KR101367295B1 - 솔라셀의 리본 본딩장치 - Google Patents

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solar cell
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이광철
김대원
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Abstract

본 발명은 솔라셀의 리본 본딩장치에 관한 것으로, 리본을 솔라셀에 프리본딩하는 프리본딩부와, 상기 프리본딩부에서 리본이 프리본딩된 솔라셀을 공급받아 이송하되, 이송위치를 변경하여 이송하는 이송부와, 상기 이송부를 통해 각각에 이송된 리본이 프리본딩된 솔라셀을 본딩하되, 솔라셀의 수평상태와 무관하게 본딩하는 다수의 본딩부들을 포함한다. 본 발명은 본딩헤드가 솔라셀의 경사도에 따라 경사진 상태로 본딩이 이루어지도록 하여 솔라셀의 파손을 방지함과 아울러 수평상태에 무관하게 안정적인 본딩을 수행할 수 있어, 수율의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

솔라셀의 리본 본딩장치{Ribbon bonding device for solar cell}
본 발명은 솔라셀의 리본 본딩장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생산성을 향상시킬 수 있으며, 솔라셀의 수평상태에 무관하게 리본을 본딩할 수 있는 솔라셀의 리본 본딩장치에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전을 위한 태양전지는 실리콘이나 각종 화합물에서 출발, 솔라셀(Solar cell) 형태가 되면 전기 생산해 낼 수 있게 된다. 그러나 하나의 셀로는 충분한 출력을 얻지 못하므로 각각의 셀을 직렬 혹은 병렬 상태로 연결해야 하는데 이렇게 연결된 상태를 '태양광 모듈'이라 부른다.
태양광 모듈은 백 시트(back sheet), 솔라셀, 리본, 에바(EVA), 유리로 구성된다. 백 시트는 모듈 맨 아래 깔리는 소재로 TPT(Tedlar/PET/Tedlar) 타입이 많이 사용되고 있으며, 리본은 전류를 흘려 보내는 통로로 사용되므로 구리에 은이나 주석납으로 코팅된 소재가 이용된다.
에바는 태양전지의 각 요소들이 화학적으로 합쳐질 수 있는 역할을 하고, 유리는 빛의 반사를 방지하는 역할을 하도록 철분이 적게 들어간 것을 활용한다.
상기와 같은 구조에서 리본을 본딩하는 장치로서 본 발명의 출원인의 등록특허 10-1153271호를 예로 들 수 있다. 리본은 앞서 설명한 바와 같이 구리에 은이나 주석납으로 코팅된 소재이며, 그 코팅된 은이나 주석납을 용융시켜 본딩하기 위하여 상대적으로 고열의 분위기에서 본딩이 이루어지게 된다.
최근에는 이러한 고온의 본딩 분위기에 의해 태양광 모듈에 열스트레스를 주게 되어 효율이 낮아지는 것을 방지하기 위하여, 리본을 도전성 필름으로 대체하는 기술이 제안되었다.
도전성 필름은 일면이 점착성을 가지는 필름으로 점착 후 기존의 리본에 비하여 상대적으로 저온에서 본딩이 가능하기 때문에 열스트레스의 발생을 줄여 태양광 모듈의 효율 저하를 최소화할 수 있는 것으로 알려져 있다.
특히 일본특허공개 2008-300403호에는 이러한 도전성 필름의 제조방법과 그 도전성 필름이 솔라셀 모듈에 적용될 수 있음이 기재되어 있다. 이처럼 도전성 필름을 솔라셀의 리본으로 사용될 수 있음이 알려져 있으나, 이러한 도전성 필름을 구체적으로 솔라셀에 본딩하는 장치에 대해서는 기재되어 있지 않다.
통상 도전성 필름을 부착하기 위해서는 도전성 필름과 이형지를 분리함과 아울러 이형지는 절단 없이 연속적으로 배출이 가능하고, 도전성 필름은 적당한 크기로 절단하여 사용해야 하기 때문에 종래의 리본 본딩장치에 대하여 보다 복잡하고 정밀한 본딩 장치의 구조가 요구된다.
이러한 도전성 필름을 솔라셀에 접착시킨 후 그 도전성 필름이 접착된 솔라셀을 리본 본딩위치로 이송한 후 본딩을 실시하게 된다.
상기 도전성 필름이 접착된 솔라셀의 하부에 이물이 위치하거나, 솔라셀의 바닥면이 접촉되는 장치의 지지면이 수평이 아닌 경우 등의 이유로 인하여 솔라셀이 수평상태가 아닌 경우 리본을 본딩하는 본딩압력에 의하여 솔라셀이 파손되는 경우가 발생할 수 있다.
