(57)【要約】【課題】太陽電池において、押出印刷により形成されるグリッド電極の端部の処理を改善する。【解決手段】グリッド電極材料を流出する流出孔１６９−１〜５を有するプリントヘッドアセンブリ１００に弁構造体１９０−１，２を設ける。弁構造体は、流出孔に連通するノズル流路を選択的に開閉できる。弁制御手段１９２により、弁構造体を移動させて、ノズル流路を開閉し、個々の流出孔が基板上の所定位置にあるときに、電極材料を流し出し、太陽電池基板４１上にプリント線４４−２〜５を印刷し、グリッド電極を形成する。【選択図】図１
2010141326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリントヘッドアセンブリを含む微細押出システムであって、
前記プリントヘッドアセンブリは、
流入口と、
第１ノズル流路を含む複数の細長いノズル流路が設けられ、各細長いノズル流路が、前記流入口と連通する流入部、および対応するノズル流出孔に連通する流出部を有するノズル構造体と、
を含み、
前記微細押出システムは、さらに
前記複数の細長いノズル流路それぞれのノズル流出孔に隣接して移動可能に配設される少なくとも一つの弁構造体と、
前記流入口から前記プリントヘッドアセンブリ内に一つ以上の材料を送り込んで、前記複数の細長いノズル流路それぞれの前記流入部内に、所定の圧力で前記材料を供給する材料供給システムと、
前記少なくとも一つの弁構造体を、第１動作状態と第２動作状態とに制御する制御手段であって、前記第１動作状態において、前記少なくとも一つの弁構造体の第１部分は、前記一つ以上の材料が前記第１ノズル流路の流出孔から前記基板上に流れることを当該第１部分が妨げるように配置され、前記第２動作状態において、前記少なくとも一つの弁構造体の前記第１部分は、前記一つ以上の材料が前記第１ノズル流路の前記ノズル流出孔から前記基板上に流れることを許容するように配置される、制御手段と、
を含む微細押出システム。
【請求項２】
材料供給システムから一つ以上の材料を受け入れる貯留槽と、前記貯留槽とこれに対応するノズル流出口との間に延びる複数の細長いノズル流路とを含み、少なくとも一つの弁構造体が、前記複数の細長いノズル流路それぞれのノズル流出口に隣接して位置調整可能に配設される、プリントヘッドアセンブリを利用して、対象の基板上に複数の平行なグリッド電極を形成する方法であって、
前記少なくとも一つの弁構造体が前記複数のノズル流路をすべて閉じるように、当該少なくとも一つの弁構造体を制御して、前記一つ以上の材料が、前記貯留槽から前記複数のノズル流路の流出口に流れることを前記少なくとも一つの弁構造体によって妨げ、
前記プリントヘッドアセンブリの複数のノズル流路が、前記対象の基板の上に配置されるように、前記対象の基板の表面の上に前記プリントヘッドアセンブリを配置し、
前記基板に対して、前記プリントヘッドアセンブリを相対移動させながら、前記少なくとも一つの弁構造体を制御して、前記複数のノズル流路のうちの少なくとも一つを開き、この少なくとも一つのノズル流路の流出口から前記基板上に、前記一つ以上の材料を流すことで、前記基板上に前記材料が付着して、前記複数の平行なグリッド電極の一つを形成すること、を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハを土台とする電子デバイスの製造に関し、より詳細には、微細押出成形技術を用いた、太陽電池のＨパターン電極の作製に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、内部光電効果により太陽光を電気に変換する従来のＨパターン電極太陽電池４０の一例を示す簡略図である。太陽電池４０は、既知の技術を利用して処理される半導体（たとえば、単結晶シリコン）基板４１の上に形成され、この基板４１は、ｎ型にドープされた上部領域４１Ａと、ｐ型にドープされた下部領域４１Ｂとを含むことで、基板４１の中心近くにｐｎ結合が形成されている。半導体基板４１の前面側表面４２には、ｎ型領域４１Ａに電気的に接続される一連の平行な金属グリッド電極（フィンガ）４４が配設される。実質的に固体の導電層４６は、基板４１の裏側表面４３に形成され、ｐ型領域４１Ｂに電気的に接続される。通常、基板４１の上面４２には、反射防止膜４７が形成される。
【０００３】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、それぞれ太陽電池４０の前面側および裏面側の電極パターンを詳細に示す斜視図である。図８（Ａ）に示すように、前面側電極パターンの太陽電池４０は、平行な狭幅グリッド電極４４の直線状の配列と、グリッド電極４４に直交して延びる一つ以上の広幅収集線（母線）４５とを含み、これらの電極、線は両方とも上面４２に形成される。グリッド電極４４は、前述した基板４１から電子（電流）を収集し、母線４５は、グリッド電極４４から電流を収集する。太陽光電池モジュールにおいて、母線４５は、主にはんだ付けによって取り付けられる金属リボン（図示せず）の取り付け先であり、このリボンは、一つのセルと別のセルとを電気的に接続するために利用される。
【０００４】
太陽電池４０を製造する従来の方法は、スクリーン印刷および微細押出を含む。スクリーン印刷技法は、最初は太陽電池の大量生産に利用されていたが、この技法は、半導体基板との物理的接触を必要とするため、生産の歩留まりが比較的低いという欠点を持っている。微細押出法は、より最近になってから、低コストの大面積半導体についての要望を満たすために開発されたもので、微細押出プリントヘッドを用いて、半導体基板の表面にドーパント坦持材料（ドーパントインク）を押出すことを含む。
