KR101595199B1 - 모듈 캐리어를 구비한 무프레임 태양광 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

모듈 캐리어를 구비한 무프레임 태양광 모듈 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양전지 형성용 층 구조물이 사이에 배치되는 기판과 커버층을 가지는 무프레임 태양광 모듈에 관한 것이다. 태양광 모듈의 장착을 보강하고/거나 지지하기 위한 적어도 하나의 모듈 캐리어가 층 구조물에 대면하지 않는 기판 표면에 체결되고, 모듈 캐리어는 경화형 접착제로 제조되는 접착층에 의해 기판 표면에 부착되는 적어도 하나의 접착면을 가지며, 접착층은 접착제가 경화되지 않은 상태에 있을 때 기판 표면으로부터 지정가능한 최소 거리에 접착면을 유지하도록 구성되는 하나 또는 복수의 스페이서를 포함한다. 스페이서는 모듈 캐리어의 접착면과 기판 표면 사이의 거리를 유지하기 위해 상이한 치수를 가진다. 본 발명은 또한 무프레임 태양광 모듈의 제조 방법으로서, 경화가능 접착제로 제조되는 접착층이 모듈 캐리어의 적어도 하나의 접착면 및/또는 기판 표면에 도포되며, 하나 또는 복수의 스페이서가 압력 서지에 의해 접착층 내로 공압식으로 취입되는 무프레임 태양광 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

모듈 캐리어를 구비한 무프레임 태양광 모듈 및 그 제조 방법{FRAMELESS SOLAR MODULE HAVING A MODULE CARRIER AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
태양광을 직접 전기 에너지로 변환하는 광기전 층 시스템은 널리 공지되어 있다. 이들 시스템은 대개 "태양 전지"로 지칭되는데, 용어 "박막 태양 전지"는 두께가 수 미크론에 불과하여 적절한 기계적 안정성을 위해 (캐리어) 기판을 필요로 하는 층 시스템을 가리킨다. 공지된 캐리어 기판으로는 무기 유리, 플라스틱(폴리머) 또는 금속, 특히 금속 합금이 있으며, 각각의 층 두께와 특유한 재료 특성에 따라 강성 판이나 가요성 필름으로 구성될 수 있다.
기술적 처리의 질과 효율성의 관점에서, 비정질, 마이크로모포스 또는 다정질 규소, 카드뮴 텔루라이드(CdTe), 갈륨 아세나이드(GaAs) 또는 캘코피라이트 화합물, 특히 화학식 CuF(In,Ga)(S,Se)2로 줄여 쓰는 구리-인듐/갈륨-디설퍼/디셀레나이드로 이루어진 반도체층을 갖춘 박막 태양 전지가 유리한 것으로 입증되었다. 특히 구리-인듐-디셀레나이드(CuInSe2 또는 CIS)는 태양광의 스펙트럼에 적합화된 밴드갭으로 인한 특히 높은 흡수 계수를 특징으로 한다.
통상적으로, 개별 태양 전지로는 1 볼트 미만의 전압 레벨만을 얻을 수 있다. 기술적으로 유용한 출력 전압을 얻기 위해 많은 태양 전지가 태양광 모듈 내에서 서로 직렬 연결된다. 이를 위해, 박막 태양광 모듈은 필름의 제조 중에 태양 전지가 일체화된 형태로 사전에 직렬 연결될 수 있다는 특별한 장점을 제공한다. 박막 태양광 모듈은 이미 누차에 걸쳐 특허 문헌에서 설명되었다. 단지 예로서, 특허 공개 DE 4324318 C1과 EP 2200097 A1을 들 수 있다.
실제로, 태양광 모듈은 건물의 지붕에 장착되거나("온-루프 장착"), 지붕 외장재의 일부를 형성한다("인-루프 장착"). 태양광 모듈을 특히 독립형 또는 자립형(무캐리어) 유리 구조물 형태의 파사드 또는 벽 요소로서 사용하는 것도 공지되어 있다.
태양광 모듈은 대개 지붕 또는 지붕 하부구조에 고정되는 모듈 홀더에 지붕과 평행하게 장착된다. 이런 모듈 홀더는 강재 앵커에 의해 기와 지붕에 체결되거나 나사에 의해 파형판 지붕 또는 사다리꼴 금속판 지붕에 체결되는 평행 지지 레일, 예컨대 알루미늄 레일로 구성된 레일 시스템을 포함한다.
한편으론 기계적 보강을 실현하고 다른 한편으론 모듈 홀더에 태양광 모듈을 장착하는 데 기여하는 알루미늄 재질 모듈 프레임을 태양광 모듈에 마련하는 것이 통례이다.
최근에는, 모듈의 중량이 저감되고 줄어든 제조비로 제조될 수 있는 무프레임 태양광 모듈의 생산이 갈수록 증가하고 있다. 일반적으로, 무프레임 태양광 모듈은 모듈의 이면에 접착식으로 접합되는 강 또는 알루미늄 재질의 보강 스트럿(strut)을 이면에 구비한다. 모듈 프레임과 마찬가지로, 보강 스트럿은 보강 역할을 하고 모듈 홀더에 태양광 모듈을 체결하는 데 기여할 수 있다. 업계에서는 이런 보강 스트럿을 "이면 레일(backrail)"로 빈번히 지칭한다. 특허 문헌에서, 이면 레일은 예컨대 특허공개 DE 102009057937 A1과 US 2009/0205703 A1에 설명되어 있다. 독일실용신안 DE 202010003295 U1은 태양광 모듈에 접착식으로 접합되는 모듈 캐리어로서, 스페이서가 접착제 조성물 내로 도입되는 모듈 캐리어를 제시한다. 이런 스페이서는 독일특허출원 DE 10 2009 057937 A1을 통해서도 공지되어 있다.
이와 달리, 본 발명의 목적은 보강 스트럿(이면 레일)을 구비한 무프레임 태양광 모듈의 제조를 유리하게 개선하는 것으로, 본 태양광 모듈은 보강 스트럿의 체결과 관련하여 특히 고품질을 갖추어야 한다. 또한 제조가 간단해야 하고 장착 비용이 저감되어야 한다. 이들 목적과 여타 목적은 통합된 특허청구범위의 특징을 갖는 태양광 모듈 및 무프레임 태양광 모듈 제조 방법에 의해 본 발명의 제안에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 하위 청구항의 특징에 의해 명시된다.
