KR20210123251A - 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

태양광 발전을 위한 태양전지 모듈에 이용되는 태양전지 스트링을 전기적으로 연결하는 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, (a) 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 준비하는 단계, (b) 상기 단계 (a)의 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 상기 단위 셀의 전면 전극과 후면 전극 중의 적어도 어느 하나에 전도성 접착제를 도포하고, 상기 전도성 접착제가 도포된 상기 전면 전극과 후면 전극을 서로 연결하여 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 형성하는 단계, (d) 전도성 환형 와이어를 이용하여 상기 단계 (c)에서 형성된 복수의 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 서로 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는 구성을 마련하여, 기존 리본 와이어를 적용한 구조보다 셰이딩(Shading) 영역을 86% 정도 감소시키고 이에 따른 입사면적의 증가로 인한 태양전지 모듈의 출력을 향상시킬 수 있다.

Description

고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법{Solar cell module of high power shingled array structure amd manufacturing method thereof}
본 발명은 고출력 슁글드 어레이(shingled array) 구조의 스트링 간 연결기술에 관한 것으로, 특히 태양광 발전을 위한 태양전지 모듈에 이용되는 태양전지 스트링을 전기적으로 연결하는 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 주 에너지원인 화석연료는 그 매장량이 점차 고갈되고 있으며 지구온난화 등 지구환경에 악영향을 미치고 있어 인류는 대체에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 환경문제 및 고갈의 우려가 없는 대체에너지로 풍력, 수력, 원자력, 태양에너지 등이 있으며, 그중 무한한 에너지원으로 알려진 태양광 발전은 화석연료를 대체할 수 있는 미래의 대안으로 급부상하고 있다.
태양광 발전은 무한정, 무공해의 태양 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다. 태양광 발전의 기본 원리는 반도체 PN 접합으로 구성된 태양전지(solar cell)에 태양광이 조사되면 광에너지에 의한 전자, 정공 쌍이 생겨나고, 전자와 정공이 이동하여 n 층과 p 층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다.
이러한 태양전지는 광전 변환 효과를 이용하여 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것으로, 한 개의 태양전지는 대략 수 와트(W) 내외의 작은 전력을 생산한다. 따라서 원하는 출력을 얻기 위해서는 여러 개의 태양전지를 일정 패턴으로 배치 및 정렬시키고, 직렬 또는 병렬로 연결한 후 방수 처리한 형태의 태양전지모듈을 사용한다.
태양전지 모듈은 일반적으로 전면에 유리가 위치하고, 후면에는 EVA 시트가 배치되며, 스트링 라인이 설치된다. 또한, 셀 뒷면에는 셀을 보호하기 위한 EVA와 백시트(Backsheet)가 놓이고 라미네이션 공정이 진행된다. 라미네이션이 끝난 모듈은 외부로 전기를 추출하기 위한 배선이 포함된 정션박스를 부착하고 모듈의 설치를 용이하게 하거나 보호를 위한 프레임을 부착하는 공정이 진행된다.
상기와 같은 종래의 태양전지 모듈에서, 태양전지에 의해 발전한 전력을 외부로 출력하기 위해서는 태양전지에 형성된 버스바 및 인터커넥션 리본과, 리드선을 통해 태양전지 모듈의 외부로 취출하는 방법이 이용된다.
한편, 태양광 모듈은 다수의 스트링(string)이 직렬 연결되어 구성된다. 예를 들어, 4개의 스트링이 하나의 태양광 모듈을 구성하며, 이들 각각은 독립적으로 태양광 발전 기능을 갖는다. 이러한 태양광 모듈 스트링은 부하까지 직접 전력 케이블이 연결되는데 종종 선로의 누전으로 인해 불필요한 전력 소모가 심각하게 누적되는 문제점이 있다.
