KR101523156B1 - 태양전지용 주석-선피막 커넥터 생산 방법 및 한 방향으로 연장된 홈 구조를 지닌 금속호일 - Google Patents

Abstract

태양전지용 커넥터의 주석-선피막처리된 스트립을 생산하기 위해, 금속호일(30)이 롤러장치의 롤러 갭(46)을 통과하도록 안내되며, 그 롤러장치의 적어도 하나의 작동 롤러(48)는 홈 구조를 지닌 표면을 가지며, 그에 따라 산마루 또는 피크들과 골들을 갖는 홈 구조가 금속호일(30)의 적어도 한쪽 면속으로 돋을새김 되며, 납땜 예비형성물들(54) 형태의 납땜 주석이 돋을새김된 홈 구조를 지닌 금속호일(30)의 그 면에 가해지는데, 주석-선피막에 필요한 납땜 용제는 그 납땜 예비형성물 또는 금속호일에 미리 가해져 있고, 그 납땜 예비형성물(54)들은 금속호일(30)에 연결되거나 또는 그것에 가해져 용융되며, 그 돋을새김된 홈 구조를 지닌 주석-선피막처리된 금속호일(30)은 평행한 띠들로 분리된다. 납땜 예비형성물들(54)은 그것이 용융된 후에 그 홈 구조에 적어도 가득 찰 정도로 충분히 두껍다.

Description

태양전지용 주석-선피막 커넥터 생산 방법 및 한 방향으로 연장된 홈 구조를 지닌 금속호일 {PROCESS FOR PRODUCING PRE-TIN-PLATED CONNECTORS FOR PV CELLS AND FOR TIN-PLATING A METAL FOIL HAVING A GROOVE STRUCTURE RUNNING IN ONE DIRECTION}

본 발명은 태양전지(photovlataic cells: PV cells)용 주석-선피막처리된(pretinned) 커넥터를 생산하는 방법에 관한 것으로, 그 커넥터들은 길이 방향으로 연장된 홈 구조(a corrugated structure)를 갖는다. 또한, 본 발명은 적어도 한 쪽 면에 길이 방향으로 연장된 홈 구조를 지닌 금속호일(metal foil)에 관한 것이다.

태양전지용 커넥터는 전기전도성 물질로 된 스트립(strip)으로, 그 스트립은 전체 길이에 걸쳐 연장된 제1 및 제2 광면(broad sides)을 지님과 동시에 그 광면들의 맞은편 양쪽 벽에 각각 연결된 두 개의 협면(narrow sides)을 지닌 평편한 횡단면(a flat cross-section)을 갖는다. 적어도 제1 광면은 그 스트립의 길이방향으로 연장된 홈 구조를 갖는다.

태양전지용 커넥터들은 일반적으로 롤에 긴 띠처럼 감긴 채 공급된 다음 이들 띠를 개별적으로 절단한 것이다. 제1 및 제2 광면 또는 상면 및 하면의 정의는 최종적으로 공급되는 형태에서 감김 상태(winding)에 의해 좌우되고, 그런 만큼 원하는 대로 될 수 있다.

개별 태양전지들을 태양전지 모듈에 연결하기 위해 커넥터들이 태양전지에 사용된다. 예를 들어 5개의 태양전지가 커넥터를 써서 직렬로 연결된다. 각 커넥터는 태양전지 모듈의 두 개의 연속적인 셀들 간에 전기적 연결을 만들어준다. 대개 그 커넥터들은 결정화 실리콘으로 된 태양전지에 사용된다. 그러나 박막필름 태양전지에도 사용될 수 있다. 커넥터들은, 원하는 연결에 따라, 태양전지 모듈 내에서 인접 셀들의 전극(양극 및 음극)에 단단히 결합되어야 한다. 태양전지들이 직렬로 연결되고(양극에서 음극으로) 그리고 각 셀의 전극들의 방향성이 같으므로, 커넥터는 하나의 셀의 상단(소위 "양지(sunny side)"라 함)에 납땜된 다음 옆 셀의 하단(소위 "음지(shady side)"라 함)에 납땜된다.

종래의 태양전지 커넥터들은 전기전도성 재료 일반적으로는 구리로 된 스트립들(strips)이고, 두 광면은 매끈하다. 제조방법에 따라, 그 스트립은 모든 면(침지식 주석피막된 권선(dip-tinned rolled wire)) 또는 두 면(협장형 절단 띠(slit ribbon))상에 연납땜으로(soft solder) 주석피막 처리된다. 납땜 코팅은 커넥터의 전체 길이를 따라 균등하게, 일반적으로는 두 면상에 같은 두께로 균등하게 가해진다. 그 주석층의 횡단방향 두께 분포는 생산 방법에 따라 달라질 수 있다. 침지식 주석피막 와이어의 경우, 렌즈가 형성된다. 절단 띠의 경우, 그 납땜 층의 두께는 폭에 대하여 일정하게 유지된다.

