KR20120118661A - 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 방법 - Google Patents

박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치에 관한 것으로, 구리 와이어(Copper Wire)를 이방성 전도필름(ACF Film)을 사용하여 압착함으로써, 기존 복잡한 제작공정을 간소화한 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치에 있어서, 셀 글라스 상의 양단에 이방성 전도필름을 이송하여 배치하는 배치수단과, 배치된 이방성 전도필름과 셀 글라스를 동시에 클램핑하여 소정 열로 가압하는 프레싱 수단을 포함한다.

Description

박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치 및 그 방법{Device and method for cell glass lay-up progress}
본 발명은 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치에 관한 것으로, 구리 와이어(Copper Wire)를 이방성 전도필름(ACF Film)을 사용하여 압착함으로써, 기존 복잡한 제작공정을 간소화한 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치 및 그 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-정공쌍이 생성되고, 이들 전자-정공이 pn 접합부에 형성된 전기장에 의해 전자는 n층으로 정공은 p층으로 이동함에 따라 pn 간에 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 제조단가가 저렴할 수 있지만, 벌크 상태의 원재료로부터 태양전지를 만드는 점은 단결정 실리콘 기판형 태양전지와 다를 바가 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 광 흡수층인 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 기판 위에 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 모듈(photovoltaic module)로 제작을 한다.
이와 같이 박막 셀을 이용하여 모듈화하는 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 1의 (a)에서와 같이, 셀 글라스(cell glass)위에 실버 페이스트(silver paste)를 돗팅(dotting)하고, 도 1의 (b)에서와 같이, 쿠퍼 와이어를 셋팅한 후 캡톤 테이프로 고정시킨다.
이와 같이 쿠퍼 와이어를 셋팅한다.
이후 버스바 셋팅 공정 장치로 이동하여, 도 1의 (c)에서와 같이, 쿠퍼 와이어 상에 버스 바(bus bar)용 실버 페이스트를 돗팅하고, (d)에서와 같이, EVA(Ethylene Vinyl Acelate) 시트와 절연 시트(insulation sheet)를 셋팅하고, 캡톤 테이프로 고정시킨다.
이와 같이 버스 바 공정을 진행하여 레이 업 공정을 완료하고 EVA 백 시트 레이업 공정을 완료한 후, 라미네이터(Laminator) 공정에서 큐어(cure)를 수행하게 된다.
이와 같은 박막 레이업 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 발생되는 문제점이 있다.
또한 캡톤 테이프를 사용하여 버스 바를 고정함으로써, 캡톤 테이프 내에서의 버블(bubble)문제와 내구성의 문제(색변화, 수명, 오염)가 발생된다.
그리고 셀에 발생된 전력을 모으기 위해 사용하고 있는 와이어 공정을 위해 패이스팅-와이어 셋팅-캡톤 테이프(인슐레이션 테이프 등) 부착 등의 복잡한 공정을 수행하고 페이스팅을 통한 와이어 납땜불량으로 태양광 모듈 전체의 효율이 낮아지고 불량률이 높아지며, 와이어를 사용함으로써 소요되는 부자재의 종류가 많아 이에 따른 환경오염, 관리비용이 증대되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 구리 와이어(Copper Wire)를 이방성 전도필름(ACF Film)을 사용하여 압착함으로써, 기존 복잡한 제작공정을 간소화시키데 있다.
본 발명은 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치에 있어서, 상기 셀 글라스 상의 양단에 이방성 전도필름을 이송하여 배치하는 배치수단과, 상기 배치수단을 통해 배치된 이방성 전도필름과 상기 셀 글라스를 동시에 클램핑하여 소정 열로 가압하는 프레싱 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 방법에 있어서,
상기 셀 글라스 상의 양단에 이방성 전도필름을 배치수단을 통해 이송하여 배치하는 배치과정과, 상기 배치된 이방성 전도필름과 상기 셀 글라스를 동시에 클램핑하여 소정 열로 가압하는 프레싱 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 이방성 전도필름을 사용함에 따라 생산 공정 중 발생되는 불량을 줄일 수 있는 효과가 있고, 필름이 부착되는 전면이 Cell과 통전되므로 모듈의 효율이 향상되며, 기존에 pasting을 사용함에 따라 소요된 부자재 페이스팅-캡톤 테이프 부착 등이 필요없어지므로 원가절감에 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 박막 레이업 공정을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 셀 글라스 레이업 공정 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 셀 글라스 레이업 공정 장치의 이방성 전도필름 및 구리 와이어 배치에 대한 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 박막 태양광 모듈의 정션박스 위치에 따른 버스라인 배치에 대한 예시도.
