(57)【要約】【課題】  簡便な方法で印刷処理速度に優れ、被印刷物の印刷にばらつきの小さいスクリーン印刷方法、およびばらつきが小さく特性に優れた太陽電池素子を提供すること。【解決手段】  ステージ上に複数個の被印刷物を配置し、これら被印刷物を単一のスクリーン版で覆って、前記スクリーン版上をスキージを移動させることにより印刷を行うスクリーン印刷方法であって、前記ステージに、隣合う前記被印刷物どうしの間に前記スクリーン版に対して張力を発生させる部材を設けた状態で、前記被印刷物に対して印刷を行うようにしたことを特徴とする。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージ上に複数個の被印刷物を配置し、これら被印刷物を単一のスクリーン版で覆って、前記スクリーン版上をスキージを移動させることにより印刷を行うスクリーン印刷方法であって、前記ステージに、隣合う前記被印刷物どうしの間に前記スクリーン版に対して張力を発生させる部材を設けた状態で、前記被印刷物に対して印刷を行うようにしたことを特徴とするスクリーン印刷方法。
【請求項２】
前記スクリーン版に対して張力を発生させる部材は、スキージの移動方向に対して略平行に延びた凸状体であることを特徴とする請求項１に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項３】
前記スキージは前記被印刷物に対応して複数設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項４】
前記凸状体は前記被印刷物の両側にも設けたことを特徴とする請求項２に記載のスクリーン印刷方法。
【請求項５】
前記被印刷物は太陽電池素子用の基板であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスクリーン印刷方法。
【請求項６】
請求項５のスクリーン印刷方法で作製した基板を備えたことを特徴とする太陽電池素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクリーン印刷方法およびそれを用いて製造した太陽電池素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、被印刷物である基板の表面上に、ペーストまたはインク等を任意のパターンに印刷する方法として、スクリーン印刷方法が知られている。これは、例えば、次のような方法がある。まず、印刷しようとするパターンに開口部を設けたスクリーン版を基板の上に配置して、ペーストまたはインク等を供給し、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等と共に移動させる。そして、スクリーン版の開口部からペースト等を押し出して、スクリーン版の下に配置した基板表面に、ペーストを開口部の形状に対応して印刷するものである（下記の特許文献１等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１０５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、基板上にペースト等を印刷する場合、１枚の基板に印刷するごとに、印刷前の基板をステージの所定箇所に位置決めをして固定した後、このステージをスクリーン製版の直下の位置まで移動させて、印刷のためにスキージを一往復させ、さらに印刷した基板をスクリーン製版直下の位置から基板を取り出せる位置に移動させる必要があった。
【０００５】
このため、単位時間の印刷処理数を上げるには、スクリーン印刷機を増やす必要があった。
【０００６】
また、被印刷物として太陽電池素子用の基板を用いた場合、印刷されるペーストの形状が一定になりにくく、また厚みが不均一であり、基板間でばらつきが大きい。これにより、例えば、太陽電池素子の特性がばらつく、あるいは特性が劣化することがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、簡便な方法で印刷処理速度に優れ、被印刷物の印刷にばらつきの小さいスクリーン印刷方法、およびばらつきが小さく特性に優れた太陽電池素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一形態に係るスクリーン印刷方法は、ステージ上に複数個の被印刷物を配置し、これら被印刷物を単一のスクリーン版で覆って、前記スクリーン版上を前記スキージを移動させることにより印刷を行うスクリーン印刷方法であって、前記ステージに、隣合う前記被印刷物どうしの間に前記スクリーン版に対して張力を発生させる部材を設けた状態で、前記被印刷物に対して印刷を行うようにしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の一形態に係る太陽電池素子は、上記被印刷物として太陽電池素子用の基板を用いて、上記スクリーン印刷方法により作製した基板を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一形態に係るスクリーン印刷方法によれば、簡便な方法・構成により、被印刷物の印刷にばらつきを小さくすることができ、特に被印刷物として太陽電池素子用の基板を用いた場合には、印刷の厚みを均一にすることができ、特性のばらつきが小さく特性が優れた太陽電池素子を常に安定して提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一形態に係るスクリーン印刷方法を説明するための模式図であり、スクリーン印刷装置の部分を説明する斜視図である。
【図２】本発明の一形態に係るスクリーン印刷方法を説明するための模式図であり、スクリーン印刷装置の部分を説明する一部断面図である。
【図３】本発明の一形態に係る太陽電池素子の受光面側の模式的に示すの平面図である。
【図４】（ａ）はステージを模式的に示す平面図であり、（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ凸部の断面形状を示す断面図である。
【図５】（ａ）は、スクリーン部の張力を均一にするための凸部が無い場合に、プリント印刷中の状態をスキージの移動方向からみた断面模式図であり、（ｂ）はスクリーン部の張力を均一にするための凸部が有る場合に、プリント印刷中の状態をスキージの移動方向からみた断面模式図である。
【図６】スクリーン印刷装置におけるステージの別の態様を示す平面模式図である。
【図７】スクリーン部の張力を均一にするための凸部が有る場合に、プリント印刷中の状態をスキージの移動方向からみた断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一形態に係るスクリーン印刷方法および太陽電池素子について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
＜実施形態１＞
本実施形態に係るスクリーン印刷装置の概要は、次のとおりである。図１および図２に示すように、ステージ１上には、被印刷物である基板２の複数が配置されている。なお、この実施形態では基板２の数は簡単のため２つとしている。また、これら基板２の上を、所定の開口を多数有するメッシュ状のスクリーン部４を備えたスクリーン版３で覆っている。スクリーン版３のスクリーン部４上にペースト５が供給され、各基板２に対応したスキージ６がスクリーン版３の表面に当接された状態で移動することにより、基板２の表面上にスクリーン部４の開口を通してペースト５が供給されることにより印刷が実現される。なお、図１，２において、７はスキージホルダー、８は連結シャフト、９は駆動シャフト、１２はスクリーン版の枠、１５はスキージ６の移動方向をそれぞれ示す。
【００１４】
次に、スクリーン印刷装置の構成要素について説明する。ステージ１は、例えばステンレスまたはアルミニウムなどの平板からなる。ステージ１の厚みは、例えば５〜１０ｍｍ程度であり、縦横の大きさは、例えばスクリーン版３よりそれぞれ５〜３０ｍｍ程度大きい。またステージ１は、基板２を減圧固定できるように、基板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の下部において不図示の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。基板２の固定は、図２に示すように、ステージ１に基板２の大きさと厚みに合わせて凹部を作製し、これの凹部に予めピンアライメントや画像処理により位置決めした基板２を落とし込んだ後、減圧固定してもよい。あるいは、この凹部を作製せずに、平らなステージ１の上に基板２を配置し、ピンアライメントなどにより位置決めした後、減圧固定してもよい。本実施形態では、ステージ１に凹部を作製し、これに基板２を落とし込んだ後減圧固定する方がプリント印刷中のスクリーン部４の張力をより均一にできるため、望ましい。
【００１５】
さらにステージ１は、後で詳述するように、例えば隣合う２つの基板２の間の略中央部に、スクリーン部４の張力を均一にするための、スキージ６の移動方向と略平行に長くかつ基板２の表面より高い凸部（スキージ６の移動方向と略平行に延びた凸状体）を具備する。
