KR102787968B1 - Wire for solar cell module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 태양전지 모듈용 와이어에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 부착시 슬립(slip) 현상, 즉 초기 배열된 라인을 벗어나 부착되는 현상을 억제함으로써 태양전지 모듈의 출력을 극대화할 수 있는 동시에 태양전지 셀 기판의 크랙을 억제할 수 있어 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있는 태양전지 모듈용 와이어에 관한 것이다.The present invention relates to a wire for a solar cell module. Specifically, the present invention relates to a wire for a solar cell module which can maximize the output of a solar cell module by suppressing a slip phenomenon, i.e., a phenomenon of attachment outside of an initially arranged line, when attached to a solar cell substrate by soldering, and at the same time can suppress cracks in the solar cell substrate, thereby extending the life of the solar cell.
Description
본 발명은 태양전지 모듈용 와이어에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 부착시 슬립(slip) 현상, 즉 초기 배열된 라인을 벗어나 부착되는 현상을 억제함으로써 태양전지 모듈의 출력을 극대화할 수 있는 동시에 태양전지 셀 기판의 크랙을 억제할 수 있어 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있는 태양전지 모듈용 와이어에 관한 것이다.The present invention relates to a wire for a solar cell module. Specifically, the present invention relates to a wire for a solar cell module which can maximize the output of a solar cell module by suppressing a slip phenomenon, i.e., a phenomenon of attachment outside of an initially arranged line, when attached to a solar cell substrate by soldering, and at the same time can suppress cracks in the solar cell substrate, thereby extending the life of the solar cell.
태양전지는 p형 반도체와 n형 반도체를 이용해 빛 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 장치로서, 빛을 비출때 내부에 발생하는 전자와 정공이 각각 p극과 n극으로 이동함으로써 p극과 n극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하여 전류가 흐르는 광전효과를 원리로 하는 장치이다.A solar cell is a device that converts light energy into electrical energy using p-type semiconductors and n-type semiconductors. It is a device that operates on the principle of the photoelectric effect, in which electrons and holes generated inside when light is shone move to the p pole and n pole respectively, generating a potential difference (photovoltaic power) between the p pole and n pole, causing current to flow.
도 1은 종래 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically illustrates a conventional solar cell module.
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 와이어(10)를 포함한다.As illustrated in Fig. 1, a conventional solar cell module includes a plurality of solar cells (1), which are the minimum units for generating electricity, arranged within a panel, and a wire (10) that connects the solar cells (1) in series to obtain a desired electromotive force.
상기 와이어(10)는 도체와 그 표면에 태양전지 셀(1)과의 접속을 위해 형성된 땜납 도금층을 포함하고, 상기 와이어(10)가 상기 태양전지 셀(1)의 기판 위에 배치된 상태로 상기 땜납 도금층이 용융된 후 냉각함으로써 상기 와이어(10)와 상기 태양전지 셀(1)이 접속하게 된다.The above wire (10) includes a conductor and a solder plating layer formed on its surface for connection with a solar cell (1), and when the wire (10) is placed on the substrate of the solar cell (1), the solder plating layer is melted and then cooled, thereby connecting the wire (10) and the solar cell (1).
그러나, 종래 태양전지 모듈의 경우 상기 와이어(10)를 상기 태양전지 셀(1)에 부착하기 위해 상기 태양전시 셀(1) 위에 배열하고 상기 와이어(10)의 땜납 도금층을 용융시 상기 와이어(10)가 초기 배열된 라인을 벗어나 부착되는 슬립 현상이 발생하여 태양전지 모듈의 출력이 저하되는 문제가 있었다.However, in the case of a conventional solar cell module, there was a problem in that when the wire (10) was arranged on the solar cell (1) to attach it to the solar cell (1) and the solder plating layer of the wire (10) was melted, a slip phenomenon occurred in which the wire (10) was attached beyond the initially arranged line, thereby reducing the output of the solar cell module.
또한, 종래 태양전지 모듈의 경우 상기 와이어(10)를 상기 태양전지 셀(1)에 부착한 후 태양전지 셀(1)의 차수, 보호 등을 위한 라미네이트층을 몰딩하는 공정에서 상기 태양전지 셀(1)의 기판에 크랙이 발생하는 문제가 있었다.In addition, in the case of conventional solar cell modules, there was a problem of cracks occurring in the substrate of the solar cell (1) during the process of molding a laminate layer for ordering and protecting the solar cell (1) after attaching the wire (10) to the solar cell (1).
이러한, 와이어(10)의 슬립 현상이나 태양전지 셀 기판의 크랙 발생 문제는 아직 그 원인이 정확히 규명되지 않아 이를 해결하기 위한 기술개발에 한계가 있는 상황이다.The cause of the problem of slipping of wire (10) or cracking of solar cell substrate has not yet been precisely identified, so there is a limit to the development of technology to solve the problem.
따라서, 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 부착시 슬립(slip) 현상, 즉 초기 배열된 라인을 벗어나 부착되는 현상을 억제함으로써 태양전지 모듈의 출력을 극대화할 수 있는 동시에 태양전지 셀 기판의 크랙을 억제할 수 있어 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있는 태양전지 모듈용 와이어가 절실히 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is an urgent need for a solar cell module wire that can maximize the output of a solar cell module by suppressing the slip phenomenon, i.e., the phenomenon of attachment outside the initially arranged line, when attached to a solar cell substrate by soldering, and at the same time suppress cracks in the solar cell substrate, thereby extending the life of the solar cell.
