KR20100125987A - Heating device for attaching ribon onto solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양전지 셀에 도전성 리본을 부착하기 위한 가열 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 태양전지 셀들을 상호 연결하는 도전성 리본을 태양전지 셀의 표면에 부착하는 태빙 공정(tabbing process)을 수행하는 공정을 수행함에 있어서, 태양전지 셀과 리본의 접합 부분을 가열하여 납땜할 때 태양전지 셀에 열충격이 가해지는 것을 최소화할 수 있는 태양전지 셀의 리본 부착용 가열 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a heating apparatus for attaching a conductive ribbon to a solar cell, and more particularly, to a tabbing process of attaching a conductive ribbon interconnecting a plurality of solar cells to a surface of the solar cell. In performing the process, the present invention relates to a heating apparatus and method for attaching a ribbon of a solar cell that can minimize the thermal shock applied to the solar cell when soldering by heating the soldering portion of the solar cell and the ribbon.
태양전지 셀(Solar Cell)은 태양에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 역할을 하는 것으로, 반도체 재료인 실리콘, 갈륨비소, 카드뮴 텔루르, 황화카드뮴, 인듐인(燐) 또는 이들을 복합한 재료들이 사용되며, 통상적으로는 주로 실리콘이 이용된다.Solar cells convert solar energy into electrical energy, and semiconductor materials such as silicon, gallium arsenide, cadmium tellurium, cadmium sulfide, indium phosphide, or a combination thereof are used. Usually, mainly silicon is used.
상기 태양전지 셀은 반도체 재료를 확산법에 의해 p-n접합시켜 제조되며, 빛을 받을 때 작은 양의 전류가 흐르게 되는 광전효과(photovoltaic effect)를 이용한 것으로, 대부분 보통의 태양전지 셀은 대면적의 p-n 접합 다이오드로 이루어져 있으며, 상기 p-n접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력을 외부 회로에 연결하면 단위 태양전지로서 작용하게 된다.The solar cell is manufactured by a pn junction of a semiconductor material by a diffusion method, using a photovoltaic effect that a small amount of current flows when receiving the light, most of the conventional solar cell is a large area pn junction It consists of a diode, and when the electromotive force generated at the anode end of the pn junction diode is connected to an external circuit, it acts as a unit solar cell.
상기와 같이 이루어진 태양전지 셀은 그 기전력이 작기 때문에 다수의 단위 태양전지 셀을 연결하여 적정 기전력을 갖는 태양전지모듈(Photovoltaic Module)을 구성하여 사용하게 되는데, 이 때 각 단위 태양전지 셀들은 납이 피복된 일정 길이의 도체 리본에 의해 연결된다.Since the solar cell formed as described above has a small electromotive force, a plurality of unit solar cells are connected to form a photovoltaic module having an appropriate electromotive force. In this case, each unit solar cell is made of lead. It is connected by a conductor ribbon of constant length coated.
상기 도체 리본을 태양전지 셀에 납땜하여 고정시키는 단계는 태양전지모듈의 여러 제조 단계에서 가장 복잡하고 예민한 공정 중의 하나로서, 납땜 전에 태양전지 셀의 표면 전극에 상기 도체 리본을 접촉시킨 후 납땜이 이루어지게 된다.The soldering and fixing of the conductor ribbon to the solar cell is one of the most complicated and sensitive processes in various manufacturing steps of the solar cell module. The soldering is performed after contacting the conductor ribbon to the surface electrode of the solar cell before soldering. You lose.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 각 태양전지 셀(1)들은 상면에 정극의 집전극(1a)이 형성되고 하면에 부극의 집전극(1b)이 형성된 구조로 이루어지며, 일측 태양전지 셀(1)의 상면의 집전극(1a)과 인접 태양전지 셀(1)의 하면의 집전극(1b)에 각각 부착되는 도전성 리본(2)들에 의해 접속되어 상호 연결되면서 태양전지 모듈을 이루게 된다. That is, as shown in FIG. 1, each of the
