(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が双方とも均一で所定の最小安全距離だけ基板端縁から離隔されたグリッド線を有する太陽電池の製造法を提供する。【解決手段】２つのグリッド線組の終端が八角形（疑似四角形）基板４１上にステップパターンを形成するように、より長い中央グリッド線４４−１と、１つ以上の対のより短い「側方」グリッド線４４−２１，４４−２２とを印刷することを含む。第１の流れチャネルを介して第１の弁からインクを受け、より長い中央グリッド線を印刷する１組の中央ノズル１６２−１と、さらなる流れチャネルを介してさらなる弁からインクを受け、より短い「側方」グリッド線を印刷するさらなる組の側方ノズル１６２−２１とを含む印刷ヘッドが使用される。インクが中央及び側方オリフィスを通っておおよそ同時に押し出されるように、開始信号が同時に弁に対して送られ、押し出されたインクは、所望のステップパターンを有するグリッド線終端を作り出す。【選択図】図１
2013165269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリッド線が処理方向に延在するように、疑似四角形基板上に平行なグリッド線を印刷する方法であって、疑似四角形基板が、処理方向に並べられた対向する側端縁と、横処理方向に並べられた対向する前及び後端縁と、関連する鋭角で関連する側及び端縁から延在している複数の面取りされたコーナー端縁とを有する、方法が、
処理方向において印刷ヘッドの下方に疑似四角形基板を移動させ、印刷ヘッドが、横処理方向に並べられ且つ前記印刷ヘッドの中央領域に配設された複数の第１の出口オリフィスと、横処理方向に並べられ且つ横処理方向において前記中央横処理領域の外部に位置する第１及び第２の側方領域に配設された複数の第２の出口オリフィスとを含み、第１の出口オリフィスが、オフセット距離だけ前記第２の出口オリフィスから処理方向にオフセットされることと、
グリッド線材料が前記第１の出口オリフィスを通って押し出されて第１のグリッド線構造を形成し且つ前記第２の出口オリフィスを通って押し出されて第２のグリッド線構造を形成するように、印刷開始時刻に前記印刷ヘッド内へとグリッド線材料をおおよそ同時に供給し、それにより、第１のグリッド線構造の第１の終端が、横処理方向に対して平行に並べられ且つ前記オフセット距離とおおよそ等しいステップ距離だけ前記第２のグリッド線構造の第２の終端からオフセットされることと、
第２のグリッド線構造の第３の終端が、基板上に配設され且つ横処理方向に対して平行に並べられるように、第２の時刻において前記第２のオリフィスへの前記印刷ヘッドを介したグリッド線材料の流れを終えることと、
第１のグリッド線構造の第４の終端が横処理方向に対して平行に並べられ且つ第１のグリッド線構造が第２のグリッド線構造よりも長いように、第３の時刻において前記第１のオリフィスへのグリッド線材料の流れを終えることと、を含む、方法。
【請求項２】
横処理方向に延在している対向する平行な前及び後端縁と、処理方向に延在している対向する平行な側端縁と、関連する鋭角で関連する前記前、後及び側端縁のうちの１つから延在している複数の面取りされたコーナーとを含む周端縁を有する疑似四角形基板と、
基板の表面上に配設され且つ処理方向に延在している複数の平行なグリッド線と、を備え、複数の平行なグリッド線が、
第１のグリッド線のそれぞれの第１の終端が基板の前端縁から所定の間隙距離で配設され且つ第１のグリッド線のそれぞれの第２の終端が基板の後端縁から所定の間隙距離で配設されるように基板の中央領域に配設され、それにより、第１のグリッド線の第１の終端が第１の線を画定し且つ第１のグリッド線の第２の終端が第２の線を画定し、複数の第１のグリッド線のそれぞれが共通の第１の長さを有するように第１及び第２の線の双方が横処理方向に並べられた複数の第１のグリッド線と、
基板の中央領域と対向する平行な側端縁との間に配設された複数の第２のグリッド線とを含み、前記複数の第２のグリッド線が、
最外の第１の組の第２のグリッド線が第１の前記側端縁に隣接して配設されるように基板の中央領域と第１の前記側端縁との間における第１の側方領域に配設された第１の組の第２のグリッド線と、
最外の第２の組の第２のグリッド線が第２の前記側端縁に隣接して配設されるように基板の中央領域と第２の前記側端縁との間における第２の側方領域に配設された第２の組の第２のグリッド線とを含み、
第１及び第２の組の最外のグリッド線のそれぞれの第１の終端が、前記複数の面取りされたコーナーのうちの対応する１つから所定の間隙距離に配設されており、
第１及び第２の組の第２のグリッド線のそれぞれの第１の終端が第３の線を画定し、第２のグリッド線の第２の終端が第４の線を画定し、複数の第１のグリッド線が第１の長さよりも短い共通の第２の長さを有するように第３及び第４の線が横処理方向に並べられており、
第１及び第３の線が第１のステップパターンを形成し、第２及び第４の線が第２のステップパターンを形成している、Ｈパターン太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハベースの電子装置の製造に関し、より詳細には、微細押出技術を使用したＨパターンの太陽電池における前側金属化の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５は、光起電力効果によって太陽光を電気に変換する従来のＨパターンコンタクト太陽電池４０Ｈの一例を示す簡略図である。太陽電池４０Ｈは、公知の技術を使用して処理された半導体（例えば、多結晶又は単結晶シリコン）基板４１Ｈ上に形成されており、基板４１Ｈの中央付近にｐｎ接合が形成されるように、ｎ型にドープされた上部領域４１Ｕ及びｐ型にドープされた下部領域４１Ｌを含む。半導体基板４１Ｈの前側表面４２Ｈに配設されるものは、ｎ型領域４１Ｕに対して電気的に接続された一連の平行金属グリッド線（フィンガ）４４Ｈ（端面図に示される）である。実質的に固体の導電層４６は、基板４１Ｈの裏側表面４３上に形成され、ｐ型領域４１Ｌに対して電気的に接続されている。通常、反射防止膜４７が基板４１Ｈの上面４２にわたって形成されている。太陽電池４０Ｈは、太陽光ビームＬ１からの光子が基板４１Ｈ内へと上面４２を通過し、半導体バンドギャップよりも大きいエネルギで半導体材料原子に衝突したときに電気を生成し、それは価電子帯内の電子（「−」）を伝導帯へと励起し、電子及び関連する正孔（「＋」）が基板４１Ｈ内に流れるのを可能とする。ｎ型領域４１Ｕ及びｐ型領域４１Ｌをわけるｐｎ接合は、励起された電子の正孔との再結合を防止する働きをし、それにより、図１５に示されるように、グリッド線４４Ｈ及び導電層４６を介して負荷に印加され得る電位差を生じる。
【０００３】
図１６（Ａ）及び図１６（Ｂ）は、四角形（又は矩形）の多結晶シリコン（「ポリシリコン」）基板４１Ｐ上、及び、八角形（又は他の非四角形状）の単結晶シリコン（モノシリコン）基板４１Ｍ上にそれぞれ形成された太陽電池４０Ｐ及び４０Ｍの前側コンタクトパターンを示す斜視図である。太陽電池４０Ｐ及び４０Ｍは、双方とも、平行な狭幅グリッド線４４Ｐ／４４Ｍと、グリッド線４４Ｐ／４４Ｍに対して垂直に延在する１本以上の広幅集電線（バスバー）４５とのアレイから構成される前側コンタクトパターンを有し、グリッド線４４Ｐ／４４Ｍ及びバスバー４５は、双方とも、基板４１Ｐ及び４１Ｍの上面４２にそれぞれ配設されている。双方の場合において、グリッド線４４Ｐ／４４Ｍは、上述したように、基板４１Ｐ／４１Ｍから電子（電流）を集め、バスバー４５は、グリッド線４４Ｐ／４４Ｍから電流を集電する。太陽光電池モジュールにおいて、バスバー４５は、通常はハンダ付けによって金属リボン（図示しない）が取り付けられる位置となり、リボンは、太陽電池パネルにおける１つのセルを他のセルに対して電気的に接続するのに使用される（すなわち、直列又は平行に配線された共通のプラットフォーム上に配置された太陽電池４０Ｐ／４０Ｍのアレイ）。太陽電池４０Ｐ／４０Ｍの双方のタイプにより、裏側コンタクトパターン（図示しない）は、実質的に連続的な裏面電解（ＢＳＦ）金属層と、バスバー４５と同様の役目を果たし且つ１つのセルを他のセルに対して電気的に接続するのに使用される関連する金属リボン（図示しない）に対しても接続された複数（例えば３つ）の相隔たるハンダパッド金属構造物とから構成される。
【０００４】
当業者は、ポリシリコン基板４１Ｐ上に形成された太陽電池４０Ｐが、通常は、モノシリコン基板４１Ｍ上に形成された太陽電池４０Ｍよりも製造費が少ないが、太陽電池４０Ｍが太陽電池４０Ｐよりも太陽光の電気への変換においてより高効率であり、それにより、より高い製造コストの一部を埋め合わせている旨を理解している。ポリシリコンウェハを製造するプロセスが一般にはより簡便であり、それゆえに、単結晶ウェハよりも安価であることから、ポリシリコン基板４１Ｐは、単結晶基板４１Ｍよりも製造費が少ない。通常、多結晶ウェハは、キャスト法を使用して四角形のインゴットとして形成され、溶融シリコンがキャスト内に流し込まれた後、比較的迅速に冷却され、そして、四角形のインゴットがウェハに切断される。しかしながら、ポリシリコンウェハは、セル内への太陽光の伝達を妨げる多数の結晶粒界に起因する不完全面を特徴としており、太陽エネルギ吸収を低減させ、より低い太陽電池効率をもたらす（すなわち、単位面積あたりの電気がより少ない）。すなわち、同じワット数を生み出すために、ポリシリコンセルは、それらの単結晶相当物よりも大きい表面積を有することが必要となり、それは制限されたアレイ空間が利用可能であるときに重要である。対照的に、単結晶基板（ウェハ）は、比較的遅い（長い）冷却プロセスを使用して円筒状インゴットを形成するように単結晶から成長される。太陽電池４０Ｍに付随するより高い製造コストはまた、部分的に、単結晶ウェハ４０Ｍのより高い製造コストに起因し、その製造は、円筒状インゴットを円板状ウェハに切断した後に、円状ウェハを、パネルへの組み立てに効果的な均一面を有する「疑似」四角形（多角形）状（例えば、図１６（Ｂ）に示される八角形状）に切断することを含む。ここで留意すべきは、これらの「疑似」四角形の基板を形成することは、円状ウェハの周囲部を切り取ることを含み、かなりのシリコンの浪費を生み出すということである。しかしながら、モノシリコン基板４１Ｍは単結晶構造を含むことから、その太陽光伝達は、ポリシリコン基板４１Ｐのものよりも優れており、そのより高い作動効率に寄与する。
【０００５】
