PV 리본 소재: 구리 심재, 경도 및 코팅

빠른 답변: PV 리본은 솔더 코팅이 입혀진 구리 도체이며, 이 두 부분은 서로 다른 역할을 합니다. 구리는 전류를 운반하고 조인트가 냉각될 때 리본이 셀에 전달하는 응력의 크기를 결정합니다. 이는 전도율이 아니라 항복 강도의 문제입니다. 코팅은 솔더로, 솔더링 온도를 설정하고 은 그리드라인을 적시며 조인트의 수명을 결정합니다. 데이터시트의 네 가지 수치가 이 두 가지 역할을 제어합니다: 구리 등급, 항복 강도, 코팅 합금 및 코팅 두께.

두 리본이 직경, 코팅 중량 및 스풀을 공유할 수 있습니다. 동일한 스트링거를 통과시켰을 때 하나는 열 사이클링을 견디는 조인트를 생산하는 반면, 다른 하나는 낮은 인장 강도의 산포와 증가하는 마이크로크랙 수를 생산합니다. 형상이 동일할 때 남는 것은 재료입니다.

이 글은 리본을 해부합니다: 구리 기판이 기여하는 것, 코팅이 기여하는 것, 그리고 공급업체 데이터시트의 어떤 파라미터가 어떤 고장을 방지하는지.

왜 구리인가, 그리고 왜 경도가 전도율보다 더 중요한가

리본에 대한 요구 사항들은 서로 상충합니다. 최소한의 손실로 셀의 전류를 운반해야 하고, 안정적으로 솔더를 받아들여야 하며, 셀에 부하를 주지 않을 만큼 충분히 부드러워야 하고, 모듈의 자재 명세서에 묻힐 만큼 저렴해야 합니다. 후보 금속들을 나란히 놓으면 그 이유는 간단해집니다.

은은 표의 어떤 것보다도 전도성이 뛰어나며 구리보다 약 100배 정도 비싸므로, 셀당 0.1그램 단위로 측정되는 부품에는 적합하지 않습니다. 알루미늄은 저렴하고 가볍지만 비저항이 약 60% 더 높고, 표면 산화물 때문에 기존 솔더링이 거의 불가능하며, 더 많이 팽창합니다. 구리는 네 가지 요구 사항의 균형점이며, 그 통계치는 평범합니다: 알루미늄보다 무겁고, 은보다 전도성이 낮으며, 가격이 변동적입니다.

한 가지 확실한 결함은 실리콘과의 불일치입니다. 구리는 약 17 × 10⁻⁶/K로 팽창하는 반면 실리콘은 약 2.6으로, 6배 이상 차이가 납니다. 이것이 전체 셀에 걸쳐 무엇을 의미하는지 상상해 보십시오. 리본은 150 °C보다 훨씬 높은 온도에서 솔더링된 후 실온으로 냉각됩니다. 그 범위에서 구리는 약 0.2% 수축하려 하고, 그 아래의 실리콘은 약 0.03% 수축하려 합니다. 무언가가 양보해야 하며, 셀이 둘 중 더 취약합니다.

이것이 구리 기판에서 가장 중요한 사양이 전도율이 아닌 이유입니다. 그것은 구리가 스트링거에 도달할 때 얼마나 부드러운가입니다.

구리 기판: 등급, 순도 및 비저항

리본 구리는 일반적으로 무산소 구리입니다. 중국 등급 체계에서는 TU1 또는 TU2를 의미하며, 최소 구리 함량은 99.97% 및 99.95%입니다. 산소 함유 대안은 T2입니다. 동일한 계열은 다른 곳에서 C10100, C10200 및 C11000으로 나타납니다.

무산소 선호 뒤에는 두 가지 실질적인 이유가 있습니다. 첫째는 전도율입니다: 불순물이 적고 산소가 적을수록 비저항이 순수 구리의 이론값에 더 가깝게 유지됩니다. 둘째는 어닐링 거동입니다. 산소를 함유한 구리에서는 환원성 노 분위기의 수소가 입계에서 산화구리와 반응할 수 있으며, 이 문제는 업계에서 수소 취성 또는 수소병으로 알려져 있습니다. 무산소 구리는 이를 피하고, 결정립이 더 균일하게 성장하며, 노에서 나오는 연화가 코일마다 더 일관됩니다.