홈 구조를 지닌 태양전지 커넥터들은, US-2007/0125415 A1과 JP-2006-013406뿐만 아니라, 스페인의 바로셀로나에서 1997년 6월 30일부터 7월 4일까지 열린 제14회 유렵 태양전지 태양 에너지 회의(EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE)에서 배포된 "태양전지 모듈 성능 향상을 위한 셀 상호접속의 최적화(OPTIMISATION OF CELL INTERCONNECTORS FOR PV MODULE PERFORMANCE ENHANCEMENT)"라는 제목의 발간물에 의해서 알려졌다. 이들 발간물에 설명된 것처럼, 100~140°, 바람직하게는 120°의 홈 구조 피크에서 최적각 α로는 커넥터들에 입사하는 빛의 대략 80% 정도가 태양전지 안에서 전반사에 의해 전기 생산에 쓰일 수 있고, 이에 의해 태양전지의 전체 효율은 대략 2% 정도 향상된다. 홈 구조의 표면은 반사를 늘리기 위해 은-도금 처리를 할 수 있다. 이들 발간물에는 커넥터들이 태양전지들에 어떻게 납땜되는지에 관해서는 설명이 없다. 평편한 광면을 가진 기존의 커넥터들은 침지식 납땜에 의해 주석-선피막처리된다. 하지만 홈 구조를 지닌 커넥터들의 경우, 이는 커넥터들이 자동화된 절차로 납땜되도록 해주기에 충분한 주석-선피막으로 이어지지는 못한다. 홈 구조를 가진 커넥터들은 그러므로 예를 들어 분배 헤드(dispensing head)를 써서 외부의 납땜 공급물에 의해서만 태양전지들 상으로 납땜될 수 있다.

본 발명의 목적은 두 광면 중 적어도 어느 한 면에 홈 구조를 가진 주석-선피막처리된 태양전지 커넥터들을 간편하고 확실하게 태양전지들에 납땜될 수 있도록 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 다음과 같은 점에서 달성된다.

- 금속호일이 롤링 장치의 롤러 갭(roll gap)을 통과하도록 안내되고, 적어도 하나의 작동 롤러(work roll)가 홈 구조의 표면을 지녀 산마로 또는 피크들과 골들을 갖는 홈 구조가 그 금속호일의 적어도 한쪽 면 안으로 돋을새김(embossed)되고,

- 납땜 주석이 납땜 예비형성물 (solder performs)(호일 부분들(foil sections))의 형태로 돋을새김 된 홈 구조를 지닌 금속호일의 그 면에 가해지되(applied), 주석 피막처리에 필요한 납땜 용제(soldering flux)가 미리 그 납땜 예비형성물 또는 금속호일에 가해져 있고,

- 그 납땜 예비형성물들은 그 금속호일 위로 녹아들고, 그리고

- 돋을새김 된 홈 구조를 지닌 주석피막 처리된 금속호일이 평행 띠들로 분리되며,

그 납땜 예비성형물들은 용융된 후에 그 홈 구조를 가득 채울 정도로 충분히 두껍다.

상기 띠들은 협형 또는 가로형 롤러(narrow or transverse rolls) 위에 감길 수 있다. 그런 다음, 개별 커넥터들은 이들 띠로부터 절단된다.

납땜 예비성형물들은 용융되기 전에 우선 금속호일에 연결되거나 고정될 수 있다. 흡입파지기를 써서 그 사전-절단된 납땜 예비성형물을 그 금속호일 위로 올려놓음으로써 그 납땜 예비성형물들이 그 금속호일에 연결될 수 있고, 그 흡입파지기로 제자리에 계속 받쳐진 그 납땜 예비성형물들이 제1 고온 엠보싱 헤드로 그 금속호일에 점 형태로(pointwise) 임시로 부착되고, 그런 다음 그 임시 부착된 납땜 예비성형물들은 금속호일의 표면 전체에 대하여 제2 고온 엠보싱 헤드로 가압되며, 그 온도는 액체화 온도(liquidus temperature)보다 섭씨 몇 도 아래이며, 그 결과 그 납땜은 부드럽고 걸쭉하며, 종국에는 표면 전체에 걸쳐 가압된 임시 부착 납땜 예비성형물들이 녹는다.

다른 방안으로, 그 납땜 예비성형물들은 또한 납땜 용제가 미리 가해져 있는 금속호일 상에 쉽게 안착될 수 있으며, 그 결과 여전히 눅눅하다(damp). 그 납땜 예비성형물들이 미끄러지지 않도록 그 납땜 예비성형물들을 장착 장치(hold-down)를 써서 그 금속호일 위로 부드럽게 가압한다. 그러면, 제1 고온 엠보싱 헤드를 사용하여 납땜 예비성형물들을 임시 부착하는 것은 필요 없게 된다.

그 납땜 예비성형물은 길이 방향으로 연장된 그 홈 구조를 적어도 채우는 주석-선피막을 하는 데 충분한 두께를 가진다. 금속호일로 만들어 질 수 있는 주석-선피막처리된 커넥터들의 긴 길이에서 그와 같은 처리를 하는 것을 가능하게 하기 위하여, 그 주석-선피막된 영역들은 코팅되지 않은 홈 구조의 산마루 또는 피크보다 약간만 더 높게 차올라 온다. 그 홈 구조는 그 납땜 물질의 거의 전부를 내포하고 그 결과 그 납땜 물질은 그 홈 구조의 산마루 또는 피크들보다 약간만 더 높게 차오른다. 약간 초과하는 것이 그 커넥터들의 후속 납땜의 성공을 위한 방책이다.

바람직하게는 그 롤러 장치의 나머지 하나의 작동 롤러 역시 홈 구조를 가지며, 그 결과 그 금속호일은 양쪽 면에 홈 구조를 가지게 된다. 그 홈 구조의 디자인은 양쪽 면에서 같거나 또는 다를 수 있다.

