KR20110032231A - 박막 태양전지 모듈 제조 시스템의 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 장치와 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 공정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 태양전지 모듈을 제조하기 위한 시스템의 박막 레이업(thin film lay-up) 공정에 있어서, 그 제조공정 중 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링(cooper wire setting curing) 공정을 수행하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.
본 발명은 박막 태양전지 모듈 제조공정에 있어서, 회로를 연결하기 위한 쿠퍼 와이어(cooper wire) 셋팅을 위한 레이업 공정에서의 쿠퍼와이어 셋팅공정에 관한 것으로, 상기한 바와 같은 점을 감안하여 레이-업 장비내에서 실버 페이스트를 큐어링하도록 그 장치를 구성하여, 캡톤 테이프를 사용하지 않고도 쿠퍼 와이어의 셋팅이 가능하도록 함으로써, 실버페이스트의 효율적인 큐어가 이루어질 수 있음은 물론, 캡톤 테이프를 사용하지 않아도 됨에 따라 제조원가도 절감할 수 있도록 한 것이다.
박막, 태양전지, 셀 글라스, 쿠퍼와이어, 실버페이스트, 태양전지모듈
Description
본 발명은 박막 태양전지 모듈을 제조하기 위한 시스템의 박막 레이업(thin film lay-up) 공정에 있어서, 그 제조공정 중 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링(cooper wire setting curing) 공정을 수행하기 위한 장치와 방법에 관한 것이다.
태양전지는 태양광을 직접 전기로 변환시키는 태양광 발전의 핵심 소자로 현재 우주에서부터 가정에 이르기까지 그 응용 범위가 매우 넓다.
태양전지는 기본적으로 pn 접합으로 구성된 다이오드로서, 태양전지의 pn 접합에 반도체의 에너지 밴드 갭보다 큰 에너지를 가진 태양광이 입사되면 전자-정공 쌍이 생성되고, 이들 전자-정공이 pn 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로 정공은 p층으로 이동함에 따라 pn간에 광기전력이 발생하게 되는데, 이때 태양전지의 양단에 부하나 시스템을 연결하면 전류가 흐르게 되어 전력을 생산하게 된다.
태양전지는 광 흡수층으로 사용되는 물질에 따라 다양하게 구분되는데, 광 흡수층으로 실리콘을 이용하는 실리콘계 태양전지가 대표적이다.
실리콘계 태양전지는 기판형[단결정(single crystal), 다결정(poly crystal)] 태양전지와 박막형[비정질(amorphous), 다결정(poly crystal)] 태양전지로 구분된다. 이외에도 태양전지의 종류에는 CdTe나 CIS(CuInSe2)의 화합물 박막 태양전지, III-V족 태양전지, 염료감응 태양전지, 유기 태양전지 등을 들 수 있다.
단결정 실리콘 기판형 태양전지는 다른 종류의 태양전지에 비해서 변환 효율이 월등히 높다는 장점이 있지만 단결정 실리콘 웨이퍼를 사용함에 따라 제조 단가가 높다는 치명적인 단점이 있다.
다결정 실리콘 기판형 태양전지 역시 단결정 실리콘 기판형 태양전지보다는 제조 단가가 저렴할 수 있지만, 벌크 상태의 원재료로부터 태양전지를 만드는 점은 단결정 실리콘 기판형 태양전지와 다를 바 없기 때문에, 원재료비가 비싸고 공정 자체가 복잡하여 제조 단가 절감에 한계가 있을 수 밖에 없다.
이와 같은 기판형 태양전지의 문제점을 해결하기 위한 방안으로 유리와 같은 기판 위에 광흡수층인 실리콘을 박막 형태로 증착하여 사용함으로써 제조 단가를 획기적으로 낮출 수 있는 박막형 실리콘 태양전지가 주목을 받고 있다.
박막(thin film) 태양전지는 실리콘 대신 유리와 같은 기판위에 박막 형태의 태양전지를 증착시키도록 함으로써, 전기를 생산하는 기술이다.
