본 연구에서는 PV 모듈의 장기 신뢰성을 확보하기 위해 경년시 나타나는 효율 저하 특성에 대하여 검토하였다. 효율 저하의 원인을 규명하고, 분석하기 위해 열충격(-40℃~120℃) 및 고온고습(85℃/85%RH) 시험을 수행하였다. 실험 결과, 온도 및 습도 변화에 따른 효율 저하 특성을 학인 하였다. 즉, 반복적인 열응력에 의해 리본 접합부에서 리본의 박리, 리본 ...
본 연구에서는 PV 모듈의 장기 신뢰성을 확보하기 위해 경년시 나타나는 효율 저하 특성에 대하여 검토하였다. 효율 저하의 원인을 규명하고, 분석하기 위해 열충격(-40℃~120℃) 및 고온고습(85℃/85%RH) 시험을 수행하였다. 실험 결과, 온도 및 습도 변화에 따른 효율 저하 특성을 학인 하였다. 즉, 반복적인 열응력에 의해 리본 접합부에서 리본의 박리, 리본 솔더의 산화, 접합부의 미세균열이 효율 저하의 원인으로 분석하였으며, 리본 접합부가 온도와 습도에 가장 취약한 것으로 확인하였다. 이러한 리본 접합부가 받는 열적 요인을 분석하기 위해 기존의 wt% 60Sn40Pb(SnPb) 솔더 태양광 리본과 2%의 Ag가 첨가된 wt% 62Sn2Ag36Sn(SAP) 솔더 태양광 리본을 사용하여 고온 시효 시험을 수행하였다. 고온 시효 시험은 시험규격을 인용하여 150℃에서는 900시간, 120℃와 90℃에서는 1000시간을 수행하였다. 고온 시효 시험이 진행될수록 솔더내 주석(Sn)이 소결된 Ag로 확산되어 IMC(Ag3Sn)가 형성되었으며, IMC 성장을 통한 활성화 에너지는 SnPb 솔더 리본 접합부에서 85.85kJ/mol, SAP 솔더 리본 접합부는 81.24kJ/mol로 산출되었다. 결국, 솔더에 첨가된 wt 2%의 Ag는 초기 접합강도를 향상 시켰지만, Ag3Sn 성장에서 Sn의 확산을 억제시키지 못하는 것으로 확인 되었다. 또한, 고온 시효에 따른 접합성능을 비교, 분석 하기위해 전단시험을 수행하였다. 전단시험 후 나타난 파면을 분석한 결과, SnPb솔더 리본 접합부는 시간이 경과함에 따라 Solder(SnPb)/소결된 Ag → Ag3Sn(IMC) → Ag3Sn(IMC)/Si(Cell)계면으로 진행되었고, SAP 솔더 리본 접합부는 Solder(SAP) → Ag3Sn(IMC) → Ag3Sn(IMC)/Si(Cell)계면으로 진행되었다. 즉, 고온 시효 시험에 따라 도출된 태양광 리본 접합부의 특성저하 요소는 크게 두 가지 형태로 나타났으며, 두 가지 형태의 특성저하 요소가 교차되는 지점을 Critical Point(CP)로 규정하였다. 이때의 SnPb 솔더 및 SAP 솔더의 Ag3Sn의 두께는 소결된 Ag 평균 두께의 약1/3 지점으로 확인 되었다. 시험이 진행될수록 소결된 Ag의 조직 변화 및 특성변화로 접합성능이 저하되었으며, 이 지점을 Maximum Defect Point(MDP)로 규정하였다. MDP 이후 리본 접합부의 단면을 확인 한 결과, 소결된 Ag층과 Silicon에서의 박리가 확인되었다. 최종적으로, 실험온도에서 구한 Ag3Sn의 성장과 접합강도의 저하를 선형화하여 실험 이외의 온도(180, 135, 105, 60℃)에서의 CP와 MDP의 접합특성 저하 지점을 예측하였다. 본 실험을 통하여 PV 모듈 리본 접합부의 온도와 시간에 따라 나타나는 특성 저하를 정량적으로 예측할 수 있으며, 성능저하가 나타나는 CP와 MDP까지 도달하는 사용시간을 Data Base(DB)화 시켜 사용 환경에 따라 리본 접합부에 의한 효율저하를 예측하고, 분석하는데 기여할 수 있을 것이라 판단된다.