Ｈパターンの太陽電池を製造する従来の方法は、スクリーン印刷及び微細押出を含む。スクリーン印刷技術は、太陽電池の大規模製造において最初に使用されたが、半導体基板との物理的コンタクトを必要とし、比較的低い製造歩留まりをもたらすという欠点を有する。微細押出法は、低コストの大面積半導体に対する需要を満たすために最近になって開発され、微細押出印刷ヘッドを使用して、半導体基板の表面上に導電性の「グリッド線」の材料を押し出すことを含む。
【０００６】
より低いコストの太陽電池寄りの市場に起因して、従来の大量生産微細押出システム及び印刷ヘッドは、図１７において図示された方法にしたがって四角形／矩形のポリシリコン基板４１Ｐ上に導電性ペースト（導電材料とともにフリットを含む）を押し出しするように現在最適化されている。図１７は、（図１６（Ａ）において完全な形式で示されている）太陽電池４０Ｐの製造中にポリシリコン基板４１Ｐの前面４２上にグリッド線４４Ｐを印刷するために現在使用されている微細押出法を図示している簡略平面図である。ポリシリコン基板４１Ｐは、下方に配置されており、従来の微細押出印刷ヘッド１００−ＰＡに対して処理（Ｙ軸）方向に移動される一方で、グリッド線材料は、横処理（Ｘ軸）方向に並べられた複数のノズル出口オリフィス６９−ＰＡから押し出され、押し出されたグリッド線材料によって基板４１Ｐ上に平行なグリッド線構造４４Ｐを形成させる。押出（グリッド線印刷）処理は、例えば、グリッド線４４の先端が所定の間隙距離Ｓだけ前端縁４１Ｐ−Ｆから離隔されるように、ノズル出口オリフィス６９−ＰＡが基板４１Ｐの前端縁４１Ｐ−Ｆから所定距離に配置されたときに、印刷ヘッド１００−ＰＡ内にグリッド線材料を供給する弁を開放することによって開始される。同様に、グリッド線印刷処理は、グリッド線４４Ｐの先端と基板４１Ｐの後端縁４１Ｐ−Ｂとの間に空間を設けるように終了する。この間隙は、グリッド線４４Ｐと、基板４１Ｐの裏面に形成された導体（図示しない）との間の短絡の可能性を防止するために、グリッド線４４Ｐの前／後端と基板４１Ｐの前／後端縁との間に設けられる。スクリーン印刷技術と比較して、基板４１Ｐ上のドーパント材の押出は、導電性領域の特徴解像度の優れた制御を提供し、基板４１Ｐに接触することなく蒸着を容易とし、それにより、ウェハの破損を回避する（すなわち、製造歩留まりを向上させる）。そのような製造技術は、例えば米国特許出願公開第２００８０１３８４５６号明細書に開示されており、それは全体として引用することによって本願明細書に盛り込まれたものとする。
【０００７】
単結晶ベースの太陽電池に直面する他の問題は、ポリシリコンベースの太陽電池用に最適化された現在の太陽電池押出装置が、八角形（「疑似四角形」）の単結晶ベースの太陽電池を作るために有効な方法で使用されることができないということである。この問題は、八角形の単結晶シリコン基板４１Ｍ上にグリッド線４４Ｐを生成するために従来の印刷ヘッド１００−ＰＡの使用を描く図１８に図示されている。すなわち、従来の印刷ヘッド１００−ＰＡ及び関連する微細押出システムは、通常、ノズル出口オリフィス６９−ＰＡを通過した押出材料を個々に制御することが不可能であり、それにより、基板４１Ｍの側方端縁に沿って配設されたグリッド線４４Ｐは、（図１８における破線円によって示されるように）面取りされた端縁４１Ｍ−Ｃ１及び４１Ｍ−Ｃ３にわたって延在し、それにより、おそらく、グリッド線４４Ｐと、基板４１Ｍの裏面に形成された導体（図示しない）との間の短絡を生み出す。この問題に対する１つの可能な解決策は、コーナー領域にマスクを設けること、又は、重なり合うグリッド線部分を除去することであろう。このアプローチは、現在利用可能な装置の使用を可能とするであろうが、製造コストが非常に増加するであろうし、八角形のモノシリコンウェハのかなりの前押出又は後押出処理を必要とすることによって歩留まりを潜在的に低減するであろうし、また、グリッド線材料を浪費するであろう。他の可能なアプローチは、各出口オリフィス用に個々の弁を含むように印刷ヘッドを変更すること、及び、基板の端部又は面取りされた端縁に沿って形成されたかどうかによらず、それぞれの押し出されたグリッド線の終端が所望の間隙距離で形成されることができるように、個々に弁を制御するのを容易とするようにシステムを変更することであろう。しかしながら、このアプローチは、微細押出制御システムに対する大幅な（及び非常に高価な）変更を必要とするであろうし、必要とされるであろう多数の弁のために実施が困難であろう。さらに、既存の共押出システムに多数の外部弁を追加することは、四角形のポリシリコン基板上に太陽電池を作り出すのに利用される既存の微細押出システムにおける空間制限及びペイロードのために問題のあることである。
【０００８】
必要とされるものは、従来のグリッド線印刷処理に付随する上述した問題を回避する、八角形の単結晶シリコン基板上にグリッド線を形成する方法である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、平行なグリッド線のより長い「中央」とより短い「側方」との組が、グリッド線の終端に、印刷された「ステップ」パターンを形成させる方法で基板表面上におおよそ同時に押し出されるように、八角形（又は他の非四角形／非矩形状）半導体（例えば単結晶シリコン）基板上にＨパターンの太陽電池を製造するために最適化された方法に関する。平行なグリッド線は、素地及び版式上の処理方向において、基板表面上を処理方向に押し出され（印刷され）、印刷処理は、グリッド線の各組の範囲内で、グリッド線が、それらの終端が実質的に並べられた状態で、実質的に同じ長さを有するように制御される。より長いグリッド線は、より長いグリッド線のそれぞれの終端が基板の前後端縁から所定の間隙距離で配設された状態で、基板の前後端縁によって画定される基板の中央領域に配設される。少なくとも２組のより短いグリッド線は、１つの組が基板の側方端縁のうちの一方に沿って２つの関連する面取りされたコーナーの間に延在し且つ他の組が基板の他方の側方端縁に沿って他の２つの面取りされたコーナーの間に延在している状態で、中央領域の反対側に印刷される。側方基板の側方端縁に最も近く配設された２つの最外周の短いグリッド線の最外周の終端が、面取りされたコーナーから所定距離だけオフセットされるように、より短いグリッド線の共通の長さが設定される。結果として生じるステップパターンは、面取りされたコーナーの領域ではより短いグリッド線のウェハ表面被覆率を最適化しないものの、本発明者は、このようにＨパターンの太陽電池を製造することが、オフセットされた「ステップ」グリッド線パターンによって生じるセルの電気効率における非常に軽微な損失を埋め合わせる大幅な製造効果を提供し、製造の複雑さ及びコストとセル効率とをトレードオフするように選択されることができることを見出した。共押出されたグリッド線に関して、段のある型を八角形のウェハ上にステップパターンを印刷する製造効果は、インク浪費を最小にし、コーナーのマスキングを不要とし、（おそらくセルを短絡し得る）ウェハ端縁を越えた印刷の機会をなくし、そのようなステップ印刷サブシステムが、最小の労力及び遅延で同じ機械における従来の微細押出印刷サブシステムに代えられることができることを含む。
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、例えばＨパターンの太陽電池の製造中において、八角形（又は他の非四角形／非矩形状）の単結晶シリコン基板上に平行なグリッド線を印刷する方法は、横処理方向にそれぞれ並べられた出口オリフィスをそれぞれ有する中央（第１）及び側方（第２）のノズルを含む印刷ヘッドを利用し、側方出口オリフィスの線は、オフセット距離だけ中央出口オリフィスの線から処理方向にオフセットされる。この印刷ヘッドを使用して、本方法は、印刷ヘッドの下方において処理方向に単結晶シリコン基板を移動させることと、前記グリッド線材料が中央及び側方出口オリフィスを介しておおよそ同時に押し出され、ステップ距離だけオフセットされた終端を有する中央及び側方グリッド線構造を形成するように、印刷開始時に印刷ヘッド内にグリッド線材料を同時に供給することと、横処理方向に並べられた後終端を形成するように側方グリッド線構造を形成するグリッド線材料の流れを終えることと、その後、中央及び側方グリッド線の後終端が第２のステップパターンを形成するように中央グリッド線を形成するグリッド線材料の流れを終えることと、を含む。第１の長さを有するグリッド線の中央組と、共通のより短い長さを有する側方グリッド線の２つ以上の組とを形成するようにグリッド線材料の流れを別個に制御することにより、本発明は、基板端縁から安全な距離に確実に配設された八角形基板の面取りされたコーナー間にグリッド線を形成し、既存の微細押出システムに対して最小の変更を使用して作り出されるのを容易とする。所望のステップパターンに対応するオフセットパターンで中央及び側方オリフィスを配置し、そして、グリッド線印刷処理を開始するための単一の開始コマンドを使用することにより、本発明は、構造が双方とも均一で所定の最小安全距離だけ基板端縁から離隔されたグリッド線を有する太陽電池の非常に正確で確実な生成を容易とする。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、本方法は、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決めシステム又は他の固定具を使用して静止位置に保持される印刷ヘッドを有し、搬送機構を介して印刷ヘッドの下方において処理方向に単結晶シリコン基板を移動させることを含む。他の実施形態によれば、印刷ヘッドは、単結晶シリコン基板の静止線にわたって処理方向に移動される。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、コントローラは、２つ以上の分配（流れ制御）弁に対して送信される「印刷開始」及び「印刷停止」コマンドを生成する。分配弁は、それぞれ、材料供給システムと印刷ヘッドの２つ以上の関連する入口との間における供給流路に配設されている。弁は、グリッド線材料の第１の部分が各弁によって関連する第１の入口を通され、中央及び側方出口オリフィスのうちの１つを通って押し出されることにより、正確に位置決めされた終端を有するグリッド線を作り出すように、「印刷開始」コマンドに応答して閉鎖動作状態から開放動作状態へと同時に開放可能に調整される。「側方」出口オリフィスへの流れを制御する１つ以上の弁は、結果として生じる側方グリッド線の２つ以上の組の後終端が、最小安全距離だけ関連する面取りされたコーナーから離隔されるように、目的基板が位置決めされたときに閉鎖される（すなわち、開放動作状態から閉鎖動作状態へと調整される）。その後、「中央」出口オリフィスへの流れを制御する弁は、結果として生じる中央グリッド線の後終端が、所定の間隙距離だけ基板の後端縁から離隔されるように、目的基板が位置決めされたときに閉鎖される。この方法の重要な効果は、利用可能な空間内で（すなわち、最小数の分配弁を利用することができるため）且つシステムの制御電気回路に対する最小の変更で既存の微細押出グリッド線印刷システムに実装されることができるということである。
