(57)【要約】  【課題】ペーストのスクリーン開口への充填不足を解消し、ペーストの段切れが無く厚膜化が可能であるスクリーン印刷方法を提供する。  【解決手段】スキージ６の進行方向の前方にあるペースト５に、気体によりスキージ６の進行方向１５とは反対方向の圧力を加えながら、スキージ６をスクリーン版３表面に当接させた状態でペースト５共に直線状に移動し、スクリーン版３の直下に配置した被印刷物２の表面上にペースト５を印刷するスクリーン印刷方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、ペーストと、開口を有するスクリーン版と、前記スクリーン版に前記ペーストを押し当てるスキージと、を準備する工程と、
ガスにより前記ペーストに圧力を加えながら、前記スキージにより前記スクリーン版に前記ペーストを押し当て、前記スクリーン版の開口から前記ペーストを押し出す工程と、
前記開口から押し出された前記ペーストを前記基板に塗布する工程と、
前記ペーストを硬化し、前記基板に電極を形成する工程と、を有する電極付き基板の製造方法。
【請求項２】
前記ペーストは、基板上において隙間をあけて設けられた複数の電極間に塗布されることを特徴とする請求項１に記載の電極付き基板の製造方法。
【請求項３】
前記ペーストは、前記スキージが前記スクリーン版の第１の方向に移動することで前記スクリーン版に押し当てられることを特徴とする請求項１または２に記載の電極付き基板の製造方法。
【請求項４】
前記ペーストは、スキージに対し前記第１の方向側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の電極付き基板の製造方法。
【請求項５】
前記ペーストは、前記第１の方向と対向する第２の方向から前記ガスが吹き付けられることで圧力が加えられることを特徴とする請求項４に記載の電極付き基板の製造方法。
【請求項６】
前記ガスは、前記ペーストに対し０．１１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの圧力を加えることを特徴とする請求項５に記載の電極付き基板の製造方法。
【請求項７】
前記ガスの主成分が、窒素であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電極付き基板の製造方法。
【請求項８】
前記電極の形成は、前記スクリーン版の前記開口に応じてパターニングされた前記ペーストを焼成することによりなされることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電極付き基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の電極付き基板の製造方法により製造された電極付き基板が、シリコン基板を有する太陽電池素子であることを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項１０】
開口を有するスクリーン版と、
前記スクリーン版にペーストを押し当て、前記開口より前記ペーストを押し出すスキージと、
前記ペーストにガスを吹き付け、前記開口より前記ペーストを押し出すノズルと、を有するスクリーン印刷装置。
【請求項１１】
前記ペーストは、カバーにより覆われており、前記ノズルは、前記カバーに固定されていることを特徴とする請求項１０に記載のスクリーン印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極付き基板の製造方法、太陽電池素子の製造方法及びスクリーン印刷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被印刷物である基板の表面上にペーストを任意のパターンに印刷する方法として、スクリーン印刷法が一般に知られている。このスクリーン印刷法は、印刷しようとするパターン状に開口を設けたスクリーン版にペーストを供給し、このスクリーン版上にスキージを圧接させながらペーストと共に移動させ、スクリーン版の開口からペーストを押し出し、スクリーン版の下に配置した基板表面に、ペーストを開口の形状に対応して印刷するものである。  
【特許文献１】特開平９−２３９９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の印刷方法においてスキージを動かして基板上に電極を形成する場合、ペーストのスクリーン版からの押し出し量が不十分となり、形成された電極に段切れや膜厚の薄い部分が発生しやすいという問題があった。特に、複数の第１の電極の間にペーストを塗布し、第２の電極を形成する場合、第１の電極と基板との間の段差によりペーストのスクリーン版からの押し出し量が不十分となりやすい。電極に段切れや膜厚の薄い部分が発生すると、抵抗が増大するという問題がある。特に基板が太陽電池素子として用いられる場合、光電変換効率が低下すると共に基板と第２電極（バスバー電極）の接合強度が低下するという問題があった。