【００１６】
基板２は、平板状であり大きな凹凸の無いものであれば印刷可能であり、例えばプリント基板または太陽電池用のシリコンウエハが使用できる。
【００１７】
図３に示すように、太陽電池素子２０は、表面にバスバー電極２２と、バスバー電極２２に直交するフィンガー電極２３と、を有する基板２１を備える。このような太陽電池素子２０は、例えば厚み０．１５〜０．３ｍｍ程度であり、大きさ１５０〜１６０ｍｍ角程度の単結晶または多結晶のシリコンウエハの基板２１を備える。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２０の外周の辺に略平行に、光生成キャリヤーを収集するために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あり、フィンガー電極２３と垂直に交わるように２〜４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。
【００１８】
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上述したスクリーン印刷装置にてスクリーン印刷することにより形成される。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。
【００１９】
スクリーン版３は、例えばアルミニウムなどの金属でできた枠１２に、ポリエステル系の合成繊維またはステンレスなどの微細な網目状のメッシュを張ったものであり、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部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。このようなスクリーン版３は、印刷中はステージ１上の基板２の例えば１〜５ｍｍ程度上方に配置、固定される。
【００２０】
ペースト５は、スキージ６の移動方向１５に配置されており、基板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２０〜１００Ｐａ．ｓ程度の導電性ペーストまたは耐酸レジストペーストなどであり、例えば導電性ペーストでは銀または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、アクリル系または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、ブチルセロソルブまたはブチルセロソルブアセテート等がある。また導電性ペーストにガラス粉末を含有させてもよい。
【００２１】
図２に示すように、スクリーン印刷装置はスキージ６を移動させるための駆動シャフト９を有する。駆動シャフト９はステンレスシャフトなどで作製され、表面にはネジが切ってある。駆動シャフト９の一端部には、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不図示のサーボーモーターなどが接続され、他端部に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が一端部から他端部へ移動した後、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。
【００２２】
スキージ６は、例えば、厚みが５〜１０ｍｍ程度のウレタンゴムまたはフッ素樹脂などから成る平板状のものである。スキージホルダー７は、アルミニウムまたはステンレスなどで作製され、その両端部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、スキージホルダー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ている。なお、スキージ６は本実施形態では各基板２に対応して複数設けた例を示しているが、単一のスキージを用いて各基板２に対して移動させるようにしてもよい。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、ステージ１において、１７ａ，１７ｂは２つの基板２のそれぞれを載置する配置領域、１８はスクリーン部４の張力を均一にするための凸部を示す。凸部１８は、隣合う２つの基板２間、すなわち配置領域１７ａ，１７ｂの間の距離Ｄのほぼ中央部に設けられる。凸部１８の長手方向の長さは、２つの基板２を載置する配置領域１７ａ，１７ｂの長さより５〜３０ｍｍ程度長く設けられる。このようにスクリーン版３に対して張力を発生させる部材が、スキージ６の移動方向１５に対して略平行に長い凸部１８であることにより、スクリーン部４の張力を程よく均一に維持することができる。
