WO2016036224A1 - 태양전지 모듈 - Google Patents

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WO2016036224A1
WO2016036224A1 PCT/KR2015/009428 KR2015009428W WO2016036224A1 WO 2016036224 A1 WO2016036224 A1 WO 2016036224A1 KR 2015009428 W KR2015009428 W KR 2015009428W WO 2016036224 A1 WO2016036224 A1 WO 2016036224A1
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WO
WIPO (PCT)
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module
metal ribbon
wiring
welding
solar cell
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/009428
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김대원
최용현
Original Assignee
주식회사 에스에너지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H01L31/042—
    • H01L31/0463—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell module.
  • the solar cell module is formed by arranging battery cells.
  • the neighboring battery cells must be connected so that the power produced by the battery cells can be collected in one place.
  • the method of connecting the battery cells is to connect neighboring battery cells with a metal ribbon to form a string (hereinafter referred to as a 'module row'), and to arrange the battery cells on a sheet on which wiring is formed.
  • a 'module row' a string
  • the adjacent module rows are connected by a metal ribbon having a predetermined width to collect power in one place.
  • the coupling between the module row and the metal ribbon is performed by soldering, a conductive adhesive, an anisotropic conductive film (ACF), or the like.
  • soldering has relatively good conductivity and adhesion, but lead-free lead, which is more expensive than leaded lead, has to be used to prevent environmental pollution due to lead (Pb).
  • soldering flux is used to prevent the oxidation of the lead and improve the wettability of the lead (flux) when the problem of contamination caused by the residual flux occurs.
  • the conductive adhesive and the anisotropic conductive film have a problem of low conductivity and durability and high material cost compared to soldering.
  • the present invention provides a technology that can be connected without using additional materials in connecting the module ribbon of the solar cell module and the metal ribbon.
  • a solar cell module row is a plurality of module rows in which arranged battery cells are electrically connected and separated from each other, a metal ribbon electrically connecting the adjacent module rows, and the module row and the metal ribbon.
  • the welding unit is connected to each other, and the welding unit is formed without welding a separate material between the module row and the metal ribbon, and a portion where the module row and the metal ribbon contact each other.
  • the module column may include a wiring board having the battery cells and the battery cells arranged thereon and having wiring connected to the battery cells, wherein the metal ribbon is connected with the wiring, and the wiring and the metal ribbon are copper. Or made of aluminum.
  • the module row may comprise an array of battery cells and cell metal ribbons connecting the battery cells, the metal ribbons being connected to the cell metal ribbons, wherein the cell metal ribbons and the metal ribbons are copper or aluminum. Can be made with
  • the thickness of the wire may be 18 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the wiring board includes the wiring and a wiring sheet for supporting the wiring, and the thermal contraction rate of the wiring sheet may be within 0% to 0.23% in a direction perpendicular to the stretching direction when placed at 150 ° C. for 15 minutes. have.
  • the wiring board includes the wiring and a wiring sheet for supporting the wiring, and the wiring sheet includes polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyimide (PI). And combinations thereof may be any one selected from the group consisting of.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PI polyimide
  • the welding part may include at least one first welding part connecting one module row of the one side of the metal ribbon and the adjacent module row and another module row connecting the other module row among the other side of the metal ribbon and the neighboring module row. It may include one second welding portion.
  • the welding portion may be formed by any one method selected from ultrasonic welding, spot weld, seam weld, or laser welding.
  • the wiring and the metal ribbon or the metal ribbon and the cell metal ribbon when joining the wiring and the metal ribbon or the metal ribbon and the cell metal ribbon, they are joined to each other by welding the portions that are in contact with each other, so that the adhesive, anisotropic film between the wiring and the metal ribbon or the metal ribbon and the cell metal ribbon They can be joined together without using any materials such as, lead, flux, etc. This can reduce the cost of using the material can reduce the manufacturing cost of the solar cell module.
  • wiring, metal ribbons, cell metal ribbons, and the like have been limited to expensive materials such as copper as in the related art. This can increase the choice of material and reduce the cost of material selection.
  • the wiring and the metal ribbon or the metal ribbon and the cell metal ribbon may be welded and bonded without using soldering. Accordingly, the solar cell module manufactured without using expensive lead-free can be manufactured at a lower cost. In addition, contamination by residual flux does not occur.
  • the thermal shrinkage rate is 0.23% when a wiring sheet made of any one of the group consisting of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyimide, and combinations thereof is placed at 150 degrees Celsius for 15 minutes. It can be within.
  • the thermal shrinkage of 0.23% is the amount of deformation of 230um at 100mm size. Since the wiring sheet maintains an appropriate thermal contraction rate, the alignment between the wiring and the battery cells is not misaligned. Thus, the solar cell module can maintain a high output.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a solar cell module of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a state in which the module row and the metal ribbon shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion of the module row shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion A shown in FIG. 3;
  • 5 and 6 are partially enlarged views showing the shapes of the welded portion.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a solar cell module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing a state in which the module row and the metal ribbon shown in FIG.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a portion of the module rows shown in FIG. 8;
  • FIG. 10 is an enlarged view of a portion B shown in FIG. 9; FIG.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a solar cell module of the present invention
  • Figure 2 is an enlarged view showing a portion of the solar cell module shown in Figure 1
  • Figure 3 is an enlarged view of a portion A shown in FIG.
