KR102231314B1 - 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법 및 태양전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
전도성 접착제의 도포량을 제어하는 것에 의해 태양전지의 출력 및 변환 효율성을 증가시킨 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법 및 태양전지 모듈에 관한 것으로, (a) 은(Ag)으로 이루어진 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 이루어진 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 준비하는 단계, (b) 상기 단계 (a)의 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 상기 단위 셀의 후면 전극에 전도성 접착제를 도포하는 단계 및 (d) 상기 단계 (c)에서 상기 전도성 접착제가 도포된 상기 후면 전극과 전면 전극을 서로 직렬 연결하여 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (c)에서 전도성 접착제의 도포는 250㎛의 직경을 갖는 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출되는 전도성 접착제의 토출량의 RPM 제어에 의해 실행되고, 상기 단계 (d)에서의 스트링 형성은 25~35초 및 130~150℃의 열처리 조건에서 실행되며, 상기 전도성 접착제는 상기 후면 전극 상에 0.02g 이상 도포되는 구성을 마련하여, 태양전지의 출력과 변환 효율성을 증가시킬 수 있다.
Description
본 발명은 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법 및 태양전지 모듈에 관한 것으로, 특히 전도성 접착제의 도포량을 제어하는 것에 의해 태양전지의 출력 및 변환 효율성을 증가시킨 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법 및 태양전지 모듈에 관한 것이다.
현재 주 에너지원인 화석연료는 그 매장량이 점차 고갈되고 있으며 지구온난화 등 지구환경에 악영향을 미치고 있어 인류는 대체에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 환경문제 및 고갈의 우려가 없는 대체에너지로 풍력, 수력, 원자력, 태양에너지 등이 있으며, 그중 무한한 에너지원으로 알려진 태양광 발전은 화석연료를 대체할 수 있는 미래의 대안으로 급부상하고 있다.
태양광 발전은 무한정, 무공해의 태양 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다. 태양광 발전의 기본 원리는 반도체 PN 접합으로 구성된 태양전지(solar cell)에 태양광이 조사되면 광에너지에 의한 전자, 정공 쌍이 생겨나고, 전자와 정공이 이동하여 n 층과 p 층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.
태양전지 모듈은 태양전지를 외부환경으로부터 보호하기 위하여 다층 구조로 이루어진다. 태양전지 모듈 프레임은 태양전지 모듈의 기계적인 강도를 유지하고, 태양전지와 태양전지의 전면 및 후면에 적층되는 재료들을 강하게 접합시키는 역할을 수행한다.
태양전지를 사용한 태양광 모듈의 제조에서 일반적으로 대규모 증설을 통한 고정비의 절감, 실리콘 웨이퍼의 비용을 줄이기 위해 셀의 두께를 줄이는 것과 같은 원재료 사용량을 줄이거나 공정상의 손실(loss)을 줄이는 방법 등으로 모듈 원가를 절감하는 것이 유효했지만, 기술의 발전에 따라 더 이상 대규모 증설과 원재료 사용량 감축은 쉽지 않아지고 있다.
한편, 태양광 모듈은 다수의 스트링(string)이 직렬 연결되어 구성된다. 예를 들어, 4개의 스트링이 하나의 태양광 모듈을 구성하며, 이들 각각은 독립적으로 태양광 발전 기능을 갖는다. 이러한 태양광 모듈 스트링은 부하까지 직접 전력 케이블이 연결되는데 종종 선로의 누전으로 인해 불필요한 전력 소모가 심각하게 누적되는 문제점이 있다.