【００２４】
図４（ｂ）〜（ｄ）は、凸部１８の幅（短手）方向の断面形状を示す。凸部１８の幅方向の断面形状は、スクリーン部４にプリント印刷中のスキージ６により下向きの圧力が加わり、スクリーン部４と凸部１８が当接したときに、凸部１８の角部でスクリーン部４が傷つかないように、その角部を取った形状が望ましい。すなわち、図４（ｂ）に示す円または楕円の上部の形状、または図４（ｃ）に示す矩形の上側角部をＲ加工した形状、または図４（ｄ）に示す台形状などの断面形状が好ましい。これら断面形状うち、図４（ｂ）に示す円または楕円の上部の形状とするのが、スクリーン部４の傷防止の効果が大きく、またスクリーン部４と凸部１８の接触部を小さくでき、これにより配置領域１７ａ，１７ｂでのスクリーン部４の張力をより均一にできるため最も望ましい。
【００２５】
また凸部１８の幅方向の太さＬは、１〜５ｍｍ程度であり、その高さＨは印刷する前のスクリーン部４と基板２との離間している距離、または必要とする張力の大きさを考慮して最適な高さに決定すればよいが、例えば０．５〜５ｍｍ程度である。さらに凸部１８の材質は、スクリーン部４にプリント印刷中のスキージ６により下向きの圧力が加わった場合に変形が起こらないものが望ましく、例えばポリプロピレン、ポリエチレンもしくはフッ素樹脂などの樹脂、または、ステンレスもしくはアルミニウムなどの金属が使用可能であり、これらを接着剤または両面テープでステージ１の所定の位置に固定する。またステージ１の作製時に、機械加工などで、この凹部１８を切り出し、ステージ１と一体化して凸部１８を形成してもよい。
【００２６】
なお、凸部１８の材質はステンレスまたはアルミナなどのセラミックが耐磨耗性の高いため、連続印刷したときにも印刷状態が安定するため最も望ましい。
【００２７】
次に、スクリーン印刷装置を用いたスクリーン印刷方法について述べる。まず、スクリーン版３のスクリーン部４の一端部に２つのスキージ６を配置し、それぞれのスキージ６の移動方向１５の前方にペースト５を適量供給する。
【００２８】
次に、スクリーン印刷装置のステージ１の所定の位置に２つの基板２を載置し、真空ポンプのスイッチを入れ、それぞれの基板２とステージ１との間を減圧し、２つの基板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の直下の所定の位置にステージ１を移動する。
【００２９】
次に、駆動シャフト９のスイッチを入れ、スキージ６をスクリーン部４を押圧しながら移動方向１５に沿ってスクリーン版３の他端部まで移動させる。
【００３０】
スキージ６がスクリーン版３の他端部まで移動したら、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の一端部に移動させる。これと同時にスクリーン部４が基板２から完全に離れたら、ステージ１をスクリーン版３の直下から移動させ、基板２の固定を解除して基板２を取り出す。
【００３１】
以上によりプリント作業の１サイクルが完了し、次の基板があれば、前述した動作が繰り返し行なわれる。すなわち本実施形態に係るスクリーン印刷装置では、１サイクルの動作で２枚の印刷が可能となる。
【００３２】
図５（ａ）に示すように、凸部１８が無い場合、スクリーン部４はスキージ６により基板２に押しつけられた状態となり、枠１２とスキージ６の間のスクリーン部４ａには大きな張力が生じる。２つのスキージ６の間のスクリーン部４ｂには小さな張力となる。スキージ６が通過したところから、スクリーン部４の張力によりスクリーン部４は基板２から離れていくが、離れていく順序は上述の張力の大きさの違いから枠１２近傍のスクリーン部４ａから中央のスクリーン部４ｂに向かい（すなわち両端から中央に向かい）離れていくことになる。このような順序で離れると、枠１２近傍のスクリーン部４ａでは、スキージ６の通過に従い徐々に基板２から離れていく。一方、中央のスクリーン部４ｂではスキージ６の通過から時間が経過しているため、急激に基板２から離れていく。スクリーン部４が急激に基板２から離れていくと、スクリーン部４の開口部にスキージ６により押し出されたペースト５の一部が、基板２の上に完全に残らずスクリーン部４の開口部に付いたまま、スクリーン部４が基板２から離れることになる。すなわち２つの基板２のそれぞれ外側（枠１２側）に比べ、中央部はそれぞれ印刷されたペーストの膜厚が小さくなる。例えば太陽電池素子２０において、その電極の一部に膜厚の小さな部分ができると、太陽電池素子２０の直列抵抗成分が上昇し、光電変換効率が低下する。
