KR20200086571A - 표면 실장형 태양광 모듈 제조 방법 - Google Patents

표면 실장형 태양광 모듈 제조 방법 Download PDF

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Abstract

태양광 모듈의 제조 방법이 제공된다. 상기 방법은, 전극이 구비된 제1 기판 상에 접착제를 도포하고, 제1 기판 위에 태양광 셀을 정렬시키며, 접합 공정을 통해 태양광 셀을 제1 기판 상에 접합시킨다. 그리고 제2 기판을 태양광 셀에 위에 접합시켜 태양광 모듈을 생성한다.

Description

표면 실장형 태양광 모듈 제조 방법{Method for manufacturing solar module}
본 발명은 태양광 모듈 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 표면 실장형 태양광 모듈 제조 방법에 관한 것이다.
최근에 이르러 청정 에너지에 대한 관심이 높아지면서 태양광을 이용하여 전력을 생산하는데 대한 관심이 크게 증가되고 있다. 태양 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 소자는 통상적으로 솔라셀 또는 태양전지로서 명명되고 있다. 태양전지는 구조나 동작 방식에 따라 실리콘, 화합물, CIGS(Copper Indium Galium Selenide), 염료감응형, 유기물 태양전지 등으로 구분할 수 있다.
이러한 태양 전지를 포함하는 태양광 모듈의 제조시, 전극을 납땜으로 연결하기 위해 사용하는 얇은 금속판인 리본을 전도성 접착제를 이용하여 전극과 연결한다. 보통 리본은 구리에 솔더가 도금된 경우가 많고 리본의 총 두께는 50μ이상의 두께를 가진다.
그런데 리본이 두꺼움으로 유연성 있는 모듈 개발이 어렵다. 또한, 태양광 셀의 두께가 매우 얇은 경우, 즉 예를 들어 100㎛ 미만인 경우 리본과 태양광 전극을 접합시키는 공정을 안정화시키기 어려운 단점이 있다. 이는 태양광 셀을 취급하는 공정 자체가 불안정하며 특히, 태양광 셀이 얇은 경우 셀 자체에 휨(warpage 혹은 bowing) 현상이 심해 안정적으로 리본과의 접합을 유지하기가 어렵기 때문이다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 특허출원 등록 번호 제1328138호에 기재된 "태양전지 모듈 및 그 제조 방법"이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 매우 유연하게 태양광 모듈을 안정적으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 특징에 따른 방법은, 태양광 모듈의 제조 방법으로서, 전극이 구비된 제1 기판 상에 접착제를 도포하는 단계; 상기 제1 기판 위에 태양광 셀을 정렬시키는 단계; 접합 공정을 통해 상기 태양광 셀을 상기 제1 기판 상에 접합시키는 단계; 및 제2 기판을 상기 태양광 셀에 위에 접합시켜 태양광 모듈을 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 태양광 모듈의 제조시, 리본을 사용하지 않고, 기판 상에서 전극을 형성하고 이를 레이저를 이용하거나 또는 융점이 낮은 솔더와 고분자로 이루어진 복합체를 이용하여 태양셀을 기판에 접합할 수 있다. 이에 따라 매우 유연한 태양광 모듈을 제작할 수 있다. 또한, 얇은 태양광 셀의 취급 공정을 안정적으로 확보할 수 있다.
도 1은 태양광 모듈의 단면을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈의 제조 공정을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 모듈의 제조 공정을 나타낸 도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 1은 태양광 모듈의 단면을 나타낸 도이다.
일반적으로 도 1에서와 같이, 태양광 셀을 중심으로 상부와 하부에 각각 전극이 배치되며, 전극들이 전도성 접찹제(예를 들어, 은 페이스트(Ag paste) 또는 솔더 등)를 이용하여 각각 리본과 연결된다. 이러한 상태에서, 봉합제(encapsulant)와 시트(sheet)를 이용한 래미네이션(lamination) 공정을 수행한다.
이러한 태양광 모듈 제조시, 리본은 구리에 솔더가 도금된 경우가 많아서 예를 들어, 50μ이상의 두께를 가진다. 리본이 두껍기 때문에 유연성 있는 모듈개발이 어렵다. 또한, 태양광 셀의 두께가 매우 얇은 경우, 리본과 전극을 접합시키는 공정을 안정화시키기 어렵다.