【０００４】
本発明の目的は、印刷塗布されるペーストの形状や厚みが安定した電極付き基板を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電極付き基板の製造方法は、基板と、ペーストと、開口を有するスクリーン版と、前記スクリーン版に前記ペーストを押し当てるスキージと、を準備する工程と、ガスにより前記ペーストに圧力を加えながら、前記スキージにより前記スクリーン版に前記ペーストを押し当て、前記スクリーン版の開口から前記ペーストを押し出す工程と、前記開口から押し出された前記ペーストを前記基板に塗布する工程と、前記ペーストを硬化し、前記基板に電極を形成する工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００６】
上述した方法および構成により、スクリーン版の開口よりペーストを押し出す力を増大させることができ、仮にペーストを印刷する対象である基板に段差があっても、安定して印刷することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態に係るスクリーン印刷方法およびスクリーン印刷装置について、図面を用いて詳説する。
【０００８】
≪実施形態１≫
＜スクリーン印刷装置＞
図１は、本実施形態に係るスクリーン印刷装置を示す断面図である。図２は、図１のスキージ部分の拡大図である。本実施形態において、スクリーン印刷装置のステージ１上に、被印刷物２が載置されている。被印刷物２上には所定の開口を有するスクリーン部４を備えるスクリーン版３が配置されている。ペースト５は、スクリーン版３のスクリーン部４上に供給され、スキージ６がスクリーン版３表面に当接された状態で移動されることで、被印刷物２の表面上にスクリーン部４の開口を通して印刷される。
【０００９】
スクリーン印刷装置のステージ１は、例えば、ステンレスやアルミニウムなどの平板から成る。ステージ１の厚みは、例えば５〜１０ｍｍ程度で、縦横の大きさは例えば被印刷物２よりそれぞれ５〜２０ｍｍ程度大きいものである。またステージ１は、被印刷物２を減圧固定できるように、被印刷物２が載置される領域に厚み方向に貫通孔を複数有する。貫通孔はステージ１の下方において真空ポンプに繋がっている。この貫通孔の大きさは、例えば直径１〜２ｍｍ程度である。
【００１０】
被印刷物２は、例えばプリント基板や太陽電池用シリコン基板などである。
【００１１】
図３に電極付き基板として太陽電池素子２０の受光面側の平面図を示す。太陽電池素子２０は、表面にバスバー電極（第２の電極）２２と、バスバー電極２２と交差するフィンガー電極（第１の電極）２３とを有するシリコン基板２１を備える。このような太陽電池素子２０は、例えば厚み０．３〜０．４ｍｍ程度、大きさ１５０〜１６０ｍｍ角程度の単結晶や多結晶のシリコン基板２１で作られている。この太陽電池素子２０の内部にはボロンなどのＰ型不純物を多く含んだＰ層とリンなどのＮ型不純物を多く含んだＮ層が接しているＰＮ接合が形成されている。さらにフィンガー電極２３は、太陽電池素子の辺に平行に、光生成キャリヤーを収集するため多数本形成されている。バスバー電極２２は収集されたキャリヤーを集電するもので、フィンガー電極２３と垂直に交わるように２〜３本程度形成される。このようなバスバー電極２２とフィンガー電極２３は、太陽電池素子２０の裏面（非受光面）側にも同様に形成されている。
【００１２】
このようなバスバー電極２２とフィンガー電極２３は、銀などを含む導電ペーストをスクリーンプリントすることなどにより形成される。一般に太陽電池素子２０の受光面側に設けられるバスバー電極２２とフィンガー電極２３では、太陽電池素子２０の電極部分以外の有効受光部分の面積を大きくし、太陽電池素子２０の光電変換効率を高めるために電極の線幅を細くすることが求められている。
【００１３】
スクリーン版３は、例えば５０〜６０ｃｍ角程度のアルミニウムなどでできた枠１２にテトロンやステンレスなどの微細な網目状のメッシュを張り、このメッシュの両側に樹脂製の乳剤を所定の厚みにコーティングして、さらにこの乳剤に所望するパターンの開口を設けた伸縮性のあるスクリーン部４を具備したものである。この様なスクリーン版３は、ステージ１上の被印刷物２の例えば１〜５ｍｍ程度上方に配置、固定される。
【００１４】
