• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.18 no.3
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• pp.681-686
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• 2017

Degradation is commonly observed in field-aged PV modules due to corrosion of the photovoltaic ribbon. The reduced performance is caused by a loss of fill factor due to the high series resistance in the PV ribbon. This study aimed to mitigate the degradation by corrosion using five sacrificial anodes - Al, Zn and their alloys - to identify the most effective material to mitigate the corrosion of the PV ribbon. The corrosion behavior of the five sacrificial anode materials were examined by open circuit potential measurements, potentiodynamic polarization tests, and galvanic current density and potential measurements using a zero resistance ammeter. Immersion tests for 120 hours were also conducted using materials and damp heat test tests were performed for 1500 hours using 4 cell mini modules. The Al-3Mg and Al-3Zn-1Mg sacrificial anodes had a low corrosion rate and reduced drop in power, making then suitable for long-term use.

• Resources Recycling
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• v.29 no.2
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• pp.69-77
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• 2020

With rapid increasing production and installation, recycling of photovoltaic modules has become the main issue. According to the research, the accumulation of waste modules will reach to 8600 tons in 2030. Moreover, Crystalline-silicon (c-Si) Photovoltaic modules account for more than 90% of the waste. C-Si PV modules contain 1.3% of weight of photovoltaic ribbon inside which contains the most of lead, tin and copper in the PV modules, which would cause environmental and humility problem. This study provided a valuable metal separation process for PV ribbons. Ribbons content 82.1% of Cu, 8.9% of Sn, 5.2% of Pb, and 3.1% of Ag. All of them were leached by 3M of hydrochloric acid in the optimal condition. Ag was halogenated to AgCl and precipitated. Cu ion was extracted and separated from Pb and Sn by Lix984N then stripped by 3M H2SO4. The effect of the optimal parameters of extraction was also studied in this essay. The maximum extraction efficiency of Cu ion was 99.64%. The separation condition of Pb and Sn were obtained by adjusting the pH value to 4 thought ammonia to precipitate and separate Pb and Sn. The recovery of Pb and Sn can reach 99%.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.34.2-34.2
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• 2011

본 연구에서는 1986년에 국내 섬 지역에 설치된 태양전지 모듈을 대상으로 전기적 특성값의 열화 및 열화 원인에 대한 분석을 실시하였다. 태양전지 모듈의 초기 최대 출력값은 50 W였고, 5인치 단결정 실리콘 태양전지 36개로 구성되어 있었다. 첫째로, 육안 검사를 통해서 태양전지 모듈의 열화 현상을 관찰하였다. 태양전지 모듈의 절연성은 IEC 61215의 기준으로 측정하였다. 태양전지 모듈의 전기적 특성평가를 통해서 최대 출력값의 변화량을 측정하였고, EL(Electroluminescence) 측정을 통해서 태양전지의 열화를 분석하였다. 이를 통해 분석된 주요 열화 모드는 봉지재 (Encapsulant)의 변색(Discoloration) 및 박리(Delamination)현상이었다. 봉지재의 변색된 부분 및 변색되지 않은 부분의 태양광 반사도를 측정한 결과 변색된 부위의 반사도가 증가한 것을 확인하였다. 두번째로 최대 출력전압을 태양전지 모듈에 인가한 상태에서 태양전지 각각의 온도를 T.C (Thermocouple)을 이용하여 측정하였고, 이를 통해서 태양전지의 열화와 온도와의 관계를 분석하였다. 마지막으로 태양전지 모듈의 단면분석을 통해서 봉지재의 박리현상 및 리본와이어의 솔더 접합계면을 관찰하였다. 또한, 봉지재를 제거한 후에 SEM&EDX를 통해서 리본와이어 및 금속전극의 부식현상을 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.494.1-494.1
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• 2014

태양광은 세계적으로 유망한 에너지 중의 하나이며, 태양광 모듈은 실제 옥외 조건에 따라 다르지만 장기 신뢰성과 수명을 보장하기 위해 최소 20년 이상을 안정적으로 작동될 필요성이 있다. 하지만 실제 태양전지는 옥외에 장기 노출됨에 따라 성능이 저하되며, 그 원인으로는 셀 균열, 부식, 접착 강도 손실 및 박리, 그리고 변색 등이 있다. 본 논문에서는 부식으로 인한 성능 저하를 완화하기 위해 희생금속을 이용하여 태양전지 모듈의 성능 향상에 대해 연구하였다. 태양전지는 4 cell 결정질 실리콘 태양전지 미니 모듈을 이용하였고, 희생금속의 영향을 확인하기 위해 두 종류의 시료를 준비하였다. 한 시료에는 Al 희생금속을 태양전지 리본 위에 부착하였으며, 나머지 한 시료는 비교 시료로 Al 희생금속을 부착하지 않았다. 시료는 $85^{\circ}C$ 85%의 상대습도인 고온고습 조건에서 2500시간을 진행하였다. 그리고 2500시간의 고온고습 시험이 진행된 시료의 전기적 특성을 분석하였다. 시험 결과, 희생금속이 없을 경우 28.8%의 출력 저하가 있었으며, 희생금속이 있을 경우 19.3%의 출력 저하가 확인되었다. 또한, 희생금속이 없을 경우, 충실도는 21.5% 감소하였으며, 단락전류 역시 약 6% 정도 감소하였다. 반면, 희생금속이 있을 경우, 충실도는 16.1%로 감소하였고, 단락전류는 거의 변화가 없었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.85-85
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• 2015