상기 리본(2)은 태양전지 모듈의 제작 공정 중 태빙 공정(tabbing process)에서 태양전지 셀(1)에 납땜되어 부착되는데, 상기 태빙 공정에서는 리본(2)을 일정 길이로 절단하여 평탄한 밴드 형상으로 만들고, 태양전지 셀(1)의 상면의 집전극(1a)과 하면의 집전극(1b) 각각에 솔더 페이스트(solder paste)를 바른 다음, 상기 리본(2)을 솔더 페이스트가 발라진 2개의 태양전지 셀(1)의 상면과 하면에 각각 접촉시키고, 이 상태에서 리플로우(reflow) 방식으로 접촉 부위를 가열하여 리본을 각 단위 태양전지 셀에 납땜하여 고정시키게 된다.The
그런데, 상기한 바와 같이 태빙 공정에서 태양전지 셀과 리본의 접촉 부위를 고온으로 가열하여 납땜을 수행하기 때문에 태양전지 셀이 냉각되는 과정에서 열충격을 받아 내부 크랙이 발생하는 등의 문제가 있다. However, as described above, since soldering is performed by heating the contact portion of the solar cell and the ribbon to a high temperature in the tabbing process, there is a problem such that internal cracks are generated due to thermal shock during the cooling of the solar cell.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 태양전지 셀에 리본을 접합시키는 태빙 공정을 수행함에 있어서, 태양전지 셀에 가해지는 열충격을 최소화하여 태양전지 셀의 손상을 방지할 수 있는 태양전지 셀의 리본 부착용 가열 장치를 제공함에 있다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention in performing a tabbing process for bonding the ribbon to the solar cell, minimizing the thermal shock applied to the solar cell to prevent damage to the solar cell The present invention provides a heating device for attaching a ribbon to a solar cell.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 리본이 솔더 페이스트를 매개로 태양전지 셀의 전극에 접촉된 상태로 놓여져 이송되는 반송유닛과; 상기 반송유닛에 의해 반송되는 태양전지 셀 및 리본에 제1온도범위의 열을 가하여 예열하는 프리히팅유닛(pre-heating unit)과; 상기 프리히팅유닛을 통해 이송된 태양전지 셀 및 리본에 상기 제1온도범위보다 높은 제2온도범위의 열을 가하여 태양전지 셀과 리본을 납땜하여 고정시키는 메인히팅유닛과; 상기 메인히팅유닛을 통해 이송된 태양전지 셀 및 리본에 상기 제2온도범위보다 낮은 제3온도범위의 열을 가하여 냉각시키는 어닐링(annealing)히팅유닛을 포함하여 구성된 태양전지 셀의 리본 부착용 가열 장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object, the transfer unit which is transported by placing the ribbon in contact with the electrode of the solar cell via the solder paste; A pre-heating unit for preheating by applying heat of a first temperature range to the solar cell and the ribbon conveyed by the conveying unit; A main heating unit for soldering and fixing the solar cell and the ribbon by applying heat of a second temperature range higher than the first temperature range to the solar cell and the ribbon transferred through the preheating unit; Heating apparatus for attaching a ribbon of a solar cell including an annealing heating unit for cooling by applying heat of a third temperature range lower than the second temperature range to the solar cell and the ribbon transferred through the main heating unit. to provide.
이와 같은 본 발명에 따르면, 태양전지 셀과 리본의 접합 부위에 고온의 열을 가하여 납땜을 수행한 후, 태양전지 셀의 상부 및 하부에 일정 온도 이상의 열을 가하는 어닐링(annealing) 공정을 수행하므로 냉각으로 인하여 태양전지 셀에 열 스트레스가 가해지는 것을 최소화할 수 있으며, 태양전지 셀의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, after performing the soldering by applying a high temperature heat to the junction portion of the solar cell and the ribbon, the annealing process of applying a heat of a predetermined temperature or more to the upper and lower parts of the solar cell is cooled Due to this can minimize the thermal stress applied to the solar cell, there is an effect that can prevent damage to the solar cell.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 태양전지 셀의 리본 부착용 가열 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the heating device for ribbon attachment of the solar cell according to the present invention.