본 발명에 따르면, 태양 전지 형성용 층 구조물이 사이에 배치되는 기판과 커버를 구비하는 무프레임 태양광 모듈이 제시된다. 기판과 커버층은 예컨대 무기 유리, 폴리머 또는 금속 합금으로 제조되며, 예컨대 소위 적층 판유리 구조로 서로 연결되는 강성판으로 구현된다.
바람직하게는, 프레임워크 태양광 모듈은 박막 태양 전지가 일체화된 형태로 바람직하게는 직렬 연결된 박막 태양광 모듈이다. 통상적으로, 층 구조물은 이면 전극층과 전면 전극층, 그리고 흡수재를 포함한다. 바람직하게는, 흡수재는 예컨대 구리-인듐/갈륨 디설퍼/디셀레나이드(Cu(In,Ga)(S,Se)2) 계열의Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 반도체, 예컨대 구리-인듐-디셀레나이드(CuInSe2 또는 CIS) 또는 관련 화합물일 수 있는 캘코피라이트 화합물로 제조되는 반도체층을 포함한다.
움직이지 않게 고정된 모듈 홀더(예컨대 레일 시스템)에 대한 태양광 모듈의 장착을 보강하고/거나 지지하기 위한 적어도 하나의 모듈 캐리어가 층 구조물에 대면하지 않는 이면 기판 표면에 접착식으로 접합됨으로써 체결된다. 모듈 캐리어는 바람직하게는 (위에서 볼 때) 직사각형인 태양광 모듈의 종방향 측면을 따라 연장되는 보강 스트럿이다. 일반적으로, 모듈 캐리어는 예컨대 유리 (캐리어) 기판과 다른 재료로 제조되는데, 통상적으로 금속성 재료, 예컨대 알루미늄 또는 강으로 제조된다. 모듈 캐리어는 기판에 대한 체결을 위한 적어도 하나의 접착면을 갖는데, 접착면은 경화형 접착제로 제조되는 접착층에 의해 이면 기판 표면에 접착식으로 접합된다.
이 경우, 접착층이 하나 또는 복수의 스페이서를 포함하는 것이 극히 중요한데, 스페이서는 접착층에 의해 이면 기판 표면에 모듈 캐리어를 접합하기 위해 모듈 캐리어를 이면 기판 표면에 배치할 때 접착제가 (아직) 경화되지 않은 상태에 있을 때 이면 기판 표면으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 모듈 캐리어의 접착면을 유지하도록 각각 구현된다.
따라서, 본 발명에 따른 태양광 모듈은 특히 유리한 방식으로, 이면 기판 표면에 적어도 하나의 모듈 캐리어를 기술적으로 비교적 간단하고 고도로 변통성 있게 경제적으로 체결할 수 있도록 하며, 모듈 캐리어의 접착면과 이면 기판 표면 사이의 사전 지정가능한 최소 거리가 스페이서에 의해 신뢰성 있고 확실하게 유지될 수 있다.
실제로, 태양광 모듈은 예컨대 -30℃ 내지 +60℃일 수 있는 심한 온도 변동에 빈번히 노출된다. 모듈 캐리어와 기판의 재료가 일반적으로 상이하기 때문에, 이런 온도 변동은 이들 재료의 상이한 열팽창을 수반한다. 이는 모듈 캐리어가 알루미늄이나 강 같은 금속으로 제조되고 기판이 유리로 제조되는 경우에 특히 그러하다. 따라서, 모듈 캐리어가 이면 기판 표면에 너무 가깝게 배열되어 열팽창으로 인해 모듈 캐리어와 기판 표면 사이에 접촉이나 적어도 힘의 전달이 발생한다면 극심한 기계적 응력이 접착 접합부에 나타날 수 있다.
산업적 연속 생산시 경화형 접착제에 의해 기판에 모듈 캐리어를 접착 접합하는 것은 모듈 캐리어와 이면 기판 표면 사이의 거리와 관련한 일정 정도의 가변성과 항상 결부된다는 것이 입증되었다. 이는 모듈 캐리어와 기판의 접합시 (아직) 경화되지 않은 접착제의 가소적 가단성 때문이다. 현재까지는, 태양광 모듈의 산업적 연속 생산시 모듈 캐리어와 기판 사이의 최소 거리를 신뢰성 있고 확실하게 유지하는 것이 어려웠다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 접착층 내에 포함된 스페이서를 통해, 적어도 하나의 모듈 캐리어의 적어도 하나의 접착면과 이면 기판 표면 사이의 사전 지정가능한 최소 거리를 접착제가 아직 경화되지 않은 상태에서도 확실히 유지할 수 있다. 이를 위해, 스페이서는 경화되지 않은 접착제의 경도보다 높은 경도를 가진다. 접착제가 경화되면, 모듈 캐리어와 기판 사이의 거리도 접착제에 의해 고정된다. 스페이서에 의해 사전 지정가능한 모듈 캐리어와 이면 기판 사이의 최소 거리가 재료의 온도 유도 체적 변동에 맞게 적합화되면, 접착제가 경화될 때 재료의 온도 유도 체적 변동이 접착층에 의해 흡수될 수 있도록 기판에 접착식으로 접합되는 모듈 캐리어가 이면 기판 표면에서 멀리 이격되는 것이 보장될 수 있다. 따라서, 온도 유도 체적 변동에 의해 야기되는 접착 접합부의 증가한 마모에 효과적으로 대응할 수 있다.
본 발명에 따른 무프레임 태양광 모듈의 일 실시예에서, 접착층 내의 적어도 하나의 스페이서는 (캐리어) 기판의 재료의 경도보다 낮은 경도를 갖는 재료로 제조된다. 이 조치에 의해, 예컨대 모듈 캐리어의 체결을 위해 모듈 캐리어가 기판에 대해 가압될 때, 스페이서로 인한 기판의 국지적 상승 하중("점하중")을 유리하게 방지할 수 있다.