만약 금속호일이 한 면, 즉 상면에서만 그러한 홈 구조를 가지면, 나머지 매끈한 한 면, 즉 바닥면은 그 표면 전체에 대하여 예컨대 웨이브 납땜(wave soldering)으로 주석피막 처리될 수 있다. 그런 다음 그 상면은 생산될 태양전지 커넥터들이 태양전지들의 등위로 납땜되는 영역으로 나중에 될 영역에서만 주석피막 처리될 필요가 있다.

금속호일은 바람직하게는 0.1~0.25mm의 두께와 30~90mm의 폭을 지닌다. 작동 롤러들은 바람직하게는 피크와 피크사이의 거리가 150~250㎛이고 깊이는 대략 30~50㎛인 홈 구조를 지닌 표면을 가지며, 그 결과 100~140°, 바람직하게는 120°의 최적각 α가 그 홈 구조의 피크에서 얻어진다. 그러면 그 금속호일의 홈 구조는 길이방향 또는 그 롤러 장치의 가공방향으로 연장된 산마루 또는 피크들과 골들을 갖는다.

그 홈 구조의 피크에서 피크까지 간격이 150㎛보다 상당히 작으면, 태양전지 수율(yield)이 그 홈들의 끝 부분(tips)(산마루 또는 피크)에서의 손실만큼 감소한다. 선택된 간격이 길수록, 홈 구조의 프로파일이 더 깊어지고, 이는 제조상의 문제점들을 낳을 수 있다. 나아가, 그렇기 때문에 그 스트립이 전체적으로 불필요하게 두꺼워진다. 150㎛에 근사한 피크에서 피크까지 간격이 특히 바람직하다.

사용되는 금속호일은 아무것도 코팅하지 않거나 또는 한쪽 면 또는 양쪽 면에 은, 주석 또는 니켈로 코팅할 수 있다. 금속호일은 은으로 코팅하여 같은 것으로 만들어지는 태양전지 커넥터의 반사특성들을 향상시키는 것이 바람직하다. 그 얇은 은층에 주석-선피막이 적용된다.

바람직하게는, 태양전지들에 납땜되는 커넥터의 부분들(sections)을 나중에 구성하는 그 홈 구조의 금속호일의 그 영역들만 주석-선피막처리된다. 이를 위해, 납땜 주석이 그 금속호일에 납땜 예비성형물(호일 부분들(foil sections))의 형태로 가해진다. 그 납땜 예비성형물들은 스트립들이고, 그것의 폭은 커넥터의 스트립의 제1 및 제2 영역들의 길이에 대응하며, 따라서 그 스트립들을 생산하여 적용할 태양전지들의 면의 길이보다 약간 작다.

그 두 면의 납땜 표면들의 길이는 다를 수 있다. 그 납땜 표면(들)은 또한 본질적으로 비연속적일 수도 있다. 공급되는 형태대로, 즉, 롤러에 긴 띠(long ribbons) 모양으로 감긴 채로, 태양전지 커넥터들의 그 띠들은 편의상 각각의 광면(broad side)상에서 제1 및 제2 영역의 납땜 표면들에 관한 본질적으로 일정한 시퀀스를 가진다. 앞쪽 및 뒤쪽 납땜 표면에서 코팅되지 않는 표면들의 길이는 다를 수도 있다. 그렇지만, 그것들은 같은 리듬으로 반복된다. 두 가지 시퀀스의 제1 및 제2 광면에서의 위치는 일반적으로 고정되어 있고 서로에 대해 상대적으로 정의되어 있다.

6인치짜리 셀용 커넥터들을 만드는 데 사용되는 금속호일의 경우, 그 납땜 예비형성물들은 통상적으로 그 길이가 길이방향으로 145mm인 바, 즉 6인치 셀의 모서리의 길이보다 약간 짧다.

금속호일의 양면이 주석-선피막 처리되면, 한쪽 면상의 그 납땜 예비성형물들은 나머지 한쪽 면상의 납땜 예비성형물로부터 길이방향으로 소정 간격 떨어져 있는바, 그 간격은 대략 서로 연결되는 두 개의 태양전지 간의 간격에 대응한다. 태양전지 셀의 제1 영역들과 제2 영역들은 나중에 그 금속호일로부터 절단되는데 그러면 길이방향으로 이와 같은 간격을 또한 가지게 된다. 이 간격은 통상적으로 15mm이다. 커넥터들이 연속 띠(continuous ribbon)로부터 절단되므로, 0.5mm 정도의 절단 허용오차 역시 반드시 고려해야 한다. 전반적으로, 통상적인 커넥터 길이 따라서 305.5mm의 납땜 예비성형물들의 그리드가 얻어진다.

다른 태양전지들의 경우, 제1 및 제2 영역들 따라서 그 납땜 예비성형물들의 길이 또는 이송 방향으로의 치수들(dimensions)은 각 경우에 대응하여 더 작거나 더 크다.

작동 롤러의 홈 구조는 원형이거나 또는 축-평행형일 수 있고, 그리고 호일 내의 그 홈 구조는 따라서 기계가공 방향 또는 롤러 갭을 통하여 이송하는 방향 또는 그것을 횡단하는 방향으로 배열된다.

만약 작동 롤러들의 그 홈 구조가 원형이면, 그 호일은 역시 길이방향으로 절단되어 좁고 나란한 띠들로 되는 바, 그 띠의 폭은 태양전지의 폭과 동일하다. 이런 띠는 일반적으로 좁은, 단층 또는 가로형 롤러에 감긴다. 그런 다음 개별 커넥터들이 이들 띠로부터 절단된다.

