用于在非正方形衬底上生成网格线的方法

专利名称：用于在非正方形衬底上生成网格线的方法
技术领域：
本发明涉及基于晶片的电子器件的制造，并且更具体地涉及在H图案(H-pattern)太阳能电池上使用微挤出技术产生前侧金属化。
背景技术：
图15是示出通过光电效应将太阳光转换成电力的示例性常规H图案接触太阳能电池40H的简图。太阳能电池40H被形成在半导体(例如多晶硅或单晶硅)衬底41H上，所述衬底41H使用已知技术被处理以包括η型掺杂的上区域41U和ρ型掺杂的下区域41L，使得Pn结在衬底41Η的中心附近被形成。置于半导体衬底41Η的前侧表面42Η上的是被电连接到η型区域41U的一系列平行金属网格线(手指)44Η(在端视图中示出)。大体上实心的导电层46被形成在衬底41Η的背侧表面43上，并且被电连接到ρ型区域41L。抗反射涂层47典型地被形成在衬底41Η的上表面42上方。当来自太阳光束LI的光子穿过上表面42进入衬底41Η并且用大于半导体带隙的能量撞击半导体材料原子时，太阳能电池40Η产生电力，所述撞击将把价带中的电子(激发到导电带，允许电子和关联的空穴(“ + ”)在衬底41Η内流动。将η型区域41U和ρ型区域41L隔开的ρη结被用于阻止所激发的电子与空穴的再结合，由此产生电势差，该电势差能够经由网格线44Η和导电层46被施加于负载，如图15所指示的那样。图16⑷和16⑶是示出太阳能电池40Ρ和40Μ的前侧接触图案的透视图，所述图案分别被形成在正方形(或矩形)多晶硅(“多硅”)衬底41Ρ和八边形(或其他非正方形)单晶硅(单硅)衬 底41Μ上。太阳能电池40Ρ和40Μ两者都具有前侧接触图案，该前侧接触图案包括:平行的窄网格线44Ρ/44Μ的阵列以及与网格线44Ρ/44Μ垂直地延伸的一个或多个更宽的收集线(汇流条)45，网格线44Ρ/44Μ和汇流条45两者分别被置于衬底41Ρ和41Μ的上表面42上。在这两种情况下，网格线44Ρ/44Μ从如在上文中所描述的衬底41Ρ/41Μ收集电子(电流)，而汇流条45聚集来自网格线44Ρ/44Μ的电流。在光电模块中，汇流条45变成金属带(未示出)典型地通过焊接附接到其的点，所述带被用于在太阳能板(即被布置在公共平台上的、串联或并联接线的太阳能电池40Ρ/40Μ的阵列)中将一个电池电连接到另一个电池。对于这两种类型的太阳能电池40Ρ和40Μ，背侧接触图案(未示出)包括大体上连续的背表面场(BSF)金属化层和多个(例如三个)间隔开的焊垫金属化结构，该焊垫金属化结构以与汇流条45相似的方式起作用，并且还被连接到用于将一个电池电连接到另一个电池的关联金属带(未示出)。本领域的技术人员会理解，制造形成在多硅衬底41Ρ上的太阳能电池40Ρ与制造形成在单硅衬底41Μ上的太阳能电池40Μ相比通常没有那么贵，但太阳能电池40Μ在将太阳光转换成电力方面比太阳能电池40Ρ更高效，由此抵消更高的生产成本中的一些。制造多硅衬底41Ρ与制造单晶衬底41Μ相比没有那么贵，这是因为用于制造多硅晶片的工艺通常更简单并且因此比制造单晶晶片便宜。典型地，使用铸造法将多晶晶片形成为正方形晶锭，其中熔融硅被灌入模具中并且进而相对快地被冷却，而然后正方形晶锭被切割成晶片。然而，多硅晶片以由于大量晶粒边界而导致的不完美表面为特征，其妨碍太阳光到电池中的透射，这减少了太阳能吸收并且导致较低的太阳能电池效率(即每单位面积较少的电力)。也就是说，为了产生相同的瓦数，多硅电池与它们的单晶等同物相比将需要更大的表面面积，这在有限阵列空间可用时是重要的。与此相反，单晶衬底(晶片)从单晶体生长，以使用相对慢(长)的冷却过程来形成圆柱形晶锭。与太阳能电池40M关联的较高制造成本也部分地归因于制造单晶晶片41M的较高成本，这涉及将圆柱形晶锭切割成圆盘形状的晶片，并且进而将圆形晶片切割成具有均匀表面的‘伪’正方形(多边形)(例如图16(B)所示的八边形)，这对于到面板上的组装而言是高效的。注意，形成这些‘伪’正方形衬底涉及切掉圆形晶片的外围部分，这产生了硅的大量浪费。然而，因为单硅衬底41M包括单晶体结构，其太阳光透射优于多硅衬底41P的太阳光透射，这有助于其更高的操作效率。用于制造H图案太阳能电池的常规方法包括丝网印刷和微挤出。丝网印刷技术首先被用在太阳能电池的大规模制造中，但是其缺点在于它需要与半导体衬底的物理接触，导致相对低的产品良率。为了满足对于低成本大面积半导体的需求，微挤出方法新近被开发，并且其包括使用微挤出印刷头将导电的“网格线”材料挤出到半导体衬底的表面上。由于市场偏向更低成本的太阳能电池，常规的大量制造微挤出系统和印刷头目前被优化，以依照图17所示的方法将导电浆料(连同导电材料一起包含烧结物)挤出到正方形/矩形多硅衬底41P上。图17是描绘用于在太阳能电池40P(其在图16(A)中以完整形式示出)的制造期间将网格线44P印刷到多硅衬底41P的前侧表面42上的目前所使用的微挤出方法的简化顶视图。多硅衬底41P被定位在常规微挤出印刷头100-PA下方并且相对于常规微挤出印刷头100-PA沿过程(Y轴)方向被移动，同时网格线材料被从沿跨过程(X轴)方向对齐的多个喷嘴排出孔69-PA挤出，使被挤出的网格线材料在衬底41P上形成平行的网格线结构44P。 当喷嘴排出孔69-PA被定位在离开衬底41P的前边缘41P-F的预定距离处，使得网格线44的前沿与前边缘41P-F分开预定间隙距离S时，例如经由打开将网格线材料供给到印刷头100-PA中的阀而开始挤出(网格线印刷)过程。相似地，网格线印刷过程被终止以在网格线44P的后端与衬底41P的后边缘41P-B之间提供空间。这个间隙被设置在网格线44P的前/后端与衬底41P的前/后边缘之间，以便防止在网格线44P与形成在衬底41P的背侧表面上的导体(未示出)之间可能的短路。与丝网印刷技术相比，将掺杂材料挤出到衬底41P上提供了对导电区域的特征分辨率的优良控制，并且在不用接触衬底41P的情况下促进了沉积，由此避免晶片毁损(即提高了产品良率)。例如，在美国专利申请N0.20080138456中公开了这样的制作技术，通过引用将其整体并入本文中。基于单晶的太阳能电池所面对的另一问题是，被优化用于基于多硅的太阳能电池的当前的太阳能电池挤出印刷设备不能以高效的方式被用于制作八边形(“伪正方形”)的基于单晶的太阳能电池。这个问题在图18中示出，图18描绘了使用常规印刷头100-PA在八边形单晶硅衬底41M上生成网格线44P。也就是说，常规印刷头100-PA和关联的微挤出系统通常不能单独控制穿过喷嘴排出孔69-PA的挤出材料，由此沿衬底41M的侧边缘设置的网格线44P在倒角边缘41M-C1和41M-C3上方延伸(如图18中的虚线圆所指示的那样)，由此很可能在网格线44P与形成在衬底41M的背侧表面上的导体(未示出)之间产生短路。这个问题的一种可能的解决方案将是在角区域上提供掩模，或者移除重叠的网格线部分。这个方法将允许使用目前可用的设备，但将大大增加生产成本，需要八边形单硅晶片的大量预挤出或后挤出处理将潜在地降低良率，并且还将浪费网格线材料。另一可能的方法将是修改印刷头以包括用于每个排出孔的单独的阀，并且修改系统以促进单独控制所述阀，使得每个挤出的网格线的端点能够被形成为具有所需的间隙距离，无论是沿衬底的端部还是倒角边缘形成。然而，这种方法将需要对微挤出控制系统进行显著(并且非常昂贵的)改变，并且由于将被需要的阀的庞大数量而将难以实现。此外，由于在现有的微挤出系统上用于在正方形多硅衬底上生成太阳能电池的空间限制和有效负载，将大量外部阀添加到现有的共同挤出系统是成问题的。所需要的是用于在八边形单晶硅衬底上形成网格线的方法，其避免了在上文中与常规网格线印刷过程关联地提及的问题。

发明内容
本发明针对被优化用于在八边形(或其他非正方形/非矩形)半导体(例如单晶硅)衬底上制造H图案太阳能电池，使得较长的“中央”平行网格线组和较短的“侧”平行网格线组以使网格线的端点形成印刷“台阶”图案的方式大体上同时被挤出到衬底表面上的方法。所述 平行网格线在衬底表面上沿过程方向被挤出(印刷)，并且所述印刷过程被控制使得在每组网格线内，所述网格线具有大体上相同的长度，其中它们的端点被大体上对齐。较长的网格线被置于由衬底的前边缘和后边缘限定的该衬底的中央区域中，其中每个较长网格线的端点被置于离开所述衬底的前边缘和后边缘预定间隙距离处。至少两组较短的网格线被印刷在中央区域的相对侧，其中一组沿衬底的侧边缘中的一个在两个关联的倒角之间延伸，而另一组沿衬底的另一侧边缘在另外两个倒角之间延伸。较短网格线的共同长度被设置为使得最接近侧衬底的侧边缘设置的两个最外面的短网格线的最外面的端点偏离所述倒角预定距离。尽管结果得到的台阶图案未优化较短的网格线在倒角的区域中的晶片表面覆盖率，但本发明的发明人已发现，以这种方式制造H图案太阳能电池提供显著的制造优势，其大大抵消由偏离的“台阶”网格线图案引起的电池电效率的非常小的损失，并且台阶的数量能够被选择以相对于电池效率权衡生产复杂度和成本。相对于共同挤出的网格线，将台阶式图案印刷在八边形晶片上的制造优势包括:最小的墨浪费、不需要角掩模、无印刷超出晶片边缘(这有可能使电池短路)的可能性，并且这样的台阶式印刷子系统能够以最小的工作量和延迟取代相同机器上的常规微挤出印刷子系统。依照本发明的实施例，用于在例如H图案太阳能电池的制造期间将平行网格线印刷在八边形(或其他非正方形/非矩形)单晶硅衬底上的方法利用印刷头，所述印刷头包括分别具有分别沿跨过程方向对齐的排出孔的中央(第一)和侧(第二)喷嘴，其中侧排出孔的排列(line)沿过程方向偏离中央排出孔的排列一偏离距离。使用这个印刷头，所述方法包括:沿过程方向在所述印刷头下面移动所述单晶硅衬底；在印刷开始时间同时将网格线材料供应到所述印刷头中，使得所述网格线材料通过中央排出孔和侧排出孔同时被挤出，以形成具有偏离台阶距离的端点的中央网格线和侧网格线结构；终止形成所述侧网格线结构的网格线材料的流动，以形成沿跨过程方向对齐的后端点；以及进而终止形成中央网格线的网格线材料的流动，使得中央网格线和侧网格线的后端点形成第二台阶图案。通过独立地控制网格线材料的流动以形成具有第一长度的一组中央网格线和具有共同的较短长度的两组或更多组侧网格线，本发明促进在八边形衬底的倒角之间形成既被可靠地置于离开衬底边缘安全距离处并且又使用对现有微挤出系统的最小修改生成的网格线。通过按对应于所需台阶图案的偏离图案布置所述中央孔和侧孔，并且进而使用单个开始命令来发起网格线印刷过程，本发明促进具有既构造均匀并且又与衬底边缘间隔预定的最小安全距离的网格线的太阳能电池的高度准确和可靠的生成。依照本发明的实施例，所述方法涉及经由输送机构沿过程方向在所述印刷头下面移动所述单晶硅衬底，其中所述印刷头使用X-Y-Z定位系统或其他固定器具被保持在固定位置上。在可替换的实施例中，在单晶硅衬底的固定排列上方沿所述过程方向移动所述印刷头。依照本发明的另一实施例，控制器生成“印刷开始”和“印刷停止”命令，所述命令被传送到两个或更多个分配(流控制)阀。所述分配阀分别被置于给料系统与所述印刷头的两个或更多个关联的入口端口之间的供应流路径上。所述阀响应于“印刷开始”命令而同时被可操作地从关闭操作状态调节到打开操作状态，使得所述网格线材料的第一部分由每个阀传递通过关联的第一入口端口，并且通过所述中央排出孔和侧排出孔中的一个被挤出，由此生成具有精确定位的端点的网格线。当目标衬底被定位为使得所述两组或更多组侦_格线的结果得到的后端点与关联的倒角间隔最小安全距离时，控制向“侧”排出孔的流动的一个或多个阀被关闭(即被从打开操作状态调节到关闭操作状态)。