본 발명은 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 부착시 슬립(slip) 현상, 즉 초기 배열된 라인을 벗어나 부착되는 현상을 억제함으로써 태양전지 모듈의 출력을 극대화할 수 있는 태양전지 모듈용 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a wire for a solar cell module capable of maximizing the output of the solar cell module by suppressing the slip phenomenon, i.e., the phenomenon of attachment outside the initially arranged line, when attached to a solar cell substrate by soldering.
또한, 본 발명은 태양전지 셀 기판의 크랙을 억제할 수 있어 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있는 태양전지 모듈용 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention aims to provide a wire for a solar cell module that can suppress cracks in a solar cell substrate and thereby extend the life of the solar cell.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,To solve the above problem, the present invention,
태양전지 모듈용 와이어로서, 도체; 및 상기 도체의 표면에 형성되는 땜납 도금층을 포함하고, 상기 땜납 도금층의 표면조도(Ra)는 6 내지 73 nm인, 태양전지 모듈용 와이어를 제공한다.A wire for a solar cell module is provided, comprising: a conductor; and a solder plating layer formed on a surface of the conductor, wherein the solder plating layer has a surface roughness (Ra) of 6 to 73 nm.
여기서, 상기 도체는 단면이 원형인 원형 도체 또는 단면이 사각형에 가까운 평각 도체인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어를 제공한다.Here, a wire for a solar cell module is provided, characterized in that the conductor is a circular conductor having a circular cross-section or a flat conductor having a cross-section close to a square.
또한, 상기 도체는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어를 제공한다.In addition, the present invention provides a wire for a solar cell module, characterized in that the conductor includes at least one metal selected from the group consisting of copper (Cu), aluminum (Al), silver (Ag), and gold (Au).
그리고, 상기 땜납 도금층은 주석(Sn)을 포함하고, 납(Pb), 구리(Cu), 은(Ag), 비스무트(Bi), 인듐(In), 안티몬(Sb), 아연(Zn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어를 제공한다.And, the solder plating layer includes tin (Sn) and additionally includes at least one selected from the group consisting of lead (Pb), copper (Cu), silver (Ag), bismuth (Bi), indium (In), antimony (Sb), zinc (Zn), and nickel (Ni), thereby providing a wire for a solar cell module.
여기서, 상기 땜납 도금층은 융점이 110 내지 230℃이고, 상기 와이어의 동일한 횡단면상 최소 두께 및 최대 두께의 합이 6 내지 50 ㎛이며, 상기 도체의 단면적 대비 상기 땜납 도금층의 단면적 비율은 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어를 제공한다.Here, a wire for a solar cell module is provided, characterized in that the solder plating layer has a melting point of 110 to 230°C, the sum of the minimum thickness and the maximum thickness on the same cross-section of the wire is 6 to 50 ㎛, and the ratio of the cross-sectional area of the solder plating layer to the cross-sectional area of the conductor is 5 to 50%.
또한, 상기 땜납 도금층은, 이의 총 중량을 기준으로, 주석(Sn) 57 내지 66 중량% 및 납(Pb) 33 내지 43 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 59 내지 65 중량%, 납(Pb) 33 내지 36 중량% 및 은(Ag) 1.5 내지 2.5 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 93.5 내지 99.5 중량%, 구리(Cu) 0.1 내지 1.0 중량% 및 은(Ag) 0.4 내지 3.5 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 37.5 내지 65 중량%, 비스무트(Bi) 34 내지 61 중량% 및 은(Ag) 1.0 내지 2.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어를 제공한다.In addition, the solder plating layer comprises, based on the total weight thereof, 57 to 66 wt% of tin (Sn) and 33 to 43 wt% of lead (Pb), or 59 to 65 wt% of tin (Sn), 33 to 36 wt% of lead (Pb), and 1.5 to 2.5 wt% of silver (Ag), or 93.5 to 99.5 wt% of tin (Sn), 0.1 to 1.0 wt% of copper (Cu), and 0.4 to 3.5 wt% of silver (Ag), or 37.5 to 65 wt% of tin (Sn), 34 to 61 wt% of bismuth (Bi), and 1.0 to 2.0 wt% of silver (Ag), wherein the wire for a solar cell module is characterized in that the solder plating layer comprises, based on the total weight thereof, 57 to 66 wt% of tin (Sn) and 33 to 43 wt% of lead (Pb), or 59 to 65 wt% of tin (Sn), 33 to 36 wt% of lead (Pb), and 1.5 to 2.5 wt% of silver (Ag), or 93.5 to 99.5 wt% of tin (Sn), 0.1 to 1.0 wt% of copper (Cu), and 0.4 to 3.5 wt% of silver (Ag).
나아가, 저항이 648 mΩ/m 이하이고, 항복강도가 120 MPa 이하이며, 인장강도가 180 내지 260 MPa이고, 연신율이 10 내지 50 %인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어를 제공한다.Furthermore, a wire for a solar cell module is provided, characterized in that the wire has a resistance of 648 mΩ/m or less, a yield strength of 120 MPa or less, a tensile strength of 180 to 260 MPa, and an elongation of 10 to 50%.
한편, 복수의 태양전지 셀 기판 및 상기 복수의 기판을 직렬로 연결하는 상기 태양전지 모듈용 와이어를 포함하는, 태양전지 모듈을 제공한다.Meanwhile, a solar cell module is provided, including a plurality of solar cell substrates and a wire for the solar cell module that connects the plurality of substrates in series.