만약 작동 롤러들의 홈 구조가 축-평행형인 경우, 그 띠의 폭은 생산할 태양전지 커넥터들의 길이와 처음부터 편의상 동일하다. 그 띠는 단층 롤러에 감기고 그런 다음 태양전지 커넥터들이 그 띠로부터 절단된다.

바람직하게는, 작동 롤러들의 홈 구조는 원형이고 그리고 호일의 홈 구조는 길이방향으로 연장된다(run).

납땜 표면들 간의 코팅되지 않은 표면들에 절연층이 제공될 수 있다. 배치(placement), 임시 부착, 전체 표면에 대한 고온 가압, 그리고 납땜 예비성형물의 용융 전 또는 -바람직하게는- 후에, 절연 호일이 고온 실링 방식으로 가해질 수 있다.

금속호일은 일반적으로 구리로 구성된다.

앞에서 언급한 그 금속호일과 홈 구조의 치수는 대표적인 값일 뿐이며, 본 발명은 이러한 값에 한정되지 않는다.

본 발명은 또 다른 주제는 위에서 설명한 방법에 따라 전기전도성 재질로 생만들 수 있는 금속호일인 바, 그 금속호일은 적어도 제1 면상에 한 방향으로 연장된 홈 구조를 가지며, 그 금속호일의 적어도 제1면은 그 홈 구조의 방향을 횡단하고 주석-선피막처리된 영역들을 가진다.

바람직하게는, 홈 구조 외에, 노치(notches)들이 1~5mm 간격으로 그 홈 구조의 방향으로 금속호일 속으로 도입하는데, 그 노치들을 따라 금속호일이 태양전지 커넥터들로 갈라질 수 있다.

그 노치들의 깊이는 편의상, 금속호일의 두께와는 독립적으로, 그 노치들에서 똑같은 나머지 재질 두께, 바람직하게는 40㎛이하, 그리고 특히 10~20㎛의 범위의 두께가 항상 남도록 선택된다. 그 금속호일의 추가적인 가공은 이에 의해 표준화될 수 있다. 커넥터들은 바람직하게는 전체적으로 4단계로 생산될 수 있다:

제1 단계에서, 0.1~0.25mm의 두께와 30~90mm의 폭을 지닌 금속호일 또는 구리 띠는 바람직하게는 제1 롤러 갭을 통과하도록 안내되고, 그 제1 롤러 갭의 두 개의 작동 롤러는 1~5mm 간격으로 배치된 원형의 돌출 쐐기모양 리브들(circular protruding wedge-shaped ribs)을 가져 대응되는 쐐기모양 노치들을 금속호일 안으로 돋을새김(emboss) 되게 하는데, 그 돋을새김 깊이는 이들 노치에서 그 금속호일의 재질 두께가 40㎛ 미만으로, 바람직하게는 10~20㎛로 감소되어 약화 라인(lines of weakness)이 형성되게 하는 크기이다. 그 금속호일의 재질이 그 노치들의 가장자리에서 바깥으로 살짝 밀려 나가 능선들이 형성된다. 그 쐐기모양 노치들은 대개 다시 닫히지만 그 약화라인들은 그대로 유지되어 약화된 지점들을 형성한다. 이후에 이들 약화라인을 따라 그 금속호일이 개별 띠(ribbons)로 갈라지며, 그것으로부터 태양전지 커넥터들이 분리된다.

제2 단계에서, 이들 약화지점들을 따라 약화된 그 금속호일은 위에서 이미 언급한 롤러장치의 롤러 갭인 제3 롤러 갭을 통과하도록 안내되는데, 적어도 하나의 작동 롤러가 홈 구조를 갖는 표면을 지녀 결과적으로 홈 구조가 그 금속호일 속으로 돋을새김 된다. 그 홈 구조는 피크에서 피크까지의 간격이 150~250㎛이고 깊이가 대략 30~50㎛이다. 그 금속호일이 그 제3 롤러 갭 안으로 도입되는데, 가능하다면 약화라인들이 그 작동 롤러의 홈 구조의 피크와 일치하도록 그리고 따라서 그 금속호일의 홈 구조의 골과 일치하도록 도입된다. 하지만 이런 일이 항상 일어나는 것은 아니고 그리고 필요한 것도 아니다.

제3 제조 단계에서, 위에서 언급된 것처럼, 태양전지들에 납땜되는 커넥터 절단체(cut-offs)를 나중에 구성하는 홈 구조 금속호일의 그 부분들만이 주석-선피막처리된다.

제4 제조 단계에서, 가로 스트립(transverse strips) 형태로 주석-선피막처리된 홈 구조의 금속호일이 그 약화라인들을 따라 좁은 띠 호일로 갈라진다. 이를 위해, 그 금속호일은 제4 롤러 갭을 통과하도록 안내된다. 분리기가 그 제4 롤러 갭, 예를 들면 고정된 분리 롤러 또는 분리 쐐기 다음에 배치되고, 인접 호일 띠들은 그 분리기 위쪽과 아래쪽에 교대로 안내되고 그에 의해 약화라인들을 따라 쪼개져 서로 분리된다. 그 금속호일은 강화된 상태로 편리하게 나눠지는데, 그 강화 작업은 제1 및 제2 제조 단계에서 앞선 작동 롤러에 의해 수행된다. 그렇게 하여 얻어진 각 호일 띠는 좁은 롤러나 또는 교차-권취(cross-wound) 롤러에 감긴다. 완성된 별도의 권취 밴드는 또한 부드러운 담금질처리를 한다.