솔라셀의 파손에 의해 수율이 저하되며, 생산성이 낮아지는 문제점이 발생하며, 파손된 솔라셀의 파편이 잔존하는 경우 이후의 공정불량을 지속적으로 유발할 수 있는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 공정의 적체 시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 솔라셀의 리본 본딩장치를 제공함에 있다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 솔라셀이 경사진 상태에서 리본을 본딩하는 과정에서 솔라셀이 파손되는 것을 방지할 수 있는 솔라셀의 리본 본딩장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 솔라셀의 리본 본딩장치는, 리본을 솔라셀에 프리본딩하는 프리본딩부와, 상기 프리본딩부에서 리본이 프리본딩된 솔라셀을 공급받아 이송하되, 이송위치를 변경하여 이송하는 이송부와, 상기 이송부를 통해 각각에 이송된 리본이 프리본딩된 솔라셀을 본딩하되, 솔라셀의 수평상태와 무관하게 본딩하는 다수의 본딩부들을 포함한다.
본 발명 솔라셀의 리본 본딩장치는, 도전성 필름을 솔라셀의 표면에 접착시킨 후 리본을 프리본딩하고, 리본이 프리본딩된 솔라셀을 공정시간이 상대적으로 많이 소요되는 본딩 위치로 이송시켜 리본을 완전하게 본딩시킴으로써, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러 본 발명은 본딩 과정에서 본딩헤드가 솔라셀의 경사도에 따라 경사진 상태로 본딩이 이루어지도록 하여 솔라셀의 파손을 방지함과 아울러 수평상태에 무관하게 안정적인 본딩을 수행할 수 있어, 수율의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔라셀의 리본 본딩장치의 블록 구성도이다.
도 2는 도 1에서 프리본딩부의 구성도이다.
도 3은 도 1에서 이송부의 구성도이다.
도 4는 도 1에서 제1본딩부의 일실시 구성도이다.
도 5는 도 1에서 제1본딩부의 다른 실시 구성도이다.
이하, 본 발명 솔라셀의 리본 본딩장치의 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리본 본딩장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔라셀의 리본 본딩장치는, 리본을 솔라셀에 프리본딩하는 프리본딩부(10)와, 상기 프리본딩부(10)에서 리본이 프리본딩된 솔라셀을 공급받아 이송하되, 이송위치를 변경하여 이송하는 이송부(20)와, 상기 이송부(20)를 통해 각각에 이송된 리본이 프리본딩된 솔라셀을 본딩하되, 솔라셀의 수평상태와 무관하게 본딩하는 제1 내지 제3본딩부(30,40,50)를 포함하여 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔라셀 리본 본딩장치의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 프리본딩부(10)는 솔라셀의 버스에 리본을 프리본딩한다. 이때의 솔라셀에는 도전성 필름이 부착되거나, 도전성 페이스트가 도포된 것일 수 있으며, 도전성 필름 또는 도전성 페이스트의 상에 공급된 리본을 압력을 사용하여 접착시키거나, 압력과 실제 본딩온도 보다 낮은 온도를 사용하여 가접착상태로 만들 수 있다.
프리본딩부(10)의 구성은 상하 이동이 가능하여 적당한 압력으로 리본을 솔라셀에 접착시키는 구성이면, 그 구조에 의해 본 발명이 제한되지 않는다.
상기 설명한 바와 같은 프리본딩부(10)의 프리본딩을 실시하지 않고 직접 본딩을 실시할 수도 있지만, 이 경우에는 본딩에 소요되는 시간이 타 공정시간에 비하여 더 많이 소요되기 때문에 본딩이 이루어지는 동안 솔라셀에 도전성 필름을 접착하는 공정, 리본의 공급 등 이전의 공정이 중단된 상태가 되어야 하며, 따라서 전체 공정시간이 지연되어 생산성이 낮아질 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 리본을 솔라셀의 도전성 필름에 가접착시키는 프리본딩이 연속적으로 이루어질 수 있도록 리본을 솔라셀에 가접착시킨 후 복수의 본딩위치로 리본이 가접착된 솔라셀을 이송시켜 본딩이 이루어지도록 함으로써, 생산성을 높일 수 있게 된다.