여기서, 상기 태양전지 셀 기판 위에는 상기 와이어가 납땜되는 부분에 은(Ag) 페이스트층이 형성되고, 상기 은(Ag) 페이스트층에는 상기 와이어와 상기 기판의 부착력을 향상시키기 위해 상기 은(Ag) 페이스트층의 폭 보다 큰 폭을 갖는 복수의 은(Ag) 패드가 추가로 구비되는, 태양전지 모듈을 제공한다.Here, a solar cell module is provided, in which a silver (Ag) paste layer is formed on the solar cell substrate at a portion where the wire is soldered, and a plurality of silver (Ag) pads having a width larger than the width of the silver (Ag) paste layer are additionally provided on the silver (Ag) paste layer to improve adhesion between the wire and the substrate.
또한, 상기 태양전지 셀 기판의 크기는 4 내지 8 인치이고, 상기 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.In addition, a solar cell module is provided, characterized in that the size of the solar cell substrate is 4 to 8 inches, the number of the wires is 8 to 30, the width of the silver (Ag) paste layer is 30 to 70 ㎛, the spacing between adjacent silver (Ag) paste layers is 1.4 to 2.2 mm, the silver (Ag) pad area is 500 to 900 ㎛ 2 , and the number of silver (Ag) pads is 300 to 700.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 와이어는 땜납 도금층의 표면조도를 정밀하게 조절함으로써 납땜에 의해 태양전지 셀 기판에 부착시 슬립(slip) 현상, 즉 초기 배열된 라인을 벗어나 부착되는 현상을 억제함으로써 태양전지 모듈의 출력을 극대화하는 동시에 태양전지 셀 기판의 크랙을 억제할 수 있어 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.The wire for a solar cell module according to the present invention exhibits an excellent effect of maximizing the output of a solar cell module by precisely controlling the surface roughness of a solder plating layer, thereby suppressing a slip phenomenon, i.e., a phenomenon of attachment beyond an initially arranged line, when attached to a solar cell substrate by soldering, thereby suppressing cracks in the solar cell substrate and thereby extending the lifespan of the solar cell.
도 1은 종래 태양전지 모듈을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 비교예 1에 따른 태양전지 셀 기판에서 와이어의 슬립 현상이 발생한 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 와이어가 태양전지 셀 기판에 부착된 모습을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 땜납 도금층의 표면이 곡면인 경우의 스캔 이미지 및 이를 평면으로 환산한 스캔 이미지이다.
도 5는 실시예 20 및 비교예 2 각각의 태양전지 셀 기판에서 마이크로 셀 크랙의 발생 정도를 비교한 사진이다.Figure 1 schematically illustrates a conventional solar cell module.
Figure 2 is a photograph showing a wire slip phenomenon occurring in a solar cell substrate according to Comparative Example 1.
Figure 3 schematically illustrates a state in which a wire for a solar cell module according to the present invention is attached to a solar cell substrate.
Figure 4 is a scan image of a case where the surface of the solder plating layer is curved and a scan image converted to a plane.
Figure 5 is a photograph comparing the degree of occurrence of micro cell cracks in the solar cell substrates of Example 20 and Comparative Example 2, respectively.
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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content can be thorough and complete, and so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Like reference numerals represent like elements throughout the specification.
본 발명에 따른 태양전지 모듈용 와이어(100,100')는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 태양전지 셀을 직렬로 연결하기 위한 도체(110,110') 및 상기 도체(110,110')의 표면에 형성되어 상기 도체(110,110')를 태양전지 셀에 고정시키기 위한 땜납 도금층(120,120')을 포함할 수 있다.The wire (100, 100') for a solar cell module according to the present invention may include a conductor (110, 110') for connecting a plurality of solar cell cells in series as shown in FIG. 3, and a solder plating layer (120, 120') formed on the surface of the conductor (110, 110') for fixing the conductor (110, 110') to the solar cell.
여기서, 상기 도체(110,110')는 단면이 원형인 원형 도체(110)이거나, 단면이 사각형에 가까운 평각 도체(110')일 수 있고, 상기 도체가 원형 도체(110)인 경우 상기 와이어(100)는 임의의 횡단면에서 최대 외경(Dmax)과 최소 외경(Dmin)의 차가 11 ㎛ 이하인 진원도를 보유할 수 있으며, 상기 도체가 평각 도체(110')인 경우 상기 도체(110')의 모든 모서리는 라운드(round) 형상으로 모따기 처리될 수 있다.Here, the conductor (110, 110') may be a circular conductor (110) having a circular cross-section, or a flat conductor (110') having a cross-section close to a square, and when the conductor is a circular conductor (110), the wire (100) may have a circularity in which the difference between the maximum outer diameter (D max ) and the minimum outer diameter (D min ) in any cross-section is 11 ㎛ or less, and when the conductor is a flat conductor (110'), all corners of the conductor (110') may be chamfered into a round shape.
상기 도체가 원형 도체(110)인 경우 태양전지 셀 기판의 흡광면을 극대화하고 빛이 상기 와이어(100)의 표면에 조사되는 경우 난반사를 유발하여 태양전지 모듈의 출력을 극대화할 수 있고, 와이어(100)와 태양전지 셀 기판과의 국소적인 접촉면적이 상대적으로 작기 때문에 원형 도체(110)의 열팽창계수와 상기 기판의 열팽창계수의 차이에 따른 기판의 크랙 발생이 상대적으로 적게 나타나는 효과가 있다.When the conductor is a circular conductor (110), the light absorption surface of the solar cell substrate is maximized, and when light is irradiated onto the surface of the wire (100), diffuse reflection is induced, thereby maximizing the output of the solar cell module. In addition, since the local contact area between the wire (100) and the solar cell substrate is relatively small, there is an effect in which cracks in the substrate due to the difference in the thermal expansion coefficient of the circular conductor (110) and the thermal expansion coefficient of the substrate are relatively less likely to occur.
