KR101423245B1 - 태양전지 모듈의 제조방법 - Google Patents

태양전지 모듈의 제조방법 Download PDF

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KR101423245B1
KR101423245B1 KR1020140051103A KR20140051103A KR101423245B1 KR 101423245 B1 KR101423245 B1 KR 101423245B1 KR 1020140051103 A KR1020140051103 A KR 1020140051103A KR 20140051103 A KR20140051103 A KR 20140051103A KR 101423245 B1 KR101423245 B1 KR 101423245B1
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김남엽
김상빈
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쏠라퓨전 주식회사
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Abstract

본 발명은 간단한 공정으로 태양전지셀을 금형에 견고히 고정할 수 있도록 하여 액상의 합성수지 주입과 유동에 의해 태양전지셀이 이동함으로써 발생되는 불량품을 원천적으로 차단할 수 있도록 하여 양질의 태양전지 모듈을 생산할 수 있도록 한 태양전지 모듈의 제조방법에 관한 것으로, 태양전지셀, 하측 금형, 상측 금형을 형성하되 태양전지셀 하면에 복수 개의 자석 플레이트를 고정 부착는 재료 준비 단계; 상기 하측 금형의 하부에 자석을 고정시키고 상기 하측 금형의 상부 내면에 태양전지셀을 위치시키는 태양전지셀 설치 단계; 상기 하측 금형의 상부에 상측 금형을 위치시킨 후 고정수단을 이용하여 하측 금형과 상측 금형을 서로 체결하는 금형 결합 단계; 상기 하측 금형과 상측 금형 사이에 형성된 공간에 액상의 수지를 주입하는 수지 주입 단계; 하측 금형과 상측 금형 사이에 주입된 수지를 건조시키는 건조 단계 및 하측 금형과 상측 금형을 분리하는 금형 분리 및 마무리 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

태양전지 모듈의 제조방법{Method for producing solar cell module}
본 발명은 태양전지 모듈의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 액상의 MMA(Methyl Metha Acrylate), 우레탄(Urethane)수지, 에폭시 수지 등의 합성수지를 이용한 경량의 투명 태양전지 모듈의 생산방법에 있어서 태양전지셀과 모듈에 휨 변형과 같은 불량이 발생되지 않으면서도 양질의 제품을 간단한 공정으로 얻을 수 있도록 한 태양전지 모듈을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.
근래에 석탄이나 석유와 같은 화석에너지와는 달리 환경오염이 없는 청정에너지에 대한 사회적 요구가 점차 증대되고 있으며, 그 중에서도 태양광 에너지를 활용하는 기술에 대한 관심이 날로 증가하고 있다.
이러한 추세에 따라 태양광 에너지를 활용하는 기술에 대한 연구개발이 활성화되고 있고, 특히 투명한 재질의 태양전지 모듈 개발에 의한 설치의 간편화 등을 통해 그 적용분야를 확대하고자 하는 다양한 시도가 이루어지고 있다.
이와 같은 태양전지 모듈의 제조방법에 관한 기술의 구체적인 예로서, 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1006247호(2011.1.7.공고)는 태양전지 제조용 압착장치 및 방법에 관한 것으로, 글라스 시트 층, 태양전지 층 및 이들 사이에 배치되는 EVA 필름 층 등으로 이루어진 적층구조체를 균일하게 압착하여 태양전지모듈을 생산한다
그런데 이와 같은 종래기술은 글라스 시트 층을 사용함으로써 중량이 많이 나가고, 글라스 시트 층, 태양전지 층 및 EVA 필름 층의 적층과정에 있어서 수고가 많이 들뿐만 아니라 제작과정상의 결함이 다수 발생되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로, 금형에 폴리우레탄 등을 주입하여 1차 성형을 수행하고 태양전지를 안착시킨 후에 다시 폴리우레탄을 주입하여 태양전지 모듈을 제조하는 방법이 시도되고는 있으나, 태양전지 모듈의 휨 변형과 폴리우레탄 주입 중에 태양전지셀의 이동으로 인해 많은 양의 불량품이 발생되고 있는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1006247호(2011.1.7.공고)
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 간단한 공정으로 태양전지셀을 금형에 견고히 고정할 수 있도록 하여 액상의 합성수지 주입과 유동에 의해 태양전지셀이 이동함으로써 발생되는 불량품을 원천적으로 차단할 수 있도록 하여 양질의 태양전지 모듈을 생산할 수 있도록 한 태양전지 모듈의 제조방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 리본 바(Ribbon bar)의 결합 등에 의해 변형된 태양전지셀을 인장시킴으로써 형태를 평평하게 하여 제작시 기포, 변형 등의 발생을 억제할 수 있도록 한 태양전지 모듈의 제조방법을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.