자동화 가공 방법에서, 개별 커넥터들은 이들 호일 띠를 알려진 방식으로 절단한 것이고, 커넥터는 태양전지의 앞면과 다음 태양전지의 뒷면에 납땜된다.

커넥터들의 제1 및 제2 생산단계는 또한 그 금속호일을 제1 롤러 갭을 통과하도록 안내하는 것에 의해 합쳐질 수 있으며, 그 제1 롤러 갭의 두 작동 롤러는, 2~5mm 떨어진 원형의 돌출 쐐기모양의 리브들과 그리고 그 리브들 사이에 피크에서 피크까지 간격이 150~250㎛이고 깊이가 대략 30~50㎛인 홈 구조를 지닌 표면을 가진다. 그렇지만, 그 노치들 간의 홈 구조 역시 매끈하게 됨에 따라, 그 쐐기 모양의 노치들의 가장자리 능선들을 부드럽게 롤링하는 것이 필요 없게 되었음이 틀림없다.

이 4단계 방법은 제3 롤러 갭의 그 롤러(들)의 축방향-평행 홈 구조에도 사용될 수 있는바, 그 제1 롤러 갭의 작동 롤러(들)의 리브들 역시 축방향-평행하게 배치된다.

이들 네 가지 생산단계는 시간측정식 또는 연속 공정(a clocked or continuous process)에서 수행 할 수 있다. 시간측정식 공정의 경우, 그 금속호일은 돋을새김(제1 및 제2 단계) 후 감긴 다음 그 납땜 예비형성물의 용융을 위해 다시 풀린다(제3 단계). 그 납땜 예비형성물들은 앞서 언급한 정지해 있는 제2 고온 엠보싱 헤드를 써서 용융된다. 그런 다음, 주석-선피막처리된 금속호일이 다시 풀린다. 이것은 특히 편리한데, 그 이유는 제3 단계(주석-선피막처리)에서 금속호일이 그 납땜 예비성형물의 길이에 따라 단계적으로 앞으로 이동되는데 반면, 앞의 두 생산 단계와 제4 생산단계에서는 금속호일이 균일한 속도로 이송되기 때문이다.

연속 공정의 경우, 그 금속 호일 또한 그 제3 생산 단계에서 연속 운전으로 그 납땜 예비형성물로 선택적으로 덮는다. 그 납땜 예비형성물을 가하는 조치를 그 금속호일과 함께 수행하고, 그 용융을 위해 그 고온 엠보싱 헤드 대신에 실리콘-코팅된 롤러가 사용된다. 만약 그 생산 단계들이 금속호일의 다른 속도로 수행되면, 여기서도 또한 그 금속호일이 그 중간에 감길 수 있다.

사용되는 호일과 최종 생산된 띠의 폭은 태양전지 커넥터의 폭이나 길이의 배수일 수 있다. 그 띠들은 먼저 이러한 더 넓은 형태로 감기며, 그리고 태양전지들에 납땜되기 전까지는 길이방향이나 가로 방향으로 최종 크기로 절단되지 않는다.

본 발명에 따르면, 두 광면 중 적어도 어느 한 면에 홈 구조를 가진 주석-선피막처리된 태양전지 커넥터들을 간편하고 확실하게 태양전지들에 납땜할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 태양전지용 커넥터의 횡단면도이고;
도 2는 도 1의 커넥터의 종단면도이며;
도 3은 3 차원 등각 표시법으로 나타낸 태양전지용 커넥터를 도시하며;
도 4는 연결 커넥터로 연결된 3개의 태양전지의 분해도이며;
도 5는 도 4의 3개의 태양전지의 연결된 상태를 도시하며;
도 6은 태양전지용 커넥터의 생산방법을 개략적으로 도시하며;
도 7은 제1 롤러 갭을 보여주는 단면도이고;
도 8은 제2 롤러 갭을 보여주는 단면도이며;
도 9는 제3 롤러 갭을 보여주는 단면도이다.

본 발명의 방법을 써서, 태양전지(29)용 주석-선피막된 커넥터가 생산될 수 있는바, 그것은 평편한 횡단면과, 제1 상단 광면(top broad side, 12), 제2 하단 광면(bottom broad side, 14), 그리고 각각이 광면(12, 14)의 반대쪽 양쪽 벽에 연결된 두 개의 협면(narrow sides, 16)을 갖는 스트립(10)이다. 스트립(10)의 횡단면은 폭이 1mm이고 높이가 0.1mm이다(도 1). 그 스트립(10)은 구리 코어와, 그것의 상단 광면과 하단 광면에 전기전도도와 반사능력을 향상시키는 은 박층(a thin layer of silver)을 가진다. 그 은 박층은 도면에는 도시하지 않았다.

하단 광면(14)은 매끈한 반면, 상단 광면(12)은 피크와 골에서의 각이 120°인 삼각형 프로파일을 가진 홈 구조(18)를 갖는다(도 1 참조). 그 홈 구조(18)에서 피크와 피크 간 거리는 150㎛이고, 따라서 홈 구조의 깊이는 대략 40㎛이다. 스트립은 길이가 305.5mm 이고 세 영역으로 나뉜다. 제1 영역(20)에서는, 길이 145mm의 스트립이 그 홈 구조(18)를 유지하는 상단 광면(12)에 주석-선피막 처리되어 있고, 그 홈 구조(18)는 납땜 주석(26)으로 채워져 제1 영역(20) 내의 그 스트립(10)을 바깥에서 봤을 때 거의 매끈하다. 납땜 주석(26)은 그 홈 구조(18)의 피크들보다 수 마이크로미터 더 높게 차올라 있다. 중간 영역(22)은 그것의 스트립(10)이 상단 광면(12)과 하단 광면(14)의 어느 하나에 주석 처리가 되어 있지 않은 영역으로서, 그 중간 영역(22)은 제1 영역(20)과 결합한다. 그 중간 영역(22)은 연결 영역으로 작용하는 바, 길이는 15mm이다. 제2 영역(24)은 길이가 다시 145mm이고 주석-선피막된 하단 광면(14)을 가지며, 중간 영역에 결합한다. 주석-선피막의 두께는 대략 10㎛이다.

