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한창운,박승일,오원욱 한국신뢰성학회 2017 한국신뢰성학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
염료감응형 태양전지는 제작의 단순성, 친환경적 재료 사용, 색상 구현 가능, 반투명성, 실내에서 작동 가능성 등의 이유로 차세대 태양전지의 하나로 많은 연구가 진행되고 있다. 특히 반투명성과 색상성의 장점은 BIPV(Building-integrated photovoltaics) 용도로 적용 가능성을 높이고 있다. 하지만 액체 전해질 사용 등의 이유로 인해 염료감응형 태양전지의 내구성은 아지 개선되어야 할 부분이 많다. 특히 고온 저장성은 타 기술에 비해 취약하다. 최근에 BIPV용 대형 크기의 염료감응형 태양전지가 개발되었다. 개발품의 고온 내구성을 평가하기 위하여 85°C 환경에 저장한 결과, 100시간 후 시편 출력이 80%로 이하로 저하되었다. 시험 후 시편에는 전해질이 누수 현상이 관찰되었다. 고온 내구성을 향상시키기 위하여 모듈에 대해 유한요소모델 해석을 수행하였다. 해석 결과 전극 부위의 응력이 100 MPa 이상으로 분석되었는데, 전극체인 은의 금속상태에서의 극한 강도가 140 MPa임으로 미루어 전극 부위의 응력이 전극 및 봉지제를 파괴하고 누수현상을 만드는 것으로 판단되었다. 이 전극 부위의 응력을 저하시키기 위해서 유한요소모델로 모듈 내셀 너비의 민감성 해석을 수행한 결과 셀 너비가 기존 11 mm에서 18 mm로 증가되면 전극 부위 응력이 현저히 저하됨을 밝혔다. 또한 봉지제와 전해질의 열팽창 계수를 조정함으로써도 응력이 저하됨을 보였다. 이런 설계 신뢰성적 입장에서의 연구결과를 반영하여 모듈을 재설계 및 제작하였다. 새로 제작된 염료감응형 태양전지 모듈은 85°C 환경에서 500시간을 출력 80%로 유지하여 향상된 내구성을 보였다.
한창운,한봉태 대한기계학회 2014 JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol.28 No.3
Accelerated thermal cycling (ATC) tests are conducted for various chip resistor assemblies using the lead-based (SnPb) and lead-free(SnAgCu) solders. The corresponding life prediction models are developed by employing the well-established energy density approach. The life prediction model constants are obtained from the ATC test data. The models are utilized to predict the lifetimes of chip resistorassemblies under a mobile device field condition. The analysis indicates that the lead-free solder used in the chip resistor assembly wouldoffer a longer lifetime under a field condition compared to the lead-based solder regardless of chip resistor types even when a reversetrend is observed in the ATC test results.
한창운(Changwoon Han),박노창(Nohchang Park),오철민(Chulmin Oh),홍원식(Wonsik Hong),송병석(Byeongsuk Song) 대한기계학회 2009 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2009 No.5
Heat sink system for a main board in a network computer is built on printed circuit board by an anchor structure, mounted by eutectic SnPb solder. Constant high temperature condition in the computer keeps solder creeping and makes it failed eventually. To calculate the stress and predict the life of soldered anchor in the station, FE model is used. In the model, Anand constitutive equation is employed to simulate creep characteristics of solder. Creep tests are conducted to verify and calibrate the solder model. A special jig is designed to mitigate the flexure of printed circuit board and to get the creep deformation of solder only in the test. Test results are compared with analysis and calibration is conducted on Anand model's constants. Calibrated Anand model represents the creep characteristics of SnPb solder accurately and, as a result, can perform life prediction of the solder precisely in creep condition.
한창운(Changwoon Han),박승일(SeungIl Park),이수연(Suyeon Lee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
태양 전지 모듈의 수명 또는 전력 보증 기간은 모듈의 신뢰성 측면 뿐만 아니라 태양 에너지 소요 비용 절감에 중요한 요소이다. 태양 전지 제조업체는 현재 실리콘 태양광 모듈에 대해 25 년 전력 보증을 제공하고 있지만, 이는 곧 연장되어야 한다. 본 연구는 열 사이클링 하에서 실리콘 태양전지 모듈의 수명을 늘리기 위해 기존 모듈에 대한 수치 해석과 신뢰성 최적화를 수행한다. 첫째, 기존 태양전지 모듈에 대해서 재료의 점성과 온도 의존성을 고려하여 수치모델을 개발한다. 둘째, 열 피로에 대한 솔더의 수명 예측 모델을 조사하고 수명의 결정 변수를 선택한다. 셋째, 모듈 내 설계 변수 변화에 따른 일련의 민감도 연구를 수행한다. 다음으로, 연구 결과로부터 신뢰성이 강화되도록 태양전지 모듈의 신뢰성 최적설계를 수행한다. 마지막으로, 새로운 최적설계안의 수명을 분석하고 기존 모듈과 비교한다. 신뢰성이 강화된 신뢰성최적설계 모듈의 수명은 기존 모듈에 비해 크게 늘어날 것으로 예상된다. The lifetime of solar cell modules, or power warranty time, is not only a reliability measure but also an important factor for the reduction of solar energy costs. Solar cell manufacturers currently provide 25 years power warranty to Si solar modules, but it should be extended. In this study, to enhance the lifetime of silicon solar modules under thermal cycling, numerical analysis and optimization are conducted on a conventionally designed module. First, the conventional module is numerically modeled with the temperature-dependent material properties including the viscosity of EVA and solder layers. Second, solder lifetime prediction models under thermal fatigue are investigated and a critical measure of the lifetime in the thermal fatigue is selected. Third, a series of sensitivity studies with the measure is conducted by the variation of module design parameters. Next, a reliability-enhanced design of solar cell modules is suggested from the study results. Finally, the lifetime of the new design is analyzed and compared with the conventional module under thermal cycling. The lifetime of the reliability-optimized module design is expected to increase significantly compared to that of the conventional module.