  • the solar cell module 1 includes a plurality of module rows 10, 20, 30, a metal ribbon 40, a weld 50, and a first substrate 60a. ), A second substrate 60b, a filler 70, and a frame 80.
  • the first substrate 60a and the second substrate 60b face each other with a gap therebetween, and the filler 70 is filled therebetween.
  • the filler 70 fixes the module rows 10, 20, 30 positioned between the first substrate 60a and the second substrate 60b.
  • the frame 80 is coupled along the edge of the first substrate 60a and the second substrate 60b to prevent foreign substances, moisture, and the like from penetrating between the first substrate 60a and the second substrate 60b.
  • the first substrate 60a, the second substrate 60b, the filler 70, and the frame 80 are well known in the solar cell art, and thus detailed description thereof will be omitted.
  • the plurality of module rows 10, 20, 30 are arranged at predetermined intervals.
  • the plurality of module rows 10, 20, 30 respectively include battery cells 11, 21, 31 and wiring boards 13, 23, 33.
  • the wiring boards 13, 23, and 33 respectively include wiring sheets 131, 231, and 331 and wirings 132, 232, and 332.
  • Each of the wiring sheets 131, 231, and 331 has a predetermined width, and each of the wirings 132, 232, and 332 is formed on one surface thereof.
  • Each of the wirings 132, 232, and 332 is formed in a plurality of wiring sheets 131, 231, and 331, and the plurality of wirings 132, 232, and 332 are both ends of each wiring sheet 131, 231, and 331. Connected from
  • the thermal contraction rate may be 0.13% to 0.33% in the direction perpendicular to the stretching direction. Preferably it may be 0% in which no heat shrinkage occurs.
  • the heat shrinkage rate of 0.23% is the amount of deformation of 230 ⁇ m at a size of 100 mm.
  • the thermal contraction rate is related to the dimensional accuracy of each wiring board 131, 231, 331. For example, when the heat shrinkage rate exceeds 0.23%, the alignment of each of the wirings 132, 232, and 332 and each of the battery cells 11, 21, and 31 is misaligned, and thus the output (energy generated when light is applied to the battery cells). Can be lowered.
  • the wiring sheets 13, 23, and 33 are each made of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), and combinations thereof. Can be made into one.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PI polyimide
  • Polyethylene terephthalate has excellent heat resistance, rigidity, and electrical properties, and its ultimate strength is only slightly reduced even at high temperatures for a long time. Because it belongs to crystalline plastics, it has good resistance to oils such as diesel oil.
  • Polyethylene naphthalate is similar in structure to polyethylene terephthalate, but has better heat resistance and durability.
  • the polyimide can be used up to 250 ° C, has excellent heat resistance, and has little change in properties from low temperature to high temperature. In addition, it has good impact resistance, excellent dimensional stability, and excellent electrical characteristics.
  • Each of the battery cells 11, 21, 31 has a predetermined width and is arranged on one surface of each wiring sheet 131, 231, 331. Portions of the battery cells 11, 21, and 31 facing one surface of each wiring sheet 131, 231, and 331 are electrically connected to the wirings 132, 232, and 332. Accordingly, each of the battery cells 11, 21, and 31 is connected to each other because of the wirings 132, 232, and 332 of the wiring boards 13, 23, and 33, respectively. Power may be collected at both ends of each of the wiring boards 13, 23, and 33 through the wirings 132, 232, and 332.
  • the number of module rows 10, 20, 30 is three, and the number of battery cells 11, 21, 31 is four in each module row 10, 20, 30, but each module row
  • the number of the cells 10, 20, and 30 and each of the battery cells 11, 21, and 31 may vary depending on the design conditions of the solar cell module 1.
  • the metal ribbon 40 has a predetermined length, and the thickness may be 100 ⁇ m to 400 ⁇ m. If the thickness is less than 100 ⁇ m, it may be easily damaged by externally applied force, and the reliability of the solar cell module may be deteriorated.If the thickness exceeds 400 ⁇ m, excessive material consumption may occur, causing a cost increase of the solar cell module. Can be.
  • the preferred thickness of the metal ribbon 40 may be 200 ⁇ m.
  • the metal ribbon 40 is located at the end of each wiring sheet 131, 231, 331. One side of the metal ribbon 40 is connected to the wiring 132 of one module row 10 arranged, and the other side is connected to the wiring 232 of the other module row 20 among neighboring module rows.
  • the welding part 50 connects the metal ribbon 40 and the wirings 132, 232, and 332 between the metal ribbon 40 and each of the wirings 132, 232, and 332 by ultrasonic welding. Is formed.
  • Ultrasonic welding places the metal ribbon 40 and the wires 132, 232, and 332 between a tool horn (not shown) and anvil (not shown) having a large coefficient of friction so that the metal ribbon ( Ultrasonic energy is transferred to the interface between the wire 40 and the wires 132, 232, and 332.