절단 허용오차 0.5mm를 포함하여, 스트립(10)의 길이는 305.5mm가 된다. 제1 및 제2 영역(20, 24)의 길이는 6-인치 전지(cell)의 모서리의 길이보다 약간 작다(도 4 및 도 5). 연결 영역(22)은 하나의 모듈 내의 두 개의 태양전지(29) 간의 거리에 해당한다. 제2 영역(24)의 하단 광면(14)은 태양전지(29)의 상단에 납땜되어 결과적으로 그 태양전지(29)의 개별 접촉 핑거들(contact fingers)에 대한 연결이 형성된다. 태양전지(29)가 직렬로 연결되므로, 홈 구조(18)가 납땜 주석(26)으로 완전히 채워진 그 제1 영역(20)은 인접 태양전지(29)의 바닥에 납땜되어, 결과적으로 그 접촉 핑거(contact fingers)들과 똑같은 접촉이 이루어진다. 옆쪽 커넥터--이것의 제1 영역(20)이 옆쪽의 하나의(next-but-one) 태양전지(29)의 저면에 다시 납땜됨--의 제2 영역(24)은 이 태양전지(29)의 상단에 납땜된다. 이런 식으로 다수의 태양전지들이 직렬로 연결된다.

한쪽 면에 홈 구조를 가진 태양전지용 주석-선피막된 커넥터들은 네 단계를 거쳐 생산되는데(도 6 참조), 이하에서는 시간측정식 공정(a clocked process)을 설명하기로 한다.

제1 단계에서, 0.1mm 두께와 30mm 폭을 가진 구리 호일 또는 구리 띠(30)가 제1 롤러 갭(32)을 통과하도록 안내되는데, 거기의 상부 작동 롤러(34)는 서로 1mm 정도씩 떨어져 있는 원형의 돌출 쐐기모양의 리브(circular protruding wedge-shaped ribs)(36)들을 가져, 대응 쐐기모양의 노치들(38)을 80㎛의 깊이로 구리 호일(30)에 돋을새김(emboss) 하여(도 7), 그 결과로 약화라인(40)들이 형성된다(도 6과 도 8). 하부 작동 롤러(42)는 표면이 매끈하다. 구리 호일(30)의 재질은 노치(38)들의 모서리에서 살짝 바깥으로 밀려서 능선(ridged)들이 형성된다. 그러므로 그 구리 호일(30)은 매끈한 작동 롤러를 가진 제2 롤러 갭(44)에서 다시 매끈한 표면으로 된다. 쐐기형 노치(38)들은 대부분 다시 닫히지만 약화 라인(40)들은 그대로 남아 분절점(break-off points)들이 형성된다(도 8).

제2 단계에서, 그 구리 호일(30)은 제3 롤러 갭(46)을 통과하도록 안내되며, 거기의 상부 작동 롤러(48)는 피크에서 피크까지 간격이 150㎛이고 깊이가 대략 40㎛인 홈 구조(50)를 지닌 표면을 갖는다(도 9 참조). 그 홈 구조(50)는 길이방향의 산마루 또는 피크들(crests or peaks)과 골들을 갖는다. 그 홈 구조(50)의 산마루(crests)와 골에서의 각 α은 120°이다. 제3 롤러 갭(46)의 하부 작동 롤러(52)는 표면이 매끈하다. 그 제3 롤러 갭(46)에서, 상부 작동 롤러(48)의 홈 구조(50)는 그 구리 호일(30) 안으로 대응 홈 구조(18)를 돋을새김 한다. 약화 라인(40)들이 상부 작동 롤러(48)의 홈 구조(50)의 산마루와 만나고 따라서 구리 호일(30) 안으로 돋을새김 된 홈 구조(18)의 골과 만나도록, 그 구리 호일(30)은 제3 롤러 갭(46) 속으로 도입된다.

