KR101484908B1 - 집광부에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

집광부에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈이 개시된다. 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 솔라 셀(solar cell); 상기 솔라 셀의 전면에 형성되는 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)층; 상기 솔라 셀의 후면에 형성되는 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)층; 상기 제1 에틸렌 비닐 아세테이트층의 전면에 부착되는 커버(cover); 상기 커버의 전면에 형성되며, 입사되는 태양광을 집광하는 프라이머층(primer layer)을 포함하고, 상기 프라이머층은, 소정 범위 내의 간격마다 분포되는 5 마이크로미터(㎛) 내지 50 마이크로미터(㎛)의 범위 내 직경을 갖는 복수의 투과형 나노 플라스틱 볼(transparent nano plastic balls)을 구성한다. 상술한 집광부에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈에 의하면, 커버의 전면에 프라이머층을 형성함으로써, 태양광의 반사율을 낮춰 집광 효율을 높이는 효과가 있다. 또한, 프라이머층에 복수의 투과형 나노 플라스틱 볼을 형성하여 투과형 나노 플라스틱 볼을 통한 태양광의 투과율(transmittance) 및 확산 투과율(haze)을 높일 수 있는 효과가 있다. 이에, 보다 많은 태양광을 집광하여 솔라 셀로 전달할 수 있으므로, 태양광 발전 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

집광부에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈{SOLAR CELL MODULE FOR INCREASING LIGHT TRAPPING EFFICIENCY BY FORMING NANO PLASTIC BALLS IN LIGHT-CONCENTRATING PART}
본 발명은 태양전지 모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 집광부에 나노 플라스틱 볼(nano plastic balls)을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로는 투과율(transmittance)과 확산 투과율(haze)이 높은 나노 플라스틱 볼을 통해 집광을 하는 태양 전지 모듈에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 태양전지 모듈(10)은 솔라 셀(solar cell)(11), 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA)층(12), 제2 에틸렌 비닐 아세테이트층(13), 커버(cover)(14), 백 시트(back sheet)(15)로 구성된다.
솔라 셀(11)은 광전 효과에 의해 태양광을 전기로 변환하는 구성이다. PN 접합 다이어드로 구성된다.
공개특허공보 10-2010-0071246 또는 등록특허공보 10-1372142는 기존 태양전지 모듈의 구조를 예시하고 있다. 태양전지 모듈의 기본적인 구조는 도 1의 구조를 따른다.
이러한 태양전지 모듈(10)은 그 전기 생성 효율이 높지 않기 때문에, 태양광의 반사를 줄이고 보다 많은 태양광이 솔라 셀(11)에서 활용될 수 있도록 하는 것이 관건이다.
이러한 이유로 백 시트(15)에 굴절 필름을 부가하는 등 태양광을 더 많이 활용하기 위한 다양한 구조가 개발되고 있다.
그러나, 여전히 태양광의 반사율을 줄이고 트래핑(trapping) 비율을 높이는 데에는 한계가 있다.
대한민국특허청 공개특허공보 10-2010-0071246
본 발명의 목적은 집광부에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적에 따른 집광부에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈은, 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 솔라 셀(solar cell); 상기 솔라 셀의 전면에 형성되는 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)층; 상기 솔라 셀의 후면에 형성되는 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)층; 상기 제1 에틸렌 비닐 아세테이트층의 전면에 부착되는 커버(cover); 상기 커버의 전면에 형성되며, 입사되는 태양광을 집광하는 프라이머층(primer layer)을 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 프라이머층은, 소정 범위 내의 간격마다 분포되는 5 마이크로미터(㎛) 내지 50 마이크로미터(㎛)의 범위 내 직경을 갖는 복수의 투과형 나노 플라스틱 볼(transparent nano plastic balls)을 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 투과형 나노 플라스틱 볼은, 동일한 직경을 갖도록 구성될 수도 있다.
이때, 상기 투과형 나노 플라스틱 볼은, 5 마이크로미터, 8 마이크로미터 또는 12 마이크로미터 중 어느 하나의 직경을 가지는 것이 바람직하다.
다른 한편, 상기 프라이머층은 아크릴로 구성되고, 상기 투과형 나노 플라스틱 볼은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 투과형 나노 플라스틱 볼은, UV(ultra violet) 용액 속에서 UV 경화되어 형성될 수 있다.