【００１３】
本発明の具体的な実施形態によれば、「２ステップ」のグリッド線パターンは、例えば上板と底板との間に挟持された３つのノズル層及び３つのプレナム層を含む３部構成の多層印刷ヘッドアセンブリを使用して作り出される。追加のノズル層は、異なる長さを有する、より短い２組の「側方」グリッド線の製造を容易とし、それにより、２ステップパターンは、セル効率を向上させるウェハ表面のより大きなグリッド線被覆率を提供する目的基板上に作り出される。１ステップの実施形態と同様に、全てのグリッド線の印刷は、（例えば３つの別個の弁に供給される）単一の開始コマンドを使用して開始されるが、より短いグリッド線の追加の組に関連する追加の印刷終了コマンドを含むように変更される。１つの実施形態において、「側方」グリッド線の最外の最短組を形成するグリッド線材料の流れは、（例えば、関連する弁に対して「閉鎖」コマンドを送ることにより）最初に終了し、その後、「側方」グリッド線の内側組を形成するグリッド線材料の流れは、（例えば、関連する弁に対して「閉鎖」コマンドを送ることにより）終了し、そして、より長い「中央」グリッド線を形成するグリッド線材料の流れは、（例えば、関連する弁に対して「閉鎖」コマンドを送ることにより）終了する。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、本方法は、印刷ヘッド内へのグリッド線材料の開始／停止を制御するとともに、中央及び側方オリフィスの双方から均一なグリッド線構造を作り出すためにグリッド線材料が各組のオリフィスを通っておおよそ同じ圧力で押し出されるように印刷ヘッドから出るグリッド線材料の流れ圧力を制御する加圧供給容器（グリッド線材料源）及び複数の分配弁を利用することを含む。ペースト状のグリッド線材料の大きな容器を加圧及び減圧することによって印刷動作の開始／停止を制御すること（すなわち、グリッド線材料を分配すること）は、本発明に関連する「ストップ・オンザフライ」（すなわち、印刷ヘッドが目的基板に対してなおも移動している一方で、グリッド線材料の流れが停止する）印刷方法については低速すぎる。この問題は、中央及び各組の側方オリフィスについて必要とされる別個の「流れ停止」の場合のために、疑似四角形の基板上へのステップ状のグリッド線パターンの印刷に照らして特に重大である。さらに、中央ノズル／オリフィスの数が、通常は、側方オリフィスの数よりも非常に多いことから、関連する流れチャネルを通る異なる圧力降下は、側方及び中央オリフィスの双方を通るおおよそ同じ流れを生み出すために異なる入口圧力を必要とする。したがって、本発明の方法は、グリッド線材料が第１の圧力で供給流路に押し進められるようにグリッド線材料源（例えば単一の加圧容器）を加圧し、分配弁を使用して印刷ヘッドへのグリッド線材料の開始／停止を制御することにより、これらの開始／停止及び圧力調整問題に対処し、それにより、大きい貯蔵容器を加圧／減圧することによって可能であるよりも優れたグリッド線材料流れの開始／停止制御を提供する。さらに、分配弁のそれぞれの開放動作状態は、各弁が対応する入口圧力で対応する入口へとグリッド線材料の対応する部分を送るように、個々に予め調整される（すなわち、校正される／事前設定される）。具体的な実施形態において、この事前調整は、所望の入口圧力を生み出すスプールタイプの弁における固定されたシール構造に対するストッパの最適な「開放」位置を決定し、そして、各「印刷開始」コマンドに応答してこの最適な「開放」位置へと動かすように関連する分配弁を構成することを含む。分配弁のそれぞれの開放動作状態を適切な開放動作状態へと個々に予め調整することにより、グリッド線材料は、おおよそ同じ流量で全てのオリフィスを通って押し出され、それにより、中央及び側方オリフィスの双方から均一なグリッド線構造を生み出す。
【００１５】
本発明のさらに他の実施形態によれば、グリッド線は共押出処理を使用して形成され、グリッド線材料（ペースト）は、改善されたセル動作を容易とする高アスペクト比のグリッド線構造を形成するように、印刷ヘッドノズルの内部で犠牲材料と組み合わされる。印刷ヘッドは、グリッド線材料流れチャネル及び関連する制御弁の双方と、制御弁の第２の組を介して犠牲材料（例えば非導電性インク）を受ける流れチャネルの第２の組とを含み、それにより、犠牲材料は、関連するグリッド線材料流れとともに各ノズルに分配される。印刷ヘッドの各ノズルは、ノズルの出口オリフィスの直前に位置する合流地点において中央流れと合流する２つの側方流れチャネルを含む３部構成のノズル構造を有する。犠牲材料は、２つの側方流れチャネルに供給され、グリッド線材料は、中央流れチャネルに供給され、それにより、犠牲材料は、目的基板上に微細で高アスペクト比のグリッド線を形成するようにグリッド線材料とともに共押出される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明のこれらの及び他の特徴、態様及び効果は、以下の説明、添付された特許請求の範囲及び添付図面に関してより良好に理解されるであろう。
【図１】図１は、簡便化された微細押出システム及び本発明にかかるシステムによって製造されたＨパターン太陽電池を示す斜視図である。
【図２Ａ】図２（Ａ）は、本発明の他の実施形態による図１の微細押出システムによって使用される簡便化された微細押出印刷ヘッドアセンブリを示す分解斜視図である。
【図２Ｂ】図２（Ｂ）は、本発明の他の実施形態による図１の微細押出システムによって使用される簡便化された微細押出印刷ヘッドアセンブリを示す底面図である。
【図３Ａ】図３（Ａ）は、本発明の他の実施形態によるグリッド線印刷動作中における図１の微細押出システムの一部を示す簡略平面図である。
【図３Ｂ】図３（Ｂ）は、本発明の他の実施形態によるグリッド線印刷動作中における図１の微細押出システムの一部を示す簡略平面図である。
【図３Ｃ】図３（Ｃ）は、本発明の他の実施形態によるグリッド線印刷動作中における図１の微細押出システムの一部を示す簡略平面図である。
【図３Ｄ】図３（Ｄ）は、本発明の他の実施形態によるグリッド線印刷動作中における図１の微細押出システムの一部を示す簡略平面図である。
【図４】図４は、図３（Ｂ）のグリッド線印刷動作中における図２（Ａ）の簡便化された印刷ヘッドアセンブリの一部を示す簡略部分斜視図である。
【図５】図５は、本発明の具体的な実施形態による多層微細押出印刷ヘッドアセンブリを示す簡略側面図である。
【図６Ａ】図６（Ａ）は、本発明の他の具体的な実施形態による図５の多層微細押出印刷ヘッドアセンブリにおいて利用されるプレナム構造を示す平面図である。
【図６Ｂ】図６（Ｂ）は、本発明の他の具体的な実施形態による図５の多層微細押出印刷ヘッドアセンブリにおいて利用されるプレナム構造を示す平面図である。
【図７】図７は、本発明の他の具体的な実施形態による２ステップのグリッド線パターンを作り出すための多層微細押出印刷ヘッドアセンブリを示す簡略側面図である。
【図８】図８は、図７の微細押出印刷ヘッドアセンブリの後方底面図である。
【図９Ａ】図９（Ａ）は、本発明の他の実施形態による図７の多層微細押出印刷ヘッドアセンブリを利用するグリッド線の印刷動作中における微細押出システムの一部を示す簡略平面図である。
【図９Ｂ】図９（Ｂ）は、本発明の他の実施形態による図７の多層微細押出印刷ヘッドアセンブリを利用するグリッド線の印刷動作中における微細押出システムの一部を示す簡略平面図である。
【図９Ｃ】図９（Ｃ）は、本発明の他の実施形態による図７の多層微細押出印刷ヘッドアセンブリを利用するグリッド線の印刷動作中における微細押出システムの一部を示す簡略平面図である。
【図９Ｄ】図９（Ｄ）は、本発明の他の実施形態による図７の多層微細押出印刷ヘッドアセンブリを利用するグリッド線の印刷動作中における微細押出システムの一部を示す簡略平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の他の具体的な実施形態による共押出システムを示す簡略正面図である。
【図１０Ａ】図１０（Ａ）は、図１０の共押出システムにおいて利用される弁のうちの１つの様々な動作状態を示す簡略図である。
【図１０Ｂ】図１０（Ｂ）は、図１０の共押出システムにおいて利用される弁のうちの１つの様々な動作状態を示す簡略図である。
【図１０Ｃ】図１０（Ｃ）は、図１０の共押出システムにおいて利用される弁のうちの１つの様々な動作状態を示す簡略図である。
【図１１】図１１は、図１０の共押出システムにおいて利用される微細押出印刷ヘッドアセンブリの分解斜視図である。
【図１２】図１２は、さらに詳細における図１１の微細押出印刷ヘッドアセンブリの典型的な部分を示す拡大部分分解斜視図である。
【図１３】図１３は、図１１の印刷ヘッドアセンブリの単一の共押出ノズルを描く簡略図である。
【図１４】図１４は、図１１の印刷ヘッドアセンブリの単一の共押出ノズルによって作り出された典型的な押し出された構造を示す簡略端面図である。
【図１５】図１５は、従来の太陽電池を示す簡略側断面図である。
【図１６Ａ】図１６（Ａ）は、従来のＨパターン太陽電池を示す平面斜視図である。
【図１６Ｂ】図１６（Ｂ）は、従来のＨパターン太陽電池を示す底面斜視図である。
【図１７】図１７は、従来の押出印刷ヘッドを使用したグリッド線の印刷処理を描く簡略平面図である。
【図１８】図１８は、図１７に示される従来の押出印刷ヘッドを使用した非矩形の基板上へのグリッド線形成を描く平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、簡便化された微細押出システム５０によって行われる製造処理中におけるＨパターン太陽電池４０−１及び４０−２を示している。微細押出システム５０は、一般に、印刷ヘッド１００と、印刷ヘッド１００の下方に半導体基板４１を運ぶための機構８０と、供給流れ経路５６を介して材料供給システム６０から印刷ヘッド１００へとグリッド線材料５５を供給するために開閉する弁６１−１及び６１−２と、制御信号を介して弁６１−１及び６１−２の動作（開放／閉鎖）状態を制御するコントローラ９０とを含む。
【００１８】
