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문제 정의
- 본 실험은 encapsulation silicone을 사용하여 모듈제조에 적용시켰을 경우 스트링 된 태양전지 표면 위에 silicone을 도포하고 유리를 접합시켰을 때 생기는 기포를 확인하고 이를 제거하기 위한 실험을 하였다. 실험방법은 총 4가지 방법으로 샘플링을 하여 결과분석을 하였다.
제안 방법
- 각 시료는 20cc홀더에 담아 실시간 측정온도 및 점도를 측정하여 평균값으로 데이터를 종합하였다. 그런 후 점도측정과 샘플의 투과율에 대해 분석실험 하였다. 이 실험에서는 각 샘플들을 정량적으로 분석하기 위해 초자류 접시에 같은 두께를 만들기 위해 일정한 양으로 도포하여 110℃에서 2~3분 동안 경화를 시킨 다음 상온에서 수분동안 냉각하였다.
- 투과율 측정을 위해 UV-VIS-NIR spectrometer(UV-3600)을 사용하여 파장 범위 185∼2000 nm 범위에서 반사율을 측정하였다. 먼저 blank test로 실리콘이 없는 초자를 측정하고 이어 각각의 조성별로 샘플링 된 초자를 분석하여 결과 값을 도출하였다.아래 Fig.
- 본 실험에서는 2액형 실리콘(Dow corning, PV-6100)의 특성분석을 위해 각각의 용액을 일정한 양으로 조성별로 나누어 점도계(AND, SV-10)를 통해 점도를 측정하였다. 각 시료는 20cc홀더에 담아 실시간 측정온도 및 점도를 측정하여 평균값으로 데이터를 종합하였다.
- 실리콘을 모듈화 시키기 위해 이번 실험에서는 실리콘 5:5와 4:6의 비율로 섞인 액을 정량적으로 셀 표면에 도포를 시켜 그 두께별로 효율을 분석하고 최종적으로 최적화된 결과를 도출하기 위해 Fig. 3.과 같이 틀을 만들어 셀 위에 준비된 5:5, 4:6비율의 2액 형 실리콘을 두께별로 고르게 도포하였다.
- 본 실험은 encapsulation silicone을 사용하여 모듈제조에 적용시켰을 경우 스트링 된 태양전지 표면 위에 silicone을 도포하고 유리를 접합시켰을 때 생기는 기포를 확인하고 이를 제거하기 위한 실험을 하였다. 실험방법은 총 4가지 방법으로 샘플링을 하여 결과분석을 하였다. 첫 번째 방법은 silicone액을 일반 소형 pilot laminator를 통해 압착하여 G to B(Glass to Back sheet)type의 미니모듈샘플화 한것 이고,두 번째 방법은 silicone 액을 일반 소형 pilot laminator를 통해 압착하여 G to G(Glass to Glass)type의 미니모듈샘플화 한 것이고,세 번째 방법은 silicone을 스트링 된 셀에 도포한 후 경화시켜 G to G type으로 수동 압착하여 미니모듈샘플화 한 것이며, 네 번째 방법은 silicone액을 모듈 크기에 맞는 주형틀에 3mm 두께로 채우고 경화시켜 G to G type으로 수동 압착하여 미니모듈샘플화 한 것이다.
- 액상 silicone을 사용하여 module화 할 수 있는 pilotlaminator를 개발하였다. 그 크기는 1m×1.
- 위 실험에서는 6inch 저효율 단결정 실리콘 태양전지를 T&S equipment (Tabber & String equipment : ART-600)를 사용하여 효율을 측정할 수 있도록 양쪽으로 전극을 내어 놓고 실리콘액이 틀 사이로 새지 않도록 테이프로 보완한 후 태양전지를 내려놓고 바닥까지 닿도록 전체적으로 눌러준 다음 각 정해진 양만큼 2액 형 실리콘액을 도포시킨 뒤 오븐에 넣어 110℃로 2분간 경화 후 상온에서 냉각시켜 샘플을 만들었다.
- 실험방법은 총 4가지 방법으로 샘플링을 하여 결과분석을 하였다. 첫 번째 방법은 silicone액을 일반 소형 pilot laminator를 통해 압착하여 G to B(Glass to Back sheet)type의 미니모듈샘플화 한것 이고,두 번째 방법은 silicone 액을 일반 소형 pilot laminator를 통해 압착하여 G to G(Glass to Glass)type의 미니모듈샘플화 한 것이고,세 번째 방법은 silicone을 스트링 된 셀에 도포한 후 경화시켜 G to G type으로 수동 압착하여 미니모듈샘플화 한 것이며, 네 번째 방법은 silicone액을 모듈 크기에 맞는 주형틀에 3mm 두께로 채우고 경화시켜 G to G type으로 수동 압착하여 미니모듈샘플화 한 것이다.