이러한 기술의 일 예가 하기 특허문헌 1 내지 3 등에 개시되어 있다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(B) 상에서 직렬로 연결된 몇몇 또는 복수의 분할 전지셀(10)로 구성된 복수의 스트링(S)을 서로 연결하도록 어느 한 스트링(S)의 최상부 분할 전지셀(10) 또는 최하부 분할 전지셀(10)의 전면 버스바 전극 또는 후면 버스바 전극과 나란하도록 소정길이 연장되고, 접착부에 의해 분할 전지셀(10)의 전면 버스바 전극 또는 후면 버스바 전극에 연결된 스트링 리본(40)과 상기 스트링 리본(40)의 분기 스트립 상에 인접하는 스트링(S)과의 접속을 위한 연결 리본(60)을 포함하고, 상기 스트링 리본(40)은 전면 버스바 전극 또는 후면 버스바 전극에 연결 및 접속될 수 있게 라인 상으로 형성된 메인 스트립과 메인 스트립으로부터 분기된 복수의 분기 스트립(45)을 구비한 분할 태양전지 모듈(1)에 대해 개시되어 있다.
또 하기 특허문헌 2에는 제1 태양 전지와 제2 태양 전지를 준비하는 공정, 제1 태양 전지의 수광면에 절연성 부재를 형성하는 공정과 제1 태양 전지와 제2 태양 전지를 도전성 부재를 통해 적층하는 공정을 가지며, 상기 절연성 부재는 제1 태양 전지의 수광면의 분할된 단면 측의 둘레 중 수집 전극이 설치되지 않은 둘레에 형성되고, 상기 제1 태양 전지와 제2 태양 전지는 상기 제1 태양 전지의 수광면의 분할된 단면 측의 가장자리가 제2 태양 전지의 뒷면의 가장자리에 겹치도록 적층되고, 상기 제1 태양 전지와 제2 태양 전지의 적층부에서는 상기 제1 태양 전지의 수집 전극과 제2 태양 전지의 이면 전극이 도전성 부재에 접하게 하여 전기적으로 접속되는 태양 전지 모듈의 제조 방법에 대해 개시되어 있다.
한편, 하기 특허문헌 3에는 태양전지 모듈용 환형 와이어로서, 원형 도체 및 상기 원형 도체의 표면에 형성된 땜납 도금층을 포함하고, 상기 원형 도체의 직경은 180 내지 540 ㎛이며, 상기 환형 와이어의 동일한 횡단면상 상기 땜납 도금층의 최소 두께와 최대 두께의 합이 8 내지 53 ㎛이고, 신율이 11 내지 47%이고, 저항이 648 mΩ/m 이하이며, 항복강도가 120 MPa 이하이고, 인장강도가 180 내지 260 MPa인 환형 와이어에 대해 개시되어 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1852606호(2018.04.20 등록) 일본 재공표 특허공보 WO 2015/152020(2017.04.13 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1840590호(2018.03.20 공고)
상술한 바와 같은 특허문헌 1에 개시된 기술에서는 도 1에 도시된 바와 같기 스트링과 스트링 접합시 약 2~3㎜ 폭을 갖는 리본 와이어를 활용하여, 도 2에 도시된 바와 같이 직병렬로 솔더링 접합을 실행하므로, 솔더링시 과도한 열 공급으로 스트링 간 접촉 불량이 발생하게 된다는 문제가 있었다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 2~3㎜ 폭을 갖는 리본을 적용하므로, 장착된 리본의 전체 면적에 대응하는 영역이 차폐되어 태양전지 모듈의 전체 출력이 저하된다는 문제도 있었다.
상기 특허문헌 2에는 태양전지의 수광면적 감소를 최소화하도록 전도성 환형 와이어를 이용하여 복수의 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 솔더링 공정에 의해 병렬로 서로 전기적으로 연결하는 본원 발명의 구조에 대해 개시되어 있지 않습니다.