이러한 기술의 일 예가 하기 문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 도 1에 도시된 바와 같이, 전면 전극(150) 및 후면 전극(160)을 포함하는 PERC(Passivated Emitter and Rear Cell) 태양 전지(102) 셀을 준비하는 단계, 상기 전면 전극 및 후면 전극 중 적어도 어느 하나에 요철부(151, 161)를 형성하는 단계, 상기 PERC 태양 전지 셀을 싱귤레이션하여 다수의 PERC 태양 전지 유닛(101)을 준비하는 단계 및 상기 다수의 PERC 태양 전지 유닛 중 일측의 PERC 태양 전지 유닛의 전면 전극과 타측의 PERC 태양 전지 유닛의 후면 전극 사이의 접합 영역(180)에 도전성 접착제(190)를 개재하여 슁글드 어레이 구조 방식으로 상호 간 접합하는 단계를 포함하고, 상기 상호 간 접합하는 단계는 상기 도전성 접착제로서 도전성 필러 충전 열 경화성 수지가 이용되어 수행되되, 상기 도전성 필러 충전 열경화성 수지는 도전성 필러로서 은 플레이크와 열경화성 수지로서 다관능 에폭시를 포함하는 고효율 PERC 태양 전지의 제조 방법에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 태양전지 서브모듈(710) 양단의 전극에 도전성 접착제(702)를 도포하는 도전성 접착제 도포 단계, 보호용 덮개유리(720)에 투명 접착제(704)를 도포하는 투명 접착제 도포 단계, 복수의 태양전지 서브모듈의 전극을 서로 겹쳐 상기 보호용 덮개유리에 배열하는 태양전지 서브모듈 배열 단계 및 상기 도전성 접착제 및 상기 투명 접착제를 가열 및 경화시키는 가열 및 경화 단계를 포함하는 염료감응형 태양전지의 제조 방법에 대해 개시되어 있다.
한편, 하기 특허문헌 3에는 금속 유연 기판의 상부에 복수의 단위 셀을 포함하는 태양 전지를 형성하는 태양 전지 형성 단계, 상기 복수의 단위 셀 각각에 전도성 접착층을 형성하는 전도성 접착층 형성단계, 상기 복수의 단위 셀을 서로 분리하여 복수의 태양 전지 셀을 형성하는 싱귤레이션 단계 및 상기 복수의 태양 전지 셀을 서로 직렬로 접속하여 태양 전지 모듈을 형성하는 직렬접속 단계를 포함하고, 상기 전도성 접착층 형성 단계에서는 상기 투명 전극의 상면에서 단위 셀의 일단에 제1 전도성 접착층을 형성하고, 상기 금속 유연 기판의 하면에서 단위 셀의 타단에 제2 전도성 접착층을 형성하는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 대해 개시되어 있다.
상술한 바와 같은 특허문헌 1 및 3에 개시된 기술에서는 도전성 접착제(ECA)를 이용하여 분할된 각 셀의 전면 전극과 후면 전극을 서로 직렬로 연결하여 슁글드 모듈 방식의 태양전지 스트링을 제작하는 것에 대해 기재되어 있지만, 태양광 모듈의 출력과 경제성을 고려한 도전성 접착제의 도포량에 대해서는 개시되어 있지 않았다.
또 상기 특허문헌 2에는 도전성 접착제 및 투명 접착제의 경화 온도가 실온(25℃)~100℃ 범위에 대해서만 개시되어 있을 뿐, 이 특허문헌 2에도 태양광 모듈의 출력과 경제성을 고려한 도전성 접착제의 도포량에 대해서는 개시되어 있지 않았다.
또한, 상술한 바와 같은 종래의 기술에서는 슁글드 모듈의 스트링의 경우, 50~100㎝ 이내로 길이를 조절할 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 분할 이후 접합시 전면 전극(Ag)과 후면 전극(Ag) 라인의 정합한 후 ECA(Electroconductive Adhesive)로 접합하는 구조이다. 이와 같은 종래의 슁글드 모듈에서는 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 후면 전극에 은(Ag)을 그리드(grid)하여 전면 전극의 은(Ag)과 접합하므로, 은(Ag) 라인을 추가하는 공정이 발생하며, 고가의 은(Ag)을 사용하므로 태양광 모듈의 제조 비용이 증가한다는 문제점이 있었다.