  • the metal ribbon 40 and each of the wirings 132, 232, and 332 are pressed by the horn and anvil, and the metal ribbon 40 and each of the wirings 132, 232, and 332 are pressed and welded.
  • the pitch of the welded portion may increase.
  • the metal ribbon 40 and each of the wirings 132, 232, and 332 are welded to each other, the metal ribbon 40 and the wirings 132, 232, and 332 are bonded to each other.
  • the metal ribbon 40 and the wirings 132, 232, and 332 may be combined without using a material.
  • the metal ribbon 40 and each of the wirings 132, 232, and 332 may be made of copper or aluminum.
  • Each wire 132, 232, 332 may have a thickness of 18 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the thickness of the wirings 132, 232, and 332 may vary depending on the material. For example, when each wire 132, 232, 332 is made of copper, its thickness may be 18 ⁇ m to 75 ⁇ m, and when it is made of aluminum, its thickness may be 25 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • each wiring 132, 232, 332 made of copper is less than 18 ⁇ m and the thickness of each wiring 132, 232, 332 made of aluminum is less than 25 ⁇ m, the solar cell module is easily damaged by external force. There is a problem that the reliability of. If the thickness of each of the wirings 132, 232, 332 made of copper exceeds 75 ⁇ m, and the thickness of each of the wirings 132, 232, 332 made of aluminum exceeds 100 ⁇ m, the wirings 132, 232, Excessive consumption of materials 332 may cause a cost increase of the solar cell module. In addition, the weight of the solar cell module may increase.
  • the welding part 50 includes a first welding part 51 and a second welding part 52.
  • the first welded portion 51 connects one module row 10 with one side of the metal ribbon 40
  • the second welded portion 52 connects the other side and one module row 10 of the metal ribbon 40. And the other module row 20 adjacent thereto.
  • the first welding portion 51 and the second welding portion 52 are each formed at least one. Accordingly, the first welded portion 51 and the second welded portion 52 may be formed in various shapes as shown in FIGS. 2 and 4 to 6. The first welding portion 51 and the second welding portion 52 may be formed in various shapes after welding according to the process according to the ultrasonic welding.
  • the lengths L1 and L2 of the first welding portion 51 and the second welding portion 52 may vary depending on the widths of the wiring boards 13, 23, and 33. However, the minimum length of the first welded portion 51 and the second welded portion 52 may be less than about 0.3 mm, the thickness of the metal ribbon 40.
  • the first welded portion 51 and the second welded portion 52 are composed of a plurality of square dots in which the metal ribbon 40 and the respective wirings 132, 232, and 332 are pressed by horns and anvils.
  • the shape and width of the square dot can vary depending on the design of the horn and anvil.
  • the weld 50 is formed in an array of dots, but the weld 50 may be formed in various shapes such as a line shape and a block formed by combining at least four dots. .
  • first welding part 51 and the second welding part 52 are described as being formed by ultrasonic welding, but the first welding part 51 and the second welding part 52 may include resistive welding; or spot welds and seam welds) or laser welding.
  • the solar cell module manufactured without using lead (Pb) can be manufactured at a lower cost.
  • FIG. 7 is a schematic view showing a solar cell module according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a plan view showing a state in which a module row and a metal ribbon are connected to each other
  • FIG. 9 is a part of the module row shown in FIG. 8.
  • 10 is an enlarged view of portion B shown in FIG. 9.
  • the solar cell module 2 includes a plurality of module rows 10, 20, 30, a metal ribbon 40, a weld 50, and a first substrate 60a. ), A second substrate 60b, a filler 70, and a frame 80.
  • the first substrate 60a, the second substrate 60b, the filler 70, and the frame 80 of the solar cell module 2 according to the present embodiment are generally the same as those shown in FIGS. 1 to 6.
  • the first substrate 60a and the second substrate 60b face each other at intervals, and the filler 70 is filled between the first substrate 60a and the second substrate 60b to fill the first substrate 60a and the second substrate 60b.
  • the module rows 10, 20, 30 located between the substrates 60b are protected.
  • the frame 80 is coupled along the outer periphery of the first substrate 60a and the second substrate 60b to prevent foreign substances, moisture, and the like from penetrating the module rows 10, 20, and 30.
  • module rows 10, 20, 30, the metal ribbon 40, and the welded portion 50 according to the present embodiment have different structures.
  • the plurality of module rows 10, 20, 30 respectively include battery cells 11, 21, 31 and cell metal ribbons 12, 22, 32.
  • Each battery cell 11, 21, 31 is arranged in plurality at intervals.
  • the plurality of battery cells 11, 21, 31 are connected by cell metal ribbons 12, 22, 32, respectively.
  • each cell metal ribbon 12, 22, 32 connects each battery cell 11, 21, 31, one side of each cell metal ribbon 12, 22, 32 is one battery cell 11, 21, 31. It is connected to one side of the other side is connected to the other surface of the neighboring battery cells (11 ', 21', 31 ').
