KR101455448B1 - 투명 유리 기재 및 이러한 기재의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

투명 유리 기재(1)는 표면(3)의 일반적인 평면에 대하여 양각인 복수의 기하학적 패턴(5)에 의해 형성된 텍스쳐링(texturing)이 제공된 하나 이상의 표면(3)을 갖는다. 텍스쳐링은 텍스쳐링이 없는 것을 제외하면 동일한 기재를 통한 방사선의 투과율보다 큰 기재를 통한 방사선의 투과율을 제공한다. 또한, 기재의 표면(3)은 공기의 굴절률과 유리의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 반사 방지 층(7)이 제공된다. 반사 방지 층(7)은 기본 실리카 구조 및 0.5 내지 50 나노미터의 특징적인 치수를 갖는 공동화된 공간을 포함하는 표면(3)의 수준에서 유리 기재(1)의 표면 공동화 부분이다.

Description

투명 유리 기재 및 이러한 기재의 제조 방법 {SUBSTRATE EN VERRE TRANSPARENT GLASS SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A SUBSTRATE}
본 발명은 표면의 일반적인 평면에 대하여 양각인 복수의 기하학적 특징부가 제공된 하나 이상의 표면을 포함하는 투명 유리 기재에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 기재를 모듈의 전면 기재로서 포함하는, 모듈 상에 입사된 방사선, 특히 태양 복사선으로부터 발생된 에너지를 수집하기 위한 모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 투명 유리 기재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 의미내에서, 방사선으로부터 발생된 에너지를 수집하기 위한 모듈은, 특히 태양 복사선으로부터 발생된 에너지를 전기 에너지로 전환시킬 수 있는 광전지 태양광 모듈, 또는 태양 복사선으로부터 발생된 에너지를 열 전달 유체에 수집된 열 에너지로 전환시킬 수 있는 열 태양광 모듈일 수 있다.
통상적으로, 태양 복사선으로부터 발생된 에너지를 수집하기 위한 모듈은 전면 기재, 또는 에너지 전환 요소, 즉 광전지 모듈의 경우 광전지(들)에 대해 기계적 보호를 제공하면서, 이러한 에너지 전환 요소에 대해 태양 복사선의 양호한 투과율을 허용하는 유리 기능을 갖는 기재를 포함한다. 전면 기재는, 특히 투명 유리, 바람직하게는 매우 낮은 함량의 철 산화물을 갖는 클리어(clear) 또는 엑스트라-클리어(extra-clear) 유리, 예컨대 쌩-고벵 글래스(Saint-Gobain Glass)에 의해 시판되는 유리 "디아만트(DIAMANT)" 또는 유리 "알바리노(ALBARINO)"로 구성될 수 있다.
에너지-수집 모듈의 에너지 전환 효율을 증가시키기 위한 한 전략은 공기와 전면 기재 사이의 계면에서 모듈 상에 입사하는 방사선의 반사를 제한함으로써, 전면 기재의 투과성을 개선시키는 것으로 이루어진다. 이러한 목적을 위하여, 표면의 일반적인 평면에 대하여 오목하거나 볼록한 복수의 기하학적 양각 특징부를 제공함으로써, 방사선이 모듈 상에 입사하는 면에 위치하도록 의도된, 적어도 기재의 전면을 텍스쳐화하는 것이 공지되어 있다. 본 발명의 의미내에서, 텍스쳐화된 표면의 일반적인 평면은 양각 특징부의 일부분을 형성하지 않는 이러한 표면의 지점 또는 인접한 특징부의 경우에, 양각 특징부 사이의 접합부의 지점을 함유하는 평면이다. 투과성의 효과적인 개선을 얻기 위한 관점에서, 기재는 유리하게는, 경사진 텍스쳐링, 특히 이러한 특징부의 폭에 대한 텍스쳐링을 구성하는 양각 특징부의 두께의 비로 정의되는 높은 종횡비, 특히 0.1 초과의 종횡비를 갖는 텍스쳐링이 제공된다. 양각 특징부는 피라미드형 또는 원뿔형 또는 그 밖에, 바람직한 종방향을 갖는 특징부, 예컨대 홈 또는 리브(rib)일 수 있다. 그러나, 이러한 텍스쳐화된 전면 기재를 통합한 모듈의 효율은 제한된 채로 남아있다.
본 발명은, 보다 구체적으로, 방사선, 특히 태양 복사선으로부터 발생된 에너지를 수집하기 위한 모듈 중 전면 기재로서 통합될 때, 기재 상에 입사하는 방사선의 투과성을 최적화시킨 투명 유리 기재를 모듈의 에너지 전환 요소로 제안하여, 바람직하게는 간단하고, 쉽게 산업화될 수 있는 제조 방법을 가지면서, 선행 기술로부터의 모듈과 비교하여 이러한 모듈의 효율의 개선을 가능하게 함으로써 이러한 문제점을 해결하고자 하였다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명의 한 주제는 표면의 일반적인 평면에 대하여 양각인 복수의 기하학적 특징부에 의해 형성된 텍스쳐링이 제공된 하나 이상의 표면을 포함하고, 기재와 접촉한 하부 요소를 향하는 기재를 통한 방사선의 투과율이 텍스쳐링이 없다는 것만 상이한 동일한 기재를 통한 방사선으로 얻어진 투과율보다 크도록 텍스처링을 구성하고, 또한, 기재의 상기 표면은 공기의 굴절률과 유리의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 반사 방지 층이 제공되고, 상기 반사 방지 층은 실리카를 바탕으로 한 구조 및 0.5 나노미터 내지 50 나노미터의 특징적인 치수를 갖는 공극을 포함하는, 상기 표면 측 상 유리 기재의 에칭된 표면 부분인 것을 특징으로 하는 투명 유리 기재이다.
본 발명의 의미내에서, 투명 유리 기재는 적어도 태양 스펙트럼의 특정 파장 범위, 특히 기재가 통합되도록 의도된 모듈의 에너지 전환 요소를 위해 사용되는 파장 범위에서 투명한 기재이다. 예를 들어, 다결정질 규소를 기재로 하는 광전지를 포함하는 광전지 모듈의 경우, 기재는 유리하게는 400 nm 내지 1200 nm 파장 범위에서 투명하다. 또한, 본 발명의 의미내에서, 용어 "층"은 기재의 표면 층, 즉 기재에 부가된 층이 아니라, 기재의 통합 부분인 기재의 에칭된 또는 "골격화된(skeletonized)" 층을 의미한다.