【０００５】
図９は、太陽電池４０（図８（Ａ）に図示）の製造において、基板４１の前面側表面４２にグリッド電極４４を印刷するために現在用いられている微細押出法を示す簡略図である。基板４１は、プリントヘッド６０の下に配置されて、プリントヘッド６０に対して相対的に（たとえば、図９に矢印で示されるＹ軸方向に）移動され、この移動中に、複数のノズル吐出口６９からグリッド電極材料が押し出されることにより、押し出されたグリッド電極材料が基板４１上に平行なグリッド電極構造（プリント線（trace））を形成する。押出（グリッド電極印刷）プロセスは、ノズル吐出口６９が、基板４１の前端４１Ｆから所定の距離に配置されて、グリッド電極４４の前縁が前端４１Ｆから間隔Ｓだけ離隔するときに開始される。この間隔は、グリッド電極材料が前端４１Ｆに過度に近接して付着することを防ぐために設けられるもので、このような過度に近接した付着は、グリッド電極４４と、基板４１の裏面に形成される導体（図示せず）との間に短絡を引き起こす可能性がある。同様に、グリッド電極印刷プロセスは、グリッド電極４４の後縁と基板４１の後端４１Ｂとの間に間隔を設けるように停止される。スクリーン印刷技法と比べ、基板４１へのドーパント材料の押出法は、ドープ領域の特性分解能のより優れた制御を提供することに加え、基板４１と接触しない付着処理を円滑に行うことで、ウエハの破損を防止（すなわち、生産の歩留まりを改善）する。このような製造技術は、たとえば、米国特許出願公開第２００８／０１３８４５６号に開示されている。この米国特許出願はその開示内容全体を本願明細書の一部として援用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０１３８４５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図９の右下部分に示されるように、現在の太陽電池の押出印刷技術には、印刷されるプリント線（trace）の途切れのないきれいな開始部および終了部の形成が困難であるという問題がある。たとえば、図９の最も右側のプリント線４４Ａによって示されるように、グリッド電極印刷プロセスの開始時における、押出材料の途切れ途切れの流出で、破断した（分割された）グリッド電極が作製されて、グリッド電極４４Ａの全長に沿った電気導電性を阻害することになり得る。同様の分割された線の区画は、グリッド電極印刷プロセスの終了時に、グリッド電極４４の終端部にも作製される。この破断したプリント電極は、送り出しの開始時（および停止時）に導電性インクと支持材の少なくともいずれかの流れが不均一になるために生じる。グリッド電極４４のこの分断は、プリントヘッド６０の下に基板４１が配置される前に送り出し（とその結果の印刷）を開始して、押出材料が基板４１に付着する前にグリッド電極材料の流れを安定させると共に、基板４１がプリントヘッド６０の下を完全に通過し終わった後で送りを停止することによって防止できる。ただし、この解決策では、ウエハの縁の上にまで導電性インクを印刷して、基板の上面と下面の間に電気的短絡を発生させることになり、太陽電池が使いものにならなくなるという問題が生じる。
【０００８】
図１０および図１１に示すように、現在の太陽電池の押出印刷装置が直面する問題は、多くの太陽電池が、矩形でない基板（ウエハ）上に形成されることである。すなわち、現在の機構を改善して、きれいな開始部／終了部が得られるようにしたとしても、現行の機構では、ノズルを個別に制御することができず、円形のウエハに印刷を行う時に生じるように、少なくとも一部のグリッド電極が他のグリッド電極よりも短くなる、図１０に示すような八角形の基板や、図１１に示すものなど、矩形以外の領域への印刷を円滑に行うことができない。これらの矩形でないウエハでは、中央に位置するより長いグリッドと基板の縁に位置するより短いグリッドの両方に所望の隙間（間隔Ｓ）を設ける必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の微細押出システムは、プリントヘッドアセンブリを含む微細押出システムであって、前記プリントヘッドアセンブリは、流入口と、第１ノズル流路を含む複数の細長いノズル流路が設けられ、各細長いノズル流路が、前記流入口と連通する流入部、および対応するノズル流出孔に連通する流出部を有するノズル構造体と、含み、前記微細押出システムは、さらに、前記複数の細長いノズル流路それぞれのノズル流出孔に隣接して移動可能に配設される少なくとも一つの弁構造体と、前記流入口から前記プリントヘッドアセンブリ内に一つ以上の材料を送り込んで、前記複数の細長いノズル流路それぞれの前記流入部内に、所定の圧力で前記材料を供給する材料供給システムと、前記少なくとも一つの弁構造体を、第１動作状態と第２動作状態とに制御する制御手段であって、前記第１動作状態において、前記少なくとも一つの弁構造体の第１部分は、前記一つ以上の材料が前記第１ノズル流路の流出孔から前記基板上に流れることを当該第１部分が妨げるように配置され、前記第２動作状態において、前記少なくとも一つの弁構造体の前記第１部分は、前記一つ以上の材料が前記第１ノズル流路の前記ノズル流出孔から前記基板上に流れるように配置される、制御手段と、を含む。
【００１０】