随后，当目标衬底被定位为使得所述中央网格线的结果得到的后端点与所述衬底的后边缘间隔预定间隙距离时，控制向所述“中央”排出孔的流动的阀被关闭。这种方法的显著优点在于其能够在可用空间内(即因为它利用最小数量的分配阀)并且在对所述系统的控制电路做最小修改的情况下被实现在现有的微挤出网格线印刷系统上。依照本发明的具体实施例，例如使用三部分多层印刷头组件生成“双台阶”网格线图案，所述印刷头组件包括夹在顶板与底板之间的三个喷嘴层和三个压力通风(plenum)层。附加的喷嘴层促进具有不同长度的两组较短的“侧”网格线的制造，由此在目标衬底上生成双台阶图案，其提供了晶片表面的更大的网格线覆盖率，这改进了电池效率。如同单台阶实施例一样，使用单个开始命令(例如其被供应给三个独立的阀)开始所有网格线的印刷，但是所有网格线的印刷被修改为包括与附加的多组较短网格线关联的附加的结束印刷命令。在一个实施例中，形 成最外面的最短的一组“侧”网格线的网格线材料的流动首先被终止(例如通过将“关闭”命令发送到关联的阀)，进而形成内部的一组“侧”网格线的网格线材料的流动被终止(例如通过将“关闭”命令发送到关联的阀)，并且进而形成较长的“中央”网格线的网格线材料的流动被终止(例如通过将“关闭”命令发送到关联的阀)。依照本发明的另一实施例，所述方法涉及利用加压的供应容器(网格线材料源)和多个分配阀来既控制网格线材料进入所述印刷头中的开始/停止，并且又控制网格线材料出所述印刷头的流动压力，使得所述网格线材料以大体上相同的压力通过每组孔被挤出，以便从所述中央孔和侧孔两者生成均匀的网格线结构。通过对浆状网格线材料的大型容器加压和泄压来控制印刷操作的开始/停止(即分配网格线材料)对于与本发明关联的“即时停止”(也就是说，在印刷头仍然相对于目标衬底移动的同时停止网格线材料的流动)印刷方法来说太慢。由于对于中央孔和每组侧孔所需要的独立的“停止流动”事件，这个问题在将台阶式网格线图案印刷在伪正方形衬底上的背景下特别关键。此外，因为中央喷嘴/孔的数量典型地远大于侧孔的数量，所以通过关联的流通道的不同压降需要不同的入口压力来产生大体上相同的流通过侧孔和中央孔两者。因此，通过对网格线材料源(例如单个加压容器)加压使得网格线材料以第一压力被强制进入供应流路径中，并且使用分配阀控制网格线材料到印刷头的开始/停止，由此提供比通过对大型存储容器加压/泄压而可能实现的对网格线材料流的开始/停止控制优良的对网格线材料流的开始/停止控制，本发明的方法解决了这些开始/停止和压力调节问题。此外，所述分配阀中的每一个的打开操作状态被单独地预先调节(即被校准/预先配置)，使得每个阀以对应的入口压力将网格线材料的对应部分传送到对应的入口端口中。在具体实施例中，这种预先调节涉及确定在滑柱式阀中限制器相对于固定密封结构的、产生所需入口压力的最佳“打开”位置，并且进而配置关联的分配阀以响应于每个“印刷开始”命令而移动到这个最佳“打开”位置中。通过单独将所述分配阀中的每一个的打开操作状态预先调节到适当的打开操作状态，网格线材料以大体上相同的流速率通过所有孔被挤出，由此从所述中央孔和侧孔两者产生均匀的网格线结构。依照本发明的又一实施例，所述网格线使用共同挤出过程形成，其中网格线材料(浆料)在印刷头喷嘴内部与牺牲材料结合，以形成促进电池操作改进的高纵横比的网格线结构。所述印刷头包括网格线材料流通道和关联的控制阀两者，以及经由第二组控制阀接收牺牲材料(例如非导电墨)的第二组流通道，由此所述牺牲材料与关联的网格线材料流一起被分配到每个喷嘴。所述印刷头的每个喷嘴都具有三部分喷嘴结构，包括在位于紧接在喷嘴的排出孔之前的合并点处与中央流通道合并的两个侧流通道。所述牺牲材料被供应给所述两个侧流通道，而所述网格线材料被供应给所述中央流通道，由此所述牺牲材料以在目标衬底上形成细的高纵横比网格线的方式与网格线材料一起被共同挤出。根据本发明的一方面，一种用于在伪正方形衬底上印刷平行网格线使得所述网格线沿过程方向延伸的方法被提供，所述伪正方形衬底具有沿所述过程方向对齐的相对的侧边缘、沿跨过程方向对齐的相对的前端边缘和后端边缘以及成关联的锐角从关联的侧边缘和端边缘延伸的多个倒角边缘，所述方法包括:沿所述过程方向在印刷头下面移动所述伪正方形衬底，其中所述印刷头包括:沿所述跨过程方向对齐并且被置于所述印刷头的中央区域中的多个第一排出孔；以及沿 所述跨过程方向对齐并且被置于沿所述跨过程方向位于所述中央跨过程区域外侧的第一和第二侧区域中的多个第二排出孔，并且其中所述第一排出孔沿所述过程方向偏离所述第二排出孔一偏离距离；在印刷开始时间将网格线材料大体上同时供应到所述印刷头中，使得所述网格线材料通过所述第一排出孔被挤出以形成第一网格线结构，并且通过所述第二排出孔被挤出以形成第二网格线结构，由此所述第一网格线结构的第一端点平行于所述跨过程方向对齐，并且偏离所述第二网格线结构的第二端点大体上等于所述偏离距离的台阶距离；在第二时间终止网格线材料通过所述印刷头向所述第二孔的流动，使得所述第二网格线结构的第三端点被置于所述衬底上并且平行于所述跨过程方向对齐；以及在第三时间终止网格线材料向所述第一孔的流动，使得所述第一网格线结构的第四端点平行于所述跨过程方向对齐，并且使得所述第一网格线结构比所述第二网格线结构长。根据本发明的一些实施例，沿所述过程方向在所述印刷头下面移动所述伪正方形衬底包括以下各项中的一个:将所述伪正方形衬底置于在所述印刷头下面延伸的输送机构上；以及在所述伪正方形衬底上方沿所述过程方向移动所述印刷头。
根据本发明的一些实施例，将网格线材料大体上同时供应到所述印刷头中包括确定所述伪正方形衬底相对于所述印刷头的位置，以及在所述伪正方形衬底处于相对于所述印刷头的预定开始位置时将所述网格线材料供应到所述印刷头中。根据本发明的一些实施例，将网格线材料大体上同时供应到所述印刷头中包括将第一命令同时传送到分别被置于给料系统与所述印刷头的第一和第二入口端口之间的供应流路径上的第一和第二阀，由此所述第一和第二阀被可操作地从关闭操作状态调节到打开操作状态，使得所述网格线材料的第一部分由所述第一阀传递通过所述第一入口端口并且通过所述第一排出孔被挤出，并且使得所述网格线材料的第二部分由所述第二阀传递通过所述第二入口端口并且通过所述第二排出孔被挤出。根据本发明的一些实施例，终止网格线材料通过所述印刷头向所述第二孔的流动包括在所述伪正方形衬底处于相对于所述印刷头的第二位置时将第二命令传送到所述第二阀，由此所述第二阀响应于所述第二命令被可操作地从所述打开操作状态调节到所述关闭操作状态，使得所述第二网格线材料部分的流动在所述第二时间被终止；并且其中终止网格线材料通过所述印刷头向所述第一孔的流动包括在所述伪正方形衬底处于相对于所述印刷头的第三位置时将第三命令传送到所述第一阀，由此所述第一阀响应于所述第三命令被可操作地从所述打开操作状态调节到所述关闭操作状态，使得所述第一网格线材料部分的流动在所述第三时间被终止。根据本发明的一些实施例，所述印刷头还包括:多个第三排出孔，其被置于位于所述中央跨过程区域以及所述第一和第二跨过程侧区域外侧的第三和第四跨过程侧区域中，并且其中所述第三排出孔沿所述过程方向偏离所述第二排出孔第二偏离距离；其中在所述印刷开始时间将网格线材料大体上同时供应到所述印刷头中还包括供应所述网格线材料使得所述网格线材料通过所述第三排出孔被挤出以形成第三网格线结构，由此所述第三网格线结构的第三端点平行于所述跨过程方向对齐并且偏离所述第二网格线结构的第二端点大体上等于所述第二偏离距离的台阶距离；并且其中所述方法还包括在所述第二时间之前终止网格线材料部分通过所述印刷头到所述第三孔的流动，使得所述第三网格线结构的第四端点被置于所述衬底上并且平行于所述跨过程方向对齐。
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根据本发明的一些实施例，将网格线材料大体上同时供应到所述印刷头中包括同时将第一命令传送到分别置于给料系统与所述印刷头的第一、第二以及第三入口端口之间的供应流路径上的第一、第二以及第三阀，由此所述第一、第二以及第三阀被可操作地从关闭操作状态调节到打开操作状态，使得所述网格线材料的第一部分由所述第一阀传递通过所述第一入口端口并且通过所述第一排出孔被挤出，使得所述网格线材料的第二部分由所述第二阀传递通过所述第二入口端口并且通过所述第二排出孔被挤出，以及使得所述网格线材料的第三部分由所述第三阀传递通过所述第三入口端口并且通过所述第三排出孔被挤出。根据本发明的一些实施例，终止网格线材料通过所述印刷头向所述第三孔的流动包括在所述伪正方形衬底处于相对于所述印刷头的第二位置时将第二命令传送到所述第三阀，由此所述第三阀响应于所述第二命令被可操作地从所述打开操作状态调节到所述关闭操作状态，使得所述第三网格线材料部分的流动在所述第二时间被终止；其中终止网格线材料通过所述印刷头向所述第二孔的流动包括在所述伪正方形衬底处于相对于所述印刷头的第三位置时将第三命令传送到所述第二阀，由此所述第二阀响应于所述第三命令被可操作地从所述打开操作状态调节到所述关闭操作状态，使得所述第二网格线材料部分的流动在所述第三时间被终止；并且其中终止网格线材料通过所述印刷头向所述第一孔的流动包括在所述伪正方形衬底处于相对于所述印刷头的第四位置时将第四命令传送到所述第一阀，由此所述第一阀响应于所述第四命令被可操作地从所述打开操作状态调节到所述关闭操作状态，使得所述第一网格线材料部分的流动在所述第四时间被终止。根据本发明的一些实施例，控制网格线材料的流动包括对包含所述网格线材料的网格线材料源加压，使得所述网格线材料以第一压力被强制进入供应流路径；将第一命令传送到分别被置于所述网格线材料源与所述印刷头的对应关联的入口端口之间的多个阀，由此所述多个阀中的每一个被可操作地从关闭操作状态调节到关联的打开操作状态，使得所述网格线材料的对应部分以对应的入口压力由每个所述阀传递通过所述对应关联的入口端口到所述印刷头中。根据本发明的一些实施例，所述方法还包括对所述多个阀中的每一个进行校准以产生所述对应的入口压力，使得通过所述第一排出孔被挤出的所述网格线材料的出口流速率大体上等于通过所述第二排出孔被挤出的所述网格线材料的出口流速率。根据本发明的一些实施例，所述多个阀中的每一个包括:外壳，其限定内腔、阀入口端口以及阀出口端口 ；固定密封结构，其被置于第一腔部与第二腔部之间的外壳内部，所述固定密封结构包括限定中央开口的密封件；致动器，其被置于所述外壳的外部；以及活塞，其包括具有可操作地连接到所述致动器的第一端和延伸到所述第一腔部中的第二端的轴；以及限制器，其被固定地附接到所述轴的第二端；并且其中对所述多个阀中的所述每一个进行校准包括对所述的位置进行调节使得，当所述第一和第二阀中的每一个都处于所述打开操作状态时，所述致动器将所述活塞推到所述外壳中，使得所述限制器在离开所述固定密封结构预定距离处被置于所述第二腔部中，由此通过所述阀入口端口进入所述第一腔部的材料以所述对应的入口压力经由所述阀出口端口穿过所述中央开口进入所述第二腔部并且离开所述外壳。根据本发明的一些实施例，大体上同时供应所述网格线材料还包括在所述印刷开始时间将牺牲材料大体上同时供应到所述印刷头中，使得所述网格线材料和所述牺牲材料通过所述第一排出孔被大体上同时共同挤出以形成所述第一网格线结构，并且通过所述第二排出孔被大体上同时共同挤出以形成所述第二网格线结构，使得所述第一和第二网格线结构包括被置于两个牺牲材料部分之间的中央高纵横比网格线材料结构。