Environmentally benign lead-free solder coated ribbon (e. g. SnCu, SnZn, SnBi${\cdots}$) has been intensively studied to interconnect cells without lead mixed ribbon (e. g. SnPb) in the crystalline silicon(c-Si) photovoltaic modules. However, high melting point (> $200^{\circ}C$) of non-lead based solder provokes increased thermo-mechanical stress during its soldering process, which causes early degradation of PV module with it. Hence, we proposed low-temperature conductive paste (CP) based tabbing method for lead-free ribbon. Modules, interconnected by the lead-free solder (SnCu) employing CP approach, exhibits similar output without increased resistivity losses at initial condition, in comparison with traditional high temperature soldering method. Moreover, 400 cycles (2,000 hour) of thermal cycle test reveals that the module integrated by CP approach withstands thermo-mechanical stress. Furthermore, this approach guarantees strong mechanical adhesion (peel strength of ~ 2 N) between cell and lead-free ribbons. Therefore, the CP based tabbing process for lead free ribbons enables to interconnect cells in c-Si PV module, without deteriorating its performance.
Thin crystalline silicon (C-Si) solar cell is expected to be a low price energy source by decreasing the consumption of Si. However, thin c-Si solar cell entails the bowing and crack issues in high temperature manufacturing process. Thus, the conventional tabbing process, based on high temperature soldering (> $250^{\circ}C$), has difficulties for applying to thin c-Si solar cell modules. In this paper, a conductive paste (CP) based interconnection process has been proposed to fabricate thin c-Si solar cell modules with high production yield, instead of existing soldering materials. To optimize the process condition for CP based interconnection, we compared the performance and stability of modules fabricated under various lamination temperature (120, 150, and $175^{\circ}C$). The power from CP based module is similar to that with conventional tabbing process, as modules are fabricated. However, the output of CP based module laminated at $120^{\circ}C$ decreases significantly (14.1% for Damp heat and 6.1% for thermal cycle) in harsh condition, while the output drops only in 3% in the samples process at $150^{\circ}C$, $175^{\circ}C$. The peel test indicates that the unstable performance of sample laminated at $120^{\circ}C$ is attributed to weak adhesion strength (1.7 N) between cell and ribbon compared to other cases (2.7 N). As a result, optimized lamination temperature for CP based module process is $150^{\circ}C$, considering stability and energy consumption during the fabrication.
Kim, Yong Sung;Lim, Jong Rok;Shin, Woo Gyun;Ko, Suk-Whan;Ju, Young-Chul;Hwang, Hye Mi;Chang, Hyo Sik;Kang, Gi-Hwan
Korean Journal of Materials Research
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v.29
no.11
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pp.720-726
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2019
Recently, research on cost reduction and efficiency improvement of crystalline silicon(c-Si) photovoltaic(PV) module has been conducted. In order to reduce costs, the thickness of solar cell wafers is becoming thinner. If the thickness of the wafer is reduced, cracking of wafer may occur in high temperature processes during the c-Si PV module manufacturing process. To solve this problem, a low temperature process has been proposed. Conductive paste(CP) is used for low temperature processing; it contains Sn57.6Bi0.4Ag component and can be electrically combined with solar cells and ribbons at a melting point of $150^{\circ}C$. Use of CP in the PV module manufacturing process can minimize cracks of solar cells. When CP is applied to solar cells, the output varies with the amount of CP, and so the optimum amount of CP must be found. In this paper, in order to find the optimal CP application amount, we manufactured several c-Si PV modules with different CP amounts. The amount control of CP is fixed at air pressure (500 kPa) and nozzle diameter 22G(outer diameter 0.72Ø, inner 0.42Ø) of dispenser; only speed is controlled. The c-Si PV module output is measured to analyze the difference according to the amount of CP and analyzed by optical microscope and Alpha-step. As the result, the optimum amount of CP is 0.452 ~ 0.544 g on solar cells.
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%.