ペースト５は、スキージ６の第１の方向１５（進行方向１５、図１においてスキージ６の左方）に配置されており、被印刷物２の表面上にスクリーン部４の開口を通して印刷される。ペースト５は、例えば粘度が２００〜１０００ポイズ程度の導電性ペーストや耐酸レジストペーストなどで、例えば導電性ペーストでは銀やアルミニウムからなる導電性金属粉末、有機バインダーと有機溶剤からなる有機ビヒクルを混合してなるものを用いることができる。ここで、有機バインダーは、例えばセルロース系やアクリル系、ブチラール系等があり、有機溶剤は、例えばブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ブチルセロソルブ、ブチルセロソルブアセテート、ターピネオール、水素添加ターピネオール、水素添加ターピネオールアセテート、メチルエチルケトン、イソボニルアセテート、ノピルアセテート等がある。これらは４００℃程度で分解して揮散するため焼成後の電極にはその成分は残らない。また導電性ペーストにガラス粉末を含有させてもよく、ガラスフリットは、鉛、ホウ素、珪素等の酸化物を含み、３００〜６００℃程度の種々の軟化点をもつものがあるが、焼成後に一部は電極中に残り、シリコンと溶着するために電極と基板との間を接着する機能を持っている。
【００１５】
図１において、スクリーン印刷装置は駆動シャフト９を有する。駆動シャフト９は、スキージ６を移動させる役割を有する。ステンレスなどで作製され表面にはネジが切ってあり、その一端には駆動シャフト９が任意の回転速度により正逆自在に回転できるようにサーボーモーターなどが接続され、他端は軸受けにより保持されている。また駆動シャフト９は、スキージ６が一端から他端へ移動した後、スキージ６がスクリーン部３に接することなく、もとの位置に戻れるようにエアーシリンダーなどにより全体が上方へ移動できるように作製されることが作業効率を向上させることができ望ましい。
【００１６】
スキージ６は、例えば、厚みが５〜１０ｍｍ程度のウレタンゴムやフッ素樹脂などから成る平板状のものである。ホルダー７は、アルミニウムやステンレスなどで作製され、その両端をネジなどで締め付けることによりスキージ６を両側から挟持し固定している。また、ホルダー７には連結シャフト８が接続されている。この連結シャフト８は、駆動シャフト９に繋がっており、駆動シャフト９が回転することにより連結シャフト８を通じてスキージ６が直線状に移動するようになっている。またスキージホルダー７と連結シャフト８は、スキージ６がスクリーン３と所定の角度で摺動するように回動自在に取り付けられる様になっている。
【００１７】
ビードカバー１０は、ビードカバー調整部１１によりスキージ６のプリント時の進行方向１５の前方に配置され、ペースト５を覆うものである。図４にビードカバー１０を示す。ビードカバー１０は、例えば直径５０〜１００ｍｍ程度の半円柱状で、内部は中空状となっており、側面には例えば直径５〜１０ｍｍ程度のガス導入管１４が、一端がビードカバー１０の内部に位置するように、ビードカバー１０の側面を貫通して取り付けられている。このガス導入管１４の外側の端には、ポリプロピレン等の樹脂などからチューブが挿嵌されている。また、チューブの他端は、窒素ガスボンベや圧縮空気の吐出口と接続されており、スキージ６の動きに追従して、ビードカバー１０の内部に所定の圧力のガスを導入できる。このような構成により、スキージ６の進行方向１５の前方にあるペースト５に、ガスによりスキージ６の進行方向１５と対向する第２の方向の圧力が加わる。
【００１８】
また、ビードカバー１０の外側の中央部には、ステンレスなどの金属製のシャフトで作製された固定用シャフト１３が溶接やネジ止めなどで固定されている。このようなビードカバー１０は厚さ０．１〜１ｍｍ程度のステンレスなどの金属板やフッ素樹脂やポリプロピレンなどの樹脂で作製される。またビードカバー１０の横方向と縦方向の寸法は、スキージ６を覆うように、スキージ６より３〜１０ｍｍ程度大きく作製される。
【００１９】
＜スクリーン印刷方法＞
次に本実施形態に係るスクリーン印刷装置を用いた電極付き基板の製造方法について述べる。
【００２０】
本実施形態に係る電極付き基板の製造方法は、ガスによりペーストに圧力を加えながら、スキージによりスクリーン版にペーストを押し当て、スクリーン版の開口からペースト押し出す工程と、開口から押し出されたペーストを基板に塗布する工程と、ペーストを硬化し、基板に電極を形成する工程と、を有する。
【００２１】
まずスクリーン版３の一端にスキージ６を配置し、進行方向１５に対してスキージ６の前方（図１においてスキージ６の左方）にペースト５を適量供給する。その後ビードカバー１０をスキージ６とその前方にあるペースト５を覆うようにビードカバー固定用シャフト１３とビードカバー調整部１１により位置を調整して取り付ける。ビードカバー１０を所定の位置に取り付けた後ガス導入管１４を通じ、ビードカバー１０の内部にガスを導入する。
【００２２】
