一種噴墨打印系統(tǒng)及其應用的制作方法
【專利摘要】本申請公開了一種噴墨打印系統(tǒng)，包括霧化裝置、液滴尺寸篩選裝置和打印噴嘴，霧化裝置制備氣溶膠，液滴尺寸篩選裝置設于霧化裝置和打印噴嘴之間；液滴尺寸篩選裝置有一輸入口和兩輸出口，輸入口與霧化裝置的輸出端接通，第一輸出口與打印噴嘴接通，第二輸出口回接霧化裝置，經(jīng)液滴尺寸篩選裝置篩選后，液滴體積適當?shù)臍馊苣z進入第一輸出口，其余進入第二輸出口。本申請的噴墨打印系統(tǒng)，在霧化裝置和打印噴嘴之間增加液滴尺寸篩選裝置；實現(xiàn)了打印噴嘴噴射的氣溶膠液滴體積的可控調(diào)節(jié)，保障了打印的精準性。既保留了氣溶膠打印技術(shù)的優(yōu)點，又克服了其缺點；為噴墨打印提供了一種新思路和方法，特別適合用于太陽能電池柵線的超細和高精度的打印。
【專利說明】一種噴墨打印系統(tǒng)及其應用
【技術(shù)領域】
[0001]本申請涉及打印設備領域，特別是涉及一種噴墨打印系統(tǒng)及其應用。
【背景技術(shù)】
[0002]噴墨打印技術(shù)自提出以來，已經(jīng)發(fā)展出了多種不同的具體打印技術(shù)。按照打印的液滴形成方式可分為液滴噴射打印和氣溶膠打印兩大類技術(shù)。
[0003]液滴噴射打印是指將要打印的墨水以液滴的方式噴射到待印基底上。液滴噴射打印又可分為連續(xù)式的按需式兩類。連續(xù)式是指墨滴連續(xù)不斷的噴出，在有圖案的地方墨滴打印到基底上，沒有圖案的地方要采用偏轉(zhuǎn)裝置回收墨滴。按需式是指有圖案的地方噴墨，沒圖案的地方不噴墨。目前商業(yè)用打印機主要是按需式，其動力又分為壓電式和熱氣泡式。目前液滴噴射打印的主要不足是，墨滴容易堵塞噴嘴，從而造成故障，影響使用。
[0004]氣溶膠打印技術(shù)的基本原理是將墨水霧化成氣溶膠再進行噴印。該技術(shù)的關(guān)鍵部分包括墨水霧化器和打印噴嘴兩部分。霧化器根據(jù)使用的墨水不同可以采用氣動或者超聲兩種霧化方式，霧化后的氣溶膠通過氣體傳送到噴嘴。在噴嘴處設計有環(huán)繞氣體，可以將霧化后的氣溶膠進行聚集噴射。與液滴噴射打印相比氣溶膠打印有以下的優(yōu)點:第一，工藝性能優(yōu)良，氣溶膠打印技術(shù)不容易堵塞噴嘴，適合長時間工作，其設備自動化程度高，有利產(chǎn)業(yè)化應用；第二，打印分辨率高，由于氣溶膠的形成對墨水的粘度要求較低，因而打印分辨率可以通過調(diào)整墨水的粘度、霧化方式、霧化氣體和遮蓋氣體的流量以及噴墨嘴的孔徑等參數(shù)調(diào)節(jié)。雖然氣溶膠打印具有很多優(yōu)點，但是，由于霧粒大小的不可控性，對打印的精度有一定影響，特別是打印線寬在10微米以下的超細柵線，很難精確控制。
[0005]特別是在對精度要求較高的太陽能電池柵線的打印中，目前的打印系統(tǒng)無法滿足生產(chǎn)要求。硅電池和其它太陽能電池的正面電極上的柵線起著收集電流的作用，對太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率起著重要影響。柵線的投影面積和電阻是兩個表征柵線性能的重要參數(shù)。為了使太陽能電池能接受更多的入射光，柵線的投影面積要盡可能的??；為了減少電池的歐姆損失，柵線的電阻要盡可能的低。目前正面的柵線制備工藝主要有兩類，高導電性銀漿制備的銀柵線的絲網(wǎng)印刷工藝和刻槽電鍍埋柵技術(shù)。工業(yè)生產(chǎn)基本用的是第一種方法。