Choi, Ki Young;Oh, Won Wook;Kang, Byung Jun;Kim, Young Do;Tark, Sung Ju;Kim, Donghwan
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2011.11a
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pp.62.2-62.2
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2011
To guarantee 20-25 years to the lifetime of the PV modules without failure, reliability test of the module is very important. Field-aged test of the outdoor environment is required. However, due to time constraints, accelerated testing is required to predict the lifetime of PV modules and find causes of failure. Failure is caused by many complex phenomena. In this study, we experimented two accelerated tests about corrosion and fatigue, respectively. First, temperature cycling test for fatigue were tested and Coffin-Manson equation was analyzed. Second, damp heat test for corrosion were tested and Eyring equation were analyzed. Finally, using two-mode failure model, we suggest a new lifetime model that analyze the phenomenon by combining two kinds of data.
a-Si solar cell has relatively dominant drift current when compared with crystalline solar cell due to the high internal electric field. Such drift current make an impact on the PV module in the local shading. In this paper, the a-Si PV module output characteristics of shading effects was approached in terms of process condition, because of the different deposition layer of thin film lead to rising the resistance. We suggested design condition to ensure the long-term durability of the module with regard to the degradation factors such as hot spot by analyzing the module specification. The result shows a remarkable difference on module uniformity for each shading position. In addition, the unbalanced power loss due to power mismatch of each module could intensify the degradation.
Solar panels are modules made up of many cells, like the N-type monosilicon, P-type monosilicon, P-type multisilicon, amorphous thin-film silicon, and CIGS solar cells. An efficient photovoltaic (PV) power is important to use to determine what kind of cell types are used because residential solar systems receive attention. In this study, we used 3-type solar panels - such as N-type monosilicon, P-type monosilicon, and CIGS solar cells - to investigate what kind of solar panel on a house or building performs the best. PV systems were composed of 3-type solar panels on the roof with each ~1.8 kW nominal power. N-type monosilicon solar panel resulted in the best power generation when monitored. Capacity Utilization Factor (CUF) and Performance Ratio (PR) of the N-type Si solar panel were 14.6% and 75% respectively. In comparison, N-type monosilicon and CIGS solar panels showed higher performance in power generation than P-type monosilicon solar power with increasing solar irradiance.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.15
no.5
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pp.577-584
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2015
A photovoltaic (PV) system generates electricity by installing a solar energy array; therefore, the photovoltaic system can be easily exposed to external factors, which include environmental factors such as temperature, humidity, and radiation. These factors-as well as shading, in particular-lead to power degradation. When there is an output loss in the solar cell of a PV module package, the output loss is partly controlled by the bypass diode. As solar cells become highly efficient, the characteristics of series resistance and parallel resistance improve, and the characteristics of reverse voltage change. A bypass diode is connected in parallel to the string that is connected in series to the PV module. Ideally, the bypass diode operates when the voltage is -0.6[V] around. This study examines the bypass diode operating time for different types of crystalline solar cells. It compares the reverse voltage characteristics between the single solar cell and polycrystalline solar cell. Special modules were produced for the experiment. The shading rate of the solar cell in the specially made solar energy module was raised by 5% each time to confirm that the bypass diode was operating. The operation of the bypass diode is affected not only by the reverse voltage but also by the forward bias. This tendency was verified as the number of strings increased.
In general, there are two types of PVT module depending on the existence of the glass in front of PV module: glazed and unglazed. On the other hand, the water-type PVT modules can be classified into two types, according to absorber type: the sheet-and-tube absorber PVT module and the fully wetted absorber PVT module. The aim of this study is to analyze the electrical and thermal performance of a water-type PVT module with fully wetted absorber. For this study, a prototype of unglazed PVT module with fully wetted absorber was designed and built, and both the thermal and electrical performances of the prototype module were measured in outdoor conditions. A conventional mono-crystalline Si PV module was tested alongside the PVT module for their electrical performance comparison. The results showed that the thermal efficiency of the PVT module was average 51% and its electrical efficiency was average 14.3% in mean fluid temperature $10-40^{\circ}C$, whereas the electrical efficiency of the conventional PV module was average 12.6%. It is found that the electrical efficiency of the PVT module was improved by approximately 14% compared to that of the PV module. The temperature of PVT module becomes lower due to the cooling effect by the fluid of the absorber. The results proved that the electrical efficiency was higher when the mean fluid temperature was lower.
Silicon carbide powder was prepared from carbon black and silicon recovered from waste solar panels. In the solar power generation market, the number of crystalline silicon modules exceeds 90%. As the expiration date of a photovoltaic module arrives, the development of technology for recovering and utilizing silicon is very important from an environmental and economic point of view. In this study, silicon was recovered as silicon carbide from waste solar panels: 99.99% silicon powder was recovered through purification from a 95.74% purity waste silicon wafer. To examine the synthesis characteristics of SiC powder, purified 99.99% silicon powder and carbon powder were mixed and heat-treated (1,300, 1,400 and 1,500 ℃) in an Ar atmosphere. The characteristics of silicon and silicon carbide powders were analyzed using particle size distribution analyzer, XRD, SEM, ICP, FT-IR, and Raman analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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