반면, 상기 도체가 평각 도체(110)인 경우 상기 와이어(100)가 태양전지 셀 기판의 초기 배열 위치에서 벗어나 부착되는 슬립 현상을 억제하여 태양전지 모듈의 출력을 극대화하는 측면에서 유리하다.On the other hand, if the conductor is a flat conductor (110), it is advantageous in terms of maximizing the output of the solar cell module by suppressing the slip phenomenon in which the wire (100) is attached away from the initial arrangement position of the solar cell substrate.
상기 도체(110,110')는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag) 및 금(Au) 등으로 이루어질 수 있으며, 구리(Cu)를 주성분으로 하는 경우, 예를 들어, 터프피치동(Tough Pitch Copper; TPC), 무산소동(Oxygen-Free Copper; OFC), 인탈산동(Phosphrous Deoxidized Copper), 저산소동, 순도 99.9999% 이상의 고순도 동 등으로 이루어질 수 있다.The conductor (110, 110') above may be made of copper (Cu), aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), etc., and when copper (Cu) is the main component, it may be made of, for example, Tough Pitch Copper (TPC), Oxygen-Free Copper (OFC), Phosphrous Deoxidized Copper, low-oxygen copper, high-purity copper with a purity of 99.9999% or higher, etc.
상기 도체가 원형 도체(110)인 경우 직경은 180 내지 540 ㎛일 수 있고, 평각 도체(110')인 경우 상기 평각 도체(110')와 동일한 단면적을 갖는 것으로 환산된 원의 직경은 180 내지 540 ㎛일 수 있다.If the conductor is a circular conductor (110), the diameter may be 180 to 540 ㎛, and if it is a flat conductor (110'), the diameter of a circle converted to have the same cross-sectional area as the flat conductor (110') may be 180 to 540 ㎛.
상기 땜납 도금층(120,120')은 주석(Sn)을 주성분으로 하고, 납(Pb), 구리(Cu), 은(Ag), 비스무트(Bi), 인듐(In), 안티몬(Sb), 아연(Zn), 니켈(Ni) 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 0.1 중량% 이상 추가로 포함할 수 있다.The above solder plating layer (120, 120') contains tin (Sn) as a main component and may additionally contain at least 0.1 wt% of at least one element selected from the group consisting of lead (Pb), copper (Cu), silver (Ag), bismuth (Bi), indium (In), antimony (Sb), zinc (Zn), nickel (Ni), etc.
예를 들어, 상기 땜납 도금층(120,120')은 주석(Sn) 57 내지 66 중량% 및 납(Pb) 33 내지 43 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 59 내지 65 중량%, 납(Pb) 33 내지 36 중량% 및 은(Ag) 1.5 내지 2.5 중량%를 포함할 수 있다. 또한, 주석(Sn) 93.5 내지 99.5 중량%, 구리(Cu) 0.1 내지 1.0 중량% 및 은(Ag) 0.4 내지 3.5 중량%를 포함하거나, 주석(Sn) 37.5 내지 65 중량%, 비스무트(Bi) 34 내지 61 중량% 및 은(Ag) 1.0 내지 2.0 중량%를 포함할 수 있다.For example, the solder plating layer (120, 120') may include 57 to 66 wt% of tin (Sn) and 33 to 43 wt% of lead (Pb), or may include 59 to 65 wt% of tin (Sn), 33 to 36 wt% of lead (Pb), and 1.5 to 2.5 wt% of silver (Ag). In addition, it may include 93.5 to 99.5 wt% of tin (Sn), 0.1 to 1.0 wt% of copper (Cu), and 0.4 to 3.5 wt% of silver (Ag), or may include 37.5 to 65 wt% of tin (Sn), 34 to 61 wt% of bismuth (Bi), and 1.0 to 2.0 wt% of silver (Ag).
여기서, 상기 비스무트(Bi)는 상기 땜납 조성물의 전체적인 융점을 낮추고 다른 성분들과의 상호작용을 통해 상기 땜납 조성물로부터 형성된 땜납 도금층(120,120')의 용융 및 냉각에 의해 상기 와이어(100,100')를 태양전지 셀 기판에 부착시킬 때 충분한 부착폭이 형성되도록 하는 기능을 수행한다.Here, the bismuth (Bi) lowers the overall melting point of the solder composition and, through interaction with other components, performs the function of forming a sufficient attachment width when attaching the wire (100, 100') to the solar cell substrate by melting and cooling the solder plating layer (120, 120') formed from the solder composition.
상기 땜납 조성물이 상기 비스무트(Bi)를 포함하는 경우, 주석(Sn), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 함량이 앞서 기술한 바와 같음을 전제로, 상기 땜납 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 비스무트(Bi)의 함량이 34 중량% 미만인 경우 상기 땜납 조성물로부터 형성된 땜납 도금층(120,120')의 용융에 의한 태양전지 셀 기판과 와이어(100,100') 사이의 부착폭이 과도하게 좁게 형성되어 태양전지 셀 기판과 와이어(100,100')가 국소적으로 분리되어 태양전지 모듈의 출력이 급격히 저하될 수 있다.When the solder composition contains the bismuth (Bi), assuming that the contents of tin (Sn), copper (Cu), silver (Ag), etc. are as described above, when the content of the bismuth (Bi) is less than 34 wt% based on the total weight of the solder composition, the bonding width between the solar cell substrate and the wire (100, 100') due to melting of the solder plating layer (120, 120') formed from the solder composition may be formed excessively narrow, so that the solar cell substrate and the wire (100, 100') may be locally separated, resulting in a rapid decrease in the output of the solar cell module.