도 2a 내지 도 4는 본 발명에 따른 태양전지 셀의 리본 부착용 가열 장치의 일 실시예를 나타낸 것으로, 도 2a를 참조하면, 본 발명의 태양전지 셀의 리본 부착용 가열 장치는 본격적인 납땜 이전에 태양전지 셀(1)과 리본(2)을 일정 온도범위로 예열하는 프리히팅유닛(20)(pre-heating unit)과, 태양전지 셀(1) 및 리본(2)을 납땜이 이루어지는 온도범위로 가열하여 태양전지 셀(1)과 리본(2) 사이에 개재된 솔더 페이스트를 납땜하는 메인히팅유닛(30)(main heating unit)과, 태양전지 셀(1) 및 리본을 일정 온도범위로 가열하여 태양전지 셀(1)과 리본(2)이 갑작스럽게 냉각되지 않고 서서히 냉각되도록 하는 어닐링유닛(40)(annealing unit)과, 상기 태양전지 셀(1)과 리본(2)을 상기 프리히팅유닛(20)과 메인히팅유닛(30) 및 어닐링유닛(40)으로 순차적으로 반송하는 반송유닛으로 구성된다. Figure 2a to Figure 4 shows an embodiment of the heating device for ribbon attachment of the solar cell according to the present invention, referring to Figure 2a, the heating device for ribbon attachment of the solar cell of the present invention is a solar cell prior to full soldering The
상기 반송유닛은 태양전지 셀(1)이 안착되는 컨베이어 구조의 반송벨트(10)로 구성될 수 있다. 상기 반송벨트(10)는 열에 의해 변형되지 않으며, 후술하는 어닐링유닛(40)의 하부 어닐링히터(42)에서 방출된 열을 전달할 수 있도록 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. The conveying unit may be composed of a
상기 프리히팅유닛(20)은 태양전지 셀(1)의 상측에 설치되어 하측으로 빔을 조사하여 가열하는 할로겐 히터(21)로 구성된다. 상기 프리히팅유닛(20)은 설정된 온도범위, 예컨대 130~160℃ 의 온도로 태양전지 셀(1)과 리본(2)을 예열한다. The
그리고, 상기 메인히팅유닛(30)은 태양전지 셀(1)의 상측에 설치되어 하측으로 빔을 조사하여 태양전지 셀(1)과 리본(2)의 상부를 가열하는 할로겐 히터(31)와, 상기 태양전지 셀(1)의 하측에서 상하로 이동 가능하게 구성되어 태양전지 셀(1)의 하면에 접촉된 리본(2)을 상측으로 가압하면서 가열하는 하부 히팅블록(33)으로 구성된다. 상기 할로겐 히터(31)의 하측에는 리본(2)을 태양전지 셀(1)에 대해 가압하는 광투과성 및 내열성 재질의 가압부재(32)가 상하로 이동 가능하게 설치된다. In addition, the
상기 메인히팅유닛(30)은 대략 280~320℃의 온도로 가열하여 솔더 페이스트를 용융시켜 태양전지 셀(1)에 리본(2)을 납땜 고정시킨다. The
상기 하부 히팅블록(33)은 내부에 전열히터(미도시)가 설치되어 열전달 방식으로 리본(2)과 태양전지 셀(1)에 열을 전달한다. The
상기 어닐링유닛(40)은 태양전지 셀(1)의 상부에서 열을 가하는 상부 어닐링히터(41)와 태양전지 셀(1)의 하부에서 열을 가하는 하부 어닐링히터(42)로 구성된다. The annealing
상기 상부 어닐링히터(41)는 태양전지 셀의 상측에 설치되어 하측으로 빔을 조사하여 태양전지 셀(1)과 리본(2)의 상부를 가열하는 할로겐 히터로 구성되고, 상기 하부 어닐링히터(42)는 상기 반송벨트(10)의 하측에 설치되어 반송벨트(10)를 통해 태양전지 셀(1)의 하부에 열을 전달하는 전열히터로 구성된다. The upper annealing
상기 어닐링유닛(40)은 80~100℃ 정도의 온도 범위로 열을 가함으로써 메인히팅유닛(30)에서 급속히 가열된 태양전지 셀(1)이 서서히 냉각되도록 하는 기능을 수행한다. The annealing
한편, 상기 프리히팅유닛(20)과 메인히팅유닛(30), 어닐링유닛(40)의 상부에 구성되는 할로겐 히터(21, 31, 41)는 도 3에 도시된 것과 같이 리본(2)의 길이방향을 따라 길게 연장된 형태로 이루어지며, 할로겐 히터(21, 31, 41)의 상측에는 할로겐 히터(21)에서 방출된 빛을 반사시켜 리본(2)에 집광시키는 반원통형의 반사판(50)이 구비된 구성으로 이루어진다. 이 실시예에서는 프리히팅유닛(20)과 메인히팅유닛(30), 어닐링유닛(40)의 상부 히터로서 할로겐 히터가 사용되는 것으로 예시하였으나, 이와 다르게 적외선 히터를 사용할 수도 있을 것이다. Meanwhile, the
또한, 상기 할로겐 히터(21, 31, 41)는 전술한 것과 같이 길이 방향으로 긴 형태로 이루어질 수도 있지만, 구(救)형상으로 이루어질 수도 있을 것이다. In addition, the
상기와 같이 구성된 태양전지 셀의 리본 부착용 가열 장치는 다음과 같이 작용한다. The heating apparatus for attaching the ribbon of the solar cell configured as described above acts as follows.