  • connection structure of the cell metal ribbons 12, 22, 32 and the battery cells 11, 21, 31, and 11 ′, 21 ′, 31 ′ may be a structure well known in the solar cell module field. The description of the structure is omitted.
  • the metal ribbon 40 is connected with each cell metal ribbon 12, 22, 32 deviating from each battery cell 11, 21, 31 of the module rows 10, 20, 30.
  • One side of the metal ribbon 40 is connected to one module row 10 of neighboring module rows, and the other side is connected to another module row 20 of neighboring module rows.
  • the number of battery cells 11, 21, and 31 arranged in each module column 10, 20, 30 may vary depending on the design conditions of the solar cell module 2.
  • the welding part 50 is formed between the metal ribbon 40 and each of the cell metal ribbons 12, 22, and 32, and is ultrasonically welded as in the welding part of FIGS. 1 to 6.
  • the welding part 50 may be formed by resistance welding or laser welding instead of ultrasonic welding.

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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로, 배열된 전지 셀들이 전기적으로 연결되어 있고 서로 떨어져 있는 복수의 모듈 열, 이웃한 상기 모듈 열들을 전기적으로 연결하는 금속 리본 및 상기 모듈 열과 상기 금속 리본을 연결하는 용착부를 포함하고, 상기 용착부는 상기 모듈 열과 상기 금속 리본 사이에 별도의 소재를 사용하지 않고, 상기 모듈 열과 상기 금속 리본이 접하는 부분이 용착되어 형성된다.

Description

태양전지 모듈
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것이다.
태양전지 모듈은 전지 셀들이 배열되어 형성된다. 이웃한 전지 셀이 연결되어 있어야 전지 셀들에서 생산된 전력을 한곳에 모일 수 있다.
전지 셀들을 연결하는 방법은 이웃한 전지 셀들끼리 금속 리본으로 연결하여 하나의 스트링(string; 이하 '모듈 열' 이라 함.)을 만드는 방법과, 전지 셀을 배선이 형성된 시트 위에 배열하고, 각 전지 셀과 배선을 연결하여 하나의 모듈 열을 만든 방법이 있다. 그리고 이웃한 모듈 열들을 소정의 폭을 갖는 금속 리본으로 연결하여 전력을 한 곳으로 모으게 된다.
위 방법으로 모듈 열과 금속 리본의 결합은 납땜, 도전성접착제, 이방 전도성 필름(Anisotropic Conductive Film; ACF) 등으로 이루어진다.
그러나 납땜의 경우 비교적 우수한 전도성 및 부착력이 있으나, 납(Pb)에 의한 환경 오염 등을 예방하기 위하여 유연납보다 비싼 무연납을 사용해야 했다. 또한, 납땜의 경우 납의 산화를 방지하고 납의 젖음성을 좋게 하려고 플럭스(flux)를 사용하게 되는데 이때 잔류 플럭스에 의한 오염 문제 발생한다.
도전성접착제 및 이방 전도성 필름은 납땜과 비교하면 전도성 및 내구성이 떨어지고 재료비가 고가인 문제가 있다.
본 발명은 태양전지 모듈의 모듈 열과 금속 리본을 연결함에 있어 추가적인 소재를 사용하지 않고 연결할 수 있는 기술을 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈 열은 배열된 전지 셀들이 전기적으로 연결되어 있고 서로 떨어져 있는 복수의 모듈 열, 이웃한 상기 모듈 열들을 전기적으로 연결하는 금속 리본 및 상기 모듈 열과 상기 금속 리본을 연결하는 용착부를 포함하고, 상기 용착부는 상기 모듈 열과 상기 금속 리본 사이에 별도의 소재를 사용하지 않고, 상기 모듈 열과 상기 금속 리본이 접하는 부분이 용착되어 형성되어 있다.
상기 모듈 열은 상기 전지 셀 및 상기 전지 셀이 배열되어 있으며 상기 전지 셀과 연결된 배선을 갖는 배선기판을 포함할 수 있고, 상기 금속 리본은 상기 배선과 연결되어 있으며, 상기 배선과 상기 금속 리본은 구리 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
상기 모듈 열은 배열된 상기 전지 셀 및 상기 전지 셀들을 연결하는 셀 금속 리본을 포함할 수 있고, 상기 금속 리본은 상기 셀 금속 리본과 연결되어 있으며, 상기 셀 금속 리본과 상기 금속 리본은 구리 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다.
상기 배선의 두께는 18㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
상기 배선기판은 상기 배선과, 상기 배선을 지지하는 배선 시트를 포함하고, 상기 배선 시트의 열수축률은 150℃에서 15분 동안 놓았을 때 연신 방향과 수직한 방향으로 0% 내지 0.23% 이내일 수 있다.
상기 배선기판은 상기 배선과 상기 배선을 지지하는 배선 시트를 포함하고, 상기 배선 시트는 폴리에틸렌 테레프타레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate; PEN), 폴리이미드(polyimide; PI) 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 용착부는, 상기 금속 리본의 일측과 상기 이웃한 모듈 열 중 어느 한 모듈 열을 연결하는 적어도 하나의 제1 용착부분 및 상기 금속 리본의 타측과 상기 이웃한 모듈 열 중 다른 모듈 열을 연결하는 적어도 하나의 제2 용착부분을 포함할 수 있다.