- 투과율 측정을 위해 UV-VIS-NIR spectrometer(UV-3600)을 사용하여 파장 범위 185∼2000 nm 범위에서 반사율을 측정하였다.
대상 데이터
- 5m(width, length)이며, 경화는 MIR lamp를 사용하였다. Silicone을 사용한 모듈과 EVA sheet를 사용한 모듈의 효율을 비교하기 위하여 각각 54장의 6inch wafer 태양전지를 사용하였다. 사용된 가각의 54장의 태양전지의 출력 전체 값은 약 0.
- 실험방법은 아래 표와 같은 방법으로 진행 하였다. 기본 조건은 유리 규격이 400mm*400mm*5mm(width, length, thickness)이고, 온도는 20℃에서 컨베이어를 이용하여 실험하였다.
- Silicone을 사용한 모듈과 EVA sheet를 사용한 모듈의 효율을 비교하기 위하여 각각 54장의 6inch wafer 태양전지를 사용하였다. 사용된 가각의 54장의 태양전지의 출력 전체 값은 약 0.1%이내의 오차범위에서 분류된 것을 사용하였다.
데이터처리
- 본 실험에서는 2액형 실리콘(Dow corning, PV-6100)의 특성분석을 위해 각각의 용액을 일정한 양으로 조성별로 나누어 점도계(AND, SV-10)를 통해 점도를 측정하였다. 각 시료는 20cc홀더에 담아 실시간 측정온도 및 점도를 측정하여 평균값으로 데이터를 종합하였다. 그런 후 점도측정과 샘플의 투과율에 대해 분석실험 하였다.
성능/효과
- 위 실험방법에서와 같이 4가지 방법으로 미니모듈샘플을 제작하여 실험한 결과 1,2번 방법은 일반 모듈개발과 동일한 방법으로 테스트한 것으로 laminator rubber의 굴곡 및 실리콘의 고른 도포에 의한 매우 큰 기포가 발생하였다. 3번 방법에서 스트링된 셀에 도포 시 표면에 도포된 균일성 등으로 인해 약간의 기포가 발생됨을 알 수 있었고 4번 방법에서는 기포가 거의 발생되지 않음을 확인할 수 있었고 이를 통해 G to G type의 모듈제조의 가능성을 확인 할 수 있었다.
- EVA sheet를 사용하여 제조된 모듈은 encapsulation silicone을 사용하여 제조된 모듈에 비해 약 2%의 모듈효율 상승을 볼 수 있고 또한 제조 공정 시 소모되는 재료 및 기타 비용 등을 추정하여 계산한다면 최소 10%의 공정효율로 계산되어진다.
- EVA sheet를 사용하여 제조된 모듈은 평균 207.47W, encapsulation silicone을 사용하여 제조된 모듈은 평균 211.32W로 측정되었다.
- Fig. 6.과 같이 본 연구에서 개발된 MIR 조사장치를 통해 경화실험을 한 결과 silicone을 경화하기 위해 MIR을 사용하여 100℃에서 1분 동안 경화를 시키고 하부의 glass의 열에 의한 굴곡현상을 제거하기 위해 MIR module을 이동할 수 있도록 프로그래밍을 구축하여 굴곡현상 또한 제거됨을 볼 수 있었다.
- 각 점도별 투과율을 분석한 결과 Fig. 4.와 같이 200nm∼2000nm까지의 투과율 그래프를 확인할 수 있었다.
- 위 실험방법에서와 같이 4가지 방법으로 미니모듈샘플을 제작하여 실험한 결과 1,2번 방법은 일반 모듈개발과 동일한 방법으로 테스트한 것으로 laminator rubber의 굴곡 및 실리콘의 고른 도포에 의한 매우 큰 기포가 발생하였다. 3번 방법에서 스트링된 셀에 도포 시 표면에 도포된 균일성 등으로 인해 약간의 기포가 발생됨을 알 수 있었고 4번 방법에서는 기포가 거의 발생되지 않음을 확인할 수 있었고 이를 통해 G to G type의 모듈제조의 가능성을 확인 할 수 있었다.
후속연구
- Silicone encapsulation 방식의 태양광 모듈은 재료의 size에 구애받지 않는다는 장점이 있어 대면적화에 크게 유리하다. 본 연구를 통해서 silicone encapsulation 제조 공정장비가 개발 된다면 기존 모듈 경화속도가 약 20분 이상인 반면 silicone 소재 경화 속도는 100℃에서 100초 내외로 기존 모듈 보다 높은 생산성을 달성 할 수 있다. 경화 온도가 기존 sheettype은 150℃ 부근이나 silicone encapsulation type은 100℃로써 에너지 절감과 동시에 열에 의한 제품 loss를 줄일 수 있다.
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