반면, 상기 비스무트(Bi)의 함량이 61 중량% 초과인 경우 부착폭 증가로 와이어(100,100')와 태양전지 셀 기판 위의 은(Ag) 페이스트 간의 접합력이 태양전지 셀 기판과 은(Ag) 페이스트간의 접합력보다 더 강해져서, 와이어(100,100')가 태양전지 셀 기판에 땜납 접속 후 열팽창계수 차이로 인해 냉각 수축되는 과정에서 은(Ag) 페이스트가 태양전지 셀에서 분리될 수 있으며, 이로 인한 저항 증가로 태양전지 모듈의 출력이 급격히 저하될 수 있다.On the other hand, when the content of the bismuth (Bi) exceeds 61 wt%, the bonding force between the wire (100, 100') and the silver (Ag) paste on the solar cell substrate increases due to the increase in the bonding width, and thus, the silver (Ag) paste may be separated from the solar cell during the cooling and shrinking process due to the difference in thermal expansion coefficient after the wire (100, 100') is soldered to the solar cell substrate, and the resulting increase in resistance may rapidly decrease the output of the solar cell module.
또한, 은(Ag) 페이스트가 실제 분리되지 않았더라도 분리되기 직전의 상태라면 Thermal Cycle Test 또는 Mechanic Load Test 등의 신뢰성 Test 진행시 불안정한 접합부의 저항이 증가되어 태양전지 모듈의 출력률이 저하될 수 있다.In addition, even if the silver (Ag) paste is not actually separated, if it is in a state just before separation, the resistance of the unstable joint may increase during reliability tests such as the Thermal Cycle Test or Mechanical Load Test, which may reduce the output rate of the solar cell module.
한편, 상기 구리(Cu)는 와이어(100,100')의 도체에 대한 땜납 조성물의 접착력을 향상시켜 상기 땜납 조성물의 코팅 특성을 향상시킴으로써 상기 땜납 조성물로부터 형성되는 땜납 도금층(120,120')의 두께를 균일하게 형성할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.Meanwhile, the copper (Cu) improves the adhesion of the solder composition to the conductor of the wire (100, 100') and thereby improves the coating properties of the solder composition, thereby enabling the thickness of the solder plating layer (120, 120') formed from the solder composition to be formed uniformly.
상기 땜납 조성물이 상기 구리(Cu)를 포함하는 경우, 주석(Sn), 은(Ag), 비스무트(Bi) 등의 함량이 앞서 기술한 바와 같음을 전제로, 상기 땜납 조성물의 총 중량을 기준으로, 상기 구리(Cu)의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 와이어(100,100')를 구성하는 도체에 대한 상기 땜납 조성물의 접착력이 급격히 저하되어 균일한 두께의 땜납 도금층(120,120')이 형성될 수 없는 반면, 1.0 중량% 초과인 경우 도금조내의 금속간 화합물이 과량으로 생성되어 와이어(100,100') 표면에 소위 도금혹이라고 하는 국소적으로 돌출된 도금층이 형성되거나 다이스 홀 내부에 금속간 화합물이 점착되어 제조되는 와이어(100,100')의 도금층(120,120') 두께에 편차가 발생할 수 있다.When the solder composition includes the copper (Cu), assuming that the contents of tin (Sn), silver (Ag), bismuth (Bi), etc. are as described above, when the content of the copper (Cu) is less than 0.1 wt% based on the total weight of the solder composition, the adhesive strength of the solder composition to the conductor constituting the wire (100, 100') is rapidly reduced, so that a solder plating layer (120, 120') of uniform thickness cannot be formed, whereas when it exceeds 1.0 wt%, an intermetallic compound in the plating bath is excessively generated, so that a locally protruding plating layer, so-called plating pores, is formed on the surface of the wire (100, 100'), or the intermetallic compound adheres inside a die hole, so that a deviation in the thickness of the plating layer (120, 120') of the wire (100, 100') manufactured may occur.
상기 땜납 도금층(120,120')은 상기 구성성분 및 배합비에 의해 융점이 110 내지 230℃일 수 있고, 와이어의 동일한 횡단면상 최소 두께 및 최대 두께의 합이 6 내지 50 ㎛일 수 있으며, 도체(110,110')의 단면적 대비 땜납 도금층(120,120')의 단면적 비율은 5 내지 50%일 수 있다.The above solder plating layer (120, 120') may have a melting point of 110 to 230°C depending on the composition and mixing ratio, the sum of the minimum thickness and the maximum thickness on the same cross-section of the wire may be 6 to 50 ㎛, and the cross-sectional area ratio of the solder plating layer (120, 120') to the cross-sectional area of the conductor (110, 110') may be 5 to 50%.
한편, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 와이어(100,100')는 저항이 648 mΩ/m 이하이고, 항복강도가 120 MPa 이하이며, 인장강도가 180 내지 260 MPa이고, 연신율이 10 내지 50 %로 조절됨으로써 태양전지 셀 기판에 부착시 상기 기판에 안정적으로 고정될 수 있고 태양전지 셀 기판의 크랙을 억제할 수 있어 태양전지의 수명을 연장시킬 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.Meanwhile, the wire (100, 100') for a solar cell module according to the present invention has a resistance of 648 mΩ/m or less, a yield strength of 120 MPa or less, a tensile strength of 180 to 260 MPa, and an elongation of 10 to 50%, so that when attached to a solar cell substrate, it can be stably fixed to the substrate and can suppress cracks in the solar cell substrate, thereby exhibiting an excellent effect of extending the life of the solar cell.