현재 태양광에너지 시장은 해마다 빠른 속도로 성장하는 추세이며 50 GWp/년 이상의 시장으로 변화하였고 앞으로도 전체적인 성장세는 지속 유지될 것으로 판단된다. 하지만 이와 아울러 각 Value chain 별로 많은 기업들이 생겨나게되어 각각의 기업들이 제품을 고효율 저가화 함으로서 경쟁력을 확보하기 위해 많은 노력들이 기울이고 있으며 본 강연에서는 이러한 측면에서 태양광 에너지의 분야별 고효율/저가화를 위한 기술동향을 살펴보고자 한다. 태양광 산업은 아직은 다소 높은 발전단가로 인해 일부 정부의 지원이나 정책에 의해 산업의 규모가 결정되게 되는데 주요한 지원제도는 RPS 제도와 FIT 제도가 있으며 우리나라는 초기 FIT 제도로 국가에서 태양광에서 생산된 전기를 높은 가격에 사주었으나 근래에들어 RPS 제도를 운영하게 되었으며 매전을 하면서 SMP에 준하는 수익을 창출하고 이와 아울러 REC 를 확보하여 확보된 REC 단가에 의해 추가적인 수익을 창출하는 구조의 발전사업이 진행되고 있다. 그리고 RPS나 FIT와 같은 정부의 지원없이도 발전단가의 경쟁력을 확보하는 시점을 그리드패러티라고 하며 이는 매우 중요한 의미를 갖는다. 태양광의 저가화는 그리드패러티 달성을 확보하기 위해 필수적으로 필요한 사안이며 앞으로도 이러한 저가화 / 고효율화 기술노력은 계속 진행될 것으로 판단된다. 우선 소재의 가격을 줄이기 위해 웨이퍼의 두께가 점점 박형화 되어가고 박형화 되면서도 안정적인 공정수율 및 효율을 향상시키기 위한 기술개발이 진행되고 있으며 Cell 분야에 있어서도 고효율을 위한 다양한 Texturing 기술 및 패시베이션 기술의 개발이 이루어 지고 있으며 고효율 컨셉의 MRT cell, Back contact cell 등 고효율 구조의 cell의 양산을 진행하고 있는 등 최근 n-type 기반의 고효율 cell 기술이 활발하게 양산화 검토가 이루어 지고 있다. 모듈 분야에 있어서는 저가/고효율화와 아울러 제품의 신뢰성 확보가 무엇보다도 중요하게 다루어 지고 있으며 이는 모듈이 최소 25년 이상 Field 에서 운용되어 수익창출이 가능해야 하므로 가장 중요한 요소중에 하나라고 할 수 있다. 신뢰성 측면에서 중요하게 다루어 지고 있는 것 중 하나가 PID 저감을 위한 노력이며 이와 관련된 각 소재의 개발이 가장 활발하게 진행되고 있으며 이와 아울러 장수명을 보장하기 위한 내구성이 겸비된 봉지재의 개발 또한 많은 관심을 불러 일으키고 있다. 저가/고효율화를 위해 CTM loss를 줄이기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있으며 특수 형태의 리본으로 빛의 흡수를 증가시키거나 컨택저항을 최소화 하기위한 소재의 개발이 이루어 지고 있다. 태양광 시스템 분야의 경우 발전량과 수익창출에 있어 직접적인 영향을 미치는 분야로서 전체 시스템의 loss 를 줄이고 최적의 환경에서 최대한의 발전량을 확보하기 위한 array 설계 및 운용기술이 활발하게 개발되고 있으며 시스템에서의 loss를 줄여줄수 있는 마이크로 인버터나 multi string 인버터의 적용도 이루어 지고 있으나 저가화를 위한 추가적인 노력이 필요한 상황이다. 본 강연의 마지막으로 이러한 노력들의 산물인 특수 태양광 제품 및 시스템의 기술동향에 대해 살펴하고자 한다. 사막은 전체면적의 1/3을 차지할 정도로 넓은 면적을 자랑하지만 밤과 낮의 기온차 그리고 계통 선로의 부재 등 적용하기 어려운 환경적인 제약도 함께 존재하며 이러한 문제를 해결하기 위한 방안에 대해 살펴보고 최근 Hot issue 중의 하나인 수상 태양광 시스템의 장, 단점과 기술적 특성 등을 살펴보고자 한다.