이를 위해, 스페이서는 바람직하게는 간단하고 경제적인 스페이서의 제조를 가능하게 하는 탄력적 가단성 재료, 예컨대 플라스틱으로 제조되어, 점하중에 의한 기판 손상을 신뢰성 있고 확실하게 방지할 수 있다.
바람직하게는, 탄력적 가단성 스페이서는 접착제가 경화되지 않은 상태에 있을 때 모듈 홀더와 기판 사이의 사전 지정가능한 최소 거리를 유지하기 위해 경화되지 않은 접착제의 경도보다 사실상 높지만 접착제가 경화된 후에 점하중이 나타나지 않도록 경화된 접착제의 경도에 대응하는 최대 경도를 가진다. 이는 태양광 모듈의 실제 적용시, 특히 예컨대 눈이나 풍압 하중으로 인해 고하중이 모듈 캐리어에 나타날 때 중요성을 가질 수 있다. 이를 위해, 예컨대 유리 기판의 경우, 탄력적 가단성 스페이서는 60 내지 90 쇼어, 특히 80 내지 90 쇼어 범위의 쇼어 강도를 갖는 재료로 제조된다.
원칙적으로 스페이서는 원하는 기능에 적절한 임의의 형상을 가질 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 각각 구체 형상으로 구현되는데, 이로써 공정 기술상의 장점이 실현되고 구경(spherical diameter)을 통해 최소 거리를 간단하고 정확하게 조절할 수 있다.
스페이서는 모듈 캐리어와 이면 전극 표면 사이의 거리의 방향으로 서로 동일한 치수, 예컨대 동일한 구경을 가질 수 있다. 본 발명에 따르면, 스페이서는 모듈 캐리어와 이면 기판 표면 사이의 최소 거리의 조절을 위해 모듈 캐리어와 이면 기판 표면 사이의 거리의 방향으로 서로 다른 치수(또는 다른 치수들), 예컨대 상이한 구경을 가지며, 이로써 모듈 캐리어와 기판 사이의 국지적 최소 거리가 모듈 캐리어 및/또는 기판의 특수한 요건(예컨대 모듈 캐리어의 기하구조)에 맞게 선별적으로 적합화될 수 있다. 예컨대 모듈 캐리어의 기하구조가 각기 다르면, 스페이서의 치수가 동일한 경우와 달리, 극도로 압축된 스페이서로 인한 점하중의 위험이 이 조치에 의해 현저히 줄어든다. 실제로, 탄력적 가단성 스페이서(예컨대 고무공)는 대개 특정 최대 스러스트(thrust)까지만 압축 가능하다. 이 "최대 스러스트"에 도달하면, 스페이서는 비교적 경질체로서 작용하며, 그 결과 점하중을 배제할 수 없다.
직사각형 형상으로 구현되는 본 발명에 따른 태양광 모듈의 다른 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 모듈 캐리어는 (모듈의) 종방향 측면을 따라 예컨대 세장형 보강 스트럿의 형태로 연장되고, 적어도 하나의 접착층은 (모듈의) 종방향 측면을 따라 유사하게 연장되는 접착 비드의 형태로 구현된다. 태양광 모듈이 산업적 연속 생산의 생산 라인에서 통상 종방향 측면을 따라 이동되기 때문에, 이 조치에 의해 (모듈의 횡방향으로 일어나는) 스페이서의 측방 변위가 유리하게 방지될 수 있다. 따라서, 태양광 모듈의 이동에 의해 스페이서가 접착 비드로부터 이탈하는 것이 신뢰성 있고 확실하게 방지될 수 있다.
바람직하게는, 태양광 모듈은 기판에 수직하게 배열되는 종방향 정중면의 양측에 배열되고 종방향으로 연장되는 두 개의 모듈 캐리어, 예컨대 세장형 보강 스트럿을 포함하는데, 모듈 캐리어는 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 접착 비드에 의해 각각 이면 기판 표면에 접착식으로 접합되고, 각각의 접착 비드는 기판에 수직하고 종방향 정중면에 수직하게 배열되는 횡방향 정중면의 양측에 배치되는 적어도 두 개의 스페이서를 포함한다. 이 조치로 인해, 모듈 캐리어를 기판으로부터 경제적이고 신뢰성 있고 확실하게 이격시킬 수 있다.
본 발명은 또한,
- 태양전지 형성용 층 구조물이 사이에 배치되는 기판과 커버층을 마련하는 단계,
- 태양광 모듈의 장착을 보강하고/거나 지지하기 위한 적어도 하나의 모듈 캐리어를 마련하는 단계,
- 모듈 캐리어의 적어도 하나의 접착면 및/또는 층 구조물에 대면하지 않는 기판 표면에 경화가능 접착제로 제조되는 접착층을 적용하는 단계,
- 접착층의 접착제가 경화되지 않은 상태에 있을 때 기판 표면으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 접착면을 유지하도록 각각 구현되는 하나 또는 복수의 스페이서를 아직 경화되지 않은 접착제 내에 도입하는 단계,
- 적어도 하나의 접착층에 의해 기판 표면에 모듈 캐리어를 접합하는 단계,
- 기판에 모듈 캐리어를 접착 체결하기 위해 접착층의 접착제를 경화시키는 (경화되도록 하는) 단계
를 포함하는 무프레임 태양광 모듈, 특히 박막 태양광 모듈의 제조 방법에 관한 것이다.
스페이서는 모듈 캐리어의 접착면과 기판 표면 사이의 거리를 유지하기 위해 서로 다른 치수를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 통해, 태양광 모듈은 기술적으로 간단하고 경제적으로 제조될 수 있으며, 모듈 캐리어가 이면 기판 표면으로부터 스페이서에 의해 사전 지정가능한 최소 거리에 배열되는 것이 보장된다. 공정 기술의 관점에서 볼 때, 스페이서는 모듈 캐리어의 접착면 및/또는 이면 기판 표면에 미리 적용된 적어도 하나의 접착층 내로 도입되는 것이 유리할 수 있다. 이 조치로 인해 종래의 노즐을 통해 접착제를 간단히 분무 또는 분사하는 것이 가능해지며, 노즐은 스페이서의 치수에 맞게 적합화될 필요가 없다. 본 발명에 따르면, 스페이서의 접착층 내로의 도입은 스페이서가 압력 서지에 의해 공압식으로 취입됨으로써 이루어지는데, 이는 특히 간단하고 경제적인 방식으로 실현 가능하다. 또한 스페이서는 접착층 내부의 사전 지정가능한 위치에 선별적으로 배치될 수 있다. 또한 상이하게 치수 설정된 스페이서가 간단한 방식으로 접착층 내로 도입될 수 있다.