한편, 특허문헌 3에 복수의 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 솔더링 공정에 의해 서로 전기적으로 연결하는 구조에 대해서는 개시되어 있지 않았다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 고출력 슁글드 어레이 구조에서 전도성 환형 와이어를 사용하여 태양전지의 수광면적 감소를 최소화하여 태양전지의 출력을 향상시킬 수 있는 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 솔더링 공정에 따른 열 손상에 의한 스트링 불량률을 저감할 수 있는 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스트링과 인터커넥터 사이의 접촉저항을 감소시켜 태양전지의 출력을 향상시킬 수 있는 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법은 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈을 제조하는 방법으로서, (a) 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 준비하는 단계, (b) 상기 단계 (a)의 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성하는 단계, (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 상기 단위 셀의 전면 전극과 후면 전극 중의 적어도 어느 하나에 전도성 접착제를 도포하고, 상기 전도성 접착제가 도포된 상기 전면 전극과 후면 전극을 서로 연결하여 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 형성하는 단계, (d) 전도성 환형 와이어를 이용하여 상기 단계 (c)에서 형성된 복수의 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 솔더링 공정에 의해 병렬로 서로 전기적으로 연결하는 단계를 포함하고, 상기 전면 전극은 은(Ag)으로 이루어지고, 상기 후면 전극은 알루미늄(Al)으로 이루어지며, 상기 단계 (b)에서의 절단은 532nm 파장을 사용하는 20ns 레이저에서 평균 파워 10W, 주파수 50KHz, 스캔 속도 1,300mm/s로 설정하여 실행되고, 상기 단계 (c)에서의 태양전지 스트링 형성은 25~35초 및 130~150℃의 열처리 조건에서 실행되고, 상기 단계 (c)에서의 전도성 접착제의 도포는 25℃에서의 점도 28,000~35,000 mPa·s(cP), 전기적 특성의 체적 저항률 0.0025 Ω·cm, 경화 온도 130~150℃, 경화 시간 25~35초의 특성이 있는 전도성 접착제를 250㎛의 직경을 갖는 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출량을 RPM의 제어로 실행되며, 상기 전도성 환형 와이어는 직경이 0.3 내지 0.4㎜이고, 원형 도체 및 상기 원형 도체의 표면에 형성된 땜납 도금층을 포함하고, 상기 전도성 환형 와이어와 슁글드 어레이 구조의 스트링과의 접촉저항을 감소시키도록, 상기 전도성 환형 와이어가 솔더링되면서 형성되는 솔더링의 두께는 10~20㎛로 실행되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명에 따른 태양전지 모듈의 제조방법에서, 상기 솔더링 공정은 솔더링 노즐에 의해 100 내지 130℃의 저온에서 실행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 하는 태양전지 모듈은 상술한 태양전지 모듈의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 의하면, 전도성 환형 와이어를 이용하여 복수의 태양전지 스트링을 서로 전기적으로 연결하는 구조를 마련하므로, 기존 리본 와이어를 적용한 구조보다 셰이딩(Shading) 영역을 86% 정도 감소시키고 이에 따른 입사면적의 증가로 인한 태양전지 모듈의 출력을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 의하면, 0.2 내지 0.5㎜의 직경을 갖는 전도성 환형 와이어를 사용하므로, 전도성 환형 와이어와 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링 사이의 접촉저항을 감소시키므로, 태양전지 모듈의 출력을 향상시킬 수 있다는 효과도 얻어진다.
또 본 발명에 따른 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법에 의하면, 전도성 환형 와이어와 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링의 연결에서 열전도율이 향상되어 솔더링 공정에서 수율이 향상되고, 솔더링 공정에 따른 열 손상에 의한 스트링 불량률을 저감할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 분할 태양전지 모듈의 스트링 리본의 배치 구조를 나타내는 도면,
도 2는 리본을 사용한 스트링과 스트링의 직병렬 배치 상태를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 이용한 태양전지 모듈의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도,
도 4는 본 발명에 적용되는 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링의 병렬연결을 설명하는 도면,
도 5는 본 발명에 적용되는 전도성 환형 와이어의 단면도,
도 6은 솔더와 Ag 전극 계면에서 접합강도를 나타낸 사진.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
본원에서 사용하는 용어 "슁글드(shingled) 어레이 구조"는 태양전지 모듈의 단위당 변환 효율과 출력을 높이기 위해 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성하고 이 전면 전극과 후면 전극을 전도성 접착제로 접착하여 연결된 구조를 의미한다.
또 "태양전지 모듈"은 프레임 상에서 다수개의 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링이 전기적으로 연결되고, 전면에 유리가 위치하고, 후면에는 EVA 시트가 형성되어 태양전지 패널을 형성하는 것을 의미한다.