본 발명에 따른 기재의 다른 유리한 특성에 따르면,
- 각각의 양각 특징부의 경우, 특징부의 폭에 대한 두께의 비는 0.1 이상, 바람직하게는 0.25 이상이고;
- 600 nm에서 반사 방지 층의 굴절률은 1.3 미만, 바람직하게는 약 1.22 내지 1.23이고;
- 각각의 양각 특징부의 두께는 10 마이크로미터 초과, 바람직하게는 100 마이크로미터 초과이고;
- 반사 방지 층의 두께는 30 나노미터 내지 1 나노미터, 바람직하게는 80 나노미터 내지 200 나노미터이고;
- 양각 특징부는 기재의 표면 상에 랜덤하게 분포되고;
- 양각 특징부는 인접하고;
- 양각 특징부는 비-0 정점 반각(non-zero apex half-angle)을 갖는 피라미드형 또는 원뿔형이고;
- 각각의 양각 특징부의 기저는 5 밀리미터 이하의 직경을 갖는 원내에서 내접하고;
- 양각 특징부는 홈 또는 리브이고;
- 양각 특징부의 임의의 정점 반각은 70° 미만, 바람직하게는 약 25° 내지 50°이고;
- 반사 방지 층은 실리카로 과포화된 산 용액을 사용하여 처리시킨 상기 표면 측 상 유리 기재의 표면 부분이고;
- 반사 방지 층은 실리카 포화점보다 약 0 내지 3 밀리몰/리터 높은 비율로 실리카로 과포화된 플루오규산의 용액을 사용하여 처리시킨 상기 표면 측 상 유리 기재의 표면 부분이다.
본 발명의 또다른 주제는 모듈의 전면 기재로서 상기한 바와 같은 기재를 포함하고, 기재의 표면에 양각 특징부 및 모듈의 전면인 반사 방지 층이 제공된, 모듈 상에 입사하는 방사선, 특히 태양 복사선으로부터 발생된 에너지를 수집하기 위한 모듈이다.
본 발명의 또다른 주제는
- 투명 유리 플레이트의 하나 이상의 표면 상에 이러한 표면의 일반적인 평면에 대하여 양각인 복수의 특징부를 포함하는 텍스쳐링을 형성하는 단계 - 상기 텍스쳐링은 평면과 접촉한 하부 요소를 향하는 평면을 통한 방사선의 투과율이 텍스쳐링이 없다는 점만 상이한 동일한 평면으로 수득된 투과율보다 크도록 구성됨 -;
- 유리 플레이트를 적어도 양각 특징부를 포함하는 표면 측에 대하여 실리카로 과포화된 산 용액에 침지시키는 단계
를 순차적으로 포함하는, 투명 유리 기재의 제조 방법이다.
유리하게는, 상기 표면 상 양각 특징부는 유리 플레이트의 롤링에 의해 형성된다.
또한, 유리 플레이트가 침지되는 용액은 유리하게는 실리카 포화점보다 약 0 내지 3 밀리몰/리터 높은 비율로 실리카로 과포화된 플루오규산의 용액이다.
본 발명의 특성 및 장점은 첨부된 도면을 참조로 단지 예로만 제공되는 본 발명에 따른 기재 및 모듈의 일 실시양태의 하기 설명에 나타날 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기재의 투시도이다.
도 2는 도 1의 기재의 제조 방법의 제1 단계의 개략적인 도해도이다.
도 3은 도 1의 기재의 제조 방법의 제2 단계의 개략적인 도해도이다.
도 4는 전면 기재로서 도 1의 기재를 포함하는 본 발명에 따른 광전지 모듈의 부분적이고 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 1의 기재와 동일한 두께 및 동일한 유리 매트릭스를 갖지만, 반사 방지 층을 갖지 않는 텍스쳐화된 전면 기재를 포함하는 선행 기술로부터의 광전지 모듈에 대한 도 4와 유사한 단면도이다.
도 6은 도 1의 기재와 동일한 두께 및 동일한 유리 매트릭스를 갖지만, 텍스쳐링과 반사 방지 층을 모두 갖지 않는 전면 기재를 포함하는 선행 기술로부터의 광전지 모듈에 대한 도 4와 유사한 단면도이다.
도 7은 모듈 상 방사선의 입사각의 함수로서, 도 6의 광전지 모듈의 효율을 기준으로, 한편으로는 도 4의 광전지 모듈 및 다른 한편으로는 도 5의 광전지 모듈의 효율의 향상에 대한 실험 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 8은 모듈 상 방사선의 입사각의 함수로서, 도 6의 광전지 모듈의 효율을 기준으로, 한편으로는 도 4의 광전지 모듈 및 다른 한편으로는 도 5의 광전지 모듈의 효율의 향상에 대한 도 4 내지 6의 모듈의 전면 기재의 표면 구조의 광학 시뮬레이션에 의해 얻어진 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 1에 나타낸 본 발명에 따른 기재(1)는 그의 표면(3) 중 하나 상에 피라미드형 특징부(5)의 조립체에 의해 형성된 볼록한 텍스쳐링을 포함하는, 롤링 및 패턴화된 엑스트라-클리어 투명 유리 플레이트이다. 이러한 유리의 한 예는 쌩-고벵 글래스에 의해 시판되는 유리 "알바리노 P"이다. 기재(1)의 텍스쳐링은, 특징부(5)의 폭(l5)에 대한 특징부(5)의 두께(e5)의 비로 정의되는 높은 종횡비를 가져서 기재(1)와 동일한 유리 조성을 갖지만 텍스쳐화되지 않은 유리 플레이트에 비해 개선된 방사선 투과성을 기재(1)에 제공한다. 도 1에 나타낸 예에서, 기재(1)의 표면(3)은 2 mm의 변 및 45°의 정점 반각을 갖는 평행사변형 기저를 갖는 복수의 인접한 피라미드형 특징부(5)를 포함한다. 각각의 피라미드형 특징부(5)의 폭은 특징부(5)의 기저가 내접된 가장 작은 원의 직경으로 정의된다. 각각의 특징부(5)는 표면(3)의 일반적인 평면(π)에 대해 돌출된 1 mm의 두께(e5)를 가져서, 기재(1)와 그의 텍스쳐링의 총 두께(e1)는 4 mm이다. 특징부(5)에 의해 형성된 텍스쳐링의 종횡비는 0.5의 값을 갖는다.