根据本发明的一些实施例，将网格线材料和牺牲材料两者大体上同时供应到所述印刷头中包括:将第一命令传送到分别被置于网格线材料供给系统与所述印刷头的第一和第二入口端口之间的第一供应流路径上的第一和第二网格线液料(vehicle)阀，由此所述第一和第二网格线液料阀被可操作地从关闭操作状态调节到打开操作状态，使得所述网格线材料的第一部分由所述第一网格线液料阀传递通过所述第一入口端口并且通过所述第一排出孔被挤 出，并且使得所述网格线材料的第二部分由所述第二网格线液料阀传递通过所述第二入口端口并且通过所述第二排出孔被挤出；以及将所述第一命令传送到分别被置于牺牲材料供给系统与所述印刷头的第三和第四入口端口之间的第二供应流路径上的第一和第二牺牲液料阀，由此所述第一和第二牺牲液料阀被可操作地从关闭操作状态调节到打开操作状态，使得所述牺牲材料的第一部分由所述第一牺牲液料阀传递通过所述第三入口端口并且与所述网格线材料的所述第一部分一起通过所述第一排出孔被共同挤出，并且使得所述牺牲材料的第二部分由所述第二牺牲液料阀传递通过所述第四入口端口并且与所述网格线材料的第二部分一起通过所述第二排出孔被共同挤出。根据本发明的一些实施例，终止网格线材料通过所述印刷头向所述第二孔的流动还包括在所述第二时间大体上同时终止所述网格线材料通过所述第二网格线液料阀的流动以及所述牺牲材料通过所述第二牺牲液料阀向所述第二排出孔的流动，并且其中终止网格线材料通过所述印刷头向所述第一孔的流动还包括在所述第三时间大体上同时终止所述网格线材料通过所述第一网格线液料阀的流动以及所述牺牲材料通过所述第一牺牲液料阀向所述第一排出孔的流动。根据本发明的一些实施例，控制所述网格线材料和牺牲材料的流动包括:使所述网格线材料供给系统以第一压力将所述网格线材料供应给所述第一和第二网格线液料阀；使所述牺牲材料供给系统以第二压力将所述牺牲材料供应给所述第一和第二牺牲液料阀；以及控制所述第一和第二网格线液料阀以及第一和第二牺牲液料阀中的每一个的所述打开操作状态，使得所述网格线材料和所述牺牲材料两者的流速率对于每个排出孔大体上相似。根据本发明的另一方面，一种H图案太阳能电池被提供，其包括:伪正方形衬底，其具有包括沿跨过程方向 延伸的相对的平行的前边缘和后边缘、沿过程方向延伸的相对的平行的侧边缘以及从所述前边缘、后边缘和侧边缘中的关联的一个成关联的锐角延伸的多个倒角的外围边缘；多个平行网格线，其被置于所述衬底的表面上并且沿所述过程方向延伸，所述多个平行网格线包括:多个第一网格线，其被置于所述衬底的中央区域中，使得所述第一网格线中的每一个的第一端点被置于离开所述衬底的前边缘预定间隙距离处，并且使得所述第一网格线中的每一个的第二端点被置于离开所述衬底的后边缘所述预定间隙距离处，由此所述第一网格线的第一端点限定第一线，而所述第一网格线的第二端点限定第二线，所述第一线和第二线两者都沿所述跨过程方向对齐，使得所述多个第一网格线中的每一个具有共同的第一长度；多个第二网格线，其被置于所述衬底的中央区域与相对的平行侧边缘之间，所述多个第二网格线包括:第一组第二网格线，其被置于所述衬底的中央区域与第一所述侧边缘之间的第一侧区域中，使得所述第一组的最外面的第二网格线与所述第一所述侧边缘相邻地被设置；第二组第二网格线，其被置于所述衬底的中央区域与第二所述侧边缘之间的第二侧区域中，使得所述第二组的最外面的第二网格线与所述第二所述侧边缘相邻地被设置；其中所述第一和第二组的最外面的网格线中的每一个的第一端点被置于离开所述多个倒角中的对应的一个预定间隙距离处，其中所述第一和第二组的第二网格线中的每一个的第一端点限定第三线，而所述第二网格线的第二端点限定第四线，所述第三线和第四线两者都沿所述跨过程方向对齐，使得所述多个第一网格线中的每一个都具有比所述第一长度短的共同的第二长度，并且其中所述第一线和第三线形成第一台阶图案，而所述第二线和第四线形成第二台阶图案。


本发明的这些及其他特征、方面以及优点参照以下说明、所附权利要求和附图将变得更好地被理解，其中:
图1是示出依照本发明的简化微挤出系统和由该系统制造的H图案太阳电池的透视
图2(A)和2(B)是示出依照本发明的另一实施例的、被图1的微挤出系统使用的简化微挤出印刷头组件的分解透视图和底视 图3(八)、3出)、3(0以及3(D)是示出根据本发明的另一实施例的、在网格线印刷操作期间的图1的微挤出系统的一部分的简化顶视 图4是示出在图3(B)的网格线印刷操作期间图2(A)的简化印刷头组件的一部分的简化的部分透视 图5是示出依照本发明的具体实施例的多层微挤出印刷头组件的简化侧视 图6(A)和6(B)是示出根据本发明的另一具体实施例的、用在图5的多层微挤出印刷头组件中的压力通风结构的顶视 图7是示出了依照本发明的另一具体实施例的、用于生成双台阶网格线图案的多层微挤出印刷头组件的简化侧视 图8是图7的微挤出印刷头组件的后方底视 图9(八)、9 )、9(0以及9(D)是示出根据本发明的另一实施例的、在利用图7的多层微挤出印刷头组件的网格线印刷操作期间的微挤出系统的一部分的简化顶视 图10是示出根据本发明的另一具体实施例的共同挤出系统的简化正视 图1O(A)UO(B)以及10(C)是示出用在图10的共同挤出系统中的阀中的一个的各种操作状态的简化 图11是用在图10的共同挤出系统中的微挤出印刷头组件的分解透视 图12是以附加细节示出图11的微挤出印刷头组件的示例性部分的放大的部分分解透视 图13是描绘图11的印刷头组件的单个共同挤出喷嘴的简化 图14是示出由图11的印刷头组件的单个共同挤出喷嘴生成的示例性挤出结构的简化端视 图15是示出常规太阳能电池的简化截面侧视 图16(A)和16(B)是分别示出常规H图案太阳能电池的顶部透视图和底部透视 图17是描绘使用常规挤出印刷头的网格线印刷过程的简化顶视 图18是描绘使用 图17所示的常规挤出印刷头在非矩形衬底上形成网格线的俯视图。
具体实施例方式本发明涉及用于生成H图案太阳能电池的方法的改进，并且更具体地涉及用于在‘伪正方形’单晶硅衬底上生成H图案太阳能电池的方法。以下说明被提供以使本领域的普通技术人员能够制作和使用在具体应用及其要求的背景下所提供的本发明。如在本文中所使用的那样，诸如“上”、“顶”、“下”、“底”、“垂直”、“水平”、“前”、“后”、“侧”、“中央”、“过程”以及“跨过程”的方向术语旨在为了描述的目的而提供相对位置，而不是旨在指定绝对的参照系。对优选实施例的各种修改对本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且可以将在本文中所定义的一般原理应用于除太阳能电池的制造之外的其他应用。因此，本发明不是旨在受限于所示出和所描述的具体实施例，而是应被给予与在本文中所公开的原理和新颖的特征一致的最广泛的范围。图1是示出在由依照本发明的简化微挤出系统50执行的制造过程期间的两个H图案太阳能电池40-1和40-2的透视图。具体地，微挤出系统50 —般地包括:印刷头100 ；用于在印刷头100下面输送半导体衬底41的机构80 ;打开和关闭以经由供应流路径56将网格线材料55从给料系统60供应给印刷头100的阀61-1和61_2 ;以及控制器90，其经由依照下述方法生成的控制信号来控制阀61-1和61-2的操作(打开/关闭)状态。如在图1中所指示的那样，输送机80和印刷头100被定向为使得网格线44彼此平行并且在每个衬底41上沿过程方向延伸。如在本文中所使用的那样，短语“过程方向”指的是衬底41沿其在印刷头100下面由输送机80传输的方向，并且由图中的Y轴指示。印刷头100由X-Y-Z定位机构(未示出)保持，使得印刷头100沿跨过程(X轴)方向对齐，所述跨过程方向既与过程(Y轴)方向正交并且又处在由衬底41所限定的平面内。印刷头100还通过X-Y-Z定位机构被保持在衬底41的上表面42上方的预定垂直(Z轴)位置上。注意，可以通过移动印刷头、晶片或两者来获得印刷头相对晶片的运动。通过在印刷头100下面传输衬底41而同时以下述方式选择性地挤出网格线材料55，在每个衬底41上沿过程(Y轴)方向延伸的平行网格线44被生成。参考图1的下部，每个H图案太阳能电池40-1和40-2的衬底41都是具有多边的(例如八边形的)外围边缘的“伪正方形”单晶硅衬底。为了描述的目的，每个衬底41的前边缘41-F和后边缘41-B在网格线印刷过程期间被定向为沿跨过程(X轴)方向(即使得网格线44垂直于前/后边缘延伸)，并且相对的侧边缘41-S1和41-S2在网格线印刷过程期间沿过程(Y轴)方向延伸(即使得网格线44平行于侧边缘延伸)。衬底41还包括至少四个倒角边缘(例如边缘41-C1、41-C2、41-C3和41-C4)，其从关联的前、后和侧边缘成锐角Θ延伸(例如倒角边缘41-C3在侧边缘41-S2与前边缘41-F之间以大约45°延伸)。依照本发明制造 的每个H图案太阳能电池的特征在于，网格线44包括一组较长的“中央”网格线44-1和两组或更多组较短的“侧”网格线44-21和44-22，所有网格线都具有与衬底41的外围边缘间隔开的端点。较长的中央网格线44-1被置于衬底41的被限定在衬底的前边缘41-F与后边缘41-B之间的中央区域Rl中，并且每个较长的中央网格线44-1具有共同长度LI，所述共同长度LI被限定在分别被置于离开衬底41的前边缘41-F和后边缘41-B预定间隙距离Gl处的端点之间。两组较短的“侧”网格线44-21和44-22分别被置于衬底41的侧区域R2-S1和R2-S2中，所述侧区域位于中央区域Rl的相对侧并且被限定在沿过程方向对齐的关联的倒角之间。例如，第一较短侧网格线组44-21包括沿侧边缘41-S1在两个关联的倒角边缘41-C1与41-C2之间延伸的网格线44-211和44-212，而第二较短网格线组44-22包括沿侧边缘41-S2在关联的倒角41-C3与41-C4之间延伸的网格线44-221和44-222。组44-21和44-22中的每个较短的侧网格线具有共同长度L2，该共同长度L2比长度LI短下述距离。较短网格线组44-21和41-22的共同长度被设置为使得两个最外面的短网格线(即网格线44-211和44-222，它们分别最接近侧边缘41-S1和41-S2被设置)的端点偏离相邻的倒角边缘预定距离。例如，最外面的网格线44-211的端点44-211F和44-211B分别偏离相邻的倒角边缘41-C1和41-C2预定间隙距离G2，并且最外面的网格线44-222的端点44-222F和44-222B分别偏离相邻的倒角边缘41-C3和41-C4大体上相同的距离。依照本发明的另一方面，每个太阳能电池40-1和40-2的特征还在于，较长的“中央”网格线44-1和较短的“侧”网格线组44-21和44-22的端点在衬底41上形成预定的“台阶”图案SPl和SP2。也就是说，中央网格线44-1被印刷为使得它们的前端点44-1F大体上对齐以限定第一线L1F，而中央网格线44-1的后端点大体上对齐以限定第二线L1B，其中第一线LlF和第二线LlB两者都被定向为沿跨过程(X轴)方向。相似地，印刷过程被控制为使得两组侧网格线44-21和44-22的前端点和后端点沿跨过程X轴方向大体上对齐。也就是说，侧网格线44-21的前端点限定与侧网格线44-22的前端点大体上共线的第三线L2F，而侧网格线44-21的后端点限定与侧网格线44-22的后端点大体上共线的第四线L2B。第一线LlF偏离第三线L2F台阶距离S，由此前端点线LlF和L2F形成第一台阶图案SPl，所述第一台阶图案SPl由处于太阳能电池40-1和40-2的上游端的虚线示出。相似的台阶距离将第二线LlB与第四线L2B隔开，由此后端点线LlB和L2B形成第二台阶图案SP2，所述第二台阶图案SP2也由处于太阳能电池40-1的下游端的虚线示出。