무프레임 직사각형 태양광 모듈을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 다른 유리한 실시예에서는, 태양광 모듈이 관례적인 이동 방향을 취할 경우 스페이서의 측방 변위가 방지되도록, 적어도 하나의 모듈 캐리어는 (모듈의) 종방향 측면을 따라 연장되고 적어도 하나의 접착층은 종방향 측면을 따라 연장되는 접착 비드의 형태로 구현된다.
바람직하게는, 종방향으로 연장되는 두 개의 모듈 캐리어가 기판에 수직한 종방향 정중면의 양측에서 이면 기판 표면에 체결되는데, 모듈 캐리어는 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 접착 비드에 의해 이면 기판 표면에 각각 접착식으로 접합되고, 기판에 수직하게 그리고 종방향 정중면에 수직하게 배열되는 횡방향 정중면의 양측에 배치되는 적어도 두 개의 스페이서가 접착 비드 내로 도입된다.
본 발명에 따른 방법은 특히 상술한 바와 같이 구현되는 본 발명의 태양광 모듈을 제조하는 데 기여할 수 있다.
본 발명은 또한, 무프레임 태양광 모듈, 특히 박막 태양광 모듈의 이면 기판 표면에 모듈 캐리어를 체결하기 위한 경화가능 접착제로 제조되고, 모듈 캐리어가 이면 기판에 대해 가압될 때 이면 기판 표면으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 접착제가 경화되지 않은 모듈 캐리어를 이격시키도록 각각 구현되는 하나 또는 복수의 스페이서를 포함하는 적어도 하나의 접착층의 용도에 관한 것이다. 이 경우, 스페이서는 모듈 캐리어의 접착면과 기판 표면 사이의 거리를 유지하기 위해 서로 다른 치수를 가진다.
이상에서 언급한 태양광 모듈의 실시예와 청구된 태양광 모듈 제조 방법은 단독으로 또는 임의의 조합으로 실현될 수 있다.
이하, 첨부도면을 참조하여 예시적인 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 개략적인 (부분)단면도를 사용하여, 태양광 모듈의 이면 기판 표면에 대한 보강 스트럿의 접착 접합을 예시한다.
도 2는 도 1의 보강 스트럿을 체결하기 위한 접착 비드 내로 구체를 취입하는 것을 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는 도 1의 태양광 모듈의 보강 스트럿의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 1의 태양광 모듈의 이면의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 1의 박막 태양광 모듈의 개략적인 단면도이다.
우선 도 4와 도 5를 참조하면, 도 4는 참조부호 1로 일괄 표기된 무프레임 박막 태양광 모듈(1)의 모듈 이면("면 Ⅳ")의 개략도를 도시한다. 관례대로, 태양광 모듈(1)은 두 개의 평행한 종방향 측면(5)과 이에 수직한 횡방향 측면(6)을 갖는 (위에서 볼 때) 편평한 직사각체의 형태로 구현된다. 도 5는 박막 태양광 모듈(1)의 단면도를 도시한다.
도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, 박막 태양광 모듈(1)은 소위 "기판 구성"에 대응하는 구조를 갖고, 즉 박막 태양광 모듈은 박층으로 제조되는 층 구조물(23)이 적용되는 전기 절연성 (캐리어) 기판(2)을 가지는데, 층 구조물은 기판(2)의 광 진입 또는 전면 기판 표면(24)("면 Ⅲ")에 배열된다. 기판(2)은 예컨대 광 투과율이 비교적 낮은 유리로 제조되는데, 수행되는 공정 단계에 대해 불활성 거동을 보이고 충분한 강도를 갖는 여타 절연재를 사용하는 것도 마찬가지로 가능하다.
구체적으로, 층 구조물(23)은 전면 기판 표면(24)에 배열되는 이면 전극층(25)을 포함하는데, 이면 전극층(25)은 예컨대 몰리브덴(Mo)과 같은 불투명 금속으로 제조되며 예컨대 기상 증착에 의해 기판(2)에 적용될 수 있다. 이면 전극층(25)은 예컨대 약 1 ㎛의 층 두께를 가진다. 바람직하게는, 태양광의 최대 가능 부분을 흡수할 수 있는 밴드갭을 갖는 반도체를 포함하는 반도체층(26)이 이면 전극층(25)에 퇴적된다. 반도체층(26)은 예컨대 p-도전성 캘코피라이트 반도체, 예컨대 Cu(In,Ga)(S,Se)2 군의 화합물, 특히 나트륨(Na) 도핑된 구리-인듐-디셀레나이드(CInSe2)로 제조된다. 반도체층(26)은 예컨대 1 ㎛ 내지 5 ㎛, 예컨대 약 2 ㎛의 층 두께를 가진다. 버퍼층(27)이 반도체층(26)에 퇴적되는데, 버퍼층(27)은 예컨대 단일 카드뮴 설파이드(CdS)층과 단일 진성 산화아연(i-ZnO)층으로 제조된다(도면에는 상세히 도시 안 됨). 버퍼층(27)은 예컨대 반도체층(26)보다 작은 층 두께를 가진다. 전면 전극층(28)이 예컨대 기상 증착에 의해 버퍼층(27)에 적용된다. 입사 태양광이 약간만 약화되도록 보장하기 위해 전면 전극층(28)은 가시 스펙트럼 범위의 방사선에 대해 투명하다("윈도우층"). 일반적으로, TCO(투명 도전성 전극)층으로 지칭될 수 있는 투명한 전면 전극층(28)은 도핑된 금속 산화물, 예컨대 n-도전성 알루미늄(Al) 도핑 산화아연(ZnO)에 기초한다. 전면 전극층(28)은 버퍼층(27) 및 반도체층(26)과 함께 이종접합(반대 도체 유형의 층 연속체)을 형성한다. 전면 전극층(28)의 층 두께는 예컨대 약 300 nm이다.