본 연구에서는 PV 모듈의 장기 신뢰성을 확보하기 위해 경년시 나타나는 효율 저하 특성에 대하여 검토하였다. 효율 저하의 원인을 규명하고, 분석하기 위해 열충격(-40℃~120℃) 및 고온고습(85℃/85%RH) 시험을 수행하였다. 실험 결과, 온도 및 습도 변화에 따른 효율 저하 특성을 학인 하였다. 즉, 반복적인 열응력에 의해 리본 접합부에서 리본의 박리, 리본 솔더의 산화, 접합부의 미세균열이 효율 저하의 원인으로 분석하였으며, 리본 접합부가 온도와 습도에 가장 취약한 것으로 확인하였다. 이러한 리본 접합부가 받는 열적 요인을 분석하기 위해 기존의 wt% 60Sn40Pb(SnPb) 솔더 태양광 리본과 2%의 Ag가 첨가된 wt% 62Sn2Ag36Sn(SAP) 솔더 태양광 리본을 사용하여 고온 시효 시험을 수행하였다. 고온 시효 시험은 시험규격을 인용하여 150℃에서는 900시간, 120℃와 90℃에서는 1000시간을 수행하였다. 고온 시효 시험이 진행될수록 솔더내 주석(Sn)이 소결된 Ag로 확산되어 IMC(Ag3Sn)가 형성되었으며, IMC 성장을 통한 활성화 에너지는 SnPb 솔더 리본 접합부에서 85.85kJ/mol, SAP 솔더 리본 접합부는 81.24kJ/mol로 산출되었다. 결국, 솔더에 첨가된 wt 2%의 Ag는 초기 접합강도를 향상 시켰지만, Ag3Sn 성장에서 Sn의 확산을 억제시키지 못하는 것으로 확인 되었다. 또한, 고온 시효에 따른 접합성능을 비교, 분석 하기위해 전단시험을 수행하였다. 전단시험 후 나타난 파면을 분석한 결과, SnPb솔더 리본 접합부는 시간이 경과함에 따라 Solder(SnPb)/소결된 Ag → Ag3Sn(IMC) → Ag3Sn(IMC)/Si(Cell)계면으로 진행되었고, SAP 솔더 리본 접합부는 Solder(SAP) → Ag3Sn(IMC) → Ag3Sn(IMC)/Si(Cell)계면으로 진행되었다. 즉, 고온 시효 시험에 따라 도출된 태양광 리본 접합부의 특성저하 요소는 크게 두 가지 형태로 나타났으며, 두 가지 형태의 특성저하 요소가 교차되는 지점을 Critical Point(CP)로 규정하였다. 이때의 SnPb 솔더 및 SAP 솔더의 Ag3Sn의 두께는 소결된 Ag 평균 두께의 약1/3 지점으로 확인 되었다. 시험이 진행될수록 소결된 Ag의 조직 변화 및 특성변화로 접합성능이 저하되었으며, 이 지점을 Maximum Defect Point(MDP)로 규정하였다. MDP 이후 리본 접합부의 단면을 확인 한 결과, 소결된 Ag층과 Silicon에서의 박리가 확인되었다. 최종적으로, 실험온도에서 구한 Ag3Sn의 성장과 접합강도의 저하를 선형화하여 실험 이외의 온도(180, 135, 105, 60℃)에서의 CP와 MDP의 접합특성 저하 지점을 예측하였다. 본 실험을 통하여 PV 모듈 리본 접합부의 온도와 시간에 따라 나타나는 특성 저하를 정량적으로 예측할 수 있으며, 성능저하가 나타나는 CP와 MDP까지 도달하는 사용시간을 Data Base(DB)화 시켜 사용 환경에 따라 리본 접합부에 의한 효율저하를 예측하고, 분석하는데 기여할 수 있을 것이라 판단된다.
In this study, the performance degradation characteristics depending on the time were analyzed to secure long-term reliability at Photovoltaic Modules. The tests such as Thermal shock test(-40℃~120℃) and High Temperature and Humidity test(85℃/85%RH) were performed for analysis Power degradation. Als...