コンベヤ８０及び印刷ヘッド１００は、グリッド線４４が互いに平行であり且つ各基板４１上で処理（Ｙ軸）方向に延在するように向けられる。印刷ヘッド１００が横処理（Ｘ軸）方向に並べられるように、印刷ヘッド１００は、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決め機構によって保持される。印刷ヘッド１００はまた、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決め機構により、基板４１の上側表面４２よりも上方の所定の垂直（Ｚ軸）位置を維持される。
【００１９】
各Ｈパターン太陽電池４０−１及び４０−２の基板４１は、多面（例えば八角形）の周端縁を有する「疑似四角形」の単結晶シリコン基板である。説明のために、各基板４１の前端縁４１−Ｆ及び後端縁４１−Ｂは、グリッド線の印刷処理中に横処理方向に向けられており、反対側の端縁４１−Ｓ１及び４１−Ｓ２は、グリッド線の印刷処理中に処理方向に延在している。基板４１はまた、関連する前、後及び側方端縁から鋭角θに延在している少なくとも４つの面取りされた端縁４１−Ｃ１、４１−Ｃ２、４１−Ｃ３及び４１−Ｃ４を含む。
【００２０】
各Ｈパターン太陽電池は、グリッド線４４が、１組のより長い「中央」グリッド線４４−１と、２組以上のより短い「側方」グリッド線４４−２１及び４４−２２とを含み、全てが基板４１の周端縁から離隔された終端を有することを特徴としている。より長い中央グリッド線４４−１は、基板の前端縁４１−Ｆと後端縁４１−Ｂとの間における基板４１の中央領域Ｒ１に配設されており、より長い中央グリッド線４４−１のそれぞれは、基板４１の前端縁４１−Ｆ及び後端縁４１−Ｂから所定の間隙距離Ｇ１にそれぞれ配設された終端間に画定される共通の長さＬ１を有する。２組のより短い「側方」グリッド線４４−２１及び４４−２２は、それぞれ、中央領域Ｒ１の反対側に位置し且つ処理方向に並べられた関連する面取りされたコーナー間に画定される、基板４１の側方領域Ｒ２−Ｓ１及びＲ２−Ｓ２に配設されている。より短い側方グリッド線４４−２１及び４４−２２の組のそれぞれは、後述する距離だけ長さＬ１よりも短い共通の長さＬ２を有する。２つの最外周の短いグリッド線の最外周の終端（すなわち、側方端縁４１−Ｓ１及び４１−Ｓ２に最も近くそれぞれ配設されたグリッド線４４−２１１及び４４−２２２）が、隣接する面取りされた端縁から所定距離だけオフセットされるように、より短いグリッド線４４−２１及び４４−２２の組の共通の長さが設定される。
【００２１】
各太陽電池４０−１及び４０−２はまた、より長い「中央」グリッド線４４−１並びにより短い「側方」グリッド線の組４４−２１及び４４−２２の終端が、基板４１上に所定の「ステップ」パターンＳＰ１及びＳＰ２を形成することを特徴としている。側方グリッド線４４−２１及び４４−２２の２組の前後終端が横処理Ｘ軸方向に実質的に並べられるように、印刷処理は制御される。すなわち、側方グリッド線４４−２１の前終端は、側方グリッド線４４−２２の前終端と実質的に共線である第３の線Ｌ２Ｆを画定し、側方グリッド線４４−２１の後終端は、側方グリッド線４４−２２の後終端と実質的に共線である第４の線Ｌ２Ｂを画定する。第１の線Ｌ１Ｆは、ステップ距離Ｓだけ第３の線Ｌ２Ｆからオフセットされ、それにより、前終端線Ｌ１Ｆ及びＬ２Ｆは、太陽電池４０−１及び４０−２の上流端部において破線で示される第１のステップパターンＳＰ１を形成する。同様のステップ距離は、第２の線Ｌ１Ｂと第４の線Ｌ２Ｂとを分離し、それにより、後終端線Ｌ１Ｂ及びＬ２Ｂは、太陽電池４０−１の下流端部において破線で同様に示される第２のステップパターンＳＰ２を形成する。
【００２２】
図１の左上部分を参照すると、印刷ヘッド１００は、少なくとも２つの入口１１６−０１及び１１６−２と、少なくとも３組のノズル１６２−１、１６２−２１及び１６２−２２と、入口１１６−１及び１１６−２からノズル１６２−１、１６２−２１及び１６２−２２までの流路を画定する少なくとも２つの流れ分配システム１６３−１及び１６３−２とを画定する一般にブロック状の本体１０１を含む。
【００２３】
本発明の一態様によれば、印刷ヘッド１００は、ノズル１６２−１、１６２−２１及び１６２−２２の端部に画定される複数のノズル出口オリフィスが、グリッド線４４の前終端によって形成されたオフセット「ステップ」パターンＳＰ１を形成するオフセット構造で配設されるように構成される。まず、ノズル１６２−１は、印刷ヘッド１００の中央領域に配設されており、ノズル１６２−２１及び１６２−２２は、印刷ヘッド１００の反対側に配設されている（すなわち、横処理方向に測定されたとき、ノズル１６２−１は、ノズル１６２−２１と１６２−２２との間に位置する）。各中央ノズル１６２−１は、関連する「中央」出口オリフィス１６９−１で終わり、全ての出口オリフィス１６９−１は、横処理（Ｘ軸）方向に並べられ、印刷ヘッド本体１０１の前端部に隣接して配設されている。各側方ノズル１６２−２１は、関連する「側方」出口オリフィス１６９−２１で終わり、各ノズル１６２−２２は、関連する「側方」出口オリフィス１６９−２２で終わり、出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２は、横処理（Ｘ軸）方向に並べられ、印刷ヘッド本体１０１の後端に隣接して配設されている。このオフセット構造は、中央出口オリフィス１６９−１が、印刷されるステップパターン（例えばＳＰ１）が所望のステップ距離を有するのを可能とするように設計されたオフセット距離Ｏだけ、側方出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２から処理（Ｙ軸）方向にオフセットされていることを特徴としている。ここで留意すべきは、横処理（Ｘ軸）方向において隣接するオリフィス間の間隔がグリッド線４４の間における所望の間隔と同一であり、また、側方出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２が所定のオフセット距離Ｏだけ「中央」出口オリフィス１６９−１から下流（すなわち、処理Ｙ軸方向）に配設される、ということである。それゆえに、中央出口オリフィス１６９−１並びに側方出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２によって形成されるオフセット構造（パターン）は、ステップパターンＳＰ１と同様である。さらに詳細に後述するように、このオフセットパターンにおける「中央」及び「側方」オリフィスを有する印刷ヘッド１００を提供する効果は、印刷ヘッド１００を通る全てのオリフィス１６９−１、１６９−２１及び１６９−２２へのグリッド線材料の流れが、単一の「開始」（弁開放）信号を使用して開始されるということである。すなわち、この構造により、グリッド線材料５５−１及び５５−２が出口オリフィス１６９−１並びに側方出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２を通って同時に押し出されるとき、押し出されたグリッド線材料は、本質的に、「ステップ」パターンＳＰ１を有する開始点を持つ平行なグリッド線４４を形成する。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、流れ分配システム１６３−１及び１６３−２は、入口１１６−１を介して印刷ヘッド１００に入るグリッド線材料５５−１がノズル１６２−１に対して流れ分配システム１６３−１によって分配され且つ入口１１６−２を介して印刷ヘッド１００に入るグリッド線材料５５−２がノズル１６２−２１及び１６２−２２に対して流れ分配システム１６３−２によって分配されるように形成される。すなわち、入口１１６−１を介して印刷ヘッド１００に入るグリッド線材料５５−１が中央出口オリフィス１６９−１のうちの１つを介して出るように、第１の入口１１６−１のみが分配システム１６３−１を介してノズル１６２−１と連通している。同様に、第２の入口１１６−２は、入口１１６−２を介して印刷ヘッド１００に入るグリッド線材料５５−２が側方出口オリフィス１６９−２１又は１６９−２２のうちの１つを介して出るように、分配システム１６３−２を介してノズル１６２−２１及び１６２−２２と連通している。別個の流れ分配システム１６３−１及び１６３−２は、後述するように裏面側ステップパターンＳＰ２の形成を容易とする。
【００２５】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、さらに詳細に印刷ヘッド１００を示している。（破線の垂直線によって示される）中央ノズル１６２−１は、８つの個々のノズルチャネル１６２−１１〜１６２−１８を含み、側方ノズル１６２−２１は、２つのノズルチャネル１６２−２１１及び１６２−２１２を含み、側方ノズル１６２−２２は、２つのノズルチャネル１６２−２２１及び１６２−２２２を含む。ノズルチャネル１６２−１１〜１６２−１８のそれぞれは、流れ分配システム１６３−１と関連する出口オリフィス１６９−１との間に流路を形成している。同様に、ノズルチャネル１６２−２１１及び１６２−２１２は、それぞれ、流れ分配システム１６３−２と出口オリフィス１６９−２１１及び１６９−２１２との間に延在しており、ノズルチャネル１６２−２２１及び１６２−２２２は、それぞれ、流れ分配システム１６３−２と出口オリフィス１６９−２２１及び１６９−２２２の間に延在している。
【００２６】
図２（Ａ）に図示される本発明の態様によれば、流れ分配システム１６３−１及び１６３−２は、グリッド線材料をノズルのそれぞれに分配する流れチャネルのシステムを画定する。第１の流れ分配システム１６３−１は、第１の入口１１６−１に入るグリッド線材料５５−１が、入口路１６３−１１及び対応する一連の第１の分岐通路１６３−１２を介して各出口オリフィス１６９−１に送られるように、入口１１６−１とノズルチャネル１６２−１１〜１６２−１８との間に連通する入口路１６３−１１及び相互接続された第１の分岐路１６３−１２の組を含む。同様に、第２の流れ分配システム１６３−２は、入口１１６−２に入るグリッド線材料５５−２が、入口路１６３−１２及び対応する一連の第２の分岐通路１６３−２２を介して各出口オリフィス１６９−２１１、１６２−２１２、１６２−２２１及び１６２−２２２に送られるように、第２の入口１１６−２とノズルチャネル１６２−２１１、１６２−２１２、１６２−２２１及び１６２−２２２とを連通する入口路１６３−２１及び相互接続された第２の分岐路１６３−２２の組を含む。分岐路１６３−１２は、入口１１６−１から各中央ノズルチャネル１６９−１１〜１６９−１８への液れ抵抗（又は導電率）がおおよそ等しいように、おおよそ対称な一連の流路として形成されている。同様に、分岐通路１６３−２２は、吸気口１１６−２から各側方ノズルチャネル１６９−２１１、１６９−２１２、１６９−２２１及び１６９−２２２への液れ抵抗／導電率がおおよそ等しいように、第２のおおよそ対称な一連の流路として形成されている。このように対称な流路を設けることの効果は、グリッド線材料５５−１が、おおよそ同じ流れ圧力で各出口オリフィス１６９−１１〜１６９−１８へと印刷ヘッド１００を通って運ばれ、また、グリッド線材料５５−２が、おおよそ同じ流れ圧力で各出口オリフィス１６９−２１１、１６９−２１２、１６９−２２１及び１６９−２２２へと印刷ヘッド１００を通って運ばれるということである。