즉, 상술한 바와 같은 종래의 기술은 접합부의 전면 전극 및 후면 전극이 모두 은(Ag)으로서 Ag의 두께가 50~70㎛ 이상이다. 그러나 일반적인 태양 전지의 후면 전극은 알루미늄(Al)을 사용하며, 상술한 바와 같은 접합을 위해 Ag를 후면 전극에 적용하는 공정이 추가됨으로써 공정 가격이 상승한다는 단점이 있다. 또한, 현재의 태양 전지 회사들에서는 전면 전극 및 후면 전극을 전부 은(Ag)으로 생산하지 않아 제작자의 의뢰에 의해 별도로 후면 전극에 은(Ag) 라인을 제작해야 하므로, 공정 추가에 의해 약 3배의 제조 비용이 추가된다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 전도성 접착제의 토출량(또는 도포량)을 제어하여 태양전지의 제조 비용을 절감할 수 있는 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법 및 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 은(Ag)으로 형성된 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 형성된 후면 전극을 적용하면서 태양전지의 출력과 변환 효율성을 증가시킨 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법 및 태양전지 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법은 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 제조하는 방법으로서, (a) 은(Ag)으로 이루어진 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 이루어진 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 준비하는 단계, (b) 상기 단계 (a)의 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 상기 단위 셀의 후면 전극에 전도성 접착제를 도포하는 단계 및 (d) 상기 단계 (c)에서 상기 전도성 접착제가 도포된 상기 후면 전극과 전면 전극을 서로 직렬 연결하여 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단계 (c)에서 전도성 접착제의 도포는 250㎛의 직경을 갖는 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출되는 전도성 접착제의 토출량의 RPM 제어에 의해 실행되고, 상기 단계 (d)에서의 스트링 형성은 25~35초 및 130~150℃의 열처리 조건에서 실행되며, 상기 전도성 접착제는 상기 후면 전극 상에 단위 면적당 0.0209g 내지 0.0265g 도포되는 것을 특징으로 한다.
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또 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법에서, 상기 전도성 접착제는 상기 후면 전극 상에 10㎛의 두께 및 1.5㎜ 폭으로 도포되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법에서, 상기 전도성 접착제는 전도성 충진제, 바인더, 용제 및 첨가제를 포함하고, 상기 전도성 충진제는 Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ni 및 카본 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 상술한 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법에 의해 형성된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법 및 태양전지 모듈에 의하면, 전도성 접착제의 도포 과정에서 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출되는 전도성 접착제의 토출량(또는 도포량)을 제어하는 것에 의해 은(Ag)으로 형성된 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 형성된 후면 전극을 적용하여도 태양전지의 출력과 변환 효율성을 증가시킬 수 있다는 효과가 얻어진다. 즉 본 발명에 따르면, 은(Ag)으로 형성된 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 형성된 후면 전극으로 이루어진 종래의 태양전지 구조를 분할하여 접합하되, ECA의 토출량을 제어함으로써 추가 공정없이 출력을 기존 구조와 맞출 수 있다는 장점이 있다.
또 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법 및 태양전지 모듈에 의하면, 후면 전극에 은(Ag)을 그리드하여 전면 전극의 은(Ag)과 접합하여 은(Ag) 라인의 추가 공정 발생 및 고가의 은(Ag) 자체를 사용하는 종래의 기술에 비해 추가 공정을 생략하고 은(Ag)을 함유한 전도성 접착제(ECA)를 적용하므로, 67% 이상의 원가를 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래의 PERC 태양 전지 유닛의 전면 전극과 후면 전극 사이에 도전성 접착제가 개재된 슁글드 어레이 구조를 설명하는 도면,
도 2는 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 종래의 5 분할 전면 전극과 후면 전극의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 이용한 태양전지 모듈의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도,
도 5는 본 발명에 적용되는 태양전지 셀의 사진,
도 6은 분사된 전도성 접착제(ECA)의 마이크로 디스펜서에서 RPM 변화에 따른 도포 현상을 나타내는 사진,
도 7은 분사된 전도성 접착제(ECA)의 마이크로 디스펜서에서 RPM 변화에 따른 토출량 변화를 나타내는 사진,
도 8은 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법에 의해 제조된 태양전지 모듈에서의 출력과 변환 효율성을 나타내는 그래프.