본 발명은 간단한 공정으로 다양한 크기의 태양전지 모듈의 제조가 가능하도록 한 태양전지 모듈의 제조방법을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 특별히 금형을 준비하지 않더라도 액상의 MMA 또는 우레탄수지로 간편하게 태양전지 모듈을 제작할 수 있고 경량이면서도 강성이 우수하며 태양발전 효율이 우수한 태양전지 모듈을 얻을 수 있도록 하는 태양전지 모듈의 제조방법을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 태양전지 모듈을 제작하는 과정 중에 나타나는 휨 변형, 태양전지셀의 파손, 기포의 잔류, 표면상태 불균일 등의 현상을 발생시키지 않도록 한 태양전지 모듈의 제조방법을 제공하고자 하는 데 목적이 있다.
상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명인 태양전지 모듈의 제조방법은,
태양전지셀, 하측 금형, 상측 금형을 형성하되,
태양전지셀 하면에 복수 개의 자석 플레이트를 고정 부착하는 재료 준비 단계;
상기 하측 금형의 하부에 자석을 고정시키고,
상기 하측 금형의 상부 내면에 태양전지셀을 위치시키는 태양전지셀 설치 단계;
상기 하측 금형의 상부에 상측 금형을 위치시킨 후 고정수단을 이용하여 하측 금형과 상측 금형을 서로 체결하는 금형 결합 단계;
상기 하측 금형과 상측 금형 사이에 형성된 공간에 액상의 수지를 주입하는 수지 주입 단계;
하측 금형과 상측 금형 사이에 주입된 수지를 건조시키는 건조 단계 및
하측 금형과 상측 금형을 분리하는 금형 분리 및 마무리 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 재료 준비 단계에는 하측 금형의 하면에 복수 개의 자석 안착홈을 형성하며,
상기 태양전지셀 설치 단계에서 상기 자석은 상기 하측 금형의 자석 안착홈에 안착시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 금형 결합 단계에서는 상측 금형 및 하측 금형의 테두리를 고정수단으로 체결하되, 상기 재료 준비 단계에서는 상측 금형 및 하측 금형에 의해 일측에 개방부가 구비된 내부 공간을 형성하도록 상측 금형 및 하측 금형을 가공하여 준비하며,
상기 건조 단계에서는 체결된 상측 금형 및 하측 금형을 상기 개방부가 상부를 향하도록 수직으로 세워 건조하며,
상기 금형 분리 및 마무리 단계에서는 하측 금형과 상측 금형을 분리한 후 기포가 응집된 상부 부분을 절단하는 절단 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 수직방식이 아닌 수평방식으로도 제조가 가능하다.
또한, 상기 건조 단계에서의 건조는 MMA 수지인 경우에는 60℃의 수중에서 15시간 동안 이루어지고, 우레탄 수지인 경우에는 60~120℃에서 3~6시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상측 금형은 강화유리인 것을 특징으로 한다. 구체적으로 굴절률이 높은 태양전지 전용 강화유리를 사용인 것을 특징으로 한다.
또한, 상측 금형은 그 하면이 난반사되는 반투명 강화유리인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수지 주입 단계와 건조 단계 사이에는,
태양전지셀이 설치되고 수지가 주입된 금형을 진공 챔버에 넣어 진공 탈포를 수행하는 진공 탈포 단계가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 태양전지셀을 기준으로 하판 높이와 상판 높이의 비는 45~49:51~55로 하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 과제해결수단을 통해, 본 발명인 태양전지 모듈의 제조방법은 간단한 공정으로 태양전지셀을 금형에 견고히 고정할 수 있도록 하여 액상의 합성수지 주입과 유동에 의해 태양전지셀이 이동함으로써 발생되는 불량품을 원천적으로 차단할 수 있도록 하여 양질의 태양전지 모듈을 생산할 수 있고, 리본 바(Ribbon bar)의 결합 등에 의해 변형된 태양전지셀을 인장시킴으로써 형태를 평평하게 하여 제작시 기포, 변형 등의 발생을 억제할 수 있으며, 간단한 공정으로 다양한 크기의 태양전지 모듈의 제조가 가능하며, 특별히 금형을 준비하지 않더라도 액상의 MMA, 우레탄, 에폭시수지로 간편하게 태양전지 모듈을 제작할 수 있고 경량이면서도 강성이 우수하며 태양발전 효율이 우수한 태양전지 모듈을 얻을 수 있으며, 태양전지 모듈을 제작하는 과정 중에 나타나는 휨 변형, 태양전지셀의 파손, 기포의 잔류, 표면상태 불균일 등의 현상이 발생되지 않는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법에 있어서 상측 금형, 하측 금형 및 태양전지셀의 결합관계를 도시한 분해사시도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법에 있어서 태양전지셀의 형태 보정 메커니즘을 도시한 확대단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법의 수지 주입 단계에서 금형의 세워진 모습을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법의 일 실시예를 도시한 순서도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법에 있어서 상측 금형, 하측 금형 및 태양전지셀의 결합관계를 도시한 분해사시도 및 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법에 있어서 태양전지셀의 형태 보정 메커니즘을 도시한 확대단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법의 수지 주입 단계에서 금형의 세워진 모습을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은 MMA(Methyl Metha Acrylate)수지, 우레탄수지, 에폭시수지와 같은 액상의 수지를 이용하여 태양전지 모듈을 제조하는 방법으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 재료 준비 단계(S1), 태양전지셀 설치 단계(S2), 금형 결합 단계(S3), 수지 주입 단계(S4), 건조 단계(S5), 금형 분리 및 마무리 단계(S6) 등을 포함하여 이루어진다.