도 1에 명백하게 보여질 수 있는 바와 같이, 표면(3)의 피라미드형 특징부(5)는 물결 모양의 선(L)을 따라 정렬된다. 본 발명의 의미내에서, 특징부(5)의 정렬 선(L)은 여러줄로 서로 인접하게 배치된 피라미드형 특징부의 연속적인 동일한 변에 의해 형성된 선이다. 도 1에 나타낸 실시양태에서, 각각의 정렬 선(L)을 따라 연속적인 피라미드형 특징부(5)의 변의 종방향은 단계적으로 변형된다. 따라서, 개별적인 피라미드형 특징부의 변의 방향의 변형이 정렬 선(L)의 일반적인 또는 전체적인 방향에 대해 겹쳐져서 정렬 선(L)의 물결 모양을 생성한다. 출원 WO-A-2006134301호에 설명된 바와 같이, 표면(3) 상 피라미드형 특징부(5)의 이러한 랜덤 분포는 각각의 개별 반사각에 대한 기재(1) 상 반사율의 평균 절대 세기를 감소시키고, 반사 방향과 비-반사 방향 사이의 현저한 전이를 방지할 수 있게 한다. 이것은 기재(1)의 보다 균일한 외관을 생성하고, 눈부심 위험을 최소화한다.
유리하게는, 표면(3)의 텍스쳐링은, 표면에 형성될 텍스쳐링의 반대 형상을 갖는 금속 롤과 같은 고체 물체를 사용하여, 표면을 변형시킬 수 있는 소정의 온도에서 가열된 유리 플레이트의 플랫(flat) 표면의 롤링에 의해 수행된다. 목적하는 텍스쳐링의 형상에 따라, 롤링에 의해 형성된 특징부는 반드시 완벽한 기하학적 형상을 갖는 것은 아니다. 특히, 피라미드형 특징부(5)의 경우, 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 특징부의 정점 및 연부는 둥글다.
나타내지 않은 한 변법에 따르면, 본 발명에 따른 기재의 텍스쳐링은 피라미드형 특징부 이외의 특징부의 조립체에 의해 형성될 수 있다. 본 발명에 따른 기재의 특징부는 특히 원뿔형이거나, 홈 또는 리브 유형의 긴 특징부일 수 있다. 기재의 텍스쳐링이 피라미드형 또는 원뿔형 특징부에 의해 형성될 경우, 이러한 특징부는 유리하게는 다각형 기저, 특히 삼각형, 정사각형, 직사각형, 평행사변형, 6각형 또는 8각형 기저를 갖는다.
바람직하게는, 특징부는 인접한다. 특징부는, 그의 표면의 적어도 한 부분에서 접촉될 때 인접하다고 말한다. 원뿔은 그의 기저를 구성하는 원이 접촉할 경우, 인접할 수 있다. 특징부는, 플레이트의 표면이 더 텍스쳐화되고, 방사선의 투과가 더 개선되기 때문에, 인접한 것이 바람직하다. 특정 특징부는 특징부들 사이의 완전한 연결 또는 인접을 허용하지 않는다. 이것은 특히 특징부가 원뿔일 경우인데, 이는 원뿔의 기저의 원이 접촉할 때에도, 특정 표면적이 특징부의 일부분이 아닌 원 사이에 남아있기 때문이다. 표현 "완전하게 인접한"은 특징부의 기저의 윤곽이 또한 완전히 그의 이웃 특징부의 윤곽의 일부분인 것을 의미하는 것으로 이해된다. 특정 특징부는 플레이트의 전체 표면이 하나 이상의 특징부의 일부분이도록 완전하게 인접할 수 있다. 특히, 4각형 또는 6각형 기저를 갖는 피라미드는, 그것이 동일할 경우, 완전하게 인접할 수 있다.
또한, 기재(1)의 텍스쳐화된 표면(3)은 약 100 nm의 두께(e7) 및 600 nm에서 1.3 미만, 바람직하게는 약 1.22 내지 1.23의 굴절률을 갖는 다공성 실리카의 층인 반사 방지 층(7)을 포함한다. 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이, 층(7)은 기재(1)의 통합 부분인 표면(3) 측 상 기재(1)의 표면 부분이다. 층(7)은 실리카로 과포화된 플루오규산 H2SiF6의 용액을 사용하여 기재(1)의 구성 유리의 에칭 또는 골격화 처리로부터 생성된다. 따라서, 반사 방지 층(7)은, 실리카의 골격 및 약 0.5 nm 내지 50 nm의 평균 특징 치수를 갖는 공극 (또는 세공)을 포함하는, 표면(3) 측 상 기재(1)의 유리 구조에서 공동화된(hollowed out) 다공성 표면 부분이다.
층(7)이 제공된 기재(1)의 제조는 상기한 바와 같이, 그의 표면(3) 중 하나 상에 텍스쳐화된 유리 플레이트(2)를 적어도 그의 텍스쳐화된 표면(3) 측에 대해 상기한 산 용액에 침지시키는 것을 포함한다. 실제로, 에칭 처리는, 텍스쳐화된 유리 플레이트(2)를 상기한 산 용액의 조를 포함하는 다양한 연속적인 조에 통과시킴으로써 수행된다.
보다 구체적으로, 도 2 및 3의 개략적인 도해도에 예시된, 본 발명에 따른 기재(1)의 제조 방법은 이하에 기재된 바와 같은 단계를 포함한다.