본원에서 사용하는 용어 "전도성 접착제(Electroconductive Adhesive)"는 전기 전자 제품이나 회로의 배선 접합에 사용하는 전기 전도성을 가진 접착제로, 에폭시 수지에 은 입자를 배합한 것을 사용한다. 이러한 전도성 접착제가 전도성을 발현하는 원리는 접착제 중에 분산되어 있는 전도성 필러가 경화 또는 고화 단계에서 필러와 필러의 접촉이 일어나 전도성을 발현하는 것이다. 또 전도성 접착제는 마이크로 디스펜서를 이용하여 도포하며 니들로부터의 토출량이 일정해야 하고 흘러내리지 않게 한다. 전도성 충진제로는 금, 백금, 은, 구리, 니켈 등의 금속분말, 카본 또는 카본 섬유, 흑연 및 복합 분말 등이 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 도면에 따라서 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 이용한 태양전지 모듈의 제조 과정을 설명하기 위한 공정도이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링의 병렬 연결을 설명하는 도면이다.
본 발명에 따른 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 이용한 태양전지 모듈의 제조는 먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 준비한다(S10).
상기 태양전지 셀은 예를 들어, 기판, 기판 중에서 빛이 입사되는 입사면인 전면에 형성된 에미터, 에미터 위에 형성된 반사 방지막, 기판의 전면과 대향하는 기판의 후면에 형성된 다수의 보호막(passivation layer), 에미터와 전기적으로 연결된 다수의 전면 전극, 다수의 보호막과 기판에 형성된 일체의 후면 전극, 후면 전극과 기판 사이에 형성된 다수의 후면 전계층을 포함할 수 있다.
상기 기판은 제1도전성 타입, 예를 들어 n형 또는 p형 도전성 타입의 실리콘으로 이루어진 반도체일 수 있고, 상기 에미터는 기판의 도전성 타입과 반대인 제2도전성 타입, 예를 들어, p형 또는 n형의 도전성 타입의 불순물로서, 반도체 기판과 p-n 접합을 형성하게 한다.
상기 반사 방지막은 에미터 위에 실리콘 질화막(SiNx)이나 실리콘 산화막(SiOx)이 증착되어 형성될 수 있으며, 상기 다수의 보호막은 기판의 후면에 형성되며, 기판의 후면 근처에서 전하의 재결합율을 감소시키는 기능을 갖도록 한다.
상기 다수의 전면 전극은 에미터 위에 형성되어 에미터와 전기적으로 연결되고, 서로 이격되게 정해진 방향으로 정렬되고, 에미터 쪽으로 이동한 전하, 예를 들면, 정공/전자를 수집하여 외부 장치(부하)로 출력하는 기능을 가지며, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어지며, 본 발명에서 상기 전면 전극은 은(Ag)으로 이루어진 구성을 적용하였다.
상기 후면 전극은 도전성 물질로 이루어져 있고, 다수의 보호막과 기판의 후면에 일체로 형성될 수 있으며, 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 아연(Zn), 인듐(In), 티타늄(Ti), 금(Au) 및 이들의 조합으로 이루어질 수 있으며, 본 발명에서는 제조 비용 등을 고려하여 상기 후면 전극은 알루미늄(Al)으로 이루어진 구성을 적용하였다.
상기 후면 전계층은 후면 전극과 기판 사이에 형성될 수 있으며, 기판의 후면 쪽으로의 정공/전자 이동이 방해되어 기판의 후면에서 전자와 정공이 재결합하여 소멸되는 현상이 방지하는 기능을 갖는다.
다음에 상기 단계 S10에서 마련된 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성한다(S20).
상기 단계 S20에서의 절단은 예를 들어, 나노 세컨드 레이저(532nm, 20ns, 30-100 KHz from Coherent)에 의해 실행될 수 있다. 즉 532nm 파장을 사용하는 20ns 레이저에서 평균 파워 10W, 주파수 50KHz, 스캔 속도 1,300mm/s로 설정하여 실행될 수 있다.
이어서 상기 단계 S20 마련된 상기 단위 셀의 전면 전극과 후면 전극 중의 적어도 어느 하나에 전도성 접착제를 도포한다(S30).