제3 단계에서는, 구리 호일(30) 표면의 이들 단면들--나중에 태양전지(29)에 납땜되는 커넥터의 상단 광면(12)의 제1 영역들(20)과 하단 광면(14)의 제2 영역들(24)이 됨--은 주석-선피막처리된다. 이를 위해, 납땜 주석은 구리 호일(30)에 납땜 예비형성물(solder preforms)(54)의 형태로 가해진다(도 6 참조). 주석 피막(tinning)을 위해 필요한 납땜 용제는 납땜 예비형성물(54)에 미리 가해져있다. 그 납땜 예비형성물(54)들은 3-스테이지 방법을 써서 구리 호일(30)에 연결된다. 제1 스테이지에서는, 두 개의 엠보싱 스탬프를 지닌 제1 고온 엠보싱 헤드(66)를 써서 점 형태(pointwise)의 고온 엠보싱에 의해, 그 납땜 예비형성물(54)이 임시로 접착된다. 그렇게 함에 있어서, 사전-절단(pre-cut) 납땜 예비형성물(54)을 제자리에 위치시키고 흡입파지기(a suction gripper)를 써서 임시로 접착된 구리 호일(30) 위에 오게 잡아둔다. 그 흡입파지기는 두 개의 이격된 홈을 가져 그 홈들을 통해 제1 고온 엠보싱 헤드의 두 개의 주형(dies)이 이동하여 이들 지점에서 납땜 예비형성물(54)을 열과 압력에 의해 구리 호일(30)에 임시로 부착되게 한다. 그런 다음, 임시로 부착된 납땜 예비형성물(54)을 가진 구리 호일(30)은 시간을 더 잰 다음, 제2 스테이지에서 그 납땜 예비형성물(54)은 그 전체 표면에 대하여 제2 고온 엠보싱 헤드(68)를 써서 고온 엠보싱에 의해 압력이 가해진다. 가압된 납땜 예비형성물(54)을 가진 그 구리 호일(30)은 다시 더 시간을 잰 다음, 제3 스테이지에서 전체 표면이 가압되고 임시로 부착되어 있는 그 납땜 예비형성물(54)들을 적외선 방사기(70)을 사용하여 녹인다.

납땜 예비성형물(54)들은 납땜 주석의 스트립들이며, 그것들의 폭은 6-인치 태양전지의 모서리 길이 156mm 보다 약간 작은 145mm이다. 납땜 주석 스트립(54)들은 구리 호일(30)이 홈 구조(18)를 가로지르도록 놓인다.

제4 생산 단계에서는, 가로 스트립(transverse strips) 형태로 주석-선피막처리된 그 홈 구조의 구리 호일(30)은 약화라인(40)들을 따라 좁은 띠 형태의 구리 호일(58)로 갈라진다. 이를 위해, 구리 호일(30)은 그 구리 호일(30)에 압력을 전혀 가하지 않거나 조금만 가하는 매끈한 표면의 작동 롤러들을 가진 제4 롤러 갭(60)을 통과하도록 안내된다. 고정형 분리 롤러(62)가 그 롤러 갭 뒤쪽에 분리기로서 배치되어 있고, 그리고 인접하는 구리 호일 띠(58)들은 그 분리 롤러(62)의 위와 아래로 교대로 안내되어 약화라인(40)들을 따라 서로 분리된다. 이렇게 하여 얻어진 각각의 구리 호일 띠(58)는 권취롤러(64)에 감긴다.

만약 구리 호일(30)이 약화 라인(40)들을 가지지 않아야 하는 경우라면, 제1 및 제2 롤러 갭(32, 44)은 생략된다. 그런 다음, 홈 구조(18)와 주석-선피막이 제공된 구리 호일(30)은 롤 슬리터(roll slitters)를 써서 구리 호일 띠(58)로 나뉜다.

금속호일(30)이 보조를 맞추어 제3 생산 단계 즉, 주석-선피막 단계에서 앞으로 이동하는 동안에, 처음 두 생산 단계와 제4 생산 단계가 연속적으로 진행되므로, 금속호일(30)은 그 처음 두 생산단계 후에 감기고 그리고 나서 제3 생산 단계 동안에 풀린다. 이와 비슷하게, 그 제3 생산 단계 후에 그것은 모두 감기고 그리고 나서 다시 제4 생산 단계 동안에 풀린다. 중간에 감는 것은 도 6에서는 구리 호일(30)을 나타내는 선에서 절단한 부위로 나타내져 있다. 구리 호일(30)은 또한 제1 및 제2 롤러 갭(32, 44)을 통과한 다음 임시로 감길 수도 있다.

태양전지들의 스트립들(10)은 대개 하단 및 상단 광면 상에 홈 구조(18)를 갖는다. 그와 같은 태양전지 커넥터를 생산하기 위해, 제1 롤러 갭(32)의 하부 작동 롤러(42)는 또한 홈 구조(50)를 갖는다. 금속호일(30)의 양면의 영역들은 주석으로 처리된다. 금속호일(30)의 상단면과 하단면의 주석처리 영역들은 중첩되지 않고, 하지만 서로 연결되어야 하는 두 개의 태양전지(29) 간의 거리와 절단 허용오차 0.5mm에 교대로 대략 대응하는 갭만큼 길이 방향으로 분리되어 있다.

금속호일(30)의 양쪽 면은 그들의 표면 전체에 대하여 주석처리될 수도 있다. 이것으로부터 절단된 태양전지 커넥터들은 임의의 사이즈의 태양전지용으로 사용될 수 있다. 그러나 유익한 반사 특성들은 손실된다. 그러므로 편의상, 금속호일(30)의 적어도 한쪽 면은, 태양전지 커넥터들로 분리된 후, 태양전지(29)의 하면에 납땜되는 태양전지 커넥터들의 상단 광면(12)의 제1 영역들(20)을 형성하는 영역들에서만, 주석처리 되어야 한다.

