KR20130093876A - 태양광 ｐｖ 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아 그리고 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양광 PV 모듈에 쓰이는 리본/버스 바아(Bus bar) 및 그 제조방법과 관련된 것이며, 특히 리본/버스 바아는 무연 전기도금 연속생산공정에 의해 만들어진다. 구리 와이어 표면에는 Sn계 땜납을 일층으로 도금하였고, 도금층 두께는 3~15 미크론 정도이며, 도금층 표면은 깨끗하고 매끄러우며 쉽게 변색되지 않는다. 도금층의 밀폐성은 좋으며 태양광 모듈의 자동 연속 용접과 반자동 및 수동 용접생산에 적용된다.
본 발명은 일반 구리 와이어를 도체로 삼았기 때문에 제품 원가가 적잖이 낮아졌다. 본 발명의 또 다른 특징은 도금층에 미립자가 함유되어 있어 Sn계 땜납과 태양광 모듈 활성물질의 부착 면적을 효과적으로 확대함으로써 리본/버스 바아와 태양광전지와의 결합력을 향상시켰으며 전도율도 뚜렷이 높인다는 것이다.
본 발명은 일반 구리 와이어를 도체로 삼았기 때문에 제품 원가가 적잖이 낮아졌다. 본 발명의 또 다른 특징은 도금층에 미립자가 함유되어 있어 Sn계 땜납과 태양광 모듈 활성물질의 부착 면적을 효과적으로 확대함으로써 리본/버스 바아와 태양광전지와의 결합력을 향상시켰으며 전도율도 뚜렷이 높인다는 것이다.
Description
본 발명은 태양광 PV 모듈에 사용되는 리본/버스 바아 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 리본/버스 바아에는 무연 전기도금 연속 생산 공법을 사용하였다. 동판 표면에 Sn계 솔더(solder)를 균일하게 도금한다. 태양광 PV 모듈에 사용되는 자동 연속 용접과 반자동 및 수동 용접 생산에 관한 것이다.
21세기 들어, 환경보호에 대한 인식이 일반화되면서, 태양에너지가 신에너지의 화두가 되었다. 태양광 PV모듈에는 다결정 Si박막과 단결정 Si박막이 사용되는데, 이들 Si 박막은 리본/버스 바아로 용접 연결되어 지정된 영역으로 운송되고, 이러한 방식으로 발전을 하며, 전력을 송출하게 되는 것이다. 태양광 PV 모듈의 빠른 성장으로 단면모양을 평평한 형상으로 가공한 동판 도체 표면에 주석 땜납을 피복한 리본/버스 바아가 주목받고 있다.
현재까지 높은 도전율을 높이기 위해, 태양광 PV모듈을 연결하는 리본/버스 바아에 순도가 높은 무산소 구리 혹은 고순도 구리(99.9999%）를 도체 재료로 사용하였기 때문에, 원가가 높았다.
일본특허 특개평 2002-263880 공보의 경우에는, 무산소 구리 및 고순도 구리를 태양광 PV 모듈 리본/버스 바아의 도체 재료로 사용하였다. 용융주석도금 공법으로 고성능 리본/버스 바아를 생산하고 있다.
일본특허 JP 2008169461A20080424는 태양전지 저가 무연 주석 솔더 도금속 도선 및 제조방법과 관련 있다. 도체 재료는 100ppm 인 원소가 포함된 구리합금으로, 인이 첨가된 방법 및 장단점을 설명하고 있다.
중국특허(공개번호) CN201430144의 창저우 톈호광넝 유한공사가 출원한 실용신안으로, 태양전지의 주석코팅에 관한 것이며, 구리기판을 포함한다. 구리기판 한 면은 주석합금층이 피복되어 있으며, 다른 한 면은 태양전지와 같은 색인 보호층으로 피복되어 있다. 보호층은 안료 코팅층 혹은 안료첨가제를 혼입한 주석합금 코팅층이다.
공개번호 CN101488536 특허는 태양광 PV모듈 리본/버스 바아의 태양에너지판 조립 방법을 공개한다. 이 버스 바아 상의 주석층 피복은 용융주석도금 공법이 사용되었고, 주석에는 아연을 함유하고 있다.
기존 기술은 일반적으로 용융주석도금 공법을 사용하여, 주석용접재를 구리기판까지 피복하였으나, 이러한 방법은 주석 덩어리, 주석 침전물, 구리 찌꺼기, 변색 등의 이상현상이 발생시키며, 용접 시 침공이나 주석유출 등 용접 불량이 발생된다.
중국 간행물 <기능재료(功能材料)> 1997.28（1）-104-105 은 태양전지용 주석도금 합금판에 대해 보도하였으며, 이때 용융주석도금 공법으로 주석 용접재료를 동판까지 피복하는 방법을 사용하고 있다.