먼저, 상기한 랜덤 피라미드형 텍스쳐링은 엑스트라-클리어 투명 유리의 플레이트(2)의 표면(3) 상에 형성된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 텍스쳐링은, 특히 유리를 그의 표면을 변형시킬 수 있는 소정의 온도에서 가열시키고, 표면을, 그의 주변에 유리 플레이트(2) 상에 각인될 텍스쳐링과 상보성인 피라미드형 텍스쳐링을 갖는 금속 롤(6)을 사용하여 변형시킴으로써, 플레이트(2)의 플랫 표면의 롤링에 의해 형성될 수 있다. 변법으로서, 텍스쳐링은 롤링 이외의 기술, 예컨대 열성형 또는 조각에 의해 수행될 수 있다.
임의로, 텍스쳐링을 생성한 후에, 유리 플레이트(2)의 화학적 또는 열적 강인화가 수행될 수 있다. 특히, 텍스쳐화된 플레이트(2)의 후속 에칭 처리는 강화 유리 또는 비-강화 유리에 적용될 수 있다.
유리 플레이트(2)의 텍스쳐링과 동시에 또는 그 전에 또는 그 후에, 실리카 포화점보다 0 내지 3 밀리몰/리터 높은 범위의 비율로 실리카로 과포화된 플루오규산 H2SiF6의 용액을 제조한다.
이어서, 유리 플레이트(2)를 실리카로 과포화된 플루오규산의 미리 제조된 용액의 조에서 적어도 그의 텍스쳐화된 표면(3) 측에 대해 침지시킨다. 산 용액은 유리 플레이트(2)에 대해 작용하여 텍스쳐화된 표면(3) 측 상에 실리카의 네트워크 및 약 0.5 nm 내지 50 nm의 특징적인 치수를 갖는, 네트워크의 분자들 사이의 공극을 포함하는, 반사 방지 층(7)인 공동화된 또는 "골격화된" 층을 생성한다. 층(7)의 두께(e7)는 유리 플레이트(2)의 실리카로 과포화된 플루오규산 조에서의 침지 시간에 의해 결정된다.
바람직하게는, 에칭 처리는 약 25℃ 내지 80℃의 플루오규산 용액의 소정의 온도에서 수행된다. 유리 플레이트(2)의 에칭 처리 속도는 온도에 따라 증가한다. 또한, 가능한 한 균일한 반사 방지 에칭 층(7)을 얻기 위하여 플루오규산 용액을 교반하는 수단을 제공하는 것이 유리하다.
임의로, 실리카로 과포화된 플루오규산의 조에 침지시키기 전에, 텍스쳐화된 유리 플레이트(2)를 적어도 그의 텍스쳐화된 표면(3)에 대해, 특히 탈오염 분말을 이용하고/거나 실리카를 위한 용매로 작용하기에 적합한 물질을 포함하는 예비-세척 조, 예컨대 수산화나트륨 또는 플루오르화수소산의 조에 침지시킴으로써 세척할 수 있다. 이러한 예비처리는 유리 플레이트(2)의 개방 공기로의 장기간의 노출로 인해 텍스쳐화된 표면(3) 상에 존재할 수 있는 표면 오염 물질을 제거할 수 있게 한다. 이러한 예비세척은 가능한 한 균일한 반사 방지 공동화 층(7)의 형성에 기여한다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 반사 방지 층(7)의 형성을 위한 텍스쳐화된 유리 플레이트(2)의 처리를 위한 전체 공정은, 세척기(12)에서 텍스쳐화된 플레이트(2)를 세척한 후, 텍스쳐화된 플레이트(2)를 6개 이상의 연속적인 조에 통과시키는 것을 포함한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 이러한 조는 플레이트(2)의 예비세척을 위한 수산화나트륨 또는 플루오르화수소산의 조(B1), 2개 이상의 세정조(B2 및 B3), 플레이트(2)의 에칭 처리를 위한 실리카로 과포화된 플루오규산의 조(B4), 이어서 다시 2개 이상의 세정 조(B5 및 B6)를 포함한다. 예를 들어, 에칭 처리 전 및 후의 플레이트의 세정은 탈염수에서 수행될 수 있다. 이어서, 이렇게 수득된 기재(1)를 도 3의 오른쪽에서 볼 수 있는 건조기(14)로 통과시킨다.
유리하게는, 반사 방지 층(7)의 형성을 위한 유리 플레이트(2)의 처리를 위한 공정은, 플레이트(2)의 사전 텍스쳐링을 위한 공정과 같이 완전히 자동화된다. 이러한 자동화는 본 발명에 따른 기재(1)의 표면(3)의 표면 특성의 양호한 품질 및 양호한 재현성을 보장한다. 또한, 이러한 자동화에 의해, 본 발명에 따른 기재(1)의 연속적인 제조 공정을 구성할 수 있다. 특히, 반사 방지 층(7)의 형성을 위한 텍스쳐링 공정 및 처리 공정은 기존 유리 기재 제조 라인의 말단에 쉽게 통합되어 반사 방지 층(7)의 형성을 위한 처리 공정이 텍스쳐링 공정 직후에 수행될 수 있다.
연속적인 제조 공정의 맥락내에서, 실리카로 과포화된 플루오규산의 조(B4) 중 실리카의 양은 정기적으로 제어되고 조정되어 반사 방지 에칭 층(7)의 효과적인 형성을 보장하여야 한다. 실제로, 특허 US 2 490 662호에 설명된 바와 같이, 표면 층(7)의 형성은 플루오규산 용액의 실리카 포화점 초과에서 이러한 용액에 존재하는 실리카의 양에 따라 달라진다. 특히, 특정 유리의 표면을 "골격화"시키는 실리카로 과포화된 플루오규산의 용액의 능력은 용액에 과량으로 존재하는 실리카의 양과 관련된 "용액 효능"으로 공지된 인자에 의해 결정된다. 따라서, 용액 효능이 너무 높은 용액은 유리 플레이트의 구성 유리의 층을 균일하게 용해시키는 경향이 있는 반면, 용액 효능이 너무 낮은 용액은 그의 표면을 공격하지 않고 유리 플레이트 상에 실리카의 필름을 침착시키는 경향이 있다.