환경의 영향에 대한 방비를 위해, 예컨대 폴리비닐 부티랄(PVB) 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)로 제조되고 태양광에 투명한 저철분 초백색 유리 재질의 커버판(30)에 접착식으로 접합되는 플라스틱층(29)이 전면 전극층(28)에 적용된다.
전체 모듈 전압을 증가시키기 위해 박막 태양광 모듈(1)의 모듈 표면은 직렬로 서로 연결되는 많은 수의 개별 태양 전지(31)로 분할된다. 이를 위해, 층 구조물(23)은 적절한 패터닝 기술, 예컨대 레이저 묘화 또는 기계가공(예컨대 드로싱 또는 스크래칭)을 사용하여 패터닝된다. 각각의 태양 전지(31)에 있어, 이런 패터닝 기술은 약자 P1, P2, P3로 약식 표기되는 세 개의 패터닝 단계를 포함한다. 제1 패터닝 단계(P1)에서는, 이면 전극층(25)이 제1 트렌치(32)의 생성에 의해 중단되는데, 이는 제1 트렌치(32)가 해당 단계의 반도체 재료에 의해 충전되도록 반도체층(26)의 적용 전에 수행된다. 제2 패터닝 단계(P2)에서는, 반도체층(26)과 버퍼층(27)이 제2 트렌치(33)의 생성에 의해 중단되는데, 이는 제2 트렌치(33)가 전면 전극층의 전기 도전재에 의해 충전되도록 전면 전극층(28)의 적용 전에 수행된다. 제3 패터닝 단계(P3)에서는, 전면 전극층(28), 버퍼층(27) 및 반도체층(26)이 제3 트렌치(34)의 생성에 의해 중단되는데, 이는 제3 트렌치(34)가 플라스틱층의 절연재에 의해 충전되도록 플라스틱층(29)의 적용 전에 수행된다. 대안으로서, 제3 트렌치(34)가 기판(2)까지 완전히 도달하는 것도 가능하다. 이상의 패터닝 단계 P1, P2, P3를 통해, 태양 전지(31)는 서로 직렬 연결되도록 형성된다.
도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 두 개의 세장형 보강 스트럿(4)(설명의 도입부에서는 "모듈 캐리어")이 태양전지 형성용 층 구조물에 대면하지 않는 기판(2)의 이면 기판 표면(3) 또는 모듈의 이면에 체결된다. 보강 스트럿(4)은 태양광 모듈(1)의 종방향 측면(5)을 따라 각각 연장되고, 모듈의 종방향 가장자리(9)에 가깝게 태양광 모듈(1)의 종방향 정중면(7)의 양측에 배열되며, 모듈의 횡방향 가장자리(10)로부터 약간 거리를 두고 종단된다.
태양광 모듈(1)의 기계적 보강은 두 개의 세장형 스트럿(4)에 의해 실현될 수 있다. 한편, 보강 스트럿(4)은 예컨대 지붕 또는 지붕 구조물에 움직이지 않게 고정되고 예컨대 알루미늄 재질의 복수의 지지 레일을 통상적으로 포함하는 모듈 홀더에 체결됨으로써 태양광 모듈(1)의 장착에 기여한다. 두 보강 스트럿(4)은 금속성 재료, 예컨대 알루미늄 또는 강으로 제조된다. 도 4에는 두 개의 보강 스트럿(4)이 도시되어 있긴 하지만, 태양광 모듈(1)은 보다 많거나 적은 수의 보강 스트럿(4)을 가질 수도 있다.
도 3a와 도 3b는 개개의 보강 스트럿(4)을 상세히 도시하는 것으로, 도 3a는 이면 기판 표면(3)에 접합되는 보강 스트럿(4)의 전면(11)의 사시평면도를 도시하고 도 3b는 보강 스트럿(4)의 이면(12)과 면(13)의 사시도를 도시한다.
이들 도면에 따르면, 보강 스트럿(4)은 프로파일부로서 구현되고, 예컨대 금속 성형 공정에 의해 금속판으로부터 제조된다. 보강 스트럿(4)은 적어도 이론상으로는 V자 형상 프로파일을 갖는 두 개의 섹션(14, 16)으로 분해될 수 있다. 따라서, 보강 스트럿(4)은 이면 스트립(17)에 의해 서로 연결되는 두 개의 레그(15, 15')가 예각으로 서로에 대해 배치되는 제1 V자 형상 섹션(14)을 포함한다. 두 개의 레그(15, 15')는 각각의 레그(15, 15')로부터 측방으로 절곡되고 종방향 측면(5)을 따라 연장되는 전면 스트립(18)에 각각 연결된다. 두 개의 전면 스트립(18)은 기판(2)에 보강 스트럿(4)을 체결하기 위한 접착면(19)을 제공한다. 두 전면 스트립(18) 중 하나는 인접 레그(15')에 대해 예각으로 배치되는 다른 레그(15")에 연결되며, 이로써 레그(15")는 인접 레그(15')와 함께, 제1 V자 형상 섹션과 반대 방향으로 배향되는 제2 V자 형상 섹션(16)을 형성한다. 다른 이면 스트립(17)이 레그(15")에 배치된다. 각진 프로파일을 갖는 보강 스트럿(4)의 구조로 인해, 태양광 모듈(1)은 매우 효과적으로 강화될 수 있다.
도 3a와 도 3b에 도시된 바와 같이, 접착 비드(20)가 보강 스트럿(4)의 두 접착면(19)에 각각 적용되는데, 접착 비드(20)는 이면 기판 표면(3)에 보강 스트럿(4)을 접착 접합하는 역할을 한다. 접착 비드(20)는 실질적으로 접착면(19)의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 접착 비드(20)는 접합된 상태에서 경화가능하거나 경화되며, 예컨대 산소의 존재 하에서 경화되는 접착제, 예컨대 2성분 접착제로 제조된다. 통상적으로, 접착제는 경화되지 않은 상태에서는 연성 또는 가소적 가단성이고, 단단한 상태로 경화됨으로써 선택적으로 일정 정도까지 탄력적 가단성으로 변환되며, 보강 스트럿(4)은 기판(2)에 고정 접합된다.