본 발명의 실시 예에서는 리본이 아닌 기판 상에서 전극을 형성하고 이를 레이저를 이용하여 혹은 융점이 낮은 솔더와 고분자 복합체로 접합하여 태양광 모듈을 제조한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 태양광 모듈의 제조 공정을 나타낸 도이다.
본 발명의 실시 예는 전극이 태양광 셀의 위와 아래에 있는 표면 실장형 태양광 모듈을 제조하는 공정이다.
먼저, 첨부한 도 2의 (a)에서와 같이, 전극(11)이 형성된 백시트(backsheet) 기판(제1 기판이라고도 명명될 수 있음)(10)을 준비한다. 전극(11)의 두께는 100㎛이하일 수 있다. 전극(11)은 Au, Cu, Ag, Ni, Al 등을 포함할 수 있다.
이후, 전극(11)의 표면에 전도성 접착제(12)를 도포한다. 전극(11)의 표면의 소정 위치에 전도성 접착제(12)가 도포될 수 있다. 이와 동시에, 비전도성 접착제(13)을 백시트 기판(10) 상에 도포한다. 비전도성 접착제(13)는 태양광 셀의 균형을 잡기 위한 것이며, 백시트 기판(10) 상의 전극(11)이 위치되지 않은 영역의 소정 위치에 도포된다.
비전도성 접착제(13)는 은 페이스트(Ag paste)일 수 있으며, 또는 솔더 분말과 고분자의 혼합물일 수 있다. 솔더 분말은 Sn, In, Zn 중의 하나를 포함할 수 있으며, 융점이 200도 이하일 수 있다. 비전도성 접착제(13)에 포함되는 고분자는 에폭시를 기반으로 하며 경화제, 환원제를 포함할 수 있다. 여기서, 환원제는 온도를 올리면 솔더 분말 및 전극의 산화막을 제거하는 역할을 한다. 그리고 경화제는 온도를 올리면 에폭시와 경화반응을 일으킨다. 이러한 비전도성 접착제(13)는 고분자 기반으로 유리전이온도가 80도 이하인 접착제일 수 있다.
한편, 비전도성 접착제(13)를 백시트 기판(10) 상에 도포한 다음에, 도 2의 (b)에서와 같이, 태양광 셀(20)을 백시트 기판(10) 상에 정렬하고, 도 2의 (c)에서와 같이, 접합 공정을 수행한다. 예를 들어, 태양광 셀(20)을 백시트 기판(10)상에 도포된 비전도성 접착제(13)와 전극(11)의 표면에 도포된 전도성 접착제(12) 위에 위치하도록 정렬시키고, 접합 공정을 수행한다.
접합 공정은 예를 들어, 도 2의 (b)에 도시된 모듈 전체를 오븐에 넣어서 태양광 셀(20)을 백시트 기판(10) 상에 접합시키는 것을 통해 수행될 수 있다. 또는 스테이지(stage)(도시되지 않음) 위에 도 2의 (b)에 도시된 모듈 놓고, 별도의 히팅 블록(heating block)(도시되지 않음)을 통해 열을 모듈로 전달하여, 접합부(예: 태양광 셀(20)과 백시트 기판(10)이 접합되는 부분)의 온도를 높여 접합 공정을 수행할 수 있다. 또는, 금속이나 실리콘 등 레이저를 흡수하는 물체를 태양광 셀(20) 위에 올려놓고 해당 물체에 레이저를 조사함으로써, 물체가 레이저를 흡수하여 온도가 상승되고 열원으로 동작함에 따라, 접합부의 온도가 높아져 접합 공정이 실시될 수 있다. 또는, 쿼츠(quartz)와 같은 레이저를 통과하는 물체를 태양광 셀(20) 위에 올려놓고 압력을 가하고 여기에 레이저를 가하여 태양광 셀(20) 혹은 태양광 셀(20)의 전극(11)이 레이저를 흡수하여 온도가 상승되도록 함으로써, 접합 공정에 필요한 열 에너지를 획득되며, 접합부의 온도가 높아져 접합 공정이 실시될 수 있다. 이러한 접합 공정에서 사용되는 레이저의 파장은 200nm에서 3㎛일 수 있다.
태양광 셀(20)을 백시트 기판(10) 상에 접합시킨 다음, 도 2의 (d)에서와 같이, 태양광 셀(20)의 상부의 비전도성 접착제(21)와 전도성 접착제(22)를 각각 도포한다. 비전도성 접착제(21)와 전도성 접착제(22)는 백시트 기판(10) 상에 도포되었던 비전도성 접착제(13) 및 전도성 접착제(12)와 동일한 물성을 가질 수 있다.
다음에, 도 2의 (e)에서와 같이 금속 전극(31)이 형성된 프론트시트(frontsheet) 기판(제2 기판이라고도 명명될 수 있음)(30)를 적절한 위치에 정렬시킨다. 예를 들어, 프론트시트 기판(30)을 태양광 셀(20) 상부에 도포된 비전도성 접착제(21)와 전도성 접착제(22)에 대응하는 소정 위치에 정렬시킨다.
