[논문]Re-work 공정을 통한 슁글드 스트링의 출력 개선

송진호; 지홍섭; 문대한; 김도형; 양오봉; 정채환

doi:10.21218/cpr.2019.7.2.051

Re-work 공정을 통한 슁글드 스트링의 출력 개선
Improvement in Power of Shingled Strings by Re-work Process 원문보기

Current photovoltaic research = 한국태양광발전학회논문지, v.7 no.2, 2019년, pp.51 - 54

송진호 (광에너지융합그룹, 한국생산기술연구원) , 지홍섭 (광에너지융합그룹, 한국생산기술연구원) , 문대한 (광에너지융합그룹, 한국생산기술연구원) , 김도형 (화학공학과, 전남대학교) , 양오봉 (반도체화학공학부, 전북대학교) , 정채환 (광에너지융합그룹, 한국생산기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

The high density module (HDM) has advantages for its larger active area and smaller current density. This new way of making a photovoltaic (PV) module method has benefit for increasing module power with the same installed area. Because HDM consisted with serially connected PV strings, loss of strings during the fabrication process can increase the overall production cost.1-2 This study investigates the rework conditions of the shingled strings with electrically conductive adhesives (ECA). By heating the electrically connected area of a fabricated string, cured area become soft and a string can be detached for the rework process. After rework process, a refabricated string showed 5~10% increased output power compared to before rework process and reached to the 90~95% output power compare to the undamaged strings.

주제어

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Manufacturing shingled string
그림 Fig. 2. Measurement jig for electrical properties of string
그림 Fig. 3. Maximum power of cells (a) and shingled strings (b)
그림 Fig. 4. EL images of shingled strings : (a) undamaged, (b) damaged
그림 Fig. 5. Electric characterization of shingled strings (a) undamaged, (b) damaged
그림 Fig. 6. Pictures for re-work process of shingled string’s removal and re-bonding
그림 Fig. 7. Electric characterization of string (a) damaged, (b) after rework
그림 Fig. 8. EL images of shingled strings : (a) damaged, (b) After rework

AI 본문요약
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문제 정의

슁글드 구조의 스트링은 동일 면적대비 더 많은 셀을 넣을 수 있고, 분할 셀을 직렬로 연결하는 구조이기에 스트링 중간에 데미지가 있는 셀이 포함되었을 때 스트링 전체의 출력 저하를 일으키는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 출력 저하 요인을 분석하고, rework 공정을 통해 결함이 있는 셀을 포함한 슁글드 스트링을 부분적으로 분리하여 문제의 셀을 제거/교체하여 스트링이 고출력을 유지할 수 있도록 하였다.

제안 방법

Fig. 1과 같이 레이저를 이용하여 6인치 셀을 분할한 뒤에, 각각의 전극 면에 전도성 접착제인 electrical conductive adhesives(ECA)를 사용하여 접합시켜 스트링을 제작하였다. 슁글드 구조의 스트링은 동일 면적대비 더 많은 셀을 넣을 수 있고, 분할 셀을 직렬로 연결하는 구조이기에 스트링 중간에 데미지가 있는 셀이 포함되었을 때 스트링 전체의 출력 저하를 일으키는 단점이 있다.
평균 파워는 10 W로 고정하고 레이저의 주파수는 50 KHz, 스캔속도는 1300 mm/s 및 절단횟수 30회로 하여 셀을 분할하였다. 분할된 각각의 셀은 전기적 특성 분석을 위하여 솔라시뮬레이터(WXS-155SL2, AM1.5GM from WACOM)를 이용하여 측정하였다. 스트링 제작을 위해 스트링거(Stringer system G2099 from GENESEM)를 사용하여 약 35,000 mPa · s 의 점도와 0.
손상된 셀을 분리/제거하기 위해 히팅건(HL 2020E from STEINEL)을 사용하여 셀의 표면의 온도를 390°C로 하여 5분간 열에 노출시켰을 때 스트링이 분리되었다. 손상된 셀을 제거 및 교체하여 전기적, 광학적 특성평가를 진행하였다.
스트링 제작을 위해 스트링거(Stringer system G2099 from GENESEM)를 사용하여 약 35,000 mPa · s 의 점도와 0.0025 Ω · cm의 전기 저항 값을 갖는 ECA (CA-3556HF from Henkel)를 분할셀 전면 전극에 도포하였으며 각각의 셀의 overlap되는 폭은 1.7 mm로 140°C의 온도에서 10초간의 경화 시간을 두고 접합하였다.
접합된 스트링의 특성분석을 위해 Fig. 2와 같이 제작한 지그를 박막모듈용 솔라시뮬레이터(WPSS-1.5x1.2-50x4 from WACOM)를 사용하여 전기적 특성분석을 하였으며, 광학적 특성분석을 위해 Electro Luminecence (EL, PEL-400B Portable EL tester from TNEtech)를 이용하여 스트링의 손상된 부분을 확인하였다. 손상된 셀을 분리/제거하기 위해 히팅건(HL 2020E from STEINEL)을 사용하여 셀의 표면의 온도를 390°C로 하여 5분간 열에 노출시켰을 때 스트링이 분리되었다.
슁글드 구조의 태양전지 스트링을 만들기 위해 먼저, 6인치 태양전지 셀의 분할을 위해 나노 세컨드 레이저(632 nm, 20 ns, 30-100 KHz form Coherent)가 사용되었다. 평균 파워는 10 W로 고정하고 레이저의 주파수는 50 KHz, 스캔속도는 1300 mm/s 및 절단횟수 30회로 하여 셀을 분할하였다. 분할된 각각의 셀은 전기적 특성 분석을 위하여 솔라시뮬레이터(WXS-155SL2, AM1.

