WO2016190602A1 - 태양전지 모듈용 환형 와이어 - Google Patents

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annular wire
annular
cell module
wire
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김진우
김정익
박기홍
김지성
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Definitions

  • the present invention relates to an annular wire for a solar cell module. Specifically, the present invention improves the output rate of the solar cell and can suppress the crack of the substrate when fixed to the solar cell substrate by soldering, and at the same time can extend the life of the solar cell and stable to the solar cell substrate It relates to an annular wire for a solar cell module that can be fixed to.
  • a solar cell is a device that converts light energy into electrical energy by using a p-type semiconductor and an n-type semiconductor, and electrons and electrons generated inside the light beam move to the p-pole and n-pole, respectively, between the p-pole and the n-pole. It is a device based on the photoelectric effect through which a potential difference (photovoltaic power) is generated and current flows.
  • FIG. 1 schematically shows a conventional solar cell module.
  • a plurality of solar cells 1, which are the smallest unit for generating electricity, are arranged in a panel, and the solar cell cells 1 are disposed to obtain a desired electromotive force.
  • a ribbon wire 10 connected in series.
  • FIG. 2 schematically illustrates a cross section of a flat ribbon wire 10 used in a conventional solar cell module.
  • the conventional flat ribbon wire 10 includes a flat conductor 11 and a solder plating layer 12 formed on the surface thereof for connection with the solar cell 1.
  • the conventional flat ribbon wire 10 is fixed to the solar cell 1 substrate by soldering as shown in FIG. 3, the area covering the light absorbing surface of the substrate is large because the contact area with the substrate is large. The solar cell output rate is lowered because it largely reflects most of the light reaching the upper surface of the flat ribbon wire 10.
  • the conventional flat ribbon wire 10 has a large contact area with the substrate of the solar cell 1 as described above, cracking of the substrate due to different thermal expansion coefficients of the conductor 11 and the substrate is caused. More serious.
  • An object of this invention is to provide the annular wire for solar cell modules which can improve the output ratio of a solar cell.
  • an object of the present invention is to provide an annular wire for a solar cell module that can suppress the crack of the substrate when fixed to the solar cell substrate by soldering.
  • an object of the present invention is to provide an annular wire for a solar cell module that can extend the life of the solar cell.
  • an object of the present invention is to provide an annular wire for a solar cell module that can be stably fixed without damaging the solar cell substrate.
  • An annular wire for a solar cell module comprising: an annular conductor and a solder plating layer formed on the surface of the annular conductor, wherein the ratio of the cross-sectional area defined by Equation 1 below on the same cross section of the annular wire is 0.04 to 0.32. Provides an annular wire.
  • Cross-sectional area ratio cross-sectional area of the solder plating layer / cross-sectional area of the annular conductor
  • the cross-sectional area of the solder plating layer is (annular wire cross-sectional area-cross-sectional area of the annular conductor).
  • annular wire for a solar cell module.
  • ⁇ 0.14 to 0.15
  • ⁇ 1 to 2
  • X is the diameter ( ⁇ m) of the annular conductor.
  • the diameter (X) of the annular conductor is characterized in that 180 to 540 ⁇ m, provides an annular wire for a solar cell module.
  • annular wire for a solar cell module comprising an annular conductor and a solder plating layer coated on the surface of the annular conductor, wherein the sum of the minimum thickness (a) and the maximum thickness (b) on the same cross section of the annular wire (a +) b) provides an annular wire for a solar cell module, which is 8 to 53 ⁇ m.
  • the attachment width of the annular wire and the substrate is 184 to 1627 ⁇ m, providing an annular wire for a solar cell module.
  • the present invention also provides an annular wire for a solar cell module, wherein the annular wire has an adhesion width of 368 to 1084 ⁇ m when the annular wire is soldered to the solar cell substrate.
  • the solder plating layer comprises 59 to 65% by weight of tin (Sn), 33 to 39% by weight of lead (Pb), and 1.5 to 2.5% by weight of silver (Ag), 57 to 63% by weight of tin (Sn), and It comprises 37 to 43% by weight of lead (Pb), or 93.5 to 99.5% by weight of tin (Sn), 0.3 to 0.7% by weight of copper (Cu) and 2.5 to 3.5% by weight of silver (Ag), Provided is an annular wire for a solar cell module.
  • the annular conductor is Tough Pitch Copper (TPC), Oxygen-Free Copper (OFC) or Phosphorous Deoxidized Copper (Phosphrous Deoxidized Copper), characterized in that the annular wire for a solar cell module do.
  • the present invention provides an annular wire for a solar cell module, characterized in that the resistance is 648 m ⁇ / m or less, the yield strength is 120 MPa or less, the tensile strength is 180 to 260 MPa, and the elongation is 15 to 45%.
  • a solar cell module comprising a plurality of solar cell substrate and the annular wire for solar cell module of any one of claims 1 to 3 connecting the plurality of substrates in series.
  • a silver paste layer is formed on a portion where the annular wire is soldered on the solar cell substrate, and the silver (Ag) paste layer is formed on the silver paste layer to improve adhesion between the annular wire and the substrate.
  • a plurality of silver (Ag) pads having a width greater than the width of a paste layer are provided.