1. 재료 준비 단계(S1)
상기 재료 준비 단계(S1)에서는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 태양전지셀(1), 하측 금형(2), 상측 금형(3)과 같은 재료를 준비하는 단계로서, 특히 이 재료 준비 단계(S1)에서는 태양전지셀(1) 하면에 복수 개의 페라이트 자석(Ferrite magnet), 네오디움 자석(Neodium magnet) 등의 자석 플레이트(4)를 등간격으로 접착제, 양면 테이프 등을 이용하여 고정 부착시키며, 하측 금형(2)의 하면에는 복수 개의 자석 안착홈(5)을 형성한다.
바람직하기로는, 상기 자석 플레이트(4)로는 부도체이고 고온에 견디는 성질이 우수하며 자력의 세기가 뛰어난 페라이트 자석을 사용한다.
상기 하측 금형(2)은 금속으로, 상측 금형(3)은 강화유리로 제작함이 바람직하며, 하측 금형(2)도 강화유리로 제작될 수 있다. 구체적인 예로서, 하측 금형(2)은 상면이 개방되고 내부에 수지가 주입되는 오목부가 형성되고, 상측 금형(3)은 투명 강화유리판으로 제작될 수 있다. 또한, 상측 금형(3)인 강화유리판으로 그 하면이 난반사되는 반투명 유리를 사용함으로써 투입되는 빛의 반사를 방지하여 태양광 발전효율을 높일 수 있다.
상기 강화유리는 굴절률이 높은 태양전지 전용 강화유리를 포함한다.
2. 태양전지셀 설치 단계(S2)
상기 태양전지셀 설치 단계(S2)에서는 하측 금형(2)의 하부에 자석(6)을 고정시키고, 하측 금형(2)의 상부 내면에 태양전지셀(1)을 위치시키는 단계로서, 상기 자석(6)은 하측 금형(2)의 하부에 접착제로 부착 고정시켜 사용할 수도 있으나, 완성 후 태양전지 모듈의 분리 등의 제작의 용이성을 위해 상기 하측 금형(2)의 하면에 복수 개의 자석 안착홈(5)을 형성하고 태양전지셀 설치 단계(S2)에서 필요에 따라 원하는 위치에 적절한 개수의 자석(6)을 삽입하여 고정시켜 사용하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에서는 태양전지셀(1)에 미리 자석 플레이트(4)를 고정 설치하고 하측 금형(2)의 하면에도 자석(6)을 설치함으로써 하측 금형(2)에 태양전지셀(1)을 안착시 정확히 안착시킬 수 있고 금형이 이동이나 주입 작업 시에도 태양전지셀(1)이 위치를 이동하거나 회전하는 등의 움직임이 없으므로 불량 발생이 없다.
또한, 태양전지셀(1)은 리본 바의 설치로 인해 자체적으로 휨 변형이 발생되어 단면이 일직선상에 위치하지 않는 것이 통상적인데, 도 4에 도시된 바와 같이, 태양전지셀(1)의 하면에 자석 플레이트(4)와 하측 금형(2) 하부의 자석(6)간의 인력에 의해 휨 변형이 있는 태양전지셀(1)은 펴지게 됨으로써 태양전지셀(1)의 형태 보정이 이루어져 불량 발생이 저하되게 된다. 태양전지 모듈 제조 후 편평하게 나오게 된다.