즉, 리본을 솔라셀의 도전성 필름에 본딩하는 시간이 도전성 필름을 공급하여 솔라셀에 접착하고, 리본을 프리본딩하는 시간이 약 3배가 소요되는 경우, 제1 내지 제3본딩부(30,40,50)를 두어 연속적으로 도전성 필름이 접착된 솔라셀과 리본을 공급하여 프리본딩하고, 제1본딩부(30), 제2본딩부(40) 및 제3본딩부(50)에 순차 공급하여 본딩이 이루어지도록 하며, 다음의 도전성 필름이 프리본딩된 솔라셀은 제1본딩부(30)에서 본딩이 완료된 솔라셀을 언로딩 한 후 다시 제1본딩부(30)로 이송시키는 방식을 사용하여 각 공정의 공정시간 차이에 무관하게 연속적인 본딩공정이 가능하게 된다.
상기의 예는 하나의 실시예이며, 공정시간을 고려하여 상기 3개의 본딩부보다 더 많거나 적은 수의 본딩부를 구현할 수 있음은 당업자 수준에서 용이하게 변경 실시할 수 있다.
도 2는 상기 프리본딩부(10)의 일실시 구성도이다.
도 2를 참조하면 프리본딩부(10)는, 지지프레임(14)과, 지지프레임(14)에 고정되는 서보모터(11)의 구동에 따라 하향으로 이동하는 프리본딩헤드부(12)와, 상기 프리본딩헤드부(12)의 저면에 다수로 위치하여 상기 프리본딩헤드부(12)가 하향으로 이동할 때 상기 솔라셀의 버스전극 상에 위치하는 도전성 필름의 상부에 위치하는 리본의 이탈을 방지하여 상기 프리본딩헤드부(12)로 리본을 눌러 프리본딩할 수 있도록 하는 가압핀(13)을 포함하여 구성된다.
상기 프리본딩부(10)의 가압핀(13)은 솔라셀의 손상을 방지하기 위하여 상기 프리본딩헤드부(12)와는 스프링 등의 완충수단을 통해 결합되어질 수 있으며, 프리본딩헤드부(12)가 직접 리본에 접하기 전에 리본에 접촉되어 리본이 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
이처럼 프리본딩부(10)에서 리본이 솔라셀에 접착된 도전성 필름에 프리본딩된 후, 상기 솔라셀은 이송부(20)의 동작에 의해 앞서 설명한 바와 같이 제1본딩부(30), 제2본딩부(30) 또는 제3본딩부(40)로 이송된다.
도 3은 상기 이송부(20)의 상세 구성도이다.
도 3을 참조하면 구동수단(22)이 일측에 결합되는 이송가이드(21)와, 상기 구동수단(22)에 의해 상기 이송가이드(21)을 따라 일방향으로 직선 왕복운동하는 이동부(23)와, 상기 이동부의 하부에 결합고정되는 바형의 이동지지부(24)와, 상기 이동지지부(24)의 측면으로 상호 일정한 간격으로 이격된 위치에 결합고정되는 고정프레임(25)과, 상기 고정프레임(25)에 고정되어 상기 리본이 프리본딩된 솔라셀을 흡착하여 프리본딩부(10) 측에서 상기 제1본딩부(30), 제2본딩부(40) 또는 제3본딩부(50)로 이동시키는 진공척(26)과, 상기 진공척 각각에 진공압력을 제공하는 진공포트부(27)와, 상기 이동부(23)와 이동지지부(24) 사이에 설치되어 상기 이동지지부(24)를 상하로 이동시키는 상하 이동 서보모터부(28)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 이송부(20)의 구성은 프리본딩부(10)에서 리본이 프리본딩된 솔라셀을 이송부(20)의 측면측에 나란하게 배치되는 제1본딩부(30), 제2본딩부(40) 또는 제3본딩부(50)에 선택적으로 이송할 수 있도록 구성된 것이다.
상기 프리본딩부(10)에서 프리본딩된 솔라셀은 이송로봇(도면 미도시)에 의해 프리본딩부(10)의 후단측으로 이송되며 이때 이송위치는 솔라셀이 공급될 본딩부에 따라 차이가 있게 된다.
즉, 프리본딩부(10)와 가장 가까이 위치하는 제1본딩부(30)에 솔라셀을 공급하는 경우에는 로봇에 의한 솔라셀의 운반 거리가 가장 짧으며, 가장 먼 제3본딩부(50)에 솔라셀을 공급하는 경우에 로봇에 의한 솔라셀의 운반 거리가 가장 길게 된다.