두 번째 이유는 상업적 비중이 있는 이유인데, 다음 공정 단계가 얼마나 반복 가능한지를 결정하기 때문입니다. 이러한 맥락에서 순도는 마케팅 문구가 아닙니다. 명목상 동일한 리본의 두 코일이 동일한 경도로 또는 다른 경도로 스트링거에 도착하는지의 차이입니다.

경도: 가공 경화, 어닐링 및 항복 강도 윈도우

경도는 제조의 부산물로 시작됩니다. 인발과 압연은 구리를 변형시킵니다: 결정립이 가공 방향으로 늘어나고, 전위가 쌓이며, 인장 강도가 상승하고 연신율이 떨어집니다. 이것이 가공 경화이며 피할 수 없습니다. 리본은 어떻게든 치수까지 축소되어야 합니다.

이렇게 가공 경화된 구리를 모듈에 솔더링하면 위에서 설명한 수축이 줄어들지 않고 셀에 도달합니다. 셀이 휘고, 마이크로크랙이 나타나며, 이는 스트링거에서 종종 보이지 않습니다: 첫 번째 명확한 증거는 라미네이션 후 촬영한 EL 이미지입니다.

따라서 리본 생산에는 항상 어닐링 단계가 포함됩니다. 구리는 재결정 온도 이상으로 가열되고, 새로운 결정립이 성장하며, 가공 경화가 제거됩니다. 항복 강도는 급격히 떨어지고 연신율은 상승하며, 셀에 도달하는 응력도 그에 따라 감소합니다.

더 부드러운 것이 항상 더 좋은지가 당연히 다음 질문이며, 답은 '아니오'입니다. 특정 항복강도 이하로 내려가면 모듈 라인에서 세 가지 문제가 발생하기 시작합니다.

• 스트링거의 장력이 리본을 늘립니다. 인장 시 항복하는 리본은 들어갈 때보다 더 얇고 길게 나오며, 이는 불안정한 와이어 직경과 셀 위의 배치 오류로 나타납니다.
• 직진성이 저하됩니다. 가는 원형 와이어는 풀림, 스레딩, 스풀 이동 중에 더 쉽게 휘어지며, 그에 따라 위치 정밀도도 떨어집니다.
• 라미네이션이 리본을 변형시킵니다. 라미네이터의 압력과 온도 아래에서 너무 부드러운 리본은 납작해지거나 위치가 틀어집니다.

따라서 항복강도는 최댓값이 아니라 하나의 윈도우이며, 셀이 얇아지고 리본이 가늘어질수록 그 윈도우는 좁아집니다. 어닐링 온도, 라인 속도, 퍼니스 분위기를 그 윈도우 안에 유지하고 — 배치 간에도 일정하게 유지하는 것 — 이 리본 생산의 핵심 공정 역량 중 하나입니다.

구리의 또 하나의 특성은 별도로 한 줄 언급할 가치가 있습니다: 표면 품질입니다. 신선 또는 압연 과정에서 남은 스크래치, 버, 산화 반점은 코팅이 접착하기에 불량한 표면을 만들고, 와이어 둘레에서 두께가 변하게 합니다. 그 결과 한쪽은 잘 채워지고 다른 쪽은 부족한 접합이 됩니다. 0.26 mm 원형 와이어에서는 표면이 단면적에서 차지하는 비중이 6 mm 버스바보다 훨씬 크므로, 같은 결함이 더 큰 비용을 초래합니다.

이러한 특성이 결정되는 곳, 그리고 문제가 발생하는 곳

등급, 경도, 코팅은 모두 하나의 공정 순서에서 나옵니다: 주조, 최종 치수까지의 신선 또는 압연, 어닐링, 솔더 포트를 통한 주석 도금, 그다음 슬리팅과 스풀링. 두 단계가 모듈 라인이 체감할 대부분을 결정합니다. 어닐링 단계는 항복강도와 연신율을 결정하고, 주석 도금 단계는 코팅 조성, 두께, 균일성을 결정합니다. 어느 단계에서든 편차가 생긴 코일은 육안 검사는 통과하지만 더 하류의 어딘가에서 실패하는 리본을 생산합니다.