태양광 PV모듈이 널리 보급되기 위해서는 2가지 문제가 선결되어야 한다. 하나는 다결정 및 단결정 Si박막의 생산원가 절감이다. 이는 발명자가 언급하고자 하는 부분이 아니다. 리본/버스 바아의 생산원가 하락이 두 번째 선결과제이다. 또한 친환경적인 생산공법, 간편화된 생산과정도 시급하며, 리본/버스 바아와 Si 박막의 부착력 나아가 리본/버스 바아의 도전성능을 개선해야 한다.
본 발명의 취지는 생산원가가 낮고, 공법이 친환경적이며, 과정이 간편화, 높은 부착력과 도전율의 태양광 PV 모듈용 리본/버스 바아 및 제조방법을 제공하는데 있다. 특히 무연화 전기도금 연속생산공법을 사용한다. 동판 표면에는 Sn계 솔더를 균일하게 피복하며, 도층 두께가 조절가능하며, 도층 표면이 반질하고, 노랗게 변색되는 현상이 없다. 또한 도층 밀착성이 좋다. 태양광 PV모듈의 자동 연속 용접 생산에 적용된다. 일반 동판을 도체로 사용하여 원가가 낮다. 본 발명의 또 다른 특징은 도층에 미세 입자를 함유하고 있어 Sn계 솔더와 모듈 활성물질의 부착면접이 증가되었고 이로써 리본/버스 바아와 태양 전지의 결합력과 도전율이 현저히 제고되었다.
본 발명의 일 실시예는, 태양광 PV 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아를 개시하고 있고, 이는 평평한 형상으로 가공된 동판; 상기 동판의 표면에 피복된 Sn계 솔더(solder)로서, 태양광 PV 모듈을 용접하여 연결하는데 사용되는, Sn계 솔더를 포함하고, 상기 Sn계 솔더는 1~10wt%의 미립자를 포함하고, 상기 미립자는 Sn, Ag, Cu, Bi, Ni, Au, Pd 중 어느 하나 이상을 포함한다.
이 경우 상기 동판의 O 함량은 150~300ppm일 수 있고, 상기 Sn계 솔더에 포함된 미립자의 크기는 0.1~3.5 미크론일 수 있으며, 상기 동판의 표면에 피복된 피복층의 두께는 3~15 미크론일 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 태양광 PV 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아의 제조 방법이 개시되고, 이러한 방법은 동판을 400~750℃의 온도에서 30~90분 열처리하는 단계; 열처리한 동판 표면에 전기도금 방법을 이용해 주석층을 피복하는 단계; 주석층이 피복된 동판을 Sn, Ag, Cu, Bi, Ni, Au, Pd 중 어느 하나 이상의 분말을 포함한 전기 도금액 탱크에 위치시키고, pH 1~2, 10~20℃, 8~15A/dm2의 조건에서 전기 도금하는 단계를 포함하고, 이러한 방법을 통해 3~15 미크론의 두께를 갖는 Sn계 솔더 리본/버스 바아를 얻게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 제품의 단면도이다.
도 2는 용융 주석 도금 제품의 단면도이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
도 2는 용융 주석 도금 제품의 단면도이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
하기 설명은 본 발명의 실시예에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해서 하나 이상의 실시예들의 간략화된 설명을 제공한다. 본 섹션은 모든 가능한 실시예들에 대한 포괄적인 개요는 아니며, 모든 엘리먼트들 중 핵심 엘리먼트를 식별하거나, 모든 실시예의 범위를 커버하고자 할 의도도 아니다. 그 유일한 목적은 후에 제시되는 상세한 설명에 대한 도입부로서 간략화된 형태로 하나 이상의 실시예들의 개념을 제공하기 위함이다.
* 구체적인 실시예의 설명
1. 시중 일반 동판이 사용되었다. O 함량은 150~300ppm으로, 원가가 큰 폭으로 낮아졌다.
2. 시중 일반 동판 표면에 무연화 전기도금 방식을 사용하여, Sn계 솔더를 피복했으며, 그 구성은 순Sn 혹은 Ag, Cu, Bi, Ni, Au, Pd중 한 종류 혹은 2종류 혹은 여러 종류 원소로 구성된 Sn계 복합 주석 솔더이다. 각 원소는 1~10wt%의 Sn복합 주석 솔더이다.
3. 특수 가공 공법을 통해 Sn계 솔더가 미세입자를 갖게 하였고, 이로써 부착력을 높였다. 미세입자 0.1~3.5미크론의 크기로 도층 안에 박아 넣는다. 미세입자는 Sn 분말로부터 얻거나 Ag, Cu, Bi, Ni, Au, Pd중 한 종류 혹은 여러 종류 금속 분말로부터 얻는다.