이제, 도 1을 참조하면, 태양광 모듈의 이면 기판 표면(3)에 대한 보강 스트럿(4)의 접착 접합이 태양광 모듈(1)의 종방향 측면(5)을 따라 취한 개략적인 (부분)단면도를 사용하여 예시되어 있다. 단면은 접착 비드(20)를 통해 절단되었다.
이 도면에 따르면, 예컨대 구체로 구현된 두 개의 스페이서(21)가 접착 비드(20) 내에 배치된다. 예컨대, 스페이서(21)의 동일한 직경을 통해, 보강 스트럿을 접착 접합하기 위해 보강 스트럿(4)이 기판(2)에 대해 가압될 때 보강 스트럿(4)의 두 접착면(19)과 이면 기판 표면(3) 사이의 동일한 최소 거리가 사전 지정될 수 있다. 우측 스페이서(21)를 대상으로 도 1에 표시된 바와 같이, 스페이서(21)는 기판(2) 및/또는 보강 스트럿(4)의 국지적인 기하학적 조건에 맞게 적합화되는 상이한 구경을 가질 수도 있다. 예컨대, (도 1에 점선으로 표시된) 우측 스페이서(21)는 기판(2)과 보강 스트럿(4) 사이의 보다 큰 거리를 실현하기 위해 좌측 스페이서(21)보다 큰 구경을 가질 수 있다. 이는 예컨대 이면 기판 표면(3)에 대해 후퇴된 보강 스트럿(4)의 접착면(19)(도 1에 점선으로 도시됨)에 의해 초래될 수 있다. 점하중의 위험성이 있는 동일 구경 스페이서(21)의 상이한 압축 강도가 상이한 구경을 갖는 스페이서(21)에 의해 유리하게 방지될 수 있다.
스페이서(21)는 예컨대 탄력적 가단성 플라스틱, 예컨대 쇼어 경도가 85인 EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔-고무)이나 쇼어 경도가 80인 POM(폴리옥시메틸렌)으로 제조된다. 따라서, 스페이서(21)는 스페이서 기능을 수행하기 위해 경화되지 않은 접착제보다 단단하지만, "지나치게 단단"하지는 않아서 국지적 점하중으로 인한 유리 기판(2)의 손상이 방지될 수 있다. 일반적으로, 스페이서(21)의 경도는 기판(2)의 경도보다 낮다. 또한, 예컨대 눈 또는 풍압 하중으로 인해 실제로 강한 힘의 영향을 받을 때 스페이서(21)로부터의 점하중을 방지하기 위해 스페이서(21)의 경도는 최대치가 경화된 접착제의 경도에 대응한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스페이서(21)는 모듈(10)의 횡방향 가장자리에 가깝게, 도 4에 도시된 횡방향 정중면(8)의 양측에서 각각의 접착 비드(20) 내에 배치된다. 보강 스트럿(4)당 네 개의 스페이서(21)에 의해, 보강 스트럿(4)과 기판(2) 사이의 최소 거리가 신뢰성 있고 확실하게 유지될 수 있다. 용어 "최소 거리"는 보강 스트럿(4)과 기판(2) 사이의 거리가 절대적으로 보다 클 수는 있지만, 적어도 스페이서(21)에 의해 사전 지정되는 거리에 대응한다는 것을 나타낸다.
도 2는 각각의 접착 비드(20) 내로 스페이서(21)의 도입을 예시한다. 우선, 접착 비드(20)가 보강 스트럿(4)의 두 접착면(19) 각각에 적용된다. 이는 예컨대 가압에 의해 아직 경화되지 않은 접착제를 접착제 노즐(미도시)을 통해 눌러 짜냄으로써 이루어진다. 이어서, 구형 스페이서(21)가 아직 경화되지 않은 접착 비드(20) 내로 스페이서 노즐(22)을 통해 공압식으로, 즉 인공 분사 기류에 의해 취입된다. 이는 접착제 노즐이 스페이서(21)의 치수에 맞게 적합화될 필요가 없다는 장점을 가진다. 스페이서 노즐(22)은 예컨대 중앙 스톡(미도시)으로부터 스페이서(21)를 공급받을 수 있어서, 스페이서 노즐(22)의 장전과 중앙 스톡의 충전이 간단하게 이루어질 수 있다. 스페이서 노즐(22)은 생산시 예컨대 접착제 노즐 가까이에 배열될 수 있다. 스페이서(21)가 접착 비드(20) 내부에 선별적으로 배치될 수 있도록 접착 비드(20)와 스페이서 노즐(22)은 서로에 대해 이동 가능하다. 물론 스페이서(21)는 공압식 가압 대신에 다른 방식으로 작동될 수도 있다.
이어서, 이런 방식으로 사전 가공된 보강 스트럿(4)은 접착제가 아직 경화되지 않은 상태에서 이면 기판 표면(3)에 대해 가압될 수 있으며, 접착제가 경화될 때까지 계속 가압될 수 있다. 이 시간 동안, 스페이서(21)를 통해, 스페이서의 직경에 의해 사전 지정되는 최소 거리가 보강 스트럿(4)과 기판(2) 사이에 유지된다. 태양광 모듈(1)이 산업적 연속 생산시 종방향 측면(5)을 따라 이동되기 때문에, 스페이서(21)는 태양광 모듈(1)의 이송 중에 접착 비드(20) 외부로 변위되지 않는다. 따라서, 두 개의 보강 스트럿(4)은 기판 표면(3)으로부터 최소 거리를 두고 기판(2)에 접합될 수 있다. 이상의 설명으로부터 명확해지는 바와 같이, 본 발명은 모듈 홀더에 대한 체결을 지지하기 위한 모듈 캐리어를 간단하고 신뢰성 있고 경제적으로 접착 접합할 수 있도록 하는 무프레임 태양광 모듈을 제공한다. 모듈 캐리어는 이면 기판 표면으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 접합될 수 있으며, 이를 위해 공간 홀더 또는 거리 홀더(스페이서)가 경화되지 않은 접착제 내로 도입된다.