본 발명자들은 상기 땜납 도금층(120,120')의 표면조도(Ra)를 정밀하게 조절함으로써, 상기 와이어(100,100')의 슬립(slip) 현상, 즉 상기 와이어(100,100')가 태양전지 셀 기판의 표면에 초기 배열된 라인을 벗어나 부착되는 현상을 억제할 수 있는 동시에, 상기 와이어(100,100')가 부착된 태양전지 셀 기판 위에 라미네이팅층을 몰딩하는 경우 상기 기판의 크랙을 억제할 수 있음을 실험적으로 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors have experimentally confirmed that by precisely controlling the surface roughness (Ra) of the solder plating layer (120, 120'), the slip phenomenon of the wire (100, 100'), i.e., the phenomenon of the wire (100, 100') being attached beyond the initially arranged line on the surface of the solar cell substrate, can be suppressed, and at the same time, cracks in the substrate can be suppressed when a laminating layer is molded on the solar cell substrate to which the wire (100, 100') is attached, thereby completing the present invention.
구체적으로, 본 발명에 따른 태양전지 모듈용 와이어(100,100')에서, 상기 땜납 도금층(120,120')의 표면조도(Ra)는 6 내지 73 nm일 수 있다. 상기 표면조도(Ra)는 상기 땜납 도금층(120,120')의 표면이 곡면인 경우 이를 평면으로 환산하여 측정된 표면조도이다. 참고로, 도 4a는 땜납 도금층의 표면이 곡면인 경우의 스캔 이미지이고, 도 4b는 땜납 도금층의 표면이 곡면인 경우 이를 평면으로 환산한 스캔 이미지이고, 도 4b의 스캔 이미지를 통해 표면조도(Ra)를 측정할 수 있다.Specifically, in the wire (100, 100') for a solar cell module according to the present invention, the surface roughness (Ra) of the solder plating layer (120, 120') may be 6 to 73 nm. The surface roughness (Ra) is the surface roughness measured by converting the surface of the solder plating layer (120, 120') into a plane when the surface is curved. For reference, FIG. 4a is a scan image when the surface of the solder plating layer is curved, and FIG. 4b is a scan image when the surface of the solder plating layer is curved and converted into a plane, and the surface roughness (Ra) can be measured through the scan image of FIG. 4b.
상기 표면조도(Ra)가 6 nm 미만인 경우 상기 땜납 도금층(120,120')과 태양전지 셀 기판 사이의 마찰력이 과도하게 낮아 상기 와이어(100,100')를 상기 기판의 표면에 부착하기 위해 배열하는 경우 상기 기판 위에서 국부적으로 미끄러져 상기 배열을 벗어난 상태로 부착되는 슬립 현상이 발생하여 태양전지 모듈의 출력이 저하되는 문제가 있다.When the surface roughness (Ra) above is less than 6 nm, the frictional force between the solder plating layer (120, 120') and the solar cell substrate is excessively low, so when the wire (100, 100') is arranged to be attached to the surface of the substrate, a slip phenomenon occurs in which the wire locally slips on the substrate and is attached out of the arrangement, which causes a problem in that the output of the solar cell module is reduced.
반면, 상기 표면조도(Ra)가 73 nm 초과인 경우 상기 와이어(100,100')가 태양전지 셀 기판 위에 배열된 상태에서 상기 땜납 도금층(120,120')을 용융시키는 경우 용융된 땜납 도금층(120,120')에 돌출되는 도금혹이 발생하기 쉽고, 이러한 도금혹이 발생한 상태에서 상기 기판 위에 라미네이팅층을 몰딩하는 경우 상기 도금혹에 응력이 집중되어 이의 영향으로 상기 기판에 크랙이 발생할 수 있다.On the other hand, when the surface roughness (Ra) exceeds 73 nm and the solder plating layer (120, 120') is melted while the wire (100, 100') is arranged on the solar cell substrate, a plating lump protruding from the molten solder plating layer (120, 120') is likely to occur, and when a laminating layer is molded on the substrate in a state where such a plating lump has occurred, stress is concentrated on the plating lump, which may cause cracks to occur in the substrate.
이러한 땜납 도금층(120,120')의 표면조도(Ra)는 땜납 도금층(120,120')을 형성하는 공정 조건에 의해 조절 가능하다. 구체적으로, 상기 땜납 도금층(120,120')은 상기 도체(110,110')를 도금액이 담긴 도금조에 통과시켜 상기 도체(110,110')의 표면에 도금층을 형성시키고 다이스(dies) 또는 에어나이프(air knife)로 형성된 도금층의 두께 및 표면을 처리한 후 건조하는 방식으로 형성될 수 있다.The surface roughness (Ra) of the solder plating layer (120, 120') can be controlled by the process conditions for forming the solder plating layer (120, 120'). Specifically, the solder plating layer (120, 120') can be formed by passing the conductor (110, 110') through a plating tank containing a plating solution to form a plating layer on the surface of the conductor (110, 110'), and then processing the thickness and surface of the formed plating layer with a die or an air knife and then drying.
또한, 상기 다이스(dies)로 도금층의 표면을 처리하는 경우 상기 다이스(dies)의 홀 내벽의 연마 정도에 따라 상기 도금층의 표면조도를 조절할 수 있고, 상기 에어나이프(air knife)로 도금층의 표면을 처리하는 경우 상기 에어나이프(air knife)로부터 분사되는 에어(air)의 유량을 조절함으로써 상기 도금층의 표면조도를 조절할 수 있다.In addition, when the surface of the plating layer is treated with the die, the surface roughness of the plating layer can be controlled according to the degree of polishing of the inner wall of the hole of the die, and when the surface of the plating layer is treated with the air knife, the surface roughness of the plating layer can be controlled by controlling the flow rate of air sprayed from the air knife.