本発明の他の態様のグリッド電極を形成する方法は、材料供給システムから一つ以上の材料を受け入れる貯留槽と、前記貯留槽とこれに対応するノズル流出口との間に延びる複数の細長いノズル流路と、を含み、少なくとも一つの弁構造体が、前記複数の細長いノズル流路それぞれのノズル流出口に隣接して位置調整可能に配設される、プリントヘッドアセンブリを利用して、対象の基板上に複数の平行なグリッド電極を形成する方法であって、前記少なくとも一つの弁構造体が前記複数のノズル流路をすべて閉じるように、当該少なくとも一つの弁構造体を制御して、前記一つ以上の材料が、前記貯留槽から前記複数のノズル流路の流出口に流れることを前記少なくとも一つの弁構造体によって妨げ、前記プリントヘッドアセンブリの複数のノズル流路が、前記対象の基板の上に配置されるように、前記対象の基板の表面の上に前記プリントヘッドアセンブリを配置し、前記基板に対して、前記プリントヘッドアセンブリを相対移動させながら、前記少なくとも一つの弁構造体を制御して、前記複数のノズル流路のうちの少なくとも一つを開き、この少なくとも一つのノズル流路の流出口から前記基板上に、前記一つ以上の材料を流すことで、前記基板上に前記材料が付着して、前記複数の平行なグリッド電極の一つを形成すること、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る概略的実施形態である太陽電池製造用の微細押出システムを示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す実施形態のプリントヘッドアセンブリの構成を例示する概略斜視図である。
【図３（Ａ）】図２に示すプリントヘッドアセンブリを用いたグリッド電極の印刷動作を示す図である。
【図３（Ｂ）】図２に示すプリントヘッドアセンブリを用いたグリッド電極の印刷動作を示す図である。
【図３（Ｃ）】図２に示すプリントヘッドアセンブリを用いたグリッド電極の印刷動作を示す図である。
【図３（Ｄ）】図２に示すプリントヘッドアセンブリを用いたグリッド電極の印刷動作を示す図である。
【図３（Ｅ）】図２に示すプリントヘッドアセンブリを用いたグリッド電極の印刷動作を示す図である。
【図３（Ｆ）】図２に示すプリントヘッドアセンブリを用いたグリッド電極の印刷動作を示す図である。
【図４（Ａ）】弁構造体の他の例を示す斜視図である。
【図４（Ｂ）】弁構造体の他の例を示す斜視図である。
【図５】弁構造体の更に他の例を示す斜視図である。
【図６】共押出システムの例を示す断面図である。
【図７】太陽電池の断面図である。
【図８（Ａ）】Ｈ型パターンのグリッド電極を有する太陽電池の前面を示す図である。
【図８（Ｂ）】太陽電池の背面を示す図である。
【図９】従来のグリッド電極の印刷過程を示す図である。
【図１０】矩形でない基板に形成されたＨ型パターンのグリッド電極を有する太陽電池の前面を示す図である。
【図１１】円形の基板に形成されたＨ型パターンのグリッド電極を有する太陽電池の前面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、微細押出システム、より詳細には、太陽電池の製造に用いられる微細押出システムの改良に関する。下記の説明は、当業者が、特定の用途およびその要件に関連して規定されるように本発明を作製および利用できるようにするためのものである。本明細書では、「上」、「上部」、「下」、「底部」、「前」、「後」、および「横方向」などの方向を表す用語は、説明を目的として相対的位置を提示するものであり、絶対的な規準系を指定することを意図したものではない。好ましい実施形態に対する各種の変形例は、当業者には明らかであろう。また、本明細書に定義する一般的原理は、太陽電池の製造以外の用途にも適用することができる。したがって、本発明は、図示および説明する特定の実施形態に限定されることを意図したものではなく、本明細書に開示する原理および新規な特徴に矛盾しない最も広範な範囲に一致するものである。
【００１３】
図１は、本発明の概括的実施形態に係る、太陽電池（たとえば、不純物を添加した単結晶シリコン）基板４１上に押出材料（インク）を印刷する（付着させる）微細押出システム５０の一部を示す斜視図である。微細押出システム５０は、概して、印刷プロセス中、基板４１の上方に配置されるプリントヘッドアセンブリ１００と、プリントヘッドアセンブリ１００内にインクを送る材料供給システム６０と、印刷プロセス中に、基板４１の上でプリントアセンブリ１００を移動する（または、プリントヘッドアセンブリ１００の下で基板４１を移動する）位置決め機構（図示せず）とを含む。図１に示した実施形態において、基板４１は、図１０を参照して前述したものと同様の方式で、前端４１Ｆと側端４１Ｓの間に延びる面取り端４１Ｃを含む。後述するように、図１を参照しながら下記に説明する総括的実施形態、および図２〜６を参照しながら下記に説明する各種の具体的実施形態は、矩形の基板および矩形でない基板の両方において、基板上に太陽電池パネルを作製するために有利に利用される。本発明に従って太陽電池パネルを作製するために本明細書に記載されるように変更できる微細押出システムは、たとえば、「ＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ  ＥＸＴＲＵＤＥＤ  ＢＥＡＤ  ＣＯＮＴＲＯＬ（指向性押出ビード制御）」という名称で２００８年１１月７日に出願された、本願と共同所有される同時係属中の米国特許出願第１２／２６７，０６９号に、より詳細に記載されている。この米国特許出願は、その開示内容全体を本願明細書の一部として援用する。