상기 자석(6)은 자력의 세기가 크고, 반복적인 사용을 위해 네오디윰 자석을 사용함이 바람직하다.
3. 금형 결합 단계( S3 )
상기 금형 결합 단계(S3)는 상기 하측 금형(2)의 상부에 상측 금형(3)을 위치시킨 후 C클램프(C)나 집게와 같은 고정수단(C)을 이용하여 하측 금형(2)과 상측 금형(3)의 테두리를 서로 체결하는 과정이다. 이를 통해, 일부 개방부(7)를 제외하고 상측 금형(3)과 하측 금형(2) 사이에는 내부 공간이 형성되게 된다.
4. 수지 주입 단계(S4)
상기 수지 주입 단계(S4)는 상기 하측 금형(2)과 상측 금형(3) 사이에 형성된 공간에 액상의 수지를 주입하는 과정이다. 별도로 마련된 상측 금형(3)에 마련된 주입홀을 통해 액상의 수지를 정량토출기를 통해 주입하게 되며, 하측 금형(2)과 상측 금형(3) 사이의 공간에 있는 공기를 빼기 위해 주입홀의 반대편에 배출홀이 구비된다.
상기한 주입 방식은 금형을 수평으로 설치하여 주입하는 수평방식이나, 본 발명의 응용례인 수직방식으로서, 주입작업을 용이하게 하고 주입속도를 높이며 기포 배출을 용이하게 하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 재료 준비 단계(S1)에서 상측 금형(3) 및 하측 금형(2)의 결합시에 일측에 개방부(7)가 형성되도록 상측 금형(3)과 하측 금형(2)을 준비하고, 상기 개방부(7)를 통해 주입작업을 할 수 있다. 바람직하기로는 상측 금형(3)은 강화유리판으로 하고, 하측 금형(2)의 측벽 일부를 제거함으로써 개방부(7)를 형성한다.
5. 건조 단계(S5)
상기 건조 단계(S5)는 하측 금형(2)과 상측 금형(3) 사이에 주입된 수지를 건조시키는 과정으로서, 건조는 MMA 수지인 경우에는 60℃의 수중에서 15시간 동안 이루어지고, 우레탄 수지인 경우에는 60~120℃의 온도에서 3~6시간 동안 이루어진다.
이와 같이 MMA 수지인 경우에는 공기보다 비열이 큰 물 속에서 건조를 수행함으로써 건조 단계(S5)에서 발생되는 열을 충분히 흡수하여 열변형 및 파손을 방지할 수 있고 수압(水壓)과 주입된 수지에 의한 압력이 평형을 이루어 제조과정에서 나타나는 휨변형, 표면 볼록 등의 현상을 방지할 수 있다.
상기 본 발명의 응용례에서는 체결된 상측 금형(3) 및 하측 금형(2)을 상기 개방부(7)가 상부를 향하도록 수직으로 세워 건조하게 된다.
6. 금형 분리 및 마무리 단계(S6)
상기 금형 분리 및 마무리 단계(S6)는 하측 금형(2)과 상측 금형(3)을 분리한 후 마무리를 하는 과정으로, 하측 금형(2)과 상측 금형(3)의 분리 후 기포가 응집된 테두리 부분을 제거하거나 연마하는 작업을 하게 된다.
본 발명의 응용례에서는 기포가 응집된 상부 부분{금형 해체 전의 개방부(7)에 위치하는 부분}을 절단하는 절단 단계가 더 구비된다.
본 발명의 또 다른 응용례로서, 상기 수지 주입 단계(S4)와 건조 단계(S5) 사이에는 태양전지셀(1)이 설치되고 액상의 수지가 주입된 하측 금형(2) 및 상측 금형(3)을 진공 챔버에 넣어 진공 탈포를 수행하는 진공 탈포 단계가 더 구비되어 발생되는 기포를 완전히 제거함으로써 불량 발생을 줄이게 된다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법에 있어서 휨 발생이 없는 최적의 편평도를 얻기 위해 태양전지셀(1)을 기준으로 하판 높이{하측 금형 내부의 저면에서부터 태양전지셀(1) 하면까지의 높이; 자석 플레이트의 높이}와 상판 높이{태양전지셀(1) 상면으로부터 상측 금형의 저면까지의 높이}의 비는 45~49:51~55로 함이 바람직하다. 더욱 바람직하기에는, 하판 높이와 상판 높이의 비는 47:53으로 한다. 이를 통해, 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법에서는 상하로 휨변형이 없는 우수한 품질의 태양전지 모듈을 얻게 된다.