본 발명의 추가적인 특징은 하기 설명을 통해 밝혀진다.
태양 전지 형성용 층 구조물이 사이에 배치되는 기판과 커버층을 가지는 무프레임 태양광 모듈로서, 태양광 모듈의 장착을 보강하고/거나 지지하기 위한 적어도 하나의 모듈 캐리어가 층 구조물에 대면하지 않는 기판 표면에 체결되고, 캐리어는 경화형 접착제로 제조되는 접착층에 의해 기판 표면에 접착식으로 접합되는 적어도 하나의 접착면을 가지며, 접착층은 접착층의 접착제가 경화되지 않은 상태에 있을 때 기판 표면으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 접착면을 유지하도록 각각 구현되는 하나 또는 복수의 스페이서를 포함하는 무프레임 태양광 모듈.
일 실시예에서, 스페이서는 기판의 경도보다 낮은 경도를 가진다. 일 실시예에서, 스페이서는 탄력적 가단성 재료로 제조된다. 일 실시예에서, 스페이서는 접착층의 경화되지 않은 접착제의 경도보다 높고, 최대치가 접착층의 경화된 접착제의 경도에 대응하는 경도를 가진다. 유리 기판을 가지는 일 실시예에서, 스페이서의 탄력적 가단성 재료는 60 내지 90 쇼어, 특히 80 내지 90 쇼어 범위의 쇼어 경도를 가진다. 일 실시예에서, 스페이서는 구체 형상으로 각각 구현된다. 일 실시예에서, 스페이서는 모듈 캐리어의 접착면과 기판 표면 사이의 거리를 유지하기 위해 서로 다른 치수를 가진다. 직사각형 형상을 갖는 일 실시예에서, 적어도 하나의 모듈 캐리어는 종방향 측면을 따라 연장되고 적어도 하나의 접착층은 종방향 측면을 따라 연장되는 접착 비드의 형태로 구현된다. 일 실시예에서는, 종방향 측면을 따라 연장되는 두 개의 모듈 캐리어가 기판에 수직한 종방향 정중면의 양측에서 기판 표면에 체결되며, 모듈 캐리어는 종방향 측면을 따라 연장되는 적어도 하나의 접착 비드에 의해 기판 표면에 각각 접착식으로 접합되며, 접착 비드는 기판에 수직하게 그리고 종방향 정중면에 수직하게 배열되는 횡방향 정중면의 양측에 배치되는 적어도 두 개의 스페이서를 포함한다.
태양 전지 형성용 층 구조물이 사이에 배치되는 기판과 커버층을 마련하는 단계와, 태양광 모듈의 장착을 보강하고/거나 지지하기 위한 적어도 하나의 모듈 캐리어를 마련하는 단계와, 모듈 캐리어의 적어도 하나의 접착면 및/또는 층 구조물에 대면하지 않는 기판 표면에 경화가능 접착제로 제조되는 접착층을 적용하는 단계와, 접착층의 접착제가 경화되지 않은 상태에 있을 때 기판 표면으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 접착면을 유지하도록 각각 구현되는 하나 또는 복수의 스페이서를 아직 경화되지 않은 접착제 내로 도입하는 단계와, 적어도 하나의 접착층에 의해 기판 표면에 모듈 캐리어를 접합하는 단계와, 기판에 모듈 캐리어를 접착 체결하기 위해 접착층의 접착제를 경화시키는 단계를 포함하는 무프레임 태양광 모듈의 제조 방법. 일 실시예에서, 스페이서는 모듈 캐리어의 적어도 하나의 접착면 및/또는 기판 표면에 적용되는 접착층 내로 도입된다. 일 실시예에서, 스페이서는 압력 서지에 의해 접착층 내로 공압식으로 취입된다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 모듈 캐리어는 종방향 측면을 따라 연장되고 적어도 하나의 접착층은 종방향 측면을 따라 연장되는 접착 비드의 형태로 구현된다. 일 실시예에서는, 종방향 측면을 따라 연장되는 두 개의 모듈 캐리어가 기판에 수직한 종방향 정중면의 양측에서 기판 표면에 체결되며, 모듈 캐리어는 종방향 측면을 따라 연장되는 적어도 하나의 접착 비드에 의해 기판 표면에 각각 접착 접합되며, 기판에 수직하게 그리고 종방향 정중면에 수직하게 배열되는 횡방향 정중면의 양측에 배치되는 적어도 두 개의 스페이서가 접착 비드 내로 도입된다.
무프레임 태양광 모듈의 기판 표면에 모듈 캐리어를 체결하기 위한 경화가능 접착제로 제조되고, 접착제가 경화되지 않은 상태에 있을 때 기판 표면으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 모듈 캐리어를 유지하도록 각각 구현되는 하나 또는 복수의 스페이서를 포함하는 적어도 하나의 접착층의 용도.