参考图1的左上部分，印刷头100包括:限定至少两个输入端口 116-1和116_2的一般地呈块状的主体101 ;至少三组喷嘴162-1、162-21和162-22 ;以及至少两个流分配系统163-1和163-2，其限定从输入端口 116-1和116-2至喷嘴162-1、162-21和162-22的流通路。根据本发明的一方面，印刷头100被构建为使得被限定在喷嘴162-1、162-21和162-22末端的多个喷嘴排出孔按偏离布置被设置，所述偏离布置形成由网格线44的前端点形成的偏离“台阶”图案SP1。首先，(第一)喷嘴162-1被置于印刷头100的中央区域中，而(第二)喷嘴162-21和16 2-22被置于印刷头100的相对侧(即在沿跨过程方向测量的情况下喷嘴162-1位于喷嘴162-21与162-22之间)。每个中央喷嘴162-1都结束于关联的“中央”(第一)排出孔169-1，并且所有排出孔169-1都沿跨过程(X轴)方向对齐并且与印刷头主体101的前端相邻地被布置。每个侧喷嘴162-21都结束于关联的“侧”(第二)排出孔169-21，并且每个喷嘴162-22都结束于关联的“侧”(第二)排出孔169-22，其中排出孔169-21和169-22沿跨过程(X轴)方向对齐并且与印刷头主体101的后端相邻地被布置。这种偏离布置的特征在于中央排出孔169-1沿过程(Y轴)方向偏离侧排出孔169-21和169-22偏离距离0，该偏离距离O被设计以允许所印刷的台阶图案(例如SPl)具有所需的台阶距离。注意，相邻的孔之间沿跨过程(X轴)方向的间距与网格线44之间的所需间距相同，并且侧排出孔169-21和169-22被置于离开“中央”排出孔169-1下游(即沿过程Y轴方向)预定偏离距离O处。因此，由中央排出孔169-1以及侧排出孔169-21和169-22形成的偏离布置(图案)与台阶图案SPl相似。如在下文中以附加细节阐述的那样，以这种偏离图案向印刷头100提供“中央”和“侧”孔的优点是通过印刷头100向所有孔169-1、169-21和169-22的网格线材料流动使用单个“开始”(阀打开)信号来发起。也就是说，在采用这种布置的情况下，当网格线材料55-1和55-2通过排出孔169-1以及侧排出孔169-21和169-22同时被挤出时，被挤出的网格线材料固有地形成起始点具有“台阶”图案SPl的平行网格线44。根据本发明的另一方面，流分配系统163-1和163-3被形成为使得通过输入端口116-1进入印刷头100的网格线材料55-1由流分配系统163-1分配给喷嘴162-1，并且通过输入端口 116-2进入印刷头100的网格线材料55-2由流分配系统163-2分配给喷嘴162-21和162-22。也就是说，第一输入端口 116-1经由分配系统163-1仅与(第一)喷嘴162-1连通，使得通过输入端口 116-1进入印刷头100的网格线材料55-1通过中央排出孔169-1中的一个离开。相似地，第二输入端口 116-2经由分配系统163-2与(第二)喷嘴162-21和162-22连通，使得通过输入端口 116-2进入印刷头100的网格线材料55_2通过侧排出孔169-21或169-22中的一个离开。独立的流分配系统163-1和163-2促进以下述方式对后侧台阶图案SP2的形成。图2 (A)和2⑶以附加细节示出印刷头100。参考图2 (A)，依照所示的简化示例性实施例，中央喷嘴162-1 (其由虚垂直线指示)包括八个单独的喷嘴通道162-11至162-18，侧喷嘴162-21包括两个喷嘴通道162-211和162-212，而侧喷嘴162-22包括两个喷嘴通道
162-221和162-222。喷嘴通道162-11至162-18中的每一个形成流分配系统163-1与关联的输出孔169-1之间的流通路(例如喷嘴通道162-11将网格线材料从流分配系统163-1导引通过排出孔169-11，而喷嘴通道162-18将网格线材料从流分配系统163-1导引通过排出孔169-18)。相似地，喷嘴通道162-211和162-212分别在流分配系统163-2与排出孔169-211和169-212之间延伸，而喷嘴通道162-221和162-222分别在流分配系统163-2与排出孔169-221和169-222之间延伸。为了描述的目的，该示例性实施例中的喷嘴的数量从实际应用大大减少。根据图2(A)所示的本发明的一方面，流分配系统163-1和163_2限定将网格线材料分配给喷嘴中的每一个的流通道的系统。第一流分配系统163-1包括入口通路163-11和在入口端口 116-1与喷嘴通道162-11至162-18之间连通的一组互连的第一分支通路
163-12，使得进入第一入口端口116-1的网格线材料55-1经由入口通路163-11和对应的一系列第一分支通路163-12被传送到每个排出孔169-1。相似地，第二流分配系统163-2包括入口通路163-21以及连通第二入口端口 116-2与喷嘴通道162-211、162-212、162-221和162-222的一组互连的第二分支通路163-22，使得进入入口端口 116-2的网格线材料55-2经由入口通路163-12和对应的`一系列第二分支通路163-22被传送到每个排出孔169-211、169-222、169-221以及169-222。在优选实施例中，分支通路163-12被形成为大体上对称的一系列流路径，使得从入口端口 116-1到每个中央喷嘴通道169-11至169-18的流阻(或流导)大体上相等(例如经由使材料从入口端口到喷嘴通道流动相等距离)。相似地，分支通路163-22被形成为第二大体上对称的一系列流路径，使得从入口端口 116-2到每个侧喷嘴通道169-211、169-212、169-221以及169-222的流阻/流导大体上相等。以这种方式提供对称的流路径的优点在于网格线材料55-1以大体上相同的流动压力通过印刷头100被输送到每个排出孔169-11至169-18，而网格线材料55_2以大体上相同的流动压力通过印刷头100被输送到每个排出孔169-211、169-212、169-221以及169-222。图2(B)以附加细节示出排出孔的偏离布置的印刷头100的底视图。第一排出孔169-11至169-18(在本文中被共同称为排出孔169-1)沿跨过程(X轴)方向对齐以限定第一孔线XI，并且被置于印刷头100的中央区域XCl中。相似地，第二排出孔169-211、169-212、169-221以及169-222被对齐以共同限定沿跨过程方向延伸的第二孔线X2，其中排出孔169-211和169-212被置于第一跨过程侧区域X2-S1，而排出孔169-221和169-222被置于第二跨过程侧区域X2-S2。如在图2(B)中所指示的那样，第一孔线Xl沿过程(Y轴)方向与第二孔线X2间隔偏离距离O，并且中央区域Xl沿跨过程(X轴)方向整个被置于侧区域X2-S1与X2-S2之间。再次参考图1，除印刷头100和输送机80之外，微挤出系统50还包括:两个阀61_1和61-2，它们被置于供应流路径56上并且被用于控制网格线材料55从给料系统(源)60到印刷头100的流动；控制器90，使用已知技术将其配置成以下述方式单独地控制两个阀61-1和61-2的操作(打开/关闭)状态以生成具有偏离图案SPl和SP2的网格线44。阀61-1被连接在源60与入口端口 116-1之间，并且如在下文中所阐述的那样被控制以将网格线材料55的第一部分55-1供应到印刷头100中以便分配给中央排出孔169-1。阀61_2被连接在源60与入口端口 116-2之间，并且如在下文中所阐述的那样被控制以将网格线材料55的第二部分55-2供应到印刷头100中以便分配给侧排出孔169-21和169-22。控制器90以在下文中参考图3(A)至3(D)所描述的方式生成控制信号“打开”、“关闭-1”和“关闭_2”并且将所述信号传送到阀61-1和61-2，以促进所需的网格线印刷过程。图3(A)至3(D)是描绘依照本发明的示例性实施例的、通过系统50在衬底41上形成网格线的简化图。在这些图中，印刷头100使用虚“隐藏”线示意以便示出排出孔在印刷过程期间的定向。如参考图1在上文中所阐述的那样，使用已知技术将印刷头100和目标衬底41设置为使得目标衬底41例如经由输送带80 (在图1中示出)在印刷过程期间以恒定速率在印刷头100下面通过。图3 (A)示出目标衬底41 (t0)(即在初始时间t0处的目标衬底41，同时目标衬底41正在印刷头100下面沿过程(Y轴)方向移动并且已经到达相对于印刷头100的预定印刷起点位置(即前边缘41-F被置于中央排出孔169-1下面)。在时间t0处，控制器90将(第一)阀“打开”命令传送到阀61-1和61-2两者，使得阀61-1和61-2两者的操作状态从关闭改变为打开。同时打开阀61-1和61-2两者使网格线材料部分55-1和55_2通过入口端口 116-1和16-2到印刷头100中的流动同时开始，这又同时引起网格线材料从中央排出孔169-1以及侧排出孔169-21和169-22两者到上表面42上的挤出。图3 (B)和图4示出在 发起网格线材料流动之后不久的目标衬底41 (tl)，并且示出在时间tl处被印刷到上表面42上的网格线44-1、44-21以及44-22的部分。如在这些图中所指示的那样，因为中央排出孔169-1沿跨过程方向对齐，所以网格线材料从中央排出孔169-1的同时挤出使中央网格线44-1的前边缘44-1F对齐并且与前边缘41F间隔所需的间隙距离Gl (即如图4所示，网格线41-11和41-12的前边缘41-11F和41-12F与前边缘41-F间隔间隙距离Gl)。相似地，因为侧排出孔169-21和169-22沿跨过程方向对齐，所以网格线材料从侧排出孔169-21和169-22的同时挤出产生了具有沿跨过程方向对齐的相应的前边缘的侧网格线44-21和44-22，其中最外面的侧网格线44-211和44-222的前边缘分别与倒角边缘41-C1和41-C3间隔所需的间隙距离G2(例如如图4所示，最外面的网格线41-211的前边缘41-211F与倒角边缘41-C1间隔间隙距离G2，并且相邻网格线41-212的前边缘41-212F沿跨过程方向与前边缘41-211F对齐)。进一步地，因为中央排出孔169-1以及侧排出孔169-21和169-22以在上文中所提及的偏离布置被设置(例如如图4所示，侧排出孔169-211和169-212偏离中央排出孔169-11和169-12距离O)，网格线材料从两组孔的同时挤出生成了具有所需“台阶”图案的网格线44-1、44-21以及44-22(即网格线44-11和44-22的前边缘44-11F和44-12F偏离网格线44-211和44-212的前边缘44-21IF和44-212F所需的台阶距离S，如图4所示)。图3(C)示出当目标衬底41已经几乎完全在印刷头100下面通过并且已经到达与较短网格线44-21和44-22的后端点对应的预定点时的目标衬底41 (t2)。在时间t2处，控制器90传送阀关闭信号“关闭_2”(在图1中示出)，由此阀61-2关闭以终止网格线材料55-2通过输入端口 116-2到印刷头100中的流动，这又终止了网格线材料从侧孔169-21和169-22的挤出，因此形成后端点44-21B和44-22B (在图3 (D)中针对侧网格线44-21和44-22示出。具体地，网格线材料通过侧孔169-21和169-22的流动被同时终止，并且使得侧网格线结构44-21和44-22的后端点44-21B和44-22B平行于跨过程X轴方向对齐，以及被完全置于目标衬底41的外围边缘内部。