隨著晶硅太陽能電池技術(shù)的成熟與晶硅原料價格的下降，正面電極銀漿料在太陽能電池的材料成本中所占的比重也在不斷上升，已由前幾年的5%上升到約20%。太陽能電池銀漿的材料成本壓力已經(jīng)引起了國內(nèi)多數(shù)生產(chǎn)廠商的高度重視，太陽能電池銀漿的材料國產(chǎn)化已成為進一步降低晶硅太陽能電池成本，提高產(chǎn)品國際競爭力的一項重要任務。因此，科技部發(fā)布的《太陽能發(fā)電科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》中材料方向第2項任務提出了突破銀漿等關(guān)鍵配套材料的制備技術(shù)。工信部2012年2月發(fā)布的《太陽能光伏產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中也將電子漿料國產(chǎn)化列入“十二五”發(fā)展重點。
[0006]傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷工藝制備銀柵線主要存在以下幾個問題:第一，印刷過程中需要對硅片施壓，使用厚度為100微米以下的硅片容易造成壞片率升高；第二，絲網(wǎng)印刷的分辨率低，所印銀線的高寬比低。由于存在絲網(wǎng)的網(wǎng)絡線使得目前的線寬降到50微米以下非常困難，為了使銀漿能通過絲網(wǎng)，且不會斷線，銀漿必須有一定的流動性，這使得印好的銀柵線會向外流淌，使線寬進一步增加，高寬比降低。
[0007]相比于絲網(wǎng)印刷技術(shù)，噴墨打印技術(shù)具有以下優(yōu)點:噴墨打印是一種非接觸式印刷噴墨頭與硅片之間沒有直接接觸，不會使硅片破裂，適合于印刷目前更薄易碎的硅晶片。噴墨噴頭與基底的距離可調(diào)，對硅片厚度不敏感，因而可以使用厚度較小的硅片，有利于降低硅片成本。能在粗糙表面的太陽能電池上制備柵線。噴墨打印可以使電池的制作成本更低，效率更高:精細的打印分辨率，減少了過程的復雜性，可以制備更大高寬比的柵線，從而降低銀用量降低成本，提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。此外噴墨打印還具有細柵與粗柵可以是不同的厚度等的優(yōu)點。因此用噴墨打印方式制備正面柵電級對于太陽能產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級具有重要意義。但是，如前面提到的，噴墨打印仍然存在一些不足，其中，液滴噴射打印容易造成墨滴堵塞噴嘴，而氣溶膠打印又存在精度不足的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本申請的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)改進的噴墨打印系統(tǒng)，以及該噴墨打印系統(tǒng)在太陽能電池的柵線的3D打印中的應用。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本申請所采用的技術(shù)方案如下:
[0010]本申請公開了一種噴墨打印系統(tǒng)，該打印系統(tǒng)包括霧化裝置、液滴尺寸篩選裝置和打印噴嘴，霧化裝置用于制備氣溶膠，打印噴嘴將氣溶膠噴射到打印載體上實現(xiàn)打印，液滴尺寸篩選裝置設置于霧化裝置和打印噴嘴之間；液滴尺寸篩選裝置具有一個輸入口和兩個輸出口，其中，輸入口與霧化裝置的輸出端接通，第一輸出口與打印噴嘴接通，第二輸出口回接霧化裝置，氣溶膠進入液滴尺寸篩選裝置后，經(jīng)過篩選，液滴體積適當?shù)牟糠謿馊苣z經(jīng)過液滴尺寸篩選裝置的第一輸出口輸往打印噴嘴中，另一部分氣溶膠經(jīng)過第二輸出口回到霧化裝置中回收利用。
