相比，在寬闊的缺口的邊緣上由於蝕刻液體更 為強烈的流動而被更深地蝕刻了材料。
實用新型內容因此本實用新型的任務在於實現一種絲網印版，其用於製造太陽能電池的狹窄的 指狀線和寬闊的母線，其中，絲網印版的狹小缺口和寬闊缺口能夠利用蝕刻工藝來形成，此3時在蝕刻深度和蝕刻寬度方面出現的變化比以前更為輕微。另外，利用該絲網印版製成的 指狀線和母線應該具有比以前更輕微的橫截面變化，而且與以前相比，所遮蔽的太陽能電 池的面積更小。該絲網印版應當廉價且使用壽命更長。另外本實用新型的任務還在於能夠 利用這種絲網印版來製造的太陽能電池。通過獨立權利要求的主題來解決這些任務。本實用新型的有利改進方式是從屬權 利要求的主題。實現一種絲網印版的任務是通過這樣一種絲網印版來解決的，該絲網印版具有帶 有第一缺口的第一層和帶有第二缺口的第二層，其中，這些缺口如此設置，即，印刷介質能 夠被輸送經過所述第一缺口之一，並且從此出發穿過所述第二缺口之一到達能夠布置在所 述第二層之下的基板上，其中，在所述第一缺口中設有間隔件，並且在所述第二缺口中設有 支承元件，其中，所述間隔件與所述支承元件彼此連接，並且至少一個間隔件與支承元件一 起具有一個厚度，所述厚度等於所述絲網印版的厚度，其中，支承元件支承至少一個位於其 上的間隔件，其中，所述間隔件之一的豎向剖面不同於所述支承元件之一的豎向剖面。因此，這種絲網印版具有帶有間隔件和支承元件的缺口，這些間隔件和支承元件 減小了用於印刷介質的通過面積。與利用其缺口沒有間隔件和支承元件的絲網印版製造的 母線相比，這使得能夠製造具有更少印刷介質的母線。因為能夠一體構成的間隔件和支承 元件的總共的厚度等於絲網印版的厚度，所以沒有印刷介質能夠到達支承元件的位置，從 而避免了下壓。因此該位置在基板(其可以是太陽能電池表面)上沒有印刷介質，從而在 該位置入射的光到達基板或者說太陽能電池，並且不會造成遮蔽。因而可以實現太陽能電 池的更高效能。支承元件在用於寬闊母線的寬闊缺口情況下形成機械支承，該機械支承減輕了由 沿模版頂面滑動的刮板造成的絲網印版的彎曲。因此，利用支承元件總體上增大了絲網印 版的抗彎剛度。另外，因此能夠實現絲網印版的更小彈性，從而在刮板沿絲網印版頂面滑動 時更為輕微地拉伸該絲網印版。結果是，根據本實用新型的絲網印版達到了比迄今為止的 模版更長的使用壽命。在通過蝕刻製造根據本實用新型的絲網印版時，支撐點還造成流動阻礙，從而與 用於製造指狀線的狹小缺口相比，蝕刻液體不會出現明顯更強烈的流動。與其中設有間隔 件和支承元件的寬闊缺口相比，用於隨後要製造的指狀線的狹小缺口內的蝕刻速度彼此幾 乎無差別，從而在絲網印版中能夠以較少的變化達到蝕刻深度和蝕刻寬度。另外還實現了 均勻蝕刻，並且指狀線和母線可以具有更小的橫截面變化。根據本實用新型，所述間隔件之一的豎向剖面不同於所述支承元件之一的豎向剖 面。從而能夠在基板上形成任意結構。因此，在基板上的裂開和支承的功能也與絲網印版 的第一層中的開口尺寸或者隔片形狀無關。絲網印版的第一層和第二層因此可以具有彼此 完全不同的幾何形狀。根據本實用新型的一個優選實施方式，第一缺口和第二缺口的寬度 至少為30微米。另外，所述間隔件或者所述支承元件的寬度至少為10微米，優選小於20 微米。從而能夠特別好地實現上述優點。如果與具有編織金屬絲的絲網印版相比，這種小 尺寸可以利用蝕刻工藝較為廉價地得到。有利的是，所述支承元件具有圓形、六邊形或者長方形的橫截面。這可以利用蝕刻 工藝簡單地製成。這些支承元件互相之間可以按照規則或者不規則的間距來布置，其中，按照規則間距布置使得在整個表面上得到均勻的抗彎剛度。如果這些間隔件彼此之間的間距為30微米至100微米，那麼利用經由這些缺口輸 送的印刷介質可以得到纖細的線條。根據本實用新型的一個實施方式，所述缺口和所述間隔件或者所述支承元件的表 面設有塗層。