KR101110915B1 - 태양전지 모듈용 리본 와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양전지 모듈용 리본 와이어에 관한 것으로서, 리본 형태의 도체와 상기 도체의 표면에 형성된 솔더 도금막을 포함하는 리본 와이어 몸체를 구비하고, 상기 리본 와이어 몸체의 열팽창계수가 30×10^-6/℃ 미만인 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지 모듈용 리본 와이어{Ribbon wire for solar cell module}

본 발명은 태양전지 모듈용 리본 와이어에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 태양전지 셀(Solar Cell)들을 전기적으로 접속하는 용도로 사용되는 태양전지 모듈용 리본 와이어에 관한 것이다.

태양광 발전에 사용되는 태양전지는 전지용량 등의 요구 특성에 걸맞게 다수의 태양전지 셀(Solar Cell)이 패널 내에 배열된 모듈 형태로 제작된다.

도 1에 도시된 바와 같이 태양전지 모듈에 있어서 태양전지 셀(10)들은 리본 와이어(11)에 의해 상호 전기적으로 접속된다.

태양전지 셀들 간의 전기적 접속을 위하여 리본 와이어는 리본 형태의 도체 표면에 솔더(Solder)가 도금된 형태로 제공된다. 통상적으로 태양전지 모듈용 와이어의 도체는 TPC(터프피치 동)이나 OFC(무산소 동)에 의해 형성되고, 솔더 도금막은 Pb를 포함하지 않는 솔더나 SnPb에 의해 형성된다.

최근에는 태양전지 모듈의 제조비용을 절감하기 위하여 태양전지용 실리콘 웨이퍼를 가능한 한 박형화하는 추세에 있으며, 이에 따라 리본 와이어의 두께도 박형화가 요구되고 있다.

박형의 실리콘 웨이퍼와 박형의 리본 와이어를 솔더링하는 경우에는 솔더를 용융시키기 위한 가열온도나 태양전지의 사용온도에 따른 온도변화로 인하여 실리콘 웨이퍼와 리본 와이어의 접합체가 휘거나, 크랙 등이 발생하여 파손되는 현상이 발생하는 문제가 있다. 도 2에는 실리콘 웨이퍼로 이루어진 태양전지 셀 위에 구리(Cu)를 주성분으로 하는 플랫 와이어(Flat wire), 즉 리본 와이어를 배치하여 가열 및 솔더링한 후 쿨링(Cooling) 공정을 진행했을 때 온도변화로 인해 태양전지 셀과 리본 와이어의 접합체가 소정 곡률(ρ)로 휘는 과정이 도시되어 있다.

대안으로는, 구리(Cu) 위에 열팽창 정도가 비교적 작은 인바(Invar)(Fe-36% Ni) 합금이 클래드(Clad) 되고 그 표면에 솔더 도금막이 형성된 구조를 가진 리본 와이어가 제안된 바 있다.

그러나, 인바(Fe-36% Ni)가 클래드 된 구조를 갖는 리본 와이어는 가격이 비싸 경제성이 떨어질 뿐만 아니라 양산이 곤란하여 새로운 대안이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 태양전지 셀과의 접합시 열팽창에 의해 휘거나 파손되는 현상이 방지될 수 있도록 최적화된 열팽창계수를 갖는 태양전지 모듈용 리본 와이어를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 열팽창계수의 최적화를 달성하도록 도체 내부의 결정 구조가 개선된 태양전지 모듈용 리본 와이어를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 리본 와이어는 리본 형태의 도체와 상기 도체의 표면에 형성된 솔더 도금막을 포함하는 리본 와이어 몸체를 구비하고, 상기 리본 와이어 몸체의 열팽창계수가 30×10^-6/℃ 미만인 것을 특징으로 한다.

상기 도체는 결정방위 (111)에 대한 (110)의 결정립 비율이 25% 이하인 것이 바람직하다.

상기 리본 와이어 몸체의 체적 저항률은 50μΩ㎜ 이하인 것이 바람직하다.

상기 도체의 재료로는 TPC(터프피치 동), OFC(무산소 동) 및 인탈산 동 중 선택된 어느 하나가 채용될 수 있다.

본 발명은 리본 와이어와 태양전지 셀 간의 솔더링 접합시 열팽창에 의해 휨이나 파손이 발생하지 않는 리본 와이어의 열팽창계수 조건을 개시한다. 이에 따라, 리본 와이어의 도체 재료로서 기존의 TPC나 OFC 등을 사용하는 것이 가능하므로 리본 와이어의 제조비용을 절감할 수 있는 경제성이 있다.

본 발명에 따르면, 리본 와이어를 이루는 재료의 결정립 배향성을 최적화하여 태양전지 셀의 열팽창 특성에 부합하는 열팽창 특성을 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 일반적인 태양전지 모듈의 주요 구성을 도시한 부분 확대도,
도 2은 태양전지 셀과 리본 와이어의 접합체가 온도변화에 의해 휘는 과정을 도시한 구성도,
도 3은 솔더링된 도체의 열팽창계수 크기에 따른 결정방위 분포를 나타낸 XRD 분석 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예와 비교예에 따른 리본 와이어의 특성을 비교한 테이블이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 태양전지 모듈용 리본 와이어는 실리콘 웨이퍼로 이루어진 태양전지 셀과의 솔더링 접합시 온도변화에 의해 휘거나 크랙이 발생하지 않도록 열팽창계수가 30×10^-6/℃ 미만인 리본 와이어 몸체를 구비한다.