10: 스트립 12: 상단 광면
14: 하단 광면 16: 협면
18: 스트립/호일의 홈 구조 20: 제1 영역
22: 중간 영역 24: 제2 영역
25: 접촉 핑거 26: 납땜 주석
29: 태양전지 30: 구리 호일
32: 제1 롤러 갭 34: 상부 롤러
36: 리브(ribs) 38: 노치(notches)
40: 약화 라인 42: 하부 작동 롤러
44: 제2 롤러 갭 46: 제3 롤러 갭
48: 상부 작동 롤러 50: 작동 롤러의 홈 구조
52: 하부 작동 롤러 54: 납땜 예비형성물
55: 제1 단계(점형태 고온 엠보싱)
56: 제2 단계(전체 표면 고온 엠보싱)
57: 제3 단계 (용융) 58: 호일 띠
60: 제4 롤러 갭 62: 분리 롤러
64: 롤러 66: 제1 고온 엠보싱 헤드
68: 제2 고온 엠보싱 헤드 70: 적외선 방사기

Claims (10)

1. 태양전지용 커넥터들(connectors for PV cells)의 주석-선피막처리된 스트립(10)들을 생산하는 방법으로서,
   - 금속호일(30)이 적어도 하나의 작동 롤러(48)가 홈 구조(corrugated structure)(50)의 표면을 가진 롤러 장치(rolling mill)의 롤러 갭(46)을 통과하도록 안내되어, 꼭대기 또는 피크들과 골을 갖는 홈 구조(18)가 금속호일(30)의 적어도 한쪽 면 속으로 돋을새김(embossed)되고;
   납땜 예비형성물들(sloder performs)(54) 형태의 납땜 주석(soldering tin)이 금속호일(30)의 돋을새김된 홈 구조(18)를 가진 그 면에 가해지되, 주석피막 처리(tinning)에 필요한 납땜 용제(soldering flux)는 납땜 예비형성물들(54) 또는 금속호일(30)에 미리 가해져 있으며;
   - 납땜 예비형성물들(54)이 금속호일(30) 위로 녹아들고; 그리고
   - 돋을새김된 홈 구조(18)를 가진 주석-선피막처리된 금속호일(30)이 평행한 띠들(parallel ribbons)(58)로 분리되며,
   납땜 예비형성물들(54)은 용융 후에 홈 구조(18)를 적어도 가득 채울 정도의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터들의 주석-선피막처리된 스트립(10) 생산 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 용융은,
   - 납땜 예비형성물들(54)을 그 금속호일(30)에 점 형태로 임시로 부착하는 것,
   - 그런 다음, 임시 부착된 납땜 예비형성물들(58)을 전체 표면에 걸쳐 금속호일(30)로 가압하는 것, 그리고
   - 끝으로, 전체 표면(54)에 걸쳐 가압된 임시 부착된 납땜 예비형성물들을 용용시키는 것에 의해 일어나는 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터들의 주석-선피막처리된 스트립 생산 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 용융은,
   납땜 용제가 미리 가해져 있는 금속호일(30)상으로 납땜 예비성형물들(54)을 가압하는 것; 및
   전체 표면에 걸쳐 가압된 임시 부착 납땜 예비성형물들(54)을 용융시키는 것에 의해 일어나는 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터들의 주석-선피막처리된 스트립 생산 방법.
4. 제1항, 제2항, 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 작동 롤러(48, 52)는 홈 구조(50)를 지닌 표면을 가지고, 그에 따라 금속호일(30)의 양 면에 홈 구조(18)가 돋을새김 되고, 금속 호일(30)의 양 면은 영역(20, 24)에서 주석-선피막 처리되고, 영역들(20, 24)의 길이는 태양전지(29)의 모서리의 길이보다 짧으며, 금속호일(30)의 한쪽 면상의 영역들(20)은 금속호일(30)의 다른 한 쪽 면상의 영역들(24)과는 길이방향으로, 서로 연결될 두 개의 태양전지(29) 간의 거리와 절단 허용오차에 교대로 근사적으로 대응하는 간격만큼, 분리되는 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터들의 주석-선피막처리된 스트립 생산 방법.
5. 제1항에 있어서, 납땜 주석(26)은 용융 후에 홈 구조(18)의 피크들보다 약간 더 높게 차오르는 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터들의 주석-선피막처리된 스트립 생산 방법.
6. 제1항에 있어서, 금속 포일(30)은 0.1~0.25mm의 두께와 30~90mm의 폭을 가지며, 작동 롤러(48, 52)는 원형의 홈 구조(18)를 가지는 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터들의 주석-선피막처리된 스트립 생산 방법.
7. 제1항에 있어서, 금속호일(30)은 제1 롤러 갭(32)을 통과하도록 안내되며, 제1 롤러 갭(32)의 적어도 하나의 작동 롤러(34)는 1~5mm의 간격으로 원형의 돌출쐐기모양의 리브들(ribs)(36)을 가지며, 리브들(36)은 대응되는 쐐기모양 노치들(38)을 금속호일(30) 속으로, 이들 노치(38)에서 금속호일(30)의 재질 두께가 40㎛ 미만으로 감소되어 약화라인들(40)이 형성되는 정도의 깊이까지, 돋을새김(emboss)하는 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터들의 주석-선피막처리된 스트립 생산 방법.
8. 제7항에 있어서, 금속호일(30)은 매끈한 표면의 작용롤러들을 가진 제2 롤러 갭(44)을 통과하도록 안내되며, 이에 의해 노치들(38)의 모서리에서 바깥쪽으로 밀려난 능선부들(ridges)이 다시 매끈하게(smoothed) 된 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터들의 주석-선피막처리된 스트립 생산 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 롤러 장치의 작동 롤러(48)들 중 하나만이 홈 구조(50)를 갖는 표면 영역을 가지며, 그에 따라 홈 구조(18)가 금속호일(30)의 한쪽 면에만 돋을새김된(embossed) 것을 특징으로 하는 태양전지용 커넥터들의 주석-선피막처리된 스트립 생산 방법.
   
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