1: 박막 태양광 모듈 2: 기판
3: 이면 기판 표면 4: 보강 스트럿
5: 종방향 측면 6: 횡방향 측면
7: 종방향 정중면 8: 횡방향 정중면
9: 모듈의 종방향 가장자리 10: 모듈의 횡방향 가장자리
11: 전면 12: 이면
13: 면 14: 제1 V자 형상 섹션
15, 15', 15": 레그 16: 제2 V자 형상 섹션
17: 이면 스트립 18: 전면 스트립
19: 접착면 20: 접착 비드
21: 스페이서 22: 스페이서 노즐
23: 층 구조물 24: 전면 기판 표면
25: 이면 전극층 26: 반도체층
27: 버퍼층 28: 전면 전극층
29: 플라스틱층 30: 커버판
31: 태양전지 32: 제1 트렌치
33: 제2 트렌치 34: 제3 트렌치

Claims (13)

  1. 기판(2)과 커버층(30)을 구비하고, 이들 사이에 태양 전지(31) 형성용 층 구조물(23)이 배치되어 있는 무프레임 태양광 모듈(1)로서,
    태양광 모듈(1)의 장착을 보강하는 것 및 지지하는 것 중 적어도 하나를 위한 적어도 하나의 모듈 캐리어(4)가 층 구조물(23)에 대면하지 않는 기판 표면(3)에 체결되고, 모듈 캐리어(4)는 경화형 접착제로 제조된 접착층(20)에 의해 기판 표면(3)에 접착식으로 접합되는 적어도 하나의 접착면(19)을 갖고, 접착층(20)은 하나 또는 복수의 스페이서(21)를 포함하고, 스페이서는 접착층(20)의 접착제가 경화되지 않은 상태에 있을 때 기판 표면(3)으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 접착면(19)을 유지하도록 각각 구현되고, 스페이서(21)는 모듈 캐리어(4)의 접착면(19)과 기판 표면(3) 사이의 거리를 유지하기 위해 서로 다른 치수를 갖는 무프레임 태양광 모듈(1).
  2. 제1항에 있어서, 스페이서(21)는 기판(2)의 경도보다 낮은 경도를 갖는 무프레임 태양광 모듈(1).
  3. 제2항에 있어서, 스페이서(21)는 탄력적 가단성 재료로 제조되는 무프레임 태양광 모듈(1).
  4. 제3항에 있어서, 스페이서(21)는, 접착층(20)의 경화되지 않은 접착제의 경도보다 높고, 최대에서 접착층(20)의 경화된 접착제의 경도에 대응하는 경도를 갖는 무프레임 태양광 모듈(1).
  5. 제4항에 있어서, 스페이서(21)의 탄력적 가단성 재료는 60 내지 90 쇼어 범위의 쇼어 경도를 갖는, 유리 기판(2)을 구비한 무프레임 태양광 모듈(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스페이서(21)는 구체 형상으로 각각 구현되는 무프레임 태양광 모듈(1).
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 모듈 캐리어(4)는 종방향 측면(5)을 따라 연장되고, 적어도 하나의 접착층(20)은 종방향 측면(5)을 따라 연장되는 접착 비드(20)의 형태로 구현되는, 직사각형 형상을 갖는 무프레임 태양광 모듈(1).
  8. 제7항에 있어서, 종방향 측면(5)을 따라 연장되는 두 개의 모듈 캐리어(4)가 기판(2)에 수직인 종방향 정중면(7)의 양측에서 기판 표면(3)에 체결되고, 모듈 캐리어(4)는 종방향 측면(5)을 따라 연장되는 적어도 하나의 접착 비드(20)에 의해 기판 표면(3)에 각각 접착식으로 접합되고, 접착 비드(20)는 기판(2)에 수직하게 그리고 종방향 정중면(7)에 수직하게 배열된 횡방향 정중면(8)의 양측에 배치되는 적어도 두 개의 스페이서(21)를 포함하는 무프레임 태양광 모듈(1).
  9. 무프레임 태양광 모듈(1)의 제조 방법으로서,
    - 태양 전지(31) 형성용 층 구조물(23)이 사이에 배치된 기판(2)과 커버층(30)을 마련하는 단계,
    - 태양광 모듈(1)의 장착을 보강하는 것 및 지지하는 것 중 적어도 하나를 위한 적어도 하나의 모듈 캐리어(4)를 마련하는 단계,
    - 모듈 캐리어(4)의 적어도 하나의 접착면(19) 또는 층 구조물(23)에 대면하지 않는 기판 표면(3) 또는 둘 모두에 경화가능 접착제로 제조된 접착층(20)을 적용하는 단계,
    - 하나 또는 복수의 스페이서(21)를 아직 경화되지 않은 접착제 내로 도입하는 단계 - 스페이서(21)는 접착층(20)의 접착제가 경화되지 않은 상태에 있을 때 기판 표면(3)으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 접착면(19)을 유지하도록 각각 구현되고, 스페이서(21)는 압력 서지에 의해 접착층(20) 내로 공압식으로 취입됨 -,
    - 적어도 하나의 접착층(20)에 의해 기판 표면(3)에 모듈 캐리어(4)를 접합하는 단계,
    - 기판(2)에 모듈 캐리어(4)를 접착 체결하기 위해 접착층(20)의 접착제를 경화시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 스페이서(21)는 모듈 캐리어(4)의 적어도 하나의 접착면(20) 또는 기판 표면(3) 또는 둘 모두에 적용된 접착층(20) 내로 도입되는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 적어도 하나의 모듈 캐리어(4)는 종방향 측면(5)을 따라 연장되고, 적어도 하나의 접착층(20)은 종방향 측면(5)을 따라 연장되는 접착 비드의 형태로 구현되는, 직사각형 형상 태양광 모듈의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 종방향 측면(5)을 따라 연장되는 두 개의 모듈 캐리어(4)가 기판(2)에 수직인 종방향 정중면(7)의 양측에서 기판 표면(3)에 체결되고, 모듈 캐리어(4)는 종방향 측면(5)을 따라 연장되는 적어도 하나의 접착 비드(20)에 의해 기판 표면(3)에 각각 접착식으로 접합되고, 적어도 두 개의 스페이서(21)가 접착 비드(20) 내로 도입되고, 스페이서는 기판(2)에 수직하게 그리고 종방향 정중면(7)에 수직하게 배열된 횡방향 정중면(8)의 양측에 배치되는 방법.
  13. 무프레임 태양광 모듈(1)의 기판 표면(3)에 모듈 캐리어(4)를 체결하기 위하여 사용되는 경화가능 접착제로 제조된 접착층(20)으로서,
    접착층(20)은 하나 또는 복수의 스페이서(21)를 포함하고, 스페이서는 접착제가 경화되지 않은 상태에 있을 때 기판 표면(3)으로부터 사전 지정가능한 최소 거리에 모듈 캐리어(4)를 유지하도록 각각 구현되고, 스페이서(21)는 모듈 캐리어(4)의 접착면(19)과 기판 표면(3) 사이의 거리를 유지하기 위해 서로 다른 치수를 갖는, 접착층(20).
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