설비 측면에서, 그 공정 순서가 바로 PV 리본 와이어 신선 및 주석 도금 라인 이 구축되는 기준이며, 버스바 리본은 신선, 압연 및 주석 도금 라인에서 동일한 단계를 거칩니다. 하류에서는 그 특성들이 서로 다른 지점에 영향을 미칩니다.

• 스트링거 는 장력을 가하고 리본을 배치합니다. 너무 부드러우면 직경 편차와 배치 오류로 먼저 나타나고, 너무 단단하면 셀 휨과 미세 균열로 나중에 나타납니다. MBB 태버 스트링거 는 접촉하는 모든 셀에 대해 이 트레이드오프가 결정되는 곳입니다.
• 레이업 및 라미네이션 은 압력과 열을 가하며, 항복강도가 너무 낮은 리본은 납작해지거나 이동합니다.
• 버스바 및 용접 스테이션 은 리본과 리본을 접합하며, 여기서 코팅 합금과 플럭스가 두 번째 접합의 형성을 결정합니다. 이 공정은 버스바 용접기.
• 에 관한 이 노트에서 더 자세히 설명합니다. 열 사이클링과 습열

은 합금 선택의 장기적 결과가 가시화되는 유일한 곳이며, 그래서 인증서보다 그 뒤에 있는 시험 보고서가 더 중요합니다.

리본을 생산하든 구매하든, 수입 검사에 실질적인 시사점이 있습니다. 항복강도와 연신율, 코팅 두께와 그 균일성, 표면 상태와 직진성은 모두 로트별로 점검할 가치가 있습니다. 각 항목은 라미네이션 후 EL 이미지에서 같은 결함을 발견하는 비용에 비하면 측정 비용이 저렴합니다.

코팅 합금: 네 가지 시스템과 각각이 포기하는 것

PV 리본에 사용되는 코팅 합금의 융점 Sn63Pb37 (주석-납).

약 183 °C에서 녹는 고전적인 공정 조성입니다. 젖음이 좋고 넓은 공정 윈도우를 허용하며 비용이 적고 주석 휘스커에 강합니다. 기존 셀의 주류 코팅으로 남아 있습니다. Sn62Pb36Ag2 (주석-납-은).

소량의 은 첨가는 융점을 약간 낮추고, 더 유용하게는 그리드라인에서 용융 솔더로의 은 용해를 억제합니다. 솔더링 중 그리드라인에서 은을 덜 소모하므로 접합이 더 강해집니다. Sn42Bi58 (주석-비스무트).

약 138 °C의 저온 공정 조성으로, 이종접합 셀처럼 열에 민감한 셀 유형과 열 응력에 민감한 얇은 웨이퍼에 사용됩니다. 비스무트는 취성이 있고 합금은 전도성이 떨어지며, 접합의 피로 거동은 가정하지 말고 검증해야 합니다. 무연 (SAC305, SnCu 및 관련 합금).

유연 리본이 여전히 주류인 이유는 성능과 비용만의 문제가 아닙니다. 유럽 RoHS는 전기·전자 장비의 납을 제한하지만, PV 모듈은 오랫동안 그 적용 범위 밖에 있었고 수명 종료 시 주로 WEEE 경로를 통해 처리됩니다. 그럼에도 일부 고객과 시장은 무연을 지정하므로, 기본값이 유연인 경우에도 공정 능력이 필요합니다.

합금 선택은 단독으로 결정되지 않습니다. 저온 리본과 저온 솔더링을 조합하면 얇은 셀에 가해지는 열 부하가 줄어들지만, 그 접합부의 열 사이클링 거동은 TC 시험으로 확인해야 하며 초기 인장 강도는 이에 대해 아무것도 말해주지 않습니다. 플럭스도 같은 결정에 속합니다. 플럭스는 솔더링 순간에 산화물을 제거하여 솔더가 젖고 퍼질 수 있게 하는 물질이기 때문입니다. 코팅을 바꾸면 플럭스의 활성과 배합도 보통 함께 바꿔야 합니다. 이 둘은 별개가 아니라 함께 검증됩니다.