注意，阀61-1在时间t2处保持处于打开操作状态，使得网格线材料55-1继续通过输入端口 116-1和印刷头100流到中央孔169-1。图3(D)示出当目标衬底41已经到达印刷操作末尾时(即当中央孔169-1被定位在离开目标衬底41的后边缘41B所需间隙距离处时)的目标衬底41 (t3)。在这个点上，控制器90将第二关闭命令关闭-1发送到第一阀61-1 (在图1中示出)，由此终止网格线材料55-1从阀61-1通过输入端口 116-1到印刷头100中的流动，这又终止了网格线材料通过中央喷嘴孔169-1的挤出。网格线材料55-1的终止产生了中央网格线结构44-1的后端点44-1B，其平行于跨过程(X轴)方向对齐并且与后边缘41B间隔预定的间隙距离。参考图3 (A)至3 (D)在上文中所描述的印刷操作提供了优于常规印刷方法的若干优点。首先，这种方法与使用常规挤出/掩模或丝网印刷方法可能实现的相比提供了用于以明显不那么昂贵并且更可靠和可重复的方式在八边形单晶衬底上制造H图案太阳能电池的简单方法，由此促进以比得上形成在正方形/矩形多晶硅晶片上的太阳能电池的成本对较高质量的基于单晶的H图案接触太阳能电池的制造。此外，该印刷方法及关联的硬件能够以最小的修改被实现在现有网格线印刷系统上，因此允许较高效率的H图案太阳能电池在单晶硅晶片上的制造而不需要大的设备改造成本。现在将参考若干具体实施例对在上文中所描述的新颖的印刷头的附加特征进行描述。图5是示出根据本发明的第一具体实施例的多层印刷头组件100A的截面侧视图。印刷头组件100A包括可选背件111A，其被用作用于将供应线附接到入口端口 116A-1和116A-2、用于通过流通路163A-11和163A-21将网格线材料55_1和55_2传送到印刷头组件100A中以及用于在网格线印刷操作期间使印刷头组件100A保持在正确定向上的块。除提供附加的馈线附接点及关联的流路径之外，背件IllA在功能上类似于用在常规微挤出系统中的背件结构。多层印刷头组件100A与印刷头100 (在上文中讨论)相似，因为印刷头组件100A包括限定中央排出孔169A-1 (在端视图中示出)的一排中央喷嘴162A-1，以及分别限定侧排出孔169A-21和169A-22的两组侧喷嘴162A-21和162A-22，其中中央排出孔169A-1偏离侧排出孔169A-21和169A-22预定偏离距离O。也就是说，以与图1所示的大体上一致的方式，排出孔169A-1被置于印刷头组件100A的中央跨过程区域中，并且排出孔组169A-21和169A-22中的每一个都包括置于侧区域中的至少两个排出孔，所述侧区域沿跨过程方向被中央跨过程区域隔开并且位于沿过程方向离开排出孔169A-1下游偏离距离O处，由此通过排出孔169A-1和169A-21/22被同 时挤出的网格线材料在目标衬底上按台阶图案生成网格线。多层印刷头组件100A不同于印刷头100在于印刷头100A由若干层状结构组成，所述若干层状结构按堆叠布置被栓接或以其他方式紧固在一起以形成统一的结构并且由背件IllA保持。具体地，印刷头组件100A包括上板110A、第一压力通风层120A-1、第一喷嘴层150A-1、第二压力通风层120A-2、第二喷嘴层150A-2以及下板130A。如由图5所示的虚线路径所指示的那样，所述层中的每一个都被构建为使得流路径115A-1和115A-2被提供用于网格线材料55-1和55-2，所述流路径115A-1和115A-2从入口端口 116A-1和116A-2通过所述层中的每一个延伸到出口喷嘴169A-1和169A-21/22。注意，为了描述的目的，在图5中改变了入口端口 116A-1和116A-2以及流路径115A-1和115A-2的位置、路径方向以及路径尺寸。上板IlOA和下板130A是用于在印刷过程期间将喷嘴层和压力通风层牢固地夹在一起的刚性结构。上板IlOA还包括在背件IllA与第一压力通风结构120A-1之间连通的垂直(第二)流通道区域162A-12和163A-22的部分。如在图5中所指示的那样，喷嘴层150A-1和150A-2以及压力通风结构120A-1和120A-2被布置在上板(第一板)IlOA与下板(第二板)130A之间，使得上板IlOA接触压力通风结构120A-1而下板130A接触喷嘴层150A-2。板IlOA和130A两者都使用已知技术用合适的金属(或其他刚性材料)的块以机器制造(或以其他方式形成)。喷嘴层150A-1和150A-2是独立的(间隔开的)结构，所述结构被固定地维持在彼此之间由第一压力通风结构120A-1(以及可能被使用的任何其他间隔“衬垫”层)的厚度所确定的距离处。喷嘴层150A-1被形成以包括一组中央(第一)排出孔169A-1，而第二喷嘴层150A-2被形成以包括两组侧(第二)排出孔169A-21和169A-22 (共同地示出在图5的端视图中并且被标识为169A-21/22)。保持在喷嘴层150A-1与150A-2之间的距离被选择为使得中央喷嘴排出孔169A-1与侧喷嘴排出孔169A-21/22隔开偏离距离O。通过将喷嘴层150A-1和150A-2构建为独立的结构所提供的优点在于对偏离距离O的调节被促进，例如经由添加或减除置于喷嘴 层150A-1与150A-2之间的间隔层(衬垫)。依照本发明的实施例，喷嘴层150A-1和150A-2中的每一个都依照已制定的方法和设计(例如以与参考图11和12在下文中所描述的方式相似的方式)由堆叠的金属或聚合物板组成。使用已制定的喷嘴层制造方法和设计构建喷嘴层150A-1和150A-2的优点在于这种方式通过避免对于制造全新的喷嘴结构的需要而将设计和制造费用减到最少。也就是说，除喷嘴层的数量(即两个而不是一个)以及设置在每个喷嘴层150A-1和150A-2上的喷嘴的数量和位置不同于常规印刷头之外，设置在喷嘴层150A-1和150A-2上的各个喷嘴可以与常规印刷头的那些本质上一致。因为现有喷嘴设计和制造方法被用于生成喷嘴162A-1U62A-21以及162A-22，所以印刷头组件100A的喷嘴性能(即网格线形成特性)与常规单层微挤出印刷头的喷嘴性能可靠地本质上一致。使用现有喷嘴设计和制造方法来生成喷嘴层150A-1和150A-2的又一可能的优点是微挤出印刷头组件100A具有比得上用在H图案太阳能电池在多硅晶片上的制造中的常规微挤出印刷头的尺寸，这又促进印刷头组件100A以最小的修改在现有微挤出系统中的使用。依照本实施例的另一方面，印刷头组件100A的各个层限定在入口端口 116A-1和116A-2与喷嘴162A-1和162A-21/22之间分配网格线材料的独立的流分配通道。也就是说，第一流分配通道163A-1在入口端口 116A-1与喷嘴162A-1之间连通，并且包括第一流动区域163A-11、垂直流通道区域163A-12、沿压力通风结构120A-1延伸的分支流通道163A-13以及从压力通风结构120A-1向喷嘴162A-1朝下延伸的(第一)压力通风出口 163A-14。相似地，第二流分配通道163A-2在入口端口 116A-2与喷嘴162A-21/22之间连通，并且包括第一流动区域163A-21、垂直流通道区域163A-22、沿压力通风结构120A-2延伸的分支流通道163A-23以及从压力通风结构120A-2向喷嘴162A-21/22朝下延伸的(第二)压力通风出口 163A-24。使用穿过压力通风结构120A-1和喷嘴层150A-1的垂直流分配通道163A-22将网格线材料传递到压力通风结构120A-2和喷嘴层150A-2促进在对现有微挤出系统做最小修改的情况下对印刷头组件IOOA的使用。针对每个流动层使用独立的压力通风结构120A-1和120A-2通过使用常规微挤出印刷头所用的方法来允许每个流分配系统163A-1/2被形成在独立的压力通风结构上而简化了流分配系统163A-1和163A-2的设计。图6⑷和6⑶示出分别被限定在压力通风结构120A-1和120A-2中的流分配通道163A-1和163A-2的部分。图6 (A)示出压力通风结构120A-1，其限定第一流动区域(第一压力通风入口 ) 163A-12的下部、分支流通道163A-13以及第一压力通风出口 163A-14的上部。图6 (B)示出压力通风结构120A-2，其限定第一流动区域(第二压力通风入口)163A-22的下部、分支流通道163A-22以及第二压力通风出口 163A-24的上部。根据图6(A)和6 (B)所示的本发明的实施例，压力通风结构120A-1和120A-2通过以机器制造或以其他方式使金属或硬塑材料(例如Techtron )成形来构建，使得从入口端口 116A-1和116A-2向关联的喷嘴162A-1和162A-21/22行进的流动距离大体上相等。具体地，压力通风结构120A-1的分支流通道163A-13被形成为大体上对称的一系列流路径，使得通过第一压力通风入口 163A-12进入压力通风结构120A-1的网格线材料沿分支流通道163A-13的对应分支行进大体上相同的距离到第一压力通风出口 163A-14中的任何一个。相似地，压力通风结构120A-2的分支流通道163A-23被形成为大体上对称的一系列流路径，使得通过第二压力通风入口 163A-22进入压力通风结构120A-2的网格线材料沿分支流通道163A-23的对应分支行进大体上相同的距离到第二压力通风出口 163A-24中的任何一个。对称流分配通道163A-1和16 3A-2的使用促进均匀的挤出压力在每个喷嘴169A-1和169A-21/22处的生成。图7和图8示出根据本发明的第二具体实施例的用于生成“双台阶”网格线图案的多层印刷头组件100B，其中图7是印刷头组件100B的截面侧视图，而图8是印刷头组件100B的正视图。参考图7，印刷头组件100B与印刷头组件100A相似，因为它包括以参考背件IllA在上文中所描述的方式起作用的可选背件111B，以及按堆叠布置被栓接或以其他方式紧固在一起以形成由背件IllB保持的分层结构的若干层状结构。此外，多层印刷头组件100B包括上板111B、第一压力通风层120B-1、第一喷嘴层150B-1、第二压力通风层120B-2、第二喷嘴层150B-2以及下板130B，其中第一喷嘴层150B-1包括限定中央排出孔169B-1 (在端视图中示出)的一排中央喷嘴162B-1，并且喷嘴层150B-2包括分别限定侧排出孔169B-21和169B-22的两组侧喷嘴162B-21和162B-22，其中中央排出孔169B-1偏离侧排出孔169B-21和169B-22预定偏离距离01。此外，印刷头组件100B限定第一流分配通道163B-1，所述第一流分配通道163B-1在入口端口 116B-1与喷嘴162B-1之间连通，并且包括第一流动区域163B-11、垂直流通道区域163B-12、沿压力通风结构120B-1延伸的分支流通道163B-13以及从压力通风结构120B-1向喷嘴162B-1朝下延伸的(第一)压力通风出口 163B-14。相似地，第二流分配通道163B-2在入口端口 116B-2与喷嘴162B-21/22之间连通，并且包括第一流动区域163B-21、垂直流通道区域163B-22、沿压力通风结构120B-2延伸的分支流通道163B-23以及从压力通风结构120B-3向喷嘴通道162B-31/32朝下延伸的(第三)压力通风出口 163B-24。