유리 플레이트의 에칭 처리에 적합한 효능을 갖는 실리카로 과포화된 플루오규산의 용액은 실리카 포화점보다 약 0 내지 3 밀리몰/리터 높은 과량의 실리카를 가지며, 정확한 값은 처리될 플레이트의 구성 유리의 조성에 따라 달라진다. 실리카로 과포화된 플루오규산의 용액의 용액 효능은 시간이 지남에 따라 증가하는 경향이 있다. 유리하게는, 붕산 H3BO3를 플루오규산의 용액에 첨가함으로써 용액 효능을 감소시킬 수 있다. 따라서, 예를 들어, 본 발명에 따른 기재(1)의 연속적인 제조 공정의 맥락내에서, 에칭 처리를 위하여 의도된 실리카로 과포화된 플루오규산의 조(B4)의 용액 효능의 값의 정기적인 제어를 설정하고, 용액 효능의 값이 그의 적절한 값에 대해 벗어날 때마다 붕산을 조(B4)에 첨가함으로써 이 값을 조정하기가 용이하다.
전면 기재로서 기재(1)를 포함하는 본 발명에 따른 광전지 모듈(10)이 도 4에 부분적이고 개략적으로 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 텍스쳐링(5) 및 반사 방지 층(7)이 제공된 기재(1)의 표면(3)은 방사선이 모듈(10) 상에 입사하는 면에 존재한다. 이러한 실시양태에서, 전면(3)의 반대 쪽의 기재(1)의 표면(4)은 반사 방지 층이 없고 하나 이상의 광전지(9)와 대향하도록 위치된 전체적으로 편평한 부분 상에 존재한다. 변법으로, 기재(1)의 후면(4)은 층(7)과 유사하게 에칭에 의해 공동화된 반사 방지 층을 포함할 수 있고, 표면(4) 상 이러한 층의 존재는, 전지(들)(9)의 전면 전극 또는 임의의 적층 내부층에 의해 형성된, 기재(1)의 하부의 층의 구성 물질이 에칭에 의해 공동화된 층의 공극을 충전시키는 한, 모듈(10)의 효능에 영향을 미치지 않는다.
전지 상에 입사하는 방사선으로부터 발생된 에너지의 전기 에너지로의 전환의 보장에 적합한 전지(9) 또는 각각의 전지(9)의 흡수층은, 특히 비정질 또는 미정질 규소를 기재로 하거나, 카드뮴 텔루라이드를 기재로 하는 박막일 수 있다. 이 경우, 공지된 방식으로, 박막 전지(9) 또는 각각의 박막 전지(9)는 기재(1)의 표면(4)으로부터 시작하는:
- 전지의 전면 전극을 형성하는, 특히 투명한 전도성 산화물(TCO)을 기재로 하는 전기 전도성 투명 층;
- 흡수층; 및
- 전지의 후면 전극을 형성하는 전기 전도성 층
의 연속적인 스택을 포함한다.
실제로, 전지(9) 또는 각각의 전지(9)는 모듈(10)의 전면 기재(1)와 도시되지 않은 후면 기재 사이에 고정된다.
변법으로, 전지(9) 또는 각각의 전지(9)의 흡수층은, 임의로 갈륨 (CIGS 흡수층), 알루미늄 또는 황이 첨가된, CIS 흡수층으로 공지된 구리, 인듐 및 셀레늄을 포함하는 캘코파이라이트(chalcopyrite) 화합물의 박막일 수 있다. 이 경우, 박막 전지(9) 또는 각각의 박막 전지(9)는 상기한 바와 유사한 스택을 포함하며, 도시되지 않은 중합체 적층 내부층이 또한 전지(9)의 전면 전극과 기재(1)의 표면(4) 사이에 위치하여, 조립되었을 때 모듈(10)의 양호한 응집성을 보장한다. 적층 내부층은, 특히 폴리비닐 부티랄(PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 구성될 수 있다.
또다른 변법에 따라, 전지(9) 또는 각각의 전지(9)는 p-n 접합부를 형성하는 다결정질 또는 단결정질 규소 웨이퍼로부터 구성될 수 있다.
선행 기술로부터의 광전지 모듈(110) 및 광전지 모듈(210)이 각각 도 5 및 6에 도시되어 있다. 각각의 모듈(110 또는 210)은 본 발명에 따른 모듈(10)과 유사하게, 기재(1)와 동일한 두께를 갖고, 모듈(10)의 광전지(9)와 유사한 하나 이상의 광전지(109 또는 209) 위에 장착한, 기재(1)의 구성 유리와 동일한 조성의 엑스트라-클리어 유리로 제조된 전면 기재(101 또는 201)를 포함한다. 모듈(110)의 기재(101)는, 기재(1)의 것과 유사한 피라미드형 텍스쳐링(105)이 제공된, 방사선이 모듈(110) 상에 입사되는 측에 존재하도록 의도된 전면(103)을 포함한다. 그러나, 기재(101)는, 전면(103)이 반사 방지 층을 갖지 않는다는 점에서 본 발명에 따른 기재(1)와 상이하다. 모듈(210)의 기재(201)는 그 자체가 텍스쳐링과 반사 방지 층을 모두 갖지 않는 기재이다.
도 7 및 8은 모듈(210)의 효율을 기준으로 모듈(10)의 효율의 향상률(ε10) 및 모듈(110)의 효율의 향상률(ε110)을, 도 7의 경우 실험적으로 측정되고, 도 8의 경우 시뮬레이션에 의해 측정된 적분된 전류 밀도로 표현되는 모듈에 대한 방사선의 입사각의 함수로서 도시한다.
도 7의 실험 데이터로부터 나타난 바와 같이, 모듈(210)의 효율을 기준으로 모듈(110)의 효율의 향상률(ε110)은 0°의 입사각의 경우 3％ 내지 60°의 입사각의 경우 5％인 반면, 모듈(210)의 효율을 기준으로 본 발명에 따른 모듈(10)의 효율의 증가율(ε10)은 0°의 입사각의 경우 5％ 내지 60°의 입사각의 경우 8％이다. 따라서, 전면 기재로서 본 발명에 따른 기재(1)를 포함하는 모듈(10)은, 텍스쳐화되었지만 반사 방지 층을 갖지 않는 전면 기재(101)를 포함하는 선행 기술로부터의 모듈(110)의 효율 향상률보다 적어도 2％ 더 큰 효율 향상률을 갖는다.