4. 무연화 전기도금방법을 통해 리본/버스 바아 생산이 간편화 됐으며, 동판 상 Sn계 솔더 피복층은 3-15미크론이다. 리본/버스 바아의 가공가능 폭은 1.1~20mm이다.
5. 무연 전기도금 방법으로 제조된 리본/버스 바아의 체적 저항률은 0.019~0.020Ωmm2/m이다. 이는 용융주석도금 방식으로 제조된 리본/버스 바아의 체적 저항률보다 낮다.
6. 제조 절차
(1) 도체의 일반 동판을 400~750℃의 온도, 30~90분간 열처리 한다.
(2) 열처리한 일반 동판 표면에 범용 전기도금기술을 사용하여 주석층을 피복하고, 이때 두께는 0.5~1.0mm이다.
(3) 주석으로 도금한 동판을 연속으로 Sn계 주석 도금액 탱크에 놓는다. 공법 조건은 PH 1~2, 온도 10~20℃, 음극 전류밀도8~15A/dm2이다.
최종 3-12미크론 두께의 다층 복합 Sn계 주석 솔더 리본/버스 바아를 얻는다. 순수 주석 도금이 될 수도 있고, 주석 도금 + 구리 도금 + 주석 도금 혹은, 주석 도금 + 구리 도금 + 은 도금 + 주석 도금 + 혹은 주석 도금+ 니켈 도금 + 금 도금 + 주석 도금의 다층 전기도금 Sn계 주석 솔더 리본/버스 바아가 될 수 있다.
시중 일반 동판이란 황동판 혹은 적동판을 말한다.
Sn의 전기도금액 투입형태는 황산 제일석 혹은 Tin methyl sulfonate이다.
Ag 의 전기도금액 투입형태는 청화은 가리(Potassium silver cyanide)이다.
Cu 의 전기도금액 투입형태는 황산구리 혹은 시안화 제1동이다.
Bi 의 전기도금액 투입형태는Methyl sulfonic acid bismuth이다.
Ni의 전기도금액 투입형태는 황산니켈 혹은 Nickel sulfamic acid 이다.
Au 의 전기도금액 투입형태는 염화금산이다.
Pd의 전기도금액 투입형태는 Citric acid palladium이다.
일반 전기도금기술이란 기존의 일반적인 Methyl sulfonic acid 체계의 전기도금을 말한다.
* 구체적인 적용방법
이하는 구체적인 사례를 종합하면서 본 발명을 구체적으로 설명해 놓았다.
1. 적용사례 1
시중 일반 동판을 400℃ 온도에서 90분간 열처리 한다. 열처리한 일반 동판표면에 일반 전기도금 방식을 통해 주석을 0.5미크론 도금한다. 이 동판을 연속으로 Sn계 주석도금액 탱크에 놓는다. 먼저 Methyl sulfonic acid 120g/l，1.5mol의 황산구리 일반 전기도금액에 통과시킨다. 시간은 2min, PH 1, 온도10℃ 로서, 두께 1미크론의 구리 도금층을 만든다. 그 다음 황산 제일석 20g/l, 직경 1미크론의 주석 분말 5g/l, Methyl sulfonic acid 120g/l，구연산칼륨 60g/l, 소듐글라이콜레이트 10g/l, 젤라틴3g/l에 놓고, 고도 분산된 주석 전기도금액 체계를 거친다. 시간은 4min, PH 1, 온도10℃, 음극 전류 밀도 8A/dm2 이다. 이로써 3미크론의 주석 도금 + 구리 도금 + 주석 도금의 다층 Sn계 주석 솔더 리본/버스 바아를 얻는다.
2.
적용사례2
시중 일반 동판을 750℃ 온도에서 30분간 열처리한다. 열처리한 일반 동판표면에 일반 전기도금 방식을 통해 주석을 0.5미크론 도금한다. 이 동판을 연속으로 Sn계 주석도금액 탱크에 놓는다. 먼저 Methyl sulfonic acid 120g/l，1.5mol의 황산구리 일반 전기도금액에 통과시킨다. 시간은 2min, PH 1, 온도10℃로서, 두께 1미크론의 구리 도금층을 만든다. 그 다음 청화은 가리 20g/l, 직경 1.5미크론의 은 분말 5g/l, Methyl sulfonic acid 120g/l，구연산칼륨 60g/l, 소듐글라이콜레이트 10g/l, 젤라틴3g/l에 놓고, 고도 분산된 은 전기도금액 체계를 거친다. 시간은 4min, PH 1, 온도10℃, 음극전류밀도15A/dm2 이다. 이로써 6미크론의 은 도금층을 얻는다. 그 다음 황산 제일석40g/l, 구연산칼륨 20g/l， Phenol sulfonic acid sodium salt 30g/l，시간5min，도금액 PH 1.5，온도20℃를 통해，12미크론의 주석 도금+ 구리 도금+ 은 도금 + 주석 도금의 다층 Sn계 주석 솔더 리본/버스 바아를 얻는다.