이처럼 운반된 솔라셀은 상기 이송부(20)의 진공척(26)들에 의해 흡착되고, 상하 이동 서보모터부(28)에 의해 이동지지부(24)를 상향 이동시켜, 그 이동지지부(24)에 고정된 고정프레임(25)과, 진공척(26)들 및 그 진공척(26)에 고정된 솔라셀을 상향 이동시킨다.
이와 같은 상태에서 구동수단(22)에 의해 이동부(23)가 이송가이드(21)를 따라 제1본딩부(30), 제2본딩부(40) 또는 제3본딩부(50) 측으로 이동되고, 다시 상하 이동 서보모터부(28)로 이동지지부(24)를 하향 이동시켜 솔라셀을 제1본딩부(30), 제2본딩부(40) 또는 제3본딩부(50)에 솔라셀을 안착시킨다.
그 다음, 상기 진공척(26)들의 진공압을 해제한 후 원위치로 복귀하게 된다.
도면에서는 진공척(26)들과 진공포트부(27)를 연결하는 튜브가 생략된 것이다.
앞서 언급한 바와 같이 본 발명은 도전성 필름이 접착된 솔라셀을 공급되는 리본과 직접 본딩하지 않고, 프리본딩부(10)에서 프리본딩을 한 후에 이송부(20)를 통해 다수의 경로로 경로를 변경한 후 본딩을 수행하기 때문에 본딩에 필요한 시간 동안의 대기 시간이 요구되지 않도록 하여 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
상기 제1본딩부(30), 제2본딩부(40) 및 제3본딩부(50)는 각각 동일한 구성이나, 시간적으로 서로 차이를 두고 리본이 프리본딩 된 솔라셀을 공급받아, 그 리본을 견고하게 솔라셀에 본딩하는 역할을 한다.
도 4는 상기 제1본딩부(30)의 상세 구성도이다.
도 4를 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 적용되는 제1본딩부(30)는, 상하 이동이 가능하도록 지지하는 가이드부(32)와, 열과 압력으로 상기 프리본딩 상태의 리본과 솔라셀을 본딩하는 본딩헤드부(35)와, 상기 본딩헤드부(35)를 지지하되 상기 본딩헤드부(35)의 상부 중앙을 지지축(34)으로 고정하여 좌우로 유동될 수 있도록 고정하는 고정부(33)와, 상기 고정부(33)를 상기 가이드부(32)에 가이드 되어 상하 이송되도록 하는 서보모터(31)를 포함하여 구성된다.
상기 본딩헤드부(35)의 내에는 히터가 마련되어 있다.
상기와 같은 구조에서 본딩헤드부(35)의 바닥면은 상기 솔라셀과 도전성 필름에 접하는 면으로, 평탄한 형상이며 솔라셀이 상기 이송부(20)에 의해 이송된 상태에서 솔라셀이 기울어지는 등 정확하게 지면과 평행한 상태가 아닌 경우에는 상기 본딩헤드부(35)가 솔라셀에 접하는 경우 솔라셀이 파손이나 손상될 수 있다.
도전성 필름을 사용하는 경우에는 앞서 언급한 바와 같이 상대적으로 저온 본딩이 가능하여 솔라셀의 손상을 방지하기 위한 것이나, 솔라셀의 물리적인 위치 상태에 따라 손상될 수 있다.
이를 방지하기 위하여 상기 본딩헤드부(35)의 상부 중앙은 지지축(34)에 의해 고정부(33)에 고정되어, 그 지지축(34)을 기준으로 좌우로 틸팅이 가능하여 솔라셀의 물리적인 배치에 이상이 있는 경우에도 솔라셀의 파손을 방지할 수 있는 특징이 있다.
상기 고정부(33)는 서보모터(31)에 의해 상하로 이동이 되어, 상기 본딩헤드부(35)는 솔라셀에 리본을 본딩할 때는 그 고정부(33)를 아래로 이동시켜 솔라셀에 본딩헤드부(35)의 바닥면이 접한 상태로 소정 시간 동안 유지한 후, 본딩이 완료되면 고정부(33)를 상향 이동시킨 후, 리본이 본딩된 솔라셀을 로봇 등의 수단으로 외부로 언로딩한다.
이처럼 본 발명은 상대적으로 저온의 열을 사용하여 솔라셀에 전극을 본딩함이 가능하여 솔라셀의 손상을 방지할 수 있으며, 물리적인 비수평 상태로 로딩된 솔라셀에 리본을 안정적으로 본딩할 수 있게 된다.
도 5는 상기 제1본딩부의 다른 실시 구성도이다.