태양전지 시장은 실리콘(si)을 소재로 해 기술적 흐름을 주도하고 있지만, 실리콘 자원 고갈 및 저가 고효율화 추세로 인해 "박막"에 관한 수요가 상당히 높아지고 있는 실정이다.
박막 태양전지는 실리콘 태양전지에 비해 효율이 낮은 단점이 있으나, 고가의 실리콘 대신 저가의 유리 기판 등과 같은 소재로 활용하고 있어 실리콘 태양전지에 비해 단가는 낮고, 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명은 이러한 박막 태양전지에 관한 것이다.
박막 태양전지는 유리기판에 패턴(pattern)이 형성된 박막 셀(cell)을 구성하는 공정과, 박막 셀에 전기적인 회로 연결 및 기타 원자재를 결합하여 태양광 모듈을 현장에서 장기간 안정적으로 전력을 발생시키도록 하는 태양광 모듈 제조공정으로 구분할 수 있다.
유리 기판 등으로 패턴이 형성된 박막 셀(cell)은 물리적으로 매우 약한구조를 이루고 있어, 박막 셀에 쿠퍼 와이어(copper wire)를 통해 회로를 연결하고, 유리와 환경에 대한 강도가 매우 큰 필름 등으로 외부를 단단하게 보호하도록 한다.
박막 셀과 기타 원자재를 결합하여 태양광 모듈을 현장에서 장기간 안정적으로 전력을 발생시킬 수 있도록 태양광 모듈(photovoltaic module)로 제작을 한다.
이와 같이 박막 셀을 이용하여 모듈화 하는 일련의 공정을 박막 태양전지 모듈 제조공정이라고 하며, 쿠퍼 와이어 셋팅 및 버스 바 셋팅공정을 박막 레이업 공정이라 한다.
박막 태양전지 모듈 제조 공정에서의 박막 레이업 공정은 다음과 같다.
도 1이 (a)에서와 같이, 셀 글라스(cell glass)(1)위에 실버 페이스트(silver paste)(2)를 돗팅(dotting)하고, 도 1의 (b)에서와 같이, 쿠퍼 와이어(3)를 셋팅한 후 캡톤테이프(4)로 고정시킨다.
이와 같이 쿠퍼 와이어를 셋팅한다.
이후 버스바 셋팅 공정 장치로 이동하여, 도 1의 (c)에서와 같이, 쿠퍼와이어(3)상에 버스 바(bus bar)용 실버 페이스트(5)를 돗팅하고, (d)에서와 같이, EVA(Ethylene Vinyl Acelate) 시트(6)와 절연 시트(insulation sheet)(7)를 셋팅하고, 캡톤 테이프(8)로 고정시킨다.
그 상측으로 (e) 에서와 같이, 절연시트(9)와 버스바(10)를 셋팅하고, 캡톤테이프(11)로 고정시킨다.
이와 같이 버스 바 공정을 진행하여 레이 업(lay-up) 공정을 완료하고 EVA 백 시트 레이업 공정을 완료한 후, 라미네이터(Laminator) 공정에서 큐어(cure)를 수행하게 된다.
이와 같은 박막 레이-업 공정에서는 실버 페이스트 큐어(cure)를 라미네이터에서 큐어링(curing)을 진행하여 실버 페이스트의, 물성변화에 따른 완전 큐어가 이루어지지 않아, 효율의 감소 및 모듈 불량으로 문제가 발생된다.
또한 캡톤 테이프를 사용하여 버스 바를 고정함으로써, 캡톤 테이프내에서의 버블(bubble)문제와 내구성의 문제(색변화, 수명, 오염)가 발생된다.
본 발명에서는 이러한 박막 태양전지 모듈 제조공정에 있어서, 회로를 연결하기 위한 쿠퍼 와이어(cooper wire) 셋팅을 위한 레이업 공정에서의 쿠퍼와이어 셋팅 공정에 관한 것으로, 상기한 바와 같은 점을 감안하여 레이-업 장비내에서 실 버 페이스트를 큐어링하도록 그 장치를 구성하여, 캡톤 테이프를 사용하지 않고도 쿠퍼 와이어의 셋팅이 가능하도록 함으로써, 실버페이스트의 효율적인 큐어가 이루어질 수 있음은 물론, 캡톤 테이프를 사용하지 않아도 됨에 따라 제조원가도 절감할 수 있도록 한 것이다.