이러한 전도성 접착제로서는 시장에 나와 있는 전도성 접착제 중에 본 발명에 적합한 높은 전도성과 알맞은 점도를 가진 제품으로서, 예를 들어 SKC Panacol의 EL-3012, EL-3556, EL-3653, EL-3655과 Henkel의 CE3103WLV, CA3556HF을 적용할 수 있으며, 예를 들어, 25℃에서의 점도 28,000~35,000 mPa·s(cP), 전기적 특성으로서, 체적 저항률 0.0025 Ω·cm, 경화 온도 130~150℃, 경화 시간 25~35초의 특성이 있는 접착제를 적용한다. 또 전도성 접착제에서 전도성 충진제는 Au, Pt, Pd, Ag, Cu, Ni 및 카본 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
상기 단계 S30에서 전도성 접착제의 도포는 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출되는 전도성 접착제의 토출량을 제어하여 실행된다. 상술한 전도성 접착제의 도포는 예를 들어, 25℃에서의 점도 28,000~35,000 mPa·s(cP), 전기적 특성의 체적 저항률 0.0025 Ω·cm, 경화 온도 130~150℃, 경화 시간 25~35초의 특성이 있는 전도성 접착제를 250㎛의 직경을 갖는 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출량을 RPM의 제어로 실행된다.
상술한 전도성 접착제의 도포는 상기 전면 전극 또는 후면 전극 중의 어느 하나에 대해 실행되던가 전면 전극과 후면 전극에 각각 실행될 수 있다. 이와 같은 전면 전극과 후면 전극에 대한 도포의 위치 설정은 전도성 접착제의 특성 및 토출량에 따라 결정될 수 있다.
다음에 상기 단계 S30에서 상기 전도성 접착제가 도포된 상기 전면 전극과 후면 전극을 서로 직렬 연결하여 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링(S)을 형성한다(S40). 상기 단계 S40에서의 태양전지 스트링 형성은 25~35초 및 130~150℃의 열처리 조건에서 실행될 수 있다.
이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 전도성 환형 와이어(100)를 이용하여 상기 단계 S40에서 형성된 복수의 태양전지 스트링(S)을, 예를 들어 병렬로 서로 전기적으로 연결한다(S50).
*즉 본 발명에서는 종래의 2~3㎜의 폭을 갖는 리본 와이어 대신 0.2~0.5㎜, 바람직하게는 0.3~0.4㎜의 직경을 갖는 전도성 환형 와이어(100)를 적용하여 도 4에 도시된 바와 같이 스트링(S) 간 접합을 실행한다. 따라서 광입사 면적이 최대로 되도록 셰이딩(Shading) 부분을 감소시켜 태양전지 모듈의 출력을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈에서는 상술한 바와 같이, 슁글드 어레이 구조에서 전도성 환형 와이어(100)를 적용하므로, 스트링(S)과의 접촉 저항을 줄임으로써 출력을 향상시킬 수 있다.
전도성 환형 와이어(100)의 직경이 0.2㎜ 미만인 경우에는 전도성 환형 와이어(100)와 스트링(S)과의 사이에 접촉 불량이 발생할 수 있으며, 0.5㎜를 초과하는 경우에는 셰이딩(Shading) 부분이 증가하여 광입사 면적이 축소될 수 있으며, 전도성 환형 와이어(100)와 스트링(S)과의 접촉저항이 증가될 수 있어 바람직하지 않다.
상기 전도성 환형 와이어(100)는 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 적용할 수 있다.
도 5는 본 발명에 적용되는 전도성 환형 와이어의 단면도이다.
도 5에 도시된 전도성 환형 와이어(100)는 원형 도체(110) 및 상기 원형 도체(110)의 표면에 형성된 땜납 도금층(120)으로 형성된다.
상기 원형 도체(110)는 터프피치동(Tough Pitch Copper; TPC), 무산소동(Oxygen-Free Copper; OFC) 또는 인탈산동(Phosphrous Deoxidized Copper)으로 이루어질 수 있으며, 저항이 648 mΩ/m 이하이고, 항복강도가 120 MPa 이하이고, 인장강도가 180 내지 260 MPa이고, 연신율이 15 내지 45%인 것을 사용할 수 있다.