이러한 실험 데이터는 기재(1, 101 및 201)의 표면 구조의 광학 시뮬레이션에 의해 얻어진 도 8에 나타낸 결과와 일치한다.
이러한 시뮬레이션을 구성하기 위한 가정은 다음과 같다:
- 기재(1, 101, 201)는 4 mm의 하나의 동일한 두께를 갖는, 쌩-고벵 글래스에 의해 시판되는 하나의 동일한 유리 조성물 "알바리노"로 구성됨;
- 모듈(10, 110, 210)에 대한 입사 방사선의 에너지 분포는 표준 태양 스펙트럼에 상응함;
- 전지에 도달하는 광자의 수에 대한 수집된 전자의 수의 비에 상응하는, 입사 방사선의 파장의 함수로서 광전지(9, 109, 209)의 효율의 평가는, 참고용으로서 다결정질 규소를 기재로 하는 광전지를 취하였지만, 이러한 기재의 텍스쳐링 및 기재 상 반사 방지 층의 존재로 인한 기재의 투과성의 개선이 기재에 입사되는 방사선의 파장에 따라 유의하게 달라지지 않는 한, 결과는 다른 유형의 광전지로 전치될 수 있음.
도 8의 곡선은 도 7의 시험 결과, 즉 모듈(210)의 효율을 기준으로 본 발명에 따른 모듈(10)의 효율의 향상률(ε10)이, 텍스쳐화되었지만 반사 방지 층을 갖지 않는 기재를 갖는 모듈(110)의 효율의 향상률(ε110)보다 0°의 입사각의 경우 약 2％ 및 60°의 입사각의 경우 약 3％의 비율로 더 크다는 점을 뒷받침한다.
비-텍스쳐화된 기재에 비하여, 텍스쳐화된 기재를 통한 광전지(9) 또는 적층 내부층과 같은, 기재와 접촉한 하부 요소로의 방사선 투과율의 향상에 대한 원인의 원리 분석은, 한편으로는, 기재의 전면의 텍스쳐링과 다른 한편으로는, 기재의 전면 상에 존재하는 반사 방지 층의 효과를 조합하여 이러한 기재의 투과성을 개선시킬 수 있는 이유를 이론적으로 설명할 수 있게 한다.
텍스쳐화된 기재에 대한 투과율 향상의 원인에 대한 제1 원리는, 기재의 양각 특징부 상 다중 반사에 의한 입사 방사선의 트랩핑(trapping)이다. 낮은 입사각을 갖는 기재(1, 101)에 대한 입사선(Ei)에 대하여, 한편으로는, 도 4 또는 5 및 다른 한편으로는 도 6의 비교로부터 나타난 바와 같이, 텍스쳐화된 표면(3, 103)의 양각 특징부(5, 105) 상에서 다중 반사가 일어나 기재로 도입되는 다수의 가능성(Et1, Et2)의 방사선을 제공하여, 기재(201)의 플랫 표면(203)에 비하여 기재(1, 101)의 텍스쳐화된 표면(3, 103)에 대한 반사율의 감소를 초래한다. 이러한 다중 반사는 특징부(5, 105)가 인접하고 경사질 경우, 즉 기재(1, 101)의 텍스쳐링이 높은 종횡비를 가질 경우, 훨씬 더 크다.
그러나, 텍스쳐화된 표면(3, 103)의 특징부(5, 105)가 완벽한 피라미드 형상이 아니라, 반대로 둥글 경우, 이러한 다중 반사 현상은 표면(3, 103)의 모든 영역에서 일어나지 않는다. 특히, 텍스쳐(5, 105)의 정점(51, 151) 및 밸리(valley)(52, 152)에 상응하는 가장 먼 영역에서, 상기한 입사 방사선의 트랩핑 현상은, 도 4 및 5의 왼쪽에 위치한 화살표(Er1 및 Er'1)에 의해 나타낸 바와 같이, 일어날 수 없다. 따라서, 이러한 가장 먼 영역(51, 151 및 52, 152)에서, 층(7)과 같은 반사 방지 층의 존재는 공기/유리 계면에서 입사 방사선의 투과율을 증가시킨다. 그러나, 반사 방지 층의 효과는, 플랫 기재에 비하여 텍스쳐화된 기재의 경우 더 낮은데, 이는 입사 방사선의 트랩핑이 일어나는 영역에서, 반사 방지 층의 효과는 무시될 정도이기 때문이다.
반사 방지 층(7)이 낮은 입사각을 갖는 입사선의 투과율의 증가 효과를 갖는 영역의 표면의 평가는 기재(1)의 총 표면의 약 3분의 2이며, 이는 실험과 모델화된 모두의 결과에 상응하고, 이에 따르면, 0°의 입사각에 대한 모듈(10)의 효율의 향상률(ε10)(5％)과 0°의 입사각에 대한 모듈(110)의 효율의 향상률(ε110)(3％) 사이의 차이(2％)가 0°의 입사각에 대한 모듈(110)의 효율의 향상률(ε110)(3％)의 3분의 2와 대략 동일하다.
또한, 기재(1, 101)로 도입된 후에 기재와 전지(9, 109)의 전면 전극에 의해 형성된 하부 층 또는 임의의 적층 내부층 사이의 계면에서 반사된 방사선은 특징부(5, 105)의 표면 상 반사에 의해 트랩핑되어, 방사선의 더 많은 부분이 기재를 통해 투과된다. 따라서, 반사율의 손실은 방사선의 이러한 제2 트랩핑에 의해 더 감소된다. 그러나, 이러한 제2 트랩핑이 전체 내부 반사 현상을 바탕으로 하는 한, 상응하는 투과율 향상은 기재의 전면(3, 103)에서 반사 방지 층의 존재 또는 부재에 의해 영향을 받지 않는다.