반송유닛 상에 리본(2)이 접촉된 태양전지 셀(1)이 안착되면, 반송벨트(10)가 태양전지 셀(1)을 프리히팅유닛(20)의 하측으로 반송한다. When the
태양전지 셀(1)이 상기 프리히팅유닛(20)의 하측에 위치되면, 할로겐 히터(21)에서 빔이 방출되고 태양전지 셀(1)과 리본(2)의 상부를 대략 150℃ 정도의 온도로 예열한다. When the
일정 시간 동안의 예열이 완료되면, 반송유닛이 태양전지 셀(1)을 메인히팅 유닛(30)의 하측으로 이송한다. When the preheating for a predetermined time is completed, the transfer unit transfers the
이어서, 메인히팅유닛(30)의 가압부재(32)가 하측으로 하강하여 리본(2)을 태양전지 셀(1)의 상부면에 대해 일정 압력으로 가압하고, 할로겐 히터(31)에서 빔이 방출되어 태양전지 셀(1)과 리본(2)의 상부를 대략 300℃ 의 온도로 가열한다. 이로써 태양전지 셀(1)의 상부면에 접촉된 리본(2)이 솔더 페이스트에 의해 납땜되어 고정된다.Subsequently, the pressing
그 다음, 하부 히팅블록(33)이 상측으로 상승하여 태양전지 셀(1)의 하부면에 접촉된 리본(2)을 태양전지 셀(1)에 대해 상측으로 가압하면서 가열하고, 이로써 태양전지 셀(1)의 하부에 리본(2)이 납땜되어 고정된다. Subsequently, the
메인히팅유닛(30)에서 리본(2)이 태양전지 셀(1)들의 상부와 하부에 각각 납땜되어 고정되면, 반송유닛이 태양전지 셀(1)을 어닐링유닛(40)의 하측으로 반송한다. When the
이 때, 어닐링유닛(40)의 상부 어닐링히터(41)인 할로겐 히터에서 빔이 방출되면서 태양전지 셀(1)의 상부를 대략 80℃의 온도로 가열함과 동시에, 하부 어닐링히터(42)에 전원이 인가되면서 반송벨트(10)를 통해 태양전지 셀(1)의 하부로 열이 전달된다. 이에 따라 메인히팅유닛(30)을 통과한 태양전지 셀(1)이 급격히 냉각되지 않고 서서히 냉각된다. 따라서, 급격한 냉각으로 인한 온도차에 의해 태양전지 셀(1)이 열 스트레스를 받는 현상이 방지되고, 태양전지 셀(1)이 손상되는 것이 방지된다. At this time, the beam is emitted from the halogen heater, which is the upper annealing
도 1은 일반적인 태양전지 셀에 리본이 부착된 상태를 보여주는 종단면도 및 평면도1 is a longitudinal sectional view and a plan view showing a state in which a ribbon is attached to a typical solar cell
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 태양전지 셀의 리본 부착용 가열 장치의 일 실시예의 구성 및 작용을 개략적으로 나타낸 측면에서 본 요부 단면도Figures 2a to 2c is a cross-sectional view of the main part from the side view schematically showing the configuration and operation of one embodiment of the heating device for attaching the ribbon of the solar cell according to the present invention
도 3은 도 2a의 태양전지 셀의 리본 부착용 가열 장치의 할로겐 히터의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도Figure 3 is a perspective view schematically showing the structure of a halogen heater of the heating device for ribbon attachment of the solar cell of Figure 2a
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 태양전지 셀 2 : 리본1
10 : 반송벨트 20 : 프리히팅유닛10: conveying belt 20: preheating unit
21 : 할로겐 히터 30 : 메인히팅유닛21: halogen heater 30: main heating unit
31 : 할로겐 히터 32 : 가압부재31
33 : 하부 히팅블록 40 : 어닐링유닛33: lower heating block 40: annealing unit
41 : 상부 어닐링히터(할로겐 히터) 42 : 하부 어닐링히터41: upper annealing heater (halogen heater) 42: lower annealing heater
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