또 상기 땜납 도금층은 주석(Sn) 59~65 중량%, 납(Pb) 33~39 중량% 및 은(Ag) 1.5~2.5 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 57~63 중량% 및 납(Pb) 37~43 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 93.5~97.2 중량%, 구리(Cu) 0.3~0.7 중량% 및 은(Ag) 2.5~3.5 중량%를 포함하는 것을 적용할 수 있다. 그러나 유럽의 특정유해물질관리지침(RoHS), 폐전기전자제품처리지침(WEEE)을 통해 납(Pb)을 유해물질로 규정하고 있고, 호수 또는 저수지 등에 태양전지 패널을 설치하는 경우, 무연 솔더링을 적용하는 것이 바람직하다.
상기 단계 S50에서 전도성 환형 와이어(100)와 각각의 태양전지 스트링(S)은 솔더링(soldering) 공정에 의해 전기적으로 연결되고, 이 솔더링 공정은 솔더링 노즐에 의해 100 내지 130℃의 저온에서 실행된다. 따라서 전도성 환형 와이어(100)의 작은 직경에 가해지는 열전도율 향상으로 솔더링 공정의 수율을 향상시킴과 동시에 솔더링 공정에서 발생하는 열 손상(Thermal damage)에 따른 스트링(S)의 불량률을 저감할 수 있다.
이와 같은 솔더링 공정은 전도성 환형 와이어(100)를 인출하면서 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링(S)의 대응되는 전극 위치에 1차적으로 고정시킨 후, 상기 태양전지 스트링(S)에 고정된 전도성 환형 와이어(100)에 솔더링 노즐의 가열부로부터 열을 인가하여 견고하게 고정시키는 것에 의해 실행된다.
상기 설명에서는 전도성 환형 와이어(100)가 원형 도체(110) 및 땜납 도금층(120)으로 이루어진 구조로 설명을 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고 전도성 환형 와이어(100)가 원형 도체(110)로만 이루어지고, 솔더링 필라멘트를 사용하는 솔더링 노즐에 의해 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링(S)과 전도성 환형 와이어(100)를 솔더링할 수도 있다.
상술한 솔더링 공정에 의해 상기 땜납 도금층(120)은 도 6에 도시된 바와 같이, 10~20㎛의 두께로 태양전지 스트링(S)에 솔더링된다.
도 6은 솔더와 Ag 전극 계면에서 접합강도를 나타낸 사진으로, 와이어의 직경은 약 0.36mm를 사용하였다. 또 도 6a는 솔더(solder)의 조성이 60Sn40Pb인 납 이음(Soldered joint)이고, 도 6b는 솔더의 조성이 62Sn2Ag36Pb인 납 이음으로서, 솔더링 온도는 180~280℃를 테스트 했을때, 260℃에서 균일한 특성을 나타냈으며, 시간은 3초를 기준을 하였다.
상술한 바와 같이, 솔더링의 두께를 10~20㎛로 하는 것에 의해 전도성 환형 와이어(100)와 슁글드 어레이 구조의 스트링(S)과의 접촉저항을 더욱 감소시킬 수 있다.
상기 단계 S50에서 각각의 슁글드 어레이 구조의 스트링(S)을 전도성 환형 와이어(100)에 의해 직렬, 병렬 또는 직병렬 연결하고, 프레임 상에서 전면에 유리를 위치시키고, 후면에 EVA 시트를 마련하는 것에 본 발명에 따른 태양전지 모듈이 완성된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명에 따른 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈 및 그 제조방법을 사용하는 것에 의해 기존 리본 와이어를 적용한 구조보다 셰이딩(Shading) 영역을 86% 정도 감소시키고 이에 따른 입사면적의 증가로 인한 태양전지 모듈의 출력을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 고출력 슁글드 어레이 구조의 태양전지 모듈을 제조하는 방법으로서,
    (a) 전면 전극과 후면 전극이 마련된 태양전지 셀을 준비하는 단계,
    (b) 상기 단계 (a)의 태양전지 셀을 절단하여 복수의 단위 셀을 형성하는 단계,
    (c) 상기 단계 (b)에서 마련된 상기 단위 셀의 전면 전극과 후면 전극 중의 적어도 어느 하나에 전도성 접착제를 도포하고, 상기 전도성 접착제가 도포된 상기 전면 전극과 후면 전극을 서로 연결하여 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 형성하는 단계,
    (d) 전도성 환형 와이어를 이용하여 상기 단계 (c)에서 형성된 복수의 슁글드 어레이 구조의 태양전지 스트링을 솔더링 공정에 의해 병렬로 서로 전기적으로 연결하는 단계를 포함하고,