본 발명 박막 태양전지 모듈 제조 시스템의 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 장치는,
셀 글라스에 쿠퍼 와이어를 셋팅하기 위한 레이업 공정에서의 쿠퍼 와이어 셋팅장치에 있어서,
셀 글라스위에 실버 페이스트를 돗팅(dotting)하기 위한 실버페이스트 돗팅수단과, 쿠퍼 와이어를 이송하여 셋팅 및 고정하기 위한 쿠퍼와이어 이송 고정수단과, 셀 글라스와 쿠퍼 와이어를 동시에 클램핑하여 큐어링을 수행하기 위한 클램프 블록 히팅수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 장치에 따르는,
본 발명 박막 태양전지 모듈 제조 시스템에 있어서의 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 공정 방법은,
셀 글라스의 상단으로 실버 페이스트를 돗팅(dotting)하고, 쿠퍼와이어를 이송하여 돗팅된 실버 페이스트의 상부로 쿠퍼와이어를 셋팅한 후, 셀 글라스와 쿠퍼와이어를 동시에 클램핑하여 큐어링을 진행하는 쿠퍼와이어 셋팅 및 큐어링을 함께 진행하도록 한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따르면, 쿠퍼와이어를 셋팅하는 공정상에서 셀 글라스와 쿠퍼와이어를 클램핑하여 동시에 큐어링을 진행하도록 함으로써, 캡톤테이프를 사용하지 않고, 쿠퍼와이어를 고정시킬 수 있음에 따라, 캡톤테이프를 사용할 때의 문제점을 해소할 수 있음은 물론, 원자재 절감으로 인하여 모듈 경쟁력확보가 가능해진다.
본 발명 박막 태양전지 모듈 제조 시스템에 있어서의 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 장치를 첨부된 도면에 도시된 실시 예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 셀 글라스(10)를 이송시키기 위한 이송수단과, 이송되어져 온 셀 글라스(10)위에 실버 페이스트(20)를 돗팅하기 위한 실버페이스트 돗팅수단과, 쿠퍼 와이어(30)를 이송하여 셋팅시키기 위한 픽커(picker)와, 쿠퍼와이어(30)의 상하단을 고정시키기 위한 제 1실린더 푸셔(cylinder pusher)(40)와, 셀 글라스(10)와 쿠퍼 와이어(30)를 동시에 클램핑하여 큐어링을 수행하기 위한 클램프 블록 히터(clamp block heater)(50)와, 셀 글라스와 쿠퍼와이어에 직접적인 충격 및 이탈을 방지하기 위해 클램프 블록 히터(50)에 부착되는 실리콘 러버(60)와, 클램프 블록 히터(50)를 셀 글라스(10) 방향으로 밀어 근접시키기 위한 제 2실린더 푸셔(70)를 포함하여 구성된다.
본 발명 쿠퍼와이어 셋팅 큐어링 장치는 쿠퍼와이어를 셋팅하는 공정에서 접착을 위한 큐어링이 진행되어지도록 함으로써, 캡톤 테이프를 사용하지 않고, 쿠퍼 와이어의 셋팅이 완료될 수 있도록 한 것에 특징이 있다.
상기 이송수단은 이전 공정으로부터 투입된 셀 글라스(10)를 이송시켜 쿠퍼아이어의 셋팅공정을 진행하도록 하기 위한 수단으로, 실시 예로 회전하여 셀 글라스를 이송시키는 롤러와 같은 장치로 구성된다.(도면에는 도시되지 않음)
실버페이스트 돗팅수단(도면에 도시되지 않음)은 실버페이스트(20)를 돗팅(dotting)하기 위한 수단이다.