【００３３】
これに対し、スクリーン部４の張力を均一にするための凸部１８が有る場合は、図５（ｂ）に示すように、凸部１８によりスクリーン部４ｂが持ち上げられた形となるため、２つのスキージ６の間のスクリーン部４ｂの張力は、枠１２とスキージ６の間のスクリーン部４ａに生じる張力と同程度の張力が生じる。これによって中央のスクリーン部４ｂにおいても、スキージ６の通過に従い徐々にスクリーン部４ｂは基板２から離れていくこととなり、スクリーン部４ｂが基板２から離れていく速度を均一にすることができ、急激に基板２から離れていくことを防ぐことが可能となる。よって、２つの基板２のそれぞれ外側と中央部のペーストの膜厚に差が生じることを抑制することができる。
【００３４】
このように本実施形態では、ステージ１上に複数個の被印刷物を配置し、これら被印刷物を単一のスクリーン版３で覆って、スクリーン版３上を各被印刷物に対応したスキージ６を移動させることにより印刷を行う。ステージ１に、隣合う被印刷物どうしの間にスクリーン版３に対して張力を発生させる部材を設けた状態で、被印刷物に対して印刷を行うようにしたので、簡便な方法・構成で印刷処理速度に優れ、被印刷物の印刷にばらつきの小さいスクリーン印刷方法を提供できる。
【００３５】
また本実施形態においては、スクリーン部４の開口部にスキージ６により押し出されたペースト５を、基板２の上に均一な膜厚で安定して印刷できるため、太陽電池素子２０の電極形成のための導電ペーストのスクリーン印刷では、太さが１５０μｍ以下の細いフィンガー電極２３のスクリーン印刷に好適に応用できる。フィンガー電極２３を細く印刷できることにより、太陽電池素子２０の有効受光面積を増やすことができ、特性のばらつきが小さく光電変換効率を向上させた太陽電池素子を提供できる。
【００３６】
＜実施形態２＞
図６に示すように、ステージ１にスクリーン部４の張力を均一にするために、隣合う２つの基板２を載置する配置領域１７ａ，１７ｂの間のほぼ中央部に設けられる凸部１８ａに加え、この凸部１８ａに対して配置領域１７ａ，１７ｂのそれぞれを挟んで対向するように、凸部１８ｂ，１８ｃを配置してもよい。
【００３７】
ここで、凸部１８ａ、１８ｂおよび１８ｃのそれぞれの高さは略等しく、さらに凸部１８ａ、１８ｂおよび１８ｃのそれぞれと隣接する配置領域部分１７ａ，１７ｂの外周辺との距離Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４は略同一に設定されていることが望ましい。
【００３８】
図７に示すように、スクリーン部４はスキージ６により基板２に押しつけられた状態では、凸部１８ａ、１８ｂおよび１８ｃにより持ち上げられるスクリーン部４Ｒ、４Ｓ、４Ｔおよび４Ｕの各部分の張力は、すべて同程度となる。
【００３９】
これにより、スクリーン部４ａのスキージ６の通過に従い徐々に基板２から離れていく速度をより均一にすることができ、２つの基板２のそれぞれ外側と中央部のペーストの膜厚をより均一にすることができる。
【００４０】
また凸部１８ａ、１８ｂ、１８ｃの高さやステージ１の上の位置を最適な位置に調整することで、スクリーン部４Ｒ、４Ｓ、４Ｔ、４Ｕの各部分の張力を微調整することが可能となるため、本実施形態は、太陽電池では１２５ｍｍ角以上の比較的大型の基板２のスクリーン印刷機に好適に応用できる。
【００４１】
また、この実施形態においても、実施形態１と同様に基板の上に均一な膜厚で安定して印刷できるため、太陽電池素子の電極形成のための導電ペーストのスクリーン印刷では、太さが１５０μｍ以下の細いフィンガー電極のスクリーン印刷に好適に応用できる。フィンガー電極を細く印刷できることにより、太陽電池素子の有効受光面積を増やすことができ、特性のばらつきが小さく光電変換効率を向上させた太陽電池素子を提供できる。
【符号の説明】
【００４２】
１：ステージ
２，２１：基板
３：スクリーン版
４：スクリーン部
５：ペースト
６：スキージ
７：スキージホルダー
８：連結シャフト
９：駆動シャフト
１２：スクリーン版の枠
１５：移動方向
１７ａ、１７ｂ：配置領域
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ：凸部（凸状体）
２０：太陽電池素子
２２：バスバー電極
２３：フィンガー電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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