  • the size of the solar cell substrate is 4 to 8 inches
  • the number of the annular wire is 8 to 30
  • the width of the silver (Ag) paste layer is 30 to 70 ⁇ m
  • adjacent silver (Ag) paste The interlayer spacing is 1.4 to 2.2 mm
  • the silver (Ag) pad area is 500 to 900 ⁇ m 2
  • the number of the silver (Ag) pad is characterized in that 300 to 700, to provide a solar cell module.
  • the output reduction rate compared to the initial value before the temperature change application is provided, characterized in that the solar cell module.
  • the annular wire for solar cell module according to the present invention has an annular cross section, the area covering the light absorbing surface of the solar cell substrate can be minimized, and since the surface is curved, an excellent effect of maximizing the solar cell output rate using diffuse reflection is possible. Indicates.
  • the annular wire for a solar cell module according to the present invention is excellent in that the contact area with the solar cell substrate is minimized to minimize the damage caused by the crack of the substrate due to the different thermal expansion coefficient of the annular wire conductor and the substrate. Effect.
  • the annular wire for a solar cell module according to the present invention can prolong the life of the solar cell by precisely controlling the cross-sectional area and thickness of the solder plating layer, and at the same time, it can be stably fixed without damaging the solar cell substrate. Indicates.
  • FIG. 1 schematically shows a conventional solar cell module.
  • FIG. 2 schematically illustrates a cross section of a flat ribbon wire 10 used in the solar cell module shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 schematically shows a state in which light is irradiated onto the solar cell having the flat ribbon wire shown in FIG. 2.
  • Figure 4 schematically shows a cross-section of the annular wire for solar cell module according to the present invention.
  • FIG. 5 schematically illustrates a state in which light is irradiated to a solar cell equipped with an annular wire for the solar cell module illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 4 schematically shows a cross section of the annular wire for solar cell module according to the present invention.
  • the annular wire 100 for a solar cell module according to the present invention is formed on the surface of the annular conductor 110 and the annular conductor 110 for connecting a plurality of solar cells in series. It may include a solder plating layer 120 for connecting the annular conductor 110 to the solar cell.
  • the annular conductor 110 is a conductor mainly composed of copper (Cu), for example, Tough Pitch Copper (TPC), Oxygen-Free Copper (OFC), Phosphrous Deoxidized Copper).
  • Cu copper
  • TPC Tough Pitch Copper
  • OFFC Oxygen-Free Copper
  • the annular wire 100 for a solar cell module according to the present invention adopts the annular conductor 110 as a conductor to cover an absorbing surface of the substrate when fixed to the solar cell substrate by soldering as shown in FIG. 5. This is minimized, and also when the light is irradiated on the surface of the annular wire 100 causes diffuse reflection, it shows an excellent effect that can maximize the output rate of the solar cell.
  • the annular wire 100 for the solar cell module according to the present invention has a thermal expansion coefficient of the annular conductor 10 by minimizing a local contact area with the substrate when the solar cell module is fixed to the solar cell substrate by soldering. Even if slightly different from the coefficient, since the crack of the substrate can be suppressed, it is not necessary to separately control the thermal expansion coefficient of the annular conductor 110, thereby reducing the manufacturing cost.
  • the solder plating layer 120 may include tin (Sn) as a main component, and may further include lead (Pb), silver (Ag), and the like.
  • the solder plating layer 120 is 59 to 65% by weight of tin (Sn), 33 to 39% by weight of lead (Pb), and 1.5 to 2.5% by weight of silver (Ag), or 57 to 63 of tin (Sn).
  • the solder plating layer 120 may have a melting point of 175 to 180 ° C depending on the constituents and the blending ratio.
  • the method of forming the solder plating layer 120 is not particularly limited, but may be formed by, for example, die coating.
  • the annular wire 100 is formed by an eccentric in which the central axis of the annular conductor 110 deviates from the central axis of the annular wire 100.
  • the thickness of the solder plating layer 120 may vary on the same cross-section of the).
  • the annular wire 100 according to the present invention may have a cross sectional area ratio of 0.04 to 0.32 defined by Equation 1 below on the same cross section.
  • Cross-sectional area ratio cross-sectional area of the solder plating layer / cross-sectional area of the annular conductor
  • the cross-sectional area of the solder plating layer is (cross-sectional area of the annular wire minus the cross-sectional area of the annular conductor).
  • the cross-sectional area of the solder plating layer 120 is relatively thin so that when the annular wire 100 is fixed to the solar cell substrate by soldering, the adhesion width to the substrate is excessively narrow.
  • the annular wire 100 can be easily peeled from the substrate, and thus there is a problem in that the output rate is greatly reduced during the long-term operation of the solar cell, thereby shortening the life, while the operation of the solar cell is more than 0.32. Due to the excessive decrease in output rate due to deterioration, the service life can be shortened and hard solder balls can be generated due to the excessive solder plating layer, and the solder balls on the solar cell substrate when the EVA layer is laminated on the solar cell substrate. There is a problem of causing cracks in the solar cell substrate by applying this pressure.