[0011]本申請的一種實現(xiàn)方式中，液滴尺寸篩選裝置包括一個氣流噴射器，氣流噴射器噴射的氣流與霧化裝置輸入液滴尺寸篩選裝置的氣溶膠的氣流方向垂直，通過垂直氣流改變氣溶膠中液滴的運動軌跡，液滴體積適當?shù)牟糠謿馊苣z從第一輸出口輸出；其余部分氣溶膠則進入第二輸出口，被回收循環(huán)利用。可以理解，在氣溶膠輸入液滴尺寸篩選裝置時，是以一定的速度保持穩(wěn)定方向運動的，此時，向其通以垂直的氣流，在氣流的帶動下，氣溶膠中的液滴會改變其運動軌跡，體積越小的越容易被吹走，其運動軌跡改變越大，體積越大的運動軌跡改變越小，此時，在適當位置處設計輸出口，即可收集到適當體積大小，且均勻的氣溶膠；未被收集采用的氣溶膠則進入第二輸出口，回收利用。
[0012]本申請的另一種實現(xiàn)方式中，液滴尺寸篩選裝置包括電子發(fā)射元件、靜電加速器和速度篩選器，電子發(fā)射元件產(chǎn)生帶電電荷為進入液滴尺寸篩選裝置的氣溶膠充電，帶電的氣溶膠經(jīng)過靜電加速器加速，在經(jīng)過速度篩選器時，根據(jù)氣溶膠中液滴帶的電荷量及其運動速度進行篩選，氣溶膠中體積適當?shù)囊旱芜M入第一輸出口，其余部分氣溶膠進入第二輸出口。
[0013]優(yōu)選的，速度篩選器由兩塊平行的帶電金屬板組成，帶電的氣溶膠經(jīng)過靜電加速器加速后，從平行的帶電金屬板中穿過時，在帶電金屬板的吸引力下，依據(jù)液滴的體積和其帶電量改變運動軌跡，因此，在適當位置處可以收集到液滴體積大小均勻且符合要求的氣溶膠。
[0014]本申請的打印系統(tǒng)中，還包括一個液滴計數(shù)裝置，液滴計數(shù)裝置設置于液滴尺寸篩選裝置和打印噴嘴之間，用于控制打印噴嘴噴射出的液滴數(shù)量。需要說明的是，液滴計數(shù)器實際上只能統(tǒng)計打印噴嘴所噴射的液滴數(shù)量，根據(jù)其統(tǒng)計數(shù)量，可以對打印噴嘴進行調(diào)節(jié)，從而達到控制打印噴嘴噴射液滴數(shù)量的目的。
[0015]優(yōu)選的，液滴計數(shù)器為電學計數(shù)器或者光學計數(shù)器。
[0016]本申請的另一面還公開了本申請的打印系統(tǒng)在太陽能電池的柵線的3D打印中的應用。
[0017]本申請的再一面公開了一種太陽能電池正面電極的柵線的打印方法，該打印方法采用本申請的打印系統(tǒng)，用液滴體積小于或等于10皮升的氣溶膠進行柵線的3D打印。
[0018]進一步的，本申請的打印方法中，柵線為銀柵線或復合導電柵線，柵線的截面呈三角形或梯形，并且柵線與電池接觸的兩個底角的角度都不超過90度。
[0019]進一步的，打印的柵線與電池接觸的底邊的寬度為50-300微米。
[0020]由于采用以上技術(shù)方案，本申請的有益效果在于:
[0021 ] 本申請的噴墨打印系統(tǒng)，在原有的氣溶膠打印技術(shù)上進行改進，具體的，在氣溶膠打印的霧化裝置和打印噴嘴之間增加了一個液滴尺寸篩選裝置；通過該液滴尺寸篩選裝置，能夠?qū)Υ蛴娮焖鶉娚涞臍馊苣z的液滴的體積進行控制，從而保障了打印的精準性。本申請的打印系統(tǒng)，既保留了氣溶膠打印技術(shù)的優(yōu)點，又克服了氣溶膠打印的缺點；為噴墨打印提供了 一種新的思路和方法。