スクリーン印刷装置のステージ１の所定の位置に被印刷物２を載置し、真空ポンプのスイッチを入れ、被印刷物２とステージ１との間を減圧し、被印刷物２をステージ１上に固定する。その後、ペースト５が供給されたスクリーン版３の直下にステージ１を移動する。
【００２３】
次に駆動シャフト９のスイッチを入れ、スキージ６を進行方向１５に沿ってスクリーン版３の他端まで移動させる。これによりスクリーン部４のスキージ６の前方にあるペースト５は、スキージ６の動きによる圧力Ｆ１とビードカバー１０の内部に導入されたガスによる圧力Ｆ２を受けることになる。
【００２４】
さらにビードカバー１０をスキージ６の前方に取り付け、ビードカバー１０の外側から内部に向けガスを導入したことから、図２に示すようにこのスキージ６の動きによる圧力Ｆ１とビードカバー１０の内部に導出されたガスによる圧力Ｆ２はペースト５に対しほぼ対向する第２の方向に働くことになる。これにより、スクリーン部４の開口からペースト５を吐出され易くなり、吐出量を増加させることが可能となる。よって、図３に示すような、段差部分のある太陽電池素子２０にスクリーンプリントを行っても、この段差部分でのペースト５の供給が十分可能となり、段切れの発生や段差部分の膜厚が薄くなりにくい。さらにスクリーン部４の開口からペースト５の吐出量を増加させることができることから、スキージ６の移動速度を１００ｍｍ／ｓｅｃ以上と比較的高速にした場合においても、スクリーン部４内の開口にペースト５を充分に充填することが可能であり、印刷に要する時間を大幅に短縮することができ、作業効率を向上させることができる。又さらにスクリーン版３のスクリーン部４の厚みを厚くすることにより、プリント後に被印刷物２の表面上に塗布されたペーストの膜厚を厚くすることも可能である。
【００２５】
本実施形態に係る電極付き基板の製造方法において、ガス導入管１４を通じビードカバー１０の内部に導入するガスは、圧縮空気や窒素ガス、ヘリウムガスなどが使用可能であるが、使用するペースト５と酸化などの反応をしにくい窒素ガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスが望ましく、特にコスト的に安い窒素ガスが最適に用いることができる。更に望ましくは窒素ガスを一旦ペーストの溶剤中でバブリングさせ、ガス中の溶剤濃度を飽和状態にさせたバブリング窒素ガスを所定の圧力にまで上げたものがプリント中のペースト５の粘度の変化を最小限に抑えられることができ好適に用いることができる。
【００２６】
さらにガス導入管１４から吐出するガスの圧力は、０．１１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下であることが望ましい。発明者らが繰り返し行ったテストでは、吐出するガスの圧力が０．１１ＭＰａ以上０．５ＭＰａ以下とすることにより、スクリーン部４の開口からペースト５の吐出量を増加させることができる。
【００２７】
また、図４においてガス導入管１４はビードカバー１０の側面を貫通しているが、ビードカバー１０の端面１７を貫通よい。この場合、ガスが直接ペースト５に当たりにくくなるため、印刷時にペースト５の粘度が変化しにくい。
【００２８】
また図５（ａ）（ｂ）は、ビードカバー１０の他の実施形態を示す断面図である。図５（ａ）（ｂ）で、ビードカバー１０は内部に障害板１８を有する。図において、障害板１８は障害版１８を貫通する複数の開口１８ａを有する。このような障害版１８は、ステンレス製のメッシュや、複数の貫通孔を設けた金属板などで作製され、ビードカバー１０内部でガス導入管１４の開口端の内側にネジ止めなどで設置される。
【００２９】
ガス導入管１４の開口端の内側に障害版１８を設けたことにより、図５（ａ）に示すように、ガス導入管１４よりビードカバー１０内部へ導入されるガスが、一度障害版１８に当たり、その後障害版１８の開口１８ａを通じてビードカバー１０の更に内部に達する。このため、導入されたガスによりペースト５の表面に均一な圧力をかけることができ、スクリーン部４の複数の開口から均一にペースト５を吐出し易くなり、吐出量を均一に増加させることが可能となる。さらに導入されたガスが間接的にかつ全体的にペースト５に当たるため、ペースト５の部分的な粘度変化が生じにくい。
【００３０】
さらに図５（ｂ）に示すように、ガス導入管１４ａ、１４ｂを複数にして、その開口端の内側に障害版１８を設けたことにより、ガス導入管１４の１本毎のガス圧（ガス流量）を低くすることができ、上述のペースト５の表面に均一な圧力をかけることができ、またペースト５の部分的な粘度変化をさらに低減できる。
【００３１】
スキージ６がスクリーン版３の他端まで移動したら、ステージ１をスクリーン版３の直下から移動させ、被印刷物２の固定を解除して、被印刷物２を取り出す。
【００３２】