  • the cross-sectional area of the solder plating layer 120 may be different depending on the diameter of the annular conductor 110 for improving adhesion to the solar cell substrate and suppressing cracking of the substrate during soldering. Therefore, on the same cross section of the annular wire 100, the maximum value Y max and the minimum value Y min of the sum Y of the minimum thickness a and the maximum thickness b of the solder plating layer 120 are respectively lower. The condition of Equations 2 and 3 may be satisfied.
  • ⁇ 0.14 to 0.15
  • ⁇ 1 to 2
  • X is the diameter ( ⁇ m) of the annular conductor.
  • the solder width of the annular wire 100 is uniform to 184 to 1627 ⁇ m when soldering to the solar cell substrate by the solder plating layer 120. It may be formed stably, preferably the conductor diameter (X) may be about 180 to 540 ⁇ m. When the conductor diameter (X) is less than about 180 ⁇ m, the solar cell output may be less than 300 W, whereas when the conductor diameter (X) is greater than about 540 ⁇ m, cracks may occur in the solar cell substrate.
  • the sum of the minimum thickness a and the maximum thickness b of the solder plating layer 120 may be 8 to 53 ⁇ m on the same cross section of the annular wire 100.
  • the annular wire 100 may be more uniformly and stably formed with an adhesion width of 368 to 1084 ⁇ m when soldering the solar cell substrate by the solder plating layer 120 satisfying the thickness condition.
  • the annular wire 100 for a solar cell module according to the present invention has a resistance of 648 m ⁇ / m or less, a yield strength of 120 MPa or less, a tensile strength of 180 to 260 MPa, and an elongation of 15 to 15 by the above-described configuration. Can be 45%.
  • the present invention relates to a solar cell module including a plurality of solar cells including a silicon semiconductor substrate having a PN junction and the annular wire 100 for the solar cell module connecting the solar cells in series.
  • the number of the annular wire 100 for the solar cell module may be different according to the desired electromotive force of the solar cell module, silver (Ag) on the portion where the annular wire 100 is soldered on the solar cell substrate.
  • a layer formed of a paste is formed, and the silver paste layer has a plurality of widths greater than the width of the layer formed by the silver paste in order to improve adhesion between the annular wire 100 and the substrate.
  • a silver pad may be further provided.
  • the size of the solar cell substrate may be 4 to 8 inches, and based on one solar cell substrate, the number of the annular wires 100 may be 8 to 30, and the silver (Ag )
  • the width of the paste layer is 30 to 70 ⁇ m, the spacing between adjacent silver (Ag) paste layers is 1.4 to 2.2 mm, the silver pad area is 500 to 900 ⁇ m 2 , and the number of silver pads is 300 To 700.
  • Example Annular conductor Solder Plating Layer Area ratio (B / A) Material Diameter ( ⁇ m) Cross-sectional area (A) (mm2) Material Y (a + b) ( ⁇ m) Cross-sectional area (B) (mm2) Comparative Example 1 Cu (99.9%) 200 0.0314 Sn (62%) + Pb (36%) + Ag (2%) 3 0.0009 0.03 Example 1 0.0314 4 0.0013 0.04 Example 2 0.0314 15 0.0049 0.16 Example 3 0.0314 30 0.0101 0.32 Comparative Example 2 0.0314 31 0.0105 0.33 Comparative Example 3 360 0.1018 7 0.0040 0.039 Example 4 0.1018 8 0.0046 0.045 Example 5 0.1018 30 0.0177 0.17 Example 6 0.1018 53 0.0322 0.316 Comparative Example 4 0.1018 54 0.0328 0.323 Comparative Example 5 500 0.1964 8 0.0063 0.03 Example 7 0.1964 10 0.0079 0.04 Example 8 0.1964 40 0.0327 0.17 Example 9 0.1964 74 0.0624 0.32 Compar
  • Example 1 Number of application of temperature change from -45 to 90 °C 50 times 100 times 150 times 200 times Comparative Example 1 -3.69 -3.91 -4.86 -5.85
  • Example 1 -2.51 -3.81 -4.58 -4.34
  • Example 2 -0.94 -1.07 -1.10 -1.28
  • Example 3 -1.98 -2.45 -3.28 -4.19
  • Comparative Example 2 -2.02 -2.12 -4.51 -5.58
  • Example 5 -0.77 -1.11 -1.23 -1.45
  • Example 6 -0.93 -1.03 -2.72 -3.41 Comparative Example 4 -2.41 -3.74 -5.47 -6.27 Comparative Example 5 -2.51 -3.81 -4.58 -5.82
  • Example 7 -2.
  • the solar cell module provided with the annular wire for solar cell modules of Examples 1 to 9 according to the present invention even after applying a temperature change of -45 to 90 °C 200 times in a thermal cycle test It was found that the lifespan of the solar cell was relatively extended to within 5% of the decrease in output.
  • the annular wires for solar cell modules according to Comparative Examples 1 to 6 have a cross-sectional ratio of the solder plating layer to the conductor cross-sectional area of less than 0.04, so that the attachment surface of the annular wire and the solar cell substrate is too narrow to provide a solar cell module.
  • Solder balls are formed when the annular wire is fixed to the solar cell substrate because the annular wire is peeled off from the substrate as the number of application of the temperature change increases, so that the output reduction rate exceeds -5% or the solder plating layer exceeds 0.32. As the number of times the temperature change is applied to the solar cell module increases by generating cracks in the substrate, the output reduction rate of the solar cell module is found to exceed -5%.