【００２７】
図２（Ｂ）は、さらに詳細に出口オリフィスのオフセット構造を示す印刷ヘッド１００の底面図である。第１の出口オリフィス１６９−１１〜１６９−１８（本願明細書において出口オリフィス１６９−１と総称される）は、第１のオリフィス線Ｘ１を画定するように横処理（Ｘ軸）方向に並べられ、印刷ヘッド１００の中央領域ＸＣ１に配設されている。同様に、第２の出口オリフィス１６９−２１１、１６９−２１２、１６９−２２１及び１６９−２２２は、横処理方向に延在する第２のオリフィス線Ｘ２をまとめて画定するように並べられ、出口オリフィス１６９−２１１及び１６９−２１２は、第１の横処理側方領域Ｘ２−Ｓ１に配設され、出口オリフィス１６９−２２１及び１６９−２２２は、第２の横処理側方領域Ｘ２−Ｓ２に配設されている。図２（Ｂ）に示されたように、第１のオリフィス線Ｘ１は、処理（Ｙ軸）方向においてオフセット距離Ｏだけ第２のオリフィス線Ｘ２から離隔され、中央領域Ｘ１は、横処理（Ｘ軸）方向において側方領域Ｘ２−Ｓ１とＸ２−Ｓ２との間に全体が配設されている。
【００２８】
再度図１を参照すると、印刷ヘッド１００及びコンベヤ８０に加えて、微細押出システム５０は、供給流路５６に配設され且つ材料供給システム（源）６０から印刷ヘッド１００へのグリッド線材料５５の流れを制御するのに使用される２つの弁６１−１及び６１−２と、オフセットパターンＳＰ１及びＳＰ２を有するグリッド線４４を作り出すために後述するように個々に２つの弁６１−１及び６１−２の動作（開放／閉鎖）状態を制御するように公知の技術を使用して構成されるコントローラ９０とを含む。弁６１−１は、源６０と入口１１６−１との間に接続されており、後述するように中央出口オリフィス１６９−１への分配のために印刷ヘッド１００内へとグリッド線材料５５の第１の部分５５−１を供給するように制御される。弁６１−２は、源６０と入口１１６−２との間に接続されており、側方出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２への分配のために印刷ヘッド１００内へとグリッド線材料５５の第２の部分５５−２を供給するように後述するように制御される。コントローラ９０は、所望のグリッド線の印刷処理を容易とするために、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を参照して後述するように、弁６１−１及び６１−２に対して制御信号「ＯＰＥＮ」、「ＣＬＯＳＥ−１」及び「ＣＬＯＳＥ−２」を生成して送信する。
【００２９】
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、システム５０による基板４１上へのグリッド線の形成を描いている。印刷ヘッド１００は、印刷処理中における出口オリフィスの向きを示すために破線の「隠れ」線を使用して図示されている。印刷ヘッド１００及び目的基板４１は、目的基板４１が印刷ヘッド１００の下方を通過するように公知の技術を使用して配設されている。
【００３０】
図３（Ａ）は、目的基板４１（ｔ０）（すなわち、目的基板４１が印刷ヘッド１００の下方を処理（Ｙ軸）方向に移動し且つ印刷ヘッド１００に対して所定の印刷開始位置に到達したときの開始時刻ｔ０における目的基板４１）を示している（すなわち、前端縁４１−Ｆが中央出口オリフィス１６９−１の下方に配設される）。時刻ｔ０において、コントローラ９０は、双方の弁６１−１及び６１−２の動作状態が閉鎖から開放に変化するように、双方の弁６１−１及び６１−２に対して弁「ＯＰＥＮ」コマンドを送信する。弁６１−１及び６１−２を同時に開放することは、入口１１６−１及び１１６−２を通る印刷ヘッド１００内への材料部分５５−１及び５５−２の流れを同時に開始させ、順次、中央出口オリフィス１６９−１並びに側方出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２から上側表面４２上へのグリッド線材料の押出を同時に生じさせる。
【００３１】
図３（Ｂ）及び図４は、グリッド線材料の流れを開始した直後の目的基板４１（ｔ１）を示しており、また、時刻ｔ１で上側表面４２上に印刷されるグリッド線４４−１、４４−２１及び４４−２２の部分を示している。これらの図に示されたように、中央出口オリフィス１６９−１が横処理方向に並べられることから、中央出口オリフィス１６９−１からのグリッド線材料の同時押出は、中央グリッド線４４−１の前端縁４１−１Ｆを並べて必要な間隙距離Ｇ１だけ前端縁４１Ｆから離隔させる（すなわち、図４に示すように、グリッド線４１−１１及び４１−１２の前端縁４１−１１Ｆ及び４１−１２Ｆは、間隙距離Ｇ１だけ前端縁４１−Ｆから離隔される）。同様に、側方出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２が横処理方向に並べられることから、側方出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２からのグリッド線材料の同時押出は、横処理方向に並べられた各前端縁を持つ側方グリッド線４４−２１及び４４−２２を作り出し、最外側方グリッド線４４−２１１及び４４−２２２の前端縁は、それぞれ、必要な間隙距離Ｇ２だけ面取りされた端縁４１−Ｃ１及び４１−Ｃ３から離隔される。さらに、中央出口オリフィス１６９−１及び側方出口オリフィス１６９−２１及び１６９−２２が上述したオフセット構造で配設されることから、オリフィスの双方の組からのグリッド線材料の同時押出は、所望の「ステップ」パターンを有するグリッド線４４−１、４４−２１及び４４−２２を作り出す（すなわち、グリッド線４４−１１及び４４−２２の前端縁４４−１１Ｆ及び４４−１２Ｆは、所望のステップ距離Ｓだけグリッド線４４−２１１及び４４−２１２の前端縁４４−２１１Ｆ及び４４−２１２Ｆからオフセットされる）。
【００３２】
図３（Ｃ）は、目的基板４１が印刷ヘッド１００の下方をほぼ完全に通過し、より短いグリッド線４４−２１及び４４−２２の後終端に対応する所定地点に到達したときの目的基板４１（ｔ２）を示している。時刻ｔ２において、コントローラ９０は、弁閉鎖信号「ＣＬＯＳＥ−２」（図１に示される）を送信し、それにより、弁６１−２は、印刷ヘッド１００内への入口１１６−２を通るグリッド線材料５５−２の流れを終えるように閉鎖し、側方オリフィス１６９−２１及び１６９−２２からのグリッド線材料の押出を順次終了し、それゆえに、側方グリッド線４４−２１及び４４−２２についての後終端４４−２１Ｂ及び４４−２２Ｂ（図３（Ｄ）に示される）を形成する。具体的には、側方オリフィス１６９−２１及び１６９−２２を通るグリッド線材料の流れは同時に終了し、そのような側方グリッド線構造４４−２１及び４４−２２の後終端４４−２１Ｂ及び４４−２２Ｂは、横処理Ｘ軸方向に対して平行に並べられ、目的基板４１の周端縁の内部に完全に配設される。ここで留意すべきは、弁６１−１は、グリッド線材料５５−１が中央オリフィス１６９−１へと入口１１６−１及び印刷ヘッ１００を通って流れ続けるように、時刻ｔ２において開放動作状態のままであるということである。
【００３３】
図３（Ｄ）は、目的基板４１が印刷動作の終わりに到達したとき（すなわち、中央オリフィス１６９−１が目的基板４１の後端縁４１Ｂから必要な間隙距離に配置されるとき）の目的基板４１（ｔ３）を示している。この時点で、コントローラ９０は、第１の弁６１−１（図１に示される）に対して第２の閉鎖コマンドＣＬＯＳＥ−１を送り、それにより、印刷ヘッド１００内への入口１１６−１を通る弁６１−１からのグリッド線材料５５−１の流れを終了し、順次中央ノズル口１６９−１を通るグリッド線材料の押出を終了する。グリッド線材料５５−１の終了は、横処理（Ｘ軸）方向に対して平行に並べられ且つ所定の間隙距離だけ後端縁４１Ｂから離隔された中央グリッド線構造４４−１の後終端４４−１Ｂを作り出す。
【００３４】
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を参照しながら上述した印刷動作は、従来の印刷方法に勝るいくつかの効果を提供する。まず、このアプローチは、従来の押出／マスキング又はスクリーン印刷法を使用して可能であるよりも、かなり安価で且つより信頼性があり且つ反復可能な方法で八角形の単結晶基板上にＨパターン太陽電池を製造するための簡便な方法を提供し、それにより、四角形／矩形の多結晶シリコンウェハ上に形成される太陽電池に相当するコストで、高品質の単結晶ベースのＨパターンコンタクト太陽電池の製造を容易とする。さらに、印刷方法及び関連するハードウェアは、最小の変更で既存のグリッド線印刷システムに実装されることができ、それゆえに、大きい入れ替えコストを必要とすることなく、より高効率のＨパターン太陽電池を単結晶シリコンウェハ上に製造するのを可能とする。
【００３５】
図５は、印刷ヘッドアセンブリ１００Ａ内へと流路１６３Ａ−１１及び１６３Ａ−２１を通ってグリッド線材料５５−１及び５５−２を送るために、また、グリッド線印刷動作中に適切な向きに印刷ヘッドアセンブリ１００Ａを維持するために、入口１１６Ａ−１及び１１６Ａ−２に対して供給線を取り付けるためのブロックとしての機能を果たす任意のバックピース１１１Ａを含む多層印刷ヘッドアセンブリ１００Ａを示す側断面図である。追加の供給線取り付け地点及び関連する流路を設けること以外、バックピース１１１Ａは、従来の微細押出システムに利用されるバックピース構造と機能的に類似している。
【００３６】