In this study, the performance degradation characteristics depending on the time were analyzed to secure long-term reliability at Photovoltaic Modules. The tests such as Thermal shock test(-40℃~120℃) and High Temperature and Humidity test(85℃/85%RH) were performed for analysis Power degradation. Also, the degradation characteristics were verified by temperature and humidity. As results, the power drop causes were verified by ribbon delamination, solder oxidation and micro crack in PV ribbon solder joints. It was confirmed that the weakness point is PV ribbon solder joints in temperature and humidity. The Aging test was performed for analysis thermal factors at PV ribbon solder joints with wt% 60Sn40Pb(SnPb) and 2% Silver(Ag) added solder as wt% 62Sn2Ag36Sn(SAP). The aging test was performed three kinds of conditions following test standard 900 hours at 150℃, 1000 hours at 120℃ and 90℃. IMC(Ag3Sn) was formed by Tin(Sn) diffusion into the sintered Ag during the aging test. The activation energy about IMC growth was calculated 85.85kJ/mol at SnPb solder PV ribbon joints and 81.24kJ/mol SAP solder PV ribbon joint. As a result, Added wt 2% silver(Ag) enhance the shear strength, but it was verified that addiction cannot control diffusion at Ag3Sn thickness. Also, the shear test was performed bonding characteristics according to aging test. After the test, the shear fracture surfaces were verified Solder(SnPb)/sintered Ag → Ag3Sn(IMC)→ Ag3Sn(IMC)/Si(Cell) interface in SnPb solder ribbon joints and Solder(SAP)→ Ag3Sn(IMC)→ Ag3Sn(IMC)/Si(Cell) interface in SAP solder ribbon joints during the aging test. As results, the two types of degradation characteristics were appeared according to following the reliability test. Also, the two type factor crossing point was designated Critical Point(CP). At that CP, the Ag3Sn thickness in sintered Ag was verified 1/3 thickness at both of SnPb, SAP solder joints. During the test, the bonding characteristic degraded by sintered Ag micro structure change and characteristic degradation. That point was designated Maximum Defect Point(MDP). After the MDP, the delamination as verified between sintered Ag and silicon wafer according to cross-section image in ribbon joints. Finally, CP, MDP were predicted the other conditions(180, 135, 105, 60℃) as experimental temperature according to linearization of Ag3Sn growth and shear strength degradation.In this study, the characteristics degradation could be predicted quantitatively following the temperature and operating time at PV ribbon solder joint. The Data Base(DB) about appearing degradation arrival time until CP and MDP could contribute prediction data according to operation condition in photovoltaic industries.
In this study, the performance degradation characteristics depending on the time were analyzed to secure long-term reliability at Photovoltaic Modules. The tests such as Thermal shock test(-40℃~120℃) and High Temperature and Humidity test(85℃/85%RH) were performed for analysis Power degradation. Also, the degradation characteristics were verified by temperature and humidity. As results, the power drop causes were verified by ribbon delamination, solder oxidation and micro crack in PV ribbon solder joints. It was confirmed that the weakness point is PV ribbon solder joints in temperature and humidity. The Aging test was performed for analysis thermal factors at PV ribbon solder joints with wt% 60Sn40Pb(SnPb) and 2% Silver(Ag) added solder as wt% 62Sn2Ag36Sn(SAP). The aging test was performed three kinds of conditions following test standard 900 hours at 150℃, 1000 hours at 120℃ and 90℃. IMC(Ag3Sn) was formed by Tin(Sn) diffusion into the sintered Ag during the aging test. The activation energy about IMC growth was calculated 85.85kJ/mol at SnPb solder PV ribbon joints and 81.24kJ/mol SAP solder PV ribbon joint. As a result, Added wt 2% silver(Ag) enhance the shear strength, but it was verified that addiction cannot control diffusion at Ag3Sn thickness. Also, the shear test was performed bonding characteristics according to aging test. After the test, the shear fracture surfaces were verified Solder(SnPb)/sintered Ag → Ag3Sn(IMC)→ Ag3Sn(IMC)/Si(Cell) interface in SnPb solder ribbon joints and Solder(SAP)→ Ag3Sn(IMC)→ Ag3Sn(IMC)/Si(Cell) interface in SAP solder ribbon joints during the aging test. As results, the two types of degradation characteristics were appeared according to following the reliability test. Also, the two type factor crossing point was designated Critical Point(CP). At that CP, the Ag3Sn thickness in sintered Ag was verified 1/3 thickness at both of SnPb, SAP solder joints. During the test, the bonding characteristic degraded by sintered Ag micro structure change and characteristic degradation. That point was designated Maximum Defect Point(MDP). After the MDP, the delamination as verified between sintered Ag and silicon wafer according to cross-section image in ribbon joints. Finally, CP, MDP were predicted the other conditions(180, 135, 105, 60℃) as experimental temperature according to linearization of Ag3Sn growth and shear strength degradation.In this study, the characteristics degradation could be predicted quantitatively following the temperature and operating time at PV ribbon solder joint. The Data Base(DB) about appearing degradation arrival time until CP and MDP could contribute prediction data according to operation condition in photovoltaic industries.
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