該塗層減小了印刷介質的通過面積，並且允許更為纖細的線條寬度，從而能夠 用更少的印刷介質來製造線條。優選的是，所述塗層的厚度等於所述第一缺口或所述第二缺口的最小橫截面寬度 的至少5%。根據本實用新型的一個實施方式，所述塗層對水的接觸角(Kontaktwinkel)在 0°到90°的範圍內。接觸角表示在固體材料表面上的液滴相對該表面形成的角度。因此， 在接觸角處於0°到90°範圍內的情況下，液態或者膏狀的印刷介質形成相對塗層表面的 比較好的相互作用，從而當從承印基板上去除絲網印版時，大部分印刷介質粘附在被如此 塗覆的缺口內。由此能夠印製均勻的層厚，而不會將過多材料從頂面的缺口一起印刷至基 板上。根據本實用新型的另一個實施方式，所述塗層對水的接觸角在從90°到150°的 範圍內，這形成了印刷介質的相對塗層表面的很小的相互作用。印刷介質能夠以更小阻力 送入缺口。另外，在印刷介質被漏印、且絲網印版被從基板上去除之後，能夠以很少成本來 去除保留在缺口內的印刷介質。當從基板上去除絲網印版時，被施加到缺口中的印刷介質 只有很小一部分保留在該缺口內。結果，印跡具有可以與絲網印版的厚度相等的厚度。根據另一個實施方式，至少一個支承元件從所述第二缺口的一側延伸到所述第二 缺口的相對一側，並且將所述第二缺口劃分成至少兩段。因此能夠製成這樣的母線，該母 線具有兩段導線並且是斷開的，從而無法連續地輸電。按照這種方式能夠節約昂貴的金屬 印刷介質。而且當隨後用額外的金屬帶來橋接兩段導線時，母線的功能仍然得到了保證，其 中，該金屬帶與斷開的母線並聯。本實用新型還涉及一種太陽能電池，該太陽能電池是按照如前所述的方式製造 的。
結合下面的附圖說明本實用新型的其他優點和特徵，圖中圖1是根據本實用新型的絲網印版的第一實施方式的第一橫截面圖；圖2是根據本實用新型的絲網印版的第一實施方式的第二橫截面圖；圖3是根據本實用新型的絲網印版的第一實施方式的俯視圖；圖4是根據本實用新型的絲網印版的第二實施方式的俯視圖；圖5是利用本實用新型絲網印版製造的基板的第一俯視圖；圖6是利用本實用新型絲網印版製造的基板的第二俯視圖；圖7是本實用新型絲網印版的第三實施方式的橫截面圖；圖8是本實用新型絲網印版的第三實施方式的水平剖視圖；圖9是根據本實用新型的絲網印版的第三實施方式的俯視圖；圖10是利用本實用新型絲網印版製造的基板的俯視圖；5[0033]圖11是本實用新型絲網印版的第四實施方式的橫截面圖；圖12是利用絲網印版的第四實施方式施加了印刷介質的基板的側視圖。
具體實施方式
圖1至圖3是根據本實用新型的絲網印版的第一實施方式的多個視圖。圖3示 出絲網印版100的俯視圖，其中，圖1沿著以A-B表示的點劃線示出橫截面圖，而圖2沿 著以C-D表示的點劃線示出橫截面圖。絲網印版100具有第一層1，該第一層1在下文也 被稱為網層(Netzlage) 1。可以利用刮板(未示出)沿著網層1的頂面將印刷介質送入 第一缺口 2。在第一缺口 2中設有多個間隔件3，這些間隔件3以規則的網狀結構分布在 第一缺口 2內，參見圖3。在網層1下方存在第二層4，該第二層4在下文被稱為模版層 Mkhablonenlage)，在該實施方式中，模版層4與網層1 一體構成。模版層4具有第二缺 口 5，在第二缺口 5內設有支承元件6。從圖1可以看出，間隔件3與支承元件6彼此連接並一體構成。間隔件3和與其 相連的支承元件6的厚度與絲網印版100的厚度7相等。當刮板順著網層1頂面沿側向移 動並將印刷介質送入缺口 2和3時，支承元件6減輕了絲網印版100垂直於刮板運動的彎 曲，這是因為支承元件6支承在布置於模版層4下的承印基板上。圖2沿著圖3以C-D表示的點劃線示出了絲網印版100的橫截面。圖中可以看到 第一缺口 2中的間隔件3，但是在該橫截面中沒有示出支承元件6。