본 발명은 PN접합을 갖는 실리콘 반도체 기판을 포함하는 복수의 태양전지 셀 및 상기 태양전지 셀들을 직렬로 연결하는 상기 태양전지 모듈용 와이어(100,100')를 포함하는 태양전지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a solar cell module comprising a plurality of solar cell cells including a silicon semiconductor substrate having a PN junction and a wire (100, 100') for the solar cell module that connects the solar cell cells in series.
여기서, 상기 태양전지 모듈용 와이어(100,100')의 개수는 상기 태양전지 모듈의 목적한 기전력에 따라 상이할 수 있고, 상기 태양전지 셀 기판 위에는 상기 와이어(100,100')가 납땜되는 부분에 은(Ag) 페이스트에 의한 층이 형성되고, 상기 은(Ag) 페이스트층에는 상기 와이어(100,100')와 상기 기판의 부착력을 향상시키기 위해 상기 은(Ag) 페이스트에 의한 층의 폭보다 큰 폭을 갖는 복수의 은(Ag) 패드가 추가로 구비될 수 있다.Here, the number of wires (100, 100') for the solar cell module may vary depending on the intended electromotive force of the solar cell module, and a layer of silver (Ag) paste is formed on the solar cell cell substrate at a portion where the wires (100, 100') are soldered, and a plurality of silver (Ag) pads having a width larger than the width of the layer of silver (Ag) paste may be additionally provided on the silver (Ag) paste layer to improve the adhesion between the wires (100, 100') and the substrate.
예를 들어, 상기 태양전지 셀 기판의 크기는 4 내지 8 인치일 수 있고, 상기 태양전지 셀 기판 하나를 기준으로, 상기 와이어(100,100')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.For example, the size of the solar cell substrate may be 4 to 8 inches, and based on one solar cell substrate, the number of the wires (100, 100') may be 8 to 30, the width of the silver (Ag) paste layer may be 30 to 70 ㎛, the spacing between adjacent silver (Ag) paste layers may be 1.4 to 2.2 mm, the silver (Ag) pad area may be 500 to 900 ㎛ 2 , and the number of silver (Ag) pads may be 300 to 700.
[실시예][Example]
원형 도체를 도금조에 통과시켜 상기 원형 도체의 표면에 도금층을 형성하고 다이스(dies)를 통과시킨 후 건조를 통해 태양전지 모듈용 와이어 시편을 제조하는데, 상기 다이스(dies)의 다이아몬드 팁(tip)의 연마 정도를 조절함으로써 상기 땜납 도금층의 표면조도(Ra)를 조절했다.A wire specimen for a solar cell module is manufactured by passing a circular conductor through a plating bath to form a plating layer on the surface of the circular conductor, passing the conductor through a die, and then drying. The surface roughness (Ra) of the solder plating layer is controlled by controlling the degree of polishing of the diamond tip of the die.
동일한 표면조도(Ra)를 갖는 와이어 20개를 100개의 태양전지 셀 기판 각각에 배치하고 땜납 도금층을 용융시켜 부착하는 경우 슬립 현상 유무를 육안으로 관찰했고, 그 위에 라미네이팅층을 몰딩하는 경우 마이크로 셀 크랙이 발생하는지 여부를 육안으로 관찰했다.When 20 wires with the same surface roughness (Ra) were placed on each of 100 solar cell substrates and attached by melting the solder plating layer, the presence or absence of slip phenomenon was visually observed, and when a laminating layer was molded over it, the occurrence or absence of micro cell cracks was visually observed.
평가 결과는 아래 표 1, 도 2 및 도 5에 나타난 바와 같다.The evaluation results are shown in Table 1, Figure 2, and Figure 5 below.
- 슬립 불량율 = 하나 이상의 슬립 현상이 발생한 기판의 갯수/총 기판 갯수*100- Slip failure rate = Number of boards with one or more slip phenomena / Total number of boards * 100
- 마이크로 크랙율 = 마이크로 크랙이 발생한 기판의 갯수/총 기판 갯수*100- Micro crack rate = number of substrates with micro cracks / total number of substrates * 100
상기 표 1, 도 2 및 도 5에 나타난 바와 같이, 땜납 도금층의 표면조도(Ra)가 6 nm 미만인 비교예 1의 경우 상기 표면조도(Ra)가 6 nm 이상인 실시예에 비해 슬립 현상의 발생율이 급격히 증가하고, 상기 표면조도(Ra)가 73 nm 초과인 비교예 2 내지 8의 경우 상기 표면조도(Ra)가 73 nm 이하인 실시예에 비해 태양전지 셀 기판의 마이크로 크랙의 발생율이 급격히 증가하는 것으로 확인되었다.As shown in the above Table 1, FIG. 2, and FIG. 5, in the case of Comparative Example 1 in which the surface roughness (Ra) of the solder plating layer is less than 6 nm, the occurrence rate of the slip phenomenon increases rapidly compared to the example in which the surface roughness (Ra) is 6 nm or more, and in the case of Comparative Examples 2 to 8 in which the surface roughness (Ra) exceeds 73 nm, the occurrence rate of micro cracks in the solar cell substrate increases rapidly compared to the example in which the surface roughness (Ra) is 73 nm or less.