[0022]本申請的太陽能電池正面電極的柵線打印方法采用本申請的噴墨打印系統(tǒng)進行，由于本申請的噴墨打印系統(tǒng)能夠控制打印的氣溶膠的體積，從而實現(xiàn)了柵線的高精度超細打印，為進一步的推動太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定基礎。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是【背景技術(shù)】中氣溶膠打印技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本申請實施例的噴墨打印系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本申請實施例中的噴墨打印系統(tǒng)中另外一種液滴尺寸篩選裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本申請實施例中，采用本申請的打印系統(tǒng)打印的太陽能電池正面電極的銀柵線的截面及其對光線進行反射的效果示意圖。
【具體實施方式】
[0026]現(xiàn)有的氣溶膠打印系統(tǒng)如圖1所示，包括霧化裝置11，墨水霧化后，采用氣流12通過傳輸管13輸送到打印噴嘴14，在打印噴嘴14上還有個遮蓋氣流裝置15，遮蓋氣流裝置15噴射遮蓋氣流16環(huán)繞于氣溶膠氣流17的周圍，使氣溶膠能夠進行聚集噴射，提高其準確性和精度。
[0027]本申請的噴墨打印系統(tǒng)在氣溶膠打印系統(tǒng)的基礎上進行改進，具體的，在霧化裝置和打印噴嘴之間增加一個液滴尺寸篩選裝置，通過液滴尺寸篩選裝置對氣溶膠進行篩選，使得噴射打印的液滴體積均勻，從而提高氣溶膠打印的準確性和精度。
[0028]本申請的液滴尺寸篩選裝置有兩種實現(xiàn)方式，其中一種實現(xiàn)方式，如圖2所示，在霧化裝置21將氣溶膠氣流輸入打印噴嘴22的過程中，增加一個氣流噴射器23，為氣溶膠氣流提供垂直的氣流，可以理解，氣溶膠氣流中的液滴遇到垂直氣流24后,其運動軌跡會發(fā)生變化，并且，液滴越小運動軌跡變化越大，此時，在其適當位置處設置的第一輸出口 25，即可有效收集到需要的液滴體積適當?shù)臍馊苣z，而液滴體積過大或過小的氣溶膠則從另外的出口輸出，并被回收利用；圖2中26為打印載體，27為光學計數(shù)器。液滴尺寸篩選裝置的另外一種實現(xiàn)方式，如圖3所示，該液滴尺寸篩選裝置由高壓靜電發(fā)生器31、靜電加速器32和速度篩選器33組成，氣溶膠有霧化裝置34制備出來后，經(jīng)過高壓靜電發(fā)生器31充電，在靜電加速器32的作用下保持加速運動，速度篩選器33時，由于帶電金屬板的吸引，帶電的氣溶膠的運動軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并且根據(jù)帶電量的大小，氣溶膠液滴運動軌跡偏轉(zhuǎn)的程度不同，此時，在適當位置處即可收集到適當體積大小的氣溶膠，從而保證噴射出的氣溶膠的液滴的均勻性，提供氣溶膠打印的精度，圖3中，35為打印載體。
[0029]下面通過具體實施例并結(jié)合附圖對本申請作進一步詳細說明。以下實施例僅對本申請進行進一步說明，不應理解為對本申請的限制。
[0030]實施例1
[0031]本例的噴墨打印系統(tǒng)，在現(xiàn)有的氣溶I父打印系統(tǒng)的基礎上進行改進，具體的，如圖2所示，在原氣溶膠打印機的霧化裝置和打印噴嘴之間加了一個液滴尺寸篩選裝置，液滴尺寸篩選裝置具有一個輸入口和兩個輸出口，其中，輸入口與霧化裝置的輸出端接通，第一輸出口與打印噴嘴接通，第二輸出口回接霧化裝置。該液滴尺寸篩選裝置包括一個氣流噴射器，氣流噴射器噴射的氣流與霧化裝置輸入液滴尺寸篩選裝置的氣溶膠的氣流方向垂直，通過垂直氣流的影響改變氣溶膠中液滴的運動軌跡，液滴體積適中的部分氣溶膠進入第一輸出口，通過打印噴嘴噴射到打印載體上；而另一部分氣溶膠則進入第二輸出口，被回收利用；從而實現(xiàn)氣溶膠的篩選。本例中霧化裝置采用氣動噴霧法產(chǎn)生氣溶膠，并由氣流帶出。