상기 용착부는 초음파용착(ultrasonic welding), 저항 용접(spot weld, seam weld) 또는 레이저 용접(laser welding) 중 선택된 어느 한 방법으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배선과 금속 리본 또는 금속 리본과 셀 금속 리본을 결합할 때 이들이 접하는 부분을 용착시켜 서로 결합하므로 배선과 금속 리본 또는 금속 리본과 셀 금속 리본 사이에 접착제, 이방전도성 필름, 납, 플럭스 등의 그 어떠한 소재도 사용하지 않고 이들을 서로 결합할 수 있다. 이에 소재 사용에 따른 비용을 절감할 수 있어 태양전지 모듈의 제작 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래와 같이 배선, 금속 리본, 셀 금속 리본 등이 구리와 같은 비싼 소재로 한정되었으나, 초음파용착을 하면 납땜이 비교적 어려운 알루미늄으로 배선, 금속 리본, 셀 금속 리본을 형성할 수 있어 소재의 선택 폭이 넓어질 수 있고 소재 선택에 따른 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 납땜(soldering)을 사용하지 않고 배선과 금속 리본 또는 금속 리본과 셀 금속 리본을 용착시켜 결합할 수 있다. 이에 따라 고가의 무연납을 사용하지 않고 제작하는 태양전지 모듈을 더욱 저렴한 비용으로 제작할 수 있다. 또한, 잔류 플럭스에 의한 오염이 발생하지 않는다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 폴리에틸렌 테레프타레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에 어느 하나로 만들어지는 배선 시트를 섭씨 150도에서 15분 동안 놓았을 때 열 수축률이 0.23% 이내일 수 있다. 0.23%의 열수축률은 100mm크기에서 230um의 변형이 생기는 양이다. 배선 시트가 적정의 열수축률을 유지하므로 배선과 전지 셀의 정렬이 틀어지지 않는다. 이에 태양전지 모듈은 높은 출력을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 태양전지 모듈을 나타낸 개략도.
도 2는 도 1에 도시한 모듈 열과 금속 리본이 연결된 상태를 나타낸 평면도.
도 3은 도 2에 도시한 모듈 열 일부분을 나타낸 확대도.
도 4는 도 3에 도시한 A 부분 확대도.
도 5 및 도 6은 용착부의 형상들을 나타낸 부분 확대도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈을 나타낸 개략도.
도 8은 도 7에 도시한 모듈 열과 금속 리본이 연결된 상태를 나타낸 평면도.
도 9는 도 8에 도시한 모듈 열 일부분을 나타낸 확대도.
도 10은 도 9에 도시한 B부분 확대도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 태양전지 모듈에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 태양전지 모듈을 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시한 태양전지 모듈 일부분을 나타낸 확대도이며, 도 3은 도 2에 도시한 A 부분 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 태양전지 모듈(1)은 복수의 모듈 열(10, 20, 30), 금속 리본(40), 용착부(50), 제1 기판(60a), 제2 기판(60b), 충진재(70) 및 프레임(80)을 포함한다.
제1 기판(60a)과 제2 기판(60b)은 간격을 두고 마주하며, 그 사이에는 충진재(70)가 채워져 있다. 충진재(70)는 제1 기판(60a)과 제2 기판(60b) 사이에 위치하는 모듈 열(10, 20, 30)을 고정한다. 프레임(80)은 제1 기판(60a)과 제2 기판(60b)의 테두리를 따라 결합되어 제1 기판(60a)과 제2 기판(60b) 사이로 이물질, 습기 등이 침투하지 못하도록 한다.
제1 기판(60a), 제2 기판(60b), 충진재(70) 및 프레임(80)은 태양전지 분야에 널리 알려진 구조로 이하 자세한 설명은 생략하기로 한다.
복수의 모듈 열(10, 20, 30)은 소정의 간격을 두고 배열되어 있다. 복수의 모듈 열(10, 20, 30)은 각기 전지 셀(11, 21, 31) 및 배선기판(13, 23, 33)을 포함한다.
배선기판(13, 23, 33)은 각기 배선 시트(131, 231, 331) 및 배선(132, 232, 332)을 포함한다.
배선 시트(131, 231, 331)는 각기 기설정된 넓이를 가지며, 각각의 배선(132, 232, 332)이 일면에 형성되어 있다. 각 배선(132, 232, 332)은 각 배선 시트(131, 231, 331)에 복수 형성되어 있고, 복수의 배선(132, 232, 332)은 각 배선 시트(131, 231, 331)의 양측 끝에서 연결되어 있다.