• Resources Recycling
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• v.22 no.5
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• pp.50-55
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• 2013

The recovery of copper from spent photovoltaic ribbon was conducted using thermal treatment method at the range of temperature of $300^{\circ}C$ to $600^{\circ}C$ under inert atmosphere. The coating layer consisted of lead of 68.99 wt.% and tin of 31.21 wt.% was melted down at elevated temperatures and was collected on the bottom of crucible. The chemical composition of copper ribbon after thermal treatment was analyzed by ICP-MS (Inductively coupled plasma mass spectrometry) and the purity of copper was found to be obtained up to about 96 wt.% regardless of temperatures. The cross-sectional area of the specimen was also examined by SEM (scanning electron microscopy) and EDX (energy dispersive X-ray microscopy).

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.28 no.5
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• pp.332-337
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• 2015

We have studied the effects of Ag on the characteristics of $Sn_{60}Pb_{40}Ag_x$ (wt%) solder for photovoltaic ribbon. Ag atoms in the solder formed an alloy phase of $Ag_3Sn$ after reacting with some part of Sn atoms, while they did not react with Pb atoms, but decreased the mean size of Pb solid phase. The enhancement of peel strength between solar cell and ribbon is an important part in the developments of long-lifespan solar module. The peel strength of the solder ribbon of $Sn_{60}Pb_{40}$ (wt%) was $169N/mm^2$, and it was largely enhanced by adding a small amount of Ag atoms. The maximum peel strength was $295N/mm^2$ in the solder ribbon of $Sn_{60}Pb_{40}Ag_2$ (wt%). This result is caused by the high binding energy of 162.9 kJ/mol between Ag atoms in the solder and Ag atoms in Ag sheet.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.30 no.2
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• pp.119-125
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• 2017

We have studied the effects of Ag on the characteristics of $Sn_{43}Bi_{57}Ag_x$(wt%) lead-free solders for photovoltaic ribbon. Ag atoms in the solder formed an alloy phase of Ag3Sn after reacting with some part of Sn atoms, while they did not react with Bi atoms, but decreased the mean size of Bi solid phase and the thickness of solder. When Ag atoms of 3.0 wt% was added to eutectic $Sn_{43}Bi_{57}$(wt%) solder, it showed the optimally useful results that the peel strength of photovoltaic ribbon greatly increased and the sheet resistance of the solder decreased. In the meanwhile, the eutectic $Sn_{43}Bi_{57}$(wt%) solder showed a low melting temperature of $138.9^{\circ}C$, and showed a very similar result regardless of the added amount of Ag atoms.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.36 no.2
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• pp.186-190
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• 2023

We studied the various characteristics of Sn-In (wt%) Pb-free solders for photovoltaic ribbon application. The solders near the eutectic composition of Sn₄₈In₅₂ (wt%) existed in InSn₄ and In₃Sn alloy phases, and in In crystal phase, but not in Sn crystal phase. In addition, the InSn₄ phase (γ-alloy) existed separately from the In₃Sn (β-alloy) and the In phase confirmed by an SEM-EDS-mapping. The melting temperature of the eutectic solder of Sn₄₈In₅₂ (wt%) was 119.2℃, and when the Sn content decreased in reference to the eutectic composition, it slightly increased to 121.4℃, but when the Sn content increased, it remained almost constant at 119.1℃. The peel strength of the ribbon plated with the Sn₄₂In₅₈ (wt%) solder was 38.7 N/mm², and it tended to increase when the Sn content increased. The peel strength of the eutectic Sn₄₈In₅₂ (wt%) solder was 53.6 N/mm², and that of the Sn₅₁In₄₉ (wt%) solder was 61.6 N/mm² that was the highest.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.37 no.1
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• pp.74-78
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• 2024

We have studied the effects of Ag on the characteristics of Sn₄₈In₅₂Ag_x (wt%) low-melting solders for photovoltaic ribbons. The Sn₄₈In₅₂ (wt%) solder coexisted in the InSn₄ and In₃Sn alloys. Ag atoms added in the solder formed an AgIn₂ alloy by reacting with some part of In atoms, while they did not react with Sn atoms. The addition of Ag atoms in the Sn₄₈In₅₂Ag_x (wt%) solders showed useful results; an increase in peel strength and a decrease in melting temperature. The peel strength of the ribbon plated with the Sn₄₈In₅₂ (wt%) solder was 53.6 N/mm², and that of the Sn₄₈In₅₂Ag₁ (wt%) solder largely increased to 125.1 N/mm². In the meanwhile, the melting temperature of the Sn₄₈In₅₂ (wt%) solder was 119.2℃, and that of the Sn₄₈In₅₂Ag₁ (wt%) solder decreased to 114.0℃.