상기 리본 와이어 몸체는 구리(Cu)를 주성분으로 하는 리본 형태의 도체와, 상기 도체의 표면에 형성되고 주석(Sn) 또는 주석(Sn) 합금을 주성분으로 하는 솔더 도금막을 포함한다.

아래의 표 1과 표 2에는 리본 와이어 몸체를 이루는 도체와 솔더 도금막의 주성분에 대한 결정방위별 열팽창계수가 나타나 있다.

표 1 및 표 2를 참조하면, 리본 와이어 몸체를 이루는 도체와 솔더 도금막은 결정방위에 따라 열팽창계수에 큰 차이가 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 솔더 도금막이 형성된 리본 와이어의 결정방위 분포에 대한 X선 회절(XRD) 패턴은, 열팽창계수가 상대적으로 작은 경우(a)와 열팽창계수가 상대적으로 큰 경우(b)가 서로 다르게 나타남을 알 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같은 점에 착안하여 리본 와이어 몸체의 결정방위 분포를 제어함으로써 30×10^-6/℃ 미만의 열팽창계수를 갖는 리본 와이어를 제공한다.

30×10^-6/℃ 미만의 열팽창계수를 갖는 리본 와이어는 실리콘 웨이퍼로 이루어진 태양전지 셀과의 솔더링 접합시 태양전시 셀과 유사한 열팽창 특성을 가짐으로써 휨이나 크랙 등 파손이 발생하지 않는 현저한 효과가 있다. 따라서, 인바 합금과 같은 고가의 도체를 사용하지 않고 TPC(터프피치 동), OFC(무산소 동) 및 인탈산 동과 같은 도체를 사용하더라도 태양전지 셀과의 접합시 휨이나 크랙이 발생하지 않는 리본 와이어를 구현하는 것이 가능하다.

리본 와이어의 열팽창계수를 30×10^-6/℃ 미만으로 감소시키기 위한 방안의 하나로서, 리본 와이어를 이루는 도체는 결정방위 (111)에 대한 (110)의 결정립 비율이 25% 이하를 만족하도록 배향된 결정구조를 갖는다. 리본 와이어의 도체는 압연 또는 신선 가공에 의해 평평한 형태로 제작된 후 전기를 가하는 공정이나 배치(Batch)식 열처리 공정에 의해 상기 조건을 만족하도록 배향처리된다.

결정방위 (110)/(111)의 결정립 비율이 25%를 초과할 경우에는 열팽창계수를 감소시키기 위해 도체와 솔더 도금층의 물성이나 규격 등에 대한 설계치를 최적화하는 별도의 조치가 수행되어야 한다.

리본 와이어의 열팽창계수를 30×10^-6/℃ 미만으로 감소시키기 위한 다른 방안으로, 리본 와이어 몸체의 체적 저항률은 50μΩ㎜ 이하로 설정된다. 리본 와이어 몸체의 체적 저항률을 50μΩ㎜ 이하로 설정하기 위해서는 도체의 평균 결정립 크기 등의 인자를 조절하는 방법이 사용될 수 있다.

도 4에는 본 발명의 실시예 1 내지 3과 비교예 1, 2에 따른 리본 와이어의 특성을 비교한 결과가 나타나 있다.

도 4를 참조하면, 실시예 1, 2에 따른 리본 와이어는 결정방위 (110)/(111)의 결정립 비율이 25% 이하를 만족하고, 본 발명의 실시예 3에 따른 리본 와이어는 평균 결정립 크기 등의 조건에 의해 체적 저항률이 50μΩ㎜ 이하를 만족함으로써 30×10^-6/℃ 미만의 작은 열팽창계수를 갖게 되어 크랙이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.

반면에, 비교예 1, 2에 따른 리본 와이어는 결정방위 (110)/(111)의 결정립 비율이 25%를 초과하고, 도체의 재질, 물성, 규격 등 간의 유기적인 요인으로 인해 30×10^-6/℃ 이상의 열팽창계수를 갖게 되어 크랙이 발생함을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 태양전지 모듈용 리본 와이어에 있어서,
   리본 형태의 도체와 상기 도체의 표면에 형성된 솔더 도금막을 포함하는 리본 와이어 몸체를 구비하고,
   상기 리본 와이어 몸체의 열팽창계수가 30×10^-6/℃ 미만을 만족하도록 상기 도체는 결정방위 (111)에 대한 (110)의 결정립 비율이 25% 이하인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 리본 와이어.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 도체의 재료는 TPC(터프피치 동), OFC(무산소 동) 및 인탈산 동 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈용 리본 와이어.

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