각 배선 시트(131, 231, 331)를 150℃에서 15분 동안 놓았을 때 열수축률은 연신 방향과 수직한 방향으로 0.13% 내지 0.33%일 수 있다. 바람직하게는 열수축률이 일어나지 않은 0%일 수 있다. 0.23%라는 열수축률은 100mm 크기에서 230㎛의 변형이 생기는 양이다. 열수축률은 각 배선기판(131, 231, 331)의 치수 정밀도와 관계가 있다. 예컨대, 열수축률이 0.23%를 초과할 경우 각 배선(132, 232, 332)과 각 전지 셀(11, 21, 31)의 정렬이 틀어지게 되어 출력(전지 셀에 빛을 주었을 때 발생하는 에너지)이 낮아질 수 있다.
이와 같은 배선 시트(13, 23, 33)는 각각 폴리에틸렌 테레프타레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate; PEN), 폴리이미드(polyimide; PI) 및 이들의 조합으로 이루어진 군 중에 어느 하나로 만들어질 수 있다.
폴리에틸렌 테레프타레이트은 내열성, 강성, 전기적 성질 등이 뛰어나고, 높은 온도에 오랫동안 있어도 극한강도가 약간만 줄어든다. 결정성 플라스틱에 속하기 때문에 디젤유와 같은 기름에 대한 내성이 좋다
폴리에틸렌 나프탈레이트은 폴리에틸렌 테레프타레이트와 기본구조는 유사하지만, 내열성과 내구성이 더 좋다.
폴리이미드는 250℃까지 사용할 수 있고, 내열성이 뛰어나며, 저온에서 고온까지 특성의 변화가 적다. 또한, 내충격성이 좋고, 치수안정성이 우수하며, 전기특성이 뛰어나다.
각 전지 셀(11, 21, 31)은 소정의 넓이를 가지며, 각 배선 시트(131, 231, 331)의 일면에 배열되어 있다. 각 배선 시트(131, 231, 331)의 일면과 마주하는 각 전지 셀(11, 21, 31) 부분은 각 배선(132, 232, 332)과 전기적으로 연결되어 있다. 이에 각 전지 셀(11, 21, 31)들은 각 배선기판(13, 23, 33)의 각 배선(132, 232, 332) 때문에 하나로 연결되며, 각 전지 셀(11, 21, 31)에서 생산된 전력은 각 배선(132, 232, 332)을 통하여 각 배선기판(13, 23, 33)의 양측 끝으로 모일 수 있다.
도 1에서 모듈 열(10, 20, 30)의 개수를 3개로 하고, 각 모듈 열(10, 20, 30)에 각 전지 셀(11, 21, 31)의 개수를 4개로 하였으나, 각 모듈 열(10, 20, 30)과 각 전지 셀(11, 21, 31)의 개수는 태양전지 모듈(1)의 설계 조건에 따라 달라질 수 있다.
금속 리본(40)은 기설정된 길이를 가지며, 그 두께는 100㎛ 내지 400㎛일 수 있다. 두께가 100㎛ 미만이면 외부에서 가해지는 힘으로 쉽게 손상되어 태양전지 모듈의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 400㎛를 초과할 경우 재료 소모가 과도하게 발생하여 태양전지 모듈의 원가 상승원인이 될 수 있다. 금속 리본(40)의 바람직한 두께는 200㎛일 수 있다.
금속 리본(40)은 각 배선 시트(131, 231, 331)의 끝에 위치한다. 금속 리본(40)의 일측은 배열된 어느 한 모듈 열(10)의 배선(132)과 연결되고, 타측은 이웃한 모듈 열 중 다른 모듈 열(20)의 배선(232)과 연결되어 있다.
용착부(50)는 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)을 연결하는 것으로 초음파용착(ultrasonic welding) 방식으로 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332) 사이에 형성된다.
초음파용착은 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)을 마찰계수가 큰 도구 혼(horn)(도시하지 않음)과 앤빌(anvil)(도시하지 않음) 사이에 위치시켜 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332) 사이의 계면에 초음파에너지를 전달한다. 이때 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)이 혼과 앤빌에 의해 눌리면서 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)이 눌리면서 용착된다.
한편, 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)의 두께가 두꺼울수록 용착부의 피치는 커질 수 있다.
금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)이 용착되어 서로 결합되므로, 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332) 사이에 접착제, 이방전도성 필름, 납 등의 그 어떠한 소재도 사용하지 않고 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)을 결합할 수 있다.
초음파용착에 의해 별도의 소재 사용 없이 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)을 결합하므로, 소재 사용에 따른 제조 비용을 절감할 수 있다. 그리고 구리보다 저렴하지만 납땜방식으로 부착이 어려워 사용이 기피되었던 알루미늄을 배선(132, 232, 332) 및 금속 리본(40)으로 각각 활용할 수 있다. 저렴한 알루미늄 사용으로 태양전지 모듈의 제조 비용을 절감할 수 있다.
이에 따라 본 실시예에 따른 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)을 구리 또는 알루미늄으로 만들어질 수 있다. 각 배선(132, 232, 332)의 두께는 18㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 여기서, 각 배선(132, 232, 332)의 재질에 따라 그 두께는 달라질 수 있다. 예컨대, 각 배선(132, 232, 332)이 구리로 만들어질 경우 그 두께는 18㎛ ~ 75㎛일 수 있고, 알루미늄으로 만들어질 경우 그 두께는 25㎛ 내지 100㎛일 수 있다.