그리고 상기 투과형 나노 플라스틱 볼은, 상기 프라이머층에 10 wt% 내지 80 wt%가 구성될 수 있다.
한편, 상기 커버는, 유리 또는 투명한 플라스틱 수지로 구성될 수 있다.
그리고 상기 투명한 플라스틱 수지는, PE(polyethylene), PEEK(polyetheretherketon), PEI(polyetherimide), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PET(polyethylenetherephtalate), PI(polyimide), PO(polyolefin), PMMA(polymethylmethacrylate), PSF(polysulfone), PVA(polyvinylalcohol), PVA(polyvinylalcohol), PVCi(polyvinylcinnamate) 또는 TAC(triacetycellulose)이 될 수 있다.
상술한 집광부에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈에 의하면, 커버(cover)의 전면에 프라이머층을 형성함으로써, 태양광의 반사율을 낮춰 집광 효율을 높이는 효과가 있다.
또한, 프라이머층에 복수의 투과형 나노 플라스틱 볼을 형성하여 투과형 나노 플라스틱 볼을 통한 태양광의 투과율(transmittance) 및 확산 투과율(haze)을 높일 수 있는 효과가 있다.
이에, 보다 많은 태양광을 집광하여 솔라 셀로 전달할 수 있으므로, 태양광 발전 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 솔라 셀에서는 집광부에 형성되어진 나노 플라스틱 볼과 프라이머층에 의해서 태양광의 반사율을 줄이고 솔라 셀 영역에 가두어 둘 수 있는 효과가 있다. 이 역시, 라잇트 트래핑(light trapping)을 증대시켜 더 많은 전기를 생산할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 태양전지 모듈의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부에 나노 플라스틱 볼을 함유한 프라이머(primer)을 형성시켜 태양광 모듈 효율이 증대되는 태양전지 모듈의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 투과율 및 확산투과율의 제1 실험 데이터이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 투과율 및 확산투과율의 제2 실험 데이터이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프라이머층에 반사 방지(anti-reflection) 효과를 적용한 전후에 따른 실험 데이터이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부에 나노 플라스틱 볼을 함유한 프라이머(primer)을 형성시켜 태양광 모듈 효율이 증대되는 태양전지 모듈의 측단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집광부에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈(이하, '태양전지 모듈'이라 함)(100)은 솔라 셀(solar cell)(110), 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA)층(120), 제2 에틸렌 비닐 아세테이트층(130), 커버(cover)(140), 프라이머층(primer layer)(150) 및 백 시트(back sheet)(160)를 포함하도록 구성될 수 있다.
태양전지 모듈(100)은 기존과 달리 커버(140)의 전면에 태양광의 반사를 방지하는 프라이머층(150)을 형성하도록 구성된다.
또한, 태양전지 모듈(100)은 프라이머층(150) 내부에 복수의 투과형 나노 플라스틱 볼(transparent nano plastic balls)(151)을 형성하도록 구성된다.
태양전지 모듈(100)은 복수의 투과형 나노 플라스틱 볼(151)에 의해 태양광의 투과율(transmittance)을 좀 더 높이고 투과형 나노 플라스틱 볼(151)의 구조에 의해 태양광이 확산 투과되도록 구성된다.
이에 의해, 솔라 셀(110)로 전달되는 태양광이 증대되고 집광 효율이 높아진다.
한편, 본 발명의 태양전지 모듈(100)은 투과형 나노 플라스틱 볼(151)의 크기와 그 구성비를 실험을 통해 최적화하여 투과율(transmittance)과 확산 투과율(haze)이 높은 프라이머층(150)의 최적 조건을 찾아 적용하고 있다.
이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
솔라 셀(110)은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 구성이다.
솔라 셀(110)은 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 PN 접합에 태양광이 조사되면 광전 효과에 의해 광기전력이 생성되는 원리가 이용된다.
솔라 셀(110)로서 금속과 반도체의 접촉을 이용한 셀렌(selenium) 광전지 또는 아황산구리 광전지와 반도체의 PN 접합을 이용한 실리콘 광전지 등이 이용될 수 있다.