도 2는 염료감응형 태양전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면,
도 3은 종래의 5 분할 전면 전극과 후면 전극의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 이용한 태양전지 모듈의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도,
도 5는 본 발명에 적용되는 태양전지 셀의 사진,
도 6은 분사된 전도성 접착제(ECA)의 마이크로 디스펜서에서 RPM 변화에 따른 도포 현상을 나타내는 사진,
도 7은 분사된 전도성 접착제(ECA)의 마이크로 디스펜서에서 RPM 변화에 따른 토출량 변화를 나타내는 사진,
도 8은 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법에 의해 제조된 태양전지 모듈에서의 출력과 변환 효율성을 나타내는 그래프.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본원에서 사용하는 용어 "전도성 접착제(Electroconductive Adhesive)"는 전기 전자 제품이나 회로의 배선 접합에 사용하는 전기 전도성을 가진 접착제로, 에폭시 수지에 은 입자를 배합한 것을 사용한다. 이러한 전도성 접착제가 전도성을 발현하는 원리는 접착제 중에 분산되어 있는 전도성 필러가 경화 또는 고화 단계에서 필러와 필러의 접촉이 일어나 전도성을 발현하는 것이다. 또 전도성 접착제는 마이크로 디스펜서를 이용하여 도포하며 니들로부터의 토출량(또는 도포량)이 일정해야 하고 흘러내리지 않게 한다. 전도성 충진제로는 금, 백금, 은, 구리, 니켈 등의 금속분말, 카본 또는 카본 섬유, 흑연 및 복합 분말 등이 사용할 수 있다.
본 발명에서는 태양전지 모듈의 단위당 변환 효율과 출력을 높이기 위해 전면 전극과 후면 전극을 전도성 접착제로 연결하는 슁글드 어레이(shingled array) 공정을 적용하였다.
또 본 발명에 따른 태양전지 모듈은 전면에 유리가 위치하고, 후면에는 EVA 시트가 배치되며, 스트링 라인이 설치되며, 셀 뒷면에는 셀을 보호하기 위한 EVA와 백시트(Backsheet)가 놓이고 라미네이션 공정이 실행되고, 외부로 전기를 추출하기 위한 배선이 포함된 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 이용한 태양전지 모듈의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도이고, 도 5는 본 발명에 적용되는 태양전지 셀의 사진이다.
본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 이용한 태양전지의 제조는 먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 준비한다(S10).
상기 태양전지 셀은 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같은 셀 구조로서, 기판, 기판 중에서 빛이 입사되는 입사면인 전면에 형성된 에미터, 에미터 위에 형성된 반사 방지막, 기판의 전면과 대향하는 기판의 후면에 형성된 다수의 보호막(passivation layer), 에미터와 전기적으로 연결된 다수의 전면 전극, 다수의 보호막과 기판에 형성된 일체의 후면 전극, 후면 전극과 기판 사이에 형성된 다수의 후면 전계층을 포함할 수 있다.
상기 기판은 제1도전성 타입, 예를 들어 n형 또는 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체일 수 있고, 상기 에미터는 기판의 도전성 타입과 반대인 제2도전성 타입, 예를 들어, p형 또는 n형의 도전성 타입의 불순물로서, 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하게 한다.
상기 반사 방지막은 에미터 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx)이 증착되어 형성될 수 있으며, 상기 다수의 보호막은 기판의 후면에 형성되며, 기판의 후면 근처에서 전하의 재결합율을 감소시키는 기능을 갖도록 한다.