텍스쳐화된 기재에 대한 투과율 향상에 대한 원인의 제2 원리는 90°에 근접한 높은 입사각을 갖는 기재 상 입사선(Fi)의 경우, 방사선은 플랫 표면 상에서보다 특징부(5, 105)의 표면 상에서 더 낮은 입사각을 갖는다. 예를 들어, 45°의 정점 반각을 갖는 피라미드형 특징부(5, 105)의 경우, 그것이 둥글 경우에도, 플랫 표면 상에서 0 내지 90°로 변하는 입사각을 갖는 입사선(Fi)은 -45° 내지 +45°의 입사각을 갖는 텍스쳐(5, 105)의 표면과 만난다. 높은 입사각(90°에 근접함) 범위는 공기/유리 계면에서 반사되기 쉽기 때문에, 0 내지 90°의 입사각 범위의 -45 내지 +45° 범위로의 치환은, 상당한 반사율 감소를 수반한다. 높은 입사각에 대한 이러한 반사율 감소 효과는, 특징부(5, 105)가 경사져 있기 때문에, 즉 기재(1, 101)의 텍스쳐링이 높은 종횡비를 갖기 때문에 훨씬 더 현저하다. 또한, 반사 방지 층(7)의 존재는 높은 입사각을 갖는 이러한 광선의 투과율을 개선시키는 역할을 하는데, 이는 방사선의 트랩핑 현상이 이러한 광선에 대하여 일어나지 않기 때문이다. 실제로, 도 4 및 5의 오른쪽에 위치하는 화살표(Fr1 및 Fr'1)에 의해 나타낸 바와 같이, 높은 입사각을 갖는 광선은, 일단 반사되면 영원히 소실된다.
텍스쳐링 및 기재의 전면 상에 존재하는 반사 방지 층의 효과를 조합하여 이러한 기재의 투과성을 최적화할 수 있다는 이러한 이론적 관찰로부터, 이러한 효과가, 텍스쳐링의 구성 특징부의 둥근 형상이 고려되지 않을 경우, 특히 낮은 입사각에 대하여, 처음에는 상충되거나 적어도 양립될 수 없는 것으로 보일지라도, 본 발명은 표면 중 하나 상에 텍스쳐링 및 에칭 처리에 의해 형성된 반사 방지 층을 조합한 기재를 제공한다. 상기 예로부터 나타난 바와 같이, 이러한 기재는 전면 기재로서 광전지 모듈로 통합될 경우, 선행 기술의 모듈과 비교하여 이러한 모듈의 효율을 실질적으로 개선시킨다.
본 발명에 따른 기재의 텍스쳐링의 구성 특징부(5)는, 기재의 표면의 일반적인 평면(π)에 대하여 돌출부 또는 공동으로서, 10 마이크로미터 초과, 바람직하게는 100 마이크로미터 초과, 보다 바람직하게는 약 a 밀리미터의 소정의 두께(e5)를 갖는다. 본 발명에 따른 기재의 반사 방지 층(7)은, 그 자체가 30 나노미터 내지 1 마이크로미터, 바람직하게는 80 나노미터 내지 200 나노미터의 두께(e7)를 갖는다.
본 발명에 따른 기재의 반사 방지 층의 형성을 위한 에칭 처리의 선택은, 에칭 처리의 특징인 기재의 구성 유리의 구조의 산 공격이 플랫 유리 표면과 텍스쳐화된, 특히 고도로 텍스쳐화된 유리 표면 모두에서 일어나기 때문에 특히 유리하다. 이것은 간단하고, 신뢰성 있으며, 용이하게 자동화된 본 발명에 따른 기재의 제조 방법을 생성하며, 이러한 방법은 산업적 맥락내에서 연속적으로 작동하도록 쉽게 조정될 수 있다.
또한, 텍스쳐링과 조합된, 에칭 처리에 의해 생성된 반사 방지 층은, 본 발명에 따른 기재에 기재에 대한 입사 방사선의 개선된 투과성을 이러한 입사 방사선의 배향과 상관없이, 즉 입사 방사선의 넓은 입사각 범위에 대하여 제공한다.
또한, 에칭 처리에 의해 생성된 반사 방지 층은 본 발명에 따른 기재의 통합 부분이기 때문에, 선행 기술로부터 공지된 다른 유형의 반사 방지 층과 달리, 기재의 표면으로부터 제거될 수 없다. 따라서, 본 발명에 따른 기재의 반사 방지 층은 우수한 기계적 강도, 내열성 및 내약품성 및 특히, 기재가 태양 에너지를 수집하기 위한 모듈로 통합될 경우 유리한, 외부 기후 조건에 대한 양호한 장기간의 저항성을 갖는다.
본 발명은 기재되고 나타낸 예에 제한되지 않는다. 특히, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 기재의 텍스쳐링은 피라미드형 특징부 이외의 특징부의 조립체에 의해, 특히 원뿔형 특징부 또는 홈 또는 리브 유형의 긴 특징부의 조립체에 의해 형성될 수 있다. 모든 경우에, 본 발명에 따른 기재의 텍스쳐링은 충분히 깊고, 경사진다. 특히, 텍스쳐링의 양각 특징부의 프로필이 어떤 것이든, 각각의 특징부의 정점 반각은 유리하게는 70° 미만, 바람직하게는 약 25° 내지 50°이고, 텍스쳐링의 종횡비, 즉 각각의 특징부의 폭에 대한 두께의 비는 유리하게는 0.1 이상이다. 이러한 경사진 텍스쳐링은 기재에 개선된 방사선 투과성을 제공하기에 적합하다. 이러한 특징부가 피라미드형 또는 원뿔형일 경우, 각각의 특징부의 폭은 특징부의 기저가 내접한 가장 작은 원의 직경으로 정의된다. 특징부가 홈 또는 리브 유형의 긴 특징부일 경우, 각각의 특징부의 폭은 특징부의 종방향에 수직한 특징부의 횡방향 치수로 정의된다.
또한, 본 발명에 따른 기재의 텍스쳐링은 볼록한 텍스쳐링 대신, 오목한 텍스쳐링일 수 있으며, 양각 특징부는 기재의 텍스쳐화된 표면의 일반적인 평면에 대하여 공동화될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 기재의 양각 특징부는 인접하거나 인접하지 않다. 또한, 기재의 텍스쳐화된 표면 상 특징부의 랜덤 분포는, 유리할 경우, 필수적이지 않다. 특히, 쌩-고벵 글래스에 의해 시판되는 텍스쳐화된 유리 "알바리노 P" 및 텍스쳐화된 유리 "알바리노 G"는 에칭 처리를 통한 본 발명에 따른 기재의 제조에 적합하다.