  • Examples 10 and 11 according to the present invention has a conductor diameter of the annular wire is 180 to 540 ⁇ m, the output is 300 W or more and no crack occurs in the solar cell substrate, Comparative Example 7
  • the conductor diameter of the silver annular wire was 160 ⁇ m and the output was less than 300 W.
  • the conductor diameter of the annular wire was 560 ⁇ m and cracks occurred in the substrate, thereby confirming that the output was also less than 300 W.

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Abstract

본 발명은 태양전지 모듈용 환형 와이어에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 태양전지의 출력율을 향상시키고 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 고정시 상기 기판의 크랙을 억제할 수 있는 동시에, 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있고 태양전지 셀 기판에 안정적으로 고정될 수 있는 태양전지 모듈용 환형 와이어에 관한 것이다.

Description

태양전지 모듈용 환형 와이어
본 발명은 태양전지 모듈용 환형 와이어에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 태양전지의 출력율을 향상시키고 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 고정시 상기 기판의 크랙을 억제할 수 있는 동시에, 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있고 태양전지 셀 기판에 안정적으로 고정될 수 있는 태양전지 모듈용 환형 와이어에 관한 것이다.
태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체를 이용해 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 장치로서, 빛을 비출때 내부에 발생하는 전자와 전공이 각각 p극과 n극으로 이동함으로써 p극과 n극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하여 전류가 흐르는 광전효과를 원리로 하는 장치이다.
도 1은 종래 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 태양전지 모듈은 전기를 일으키는 최소 단위인 태양전지 셀(solar cell)(1) 복수개가 패널 내에 배열되고, 목적한 기전력을 얻기 위해 상기 태양전지 셀(1)들을 직렬로 연결하는 리본 와이어(10)를 포함한다.
도 2는 종래 태양전지 모듈에서 사용되는 평각형 리본 와이어(10)의 횡단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래 평각형 리본 와이어(10)는 평각 도체(11)와 그 표면에 태양전지 셀(1)과의 접속을 위해 형성된 땜납 도금층(12)을 포함한다. 그러나, 종래 평각형 리본 와이어(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 납땜에 의해 태양전지 셀(1) 기판에 고정될 때 상기 기판과의 접촉면적이 크기 때문에 상기 기판의 흡광면을 가리는 면적이 크고, 상기 평각형 리본 와이어(10)의 상부면에 도달하는 대부분의 빛을 전반사하기 때문에, 태양전지 출력율을 저하시킨다.
또한, 종래 평각형 리본 와이어(10)는 앞서 기술한 바와 같이 태양전지 셀(1) 기판과의 접촉 면적이 크기 때문에 상기 도체(11)와 상기 기판의 상이한 열팽창계수에 의한 상기 기판의 크랙 발생이 더욱 심각하다.
따라서, 태양전지의 출력율을 향상시키고 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 고정시 상기 기판의 크랙을 억제할 수 있는 동시에, 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있고 태양전지 셀 기판에 안정적으로 고정될 수 있는 태양전지 모듈용 리본 와이어가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 태양전지의 출력율을 향상시킬 수 있는 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 고정시 상기 기판의 크랙을 억제할 수 있는 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있는 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 태양전지 셀 기판을 손상시키지 않고 안정적으로 고정될 수 있는 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
태양전지 모듈용 환형 와이어로서, 환형 도체 및 상기 환형 도체의 표면에 형성된 땜납 도금층을 포함하고, 상기 환형 와이어의 동일한 횡단면상에서 아래 수학식 1에 의해 정의되는 단면적 비율이 0.04 내지 0.32인, 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공한다.
[수학식 1]
단면적 비율=땜납 도금층의 단면적/환형 도체의 단면적
상기 수학식 1에서,
땜납 도금층의 단면적은 (환형 와이어 단면적 - 환형 도체의 단면적)이다.
여기서, 상기 환형 와이어의 동일한 횡단면상에서 상기 땜납 도금층의 최소 두께와 최대 두께의 합(Y) 중 최대값(Ymax)과 최소값(Ymin)이 각각 아래 수학식 2 및 3의 조건을 만족하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공한다.
[수학식 2]
Ymax=αX+β
[수학식 3]
Ymin=α'X+β'
상기 수학식 2 및 3에서,
α는 0.14 내지 0.15이고,
β는 1 내지 2이고,
α'는 0.014 내지 0.025이고,
β'는 -1 내지 -3이고,
X는 환형 도체의 직경(㎛)이다.
또한, 상기 환형 도체의 직경(X)은 180 내지 540 ㎛인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공한다.
한편, 태양전지 모듈용 환형 와이어로서, 환형 도체 및 상기 환형 도체의 표면에 피복된 땜납 도금층을 포함하고, 상기 환형 와이어의 동일한 횡단면상 최소 두께(a)와 최대 두께(b)의 합(a+b)이 8 내지 53 ㎛인, 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공한다.
여기서, 상기 환형 와이어를 태양전지 셀 기판에 남땜시 상기 환형 와이어와 상기 기판의 부착폭이 184 내지 1627 ㎛인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공한다.