금속간 화합물: 솔더 접합부의 느린 변수

솔더링은 용융과 응고처럼 보이지만, 계면은 화학입니다. 코팅의 주석이 아래의 구리 및 그리드라인의 은과 반응하여 경계에 금속간 화합물 층, 즉 구리-주석 및 은-주석 상을 형성합니다. 얇고 연속적인 금속간 화합물 층이 접합부를 단순히 접촉한 두 표면이 아닌 야금학적 결합으로 만들어 주며, 그 존재는 좋은 신호입니다.

문제는 솔더가 응고된 후에도 반응이 멈추지 않는다는 점입니다. 이 층은 천천히 두꺼워지며, 온도가 높을수록 그리고 모듈의 사용 수명 동안 더 빠르게 두꺼워집니다. 금속간 화합물은 단단하고 취성이 있어, 층이 두꺼워지면 계면이 균열 경로가 됩니다. 열 사이클링 하에서 접합부는 변형되는 대신 화합물 층을 따라 파괴됩니다.

이것이 동일한 초기 인장 강도를 가진 두 리본이 노화 후 다르게 보일 수 있는 이유입니다. 납품 당일 측정한 인장 강도는 내구성 결과가 아니라 출발점이며, 모든 코팅 변경은 그에 뒤따르는 열 사이클링 데이터와 함께 해석해야 합니다.

코팅 두께: 단면 중 전도하지 않는 부분

간과하기 쉬운 사실 하나: 코팅 합금의 비저항은 그것이 덮는 구리의 약 10~20배에 가깝습니다.

따라서 코팅은 솔더에 해당하고 전도체의 거의 전부가 아니지만, 여전히 단면적을 차지합니다. 양쪽에 15 µm 코팅이 있는 0.26 mm 원형 와이어를 예로 들면, 구리 심은 직경이 약 0.23 mm에 불과하며 단면적에서 차지하는 비율은 대략 78%입니다. 나머지 22%는 전기적으로 말해 덤으로 따라가는 부분입니다.

리본이 가늘수록 이 점이 더 중요해집니다. 0.18 mm 원형 와이어에 동일한 15 µm 코팅을 하면 구리 심은 단면적의 약 70%만 남습니다. 이러한 민감도는 버스바 없는 셀 설계에 사용되는 초미세 리본이 엄격한 코팅 공차로 규정되는 이유 중 하나입니다. 코팅에서 몇 마이크로미터를 깎아내는 것이 누구나 얻을 수 있는 가장 저렴한 전도 단면입니다.

얇다고 해서 자동으로 더 좋은 것도 아닙니다.

• 너무 얇으면 접합부를 채울 솔더가 충분하지 않습니다. 인장 강도가 떨어지고, 보관 후에는 더 떨어집니다. 산화된 코팅은 젖음성이 낮아지기 때문입니다.
• 너무 두꺼우면 잉여분이 솔더 볼이나 브리지로 밀려 나오고, 전도하지 않는 단면 부분에 재료가 소모되며, 외관과 절연이 손상될 수 있습니다.
• 불균일 은 종종 세 가지 중 최악입니다. 원형 와이어의 편심 코팅이나 평면 리본의 한쪽 면이 다른 쪽보다 두꺼운 코팅은 한쪽은 잘 채워지고 다른 쪽은 부족한 접합부를 만들며, 단일 모듈 내에서 인장 강도의 넓은 산포를 초래합니다.

따라서 코팅 사양은 평균 두께, 공차 및 균일도 요구 사항을 명시해야 합니다. 보관 조건과 유효 기간도 같은 논의에 포함되어야 합니다. 코팅은 시간이 지나면서 산화되고 솔더링성도 그에 따라 떨어지기 때문입니다.