多層印刷ヘッドアセンブリ１００Ａは、印刷ヘッドアセンブリ１００Ａが、（端面図に示される）中央出口オリフィス１６９Ａ−１を画定する中央ノズル１６２Ａ−１の列と、側方出口オリフィス１６９Ａ−２１及び１６９Ａ−２２をそれぞれ画定する２組の側方ノズル１６２Ａ−２１及び１６２Ａ−２２とを含み、中央出口オリフィス１６９Ａ−１が所定のオフセット距離Ｏだけ側方出口オリフィス１６９Ａ−２１及び１６９Ａ−２２からオフセットされるという点において、（上述した）印刷ヘッド１００と同様である。すなわち、図１に示されたのとおおよそ同じように、出口オリフィス１６９Ａ−１は、印刷ヘッドアセンブリ１００Ａの中央の横処理領域に配設されており、出口オリフィスの組１６９Ａ−２１及び１６９Ａ−２２のそれぞれは、中央の横処理領域によって横処理方向に分離され且つオフセット距離Ｏだけ処理方向において出口オリフィス１６９Ａ−１から下流に位置する側方領域に配設された少なくとも２つの出口オリフィスを含み、それにより、出口オリフィス１６９Ａ−１及び１６９Ａ−２１／２２を通って同時に押し出されるグリッド線材料は、目的基板上にステップパターンのグリッド線を作り出す。
【００３７】
多層印刷ヘッドアセンブリ１００Ａは、印刷ヘッドアセンブリ１００Ａが、統合された構造を形成するために積層構造において一体にボルト留めされ又は固定され、バックピース１１１Ａによって保持された、いくつかの層状構造で構成されているという点において、印刷ヘッド１００とは異なる。具体的には、印刷ヘッドアセンブリ１００Ａは、上板１１０Ａと、第１のプレナム層１２０Ａ−１と、第１のノズル層１５０Ａ−１と、第２のプレナム層１２０Ａ−２と、第２のノズル層１５０Ａ−２と、下板１３０Ａとを含む。図５に示される破線経路によって示されるように、各層は、入口１１６Ａ−１及び１１６Ａ−２から各層を通って出口ノズル１６９Ａ−１及び１６９Ａ−２１／２２まで延在するグリッド線材料５５−１及び５５−２が流路１１５Ａ−１及び１１５Ａ−２に設けられるように構成される。入口１１６Ａ−１及び１１６Ａ−２並びに流路１１５Ａ−１及び１１５Ａ−２の位置、経路方向及び経路サイズは、便宜的に図５に代えられるということに留意されたい。
【００３８】
上板１１０Ａ及び下板１３０Ａは、印刷処理中にノズル層及びプレナム層を一体に堅く固定するのに役立つ剛構造である。上板１１０Ａはまた、バックピース１１１Ａと第１のプレナム１２０Ａ−１との間に連通する垂直流れチャネル領域１６３Ａ−１２及び１６３Ａ−２２の部分を含む。図５に示されるように、ノズル層１５０Ａ−１及び１５０Ａ−２並びにプレナム１２０Ａ−１及び１２０Ａ−２は、上板１１０Ａがプレナム構造１２０Ａ−１と接触し且つ下板１３０Ａがノズル層１５０Ａ−２と接触するように、上板１１０Ａと下板１３０Ａとの間に配置される。板１１０Ａ及び１３０Ａは、双方とも、公知の技術を使用して適切な金属（又は他の剛体材料）のブロックから機械加工（又は形成）される。
【００３９】
ノズル層１５０Ａ−１及び１５０Ａ−２は、第１のプレナム１２０Ａ−１（及び使用される可能性がある任意の他の間隔「シム」層）の厚さによって決定される互いからの距離に固定的に維持された別個の（離隔された）構造である。ノズル層１５０Ａ−１は、１組の中央出口オリフィス１６９Ａ−１を含むように形成され、第２のノズル層１５０Ａ−２は、（図５における端面図においてまとめて示され、１６９Ａ−２１／２２と特定される）２組の側方出口オリフィス１６９Ａ−２１及び１６９Ａ−２２を含むように形成される。ノズル層１５０Ａ−１及び１５０Ａ−２の間に維持される距離は、中央ノズル出口オリフィス１６９Ａ−１がオフセット距離Ｏだけ側方ノズル出口オリフィス１６９Ａ−２１／２２から離隔されるように選択される。別個の構造としてノズル層１５０Ａ−１及び１５０Ａ−２を構成することによって提供される効果は、例えば、ノズル層１５０Ａ−１及び１５０Ａ−２の間に配設される間隔層（シム）を追加する又は取り去ることにより、オフセット距離Ｏの調整が容易とされるということである。ノズル層１５０Ａ−１及び１５０Ａ−２のそれぞれは、確立された方法及び設計にしたがって積層された金属又は高分子板で構成されている。確立されたノズル層製造方法及び設計を使用してノズル層１５０Ａ−１及び１５０Ａ−２を構成することの効果は、このアプローチが設計及び製造コストを最小化するということであり、既知のノズル設計及び製造法を使用してノズル層１５０Ａ−１及び１５０Ａ−２を作り出すことのさらに他の可能性のある効果は、微細押出印刷ヘッドアセンブリ１００Ａが、ポリシリコンウェハ上へのＨパターン太陽電池の製造に利用される従来の微細押出印刷ヘッドに相当するサイズを有し、同様に最小の変更で既存の微細押出システムにおける印刷ヘッドアセンブリ１００Ａの使用を容易とするということである。
【００４０】
印刷ヘッドアセンブリ１００Ａの様々な層は、入口１１６Ａ−１及び１１６Ａ−２とノズル１６２Ａ−１及び１６２Ａ−２１／２２と間にグリッド線材料を分配する別個の流れ分配チャネルを画定する。すなわち、第１の流れ分配チャネル１６３Ａ−１は、入口１１６Ａ−１とノズル１６２Ａ−１との間に連通しており、第１の流れ領域１６３Ａ−１１と、垂直流れチャネル領域１６３Ａ−１２と、プレナム１２０Ａ−１に沿って延在する分岐流れチャネル１６３Ａ−１３と、プレナム１２０Ａ−１からノズル１６２Ａ−１まで下方に延在するプレナム出口１６３Ａ−１４とを含む。同様に、第２の流れ分配チャネル１６３Ａ−２は、入口１１６Ａ−２とノズル１６２Ａ−２１／２２との間に連通しており、第１の流れ領域１６３Ａ−２１と、垂直流れチャネル領域１６３Ａ−２２と、プレナム１２０Ａ−２に沿って延在する分岐流れチャネル１６３Ａ−２３と、プレナム１２０Ａ−２からノズル１６２Ａ−２１／２２まで下方に延在するプレナム出口１６３Ａ−２４とを含む。プレナム１２０Ａ−２及びノズル層１５０Ａ−２へとグリッド材料を渡すようにプレナム１２０Ａ−１及びノズル層１５０Ａ−１を通過する垂直流れ分配チャネル１６３Ａ−２２の使用は、既存の微細押出システムに対する最小の変更で印刷ヘッドアセンブリ１００Ａの使用を容易とする。各流れ層についてのプレナム１２０Ａ−１及び１２０Ａ−２の使用は、各流れ分配システム１６３Ａ−１／２が従来の微細押出印刷ヘッドによって利用される方法を使用して別個のプレナム構造に形成されるのを可能とすることにより、流れ分配システム１６３Ａ−１及び１６３Ａ−２の設計を簡便化する。
【００４１】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、プレナム１２０Ａ−１及び１２０Ａ−２にそれぞれ画定される流れ分配チャネル１６３Ａ−１及び１６３Ａ−２の部分を示している。図６（Ａ）は、第１の流れ領域（第１のプレナム入口）１６３Ａ−１２の下側部分に画定されるプレナム１２０Ａ−１と、分岐流れチャネル１６３Ａ−１３と、第１のプレナム出口１６３Ａ−１４の上側部分とを示している。図６（Ｂ）は、第１の流れ領域（第２のプレナム入口）１６３Ａ−２２の下側部分に画定されるプレナム１２０Ａ−２と、分岐流れチャネル１６３Ａ−２３と、第２のプレナム出口１６３Ａ−２４の上側部分とを示している。プレナム１２０Ａ−１及び１２０Ａ−２は、入口１１６Ａ−１及び１１６Ａ−２から関連するノズル１６２Ａ−１及び１６２Ａ−２１／２２まで移動する流れ距離がおおよそ等しいように、金属又は硬い塑性材料を機械加工するか又は成形することによって構成される。具体的には、プレナム１２０Ａ−１の分岐流れチャネル１６３Ａ−１３は、第１のプレナム入口１６３Ａ−１２を介してプレナム１２０Ａ−１に入るグリッド線材料が、第１のプレナム出口１６３Ａ−１４のうちのいずれかまで、分岐流れチャネル１６３Ａ−１３の対応する分岐に沿っておおよそ同じ距離移動するように、おおよそ対称な一連の流路として形成される。対称な流れ分配チャネル１６３Ａ−１及び１６３Ａ−２の使用は、各ノズル１６９Ａ−１及び１６９Ａ−２１／２２における均一な押出圧力の発生を容易とする。
【００４２】
図７及び図８は、「２ステップ」のグリッド線パターンを作り出すための多層印刷ヘッドアセンブリ１００Ｂを示している。
【００４３】
図７において、印刷ヘッドアセンブリ１００Ｂは、バックピース１１１Ｂによって保持された層構造を形成するように積層された構造において一体にボルト留め又は固定された、いくつかの層状構造を含む点において、印刷ヘッドアセンブリ１００Ａと同様である。さらに、多層印刷ヘッドアセンブリ１００Ｂは、上板１１０Ｂと、第１のプレナム層１２０Ｂ−１と、第１のノズル層１５０Ｂ−１と、第２のプレナム層１２０Ｂ−２と、第２のノズル層１５０Ｂ−２と、下板１３０Ｂとを含み、第１のノズル層１５０Ｂ−１は、中央出口オリフィス１６９Ｂ−１を画定する中央ノズル１６２Ｂ−１の列を含み、ノズル層１５０Ｂ−２は、側方出口オリフィス１６９Ｂ−２１及び１６９Ｂ−２２をそれぞれ画定する２組の側方ノズル１６２Ｂ−２１及び１６２Ｂ−２２を含み、中央出口オリフィス１６９Ｂ−１は、所定のオフセット距離Ｏ１だけ側方出口オリフィス１６９Ｂ−２１及び１６９Ｂ−２２からオフセットされる。さらに、印刷ヘッドアセンブリ１００Ｂは、入口１１６Ｂ−１とノズル１６２Ｂ−１との間に連通する第１の流れ分配チャネル１６３Ｂ−１を画定し、第１の流れ領域１６３Ｂ−１１と、垂直流れチャネル領域１６３Ｂ−１２と、プレナム１２０Ｂ−１に沿って延在する分岐流れチャネル１６３Ｂ−１３と、プレナム１２０Ｂ−１からノズル１６２Ｂ−１まで下方に延在するプレナム出口１６３Ｂ−１４とを含む。同様に、第２の流れ分配チャネル１６３Ｂ−２は、入口１１６Ｂ−２とノズル１６２Ｂ−２１／２２との間に連通している。分岐流れチャネル１６３Ｂ−３３は、入口１１６Ｂ−１及び１１６Ｂ−２から関連するノズル１６２Ｂ−１及び１６２Ｂ−２１／２２まで移動される流れ距離がおおよそ等しいように構成されている。
【００４４】