또한, 상기 환형 와이어를 태양전지 셀 기판에 남땜시 상기 환형 와이어와 상기 기판의 부착폭이 368 내지 1084 ㎛인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공한다.
또한, 상기 땜납 도금층은 주석(Sn) 59 내지 65 중량%, 납(Pb) 33 내지 39 중량%, 및 은(Ag) 1.5 내지 2.5 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 57 내지 63 중량% 및 납(Pb) 37 내지 43 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 93.5 내지 99.5 중량%, 구리(Cu) 0.3 내지 0.7 중량% 및 은(Ag) 2.5 내지 3.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공한다.
그리고, 상기 환형 도체는 터프피치동(Tough Pitch Copper; TPC), 무산소동(Oxygen-Free Copper; OFC) 또는 인탈산동(Phosphrous Deoxidized Copper)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공한다.
나아가, 저항이 648 mΩ/m 이하이고, 항복강도가 120 MPa 이하이고, 인장강도가 180 내지 260 MPa이고, 연신율이 15 내지 45 %인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어를 제공한다.
한편, 복수의 태양전지 셀 기판 및 상기 복수의 기판을 직렬로 연결하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 태양전지 모듈용 환형 와이어를 포함하는, 태양전지 모듈을 제공한다.
여기서, 상기 태양전지 셀 기판 위에는 상기 환형 와이어가 납땜되는 부분에 은(Ag) 페이스트층이 형성되고, 상기 은(Ag) 페이스트층에는 상기 환형 와이어와 상기 기판의 부착력을 향상시키기 위해 상기 은(Ag) 페이스트층의 폭 보다 큰 폭을 갖는 복수의 은(Ag) 패드가 추가로 구비되는, 태양전지 모듈을 제공한다.
또한, 상기 태양전지 셀 기판의 크기는 4 내지 8 인치이고, 상기 환형 와이어의 개수는 8 내지 30개이며, 상기 은(Ag) 페이스트층의 폭은 30 내지 70 ㎛이고, 인접한 은(Ag) 페이스트층간 간격은 1.4 내지 2.2 mm이며, 상기 은(Ag) 패드 면적은 500 내지 900 ㎛2이고, 상기 은(Ag) 패드의 개수는 300 내지 700개인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈을 제공한다.
그리고, -45 내지 90℃의 온도 변화를 200회 적용한 후 상기 온도 변화 적용 전의 초기값 대비 출력 저하율이 -5% 미만인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈을 제공한다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어는 단면이 환형이므로 태양전지 셀 기판의 흡광면을 가리는 면적을 최소화할 수 있고 표면이 곡면이기 때문에 난반사를 이용하여 태양전지 출력율을 극대화할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어는 태양전지 셀 기판과의 접촉 면적이 최소화되어 상기 환형 와이어 도체와 상기 기판의 상이한 열팽창계수에 의한 상기 기판의 크랙에 의한 피해를 최소화할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
그리고, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어는 땜납 도금층의 단면적 및 두께를 정밀하게 제어함으로써 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있는 동시에 태양전지 셀 기판을 손상시키지 않고 안정적으로 고정될 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
도 1은 종래 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 태양전지 모듈에서 사용되는 평각형 리본 와이어(10)의 횡단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 2에 도시된 평각형 리본 와이어가 장착된 태양전지 셀에 빛이 조사되는 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어의 횡단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 도 4에 도시된 태양전지 모듈용 환형 와이어가 장착된 태양전지 셀에 빛이 조사되는 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어(100)는 복수의 태양전지 셀을 직렬로 연결하기 위한 환형 도체(110) 및 상기 환형 도체(110)의 표면에 형성되어 상기 환형 도체(110)를 태양전지 셀에 접속시키기 위한 땜납 도금층(120)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 환형 도체(110)는 구리(Cu)를 주성분으로 하는 도체, 예를 들어, 터프피치동(Tough Pitch Copper; TPC), 무산소동(Oxygen-Free Copper; OFC), 인탈산동(Phosphrous Deoxidized Copper) 등으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어(100)는 도체로서 상기 환형 도체(110)를 채택함으로써 도 5에 도시된 바와 같이 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 고정시 상기 기판의 흡광면을 가리는 면적이 최소화되고, 또한 빛이 상기 환형 와이어(100)의 표면에 조사되는 경우 난반사를 유발하여, 태양전지의 출력율을 극대화할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어(100)는 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 고정시 상기 기판과의 국소적인 접촉면적이 최소화됨으로써 환형 도체(10)의 열팽창계수가 상기 기판의 열팽창계수와 다소 차이가 나더라도 상기 기판의 크랙을 억제할 수 있기 때문에 상기 환형 도체(110)의 열팽창계수를 별도로 제어할 필요가 없어 제조비용을 절감할 수 있다.