因此，第二缺口 5在該 位置處沒有支承元件6，從而印刷介質能夠經由第一缺口 2到達第二缺口 5，並且在設置於 絲網印版100下的基板上形成印線(Drucklinie)，該印線對應於第二缺口 5的寬度。因此， 間隔件3可以被向下壓，其中，間隔件3增強了網層1的穩定性。但是，如果在第二缺口 5 內設有支承在基板上的支承元件6，那麼印刷介質不能到達這些接觸位置，從而在這些位置 避免了「所述下壓」，並且在該基板上沒有印刷介質。這造成了對印刷介質的額外節約，在太 陽能電池中，所述印刷介質通常是較為昂貴的、有傳導能力的金屬材料，例如銀。第一缺口 2的寬度8至少為30微米，其中，間隔件3的寬度至少為10微米。圖1 和圖3示出了支承元件6，該支承元件6的水平橫截面呈圓形。從圖3可以看出，支承元件 6可以位於間隔件3下方，因而降低了第一缺口 2或者說絲網印版100的彎曲性。支承元件 6也可以設置在間隔件3的交叉點處，例如參見圖4中的絲網印版100的第二實施方式，該 實施方式還具有橫截面呈橢圓形的支承元件。在此，就絲網印版的輕微彎曲而言，支承元件 6的規則布置是有利的。圖5示出了基板9上的印刷圖案。所施加的印刷介質10在絲網印版100中設置 了圓形支承元件6的位置處具有裂口 11。此處沒有印刷介質10，從而在導電的金屬印刷介 質10的情況下在圍繞該裂口 11的區域中傳導電流。這些裂口也可以呈六邊形或者長方形， 參見圖6中的附圖標記12、13和14。這些橫截面呈六邊形的裂口對於充分利用面積是有 利的。長方形的裂口 14造成在印刷介質10中的電流被中斷。對應的支承元件是這樣設計 的，即，該支承元件從第二缺口 5的一側延伸到該第二缺口 5的相對一側，並且將該第二缺 口劃分成兩段(參見圖7至圖9)。針對裂口 14，印刷介質10形成了分界線30。在圖6所 示的實施方式中，該線筆直地延伸。當然，該分界線30同樣也可以彎曲地形成。在蜂窩式 裂口中，該分界線30僅部分直線式延伸。圖9是絲網印版100的第三實施方式的俯視圖，6其中，圖7沿著圖9中以E-F表示的點劃線示出橫截面。長方形的支承元件6設置在第一 缺口 2下方，其中，支承元件6從第二缺口 5的一側延伸到該第二缺口的相對的另一側。第 二缺口 5在該位置處完全被支承元件6貫穿，從而經由第一缺口 2漏印的印刷介質在該位 置處不能到達基板。第二缺口 5因此被劃分為第一段15和第二段16，參見圖8。僅在這兩 段15和16中，印刷介質能夠到達基板。圖10是利用本實用新型絲網印版100製造的基板的俯視圖。利用印刷介質10向 基板(此處為太陽能電池23)印刷具有寬度18的印製的第一金屬導線17和具有寬度20 的第二金屬導線19。第一金屬導線17是較窄的導線，其可以在太陽能電池中充當指狀線。 第二金屬導線19是較寬的導線，其與第一金屬導線17電接觸並且充當母線。在圖10所示 的太陽能電池23中，第二金屬導線19具有圓形裂口 11和長方形裂口 13。此外還設置裂 口 21，其中斷第二金屬導線19。這也可以利用裂口 22實現。然後，按照圓形、長方形或者 六邊形的幾何形狀來施加印刷介質10，從而周圍的區域形成裂口。該裂口也可以被描述為 「負極」，其中，印刷介質10形成「正極」。缺口 21和22可以佔據較大的表面，從而僅有很小 的區域被印刷介質10覆蓋。這些區域足以令橋接第二金屬導線的廉價金屬帶可以布置在 其上，從而可以節約用於第二金屬導線的昂貴原料。圖11示出了根據本實用新型的絲網印版100的第四實施方式的橫截面。第一缺 口 2和第二缺口 5以及間隔件3和支承元件6的表面設有塗層M。該塗層減小了印刷介 質10的通過面積，從而在基板9上能夠製成更纖細的線條。圖12是利用絲網印版的第四 實施方式施加了印刷介質10的基板9的側視圖。但是，如該視圖所示，由印刷介質10製成 的金屬線25大約是以該寬度延伸的。