3.
적용사례3
시중 일반 동판을 550℃ 온도에서 60분간 열처리 한다. 열처리한 일반 동판표면에 일반 전기도금 방식을 통해 주석을 1미크론 도금한다. 이 동판을 연속으로 Sn계 은 도금액 탱크에 놓는다. 먼저 Methyl sulfonic acid 120g/l，1.5mol의 Nickel sulfamic acid 전기도금액 탱크에 통과시킨다. 시간은 2min, PH 1, 온도10℃로서, 두께 1미크론의 니켈 도금층을 만든다.
그 다음 황산 제일석 50g/l, 직경 1미크론의 주석 분말 5g/l, Methyl sulfonic acid 120g/l，구연산칼륨 10g/l, 소듐글라이콜레이트 10g/l, 젤라틴3g/l에 놓고, 고도 분산된 주석 전기도금액 체계를 거친다. 시간은 4min, PH 1, 온도15℃, 음극전류밀도10A/dm2 이다. 이로써 7미크론의 주석 도금 + 니켈 도금 + 팔라듐-주석 도금의 다층 Sn계 주석 솔더 리본/버스 바아를 얻는다.
본 발명으로 생산된 제품과 일반 공법으로 생산된 제품을 실제로 비교해 본 결과, 도전율 지표에서 눈에 띄게 개선되었다. 체적저항율(Ωmm2/m)이 0.022－0.023에서 0.019－0.020으로 하락하였다. 리본/버스 바아 전지저항율의 감소로 태양전지 모듈의 출력도 약 1.5－13.0％ 동방 상승되었다.
본 발명은 무연 전기도금 공법을 사용하기 때문에, 도층 두께가 균일하고, 표면이 매끄럽다. 반면 용융주석도금 공법으로 생산된 리본/버스 바아 표면은 활 모양처럼 튀어 오른다. 도 1과 도 2를 참고한다.
용융주석도금 공법과 달리, 전기도금공법으로 처리한 리본/버스 바아의 전지 용접 생산 과정에서 주석 유출 현상이 없으며, 자동과 반자동 전지 생산 설비에 직접으로 적용될 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.
Claims (5)
- 태양광 PV 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아로서,
단면 형상을 평평한 형상으로 가공된 동판;
상기 동판의 표면은 피복된 Sn계 복합 솔더(solder)로서, 태양광 PV 모듈을 용접하여 연결하는데 사용되는, Sn계 솔더를 포함하고,
상기 Sn계 솔더는 1~10wt%의 미립자를 포함하고,
상기 미립자는 Sn, Ag, Cu, Bi, Ni, Au, Pd 중 어느 하나 이상을 포함하는,
태양광 PV 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아.
- 제 1 항에 있어서,
상기 동판의 O 함량은 150~300ppm인,
태양광 PV 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아.
- 제 1 항에 있어서,
상기 Sn계 솔더에 포함된 미립자의 크기는 0.1~3.5 미크론인,
태양광 PV 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아.
- 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 동판의 표면에 피복된 피복층의 두께는 3~15 미크론인,
태양광 PV 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아.
- 태양광 PV 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아의 제조 방법으로서,
동판을 400~750℃의 온도에서 30~90분 열처리하는 단계;
열처리한 동판 표면에 전기도금 방법을 이용해 주석층을 피복하는 단계;
주석층이 피복된 동판을 Sn, Ag, Cu, Bi, Ni, Au, Pd 중 어느 하나 이상의 분말을 포함한 전기 도금액 탱크에 위치시키고, pH 1~2, 10~20℃, 8~15A/dm2의 조건에서 전기 도금하는 단계를 포함하고,
이러한 방법을 통해 3~15 미크론의 다층 복합 도금층 두께를 갖는 Sn계 솔더 리본/버스 바아를 얻게 되는,
태양광 PV 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아의 제조 방법.
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| KR1020120015089A KR20130093876A (ko) | 2012-02-15 | 2012-02-15 | 태양광 ｐｖ 모듈에 사용되는 리본 및 버스 바아 그리고 이의 제조 방법 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| GB2518565A (en) * | 2014-01-10 | 2015-03-25 | Strip Tinning Ltd | Busbars |
| KR20150084326A (ko) * | 2014-01-13 | 2015-07-22 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 모듈 |
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-
2012
- 2012-02-15 KR KR1020120015089A patent/KR20130093876A/ko not_active Application Discontinuation
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| US11677034B2 (en) | 2021-03-30 | 2023-06-13 | Golden Solar (Quanzhou) New Energy Technology Co., Ltd. | FPCB/FCCL replacing tinned-copper welding strip as photovoltaic module bus bar |
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