본 발명의 일실시예에 따른 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치를 첨부된 도면에 도시된 실시 예를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시된 바와 같이, 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치는 제어수단(400)의 제어신호에 의해 구동하고, 셀 글라스 상의 양단에 이방성 전도필름을 이송하여 부착하는 부착수단(100)과, 부착된 이방성 전도필름 상에 구리 와이어를 배치하는 배치수단(200)과, 이방성 전도필름, 구리 와이어 및 셀 글라스를 동시에 클램핑하여 소정 열로 가압하는 프레싱 수단(300)을 포함하여 구성된다.
부착수단(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 셀 글라스 상의 양단에 이방성 전도필름을 이송하여 부착하는 구성으로, 이방성 전도필름(ACF Film)을 이송하여 셋팅시키기 위한 픽커를 포함하여 구성된다.
여기서, 이방성 전도필름 셋팅시 Pre-bonding을 하여, 캡톤 테이프를 사용하지 않고도 배치할 수 있는 특징이 있다. 이때 이방성 전도필름(ACF Film)은 부분적으로 Pre-bonding(Pre-Heating)하여 고정하여 배치할 수 있음은 물론이다.
또한 이전 공정으로부터 투입된 셀 글라스를 이송시켜 이방성 전도필름의 배치공정을 진행하도록 하기 위한 수단으로, 예를 들면 회전하여 셀 글라스를 이송시키는 롤러와 같은 장치로 구성될 수 있다.
픽커는 이방성 전도필름을 이송하여 셋팅시키기 위한 수단이다.
그리고 셀 글라스 상의 양단에 배치된 이방성 전도필름의 각 일측단을 연결하여 전력을 모으기 위한 버스라인을 인슐레이션 테잎(Insulation tape)으로 부착하는 버스라인 부착수단(110)과, 버스라인의 인슐레이션 테잎 상에 구리 와이어를 배치하는 버스라인 배치수단(210)을 포함한다.
여기서, 버스라인 부착수단과 버스라인 배치수단은 셀 글라스 상의 양단에 배치된 이방성 전도필름의 각 일측단에 전력을 모으기 위한 버스라인을 인슐레이션 테잎과 구리 와이어로 정션박스(Jucntion Box)에 연결되도록 부착하고, 버스라인의 인슐레이션 테잎 상에 구리 와이어를 배치하기 위한 구성이다.
프레싱 수단(300)은 이방성 전도필름과 구리 와이어를 고정시키기 위한 실린더 푸셔부(310), 셀 글라스 상에 배치된 이방성 전도필름에 소정 열을 가하기 위한 히터부(320), 셀 글라스와 이방성 전도필름과 구리 와이어에 직접적인 충격을 방지하기 위해 히터면에 부착되는 보호부재부(330), 히터부를 셀 글라스 방향으로 밀어 가압하기 위한 가압부(340)와, 실린더 푸셔부 및 가압부에 있어서, 그 선단에 열전달 방지부(350)로 구성된다.
여기서, 실린더 푸셔부(310)는 픽커에 의해 셋팅된 이방성 전도필름을 길이방향으로 고정시키는 기능을 수행한다.
히터부(320)는 셀 글라스 상에 배치된 이방성 전도필름에 소정 열을 가하는 기능을 하고, 이때 소정 열은 대략 180도 내지 200도 내외이다.
보호부재부(330)는 셀 글라스와 이방성 전도필름과 구리 와이어에 직접적인 충격을 방지하기 위해 히터면에 부착되는 보호부재로서, 테프론 및 그와 유사한 특성을 갖는 재질로 구성가능하다.
가압부(340)는 히터부를 셀 글라스 방향으로 밀어 가압하는 구성이다.
여기서 가압부에 따른 압력과 접촉시간은 2MPa 압력과 15sec 정도로 하는 것이 바람직하다.
실린더 푸셔부 및 가압부에 있어서, 실린더 푸셔부와 가압부측으로의 열전달 및 열손실을 방지하기 위하여, 그 선단에 각각 열전달 방지부(350)를 구성하는 바, 열전달 방지부의 구성은 테프론 재질 또는 이와 유사한 특성을 갖는 재질로 구성가능하다.
박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 방법은 다음과 같이 이루어진다.
제어수단의 제어에 의해 셀 글라스 상의 양단에 이방성 전도필름을 배치수단을 통해 이송하여 부착하는 부착과정과, 이방성 전도필름 상에 구리 와이어를 배치하는 배치과정과, 앞서 배치된 이방성 전도필름, 구리 와이어, 셀 글라스를 동시에 클램핑하여 소정 열로 가압하는 프레싱 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서 배치과정 이후, 셀 글라스 상의 양단에 배치된 이방성 전도필름과 구리 와이어의 각 일측단에 전력을 모으기 위한 버스라인을 인슐레이션 테잎으로 부착하는 버스라인 부착과정과, 버스라인의 인슐레이션 테잎 상에 구리 와이어를 배치하여 상기 셀 글라스 상의 양단에 배치된 구리 와이어의 각 일측단을 연결하는 버스라인 배치과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서,
이러한 본 발명에 따르면, 이방성 전도필름을 사용함에 따라 생산 공정 중 발생되는 불량을 줄일 수 있는 효과가 있고, 필름이 부착되는 전면이 Cell과 통전되므로 모듈의 효율이 향상되며, 기존에 pasting을 사용함에 따라 소요된 부자재 페이스팅-캡톤 테이프 부착 등이 필요없어지므로 원가절감에 효과가 있다.
100 : 부착수단
110 : 버스라인 부착수단
200 : 배치수단
210 : 버스라인 배치수단
300 : 프레싱 수단
310 : 실린더 푸셔부
320 : 히터부
330 : 보호부재부
340 : 가압부
350 : 열전달 방지부
400 : 제어수단