多層印刷ヘッドアセンブリ１００Ｂは、印刷ヘッドアセンブリ１００Ｂが、２つの追加の組の「側方」出口オリフィス１６９Ｂ−３１及び１６９Ｂ−３２（まとめて１６９Ｂ−３１／３２）を画定する２つの追加の組の「側方」ノズルチャネル１６２Ｂ−３１及び１６２Ｂ−３２（まとめて１６２Ｂ−３１／３２）と、入口１１６Ｂ−３とノズル１６２Ｂ−３１／３２との間に連通する流れ分配チャネル１６３Ｂ−３とを含むという点で、印刷ヘッドアセンブリ１００Ａとは異なる。ノズルチャネル１６２Ｂ−３１／３２は、プレナム層１２０Ｂ−３を介して流れ分配チャネル１６３Ｂ−３と連通するノズル層１５０Ｂ−３に配設されており、それにより、ノズル層１５０Ｂ−３は、出口オリフィス１６９Ｂ−３１／３２がオフセット距離Ｏ１とおおよそ等しい第２のオフセット距離Ｏ２だけ出口オリフィス１６９Ｂ−２１／２２から処理（Ｙ軸）方向にオフセットされるように、ノズル層１５０Ｂ−２から下流に配置される。すなわち、出口オリフィス１６９Ｂ−３１／３２は、オフセット距離Ｏ１及びＯ２の合計と等しい距離だけ中央出口オリフィス１６９Ｂ−１から処理（Ｙ軸）方向にオフセットされる。ノズル層１５０Ｂ−１、１５０Ｂ−２及び１５０Ｂ−３は、ノズル層１５０Ｂ−１とノズル層１５０Ｂ−２との間に挟持されたプレナム構造１２０Ｂ−２と、ノズル層１５０Ｂ−２とノズル層１５０Ｂ−３との間に挟持されたプレナム構造１２０Ｂ−３とを有する積層された構造に配設されており、ノズル／プレナムは、上板１１０Ｂと下板１３０Ｂとの間に挟持されている。流れ分配チャネル１６３Ｂ−３は、バックピース１１１Ｂに画定された第１の流れ領域１６３Ｂ−３１と、垂直流れチャネル領域１６３Ｂ−２３と、プレナム層１２０Ｂ−３に沿って延在する分岐流れチャネル１６３Ｂ−３３と、プレナム１２０Ｂ−２からノズル１６２Ｂ−２１／２２まで下方に延在するプレナム出口１６３Ｂ−２４とを含む。垂直流路部分１６３Ｂ−３２は、上板１１０Ｂと、プレナム１２０Ｂ−１及び１２０Ｂ−２と、ノズル層１５０Ｂ−１及び１５０Ｂ−２とによってまとめて画定されており、その下端において分岐流れチャネル１６３Ｂ−３３の第１の端部と連通している。プレナム１２０Ｂ−３に画定される分岐流れチャネル１６３Ｂ−３３は、実質的に図６（Ｂ）を参照して上述したように構成されている（すなわち、入口１１６Ｂ−３から各ノズルチャネル１６９Ｂ−３１／３２まで移動される流れ距離がおおよそ等しいように）。
【００４５】
図８において、印刷ヘッドアセンブリ１００Ｂは、中央の横処理領域Ｘ１Ｃに配設された６４個の「中央」オリフィス１６９Ｂ−１と、横処理側方領域Ｘ２−Ｓ１に配設された４つの内側オリフィス１６９Ｂ−２１と、横処理側方領域Ｘ２−Ｓ２に配設された４つの内側オリフィス１６９Ｂ−２１とを含む。「中央」オリフィス１６９Ｂ−１及び「側方」オリフィス１６９Ｂ−２１／２２と同様に、出口オリフィス１６９Ｂ−３１／３２は、横処理（Ｘ軸）方向に並べられており、４つの出口オリフィス１６９Ｂ−３１が横処理側方領域Ｘ３−Ｓ１に配設されており、４つの出口オリフィス１６９Ｂ−３２が横処理側方領域Ｘ３−Ｓ２に配設されており、第３及び第４の横処理側方領域Ｘ３−Ｓ１及びＸ３−Ｓ２は、中央の横処理領域Ｘ１Ｃと横処理側方領域Ｘ２−Ｓ１及びＸ２−Ｓ２とによって横処理Ｘ軸方向に分離されている。この構造により、中央出口オリフィス１６９Ｂ−１、内側出口オリフィス１６９Ｂ−２１／２２及び外側出口オリフィス１６９Ｂ−３１／３２を通って同時に押し出されるグリッド線材料は、その開始終端が「２ステップ」パターンを形成するグリッド線を作り出す。
【００４６】
プレナム構造１２０Ｂ−１〜１２０Ｂ−３は、１つ以上の硬い塑性材料（例えばＴｅｃｈｔｒｏｎ（登録商標））又は金属板材料（例えば、鋼鉄、アルミニウム又は合金鋼）を機械加工する又は成形することによって構成される。プレナム構造のうちの少なくとも１つは、プラスチックから形成されており、プレナム構造のうちの１つ以上は、金属から形成されている。印刷ヘッドアセンブリ１００Ｂの３つのノズル積層構造は、押出中に層分離及びノズルチャネルの歪みに悩む可能性があり、金属の中央プレナムの使用は、取り付けボルト１５０Ｂのパターンを使用して一体にボルト留めされたときに分離及び歪みに耐えることによって性能を向上させる。
【００４７】
図９（Ａ）〜図９（Ｄ）は、基板４１上の「２ステップ」パターンにおけるグリッド線の形成を描いている。部分的にのみ示されているシステム５０Ｂは、本質的に、（上述した）システム５０と同じであるが、（２つに代えて）３つの弁６１Ｂ−１、６１Ｂ−２及び６１Ｂ−３と、「２ステップ」のグリッド線終端パターンを生成するために後述するように３つの弁を制御するように変更されたコントローラ９０Ｂとを含む。
【００４８】
図９（Ａ）は、印刷ヘッド１００Ｂに対して所定の印刷開始点位置に到着した後の目的基板４１を示しており、コントローラ９０が弁６１Ｂ−１、６１Ｂ−２及び６１Ｂ−３に対して弁「ＯＰＥＮ」コマンドを同時に送信した後、全ての弁６１Ｂ−１、６１Ｂ−２及び６１Ｂ−３の動作状態が閉鎖から開放へとおおよそ同時に変化し、それにより、入口１１６Ｂ−１、１１６Ｂ−２及び１１６Ｂ−３を通る印刷ヘッド１００Ｂ内へのグリッド線材料部分５５−１、５５−２及び５５−３の流れをおおよそ同時に開始させる。結果として生じるグリッド線４４−１、４４−２１、４４−２２、４４−３１及び４４−３２の部分は、それゆえに、前の「２ステップ」パターンＳＰ２Ｆを形成するように上側表面４２上に印刷される。
【００４９】
図９（Ｂ）は、目的基板４１がほぼ完全に印刷ヘッド１００Ｂの下方を通過し、外側グリッド線４４−３１及び４４−３２の後終端に対応する所定の地点に到着した後の時刻を図示している。この時点で、コントローラ９０Ｂは、弁閉鎖信号「ＣＬＯＳＥ−３」を送信し、それにより、弁６１Ｂ−３は、印刷ヘッド１００Ｂ内へと入口１１６Ｂ−３を通るグリッド線材料５５−３の流れを終えるように閉鎖し、順次側方オリフィス１６９Ｂ−３１及び１６９Ｂ−３２からのグリッド線材料の押出を終了し、それゆえに、横処理Ｘ軸方向に対して平行に並べられ且つ目的基板４１の周端縁の内部に完全に配設された側方グリッド線４４−３１及び４４−３２についての後終端を形成する。
【００５０】
図９（Ｃ）は、目的基板４１が内側グリッド線４４−２１及び４４−２２の後終端に対応する所定の地点に到着したときの増加的に後の時刻を図示している。この時点で、コントローラ９０Ｂは、弁閉鎖信号「ＣＬＯＳＥ−２」を送信し、それにより、弁６１Ｂ−２は、印刷ヘッド１００Ｂ内へと入口１１６Ｂ−２を通るグリッド線材料５５−２の流れを終えるように閉鎖し、順次内側オリフィス１６９Ｂ−２１及び１６９Ｂ−２２からのグリッド線材料の押出を終了し、それゆえに、グリッド線４４−３１及び４４−３２の後終端からステップ距離だけオフセットされた内側グリッド線４４−２１及び４４−２２についての後終端を形成する。弁６１Ｂ−１は、グリッド線材料５５−１が入口１１６Ｂ−１を通って印刷ヘッドアセンブリ１００Ｂに流入し続け、それゆえに、中央グリッド線４４−１を形成し続けるように開放動作状態のままである。さらなる増加的期間後に、コントローラ９０Ｂは、第１の弁６１Ｂ−１に対して第３の閉鎖コマンドＣＬＯＳＥ−１を送信し、それにより、弁６１Ｂ−１からのグリッド線材料５５−１の流れを終了し、順次横処理（Ｘ軸）方向に対して平行に並べられ且つ所定の間隙距離だけ後端縁４１Ｂから離隔された中央グリッド線構造４４−１の後終端を作り出す。
【００５１】
図９（Ｄ）は、印刷動作が完了した後の太陽電池４０Ｂを示しており、目的基板４１は、ここで、上側表面４２に配設された、より長い中央グリッド線４４−１と、徐々により短い「内側」グリッド線４４−２１及び４４−２２と、最短の「最外側」グリッド線４４−３１及び４４−３２とを含み、これらのグリッド線の終端は、前の「２ステップ」パターンＳＰ２Ｆ及び後の「２ステップ」パターンＳＰ２Ｂを形成し、わずかにより大きなセル電気効率を生み出す。
【００５２】
図１０は、グリッド線材料源６０Ｃ−１から印刷ヘッド１００Ｃへのグリッド線材料５５の流れを制御するコントローラ９０Ｃを含む微細押出システム５０Ｃの一部を描いており、この場合、「２ステップ」パターンで配置された出口オリフィスを含む。微細押出システム５０Ｃは、以下の２つのさらなる特徴を導入する。第１に、システム５０Ｃは、所定の入口圧力で印刷ヘッド１００Ｃまでグリッド線材料５５を通過させるように個々に構成される２つ以上のスプールタイプの弁へとグリッド線材料５５が供給される複数のスプールタイプの弁構造を含む。第２に、印刷ヘッドアセンブリ１００Ｃは、平行な高アスペクト比のグリッド線構造を作り出すように、犠牲材料源６０Ｃ−２からスプールタイプの犠牲輸送弁６１Ｃ−１２，６１Ｃ−２２及び６１Ｃ−３２の第２の組を介して供給されるグリッド線材料５５及び犠牲材料５７を共押出するように、後述するように構成される。システム５０Ｃはまた、コンベヤと、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決め機構と、他の構成要素とを含む。
【００５３】
システム５０Ｃは、比較的高圧Ｐ０で供給流路部分５６Ｃ−１内にグリッド線材料５５を供給する加圧容器（グリッド線材料源６０Ｃ−１）と、グリッド線材料が全ての出口オリフィスを介して押し出されるように印刷ヘッド１００Ｃへと供給されるグリッド線材料部分５５−１、５５−２及び５５−３の流れ圧力を規制するように構成された（事前調整された）分配弁６１Ｃ−１１、６１Ｃ−２１及び６１Ｃ−３１とを含む。
【００５４】
加圧されたグリッド線材料源６０Ｃ−１及び複数のスプール弁６１Ｃ−１１、６１Ｃ−２１及び６１Ｃ−３１を利用することの利益は、この特徴が、印刷ヘッド１００Ｃ内へのグリッド線材料の流れの停止／開始にわたって即時且つ正確な制御を容易とするということである。グリッド線材料の大きな容器を加圧及び減圧することによってグリッド線材料を直接分配することは遅すぎる。
【００５５】
複数のスプール弁構造の他の利益は、印刷ヘッド１００Ｃのあらゆるノズル出口オリフィスが制御されることができるということである。
【００５６】
図１０（Ａ）において、各分配弁６１Ｃ−１１、６１Ｃ−２１及び６１Ｃ−３１は、固定されたシール構造６４Ｃと、可動ピストン６５Ｃと、アクチュエータ（ＡＣＴＲ）９７Ｃとを含む外側ケース６２Ｃで一般に構成されているスプールタイプの弁機構を含む。
【００５７】
外側ケース６２Ｃは、グリッド線材料がグリッド線材料源６０Ｃ−１から第１の内側チャンバ部分６３Ｃ−１内へと圧力Ｐ０で受けられる入口６２Ｃ−ＩＮと、所望の入口圧力Ｐ１１、Ｐ２１又はＰ３１のうちの１つで第２の内側チャンバ６３Ｃ−２から印刷ヘッド１００Ｃへとグリッド線材料を通す出口６２Ｃ−ＯＵＴとを画定する圧力容器である。固定されたシール構造６４Ｃは、第１の内側チャンバ部分６３Ｃ−１と第２の内側チャンバ６３Ｃ−２との間において外側ケース６２Ｃの内部に固定して配設されており、中央開口６４Ｃ−２を画定するシール６４Ｃ−１を含む。
【００５８】
可動ピストン６５Ｃは、比較的小径の軸６６Ｃと、比較的大径のストッパ６７Ｃと、比較的大径のストッパ６７Ｃから比較的小径の軸６６Ｃまでテーパ付けられた円錐面６８Ｃとを含む。外側ケース６２Ｃの外部に配設された軸６６Ｃの第１の部分は、アクチュエータ９７Ｃに対して動作可能に接続されており、軸６６Ｃの第２の部分は、第１の内側チャンバ部分６３Ｃ−１を通って中央開口６４Ｃ−２内に延在している。
【００５９】