상기 픽커(도면에 도시되지 않음)는 쿠퍼와이어(30)를 이송하여 해당 위치에 셋팅하기 위한 수단이다.
제 1실린더 푸셔(40)는 픽커에 의해 셋팅된 쿠퍼와이어(30)를 움직임이 없도록 고정시켜 주기 위한 수단으로, 쿠퍼와이어(30)의 길이 방향으로 상하단을 눌러 고정시키기 위해 길이 방향으로 상단과 하단에 각각 구성된다.
클램프 블록 히터(50)는 셀 글라스(10)의 상측과 하측에 구성되어, 셀 글라스(10)에 열을 가해 큐어링을 진행하기 위한 수단이다.
실리콘 러버(60)는 셀 글라스(10) 및 쿠퍼와이어(20)에 직접적인 충격 및 이탈을 방지하기 수단으로, 클램프 블록 히터(50)면에 형성된다.
상기 실리콘 러버(60)는 셀 글라스(10) 및 쿠퍼와이어(20) 보호부재로써, 테프론 및 그와 유사한 특성을 갖는 재질로 구성가능하다.
제 2실린더 푸셔(70)는 클램프 블록 히터(50)를 셀 글라스(10) 방향으로 밀어주기위해 클램프 블록 히터(50)의 외측으로 각 구성된다.
제 1실린더 푸셔(40) 및 제 2실린더 푸셔(70)의 하단은 실린더측으로의 열전 달 및 열손실을 방지하기 위하여 열전달방지부(41)(71)를 구성하는 바, 열전달방지부(41)(71)의 구성은 테프론 재질 또는 이와 유사한 특성을 갖는 재질로 구성가능하다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명 장치에 의한 쿠퍼와이어 셋팅 큐어링 공정은 다음과 같이 이루어진다.
셀 글라스(10)의 상단으로 실버 페이스트(20)를 돗팅하는 실버페이스트 돗팅과정과,
쿠퍼와이어(30)를 픽커로 이송하여, 돗팅된 실버페이스(20)의 상부에 셋팅하고, 쿠퍼와이어(30) 길이 방향의 상하단을 제 1실린더 푸셔(40)로 눌러주는 쿠퍼와이어 셋팅과정과,
클램프 블록 히터(50)를 동작시켜 셀 글라스(10)와 쿠퍼와이어(30)를 동시에 클램핑하여 큐어링을 진행하는 큐어링 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명 쿠퍼와이어 셋팅 큐어링 공정은 셀 글라스(10)의 상단으로 실버페이스트(20)를 돗팅하고, 그 상면으로 쿠퍼와이어(30)를 셋팅하는 과정에서 셀 글라스(10)와 쿠퍼와이어(30)를 함께 큐어링이 수행하도록 한 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 공정을 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3의 (a)에서와 같이, 셀 글라스(10)의 상면에 실버 페이스트(20)를 돗팅한다.
이후, 쿠퍼와이어(30)를 픽커로 이송하여 도 3의 (b)에서와 같이 셋팅하고, 제 1실린더푸셔(40)로 쿠퍼와이어(30)가 움직임이 없도록 눌러준다.
도 3의 (c)에서와 같이, 제 2실린더푸셔(70)에 의해 클램프 블록 히터(50)가 셀 글라스(10)와 쿠퍼와이어(30)를 동시에 클램핑하여 큐어링을 수행한다.
이때, 클램프 블록 히터(50)면에는 실리콘러버(60)가 부착되어 있어서, 셀 글라스(10)와 쿠퍼와이어(30)에 직접적인 충격은 가해지지 않는다.
한편 본 발명의 다른 실시 예로 도 5에서와 같이, 버스 바 관련공정을 진행한 후, 그 상측으로 쿠어와이어의 셋팅 큐어링 공정을 진행할 수 있다.