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.Although this specification has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to modify and change the present invention in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. Therefore, if the modified implementation basically includes the elements of the claims of the present invention, it should be considered to be included in the technical scope of the present invention.
110 : 도체 120 : 땜납 도금층110: Conductor 120: Solder plating layer
Claims (10)
도체; 및
상기 도체의 표면에 형성되는 땜납 도금층을 포함하고,
상기 도체는 단면이 원형인 원형 도체이고,
상기 땜납 도금층의 곡면인 표면을 평면으로 환산하여 측정한 표면조도(Ra)는 6 내지 73 nm이며,
상기 땜납 도금층은 상기 와이어의 동일한 횡단면상 최소 두께 및 최대 두께의 합이 6 내지 50 ㎛이며, 상기 도체의 단면적 대비 상기 땜납 도금층의 단면적 비율은 5 내지 50%인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어.As a wire for solar cell modules,
conductor; and
Including a solder plating layer formed on the surface of the conductor,
The above conductor is a circular conductor with a circular cross-section,
The surface roughness (Ra) measured by converting the curved surface of the above solder plating layer into a flat surface is 6 to 73 nm.
A wire for a solar cell module, characterized in that the solder plating layer has a sum of a minimum thickness and a maximum thickness in the same cross-section of the wire of 6 to 50 ㎛, and a ratio of the cross-sectional area of the solder plating layer to the cross-sectional area of the conductor of 5 to 50%.
상기 도체는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어.In the first paragraph,
A wire for a solar cell module, characterized in that the conductor comprises at least one metal selected from the group consisting of copper (Cu), aluminum (Al), silver (Ag), and gold (Au).
상기 땜납 도금층은 주석(Sn)을 포함하고,
납(Pb), 구리(Cu), 은(Ag), 비스무트(Bi), 인듐(In), 안티몬(Sb), 아연(Zn) 및 니켈(Ni)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어.In the first paragraph,
The above solder plating layer contains tin (Sn),
A wire for a solar cell module, characterized in that it additionally contains at least one selected from the group consisting of lead (Pb), copper (Cu), silver (Ag), bismuth (Bi), indium (In), antimony (Sb), zinc (Zn), and nickel (Ni).
상기 땜납 도금층은 융점이 110 내지 230℃인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어.In paragraph 4,
A wire for a solar cell module, characterized in that the solder plating layer has a melting point of 110 to 230°C.
상기 땜납 도금층은, 이의 총 중량을 기준으로, 주석(Sn) 57 내지 66 중량% 및 납(Pb) 33 내지 43 중량%를 포함하거나,
주석(Sn) 59 내지 65 중량%, 납(Pb) 33 내지 36 중량% 및 은(Ag) 1.5 내지 2.5 중량%를 포함하거나,
주석(Sn) 93.5 내지 99.5 중량%, 구리(Cu) 0.1 내지 1.0 중량% 및 은(Ag) 0.4 내지 3.5 중량%를 포함하거나,
주석(Sn) 37.5 내지 65 중량%, 비스무트(Bi) 34 내지 61 중량% 및 은(Ag) 1.0 내지 2.0 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어.In paragraph 5,
The above solder plating layer contains, based on the total weight thereof, 57 to 66 wt% of tin (Sn) and 33 to 43 wt% of lead (Pb), or
Containing 59 to 65 wt% of tin (Sn), 33 to 36 wt% of lead (Pb), and 1.5 to 2.5 wt% of silver (Ag), or
Containing 93.5 to 99.5 wt% of tin (Sn), 0.1 to 1.0 wt% of copper (Cu), and 0.4 to 3.5 wt% of silver (Ag), or
A wire for a solar cell module, characterized in that it contains 37.5 to 65 wt% of tin (Sn), 34 to 61 wt% of bismuth (Bi), and 1.0 to 2.0 wt% of silver (Ag).
저항이 648 mΩ/m 이하이고, 항복강도가 120 MPa 이하이며, 인장강도가 180 내지 260 MPa이고, 연신율이 10 내지 50 %인 것을 특징으로 하는, 태양전지 모듈용 와이어.In the first paragraph,
A wire for a solar cell module, characterized in that the resistance is 648 mΩ/m or less, the yield strength is 120 MPa or less, the tensile strength is 180 to 260 MPa, and the elongation is 10 to 50%.
상기 태양전지 셀 기판 위에는 상기 와이어가 납땜되는 부분에 은(Ag) 페이스트층이 형성되고, 상기 은(Ag) 페이스트층에는 상기 와이어와 상기 기판의 부착력을 향상시키기 위해 상기 은(Ag) 페이스트층의 폭 보다 큰 폭을 갖는 복수의 은(Ag) 패드가 추가로 구비되는, 태양전지 모듈.In Article 8,
A solar cell module, wherein a silver (Ag) paste layer is formed on the solar cell substrate at a portion where the wire is soldered, and a plurality of silver (Ag) pads having a width larger than the width of the silver (Ag) paste layer are additionally provided on the silver (Ag) paste layer to improve adhesion between the wire and the substrate.
상기 태양전지 셀 기판의 크기는 4 내지 8 인치이고,
상기 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.In Article 9,
The size of the above solar cell substrate is 4 to 8 inches,
The number of the above wires is 8 to 30,
The width of the above silver (Ag) paste layer is 30 to 70 ㎛,
The spacing between adjacent silver (Ag) paste layers is 1.4 to 2.2 mm,
The above silver (Ag) pad area is 500 to 900 ㎛ 2 ,
A solar cell module, characterized in that the number of silver (Ag) pads is 300 to 700.
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