アクチュエータ９７Ｃは、外側ケース６２Ｃに対して固定位置に維持されており、コントローラ９０Ｃから受信した「印刷開始」及び「印刷停止」コマンドに応答して外側ケース６２Ｃの内部又は外部へと軸６６Ｃを駆動することにより、開口６４Ｃ−２の外部又は開口６４Ｃ−２の内部のいずれかにおいてストッパ６７Ｃを位置決めするのに役立つ。「印刷開始」コマンドに応答して、アクチュエータ９７Ｃは、グリッド線材料が、シール６４Ｃ−１の内側端縁と、第１のチャンバ部６３Ｃ−１及び第２のチャンバ部６３Ｃ−２間の軸６６Ｃとの間において流れるのを可能とするように、ストッパ６７Ｃが中央開口６４Ｃ−２の外部に配設されるまで、外部ケース６２Ｃ内へと軸６６Ｃを押し込む。軸６６Ｃとストッパ６７Ｃとの間の径の差異は、弁が開放されたときのグリッド線材料（ペースト）の流れ用の開口の大きさを決定する。反対に、「印刷停止」コマンドに応答して、アクチュエータ９７Ｃは、ストッパ６７Ｃが中央開口６４Ｃ−２内に配設されるまで、外側ケース６２Ｃから軸６６Ｃを引っ張り、それにより、第１のチャンバ部６３Ｃ−１から第２のチャンバ部６３Ｃ−２へのグリッド線材料の流れをブロックする。
【００６０】
図１０（Ｃ）において、スプールタイプの弁構造の効果は、弁が「開放」位置にあるときに、中央開口６４Ｃ−２に対するストッパ６７Ｃの位置を調整することにより、出口流れ圧力が、各分配弁６１Ｃ−１１、６１Ｃ−２１及び６１Ｃ−３１について個々に校正されるということである。関連する弁から出るグリッド線材料５５−１、５５−２又は５５−３の比較的低い出力流れ圧力Ｐ１１、Ｐ２１又はＰ３１についての分配弁６１Ｃ−１１、６１Ｃ−２１及び６１Ｃ−３１を校正（事前調整）するために、アクチュエータ９７Ｃから延在する軸６６Ｃの有効長は、図１０（Ｃ）に示されるように、弁が「開放」位置にあるときにストッパ６７Ｃが中央開口６４Ｃ−２に対して比較的近くに位置決めされるように低減される。
【００６１】
印刷ヘッドアセンブリ１００Ｃは、平行な高アスペクト比のグリッド線構造を作り出すように、グリッド線材料５５及び犠牲材料５７の双方を同時に共押出するように構成される。犠牲材料５７は、グリッド線材料５５の初期圧力Ｐ０であり得るか又は異なる圧力であり得る圧力で、第２の供給流路５６Ｃ−２に沿って犠牲材料供給システム６０Ｃ−２から供給される。コントローラ９０Ｃは、全ての弁６１Ｃ−１１、６１Ｃ−１２、６１Ｃ−２１、６１Ｃ−２２、６１Ｃ−３１及び６１Ｃ−３２が同時に開放されるように、アクチュエータ９７Ｃ−１１、９７Ｃ−１２、９７Ｃ−２１、９７Ｃ−２２、９７Ｃ−３１及び９７Ｃ−３２に対して、それぞれ、信号線Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ３１及びＣ３２上に単一の「印刷−開始」コマンドを送信する。弁６１Ｃ−３１及び６１Ｃ−３２は、第１の「印刷−停止」（閉鎖）コマンド信号を使用して同時に閉鎖され、弁６１Ｃ−２１及び６１Ｃ−２２は、第２の「印刷−停止」コマンド信号を使用して同時に閉鎖され、そして、弁６１Ｃ−１１及び６１Ｃ−１２は、第３の「印刷−停止」コマンド信号を使用して同時に閉鎖される。犠牲輸送弁６１Ｃ−１２、６１Ｃ−２２及び６１Ｃ−３２は、グリッド線材料及び犠牲材料の双方が各出口オリフィス１６９Ｃ−１、１６９Ｃ−２１、１６９Ｃ−２２、１６９Ｃ−３１及び１６９Ｃ−３２から共押出されるように、校正されたスプールタイプの弁である。
【００６２】
微細押出印刷ヘッドアセンブリ１００Ｃは、上板１１０Ｃと、第２の（下）板１３０Ｃと、３つのプレナム１２０Ｃ−１、１２０Ｃ−２及び１２０Ｃ−３と、３つの多層ノズル構造体１５０Ｃ−１、１５０Ｃ−２及び１５０Ｃ−３と、一体にボルト留めされた又は固定された様々なガスケット及びスペーサ板１４０Ｃ−１４７Ｃとを含む。統合された構造は、動作中、Ｘ−Ｙ−Ｚ位置決め機構に取り付けられる。
【００６３】
孔／導管は、層状のノズル構造１５０Ｃ−１、１５０Ｃ−２及び１５０Ｃ−３へと押出及び犠牲材料を供給するように上板１１０Ｃ及び介在層を介して画定される。例えば、グリッド線材料５５−１及び犠牲材料５７−１は、それぞれ、入口１１６Ｃ−１１及び１１６Ｃ−１２を介して印刷ヘッド１００Ｃに入る。２つの流れチャネル領域は、グリッド線及び犠牲材料をプレナム層１２０Ｃ−１へと通すように、板１１０Ｃ及びガスケット／スペーサウェハ１４０Ｃを介して延在している。プレナム層１２０Ｃ−１は、中央ノズルチャネル１６２Ｃ−１へとグリッド線材料及び犠牲材料を分配する２つの流れ分配チャネル部分を含む。さらに、グリッド線材料５５−２及び犠牲材料５７−２は、それぞれ、入口１１６Ｃ−２１及び１１６Ｃ−２２を介して印刷ヘッド１００Ｃに入り、グリッド線材料５５−３及び犠牲材料５７−３は、それぞれ、入口１１６Ｃ−３１及び１１６Ｃ−３２を介して印刷ヘッド１００Ｃに入る。これらのグリッド線及び犠牲材料流れのそれぞれは、垂直流れチャネル領域１６３Ｂ−２２及び１６３Ｂ−３２と同様の垂直流れチャネル領域をそれぞれ介して、プレナム１２０Ｃ−１及び１２０Ｃ−２まで様々な層を通過する。プレナム層１２０Ｃ−２及び１２０Ｃ−３のそれぞれは、内側ノズルチャネル１６２Ｃ−２１及び１６２Ｃ−２２並びに外側ノズルチャネル１６２Ｃ−３１及び１６２Ｃ−３２へとグリッド線材料及び犠牲材料を分配する２つの流れ分配チャネル部分をそれぞれ含む。
【００６４】
層状のノズル構造１５０Ｃ−１、１５０Ｃ−２及び１５０Ｃ−３のそれぞれは、関連するノズルチャネルにグリッド線材料及び犠牲材料をまとめて供給する様々な供給層及びノズル板である。同様に、層状のノズル構造１５０Ｃ−２は、供給層板１５１Ｃ−２及び１５２Ｃ−２と、上ノズル板１５３Ｃ−２と、ノズル出力板１６０Ｃ−２と、下ノズル板１５６Ｃ−２とを含み、プレナム１２０Ｃ−２からグリッド線材料５５−２及び犠牲材料５７−２を受け、層状のノズル構造１５０Ｃ−３は、供給層板１５１Ｃ−３及び１５２Ｃ−３と、上ノズル板１５３Ｃ−３と、ノズル出力板１６０Ｃ−３と、下ノズル板１５６Ｃ−３とを含み、プレナム１２０Ｃ−３からグリッド線材料５５−３及び犠牲材料５７−３を受ける。
【００６５】
図１２は、プレナム１２０Ｃ−１及び層状のノズル構造１５０Ｃ−１（及び介在ガスケット／スペーサウェハ１４１Ｃ及び１４２Ｃ）の典型的な部分を含む印刷ヘッドアセンブリ１００Ｃを示しており、グリッド線の印刷動作中におけるプレナム１２０Ｃ−１から層状のノズル構造１５０Ｃ−１内へのグリッド線材料５５−１及び犠牲材料５７−１の流れの一部を描いている。グリッド線材料５５−１は、プレナム出口部１６３Ｃ−１４１１へとプレナム１２０Ｃ−１に形成された第１の流れチャネルの組を通って分配され、その後、供給孔１５９Ｃ−１までスロット状のプレナム出口部１６３Ｃ−１４１２及び１６３Ｃ−１４１３を通って案内され、犠牲材料５７−１は、プレナム出口部１６３Ｃ−１４２１へと第２の流れチャネルの組を通って分配され、その後、上ノズル板１５３Ｃ−１に画定されるＹ字状の貫通孔１５５Ｃ−３までスロット状のプレナム出口部１６３Ｃ−１４２２及び１６３Ｃ−１４２３を通って案内される。グリッド線材料５５−１は、第１の供給孔１５９Ｃ−１から供給孔１５９Ｃ−２を通って細長開口１５９Ｃ−７の後端へと、その後、細長開口１５９Ｃ−７から関連する３部構成のノズルチャネル１６２Ｃ−１へと通過する。同様に、犠牲材料５７−１は、Ｙ字状の貫通孔１５５Ｃ−３から供給孔１５５Ｃ−４及び供給孔１５５Ｃ−１を通って関連する３部構成のノズル及び３部構成のノズルチャネル１６２Ｃ−１へと通過する。
【００６６】
層状のノズル構造１５０Ｃ−１に入るグリッド線材料５５−１は、並べられた開口１５９Ｃ−１及び１５９Ｃ−２を通過し、その後、細長チャネル１５９Ｃ−７の後部に入る。そして、グリッド線材料５５−１は、細長チャネル１５９Ｃ−７に沿って（矢印Ｆ１Ａ）流れ、中央チャネル１６７Ｃ内へと上方に流れる。そして、グリッド線材料５５−１は、合流地点１６６Ｃへと中央チャネル１６７Ｃに沿って前方に流れる。層状のノズル構造１５０Ｃ−１に入る犠牲材料５７−１は、Ｙ字状の細長チャネル１５５Ｃ−３の後端に入る。矢印Ｆ１Ｂによって示されるように、犠牲材料５７−１は、対応する開口１５５Ｃ−４及び開口１５５Ｃ−１を通って分割された前端領域へとＹ字状の細長チャネル１５５Ｃ−３に沿って流れ、その後、３部構成のノズルチャネル１６２Ｃ−１の反対側のチャネル１６５Ｃ内へと流れる。そして、犠牲材料５７−１は、合流地点１６６Ｃへと反対側のチャネル１６５Ｃに沿って前方に流れる。
【００６７】
印刷ヘッドアセンブリ１００Ｃの矢じり状の３部構成の各ノズルチャネルは、共押出されるグリッド線及び犠牲材料が、２つの犠牲材料部分間に配設された高アスペクト比のグリッド線構造を形成するように構成される。ノズル出力板１６０Ｃ−１は、中央チャネル１６７Ｃ及び反対側のチャネル１６５Ｃを含むように微細機械加工された金属板である。中央チャネル１６７Ｃは、開口１５９Ｃ−７からグリッド線材料５５−１を受ける閉鎖端部と、合流地点１６６Ｃにおける開放端部とを有する。側方チャネル１６５Ｃは、開口１５５Ｃ−１から犠牲材料５７−１を受ける閉鎖端部を有し、合流地点１６６Ｃと連通している。側方チャネル１６５Ｃは、グリッド線材料５５−１に対して押圧するように、中央チャネル１６７Ｃに向かって曲げられており、それにより、グリッド線材料５５−１を高アスペクト比のグリッド線構造に形成する。
【００６８】
図１４において、押出処理中に共押出印刷ヘッドアセンブリ１００Ｃの各ノズル出口オリフィスを介して共押出されるグリッド線材料及び犠牲材料は、基板４１の表面４２上に細長い押し出された構造４４Ｃを形成し、各構造４４Ｃのグリッド線材料は、犠牲材料部分５７Ｃ−１及び５７Ｃ−２の間に、高アスペクト比のグリッド線構造５５Ｃを形成する。「高アスペクト比のグリッド線」は、各グリッド線構造の幅Ｗに対する高さＨの比率が約０．５以上であることを意味する。押し出された構造４４Ｃの形状は、１つ以上の出口オリフィスの形状及び印刷ヘッドアセンブリ１００Ｃの内部幾何形状、材料の特性（例えば粘性等）、並びに、押出技術（例えば、流量、圧力、温度等）のうちの少なくとも１つによって制御可能である。これらに限定されるものではないが、適切なグリッド線材料５５は、銀、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、鋼鉄、アルミナ、ケイ酸塩、ガラス、カーボンブラック、ポリマー及びワックスを含み、適切な犠牲材料５７は、プラスチック、セラミック、油、セルロース、ラテックス、ポリメタクリル酸メチル等を含み、それらの組み合わせ及び／又は変形も含み、所望の密度、粘性、質感、色等を得るために、上述したものを他の物質と組み合わせることを含む。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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