상기 다수의 전면 전극은 에미터 위에 형성되어 에미터와 전기적으로 연결되고, 서로 이격되게 정해진 방향으로 정렬되고, 에미터 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 정공/전자를 수집하여 외부 장치(부하)로 출력하는 기능을 가지며, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어지며, 본 발명에서 상기 전면 전극은 은(Ag)으로 이루어진 구성을 적용하였다.
상기 후면 전극은 도전성 물질로 이루어져 있고, 다수의 보호막과 기판의 후면에 일체로 형성될 수 있으며, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 제조 비용 등을 고려하여 상기 후면 전극은 알루미늄(Al)으로 이루어진 구성을 적용하였다.
상기 후면 전계층은 후면 전극과 기판 사이에 형성될 수 있으며, 기판의 후면 쪽으로의 정공/전자 이동이 방해되어 기판의 후면에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 현상이 방지하는 기능을 갖는다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 통상의 태양전지 셀에 적용되는 은(Ag)으로 형성된 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 형성된 후면 전극을 적용하며, 후면 전극에 대한 추가 공정 없이 전도성 접착제의 토출량을 제어하여 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 제조한다. 따라서, 후면 전극의 후 가공에 따른 제조 공정을 단축하고 비용을 절감할 수 있으므로 비교적 저렴한 태양전지 모듈을 제공할 수 있다.
다음에 상기 단계 S10에서 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성한다(S20).
상기 단계 S20에서의 절단은 예를 들어, 나노 세컨드 레이저(532nm, 20ns, 30-100 KHz from Coherent)에 의해 실행될 수 있다. 즉 532nm 파장을 사용하는 20ns 레이저에서 평균 파워 10W, 주파수 50KHz, 스캔 속도 1,300mm/s로 설정하여 실행될 수 있다.
이어서 상기 단계 S20 마련된 상기 단위 셀의 전면 전극과 후면 전극 중의 적어도 어느 하나에 전도성 접착제를 도포한다(S30).
이러한 전도성 접착제로서는 시장에 나와 있는 전도성 접착제 중에 본 발명에 적합한 높은 전도성과 알맞은 점도를 가진 제품으로서, 예를 들어 SKC Panacol의 EL-3012, EL-3556, EL-3653, EL-3655과 Henkel의 CE3103WLV, CA3556HF을 적용할 수 있으며, 예를 들어, 25℃에서의 점도 28,000~35,000 mPa·s(cP), 전기적 특성으로서, 체적 저항률 0.0025 Ω·cm, 경화 온도 130~150℃, 경화 시간 25~35초의 특성이 있는 접착제를 적용한다. 또 전도성 접착제에서 전도성 충진제는 Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ni 및 카본 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 단계 S30에서 전도성 접착제의 도포는 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출되는 전도성 접착제의 토출량을 제어하여 실행된다. 상술한 전도성 접착제의 도포는 예를 들어, 25℃에서의 점도 28,000~35,000 mPa·s(cP), 전기적 특성의 체적 저항률 0.0025 Ω·cm, 경화 온도 130~150℃, 경화 시간 25~35초의 특성이 있는 전도성 접착제를 250㎛의 직경을 갖는 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출량을 RPM의 제어로 실행된다.
도 6은 분사된 전도성 접착제(ECA)의 마이크로 디스펜서에서 RPM 변화에 따른 도포 현상을 나타내는 사진이고, 도 7은 분사된 전도성 접착제(ECA)의 마이크로 디스펜서에서 RPM 변화에 따른 토출량(또는 도포량) 변화를 나타내는 사진이다.
도 7은 "Henkel사"의 전도성 접착제(ECA)를 사용하여 똑같은 토출 조건이므로 나오는 토출량이 일정한 디스펜서의 구조에서 접합장치의 디스펜서의 주사 속도(scan speed)와 RPM에 따라 두께가 결정되며, 약 10㎛의 두께로 도포된 것이다. 또 도포된 전도성 접착제(ECA)의 폭은 접합부의 전극의 폭과 일치를 시켜야 하므로, 약 1.5㎜로 형성된다.