또한, 본 발명에 따른 기재는 "알바리노" 유리 이외의 조성을 갖는 엑스트라-클리어 투명 유리, 예를 들어 쌩-고벵 글래스에 의해 시판되는 "디아만트" 유리와 같은 엑스트라-클리어 투명 플로트(float) 유리로 구성될 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 유리 기재의 텍스쳐링은 임의의 적합한 공정, 예를 들어 롤링, 열성형 또는 조각에 의해 얻어질 수 있다.
본 발명에 따른 기재는 상기한 것과 상이한 전체 두께를 가질 수 있다. 도시되지 않은 본 발명의 한 변법에 따르면, 본 발명에 따른 기재는 또한 그의 표면 중 하나 상에 뿐만 아니라, 그의 모든 표면 상에 텍스쳐링 및/또는 에칭 유형의 반사 방지 층을 포함할 수 있다. 실제로, 본 발명에 따른 기재의 에칭 유형의 반사 방지 층은 유리 플레이트를 조에 침지시켜 형성되기 때문에, 그의 표면 중 단지 하나보다는 전체 플레이트를 조에 침지시키는 것이 더 용이하고, 그 결과, 기재는 전면 및 후면의 그의 표면 각각에 에칭 유형의 반사 방지 층을 포함할 수 있다. 이 경우, 기재가 광전지 모듈에서 전면 기재로서 통합될 경우, 모듈의 전지(들)의 전면 전극에 의해 또는 적층 내부층에 의해 형성된 기재 아래의 층의 구성 물질은 기재의 후면 상에 존재하는 에칭 유형의 반사 방지 층의 공극을 충전시켜 후면의 반사 방지 층이 모듈의 효율을 변형시키지 않도록 한다.
마지막으로, 입사 방사선의 최적화된 투과성을 갖는 본 발명에 따른 기재는 방사선으로부터의 에너지를 수집하기 위한 임의의 유형의 모듈로 통합될 수 있으며, 광전지 태양광 모듈이 한 유리한 적용예이다.

Claims (15)

  1. 표면(3)의 일반적인 평면(π)에 대하여 양각인 복수의 기하학적 특징부(5)에 의해 형성된 텍스쳐링(texturing)이 제공된 하나 이상의 표면(3)을 포함하는 투명 유리 기재(1)로서,
    기재와 접촉한 하부 요소를 향하는 기재를 통한 방사선의 투과율이 텍스쳐링이 없다는 것만 상이한, 동일한 기재로 얻은 방사선의 투과율보다 크도록 텍스쳐링을 구성하고,
    상기 표면(3)에는 또한 공기의 굴절률과 유리의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 반사 방지 층(7)이 제공되고, 반사 방지 층(7)은, 실리카로 과포화된 산 용액으로 상기 표면(3)을 처리함으로써 생성되고, 실리카를 바탕으로 하는 구조 및 공극을 포함하는, 상기 표면(3) 상 유리 기재(1)의 에칭된 표면 부분이며,
    각각의 양각 특징부(5)에 대하여, 특징부(5)의 폭(l5)에 대한 두께(e5)의 비가 0.1 이상인 것을 특징으로 하는, 투명 유리 기재(1).
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 600 nm에서 반사 방지 층(7)의 굴절률이 1.3 미만인 것을 특징으로 하는 기재.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 각각의 양각 특징부(5)의 두께(e5)가 10 마이크로미터 초과인 것을 특징으로 하는 기재.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 반사 방지 층(7)의 두께(e7)가 30 나노미터 내지 1 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 기재.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 양각 특징부(5)가 인접한 것을 특징으로 하는 기재.
  7. 제1항 또는 제3항에 있어서, 양각 특징부(5)가 비-0 정점 반각(non-zero apex half-angle)을 갖는 피라미드형 또는 원뿔형인 것을 특징으로 하는 기재.
  8. 제7항에 있어서, 각각의 양각 특징부(5)의 기저가 5 밀리미터 이하의 직경을 갖는 원내에 내접하는 것을 특징으로 하는 기재.
  9. 제1항 또는 제3항에 있어서, 양각 특징부가 홈 또는 리브(rib)인 것을 특징으로 하는 기재.
  10. 제7항에 있어서, 양각 특징부(5)의 임의의 정점 반각이 70° 미만인 것을 특징으로 하는 기재.
  11. 제1항 또는 제3항에 따른 기재(1)를 모듈(10)의 전면 기재로서 포함하고, 양각 특징부(5) 및 반사 방지 층(7)이 제공된 기재(1)의 상기 표면(3)이 모듈의 전면인 것을 특징으로 하는, 모듈 상에 입사된 방사선으로부터 발생된 에너지를 수집하기 위한 모듈(10).
  12. 투명 유리 기재(1)의 제조 방법이며,
    투명 유리 플레이트(2)의 하나 이상의 표면(3) 상에 상기 표면(3)의 일반적인 평면(π)에 대하여 양각인 복수의 기하학적 특징부(5)를 포함하는 텍스쳐링을 형성하는 단계 - 텍스쳐링은 플레이트와 접촉한 하부 요소를 향하는 플레이트를 통한 방사선의 투과율이 텍스쳐링이 없다는 것만 상이한, 동일한 플레이트로 얻은 방사선의 투과율보다 크도록 구성됨 -;
    유리 플레이트(2)를 적어도 양각 특징부(5)를 포함하는 상기 표면(3) 측에 대하여 실리카로 과포화된 산 용액에 침지시키는 단계
    를 순차적으로 포함하며,
    각각의 양각 특징부(5)에 대하여, 특징부(5)의 폭(l5)에 대한 두께(e5)의 비가 0.1 이상인 것을 특징으로 하는, 투명 유리 기재(1)의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 표면(3) 상 양각 특징부(5)가 유리 플레이트(2)의 롤링에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 유리 플레이트(2)가 침지된 용액이 실리카 포화점보다 0 초과 3 미만의 밀리몰/리터 높은 비율로 실리카로 과포화된 플루오규산 용액인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 삭제
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