    상기 전면 전극은 은(Ag)으로 이루어지고, 상기 후면 전극은 알루미늄(Al)으로 이루어지며,
    상기 단계 (b)에서의 절단은 532nm 파장을 사용하는 20ns 레이저에서 평균 파워 10W, 주파수 50KHz, 스캔 속도 1,300mm/s로 설정하여 실행되고,
    상기 단계 (c)에서의 태양전지 스트링 형성은 25~35초 및 130~150℃의 열처리 조건에서 실행되고,
    상기 단계 (c)에서의 전도성 접착제의 도포는 25℃에서의 점도 28,000~35,000 mPa·s(cP), 전기적 특성의 체적 저항률 0.0025 Ω·cm, 경화 온도 130~150℃, 경화 시간 25~35초의 특성이 있는 전도성 접착제를 250㎛의 직경을 갖는 마이크로 디스펜서의 니들에서 토출량을 RPM의 제어로 실행되며,
    상기 전도성 환형 와이어는 직경이 0.3 내지 0.4㎜이고, 원형 도체 및 상기 원형 도체의 표면에 형성된 땜납 도금층을 포함하고,
    상기 전도성 환형 와이어와 슁글드 어레이 구조의 스트링과의 접촉저항을 감소시키도록, 상기 전도성 환형 와이어가 솔더링되면서 형성되는 솔더링의 두께는 10~20㎛로 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  2. 제1항에서,
    상기 솔더링 공정은 솔더링 노즐에 의해 100 내지 130℃의 저온에서 실행되는 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈의 제조방법.
  3. 청구항 제1항 또는 제2항의 태양전지 모듈의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 태양전지 모듈.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102504524B1 (ko) * 2020-09-07 2023-02-27 성균관대학교산학협력단 반투명 슁글드 태양광 패널 및 이의 제조 방법
KR102629609B1 (ko) * 2021-05-26 2024-01-29 한국생산기술연구원 슁글드 구조 실리콘 태양전지를 포함하는 이산화탄소의 전기화학적 전환장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110138435A (ko) * 2010-06-21 2011-12-28 주식회사 엘에스텍 소형 솔라셀 모듈 및 그 제조 방법
WO2012101869A1 (ja) * 2011-01-27 2012-08-02 日立化成工業株式会社 導電性接着剤組成物及びその塗布方法、接続体、並びに太陽電池モジュール及びその製造方法
WO2015152020A1 (ja) 2014-03-31 2015-10-08 株式会社カネカ 太陽電池モジュールおよびその製造方法
KR20170057177A (ko) * 2014-05-27 2017-05-24 선파워 코포레이션 슁글드 태양 전지 모듈
KR101840590B1 (ko) 2017-02-24 2018-03-20 엘에스전선 주식회사 태양전지 모듈용 환형 와이어
KR101852606B1 (ko) 2017-08-28 2018-04-30 주식회사 탑선 분할 태양전지 모듈

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101102705B1 (ko) 2010-05-26 2012-01-05 엘에스산전 주식회사 태양전지모듈용 리본
CN107534069B (zh) 2015-03-25 2020-11-10 纳美仕有限公司 太阳能电池模块的制造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110138435A (ko) * 2010-06-21 2011-12-28 주식회사 엘에스텍 소형 솔라셀 모듈 및 그 제조 방법
WO2012101869A1 (ja) * 2011-01-27 2012-08-02 日立化成工業株式会社 導電性接着剤組成物及びその塗布方法、接続体、並びに太陽電池モジュール及びその製造方法
WO2015152020A1 (ja) 2014-03-31 2015-10-08 株式会社カネカ 太陽電池モジュールおよびその製造方法
KR20170057177A (ko) * 2014-05-27 2017-05-24 선파워 코포레이션 슁글드 태양 전지 모듈
KR101840590B1 (ko) 2017-02-24 2018-03-20 엘에스전선 주식회사 태양전지 모듈용 환형 와이어
KR101852606B1 (ko) 2017-08-28 2018-04-30 주식회사 탑선 분할 태양전지 모듈

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