비용 절감: 구리 피복 알루미늄, 더 얇은 리본, 저은 코팅

리본 가격은 본질적으로 구리 가격에 가공비를 더한 것이므로 금속이 지배적인 변수입니다. 예시 계산: 144개의 반쪽 셀과 16개의 0.26 mm 원형 리본을 가진 182 mm 모듈은 약 0.27 kg의 구리를 포함하며, 그중 약 0.21 kg은 인터커넥트 리본, 0.06 kg은 버스바입니다. 2026년 9월 상하이 현물 가격이 톤당 약 CNY 110,000이라면, 가공 전 기준 모듈당 약 CNY 30, 즉 와트당 대략 CNY 0.05입니다. 구리 가격이 톤당 CNY 10,000 움직일 때마다 모듈은 약 CNY 2.7 변동합니다.

이 계산에서 세 가지 경로가 나옵니다.

구리 피복 알루미늄. 구리 클래딩을 입힌 알루미늄 심은 구리의 솔더링성 상당 부분과 알루미늄의 중량 및 비용 이점 대부분을 유지합니다. 부피 기준 구리 15% 및 동일 저항에서 추정되는 절충은 직경이 약 21% 더 크고, 중량은 구리의 약 60%, 원자재 비용은 약 30% 수준입니다.

직경이 문제입니다. 인터커넥트 리본에서는 추가된 폭이 셀 앞에 위치하여 셀을 가리므로 이득의 일부를 되돌려 받습니다. 구리 피복 알루미늄이 즉시 대체재가 되기 전에 세 가지 추가 질문에 답해야 합니다. 구리-알루미늄 계면이 얼마나 강하고 안정적인가(이를 균열시키는 열 사이클링은 저항을 높임), 절단 단부에서 알루미늄 심이 습열에 노출되어 구리-알루미늄 갈바닉 쌍을 형성하면 어떻게 되는가, 그리고 단면이 가늘어질수록 알루미늄의 낮은 강도와 피로 저항이 어떻게 거동하는가입니다. 지금까지의 증거로 볼 때 버스바 리본이 더 쉬운 진입점입니다. 크기가 중요하지 않고 아무것도 가리지 않기 때문입니다. 인터커넥트 리본은 전력, 신뢰성 및 비용 계산을 제대로 수행해야 합니다.

더 얇고 더 가는 리본. 단면을 줄이면 구리가 직접 절감되며, 이는 더 가는 원형 와이어로의 전환과 같은 방향입니다. 한계는 저항 손실이며, 이는 셀의 그리드라인 설계에 의해 결정됩니다.

저은 또는 무은 코팅. 은은 코팅에서 작은 비중을 차지하지만 은 가격이 높을 때는 실제 비용입니다. 신뢰성 요구 사항이 허용하는 경우 SnPbAg를 SnPb로 대체하는 것은 간단한 절감입니다.

절감은 전력 손실과 신뢰성 위험을 견뎌낼 때만 의미가 있습니다. 리본에서는 재료 비용과 시스템 성능을 함께 계산해야 하며, 이것이 바로 동일한 대체가 버스바에서는 분명히 옳고 인터커넥트 와이어에서는 분명히 틀릴 수 있는 이유입니다.

리본 데이터시트 읽는 방법

두 부분으로 된 모델을 손에 쥐면 데이터시트를 다르게 읽게 됩니다. 각 파라미터는 특정 고장 모드에 대한 답입니다.

마지막 행은 구매 사양서에서 가장 자주 빠지는 항목이며, 다른 어떤 것도 변하지 않은 라인에서 인장 강도가 갑자기 떨어지는 이유를 가장 잘 설명해 주는 항목입니다.

FAQ

PV 리본은 무엇으로 만들어집니까?

무산소 구리 코어에 얇은 솔더 코팅이 있으며, 일반적으로 원형 와이어의 경우 면당 약 15 µm입니다. 코팅은 네 가지 계열 중 하나입니다: 주석-납, 주석-납-은, 저온 공정용 주석-비스무트, 또는 무연 합금. TU1 및 TU2와 같은 구리 등급이 흔하며, 산소 함량이 충분히 낮아 비저항과 어닐링 거동이 예측 가능하게 유지됩니다.

왜 구리에 솔더를 코팅합니까?