該塗層具有一厚度，該厚度至少為第一缺口 2或者第 二缺口 5的通孔沈的最小橫截面寬度的5%。在極端情況下，它也可以封閉該通孔沈，從 而完全沒有印刷介質可以穿過。與迄今為止用於形成通孔的製造工藝所能夠實現的相比， 通過採用這種塗層可以實現更小的通孔。如果該塗層是不粘塗層，那麼在通孔沈的通過寬 度極細的情況下，印刷介質能夠良好地朝向基板9的方向通過。具有第一層1作為網層和第二層4作為模版層的絲網印版100可以一體構成。當 然，這兩個層1和4僅通過缺口 2和5的深度來限定。當然也可以由相同材質或不同材質 的兩個部分來構成第一層1和第二層4。絲網印版可以由特質鋼薄膜製成，通過利用化學蝕 刻來加工該特質鋼薄膜得到網層2和模版層4。在一個優選實施方式中，網層具有一薄膜， 該薄膜具有第一缺口 2而且與模版層4相結合且牢固連接，該模版層4由基於聚乙烯醇、毛 細膜或者固體殘留物的光敏乳劑加工而成，或者利用結構化的電鍍(優選利用鎳)來生成。
權利要求1.一種絲網印版，其具有帶有第一缺口的第一層和帶有第二缺口的第二層，其特徵在 於，這些缺口如此設置，即，印刷介質能夠被輸送經過所述第一缺口之一，並且從此出發穿 過所述第二缺口之一到達能夠布置在所述第二層之下的基板上，其中，在所述第一缺口中 設有間隔件，並且在所述第二缺口中設有支承元件，其中，所述間隔件與所述支承元件彼此 連接，並且至少一個間隔件與支承元件一起具有一個厚度，所述厚度等於所述絲網印版的 厚度，其中，支承元件支承至少一個位於其上的間隔件，其中，所述間隔件之一的豎向剖面 不同於所述支承元件之一的豎向剖面。
2.根據權利要求1所述的絲網印版，其特徵在於，所述第一缺口或者所述第二缺口的 寬度至少為30微米。
3.根據權利要求1或2所述的絲網印版，其特徵在於，所述間隔件或者所述支承元件的 寬度至少為10微米。
4.根據權利要求1或2所述的絲網印版，其特徵在於，所述間隔件或者所述支承元件的 寬度最大為20微米。
5.根據權利要求1或2所述的絲網印版，其特徵在於，所述支承元件具有圓形、六邊形 或者長方形的橫截面。
6.根據權利要求1或2所述的絲網印版，其特徵在於，這些間隔件彼此之間的間距為 30微米至100微米。
7.根據權利要求1或2所述的絲網印版，其特徵在於，所述缺口和所述間隔件或者所述 支承元件的表面設有塗層。
8.根據權利要求7所述的絲網印版，其特徵在於，所述塗層的厚度等於所述第一缺口 或所述第二缺口的最小橫截面寬度的至少5%。
9.根據權利要求8所述的絲網印版，其特徵在於，所述塗層對水的接觸角在0°到90° 的範圍內。
10.根據權利要求8所述的絲網印版，其特徵在於，所述塗層對水的接觸角在從90°到 150°的範圍內。
11.根據權利要求1或2所述的絲網印版，其特徵在於，至少一個支承元件從所述第二 缺口的一側延伸到所述第二缺口的相對一側，並且將所述第二缺口劃分成至少兩段。
12.—種太陽能電池，其特徵在於，所述太陽能電池是利用根據權利要求1或2所述的 絲網印版製成的。
專利摘要本實用新型涉及一種絲網印版，其具有帶有第一缺口的第一層和帶有第二缺口的第二層，其中，這些缺口如此設置，即，印刷介質能夠被輸送經過所述第一缺口之一，並且從此出發穿過所述第二缺口之一到達能夠布置在所述第二層之下的基板上，其中，在所述第一缺口中設有間隔件，並且在所述第二缺口中設有支承元件，其中，所述間隔件與所述支承元件彼此連接，並且至少一個間隔件與支承元件一起具有一個厚度，所述厚度等於所述絲網印版的厚度，其中，支承元件支承至少一個位於其上的間隔件，其中，所述間隔件之一的豎向剖面不同於所述支承元件之一的豎向剖面。
文檔編號B41N1/24GK201824658SQ20102021998
公開日2011年5月11日 申請日期2010年6月9日 優先權日2009年6月9日
發明者邁克·貝克, 迪特馬爾·洛克-諾大浦 申請人:Nb科技股份有限公司