分别被限定在压力通风结构120B-3中的分支流通道163B-33分别如参考图6(A)和6(B)在上文中所描述的那样被构建，使得从入口端口 116B-1和116B-2向关联的喷嘴162B-1和162B-21/22行进的流动距离大体上相等。参考印刷头组件IOOA在上文中所描述的特征和益处因此适用于印刷头组件100B。多层印刷头组件100B不同于印刷头组件100A在于印刷头组件100B包括限定两个附加的(第三)“侧”排出孔组169B-31和169B-32(共同地为169B-31/32)的两个附加的(第三)“侧”喷嘴通道组162B-31和162B-32 (共同地为162B-31/32)，以及在(第三)入口端口 116B-3与喷嘴162B-31/32之间连通的(第三)流分配通道163B-3。如在图7中所指示的那样，喷嘴通道162B-31/32被置于(第三)喷嘴层150B-3中，所述喷嘴层150B-3经由(第三)压力通风层120B-3与流分配通道163B-3连通，由此喷嘴层150B-3被定位在喷嘴层150B-2的下游，使得排出孔169B-31/32沿过程(Y轴)方向偏离排出孔169B-21/22第二偏离距离02，所述偏离距离02在一个实施例中大体上等于偏离距离01。也就是说，排出孔169B-31/32沿过程(Y轴)方向偏离中央排出孔169B-1等于偏离距离01与02的总和的距离。喷嘴层150B-1U50B-2以及150B-3按堆叠布置被设置，其中压力通风结构120B-2夹在喷嘴层150B-1与喷嘴层150B-2之间，而压力通风结构120B-3夹在喷嘴层150B-2与150B-3之间，同时喷嘴/压力通风结构堆叠被夹在上板IlOB与下板130B之间。与流分配通道163B-1和163B-2相似，流分配通道163B-3包括限定在背件IllB中的第一流动区域163B-31、垂直流通道区域163B-23、沿压力通风层120B-3延伸的分支流通道163B-33以及从压力通风结构120B-2向喷嘴162B-21/22朝下延伸的(第二)压力通风出口 163B-24。垂直(第二)流通路部分163B-32由上板110B、压力通风结构120B-1和120B-2以及喷嘴层150B-1和150B-2共同限定，并且在其下端(第三压力通风入口 )处与分支流通道163B-33的第一端连通(即使得网格线材料55-3穿过在入口端口 116B-3与压力通风结构120B-3之间的喷嘴层150B-1和150B- 2以及压力通风结构120B-1和120-2)。限定在压力通风结构120B-3中的分支流通道163B-33大体上如参考图6(B)在上文中所描述的那样被构建(即使得从入口端口 116B-3向每个喷嘴通道169B-31/32行进的流动距离大体上相等)。参考图8，印刷头组件100B包括置于中央跨过程区域XlC中的六十四个“中央” L169B-1、置于(第一)跨过程侧区域X2-S1中的四个内侧孔169B-21以及置于(第二)跨过程侧区域X2-S2中的四个内侧孔169B-21。与“中央”孔169B-1和“侧”孔169B-21/22相似，排出孔169B-31/32沿跨过程(X轴)方向对齐，其中四个排出孔169B-31被置于(第三)跨过程侧区域X3-S1中并且四个排出孔169B-32被置于(第四)跨过程侧区域X3-S2中，所述第三和第四跨过程侧区域X3-S1和X3-S2沿跨过程X轴方向被中央跨过程区域XlC以及跨过程侧区域X2-S1和X2-S2隔开。如参考图9(A)至9 (D)在下文中所描述的那样，采用这种布置，通过中央排出孔169B-1、内侧排出孔169B-21/22以及外侧排出孔169B-31/32同时被挤出的网格线材料生成起始端点形成“双台阶”图案的网格线。根据本发明的另一实施例，压力通风结构120B-1至120B-3通过以机器制造或以其他方式使硬塑材料(例如Techtron )或金属板材料(例如钢、铝或钢合金)中的一个或多个成形来构建。在目前优选的实施例中，所述压力通风结构中的至少一个由塑料形成，并且所述压力通风结构中的一个或多个由金属形成(例如压力通风结构120B-1由Techtron 形成，而压力通风结构120B-2和120B-3使用钢形成)。发明人发现印刷头组件IOOB的三喷嘴堆叠布置可能在挤出期间经历层分离以及喷嘴通道的变形，并且已经发现当使用图8所示的装配螺栓150B的图案栓接在一起时，金属中央压力通风结构的使用通过抵抗这样的分离和变形而改进了性能。图9㈧至9(D)是描绘依照本发明的另一实施例的、利用包括印刷头组件100B的关联微挤出系统50B在衬底41上按“双台阶”图案形成网格线的简化图。仅部分地被示出的系统50B与系统50(在上文中描述)本质上相同，但包括三个阀61Β-1、61Β-2以及61B-3 (而不是两个)，并且控制器90B被修改为如在下文中所阐述的那样控制这三个阀以便产生“双台阶”网格线端点图案。印刷头100B和目标衬底41以其他方式被设置为使得目标衬底41使用在上文中所提及的方法在印刷头100B下面通过。图9(A)示出在到达相对于印刷头100B的预定印刷起点位置之后，并且在控制器90已经将(第一)阀“打开”命令同时传送到阀61Β-1、61Β-2以及61B-3使得所有三个阀61Β-1、61Β-2以及61B-3的操作状态从关闭大体上同时改变为打开，由此使网格线材料部分55-1,55-2以及55-3通过入口端口 116B-1、116B-2以及116B-3到印刷头100B中的流动大体上同时开始,这又引起网格线材料从中央排出孔169B-1、内侧排出孔169B-21和169B-22以及外侧排出孔169B-31和169B-32到衬底51的上表面42上的挤出之后的目标衬底41。如在图9(A)的底部所指示的那样，结果得到的网格线44-1、44-21、44-22、44-31以及44-32的部分因此以形成前部“双台阶”图案SP2F的方式被印刷到上表面42上。也就是说，六十四个中央排出孔沿跨过程方向对齐，产生具有与前边缘41F对齐并且与前边缘41F间隔预定间隙·距离的前边缘的六十四个中央网格线44-1。相似地，内侧排出孔169B-21和169B-22产生具有沿跨过程方向对齐并且偏离中央网格线44-1的前边缘由偏离距离
01(参见图7)确定的第一台阶距离的相应前边缘的四个侧网格线44-21和四个侧网格线44-22，而外侧排出孔169B-31和169B-32产生具有沿跨过程方向对齐并且偏离内侧网格线44-21/22的前边缘由偏离距离02 (参见图7)确定的第二台阶距离的相应前边缘的四个侧网格线44-31和四个侧网格线44-32，由此形成前部“双台阶”图案SP2F。图9 (B)示出目标衬底41已经几乎完全在印刷头100下面通过并且已经到达与外侧网格线44-31和44-32的后端点对应的预定点的随后的时间。衬底41与印刷头100B之间的(第二)相对位置例如使用传感器或预定的延迟周期来确定。这时，控制器90B传送阀关闭信号(第二命令)“关闭_3”，由此阀61B-3关闭以终止网格线材料55-3通过输入端口 116B-3到印刷头100B中的流动，这又终止了网格线材料从侧孔169B-31和169B-32的挤出，由此形成平行于跨过程X轴方向对齐并且整个被置于目标衬底41的外围边缘内部的侧网格线44-31和44-32的后端点。注意，阀61B-1和61B-2保持处于打开操作状态，使得网格线材料55-1和55-2继续通过输入端口 116B-1和116B-2流到印刷头组件100B中，并且因此继续网格线44-1、44-21以及44-22的形成。图9 (C)示出目标衬底41已经到达与内侧网格线44-21和44_22的后端点对应的预定点的增量往后的时间。衬底41与印刷头100B之间的这个(第三)相对位置可以使用传感器或者通过基于开始或第一停止命令使用预定延迟周期来确定。这时，控制器90B传送阀关闭信号“关闭_2”，由此阀61B-2关闭以终止网格线材料55-2通过输入端口 116B-2到印刷头IOOB中的流动，这又终止了网格线材料从内侧孔169B-21和169B-22的挤出，由此形成内侧网格线44-21和44-22的后端点。注意，关闭信号“关闭_3”与关闭信号“关闭_2”之间的递增周期使网格线44-21和44-22的后端点偏离网格线44-31和44-32的后端点台阶距离。还注意，阀61B-1保持处于打开操作状态，使得网格线材料55-1继续通过输入端口 116B-1流到印刷头组件100B中，并且因此继续中央网格线44-1的形成。在附加的递增时间周期之后，控制器90B将第三关闭命令关闭-1发送到第一阀61B-1，由此终止来自阀61B-1的网格线材料55-1通过输入端口 116B-1到印刷头100B中的流动，这又产生了平行于跨过程(X轴)方向对齐并且与后边缘41B间隔预定间隙距离的中央网格线结构44-1的后端点。图9(D)示出在印刷操作完成之后的太阳能电池40B，其中目标衬底41现在包括置于上表面42上的较长的中央网格线44-1，增量更短的“内侧”网格线44-21和44-22以及最短的“最外侧”网格线44-31和44-32，其中这些网格线的端点形成前部“双台阶”图案SP2F和后部“双台阶”图案SP2B。衬底41相对于印刷头100B的这个最后(第四)“停止”位置能够通过传感器或预定延迟周期来确定，如在上文中所提及的那样。参考图9(A)至9 (D)在上文中所描述的印刷操作提供了与参考图3(A)至3 (D)在上文中所描述的那些相似的优点，并且通过将网格线置于与能够使用参考图3(A)至3(D)在上文中所描述的单台阶方法所实现的相比更大部分的表面42上，产生了稍微更大的电池电效率。图10是描绘根据本发明的另一具体实施例的微挤出系统50C的一部分的简化图。与在上文所讨论的系统 相似，系统50C包括:控制器90C，其控制网格线材料55从网格线材料源60C-1向印刷头100C的流动，所述印刷头100C在这种情况下包括按参考图8和图9在上文中所描述的“双台阶”图案布置的排出孔(即如由处于图10底部的箭头所指示的那样，一组中央孔169C-1，一组内侧孔169C-21和169C-22以及一组外侧孔169C-31和169C-32)。如在以下段落中所阐述的那样，微挤出系统50C引入在上文所阐述的较早实施例中未被描述的、本发明的两个附加特征:首先，系统50C包括多个滑柱式阀布置，其中网格线材料55被供应给两个或更多个滑柱式阀(例如网格线液料阀61C-11、61C-21以及61C-31)，所述滑柱式阀被单独地配置成以预定的入口压力将网格线材料55传递到印刷头100C ;以及其次，印刷头组件100C如在下文中所阐述的那样被构建为以生成平行高纵横比网格线结构(参考图14在下文中描述)的方式共同挤出网格线材料55和牺牲材料57两者，所述牺牲材料57经由第二组滑柱式牺牲液料阀61C-12、61C-22以及61C-32从牺牲材料源60C-2供应。除图10所示的系统特征和部件之外，系统50C包括输送机、X-Y-Z定位机构以及与在上文中所描述的那些相似的其他部件，为了简洁起见在下文中将其省略。尽管在下文中参考单个具体实施例描述了滑柱式阀布置和共同挤出印刷头特征，但这些特征可以独立地被实现(例如滑柱式阀布置可独立于共同挤出印刷头组件被利用)。依照图10所示的示例性多滑阀布置，系统50C包括:加压容器(网格线材料源60C-1)，其以相对高的(第一)压力PO将网格线材料55供应到供应流路径部分56C-1中；以及分配阀61C-11、61C-21和61C-31，其被配置(预先调节)为调节供应到印刷头100C的网格线材料部分55-1、55-2以及55-3的流动压力，使得网格线材料通过所有排出孔(即每个中央排出孔169C-1、每个内侧排出孔169C-21和169C-22以及每个外侧排出孔169C-31和169C-32)被挤出。