제1 에틸렌 비닐 아세테이트층(120)은 솔라 셀(110)의 전면에 형성되고 제2 에틸렌 비닐 아세테이트층(130)은 솔라 셀(110)의 후면에 형성되도록 구성될 수 있다.
커버(140)는 태양광이 투과되고 보호될 수 있도록 솔라 셀(110)의 전면에 부착되는 구성이다.
커버(140)는 유리 또는 투명한 플라스틱 수지로 구성될 수 있다.
여기서, 커버(140)가 투명한 플라스틱 수지인 경우, 투명한 플라스틱 수지로서 PE(polyethylene), PEEK(polyetheretherketon), PEI(polyetherimide), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PET(polyethylenetherephtalate), PI(polyimide), PO(polyolefin), PMMA(polymethylmethacrylate), PSF(polysulfone), PVA(polyvinylalcohol), PVA(polyvinylalcohol), PVCi(polyvinylcinnamate) 또는 TAC(triacetycellulose)가 이용될 수 있다.
프라이머층(150)은 커버(120)의 전면에 형성된다.
프라이머층(150)은 태양광을 직접 받아들이며 집광하는 구성이다.
프라이머층(150)은 태양광의 반사를 방지하고 집광이 잘 될 수 있도록 하기 위한 구성이다.
프라이머층(150)에서는 복수의 투과형 나노 플라스틱 볼(131)이 여기저기 박혀 임베드(embed)될 수 있다.
투과형 나노 플라스틱 볼(151)은 프라이머층(150)에서 소정 범위 내의 간격마다 분포되도록 구성될 수 있다.
투과형 나노 플라스틱 볼(151)은 5 마이크로미터(㎛) 내지 50 마이크로미터(㎛)의 범위 내 직경을 갖도록 구성될 수 있다.
여기에서, 투과형 나노 플라스틱 볼(151)의 각각의 직경은 위 범위 내에서 서로 다른 직경을 가질 수도 있고 모두 동일한 직경을 가지도록 구성될 수도 있다.
바람직하게는 투과형 나노 플라스틱 볼(151)의 직경이 5 마이크로미터, 8 마이크로미터 또는 12 마이크로미터 중 어느 하나의 직경을 가지도록 구성될 수 있다.
프라이머층(150)는 아크릴로 구성되고, 투과형 나노 플라스틱 볼(151)은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)로 구성될 수 있다.
투과형 나노 플라스틱 볼(151)은 UV(ultra violet) 용액 내지는 UV 코팅액 속에서 UV 경화되어 형성되도록 구성될 수 있다.
투과형 나노 플라스틱 볼(151)은 그 성분과 구조상으로 볼 때 높은 투과율(transmittance)을 가질 수 있을 뿐만 아니라 볼록 렌즈 역할을 하여 태양광을 확산시키는 기능을 한다.
이에 투과형 나노 플라스틱 볼(151)을 통해 보다 많은 태양광이 확산 투과되며 확산 투과된 태양광이 솔라 셀(110)에 도달하게 된다.
한편, 투과형 나노 플라스틱 볼(151)은 프라이머층(150)에 10 wt% 내지 80 wt%의 구성비로 구성될 수 있다.
바람직하게는 투과형 나노 플라스틱 볼(131)의 중량비가 73 wt%가 될 수 있다.
백 시트(160)는 솔라 셀(110)의 후면에 부착되는 구성이다.
백 시트(160)는 태양광의 반사나 유출을 줄이고 라이트 트래핑(light trapping)을 하기 위한 구성이다. 라이트 트래핑된 태양광은 솔라 셀(110)을 통해 전기로 변환되어 발전 효율을 높이게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 투과율 및 확산투과율의 제1 실험 데이터이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈(100)의 투과율 및 확산투과율의 제1 실험 데이터이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 태양전지 모듈(100)에서 투과형 나노 플라스틱 볼(151)의 크기(직경)와 중량비를 각각 달리하여 그 투과율과 확산 투과율을 실험한 결과를 나타낸다.