【００１４】
図１の上部を参照しながら説明すると、プリントヘッドアセンブリ１００は、ブロック状の構造体（部分的に図示）であり、材料供給システム６０からインクを受け取る流入口１１６と、実質的に均一な所定の圧力でインクを収容する貯留槽１２０と、貯留槽１２０から一連のノズル流出口（孔）１６９−１〜１６９−５にインクを送る、一列の平行なノズル流路１６２−１〜１６２−５が設けられたノズル構造体１５０とを含む。各ノズル流路（たとえば、ノズル流路１６２−５）は、貯留槽１２０と連通する流入部（上部）（たとえば、流入領域１６２−５Ｉ）と、対応するノズル流出口（たとえば、ノズル流出口１６９−５）に連通する流出部（下部）（たとえば、流出領域１６２−５Ｏ）とを含む。この構成において、各ノズル流路１６２−１〜１６２−５の流入領域（たとえば、流入領域１６１−１Ｉおよび１６２−５Ｉ）内に配置されたインクは、ノズル流出口１６９−１〜１５９−５からの押出印刷に適した所定の圧力に維持される。
【００１５】
本発明の一態様によれば、プリントヘッドアセンブリ１００は、ノズル流路１６２−１〜１６２−５内に位置調節可能に配設される弁構造体１９０−１および１９０−２を含み、システム５０は、弁構造体１９０−１および１９０−２を制御して、各ノズル流路１６２−１〜１６２−５を通るインクの流れの個別制御を円滑に行う弁制御装置１９２も含む。特に、弁制御装置１９２は、各種の動作状態を容易に実現する方式で弁構造体１９０−１および１９０−２を制御し、各ノズル流路１６２−１〜１６２−５を通るインクの流れは、選択された動作状態によって規定される。たとえば、図１に示す第１動作状態において、弁構造体１９０−１は、弁構造体１９０−１の一部分１９０−１１が、流入部１６２−１Ｉと流出部１６２−１Ｏの間でノズル流路１６２−１内に配置されて、その部分１９０−１１が、流入部１６２−１Ｉと流出部１６２−１Ｏの間の材料の流れをブロックする（妨げる）ように、弁制御装置１９２によって配置される。このように、本実施形態において、ノズル流路１６２−１は、第１動作状態において閉じている。第２動作状態（図１には示しておらず、下記に説明のみ記載）において、部分１９０−１１は、ノズル流路１６２−１の流入部１６２−１Ｉと流出部たとえば１６２−１Ｏとの間の領域から離れて配置されて、流入領域１６２−１Ｉと流出部１６２−１Ｏの間の通路が開き、インクが貯留槽１２０からノズル流出孔１６９−１を通って基板４１上に流れる（この様子は、たとえば、図１において、ノズル流路１６２−２〜１６２−５について示される）。ノズル流出孔１６９−１に隣接して部分１９０−１１が配置されるように、プリントヘッドアセンブリ１００の内部に弁構造体１９０−１を設けることによって、各グリッド電極印刷プロセスの開始時および終了時における、高圧の材料源（たとえば、貯留槽１２０および流入領域１６２−１Ｉ）と、基板４１との間の距離を縮めることで、本発明は、従来のプリントヘッドに関連する分断グリッド電極の発生を容易に抑制する。
【００１６】
本発明の一態様によれば、各弁構造体１９０−１および１９０−２は、２つ以上のノズル流路を通る材料の流れを選択的に制御して、特定の弁構造体によって制御される一つ以上のノズル流路が選択的に閉じられると同時に、その特定の弁構造体によって制御される一つ以上のノズル流路が選択的に開くようにする。たとえば、図１に示す第１動作状態において、部分１９０−１１が、ノズル流路１６２−１の流入部と流出部の間に配置されて、ノズル流路１６２−１を閉じると同時に、弁構造体１９０−１の部分１９０−１２が、ノズル流路１６２−２の流入部と流出部から離れて配置されてノズル流路１６２−２を開くように、弁構造体１９０−１が選択的に調整される。したがって、弁構造体１９０−１が調整される位置は、インクが、ノズル吐出口１６９−２からは印刷されるが、ノズル吐出口１６９−１からは印刷されないように、ノズル流路１６２−１および１６２−２を通る材料の流れを制御する。第２動作状態（上記で説明したが図１には図示されていない）において、弁構造体１９０−１は、部分１９０−１１が、ノズル流路１６２−１の流入部１６２−１Ｉと流出部１６２−１Ｏの間の領域の外に移動して、ノズル流路１６２−１および１６２−２の両方を開くように調整される。第２動作状態において、ノズル流路１６２−２は、開かれても（たとえば、図１に示されるように、部分１９０−１２が、ノズル流路１６２−２の流入部および流出部から離れて配置されても）、または閉じられても（すなわち、部分１９０−１２が、ノズル流路１６２−２の流入部と流出部の間に配置されても）よいことに留意されたい。下記で更に詳しく説明するように、２つ以上のノズル流路を選択的に制御して、所望の動作状態に応じて個別に開閉を行うことで、本発明は、端縁の間隔要件に反することなく、矩形でない基板へのグリッド電極の印刷を容易に行えるようにする。また、２つ以上のノズル流路を選択的に制御して個別に開閉を行うことで、処理方向と交差する方向における太陽電池パネル基板４１の位置ずれの自動補正を容易に行えるようにする。たとえば、図１に示すように、基板４１が、プリントヘッドアセンブリ１００の下に不適切に配置されて、側端４１Ｓは、ノズル流路１６２−２の下に位置しているが、ノズル流路１６２−１の下には位置しない（すなわち、基板４１が、プリントヘッドアセンブリ１００に対して右側に誤ってシフトされている）場合、プリントヘッドアセンブリ１００の動作状態は、印刷プロセス中、ノズル流路１６２−１が閉じたまま残るように選択されることで、インクの誤印刷に関わる浪費および散乱を防ぐ。同時に、基板４１の反対側の側端（図示せず）の上で、一つ以上のノズル流路を選択的に開いて、位置のずれた基板４１に対処することで、本発明の特徴を含まないプリントヘッドの場合に必要とされる、プリントヘッドの下に基板４１を再配置する時間およびコストが生じないようにする。