구리로 만들어진 각 배선(132, 232, 332)의 두께가 18㎛ 미만이고 알루미늄으로 만들어진 각 배선(132, 232, 332)의 두께가 25㎛ 미만인 경우 외부에서 가해지는 힘으로 쉽게 손상되어 태양전지 모듈의 신뢰성이 저하되는 문제가 있다. 그리고 구리로 만들어진 각 배선(132, 232, 332)의 두께가 75㎛를 초과하고, 알루미늄으로 만들어진 각 배선(132, 232, 332)의 두께가 100㎛를 초과할 경우 각 배선(132, 232, 332)을 이루는 재료 소모가 과도하게 발생하여 태양전지 모듈의 원가 상승원인이 될 수 있다. 또한 태양전지 모듈의 중량이 증가할 수 있다.
용착부(50)는 제1 용착부분(51) 및 제2 용착부분(52)을 포함한다.
제1 용착부분(51)은 금속 리본(40)의 일측과 어느 한 모듈 열(10)을 연결하며, 제2 용착부분(52)은 금속 리본(40)의 타측과 어느 한 모듈 열(10)과 이웃한 다른 모듈 열(20)을 연결한다.
제1 용착부분(51)과 제2 용착부분(52)은 각각 적어도 하나로 형성된다. 이에 따라 제1 용착부분(51)과 제2 용착부분(52)은 도2, 도 4 내지 도 6에서 도시한 바와 같이 다양한 모양으로 형성될 수 있다. 이러한 제1 용착부분(51)과 제2 용착부분(52)은 초음파용착에 따른 공정에 따라 용착 후 다양한 모양으로 형성될 수 있다.
이와 같은 제1 용착부분(51)과 제2 용착부분(52)의 길이(L1, L2)는 배선기판(13, 23, 33)의 폭에 따라 달라질 수 있다. 다만, 제1 용착부분(51)과 제2 용착부분(52)의 최소 길이는 금속 리본(40)의 두께인 대략 0.3mm 미만일 수 있다.
제1 용착부분(51) 및 제2 용착부분(52)은 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)이 혼과 앤빌에 의해 눌리어 형성된 복수의 사각 도트로 이루어져 있다. 사각 도트의 형상과 넓이는 혼과 앤빌의 설계에 따라 달라질 수 있다.
위 설명과 도 2 내지 도 6에서 용착부(50)가 도트의 배열로 형성된 것으로 하였으나, 용착부(50)는 줄 모양, 적어도 4개 이상의 도트의 결합으로 형성된 블록 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.
위 설명에서 제1 용착부(51) 및 제2 용착부(52)가 초음파용착에 의해 형성된 것으로 설명하였으나, 제1 용착부(51) 및 제2 용착부(52)는 저항 용접(resistive welding; spot weld 및 seam weld를 포함하는) 또는 레이저 용접(laser welding) 등에 의해 형성될 수 있다.
한편, 납(Pb)을 사용하지 않고 태양전지 모듈을 만들기 위해서는 고가의 무연납이 필요하였으나, 금속 리본(40)과 각 배선(132, 232, 332)을 용착시켜 결합하므로 무연납이 필요하지 않게 된다. 이에 따라 납(Pb)을 사용하지 않고 제작하는 태양전지 모듈을 더욱 저렴한 비용으로 제작할 수 있다.
다음으로 도 7 내지 도 10을 참고하여 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 태양전지 모듈을 나타낸 개략도이고, 도 8은 도 7에 도시한 모듈 열과 금속 리본이 연결된 상태를 나타낸 평면도이며, 도 9는 도 8에 도시한 모듈 열 일부분을 나타낸 확대도이고, 도 10은 도 9도 도시한 B부분 확대도이다.
도 7 내지 도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 태양전지 모듈(2)은 복수의 모듈 열(10, 20, 30), 금속 리본(40), 용착부(50), 제1 기판(60a), 제2 기판(60b), 충진재(70) 및 프레임(80)을 포함한다.
본 실시예에 따른 태양전지 모듈(2)의 제1 기판(60a), 제2 기판(60b), 충진재(70) 및 프레임(80)은 도 1 내지 도 6에 도시한 실시예와 대체로 같다.
제1 기판(60a)과 제2 기판(60b)은 간격을 두고 마주하고, 충진재(70)는 제1 기판(60a)과 제2 기판(60b) 사이에 채워져 제1 기판(60a)과 제2 기판(60b) 사이에 위치하는 모듈 열(10, 20, 30)을 보호한다. 프레임(80)은 제1 기판(60a)과 제2 기판(60b) 외곽을 따라 결합되어 모듈 열(10, 20, 30)에 이물질, 습기 등이 침투하지 않도록 한다.
다만, 본 실시예에 따른 모듈 열(10, 20, 30), 금속 리본(40) 및 용착부(50)는 다른 구조를 갖는다.
복수의 모듈 열(10, 20, 30)은 전지 셀(11, 21, 31) 및 셀 금속 리본(12, 22, 32)을 각기 포함한다.