솔더링성이 코팅의 전부이기 때문입니다. 구리는 산화되며, 깨끗한 구리조차도 은 그리드라인을 적시고 접합을 형성하는 재료가 아닙니다. 코팅은 스트링잉 중에 녹아 셀 금속화를 적시고 솔더 접합으로 응고됩니다. 벗겨진 구리 리본은 전류를 완벽하게 전달하지만 셀에 부착되지 않을 것입니다.

더 부드러운 리본이 항상 셀에 가해지는 응력이 적다는 뜻입니까?

셀의 경우 그렇습니다: 실리콘에 도달하는 응력이 적습니다. 라인의 경우 아닙니다. 특정 항복 강도 이하에서는 리본이 스트링거 장력 아래에서 늘어나 직경 안정성, 직진도 및 위치 정밀도를 잃고, 라미네이터에서 더 쉽게 변형됩니다. 항복 강도는 윈도우로 규정되며, 이 윈도우는 얇은 셀과 미세 원형 와이어의 경우 더 좁습니다.

무연 리본이 요구됩니까?

보편적으로는 아닙니다. 유럽 RoHS는 오랫동안 PV 모듈을 적용 범위에서 제외해 왔으며, 유럽의 수명 종료 모듈은 주로 WEEE를 통해 처리됩니다. 따라서 많은 프로젝트가 여전히 유연 코팅을 사용하지만, 점점 더 많은 고객과 시장이 무연을 규정하고 있습니다. 그 대가는 유연 공정 온도보다 약 35~45 °C 높은 솔더링 온도이며, 이는 셀에 더 많은 열 부하와 더 좁은 공정 윈도우를 의미합니다.

구리 피복 알루미늄 리본은 무엇에 사용됩니까?

먼저 버스바 리본입니다. 구리를 구리 피복 알루미늄 도체로 대체하면 동일 저항에서 직경이 약 21% 증가하며, 더 넓은 인터커넥트 리본은 셀을 음영 처리합니다. 버스바 리본은 셀 앞에 위치하지 않으므로 그 반론이 사라집니다. 인터커넥트 용도는 또한 열 사이클링 하에서의 계면 안정성과 절단 단부에서 알루미늄 코어가 노출되는 갈바닉 부식에 대한 질문에 답해야 합니다.

수입 검사에서 무엇을 확인해야 합니까?

로트별 항복 강도와 연신율, 코팅 두께와 그 균일성, 직진도 또는 캠버, 표면 상태, 공장이 실제로 사용하는 보관 기간 후의 솔더링성, 그리고 포장의 날짜 코드입니다. 이 모든 것은 EL 이미지에서 나중에 발견하는 것보다 입고 시 확인하는 것이 더 저렴하며, 그때는 동일한 결함이 이미 모듈에 라미네이션된 상태입니다.

최종 생각

구리는 전도하며, 구리 경도는 솔더링 응력이 얼마나 셀에 도달하는지를 결정합니다. 코팅은 솔더링하며, 코팅은 접합이 얼마나 오래 지속되는지를 결정합니다. 리본 사양서의 거의 모든 수치는 이 두 가지 역할 중 하나를 제어하는 방법이며, 파라미터가 어느 역할에 속하는지 알면 그것이 무엇을 방어하는지 알 수 있습니다. 모듈 라인에서 실용적인 버전은 더 짧습니다: 인장 강도, 마이크로크랙 수 또는 배치 정밀도가 변할 때, 답은 보통 기계 설정이 아니라 재료에 있습니다.

비저항, 밀도, 팽창 계수 및 융점 값은 일반적인 참고 수치이며 출처에 따라 약간 다릅니다. 구리 소비량과 비용 수치는 182 mm, 144 하프셀 모듈에 0.26 mm 원형 리본 16개와 2026년 9월 상하이 구리 현물 가격을 기준으로 한 예시적 계산이며, 가공 비용은 제외하고 시장에 따라 변동됩니다. 코팅 두께 수치는 예시입니다. 등급 명칭과 허용 오차는 GB/T 5231 및 공급업체 자체 분석 성적서와 대조하여 확인하십시오.

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