[0032]本例的氣溶膠經(jīng)過液滴尺寸篩選裝置選出合適大小的液滴，體積過大的不合格的液滴返回霧化裝置中，重新霧化。選出的液滴經(jīng)過氣流加速和準直器打到承印物體上。液滴在打到承印物體之前經(jīng)過一個光學計數(shù)器，通過光學計數(shù)器的統(tǒng)計數(shù)量，調(diào)節(jié)氣流速度和打印噴嘴，以控制打印的厚度。
[0033]實施例2
[0034]本例的噴墨打印系統(tǒng)與實施例1的噴墨打印系統(tǒng)相似，也是在原氣溶膠打印機的霧化裝置和打印噴嘴之間加了一個液滴尺寸篩選裝置，液滴尺寸篩選裝置具有一個輸入口和兩個輸出口，其中，輸入口與霧化裝置的輸出端接通，第一輸出口與打印噴嘴接通，第二輸出口回接霧化裝置。該液滴尺寸篩選裝置由電子發(fā)射元件、靜電加速器和速度篩選器組成，速度篩選器由兩塊平行的帶電金屬板組成，電子發(fā)射元件產(chǎn)生帶電電荷為進入液滴尺寸篩選裝置的氣溶膠充電，帶電的氣溶膠經(jīng)過靜電加速器加速后，從平行的帶電金屬板中穿過時，在帶電金屬板的吸引力下，根據(jù)液滴的體積大小和帶電量，液滴的運動軌跡發(fā)生變化，根據(jù)需求設計第一輸出口，體積適當?shù)囊旱芜M入第一輸出口，用于打??；而其余部分的氣溶膠則進入第二輸出口，回收利用；從而實現(xiàn)氣溶膠的篩選。本例中霧化裝置采用超聲波產(chǎn)生氣溶膠，并由氣流帶出。其中電子發(fā)射元件為一個高壓靜電發(fā)生器。
[0035]本例的氣溶膠在帶上電荷后，經(jīng)過靜電加速器和速度選擇器選出合適大小的液滴，體積過大或過小的不合格的液滴返回霧化裝置中重新霧化。經(jīng)過選出的液滴經(jīng)過電場再次加速和準直器打到承印物體上。液滴在打到承印物體之前經(jīng)過一個電學計數(shù)器，通過電學計數(shù)器的統(tǒng)計數(shù)量，調(diào)節(jié)氣流速度和打印噴嘴，以控制打印的厚度。
[0036]實施例3
[0037]采用實施例1或2的噴墨打印系統(tǒng)，控制打印的氣溶膠小于或等于10皮升，對太陽能電池正面電極的銀柵線進行3D打印，銀柵線的截面呈等腰三角形，如圖4所示，銀柵線42的底邊寬度為50微米，且頂角為55度。
[0038]打印出來的太陽能正面電極中，其銀柵線與電池的接觸面積大，具有較低的接觸電阻；但是，如圖4所示，被其遮住的光線41可以被斜面反射后吸收，因此，其遮光損失反而減小。
[0039]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本申請所作的進一步詳細說明，不能認定本申請的具體實施只局限于這些說明。對于本申請所屬【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本申請的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種噴墨打印系統(tǒng)，包括霧化裝置以及和霧化裝置連通的打印噴嘴，所述霧化裝置用于制備氣溶膠，所述打印噴嘴將氣溶膠噴射到打印載體上實現(xiàn)打印，其特征在于:所述打印系統(tǒng)還包括設置于霧化裝置和打印噴嘴之間的液滴尺寸篩選裝置； 