상기 땜납 도금층(120)은 주석(Sn)을 주성분으로 하고, 납(Pb), 은(Ag) 등을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 땜납 도금층(120)은 주석(Sn) 59 내지 65 중량%, 납(Pb) 33 내지 39 중량%, 및 은(Ag) 1.5 내지 2.5 중량%, 또는 주석(Sn) 57 내지 63 중량% 및 납(Pb) 37 내지 43 중량%, 또는 주석(Sn) 93.5 내지 99.5 중량%, 구리(Cu) 0.3 내지 0.7 중량% 및 은(Ag) 2.5 내지 3.5 중량%를 포함할 수 있다. 상기 땜납 도금층(120)은 상기 구성성분 및 배합비에 의해 융점이 175 내지 180℃일 수 있다.
상기 땜납 도금층(120)을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않지만 예를 들어 다이스 코팅에 의해 형성될 수 있다. 상기 환형 도체(110)에 상기 땜납 도금층(120)을 형성하기 위한 다이스 코팅시 상기 환형 도체(110)의 중심축이 상기 환형 와이어(100)의 중심축에서 벗어나는 편심에 의해, 상기 환형 와이어(100)의 동일한 횡단면상에서 상기 땜남 도금층(120)의 두께가 다양할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 환형 와이어(100)는 동일한 횡단면상에서 아래 수학식 1에 의해 정의되는 단면적 비율이 0.04 내지 0.32일 수 있다.
[수학식 1]
단면적 비율=땜납 도금층의 단면적/환형 도체의 단면적
상기 수학식 1에서,
땜납 도금층의 단면적은 (환형 와이어의 단면적 - 환형 도체의 단면적)이다.
상기 단면적 비율이 0.04 미만인 경우 상기 땜납 도금층(120)의 단면적이 상대적으로 과도하게 얇아 상기 환형 와이어(100)를 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 고정시 상기 기판에 대한 부착폭이 과도하게 협소하여 상기 환형 와이어(100)가 상기 기판으로부터 용이하게 박리될 수 있고, 이로써 태양전지의 장기간 운용시 출력율이 크게 저하되어 수명이 단축되는 문제가 있는 반면, 상기 단면적 비율이 0.32 초과인 경우 태양전지의 운용시 열화에 의한 출력율 저하가 과도하게 크기 때문에 수명이 단축되고 또한 땜납 도금층의 과다로 딱딱한 솔더볼(solder ball)이 생성될 수 있고 태양전지 셀 기판 위에 EVA층을 적층시킬 때 태양전지 셀 기판에 솔더볼이 압력을 가하여 태양전지 셀 기판에 크랙을 발생시키는 문제가 있다.
또한, 본 발명에 따른 환형 와이어(100)는 태양전지 셀 기판에 대한 부착력 향상 및 납땜시 기판의 크랙 억제를 위한 땜납 도금층(120)의 단면적이 환형 도체(110)의 직경에 따라 상이할 수 있기 때문에, 상기 환형 와이어(100)의 동일한 횡단면상에서 땜납 도금층(120)의 최소 두께(a)와 최대 두께(b)의 합(Y) 중 최대값(Ymax)과 최소값(Ymin)이 각각 아래 수학식 2 및 3의 조건을 만족할 수 있다.
[수학식 2]
Ymax=αX+β
[수학식 3]
Ymin=α'X+β'
상기 수학식 2 및 3에서,
α는 0.14 내지 0.15이고,
β는 1 내지 2이고,
α'는 0.014 내지 0.025이고,
β'는 -1 내지 -3이고,
X는 환형 도체의 직경(㎛)이다.
여기서, 상기 환형 와이어(100)는 상기 수학식 2 및 3의 조건을 만족하는 경우 상기 땜납 도금층(120)에 의해 태양전지 셀 기판에 납땜시 상기 기판에 대한 부착폭이 184 내지 1627 ㎛로 균일하고 안정적으로 형성될 수 있고, 바람직하게는 상기 도체 직경(X)은 약 180 내지 540 ㎛일 수 있다. 상기 도체 직경(X)이 약 180 ㎛ 미만인 경우 태양전지 출력이 300 W 미만일 수 있는 반면, 약 540 ㎛ 초과인 경우 태양전지 셀 기판에 크랙이 발생할 수 있다.
나아가, 상기 환형 와이어(100)의 동일한 횡단면상에서 땜납 도금층(120)의 최소 두께(a)와 최대 두께(b)의 합이 8 내지 53 ㎛일 수 있다. 상기 환형 와이어(100)는 상기 두께 조건을 만족하는 땜납 도금층(120)에 의해 태양전지 셀 기판에 납땜시 상기 기판에 대한 부착폭이 368 내지 1084 ㎛로 더욱 균일하고 안정적으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어(100)는 앞서 기술한 구성에 의해 저항이 648 mΩ/m 이하이고, 항복강도가 120 MPa 이하이고, 인장강도가 180 내지 260 MPa이고, 연신율이 15 내지 45 %일 수 있다.
본 발명은 PN접합을 갖는 실리콘 반도체 기판을 포함하는 복수의 태양전지 셀 및 상기 태양전지 셀들을 직렬로 연결하는 상기 태양전지 모듈용 환형 와이어(100)를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.