利用加压的网格线材料源60C-1以及多个滑阀61C-11、61C-21和61C-31的益处在于多滑柱式阀布置的这种特征促进对到印刷头100C中的网格线材料流动的停止/开始的直接和精确的控制。通过对网格线材料的大型容器加压和泄压来直接分配网格线材料太慢以至于无法在头部仍相对于晶片在移动而同时内网格线仍在被印刷时整齐并且可靠地停止与本发明关联的外印刷区域中的网格线。多滑阀布置的另一益处在于，通过将网格线液料阀61C-11、61C-21以及61C-31单独地配置为以适当的印刷头入口压力供应网格线材料，来自印刷头100C的每个喷嘴排出孔的网格线材料流动能够被控制。图1O(A)-1O(C)以附加细节示出分配阀61C-11、61C-21以及61C-31中的示例性的一个。参考图10(么)，每个分配阀61(:-11、61(:-21以及61C-31都包括滑柱式阀机构，所述滑柱式阀机构通常由包含固定密封结构64C的外壳62C、可移动活塞65C以及致动器(ACTR) 97C 组成。外壳62C是压力容器，其限定入口端口 62C-1N以及出口端口 62C-0UT，通过所述入口端口 62C-1N以压力PO从网格线材料源60C-1 (如图10所示)接收网格线材料到第一内腔部分63C-1中，而所述出口端口 62C-0UT以所需的入口压力P11、P21或P31中的一个将网格线材料从第二内腔部分63C-2传递到印刷头100C(未示出)。固定密封结构64C被固定地置于第一内腔部分63C-1与第二内腔部分63C-2之间的外壳62C内部，并且包括限定中央开口 64C-2的密封件64C-1 (例如O型环、垫圈或杯型密封件)。可移动活塞65C包括相对小直径的轴66C、相对大直径的限制器67C以及圆锥表面68C,所述圆锥表面68C从相对大直径的限制器67C向相对小直径的轴66C逐渐变小。置于外壳62C外部的轴66C的第一部分被可操作地连接到致动器97C，而轴66C的第二部分通过第一内腔部分63C-1延伸到 中央开口 64C-2中(即使得限制器67C通常被置于第二内腔部分 63C-2 中)。致动器97C (例如气动、液压或机电马达或其他驱动/运动机构)被维持在相对于外壳62C的固定位置上，并且被用于响应于从控制器90C (在图10中示出)接收的“印刷开始”和“印刷停止”命令，通过将轴66C驱动到外壳62C中或到外壳62C外而将限制器67C或者定位在开口 64C-2外部(如图10 (A)所示)或者在开口 64C-2内部(如图10 (B)所示)。也就是说，响应于“印刷开始”命令，致动器97C将轴66C推到外壳62C中(即在图10(A)中朝下)直到限制器67C被置于中央开口 64C-2外部(即进入打开操作状态)，使得网格线材料能够在密封件64C-1的内边缘与轴66C之间流动在第一腔部63C-1与第二腔部63C-2之间为止，如由图10(A)中的虚线箭头所指示的那样。轴66C与限制器67C之间的直径差确定了在阀被打开时用于网格线材料(浆料)流动的开口的尺寸。相反地，如图10(B)所示，响应于“印刷停止”命令，致动器97C将轴66C拉到外壳62C外(即在图10⑶中朝上)直到限制器67C被置于中央开口 64C-2中为止，由此阻挡网格线材料从第一腔部63C-1向第二腔部63C-2的流动。注意，轴66C的长度对于充分的阀打开/关闭而言必须是足够的，并且限制器67C的外表面对于充分的密封而言必须是平滑的，以防止网格线材料在关闭位置上流动。
如在图10(C)中所指示的那样，滑柱式阀布置的优点在于当阀处于“打开”位置时，输出流动压力通过调节限制器67C相对于中央开口 64C-2的位置而针对每个分配阀61C-1U61C-21以及61C-31单独地被校准(可预先调节)。为了针对离开关联的阀的网格线材料55-1、55-2或55-3的相对低的出口流动压力P11、P21或P31校准(预先调节)分配阀61C-11、61C-21以及61C-31，从致动器97C延伸的轴66C的有效长度被减少，使得当阀处于“打开”位置时限制器67C相对接近中央开口 64C-2被定位，如在图10(C)中所指示的那样。也就是说，通过以这种方式校准(预先调节)关联的阀，每当关联的阀从控制器接收“印刷开始”命令时，限制器67C就移动到相对接近的位置上(例如如在图10(C)中所描绘的那样)。因为打开操作状态提供了相对小的流路径，所以网格线材料能够通过出口62C-0UT从第一腔部63C-1流动到第二腔部63C-2，但流速被限制，由此降低了阀的出口流动压力P11、P21以及P31。与此相反，为了针对离开关联的阀的网格线材料55-1、55-2或55-3的相对高的出口流动压力P11、P21或P31校准(预先调节)分配阀61C_11、61C_21以及61C-31，从致动器97C延伸的轴66C的有效长度被增加，使得当阀处于“打开”位置时限制器67C相对远离中央开口 64C-2被定位，如在图10(A)中所指示的那样。通过在制造开始之前调节限制器67C的“打开”位置(即通过设置从致动器97C延伸的轴66C的有效长度)，使得每个喷嘴169C-1、169C-21、169C-22、169C-31以及169C-32中的流动压力大体上相等。如参考图10在上文中所提及的那样，系统50C的第二特征是印刷头组件100C被构建为以生成平行高纵横比网格线结构的方式同时共同挤出网格线材料55和牺牲材料57两者。与用于将网格线材料55供应给印刷头100C的系统和方法相似，牺牲材料57以(第二)压力沿第二供应流路径56C-2从牺牲材料供给系统60C-2 (例如第二加压容器)被提供，所述(第二)压力可以是网格线材料55的初始压力PO，或者可以是不同的压力。为了实现网格线材料和牺牲材料的同时挤出，控制器90C被修改为分别在信号线C11、C12、C21、C22、C31以及C32上将单个“印刷开始”命令传送到致动器97C-ll、97C-12、97C-21、97C-22、97C-31 以及 97C-32，使得所有阀 61C-11、61C-12、61C-21、61C-22、61C-31 以及 61C-32 以在上文中所描述的方式从关闭操作状态被调节到打开操作状态。每个牺牲材料流动控制阀还与其关联的网格线材料流动控制阀一起同时被关闭(即使用第一“印刷停止”(关闭)命令信号同时关闭阀61C-31和61C-32，使用第二“印刷停止”命令信号同时关闭阀61C-21和61C-22，并且进而使用第三“印刷停止”命令信号同时关闭阀61C-11和61C-12)。此外，与网格线供应系统相似，牺牲液料阀61C-12、61C-22以及61C-32是与参考图1O(A)-1O(C)在上文中所描述的那些大体上一致的滑柱式阀，并且被校准(预先调节)以分别以入口压力P12、P22以及P32将牺牲材料部分57_1、57_2以及57_3供应给印刷头100C的入口端口 116C-12、116C-22以及116C-32，使得网格线材料和牺牲材料两者从每个排出孔169C-1、169C-21、169C-22、169C-31 以及 169C-32 被共同挤出。图11-13是以附加细节示出共同挤出印刷头组件100C的分解透视底视图，其中图11以其整体示出印刷头组件100C，图12是示出印刷头组件100C的示例性部分的放大部分透视图，而图13是描绘印刷头组件100C的单个共同挤出喷嘴的简化图。 参考图 11，微挤出印刷头组件100C包括上板(第一板)11OC、第二板(下板)130C、三个压力通风结构120C-l、120C-2和120C-3、三个多层喷嘴结构150C-1、150C-2和150C-3以及各种垫圈和垫板140C-147C，它们按图11所描绘的堆叠布置被栓接或以其他的方式紧固在一起。也就是说，每个多层喷嘴结构150C-l、150C-2以及150C-3与关联的压力通风结构120C-1U20C-2以及120C-3匹配并且夹在板IlOC与130C之间，所述板IIOC和130C如在较早实施例中所描述的那样起作用以经由螺栓(未示出)将堆叠布置保持在一起。统一结构(例如在图12中示出)通过背件(未示出)以参考图8在上文中所描述的方式在操作期间被附接到χ-γ-ζ定位机构。与在上文中所提供的描述相似，孔/导管被限定为通过上板IlOC和中间层(晶片)，以将挤出和牺牲材料供给到分层的喷嘴结构150C-l、150C-2以及150C-3。例如，如在图10中所指示的那样，网格线材料55-1和牺牲材料57-1分别通过限定在上板IIOC中的入口端口 116C-11和116C-12进入印刷头100C。参考图11，与垂直流通道区域163B-12 (参考图8在上文中所描述)相似的两个流通道区域延伸通过板IlOC和垫圈/垫片晶片140C以将网格线材料和牺牲材料传递到压力通风层120C-1。压力通风层120C-1包括与参考图6(A)在上文中所描述的相似的两个流动分配通道部分，其以在下文中以附加细节描述的方式将网格线材料和牺牲材料分配给中央喷嘴通道162C-1。此外，如在图10中所指示的那样，网格线材料55-2和牺牲材料57-2分别通过限定在上板IlOC中的入口端口 116C-21和116C-22进入印刷头100C，并且网格线材料55-3和牺牲材料57_3分别通过限定在上板IlOC中的入口端口 116C-31和116C-32进入印刷头110C。这些网格线材料和牺牲材料流中的每一个分别经由与垂直流通道区域163B-22和163B-32(参考图8在上文中描述)相似的流垂直流通道区域穿过各个层到压力通风结构120C-1和120C-2。压力通风层120C-2和120C-3中的每一个分别包括与参考图6(B)在上文中所描述的相似的两个流分配通道部分，其以在下文中以附加细节描述的方式将网格线材料和牺牲材料分配给内侧喷嘴通道162C-21和162C-22以及外侧喷嘴通道162C-31和162C-32。每个分层喷嘴结构150C-1U50C-2以及150C-3包括共同地将网格线材料和牺牲材料供应到关联的喷嘴通道的各个供给层和喷嘴板。例如，分层喷嘴结构150C-1包括第一供给层板151C-1、第二供给层板152C-1、顶部喷嘴板153C-1、底部喷嘴板156C-1、夹在顶部喷嘴板153C-1与底部喷 嘴板156C-1之间的喷嘴出口板160C-1，并且经由垫圈/垫片晶片141C和142C以参考图12在下文中所描述的方式从压力通风结构120C-1接收网格线材料55-1和牺牲材料57-1。相似地，分层喷嘴结构150C-2包括供给层板151C-2和152C-2、顶部喷嘴板153C-2、喷嘴出口板160C-2以及底部喷嘴板156C-2，并且从压力通风结构120C-2接收网格线材料55-2和牺牲材料57-2，而分层喷嘴结构150C-3包括供给层板151C-3和152C-3、顶部喷嘴板153C-3、喷嘴出口板160C-3以及底部喷嘴板156C-3，并且从压力通风结构120C-3接收网格线材料55-3和牺牲材料57-3。分层喷嘴结构150C-2和150C-3被构建并且本质上如参考图12在下文中所描述的那样起作用。图12是以附加细节示出包括压力通风结构120C-1和分层喷嘴结构150C-1 (以及中间垫圈/垫片晶片141C和142C)的示例性部分的印刷头组件100C的一部分的放大视图，并且描绘了网格线材料55-1和牺牲材料57-1在网格线印刷操作期间从压力通风结构120C-1到分层喷嘴结构150C-1中的流动的一部分。