실험을 위한 투과형 나노 플라스틱 볼(151)의 시편 1 내지 시편 3은 5 마이크로미터의 직경을 가지며, 시편 4 내지 시편 6은 8 마이크로미터의 직경을 가지며, 시편 7 내지 시편 9는 12 마이크로미터의 직경을 갖도록 하였다. 그리고 시편 1, 시편 4, 시편 7은 그 중량비를 0.111로 하였고, 시편 2, 시편 5, 시편 8은 0.161의 중량비, 시편 3, 시편 6, 시편9는 0.211의 중량비를 갖도록 하였다.
각각의 시편에 대한 투과율 및 확산 투과율을 도 4에 나타난 바와 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의 투과율 및 확산투과율의 제2 실험 데이터이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 태양전지 모듈의(110) 투과율 및 확산투과율의 제2 실험 데이터이다.
도 4를 참조하면, 시편 1 내지 시편 4의 직경을 5 마이크로미터로 동일하게 하였으며, 그 중량비를 각각 0.111, 0.161, 0.211, 0.730으로 달리 하였다.
실험 결과에 따른 확산 투과율(haze)은 중량비라 높아질수록 증대하였으며, 0.730에서 가장 높은 확산 투과율을 보였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 프라이머층(150)에 반사 방지(anti-reflection) 효과를 적용한 전후에 따른 실험 데이터이다.
도 5를 참조하면, 프라이머층(150)과 투과형 나노 플라스틱 볼 (151)을 적용한 경우, 적용 전보다 투과율이나 확산 투과율 모두 증대하였음을 알 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
11: 솔라 셀 12: 제1 에틸렌 비닐 아세테이트층
13: 제2 에틸렌 비닐 아세테이트층 14: 커버
15: 백 시트 110: 솔라 셀
120: 제1 에틸렌 비닐 아세테이트층 130: 제2 에텔린 비닐 아세테이트층
140: 커버 150: 프라이머층
151: 투과형 나노 플라스틱 볼 160: 백 시트

Claims (5)

  1. 태양광을 이용하여 전기를 생성하는 솔라 셀(solar cell)(110);
    상기 솔라 셀의 전면에 형성되는 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)층(120);
    상기 솔라 셀의 후면에 형성되는 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene Vinyl Acetate, EVA)층(130);
    상기 제1 에틸렌 비닐 아세테이트층의 전면에 부착되는 커버(cover)(140);
    상기 커버(140)의 전면에 형성되며, 입사되는 태양광을 집광하는 프라이머층(primer layer)(150)을 포함하고,
    상기 프라이머층(150)은,
    소정 범위 내의 간격마다 분포되는 5 마이크로미터(㎛) 내지 50 마이크로미터(㎛)의 범위 내 직경을 갖는 복수의 투과형 나노 플라스틱 볼(transparent nano plastic balls)(151)을 포함하며,
    상기 투과형 나노 플라스틱 볼(151)은,
    동일한 직경을 갖도록 구성되고,
    상기 프라이머층(150)은 아크릴로 구성되고, 상기 투과형 나노 플라스틱 볼(151)은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)로 구성되며,
    상기 투과형 나노 플라스틱 볼(151)은,
    UV(ultra violet) 용액 속에서 UV 경화되어 형성되고,
    상기 투과형 나노 플라스틱 볼(151)은,
    상기 프라이머층(150)에 10 wt% 내지 80 wt%가 구성되며,
    상기 커버(140)는, 유리 또는 투명한 플라스틱 수지이며,
    상기 투명한 플라스틱 수지는, PE(polyethylene), PEEK(polyetheretherketon), PEI(polyetherimide), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfone), PET(polyethylenetherephtalate), PI(polyimide), PO(polyolefin), PMMA(polymethylmethacrylate), PSF(polysulfone), PVA(polyvinylalcohol), PVA(polyvinylalcohol), PVCi(polyvinylcinnamate) 또는 TAC(triacetycellulose)인 것이고,
    상기 솔라 셀(110)은 금속과 반도체의 접촉을 이용한 셀렌(selenium) 광전지 또는 아황산구리 광전지와 반도체의 PN 접합을 이용한 실리콘 광전지이며,
    상기 솔라 셀(110)의 후면에는 태양광의 반사나 유출을 줄이고 라이트 트래핑(light trapping)을 하기 위해 백 시트(160)가 부착된 것을 특징으로 하는 집광부에 나노 플라스틱 볼을 형성시켜 집광효율이 증대되는 태양전지 모듈.
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