상기한 바와 같은 제조방법을 통해, 본 발명인 태양전지 모듈의 제조방법은 태양전지 모듈의 제조방법은 간단한 공정으로 태양전지셀(1)을 금형에 견고히 고정할 수 있도록 하여 액상의 합성수지 주입과 유동에 의해 태양전지셀(1)이 이동함으로써 발생되는 불량품을 원천적으로 차단할 수 있도록 하여 양질의 태양전지 모듈을 생산할 수 있고, 리본 바(Ribbon bar)의 결합 등에 의해 변형된 태양전지셀(1)을 인장시킴으로써 형태를 평평하게 하여 제작시 기포, 변형 등의 발생을 억제할 수 있으며, 간단한 공정으로 다양한 크기의 태양전지 모듈의 제조가 가능하며, 특별히 금형을 준비하지 않더라도 액상의 MMA수지, 우레탄수지, 에폭시수지로 간편하게 태양전지 모듈을 제작할 수 있고 경량이면서도 강성이 우수하며 태양발전 효율이 우수한 태양전지 모듈을 얻을 수 있으며, 태양전지 모듈을 제작하는 과정 중에 나타나는 휨 변형, 태양전지셀의 파손, 기포의 잔류, 표면상태 불균일 등의 현상이 발생되지 않는 이점을 가지게 된다.
1: 태양전지셀
2: 하측 금형
3: 상측 금형
4: 자석 플레이트
5: 자석 안착홈
6: 자석
7: 개방부
C: 고정수단

Claims (8)

  1. 태양전지셀, 하측 금형, 상측 금형을 형성하되,
    태양전지셀 하면에 복수 개의 자석 플레이트를 고정 부착하는 재료 준비 단계;
    상기 하측 금형의 하부에 자석을 고정시키고,
    상기 하측 금형의 상부 내면에 태양전지셀을 위치시키는 태양전지셀 설치 단계;
    상기 하측 금형의 상부에 상측 금형을 위치시킨 후 고정수단을 이용하여 하측 금형과 상측 금형을 서로 체결하는 금형 결합 단계;
    상기 하측 금형과 상측 금형 사이에 형성된 공간에 액상의 수지를 주입하는 수지 주입 단계;
    하측 금형과 상측 금형 사이에 주입된 수지를 건조시키는 건조 단계 및
    하측 금형과 상측 금형을 분리하는 금형 분리 및 마무리 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는
    태양전지 모듈의 제조방법
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 재료 준비 단계에는 하측 금형의 하면에 복수 개의 자석 안착홈을 형성하며,
    상기 태양전지셀 설치 단계에서 상기 자석은 상기 하측 금형의 자석 안착홈에 안착시키는 것을 특징으로 하는
    태양전지 모듈의 제조방법
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금형 결합 단계에서는 상측 금형 및 하측 금형의 테두리를 고정수단으로 체결하되, 상기 재료 준비 단계에서는 상측 금형 및 하측 금형에 의해 일측에 개방부가 구비된 내부 공간을 형성하도록 상측 금형 및 하측 금형을 가공하여 준비하며,
    상기 금형 분리 및 마무리 단계에서는 하측 금형과 상측 금형을 분리한 후 기포가 응집된 상부 부분을 절단하는 절단 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는
    태양전지 모듈의 제조방법
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조 단계에서의 건조는 MMA 수지인 경우에는 60℃의 수중에서 15시간 동안 이루어지고, 우레탄 수지인 경우에는 60~120℃에서 3~6시간 동안 이루어지는 는 것을 특징으로 하는
    태양전지 모듈의 제조방법
  5. 청구항 1에 있어서,
    상측 금형은 강화유리인 것을 특징으로 하는
    태양전지 모듈의 제조방법
  6. 청구항 1에 있어서,
    상측 금형은 그 하면이 난반사되는 반투명 강화유리인 것을 특징으로 하는
    태양전지 모듈의 제조방법
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 수지 주입 단계와 건조 단계 사이에는,
    태양전지셀이 설치되고 수지가 주입된 금형을 진공 챔버에 넣어 진공 탈포를 수행하는 진공 탈포 단계가 더 구비되는 것을 특징으로 하는
    태양전지 모듈의 제조방법
  8. 청구항 1에 있어서,
    태양전지셀을 기준으로 하판 높이와 상판 높이의 비는 45~49:51~55로 하는 것을 특징으로 하는
    태양전지 모듈의 제조방법
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KR20140046680A (ko) * 2012-10-10 2014-04-21 (주)에스티아이 태양전지 제조공정용 로드 카세트

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