도 5의 (a)에서와 같이, 셀 글라스(10)의 상단으로 구성된 (셋팅 또는 큐어 접착된) 버스 바(100)의 일측으로 도 5의 (b)에서와 같이, 실버 페이스트(20)를 돗팅하는 실버페이스트 돗팅과정과,
도 5의 (c)에서와 같이, 쿠퍼와이어(30)를 픽커로 이송하여, 돗팅된 실버페이스(20)의 상부에 셋팅하고, 쿠퍼와이어(30) 길이 방향의 상하단을 제 1실린더 푸셔(40)로 눌러주는 쿠퍼와이어 셋팅과정과, 클램프 블록 히터(50)를 동작시켜 셀 글라스(10)와 쿠퍼와이어(30)를 동시에 클램핑하여 큐어링을 진행하는 큐어링 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
버스 바(100) 공정을 먼저 진행하고 그의 상면으로 쿠어와이어의 셋팅 및 큐어링공정을 진행하게 된다.
이때, 버스 바(100)는 셋팅 또는 큐어 접착을 완료한 상태 중 어느 하나의 상태로 구성될 수 있다.
도 1은 종래 쿠퍼 와이어 셋팅 공정을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 장치를 나타낸 도면.
도 3 및 도 4는 본 발명 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 공정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 공정의 다른 실시 예를 나타낸 도면.
Claims (5)
- 셀 글라스에 쿠퍼 와이어를 셋팅하기 위한 레이업 공정에서의 쿠퍼 와이어 셋팅장치에 있어서,셀 글라스위에 실버 페이스트를 돗팅(dotting)하기 위한 실버페이스트 돗팅수단과, 쿠퍼 와이어를 이송하여 셋팅 및 고정하기 위한 쿠퍼와이어 이송 고정수단과, 셀 글라스와 쿠퍼 와이어를 동시에 클램핑하여 큐어링을 수행하기 위한 클램프 블록 히팅수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 모듈 제조 시스템에 있어서의 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 쿠퍼와이어 이송고정수단은, 쿠퍼 와이어를 이송하여 셋팅시키기 위한 픽커와, 쿠퍼와이어의 상 하단을 고정시키기 위한 실린더 푸셔(cylinder pusher)를 포함하여 구성되고,상기 클램프 블록 히팅수단은, 셀 글라스와 쿠퍼 와이어를 동시에 클램핑하여 큐어링을 수행하기 위한 클램프 블록 히터(clamp block heater)와, 셀 글라스와 쿠퍼와이어에 직접적인 충격 및 이탈을 방지하기 위해 클램프 블록 히터에 부착되는 보호부재와, 클램프 블록 히터를 셀 글라스 방향으로 밀어 근접시키기 위한 실린더 푸셔를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 모듈 제조 시스템에 있어서의 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 장치.
- 제 2항에 있어서, 상기 쿠퍼와이어의 실린더 푸셔 및 클램프 블록 히터 실린더 푸셔에 있어서, 그 선단에 열전달방지부를 구성한 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 모듈 제조 시스템에 있어서의 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 장치.
- 셀 글라스의 상단으로 실버 페이스트를 돗팅(dotting)하는 실버페이스트 돗팅과정과, 쿠퍼와이어를 이송하여 돗팅된 실버 페이스트의 상부로 쿠퍼와이어를 셋팅하는 쿠퍼와이어 셋팅과정과, 클램프 블록 히팅수단을 동작시켜 셀 글라스와 쿠퍼와이어를 동시에 클램핑하여 큐어링을 진행하는 큐어링 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 모듈 제조 시스템에 있어서의 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 공정 방법.
- 셀 글라스의 상단으로 구성된 버스 바의 일 측으로 실버 페이스트를 돗팅하는 실버페이스트 돗팅과정과, 쿠퍼와이어를 이송하여, 돗팅된 실버페이스의 상부로 쿠퍼와이어를 셋팅하는 쿠퍼와이어 셋팅과정과, 클램프 블록 히팅수단을 동작시켜 셀 글라스와 쿠퍼와이어를 동시에 클램핑하여 큐어링을 진행하는 큐어링 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 모듈 제조 시스템에 있어서의 쿠퍼 와이어 셋팅 큐어링 공정 방법.
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