대상 데이터

슁글드 구조의 태양전지 스트링을 만들기 위해 먼저, 6인치 태양전지 셀의 분할을 위해 나노 세컨드 레이저(632 nm, 20 ns, 30-100 KHz form Coherent)가 사용되었다. 평균 파워는 10 W로 고정하고 레이저의 주파수는 50 KHz, 스캔속도는 1300 mm/s 및 절단횟수 30회로 하여 셀을 분할하였다.

성능/효과

7은 rework공정을 통해 손상된 셀이 분리/교체된 스트링의 전기적 특성을 재측정 결과 값이다. 셀의 분리/교체된 스트링은 기존의 출력 값인 16.24 Wp보다 높은 17.29 Wp으로 1.05 Wp를 향상시킬 수 있었다. 이는 평균값인 17.
슁글드 스트링 방식을 이용한 태양광 모듈은 기존의 방식과 비교하여 동일면적에 더 많은 셀을 설치할 수 있어 상대적으로 넓은 active area를 확보 할 수 있으며 결과적으로 높은 출력 값을 가질 수 있다. 모듈에 사용되는 스트링을 제작하기 위해서는 6인치 태양전지 셀을 5분할하고 ECA를 분할 셀의 전면 전극에 도포하여 이웃한 셀의 전면 전극과 후면 전극을 접합하여 스트링을 제작한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	슁글드 구조란 무엇인가?	1과 같이 레이저를 이용하여 6인치 셀을 분할한 뒤에, 각각의 전극 면에 전도성 접착제인 electrical conductive adhesives (ECA)를 사용하여 접합시켜 스트링을 제작하였다. 슁글드 구조의 스트링은 동일 면적대비 더 많은 셀을 넣을 수 있고, 분할 셀을 직렬로 연결하는 구조이기에 스트링 중간에 데미지가 있는 셀이 포함되었을 때 스트링 전체의 출력 저하를 일으키는 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 출력 저하 요인을 분석하고, rework 공정을 통해 결함이 있는 셀을 포함한 슁글드 스트링을 부분적으로 분리하여 문제의 셀을 제거/교체하여 스트링이 고출력을 유지할 수 있도록 하였다
	micro-crack, black spot를 방지하기 위한 해결책은 무엇인가?	문제는 스트링 중간에 위치한 분할셀에 micro-crack, black spot 등의 결함이 생기게 될 경우 모듈의 전체적인 출력저하를 일으키게 된다. 이를 해결하기 위해 스트링을 사용한 모듈을 제작하기 전에 전기적.광학적 특성분석을 하여 스트링의 손상된 부분을 찾고 rework 공정을 통해 결함이 있는 분할셀을 분리/교체하여 스트링의 출력저하 요인을 사전에 방지할 수 있다. 이와 같은 방법으로 손상된 셀 부분을 분리/교체하여 16.
	실리콘 태양전지를 사용한 태양광 모듈의 장점은 무엇인가?	석유 및 석탄 같은 화석연료를 주된 에너지원으로 사용함에 따라 이산화탄소 및 산성오염 물질의 증가로 인해 최근 심각한 대기 환경오염으로 친환경적이며 반영구적인 신재생에너지가 각광받고 있다. 신재생에너지 중에 실리콘 태양전지를 사용한 태양광 모듈의 제작은 많은 연구가 진행되고 있으며1,2)이는 기존의 발전소와 달리 고가의 건설비용 및 유지 보수비용이 필요로 하지 않고 임야 혹은 도심의 건물 외벽과 옥상 등의 한정된 적은 면적에서도 설치가 가능한 장점이 있다. 기존의 6인치 면적의 태양전지를 이용한 태양광 모듈의 방식과 달리 Fig.

참고문헌 (6)

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