여기서, 상기 태양전지 모듈용 환형 와이어(100)의 개수는 상기 태양전지 모듈의 목적한 기전력에 따라 상이할 수 있고, 상기 태양전지 셀 기판 위에는 상기 환형 와이어(100)가 납땜되는 부분에 은(Ag) 페이스트에 의한 층이 형성되고, 상기 은(Ag) 페이스트층에는 상기 환형 와이어(100)와 상기 기판의 부착력을 향상시키기 위해 상기 은(Ag) 페이스트에 의한 층의 폭보다 큰 폭을 갖는 복수의 은(Ag) 패드가 추가로 구비될 수 있다.
예를 들어, 상기 태양전지 셀 기판의 크기는 4 내지 8 인치일 수 있고, 상기 태양전지 셀 기판 하나를 기준으로, 상기 환형 와이어(100)의 개수는 8 내지 30개일 수 있고, 상기 은(Ag) 페이스트층의 폭은 30 내지 70 ㎛이고, 인접한 은(Ag) 페이스트층간 간격은 1.4 내지 2.2 mm이며, 은(Ag) 패드 면적은 500 내지 900 ㎛2이고, 은(Ag) 패드의 개수는 300 내지 700개일 수 있다.
<실시예>
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 실시예 및 비교예 각각에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어 및 6 인치 태양전지 셀을 구비한 태양전지 모듈을 제작하였다.
실시예 환형 도체 땜납 도금층 면적비(B/A)
소재 직경(㎛) 단면적(A)(㎟) 소재 Y(a+b)(㎛) 단면적(B)(㎟)
비교예1 Cu(99.9%) 200 0.0314 Sn(62%)+Pb(36%)+Ag(2%) 3 0.0009 0.03
실시예1 0.0314 4 0.0013 0.04
실시예2 0.0314 15 0.0049 0.16
실시예3 0.0314 30 0.0101 0.32
비교예2 0.0314 31 0.0105 0.33
비교예3 360 0.1018 7 0.0040 0.039
실시예4 0.1018 8 0.0046 0.045
실시예5 0.1018 30 0.0177 0.17
실시예6 0.1018 53 0.0322 0.316
비교예4 0.1018 54 0.0328 0.323
비교예5 500 0.1964 8 0.0063 0.03
실시예7 0.1964 10 0.0079 0.04
실시예8 0.1964 40 0.0327 0.17
실시예9 0.1964 74 0.0624 0.32
비교예6 0.1964 76 0.0642 0.33
비교예7 160 0.0201 13 0.0034 0.17
실시예10 180 0.0254 15 0.0044 0.17
실시예11 540 0.2290 44 0.0388 0.17
비교예8 560 0.2463 46 0.0421 0.17
- a : 환형 와이어의 동일한 횡단면상에서 땜납 도금층의 최소 두께
- b : 환형 와이어의 동일한 횡단면상에서 땜납 도금층의 최대 두께
2. Thermal Cycle Test 실험
상기 실시예 1 내지 9 및 비교예 1 내지 6 각각에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어를 구비한 태양전지 모듈에 대하여 TUV, UL, IEC 등의 규격이 제시한 조건보다 더욱 가혹한 조건, 즉 -45 내지 90℃의 온도 변화를 반복적으로 적용한 후 출력율을 측정하고 초기값에 대한 출력 저하율을 계산했다. Thermal Cycle Test 실험 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
-45 내지 90℃의 온도 변화 적용 횟수
50회 100회 150회 200회
비교예1 -3.69 -3.91 -4.86 -5.85
실시예1 -2.51 -3.81 -4.58 -4.34
실시예2 -0.94 -1.07 -1.10 -1.28
실시예3 -1.98 -2.45 -3.28 -4.19
비교예2 -2.02 -2.12 -4.51 -5.58
비교예3 -1.74 -3.06 -4.76 -5.08
실시예4 -0.79 -0.89 -2.43 -3.06
실시예5 -0.77 -1.11 -1.23 -1.45
실시예6 -0.93 -1.03 -2.72 -3.41
비교예4 -2.41 -3.74 -5.47 -6.27
비교예5 -2.51 -3.81 -4.58 -5.82
실시예7 -2.28 -3.69 -4.14 -4.27
실시예8 -1.65 -2.16 -2.51 -2.97
실시예9 -2.19 -2.39 -4.29 -4.57
비교예6 -2.31 -2.69 -5.28 -5.86
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 내지 9의 태양전지 모듈용 환형 와이어가 구비된 태양전지 모듈은 Thermal Cycle Test에서 -45 내지 90℃의 온도 변화를 200회 적용한 후에도 태양전지 출력 저하율이 -5% 이내로 태양전지의 수명이 상대적으로 연장된 것으로 확인되었다.
한편, 비교예 1 내지 6에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어는 도체 단면적에 대한 땜납 도금층의 단면적 비율이 0.04 미만으로 상기 환형 와이어와 태양전지 셀 기판의 부착면이 과도하게 협소하여 태양전지 모듈에 대한 온도 변화의 적용 횟수가 증가함에 따라 상기 환형 와이어가 상기 기판으로부터 박리됨으로써 출력 저하율이 -5%를 초과하거나 0.32 초과로 땜납 도금층이 과다하여 상기 환형 와이어를 태양전지 셀 기판에 고정할때 솔더볼이 형성되기 때문에 상기 기판에 크랙을 발생시킴으로써 태양전지 모듈에 대한 온도 변화의 적용 횟수가 증가함에 따라 태양전지 모듈의 출력 저하율이 -5%를 초과하는 것으로 확인되었다.