所述液滴尺寸篩選裝置具有一個輸入口和兩個輸出口，其中，輸入口與霧化裝置的輸出端接通，第一輸出口與打印噴嘴接通，第二輸出口回接霧化裝置，氣溶膠進入液滴尺寸篩選裝置后，經(jīng)過篩選，液滴體積適當?shù)牟糠謿馊苣z經(jīng)過液滴尺寸篩選裝置的第一輸出口輸往打印噴嘴中，另一部分氣溶膠經(jīng)過第二輸出口回到霧化裝置中回收利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印系統(tǒng)，其特征在于:所述液滴尺寸篩選裝置包括一個氣流噴射器，氣流噴射器噴射的氣流與霧化裝置輸入液滴尺寸篩選裝置的氣溶膠的氣流方向垂直，通過垂直氣流改變氣溶膠中液滴的運動軌跡，液滴體積適當?shù)牟糠謿馊苣z進入所述第一輸出口 ；而另一部分氣溶膠則進入所述第二輸出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的打印系統(tǒng)，其特征在于:所述液滴尺寸篩選裝置包括電子發(fā)射元件、靜電加速器和速度篩選器，電子發(fā)射元件產(chǎn)生帶電電荷為進入液滴尺寸篩選裝置的氣溶膠充電，帶電的氣溶膠經(jīng)過靜電加速器加速，在經(jīng)過速度篩選器時，根據(jù)氣溶膠中液滴帶的電荷量及其運動速度進行篩選，氣溶膠中體積適當?shù)囊旱芜M入所述第一輸出口，另一部分的氣溶膠進入所述第二輸出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的打印系統(tǒng)，其特征在于:所述速度篩選器由兩塊平行的帶電金屬板組成，帶電的氣溶膠經(jīng)過靜電加速器加速后，從平行的帶電金屬板中穿過時，在帶電金屬板的吸引力下，氣溶膠的液滴依據(jù)其體積大小和帶的電荷量改變運動軌跡，從而使得體積適當?shù)臍馊苣z進入所述第一輸出口，其余部分氣溶膠進入所述第二輸出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的打印系統(tǒng)，其特征在于:還包括一個液滴計數(shù)裝置，所述液滴計數(shù)裝置設置于所述液滴尺寸篩選裝置和打印噴嘴之間，用于控制打印噴嘴噴射出的液滴數(shù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的打印系統(tǒng)，其特征在于:所述液滴計數(shù)器為電學計數(shù)器或者光學計數(shù)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的打印系統(tǒng)在太陽能電池的柵線的3D打印中的應用。
8.一種太陽能電池正面電極的柵線的打印方法，其特征在于:采用權(quán)利要求1-6任一項所述的打印系統(tǒng)，用液滴體積小于或等于10皮升的氣溶膠進行柵線的3D打印。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述柵線為銀柵線或復合導電柵線，所述柵線的截面呈三角形或梯形，并且所述柵線與電池接觸的兩個底角的角度都不超過90度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:所述柵線與電池接觸的底邊的寬度為50-300 微米。
【文檔編號】B41J2/01GK103448366SQ201310263149
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月27日
【發(fā)明者】潘鋒, 林原 申請人:北京大學深圳研究生院