도 6 및 도 7의 (a) 및 (b)에서 알 수 있는 바와 같이, RPM 60 미만에서는 분사된 전도성 접착제(ECA)의 폭이 균일하지 않음을 알 수 있다. 도 7의 (a)는 전도성 접착제(ECA)가 RPM 40에서 단위 면적당 도포량 0.0085g으로 도포된 상태이고, 도 7의 (b)는 전도성 접착제(ECA)가 RPM 60에서 단위 면적당 도포량 0.0129g으로 도포된 상태를 나타내는 사진이다.
한편, 도 6 및 도 7의 (c) 및 (d)에서 알 수 있는 바와 같이, RPM 90 이상부터는 균일한 폭으로 전도성 접착제(ECA) 분사가 가능하며, 분사된 전도성 접착제(ECA) 양은 RPM에 비례하여 증가함을 알 수 있다. 특히, 120 RPM의 속도로 분사되는 경우, 은(Ag)으로 이루어진 전면 전극 또는 알루미늄(Al)으로 이루어진 후면 전극 상에 특정 두께로 균일하게 도포됨을 알 수 있었다. 도 7의 (c)는 전도성 접착제(ECA)가 RPM 90에서 단위 면적당 도포량 0.0209g으로 도포된 상태이고, 도 7의 (d)는 전도성 접착제(ECA)가 RPM 120에서 단위 면적당 도포량 0.0265g으로 도포된 상태를 나타내는 사진이다.
즉, 본 발명에서는 통상의 전도성 접착제(ECA)의 토출에 사용되는 마이크로 디스펜서에 의한 단위 면적당 전도성 접착제(ECA)의 토출량(또는 도포량)을 제어하는 것에 의해 은(Ag)으로 이루어진 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 이루어진 후면 전극의 접합 구조에서 은(Ag)으로만 이루어진 전극의 접합 구조에 비해 출력과 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 적용되는 ECA의 양인 0.02g의 기준은 기존 6인치 실리콘 셀의 버스바 라인 길이(156.7mm)*폭(1.2mm)의 단위 면적당에 도포되는 ECA의 양을 의미한다. 따라서, 5 분할이면 0.02g*5=0.1g, 6 분할이면, 0.02g*6=0.12g으로서, 미량의 ECA로도 슁글드 스트링 제작이 가능하다.
상술한 전도성 접착제의 도포는 상기 전면 전극 또는 후면 전극 중의 어느 하나에 대해 실행되던가 전면 전극과 후면 전극에 각각 실행될 수 있다. 이와 같은 전면 전극과 후면 전극에 대한 도포의 위치 설정은 전도성 접착제의 특성 및 토출량에 따라 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 접착제의 도포 단계(S30)에서는 알루미늄(Al)으로 이루어진 후면 전극에 도포하는 것이 바람직하다. 즉, 장비의 플립플롭(Flip-Flop) 조건에 맞추어 전면 전극 또는 후면 전극에 도포할 수도 있지만, 전면 전극 부분에 전도성 접착제를 도포할 시, 전도성 접착제(ECA)의 분산(dispersing) 현상으로 전면 태양광 입사 영역이 오염되어 출력 저하가 될 염려도 있다.
그러나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 전도성 접착제는 250㎛의 직경을 갖는 마이크로 니들로부터 120 RPM의 속도로 분사되어 전면 전극과 후면 전극 상에 각각 특정 두께 및 폭으로 도포될 수도 있다. 이와 같이, 전면 전극과 후면 전극의 접합 과정에서 전면 전극과 후면 전극 상에 각각 도포되는 경우, 알루미늄(Al)으로 이루어진 후면 전극에만 도포하는 것에 비해 도포되는 두께 및 폭을 각각 1/2로 하여 실행할 수도 있다.