이후, 접합 공정을 수행한다. 이때, 도 2의 (f)에서와 같이, 태양광 셀(20)를 백시트 기판(10)에 접합하는 방법과 동일한 방법으로, 접합 공정을 수행할 수 있다. 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 이때, 태양광 셀(20)를 백시트 기판(10)에 접합하는 공정과는 달리, 봉합제(encapsulant)(40)를 프론트시트 기판(30)과 태양광 셀(20) 사이 또는 프론트시프 기판(30)과 백시트 기판(10) 사이에 넣고 접합 공정을 수행한다. 봉합제(40)는 소정 크기로 잘라져서 프론트시트 기판(30)과 태양광 셀(20) 사이 및 프론트시프 기판(30)과 백시트 기판(10) 사이 중 적어도 하나에 넣어질 수 있다. 접합 공정 중에 봉합제(40)가 낮은 점도로 인해 충분히 태양광 셀(20)과 접합부((예: 태양광 셀(20)과 백시트 기판(10)이 접합되는 부분 및/또는 태양광 셀(20)과 프론트시트 기판(30)이 접합되는 부분)를 감싸게 된다. 이에 따라 도 2의 (f)에서와 같이 태양광 모듈(1)이 생성된다.
이러한 제조 공정을 통해, 리본이 아닌 백시트 기판 및 프론트시트 기판 상에 전극을 형성하고 이를 레이저를 이용한 접합 혹은 융점이 낮은 솔더와 고분자 복합체를 이용한 접합을 통해 태양광 모듈을 제조함으로써, 매우 유연하게 태양광 모듈을 제조할 수 있다.
또한, 태양광 셀의 두께가 매우 얇은 경우, 예를 들어 100㎛ 미만인 경우 기존에는 리본과 태양광 전극을 접합시키는 공정을 안정화시키기 어려운데 반하여, 본 발명의 실시 예에 따르면 리본이 아닌 백시트 기판 및 프론트시트 기판 상에 전극을 형성하고 이를 레이저를 이용한 접합 혹은 융점이 낮은 솔더와 고분자 복합체를 이용한 접합을 통해 태양광 모듈을 제조함으로써, 얇은 태양광 셀의 취급 공정을 안정적으로 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 태양광 모듈의 제조 공정을 나타낸 도이다.
본 발명의 다른 실시 예는 전극이 태양광 셀의 아래에만 있는 표면 실장형 태양광 모듈을 제조하는 공정이다.
도 3의 (a)에서와 같이, 전극(11)이 형성된 백시트 기판(10)을 준비한다. 전극(11)의 두께는 100㎛ 이하일 수 있으며, 전극(11)은 Au, Cu, Ag, Ni, Al 등을 포함할 수 있다.
그리고 전극(11)의 표면 적당한 위치에 전도성 접착제(12)를 도포한다. 전도성 접착제(12)는 은 페이스트 또는 솔더 분말과 고분자의 혼합물일 수 있다. 솔더 분말은 Sn, In, Zn 중의 하나를 포함할 수 있으며, 융점이 200도 이하일 수 있다. 고분자는 에폭시를 기반으로 하며 경화제, 환원제를 포함할 수 있다. 경화제 및 환원제는 위의 실시 예와 동일한 기능을 수행할 수 있으며, 상세한 설명은 생략한다.
이후, 도 3의 (b)에서와 같이, 태양광 셀(20)을 백시트 기판(10) 상에 정렬시키고, 도 3의 (c)에서와 같이 접합 공정을 수행한다.
태양광 셀(20)을 백시트 기판(10) 상에 접합시키는 공정을 위의 실시 예와 동일한 방법으로 수행될 수 있으며, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
다음에, 위의 실시 예와는 달리, 도 3의 (d)에서와 같이, 봉합제(40')를 태양광 셀(20) 위에 위치시키고, 봉합제(40') 위에 프론트시트 기판(30)을 위치시키고 래미네이션(lamination)을 수행하여, 도 3의 (f)에서와 같이, 태양광 모듈(1')을 생성한다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 제조 방법은, 태양 전지 등의 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 모든 형태의 태양광 모듈을 제조하는데 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (1)

  1. 태양광 모듈을 제조하는 방법으로서,
    전극이 구비된 제1 기판 상에 접착제를 도포하는 단계;
    상기 제1 기판 위에 태양광 셀을 정렬시키는 단계;
    접합 공정을 통해 상기 태양광 셀을 상기 제1 기판 상에 접합시키는 단계; 및
    제2 기판을 상기 태양광 셀에 위에 접합시켜 태양광 모듈을 생성하는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
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