【００１７】
本発明の他の態様によれば、弁構造体１９０−１および１９０−２は、弁制御装置１９２によって個別に制御されるため、弁構造体１９０−１が、ノズル流路１６２−１および１６２−２からの材料の流れを選択的に制御し、弁構造体１９０−２は、ノズル流路１６２−３，１６２−４、および１６２−５からのインクの流れを選択的に制御する。図１に示すように、この個別の制御は、選択されたノズル流路（たとえば、ノズル流路１６２−３、１６２−４、および１６２−５）を同時にオンに切り替える一方で、他の流路（たとえば、ノズル流路１６２−１および１６２−２）をオフにしたままにができるようにすることによって、矩形でない基板への印刷を更に容易にする。特に、ノズル流出口１６９−３〜１６９−５が、基板４１の前端４１Ｆから所定の距離Ｓで配置されるように、プリントヘッドアセンブリ１００が基板４１に対して位置決めされると、弁構造体１９０−２は、ノズル流路１６２−３，１６２−４，１６２−５を開いて、それぞれ前端４１Ｆから所定の距離Ｓだけ離隔した前端４４−３Ｆ，４４−４Ｆ，４４−５Ｆを有するプリント線４４−３，４４−４，４４−５を形成するように、弁制御装置１９２によって制御される。ここで、ノズル流路１６２−３、１６２−４、および１６２−５と同時にノズル流路１６２−２を開くと、端縁間隔要件（すなわち、距離Ｓ）に反するプリント線が形成されてしまうことに留意されたい。ノズル流路１６２−３、１６２−４、および１６２−５の開放に対応する時間のすぐ後の時点、すなわち、プリントアセンブリ１００が配置されて、基板４１の上方で、ノズル吐出口１６２−２が正しく配置された時点で、弁構造体１９０−１は、ノズル流路１６２−２を開いて、面取り端４１Ｃから距離Ｓだけ離れた前端４４−２Ｆを有するプリント線を作製するように、弁制御装置１９２によって制御される。このように、弁構造体１９０−２とは別に弁構造体１９０−１を制御することによって、本発明は、矩形でない基板４１上へのグリッド電極４４−１〜４４−５の印刷を、所定の端縁間隔要件に反することなく容易に行えるようにする。
【００１８】
図２は、本発明の第１の具体的実施形態に係る、太陽電池パネル基板（図示せず）にインクを印刷する微細押出システム５０Ａの一部を示す変形例の部分斜視図である。微細押出システム５０Ａは、概観すると、貯留槽１２０Ａと、前述したものと同様の方式で設けられるノズル流路１６２−１Ａ〜１６２−５Ａとを有するプリントヘッドアセンブリ１００Ａを含み、前記ノズル流路１６２−１Ａ〜１６２−５Ａは、３ｍｍまたはそれ未満のピッチＰの間隔で配置される。本実施形態によれば、プリントヘッドアセンブリ１００Ａには、ヘッドの長さ方向に延びる溝（細長開口）１９５Ａが形成され、この溝１９５Ａは、ノズル吐出口（たとえば、ノズル吐出口１６９−１Ａおよび１６９−５Ａ）が形成された底面に近接し、かつ平行である。特に、溝１９５Ａは、各ノズル流路１６２−１Ａ〜１６２−５Ａの流入部と流出部の間に延びている。たとえば、溝１９５Ａの第１領域は、ノズル流路１６２−１Ａの流入部１６２−１ＡＩと流出部１６２−１ＡＯの間に配置され、溝１９５Ａの第２領域は、ノズル流路１６２−５Ａの流入部１６２−５ＡＩと流出部１６２−５ＡＯの間に配置される。密着嵌合する中実の矩形帯片（細長部材）１９０−１Ａおよび１９０−２Ａは、弁構造体として機能し、溝１９５Ａ内にスライド可能（移動可能）に配設されるため、各帯片１９０−１Ａおよび１９０−２Ａは、溝１９５Ａに沿って位置決めされる（スライド）が可能である（たとえば、プリントヘッドアセンブリ１００Ａの更に中側に移動するか、またはプリントヘッドアセンブリ１００Ａから全体的もしくは部分的に離脱することができる）。
【００１９】
図２は、帯片１９０−１Ａおよび１９０−２Ａが、どのように帯片位置決め機構９０Ａによって選択的に位置決めされて、選択されたノズル流路１６２−１Ａ〜１６２−５Ａを開閉するのかを示す簡略図として役立つ。点線によって示されるように、帯片１９０−１Ａは、ノズル流路１６２−１Ａおよび１６２−２Ａに対応する部分の溝１９５Ａにおいて、帯片１９０−１Ａが、ノズル流路１６２−１Ａおよび１６２−２Ａを通るインクの流れをブロックするように配置され、帯片１９０−２Ａは、ノズル流路１６２−３Ａ，１６２−４Ａ、および１６２−５Ａに対応する部分の溝１９５Ａにおいて、ノズル流路１６２−３Ａ，１６２−４Ａ、および１６２−５Ａにインクが流れるように配置される。ノズル流路１６２−１Ａ〜１６２−５Ａを通るインクの流れは、帯片１９０−１Ａおよび１９０−２Ａの一つ以上を選択的に挿入する／後退させることによって前記の状態から調整できる。たとえば、帯片１９０−１Ａを少し左へ動かすと、ノズル流路１６２−２Ａが開き、更に左に動かすと、ノズル流路１６２−１Ａも開く。同様に、帯片１９０−２Ａを左に差し込むと、その帯片１９０−２Ａが差し込まれる距離に応じて、ノズル流路１６２−３Ａ，１６２−４Ａ，１６２−５Ａのうちの一つ以上が閉じることになる。当然ながら、インクを送る機構は、プリントヘッドアセンブリ１００Ａ内へのインクの流量を抑制して、有効な（開いた）ノズルごとの流量を一定の割合に維持するための調整を必要とする場合がある。溝／帯片の幅方向および垂直方向の正確な配置により、提示したような制御が実現する。この設計および利用する方法についての多くの変形例が存在するが、それぞれ異なる特徴および問題を持っている。