각 전지 셀(11, 21, 31)은 간격을 두고 복수 배열되어 있다. 복수의 전지 셀(11, 21, 31)은 각각 셀 금속 리본(12, 22, 32)에 의해 연결되어 있다. 각 셀 금속 리본(12, 22, 32)이 각 전지 셀(11, 21, 31)을 연결할 때 각 셀 금속 리본(12, 22, 32)의 일측은 어느 한 전지 셀(11, 21, 31)의 일면과 연결되고, 타측은 이웃한 전지 셀(11', 21', 31')의 타면과 연결되어 있다.
셀 금속 리본(12, 22, 32)과 전지 셀(11, 21, 31), (11', 21', 31')의 연결 구조는 태양전지 모듈 분야에서 공지된 구조가 적용될 수 있는바, 상세 구조에 대한 설명은 생략한다.
각 셀 금속 리본(12, 22, 32)의 양측은 모듈 열(10, 20, 30) 중 가장 외측에 있는 전지 셀(11, 21, 31)을 벗어나 있다.
금속 리본(40)은 모듈 열(10, 20, 30)의 각 전지 셀(11, 21, 31)을 벗어난 각 셀 금속 리본(12, 22, 32)과 연결되어 있다. 금속 리본(40)의 일측은 이웃한 모듈 열 중 어느 한 모듈 열(10)과 연결되어 있고, 타측은 이웃한 모듈 열 중 다른 모듈 열(20)과 연결되어 있다.
각 모듈 열(10, 20, 30)에 배치된 각 전지 셀(11, 21, 31)의 개수는 태양전지 모듈(2)의 설계조건에 따라 달라질 수 있다.
용착부(50)는 금속 리본(40)과 각 셀 금속 리본(12, 22, 32) 사이에 형성되어 있으며, 도 1 내지 도 6의 실시예에 따른 용착부와 같게 초음파용착 된다. 초음파용착에 의해 금속 리본(40)과 각 셀 금속 리본(12, 22, 32)을 그 어떠한 소재를 사용하지 않고 서로 결합할 수 있다. 납땜(solder)으로 연결이 어려운 알루미늄을 초음파용착으로 연결할 수 있어 구리보다 저렴한 알루미늄을 금속 리본(40) 및 각 셀 금속 리본(12, 22, 32)으로 활용할 수 있다. 본 실시예에 따른 용착부(50)의 모양 및 구조는 금속 리본(40)과 각 셀 금속 리본(12, 22, 32)이 접하는 면적에 따라 달라질 수 있다. 앞의 실시예와 마찬가지로 본 실시예에서도 용착부는 초음파용착 대신에 저항 용접 또는 레이저 용접 등에 의해 형성될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 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 (7)

  1. 배열된 전지 셀들이 전기적으로 연결되어 있고 서로 떨어져 있는 복수의 모듈 열,
    이웃한 상기 모듈 열들을 전기적으로 연결하는 금속 리본 및
    상기 모듈 열과 상기 금속 리본을 연결하는 용착부
    를 포함하고,
    상기 용착부는 상기 모듈 열과 상기 금속 리본 사이에 별도의 소재를 사용하지 않고, 상기 모듈 열과 상기 금속 리본이 접하는 부분이 용착되어 형성되는
    태양전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 모듈 열은
    상기 전지 셀 및
    상기 전지 셀이 배열되어 있으며 상기 전지 셀과 연결된 배선을 갖는 배선기판을 포함하고,
    상기 금속 리본은 상기 배선과 연결되어 있으며 상기 배선과 상기 금속 리본은 구리 또는 알루미늄으로 만들어진 태양전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 배선의 두께는 18㎛ 내지 100㎛인 태양전지 모듈.
  4. 제2항에서,
    상기 배선기판은 상기 배선과, 상기 배선을 지지하는 배선 시트를 포함하고, 상기 배선 시트의 열수축률은 150℃에서 15분 동안 놓았을 때 연신 방향과 수직한 방향으로 0% 내지 0.23%인 태양전지 모듈.
  5. 제1항에서,
    상기 모듈 열은
    배열된 상기 전지 셀 및
    상기 전지 셀들을 연결하는 셀 금속 리본
    을 포함하고,
    상기 금속 리본은 상기 셀 금속 리본과 연결되어 있으며, 상기 셀 금속 리본과 상기 금속 리본은 구리 또는 알루미늄으로 만들어진 태양전지 모듈.
  6. 제1항에서,
    상기 용착부는, 상기 금속 리본의 일측과 상기 이웃한 모듈 열 중 어느 한 모듈 열을 연결하는 적어도 하나의 제1 용착부분 및 상기 금속 리본의 타측과 상기 이웃한 모듈 열 중 다른 모듈 열을 연결하는 적어도 하나의 제2 용착부분을 포함하는 태양전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 용착부는 초음파용착(ultrasonic welding), 저항 용접(spot weld, seam weld) 또는 레이저 용접(laser welding) 중 선택된 어느 한 방법으로 형성되는 태양전지 모듈.
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