다음에 상기 단계 S30에서 상기 전도성 접착제가 도포된 상기 전면 전극과 후면 전극을 서로 직렬 연결하여 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 형성한다(S40). 상기 단계 S40에서의 스트링 형성은 25~35초 및 130~150℃의 열처리 조건에서 실행될 수 있다.
이어서, 상기 단계 S40에서 마련된 각각의 스트링을 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하여 태양전지 모듈을 형성한다(S50).
상술한 바와 같이 제조된 태양전지 모듈에서의 출력과 변환 효율성을 측정한 결과를 도 8에 나타내었다.
도 8은 본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법에 의해 제조된 태양전지 모듈에서의 출력과 변환 효율성을 나타내는 그래프이다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이 은(Ag)으로 형성된 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 형성된 후면 전극을 적용한 본 발명에 따른 평균 출력은 26.13W이고, 평균 변환 효율은 20.78%이다.
즉, 도 8는 은(Ag)으로 형성된 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 형성된 후면 전극으로 이루어진 기존의 태양전지 구조를 분할하여 ECA 토출량으로 최적화 시킨 결과를 나나태는 것으로서, 90 RPM 미만(도포량 0.0209g 미만)에서는 출력이 나오지 않으며, 90 RPM과 120 RPM으로 샘플을 여러번 만들어서 확인한 데이터이다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 90 RPM보다 120 RPM에서 좀 더 안정적으로 출력값이 구현되었다.
또한, 전도성 접착제(ECA)는 ECA 구성 물질중 약 80%가 고가인 은(Ag)으로 이루어지지만, 본 발명에서는 후면 전극에 은(Ag)을 그리드하여 전면 전극의 은(Ag)과 접합하여 은(Ag) 라인의 추가 공정 발생 및 고가의 은(Ag) 자체를 사용하는 종래의 기술에 비해 추가 공정을 생략하고 은(Ag)을 함유한 전도성 접착제(ECA)를 적용하므로 67% 이상의 원가를 절감할 수 있다.
즉 전면 전극과 후면 전극이 은(Ag)으로만 이루어진 종래의 기술에 비해 본원 발명에서는 약 2배의 전도성 접착제(ECA)가 소요되지만, 종래의 기술에 따른 공정 추가에 의해 약 3배의 제조 비용이 추가되는 것에 비해, 제조 공정의 단순화 및 전도성 접착제(ECA)의 비용 추가는 문제가 되지 않는다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법 및 태양전지 모듈을 사용하는 것에 의해 태양전지의 출력과 변환 효율성을 증가시킬 수 있다.
Claims (5)
- 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 제조하는 방법으로서,
(a) 은(Ag)으로 이루어진 전면 전극과 알루미늄(Al)으로 이루어진 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 준비하는 단계,
(b) 상기 단계 (a)의 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성하는 단계,
(c) 상기 단계 (b)에서 마련된 상기 단위 셀의 후면 전극에 전도성 접착제를 도포하는 단계 및
(d) 상기 단계 (c)에서 상기 전도성 접착제가 도포된 상기 후면 전극과 전면 전극을 서로 직렬 연결하여 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 단계 (c)에서 전도성 접착제의 도포는 250㎛의 직경을 갖는 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출되는 전도성 접착제의 토출량의 RPM 제어에 의해 실행되고,
상기 단계 (d)에서의 스트링 형성은 25~35초 및 130~150℃의 열처리 조건에서 실행되며,
상기 전도성 접착제는 상기 후면 전극 상에 6인치 실리콘 셀의 버스바 라인 길이(156.7mm)*폭(1.2mm)의 단위 면적당 0.0209g 내지 0.0265g 도포되고, 10㎛의 두께로 도포되는 것을 특징으로 하는 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 전도성 접착제는 전도성 충진제, 바인더, 용제 및 첨가제를 포함하고,
상기 전도성 충진제는 Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ni 및 카본 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법. - 청구항 제1항 또는 제4항의 슁글드 모듈 구조의 태양전지 스트링 제조방법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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