【００２０】
図３（Ａ）〜３（Ｆ）は、矩形でない基板４１に対して実行されるグリッド電極印刷プロセス中のプリントヘッド１００Ａ（図２を参照して上記に説明）を示す上面図である。既に説明したように、グリッド電極印刷プロセスは、グリッド電極が所定の端縁間隔要件をすべて満たすように、基板上に平行なグリッド電極を形成することを伴う。
【００２１】
図３（Ａ）を参照すると、グリッド電極印刷プロセスは、帯片１９０−１Ａおよび１９０−２Ａが溝１９５Ａ内に完全に挿入された状態で始まるため、すべてのノズル流路１６２−１Ａ〜１６２−５Ａが閉じられて、インクの付着が防止されている。プリントヘッド１００Ａは、ノズル流路１６２−１Ａ〜１６２−５Ａが、前端４１Ｆと平行に整列されるように、基板４１の上方に配置される。基板４１は、プリントヘッド１００Ａに対して、図３（Ａ）に矢印Ｙで示される方向に相対移動するため、ノズル流路１６２−１Ａ〜１６２−５Ａは、上面４２の上を通過するように仕向けられる。
【００２２】
図３（Ｂ）に示されるように、基板４１（または、プリントヘッドアセンブリ１００Ａ）が移動して、ノズル流路１６２−３Ａ〜１６２−５Ａが、前端４１Ｆから所定の端縁間隔距離Ｓに配置されると、帯片１９０−２Ａが溝１９５Ａ内で移動して、ノズル流路１６２−３Ａ〜１６２−５Ａを開くことにより、上面４２にインクが付着して、グリッド電極４４−３、４４−４、および４４−５がそれぞれ形成される。これらのグリッド電極の前端は、距離Ｓで前端４１Ｆから離隔していることに注目されたい。また、ノズル流路１６２−１Ａおよび１６２−２Ａは、基板４１の面取り端の上部に位置しているため、帯片１９０−１Ａは、溝１９５Ａの中で当初の位置のまま留まり、所定の端縁制約条件に反することになるノズル流路１６２−１Ａおよび１６２−２Ａからのインクの付着を防いでいることにも注目されたい。
【００２３】
図３（Ｃ）に示すように、ノズル流路１６２−３Ａ〜１６２−５Ａが開いたままグリッド電極４４−３〜４４−５を形成している状態で、ノズル流路１６−２Ａが面取り端４１Ｃから距離Ｓのところに配置されると、溝１９５Ａ内で帯片１９０−１Ａがわずかに移動して、ノズル流路１６２−２Ａを開くことによって、上面４２にインクが付着して、グリッド電極４４−２が形成される。ここで、ノズル流路１６２−１Ａは、面取り端４１Ｃの上方に位置したままであるため、帯片１９０−１Ａは、溝１９５Ａの中に配置されたまま残るため、ノズル流路１６２−１Ａからインクが押し出されないようになっている点に留意されたい。
【００２４】
図３（Ｄ）に、ノズル流路１６２−１Ａが、面取り端４１Ｃから距離Ｓのところに配置された時点の印刷プロセスを示す。このとき、帯片１９０−１Ａが溝１９５Ａ内で移動することで、ノズル流路１６２−１Ａが開くことにより、上面４２の上にインクが付着して、グリッド電極４４−１が形成される。ノズル流路１６２−２Ａ〜１６２−５Ａは、開いたまま、グリッド電極４４−２〜４４−５を形成し続ける。
【００２５】
図３（Ｅ）および３（Ｆ）は、グリッド電極印刷プロセスの最終段階（すなわち、プリントヘッドアセンブリ１００Ａが、基板４１の側端４１Ｓと後端４１Ｂの間に延びる後部面取り端４１Ｃ２の上を通過する状態）を示している。図３（Ｅ）を参照して説明すると、上記で説明したものと逆の方式で、各段階において溝１９５Ａ内に弁構造体１９０−１Ａが挿入されて、ノズル流路１６２−１Ａおよび１６２−２Ａを閉じることで、グリッド電極４４−１および４４−２の後部終点が、後方面取り端４１Ｃ２から所定の距離Ｓで配置される。次に、図３（Ｆ）に示されるように、弁構造体１９０−２Ａが溝１９５Ａ内に挿入されて、ノズル流路１６２−３Ａ，１６２−４Ａ、および１６２−５Ａを閉じると、グリッド電極４４−３，４４−４、および４４−５の後部終点が、基板４１の後端４１Ｂから所定の距離Ｓで配置される。
【００２６】
図３（Ａ）〜３（Ｆ）は、プリントヘッドアセンブリのノズル流路は、プリントヘッドの一方の側から他方の側に向かって（たとえば、一つの帯片を用いる場合）、または最も内側のノズル流路から最も外側のノズル流路に向かって（図３（Ａ）〜３（Ｆ）に示したように２つの帯片を用いる場合）、順次に開閉できることを示したものである。図１１に示した円形セルのような形状についてのプロセスも同様である。たとえば、長さが等しい２つの帯片が、両端からそれぞれ一つずつ溝の中に配置される。初めは、これらの帯片は、両方とも完全に挿入された状態にあり、セルの縁がプリントヘッドの下を通過するまで、その状態のまま残る。両方の帯片を少しずつ対称に（ただし非線形的に）取り除くことによって、押し出される線（電極）が半円を形作る。セルの中心がヘッドを通過した時点で、このプロセスを逆転して、円形プリントの残りの半分を形成することができる。個々のプリント線の途切れのないきれいな開始／終了のために、帯片は、その終端がノズルの直前にある位置（インクが通常に流れる状態）から、終端がノズルの直後にある位置（流れない状態）まで速やかに移動しなければならない。ただし、より漸進的な動きであっても、プリント線の最初と最後をある程度形づけることもできる。共押出処理（後述する）と組み合わせて利用した場合、本方法は、最終的に母線が塗布される場所にプリント線を印刷するときに、狭い領域のプリント線への支持材の流れを遮ることができる。