参考图12的下部，网格线材料55_1通过形成在压力通风结构120C-1中的第一组流通道被分配到压力通风出口部分163C-1411，并且进而通过分别限定在第一供给层板151C-1和第二供给层板152C-1中的槽状压力通风出口部分163C-1412和163C-1413被引导到限定在顶部喷嘴板153C-1中的供给孔159C-1，而牺牲材料57-1通过形成在压力通风结构120C-1中的第二组流通道被分配到压力通风出口部分163C-1421，并且进而通过分别限定在第一供给层板151C-1和第二供给层板152C-1中的槽状压力通风出口部分163C-1422和163C-1423被引导到限定在顶部喷嘴板153C-1中的Y形通孔155C-3。如在下文中以附加细节阐述的那样，网格线材料55-1从第一供给孔159C-1 (第一供给层151C-1)穿过供给孔159C-2 (形成在第二供给层152C-1中)到纵长开口 159C-7 (形成在顶部喷嘴板153C-1中)的后端，并且进而从纵长开口 159C-7到关联的三部分喷嘴三部分喷嘴通道162C-1 (限定在喷嘴出口板160C-1中)。相似地，牺牲材料57-1从Y形通孔155C-3 (第一供给层151C-1)穿过供给孔155C-4 (形成在第二供给层152C-1中)和供给孔155C-1 (形成在顶部喷嘴板153C-1中)到关联的三部分喷嘴三部分喷嘴通道162C-1 (限定在喷嘴出口板160C-1中)。分层喷嘴结构150C-l、150C-2以及150C-3中的每一个都利用了相似的流分配系统以将网格线材料和牺牲材料分配给“侧”喷嘴(例如图 11 所示的喷嘴 162C-21U62C-22U62C-31 以及 162C-32。如由图13中的虚线箭头所指示的那样，进入分层喷嘴结构150C-1的网格线材料55-1穿过分别形成在第一供给层板151C-1和第二供给层板152C-1中的对齐开口 159C-1和159C-2，并且进而进入纵长通道159C-7的后部。网格线材料55_1进而沿由箭头FlA所指示的纵长通道159C-7流动，并且所述流朝上进入三部分喷嘴通道162C-1的中央通道167C中。网格线材料55-1进而沿中央通道167C朝前流到合并点166C，其在离开排出孔169C-1之前在所述合并点166C处被压在两个牺牲材料流之间。再次参考图13的底部，进入分层喷嘴结构150C-1的牺牲材料57-1进入Y型纵长通道155C-3的后部端，所述Y形纵长通道155C-3被形成在第一供给层板151C-1中。如由图13中的虚线箭头FlB所指示的那样，牺牲材料57-1沿Y形纵长通道15 5C-3流到分开的前端区域，其中牺牲材料57_1通过限定在第二供给层板152C-1中的对应开口 155C-4和限定在顶部喷嘴板153C-1中的开口 155C-1被分配，并且进而进入三部分喷嘴通道162C-1的相对的侧通道165C。牺牲材料57-1进而沿相对的侧通道165C朝前流到合并点166C，在该合并点166C处两个流在离开排出孔169C-1之前压住从中央通道167C进入合并点166C的网格线材料的相对侧。印刷头组件100C中的每个箭头形的三部分喷嘴通道(例如图13所示的喷嘴通道162C-1)被配置为使得共同挤出的网格线材料和牺牲材料形成置于两个牺牲材料部分之间的高纵横比网格线结构。如在图13中所指示的那样，喷嘴输出板160C-1是以微型机器制造为包括中央通道167C和相对的(第一和第二)侧通道165C的金属板(或其他硬材料板)，其中中央通道167C与每个侧通道165C隔开板材料的关联的锥形指。中央通道167C具有被对齐以从顶部喷嘴板153C-1的纵长开口 159C-7的前端接收网格线材料55_1的封闭端，以及与合并点166C连通的开放端。相似地，侧通道165C具有被对齐以从顶部喷嘴板153C-1的对应开口 155C-1接收牺牲材料57-1的关联的封闭端，以及与合并点166C连通的开放端。侧通道165C朝中央通道167C成角度，使得从侧通道165C进入合并点166C的牺牲材料57-1压住从中央通道167C进入合并点166C的网格线材料55_1的相对侧，由此使牺牲材料57-1将网格线材料55-1形成为高纵横比网格线结构，如参考图14在下文中所描述的那样。如图14所示，在挤出过程期间通过共同挤出印刷头组件100C的每个喷嘴排出孔(例如如由图13中的孔169C-12所指示的那样)被共同挤出的网格线材料和牺牲材料在衬底41的表面42上形成纵长的挤出结构44C，其中每个结构44C的网格线材料形成高纵横比网格线结构55C，并且使得每个结构44C的牺牲材料形成分别置于关联的高纵横比网格线55C的相对侧的关联的第一和第二牺牲材料部分57C-1和57C-2。如在本发明的上下文中所使用的那样，短语“高纵横比网格线”意指每个网格线结构55C的高度H与宽度W的比约为0.5或更大。被挤出的结构44C的形状(即网格线材料55C的纵横比和牺牲部分57C-1和57C-2的形状)可通过一个或多个排出孔的形状和印刷头组件IOOC的内部几何形状、材料的特性(例如粘性等)以及挤出技术(例如流速、压力、温度等)中的至少一个来控制。印刷头组件内的结构和喷嘴排出孔的形状可以被修改以使用已知技术来进一步加强挤出过程。合适的网格线材料55包括但不限于银、铜、镍、锡、铝、钢、氧化铝、硅酸盐、玻璃、碳黑、聚合物和蜡，而合适的牺牲材料57包括塑料、陶瓷、油、纤维素、乳胶、聚甲基丙烯酸甲酯等、其组合和/或其变化，包括将上述各项与其他物质组合以获得所需的密度、粘性、纹理、颜色等。为了限制材料在挤出之后混杂的倾向，被挤出的离开共同挤出印刷头100C的熔珠(bead)能够通过使用已知技术冷却衬底而被压制在衬底41上。可替换地,所使用的网格线(浆料)材料可以是在环境温度下凝固的热熔材料，在这种情况下，共同挤出印刷头100C被加热，一旦它们被分配到衬底41上就使所挤出的结构凝固。在另一技术中，所述材料一从共同挤出印刷头100C离开就能够通过热学、光学和/或其他方式被固化。例如，固化组分可以被提供以热学地和/或光学地固化所述材料。如果一种或两种材料包括紫外线固化剂，则所述材料可以被约束在一起成固体形式以便在不用混合的情况下实现进一步处理。尽管已经相对于某些具体实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应清楚的是，本发明的创造性特征也适用于其他实施例，所有这些其他实施例都旨在落入本发明的范围内。例如，尽管在上文中参考用于生成其中网格线具有单台阶和双台阶端点图案的太阳能电池的方法对本发明进行了描述，但本发明可以被扩展到产生附加的印刷“台阶”的实施例，但这样的布置将需要附加的阀以及附加的印刷头压力通风结构和喷嘴。此外，尽管在上文中参考在固定印刷头下面输送衬底对本发明进行了描述，但可以实现用于产生所描述的相对运动的其他方法(例如在固定衬底上方移动印刷头)。另外，尽管参考多层印刷头结构对印刷头进行了描·述，但可以使用运用具有在本文中所描述的偏离孔布置的其他技术所构建的印刷头来执行本发明的系统和方法方面。此外，尽管在上文中参考具有在印刷过程开始时同时挤出网格线材料的偏离排出孔的印刷头对本发明进行了描述，但可以用具有中央和侧喷嘴组的印刷头来执行利用多阀布置的印刷方法，所述中央和侧喷嘴组具有沿跨过程(X轴)方向对齐(即沿过程方向不偏离)的排出孔并且从独立的流通道/入口端口接收网格线材料，但这种布置可能需要更复杂的压力通风结构和针对所述阀中的每一个的独立的印刷开始命令，这可能降低网格线端点图案在目标衬底的前边缘处的准确性。
权利要求
1.一种用于在伪正方形衬底上印刷平行网格线使得所述网格线沿过程方向延伸的方法，所述伪正方形衬底具有沿所述过程方向对齐的相对的侧边缘、沿跨过程方向对齐的相对的前端边缘和后端边缘以及成关联的锐角从关联的侧边缘和端边缘延伸的多个倒角边缘，所述方法包括: 沿所述过程方向在印刷头下面移动所述伪正方形衬底，其中所述印刷头包括:沿所述跨过程方向对齐并且被置于所述印刷头的中央区域中的多个第一排出孔；以及沿所述跨过程方向对齐并且被置于沿所述跨过程方向位于所述中央跨过程区域外侧的第一和第二侧区域中的多个第二排出孔，并且其中所述第一排出孔沿所述过程方向偏离所述第二排出孔一偏离距离； 在印刷开始时间将网格线材料大体上同时供应到所述印刷头中，使得所述网格线材料通过所述第一排出孔被挤出以形成第一网格线结构，并且通过所述第二排出孔被挤出以形成第二网格线结构，由此所述第一网格线结构的第一端点平行于所述跨过程方向对齐，并且偏离所述第二网格线结构的第二端点大体上等于所述偏离距离的台阶距离； 在第二时间终止网格线材料通过所述印刷头向所述第二孔的流动，使得所述第二网格线结构的第三端点被置于所述衬底上并且平行于所述跨过程方向对齐；以及 在第三时间终止网格线材料向所述第一孔的流动，使得所述第一网格线结构的第四端点平行于所述跨过程方向对齐，并且使得所述第一网格线结构比所述第二网格线结构长。
2.—种H图案太阳能电池，其包括: 伪正方形衬底，其具有包括沿跨过程方向延伸的相对的平行的前边缘和后边缘、沿过程方向延伸的相对的平行的侧边缘以及从所述前边缘、后边缘和侧边缘中的关联的一个成关联的锐角延伸的多个倒角的外围边缘； 多个平行网格线，其被置于所述衬底的表面上并且沿所述过程方向延伸，所述多个平行网格线包括: 多个第一网格线，其被置于所述衬底的中央区域中，使得所述第一网格线中的每一个的第一端点被置于离开所述衬底的前边缘预定间隙距离处，并且使得所述第一网格线中的每一个的第二端点被置于离开所述衬底的后边缘所述预定间隙距离处，由此所述第一网格线的第一端点限定第一线，而所述第一网格线的第二端点限定第二线，所述第一线和第二线两者都沿所述跨过程方向对齐，使得所述多个第一网格线中的每一个具有共同的第一长度； 多个第二网格线，其被置于所述衬底的中央区域与相对的平行侧边缘之间，所述多个第二网格线包括: 第一组第二网格线，其被置于所述衬底的中央区域与第一所述侧边缘之间的第一侧区域中，使得所述第一组的最外面的第二网格线与所述第一所述侧边缘相邻地被设置； 第二组第二网格线，其被置于所述衬底的中央区域与第二所述侧边缘之间的第二侧区域中，使得所述第二组的最外面的第二网格线与所述第二所述侧边缘相邻地被设置； 其中所述第一和第二组的最外面的网格线中的每一个的第一端点被置于离开所述多个倒角中的对应的一个预定间隙距离处， 其中所述第 一和第二组的第二网格线中的每一个的第一端点限定第三线，而所述第二网格线的第二端点限定第四线，所述第三线和第四线两者都沿所述跨过程方向对齐，使得所述多个第一网格线中的每一个都具有比所述第一长度短的共同的第二长度，以及，其中所述第一线和第三线形成第一台阶图案，而所述第二线和第四线形成第二台阶图案 。
全文摘要
本发明是用于在非正方形衬底上生成网格线的方法。一种太阳能电池制造方法涉及印刷较长的中央网格线以及一对或多对较短的“侧”网格线，使得所述两个网格线组的端点在八边形(伪正方形)衬底上形成台阶图案。特殊的印刷头被使用，其包括经由第一流通道从第一阀接收墨以印刷所述较长的中央网格线的一组中央喷嘴，以及经由附加的流通道从附加的阀接收墨以印刷所述较短的“侧”网格线的附加的多组侧喷嘴。所述中央喷嘴具有沿过程方向偏离所述侧喷嘴的侧排出孔的排出孔。开始信号被同时发送到所述阀，使得墨通过所述中央孔和侧孔大体上同时被挤出，由此所挤出的墨产生具有所需的台阶图案的网格线端点。
文档编号H01L31/0224GK103247717SQ20131005236
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月18日 优先权日2012年2月10日
发明者C.L.科布, S.E.索尔伯格 申请人:帕洛阿尔托研究中心公司