3. 환형 와이어의 도체 직경 최적화 실험
상기 실시예 10 및 11 그리고 비교예 7 및 8 각각에 따른 태양전지 모듈용 환형 와이어를 구비한 태양전지 모듈의 출력 및 기판 크랙 발생 여부를 평가했다. 상기 평가 결과는 아래 표 3에 나타난 바와 같다.
실시예 출력(W) 기판 크랙 발생 여부
비교예7 291 ×
실시예10 306 ×
실시예11 314 ×
비교예8 246 ○
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 10 및 11은 환형 와이어의 도체 직경이 180 내지 540 ㎛이므로 출력이 300 W 이상이고 태양전지 셀 기판에 크랙이 발생하지 않은 반면, 비교예 7은 환형 와이어의 도체 직경이 160 ㎛으로 출력이 300 W 미만이고 비교예 8은 환형 와이어의 도체 직경이 560 ㎛으로 기판에 크랙이 발생하고 이로써 출력도 300 W 미만인 것으로 확인되었다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims (13)

  1. 태양전지 모듈용 환형 와이어로서,
    환형 도체 및 상기 환형 도체의 표면에 형성된 땜납 도금층을 포함하고,
    상기 환형 와이어의 동일한 횡단면상에서 아래 수학식 1에 의해 정의되는 단면적 비율이 0.04 내지 0.32인, 태양전지 모듈용 환형 와이어.
    [수학식 1]
    단면적 비율=땜납 도금층의 단면적/환형 도체의 단면적
    상기 수학식 1에서,
    땜납 도금층의 단면적은 (환형 와이어의 단면적 - 환형 도체의 단면적)이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 환형 와이어의 동일한 횡단면상에서 상기 땜납 도금층의 최소 두께와 최대 두께의 합(Y) 중 최대값(Ymax)과 최소값(Ymin)이 각각 아래 수학식 2 및 3의 조건을 만족하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어.
    [수학식 2]
    Ymax=αX+β
    [수학식 3]
    Ymin=α'X+β'
    상기 수학식 2 및 3에서,
    α는 0.14 내지 0.15이고,
    β는 1 내지 2이고,
    α'는 0.014 내지 0.025이고,
    β'는 -1 내지 -3이고,
    X는 환형 도체의 직경(㎛)이다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 환형 도체의 직경(X)은 180 내지 540 ㎛인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어.
  4. 태양전지 모듈용 환형 와이어로서,
    환형 도체 및 상기 환형 도체의 표면에 피복된 땜납 도금층을 포함하고,
    상기 환형 와이어의 동일한 횡단면상 최소 두께(a)와 최대 두께(b)의 합(a+b)이 8 내지 53 ㎛인, 태양전지 모듈용 환형 와이어.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환형 와이어를 태양전지 셀 기판에 남땜시 상기 환형 와이어와 상기 기판의 부착폭이 184 내지 1627 ㎛인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 환형 와이어를 태양전지 셀 기판에 남땜시 상기 환형 와이어와 상기 기판의 부착폭이 368 내지 1084 ㎛인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 땜납 도금층은 주석(Sn) 59 내지 65 중량%, 납(Pb) 33 내지 39 중량%, 및 은(Ag) 1.5 내지 2.5 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 57 내지 63 중량% 및 납(Pb) 37 내지 43 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 93.5 내지 99.5 중량%, 구리(Cu) 0.3 내지 0.7 중량% 및 은(Ag) 2.5 내지 3.5 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환형 도체는 터프피치동(Tough Pitch Copper; TPC), 무산소동(Oxygen-Free Copper; OFC) 또는 인탈산동(Phosphrous Deoxidized Copper)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    저항이 648 mΩ/m 이하이고, 항복강도가 120 MPa 이하이고, 인장강도가 180 내지 260 MPa이고, 연신율이 15 내지 45 %인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 환형 와이어.
  10. 복수의 태양전지 셀 기판 및 상기 복수의 기판을 직렬로 연결하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 태양전지 모듈용 환형 와이어를 포함하는, 태양전지 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 태양전지 셀 기판 위에는 상기 환형 와이어가 납땜되는 부분에 은(Ag) 페이스트층이 형성되고, 상기 은(Ag) 페이스트층에는 상기 환형 와이어와 상기 기판의 부착력을 향상시키기 위해 상기 은(Ag) 페이스트층의 폭 보다 큰 폭을 갖는 복수의 은(Ag) 패드가 추가로 구비되는, 태양전지 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 태양전지 셀 기판의 크기는 4 내지 8 인치이고, 상기 환형 와이어의 개수는 8 내지 30개이며, 상기 은(Ag) 페이스트층의 폭은 30 내지 70 ㎛이고, 인접한 은(Ag) 페이스트층간 간격은 1.4 내지 2.2 mm이며, 상기 은(Ag) 패드 면적은 500 내지 900 ㎛2이고, 상기 은(Ag) 패드의 개수는 300 내지 700개인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    -45 내지 90℃의 온도 변화를 200회 적용한 후 상기 온도 변화 적용 전의 초기값 대비 출력 저하율이 -5% 미만인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈.
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