【００２７】
多くのセル構造において、プリント線の終端は、通常、中央部分よりもかなり少ない電流しか流れない。プリント線の終端においてインクの流量を徐々に絞ることによって（特に、支持材がそのように規制されない場合）、プリント線を先細に（すなわち、終端においてより細くなるように）することができる。これらの低電流領域において、影の形成を低減することによってセル効率を若干向上させることで、対応する電流損失の増加に起因する若干の効率低下が克服される。このような形成方式を利用した場合、遮断する２つの隣接ノズルの間の距離よりも長い距離について、プリント線のテーパ部を有用に延長できるセル形状であれば、帯片の終端に開口径を定めるＶ字切欠きを刻むこともできる。これにより、現在オンに設定されている、または遮断されているノズルの後の２つ以上のノズルを動的に制御できるようになる。状況によっては、他の形状の切欠き（たとえば、半円形または放物線形）が適している場合もある。
【００２８】
図４（Ａ）および４（Ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る、プリントヘッド１００Ｂの内部にスライド可能に設けられる弁構造体１９０Ｂを示す簡略斜視図である。プリントヘッド１００Ｂは、ノズル流路１６２−１Ｂ〜１６２−３Ｂ、および矩形溝（図示せず）を含み、この矩形溝は、流入部１６２−１ＢＩ，１６２−２ＢＩ，１６２−３ＢＩと、流出部１６２−１ＢＯ，１６２−２ＢＯ，１６２−３ＢＯの間を通る。図において、プリントヘッド１００Ｂのうち、ノズル流路１６２−１Ｂ〜１６２−３Ｂの周り部分は、判りやすくするため省略されている。弁構造体１９０Ｂは、図２を参照しながら上記で説明した実施形態と次の点が異なる。弁構造体１９０−１Ａおよび１９０−２Ａは、中実の帯片であるのに対し、弁構造体１９０Ｂには、開口部１９７−Ｂ１〜１９７−Ｂ３が設けられており、この開口部１９７−Ｂ１〜１９７−Ｂ３は、弁構造体１９０Ｂが開位置（図４（Ａ）に記載）にスライドしたときに、ノズル流路１６２−１Ｂ〜１６２−３Ｂと整列するように配置されている。図４（Ｂ）に示すように、弁構造体１９０Ｂが閉位置にスライドすると、開口部１９７−Ｂ１〜１９７−Ｂ３は、それぞれノズル流路１６２−１Ｂ〜１６２−３Ｂからオフセットされ、ノズル流路１６２−１Ｂ〜１６２−３Ｂは、弁構造体１９０Ｂの中実部分にブロックされる。プリントヘッド１００Ｂは、たとえば、正方形の太陽電池基板に用いられ、中実の帯片状の弁構造体を高速に引き抜いたり、挿入したりすること生じる、グリッド電極の受け入れがたいジグザグ模様が形成される場合に利用される。プリントヘッド１００Ｂは、比較的少ない量の帯片１９０Ｂの移動で、すべてのノズル流路を同時に開閉することによって、前述のジグザグ模様が形成されることを防ぐ。この実施例は、プリントヘッドのクリーニングという点でより適切なものであり得る。中実の帯片を使用した場合、溝の中の大きな区画にインクが充填されることがあり、帯片を頻繁に移動したとしても、全体の流量に対し決まった分量ではないインクの小さな塊が生じてしまう。このようなインクの塊がその場で乾燥し、その後で取り除かれること、ノズルや、通路の下流部分に目詰まりを生じることになり得る。入口／出口通路のサイズ（またはそれより小さいサイズ）の穴を有する帯片の場合、、この穴内の小さい「コイン」状のインクのみが、流れから取り除かれ、穴が再び流れに整列した時点で、このすべてのインクはもう一度、流れに戻される。
【００２９】
図４（Ａ）および４（Ｂ）に示した概念については多くの変形が可能であることは、当業者であれば理解されるであろう。たとえば、帯片内に一つ以上の細長穴を利用することによって、弁構造体のスライド位置に基づいて、所定の一連のノズル流路を開くことができる。また、穴、細長穴、漸進的にノズルを塞ぐこと、および帯片端部の切欠きの組み合わせは、すべて、線の異なる形状、および全体の印刷パターンが異なるものを実現するために利用できる。
【００３０】
図５に、他の有用な変形例を示す。この例では、棒状の弁構造体１９０Ｃが利用され、この弁構造体１９０Ｃは、プリントヘッド内に設けられる円筒穴または中ぐり（図示せず）の中に移動可能に配設される。円筒穴を精度よく機械加工することは、通常、矩形の溝を形成することよりもはるかに簡単なはずである。この棒状の弁構造体は、中実ロッドであってよく、ロッドが出入りする際に、まず外側から始まってノズルをブロックしてゆくことによって、図２を参照しながら前述した中実帯片の実施形態と同様に動作する。これに代えて、棒状の弁構造体を処理して穴を設けることもでき、この穴は、図４（Ａ）および４（Ｂ）を参照しながら前述したものと同様に機能して、弁構造体１９０Ｃがプリントヘッドの内外に移動する際に、複数のノズル流路を同時に開閉する。また、これに代えて、棒状の構造の側面に、ノズル流路の間隔と同じ間隔で、切欠き１９７−Ｃ１，１９７−Ｃ２，１９７−Ｃ３を設け、円形の特性を利用して、ノズル流路の開閉を簡単にすることもできる。この構成では、ノズル流路の開閉は、弁構造体１９０Ｃを回転（たとえば、図５に二重線矢印で示すように回転）させて、切欠きにインクが流れるようにするか、または、切欠きを反対側に廻して、棒材でインクの流れをブロックすることによって達成される。