その後駆動シャフト９を上昇させ、スキージ６をスクリーン部４から２〜７ｍｍ程度離した後、駆動シャフト９を逆方向に回転させスキージ６をプリント前のスクリーン版３の一端に移動させる。この時ビードカバー１０の進行方向１５の更に外側にスクレッパーと呼ばれる金属製の平板を設けておき、ペースト５をスクリーン部３に薄く広げるようにして、スクリーン部４が乾かないようにし、連続してプリントができるようにしても良い。スクリーン部４とスクレッパーの下端の間隔は、ペースト５の粘度に応じて適宜設定すれば良く、例えば０．１〜３．０ｍｍ程度である。
【００３３】
さらにビードカバー１０をスクレッパーとしても使用すると装置の構造が簡単なものとなり望ましい。さらにこの場合、ビードカバー１０を連結シャフト８に接続せずに別々に動くようにすることにより、スクリーン部３に広げられたペーストの厚みを最適なものに調整できるため更に望ましい。
【００３４】
以上によりプリント作業の１サイクルが完了し、次の被印刷物があれば、前述した動作が繰り返し行なわれる。  本実施形態の電極付き基板の製造方法は、電極の線幅が細い太陽電池素子においても好適に電極を印刷することができる。例えば、フィンガー電極２３を線幅が３０μｍ以上１２０μｍ以下、線長が１０ｃｍ以下、バスバー電極２２を、線幅が０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下、線長が１０ｃｍ以上で構成した場合であっても、上述の印刷方法を用いることによって、フィンガー電極１９の線切れがなく膜厚を厚く印刷することが可能となる。
【００３５】
このように被印刷物２として太陽電池用の単結晶や多結晶のシリコン基板を用いる場合でも、導電ペーストにより形成される電極の膜厚を厚くすることが可能となるため、１５０ｍｍ角を越えるような大型の太陽電池素子で、大きな光電流が発生し更に受光面側電極を細くした場合でも、その直列抵抗成分を増加させることが無く光電変換効率の高い太陽電池素子を作製することができるため特に好適に応用できる。
【００３６】
≪実施形態２≫
図６はスクリーン印刷装置の他の実施の形態を示す断面図である。図６において、スクリーン印刷装置はガス吹き出し治具３０を有する。図７はガス吹き出し治具３０の外観を示す斜視図であり、ガス吹き出し治具３０は、ガス吹き出し治具の筐体３１とガス吹き出し口３２とを備える。
【００３７】
図７に示すガス吹き出し治具３０は、ステンレスやポリプロピレンやポリ塩化ビニルなどで作製された内部に空間を持つ直方体の筐体３１から成り、一面に円状の複数のガス吹き出し口３２を備える。またガス吹き出し口３２と対向する面の外側には固定用シャフト３３がネジ止めや溶接などで取り付けられている。
【００３８】
ガス吹き出し治具３０は、圧縮空気や窒素ガス、ヘリウムガスなどの高圧のガスが導入されており、ペースト５に向けてガス吹き出し口３２からガスを吐出する。このような構成によりスクリーン版３上のペースト５はスクリーン部４の開口から吐出され易くなり、吐出量を増加させることが可能となる。またこのようなガス吹き出し治具３０を使用することにより、ビードカバー１０を用いる場合に比べ装置を簡単な構造にすることができる。
【００３９】
尚、本発明は上述の実施形態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種々の変更、改良等が可能である。例えば、上述の実施形態における太陽電池素子の電極に代えて、各種スクリーン印刷方法により形成される電極に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】スクリーン印刷装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１に示すスクリーン印刷装置のスキージ部分の拡大図である。
【図３】スクリーン印刷装置に載置される太陽電池素子の受光面側の平面図である。
【図４】ビードカバー１０の外観を示す斜視図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）ビードカバーの他の実施形態を示す断面図である。
【図６】スクリーン印刷装置の他の形態を示す断面図である。
【図７】ガス吹き出し治具の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１；スクリーン印刷装置のステージ
２；被印刷物
４；スクリーン部
５；ペースト
６；スキージ
【図１】
2010010546.tif 000003
【図２】
2010010546.tif 000004
【図３】
2010010546.tif 000005
【図４】
2010010546.tif 000006
【図５】
2010010546.tif 000007
【図６】
2010010546.tif 000008
【図７】
2010010546.tif 000009