Claims (7)

  1. 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치에 있어서,
    셀 글라스 상의 양단에 이방성 전도필름을 이송하여 부착하는 부착수단(100);
    상기 부착수단을 통해 부착된 이방성 전도필름 상에 구리 와이어를 배치하는 배치수단(200); 및
    상기 이방성 전도필름, 구리 와이어 및 셀 글라스를 동시에 클램핑하여 소정 열로 가압하는 프레싱 수단(300)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부착수단(100) 및 배치수단(200)은,
    상기 이방성 전도필름 또는 구리 와이어를 이송하여 셋팅시키기 위한 픽커를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 프레싱 수단(300)은,
    상기 이방성 전도필름 및 구리 와이어를 고정시키기 위한 실린더 푸셔부(310);
    상기 셀 글라스 상에 배치된 이방성 전도필름에 소정 열을 가하기 위한 히터부(320);
    상기 셀 글라스, 이방성 전도필름 및 구리 와이어에 직접적인 충격을 방지하기 위해 상기 히터에 부착되는 보호부재부(330); 및
    상기 히터부를 셀 글라스 방향으로 밀어 가압하기 위한 가압부(340);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 실린더 푸셔부 및 가압부에 있어서, 그 선단에 열전달 방지부(350);를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 글라스 상의 양단에 배치된 이방성 전도필름의 각 일측단에 전력을 모으기 위한 버스라인을 인슐레이션 테잎으로 부착하는 버스라인 부착수단(110); 및
    상기 버스라인의 인슐레이션 테잎 상에 구리 와이어를 배치하는 버스라인 배치수단(210);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 장치.
  6. 박막형 태양전지모듈 제조 시스템의 셀 글라스 레이업 공정 방법에 있어서,
    셀 글라스 상의 양단에 이방성 전도필름을 이송하여 부착하는 부착과정과,
    상기 이방성 전도필름 상에 구리 와이어를 배치하는 배치과정과, 상기 배치된 이방성 전도필름과 상기 셀 글라스를 동시에 클램핑하여 소정 열로 가압하는 프레싱 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 셀 글라스 레이업 공정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배치과정 이후, 상기 셀 글라스 상의 양단에 배치된 이방성 전도필름과 구리 와이어의 각 일측단에 전력을 모으기 위한 버스라인을 인슐레이션 테잎으로 부착하는 버스라인 부착과정; 및 버스라인의 인슐레이션 테잎 상에 구리 와이어를 배치하여 상기 셀 글라스 상의 양단에 배치된 구리 와이어의 각 일측단을 연결하는 버스라인 배치과정;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 글라스 레이업 공정 방법.
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