【００３１】
図１を参照しながら上記で提案したように、前述の具体的実施形態は、進行方向と交差する方向におけるプリントヘッドと基板の心ずれを自動的に補正することにも利用できる。前述した印刷プロセスにおいて、ヘッドに対する、処理方向と交差する方向のセルの配置は、極めて重要である。２ミリメートル程度の位置ずれでも、印刷余白が侵害されて、一方の側の過度に大きい印刷されない面（効率の低下）と、他方の側の基板端縁を超えて印刷する可能性（セルの破損）とが生じることになる。一旦配置された後でセル基板を横方向に移動することは、困難であるか、もしくは費用が高くつくか、またはその両方であったりする。ヘッド全体を横方向に移動することも、同様に好ましくないと考えられる。ただし、２つの帯片を溝の両端にそれぞれ一つずつ利用して、その２つを一緒に移動することによって、処理方向と交差する方向に、印刷領域を移動することができる。ヘッドを、実際のウエハよりも若干幅広に作製して、各端部において、２〜３個のノズルを帯片で定常的にブロックしておく。セルがオフセットしていることを検出したら、一方の端部の帯片を利用して、ノズルを開き、他方の端部の帯片を利用してノズルを閉じる。これにより、一つの線の隙間分の幅だけ印刷領域が横に移動する。
【００３２】
図６は、太陽電池基板に２つの材料（たとえば、電気的に非導電性の犠牲材料と導電性インク（たとえば、銀インク））を同時に付着させる共押出プリントヘッド１００Ｄの一部を示す、側面の簡略断面図である。このような材料の共押出は、概してこの分野で知られており、本明細書に記載する方法の変形例として適したプリントヘッドは、本願と共に所有される、同時係属中の米国特許出願第１２／２６７，０６９号（上記でも引用）に更に詳しく記載されている。本実施形態において、プリントヘッド１００Ｄは、帯状の弁構造体１９０Ｄを含み、この弁構造体１９０Ｄは、ノズル流路１６２Ｄの一部を選択的にブロックするように、溝１９５Ｄ（弁構造体１９０Ｄと共に端面図に記載）内にスライド可能に設けられる。帯片１９０Ｄの存在によって、銀インクマニホルド１２０Ｄ−１から流入する銀インクのみが遮断されることに注目されたい。犠牲材料は非導電性であるため、犠牲材料がセル境界を越える（すなわち、端縁制限の外に付着する）ことは許容されるため、犠牲材料マニホルド１２０Ｄ−２および１２０Ｄ−３からの材料の流れは、帯片１９０Ｄによって制御されない。動作中、銀材料の流れのみが、たとえば、前述した方法を用いて制御される。ただし、必要であれば、同じ場所の幅広の帯片は、銀インクと犠牲材料の両方を協調的に制御する（両方のオンとオフを同時に切り替える）。この３つの流れの合流ポイントの後のより低い位置に帯片を配置した場合は、混合した液流が、オン／オフに切り替えられる。
【００３３】
本発明について、特定の具体的実施形態を参照しながら説明したが、本発明の進歩的な特徴は、他の実施形態にも同様に適用可能であり、これらすべての実施形態は、本発明の範囲に入るものであることは、当業者であれば明瞭であろう。たとえば、本明細書に記載した弁制御は、プリントヘッドアセンブリと分離されてもよい（すなわち、プリントヘッドに取り付けられても、またはプリントヘッドの下に取り付けられてもよい）。また、本明細書に記載した弁構造体は、複数のノズル流路に同時に流入するインクの流れが、弁構造の位置によって制御されるように、プリントヘッドアセンブリ内のより高い位置に設定されてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
４１  基板、４４−１〜４４−５  グリッド電極、５０，５０Ａ  微細押出システム、６０  材料供給システム、９０Ａ  帯片位置決めシステム、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｄ  プリントヘッドアセンブリ、１１６  流入口、１５０  ノズル構造体、１６２−１〜１６２−５  ノズル流路、１６２−１Ｉ〜１６２−５Ｉ  流入部、１６２−１Ｏ〜１６２−５Ｏ  流出部、１９０−１  弁構造体、１９０−１１，１９０−１２  部分、１９０−１Ａ，１９０−２Ａ  帯片（弁構造体）、１９２  弁制御装置。
【図１】
2010141326.tif 000003
【図２】
2010141326.tif 000004
【図３（Ａ）】
2010141326.tif 000005
【図３（Ｂ）】
2010141326.tif 000006
【図３（Ｃ）】
2010141326.tif 000007
【図３（Ｄ）】
2010141326.tif 000008
【図３（Ｅ）】
2010141326.tif 000009
【図３（Ｆ）】
2010141326.tif 000010
【図４（Ａ）】
2010141326.tif 000011
【図４（Ｂ）】
2010141326.tif 000012
【図５】
2010141326.tif 000013
【図６】
2010141326.tif 000014
【図７】
2010141326.tif 000015
【図８（Ａ）】
2010141326.tif 000016
【図８（Ｂ）】
2010141326.tif 000017
【図９】
2010141326.tif 000018
【図１０】
2010141326.tif 000019
【図１１】
2010141326.tif 000020