도 5를 참조하면 상기 제1본딩부는, 고정부(33)와 본딩헤드부(35)의 사이에는 상기 본딩헤드부(35)가 솔라셀에 리본을 본딩하기 위하여 솔라셀에 접촉될 때 솔라셀의 경사도에 부합하게 경사질 수 있도록 하는 탄성축(37)을 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 앞서 도 4에 도시한 실시예에서는 지지축(34)을 사용하여 좌우 틸팅만이 가능한 구조를 도시하고 설명하였으나, 다수의 탄성축(37)을 사용하여 방향에 무관하게 솔라셀의 경사도에 따라 본딩헤드부(35)가 경사질 수 있도록 구성된다.
이와 같은 구성에 의하여 상기 솔라셀에 리본을 본딩하기 위하여 하향 이동하는 본딩헤드부(35)의 바닥면은 상기 솔라셀의 상면과 수평한 상태로 접촉될 수 있으며, 따라서 본딩압력이 솔라셀의 일부에 집중되는 것을 방지하여 솔라셀의 깨짐이 발생하지 않도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
예를 들어 상기 제1본딩부(30)의 본딩헤드부(35)와 고정부(33)의 사이에 주름관을 설치하여 솔라셀의 경사도에 따라 본딩헤드부(35)가 경사지게 할 수 있다.
10:프리본딩부 11:서보모터
12:프리본딩헤드 13:가압핀
14:지지프레임 20:이송부
21:이송가이드 22:구동수단
23:이동부 24:이동지지부
25:고정부 26:진공척
27:진공포트부 28:상하 이동 서보모터부
30:제1본딩부 31:서보모터
32:가이드부 33:고정부
34:지지축 35:본딩헤드부
37:탄성축 40:제2본딩부
50:제3본딩부

Claims (5)

  1. 리본을 솔라셀에 프리본딩하는 프리본딩부;
    구동수단이 일측에 결합되는 이송가이드와, 상기 구동수단에 의해 상기 이송가이드를 따라 일방향으로 직선 왕복운동하는 이동부와, 상기 이동부의 하부에 결합고정되는 바형의 이동지지부와, 상기 이동지지부의 측면으로 상호 일정한 간격으로 이격된 위치에 결합고정되는 고정프레임과, 상기 고정프레임에 고정되어 상기 리본이 프리본딩된 솔라셀을 흡착하여 이송하되, 이송위치를 변경하여 이동시키는 진공척과, 상기 진공척 각각에 진공압력을 제공하는 진공포트부와, 상기 이동부와 이동지지부 사이에 설치되어 상기 이동지지부를 상하로 이동시키는 상하이동 서보모터부를 포함하는 이송부; 및
    상기 이송부를 통해 각각에 이송된 리본이 프리본딩된 솔라셀을 본딩하되, 솔라셀의 수평상태와 무관하게 본딩하는 다수의 본딩부들을 포함하는 솔라셀의 리본 본딩장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 본딩부 각각은,
    상하 이동이 가능하도록 지지하는 가이드부;
    열과 압력으로 상기 프리본딩 상태의 리본과 솔라셀을 본딩하는 본딩헤드부;
    상기 본딩헤드부를 지지하되 상기 본딩헤드부의 상부 중앙을 지지축으로 고정하여 좌우로 유동될 수 있도록 고정하는 고정부; 및
    상기 고정부를 상기 가이드부에 가이드 되어 상하 이송되도록 하는 서보모터를 포함하는 솔라셀의 전극 본딩장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본딩부 각각은,
    상하 이동이 가능하도록 지지하는 가이드부;
    열과 압력으로 상기 프리본딩 상태의 리본과 솔라셀을 본딩하는 본딩헤드부;
    상기 본딩헤드부와 다수의 탄성축으로 연결되어 상기 본딩헤드부가 솔라셀의 의 경사에 따라 경사질 수 있도록 지지하는 고정부; 및
    상기 고정부를 상기 가이드부에 가이드 되어 상하 이송되도록 하는 서보모터를 포함하는 솔라셀의 전극 본딩장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본딩부 각각은,
    상하 이동이 가능하도록 지지하는 가이드부;
    열과 압력으로 상기 프리본딩 상태의 리본과 솔라셀을 본딩하는 본딩헤드부;
    상기 본딩헤드부와 주름관으로 연결되어 상기 본딩헤드부가 솔라셀의 의 경사에 따라 경사질 수 있도록 지지하는 고정부; 및
    상기 고정부를 상기 가이드부에 가이드 되어 상하 이송되도록 하는 서보모터를 포함하는 솔라셀의 전극 본딩장치.
  5. 삭제
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