KR101848112B1 - 향상된 광전기적 모듈들 및/또는 이의 제조 방법들 - Google Patents

향상된 광전기적 모듈들 및/또는 이의 제조 방법들 Download PDF

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빈센트 이. 루제로
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Abstract

특정 예시적 실시예들은 향상된 광전기적(photovoltaic; PV) 모듈들의 제조 방법들과 관련된다. 특정 예시적 실시예들에서 제1 및 제2 유리 기판은 제공된다. PV 어레이는 상기 제1 및 제2 유리 기판들 사이에 제공된다. 상기 제1 및 제2 기판들은 상기 유리 기판들 사이에 상기 PV 어레이와 함께 라미네이트된다. 특정 예시적 실시예들에서 상기 PV 모듈은 차량의 종래 루프 시스템 (예를 들어, 선루프)와 유사하게 치수화된다.

Description

향상된 광전기적 모듈들 및/또는 이의 제조 방법들{IMPROVED PHOTOVOLTAIC MODULES, AND/OR METHODS OF MAKING THE SAME}
본 발명의 특정 예시적 실시예들은 향상된 광전기적(photovoltaic; PV) 모듈들 및/또는 이의 제조 방법들과 관련된다. 더 상세하게는, 특정 예시적 실시예들은 자동차, 레저(recreational), 해양 및/또는, 다른 차량들(vehicles)에 사용되는 PV 모듈들 및/또는 이의 제조 방법들과 관련된다.
광전기적(PV) 디바이스들은 당분야에 알려져 있다(예를 들어, 미국 특허 제2004/0261841, 2006/0180200, 2008/0308147; 6,784,361, 6,288,325, 6,613,603, 및 6,123,824를 참조하고, 그것의 내용들은 본원에 참조로서 각각 포함된다).
현재 많은 PV 디바이스들의 사용은 집의 지붕에서와 같이 또는 더 큰 발전소의 일부에서와 같이 상대적으로 고정 장비들(stationary emplacements)에 국한되었다. 사실상, 특정 경우에서, 고층건물들(skyscrapers)은 PV 셀들에 효과적으로 삽입되어져 있다. 최근에, PV 디바이스들을 자동차들 또는 보트들과 같은 이동시킬 수 있는 디바이스들에 설치하는 시도가 있었다. 주목의 한 분야는 차(car)의 지붕 및/또는 차의 선루프 위에 PV 디바이스들을 장착했다. 태양 선루프의 추가는, 예를 들어, 차가 더운 여름 양지에 주차되었을 때 환기 시스템(ventilation system)을 작동하도록 허용할 수 있다.
일 예시적 종래 프로세스에서, 선루프에 사용된 유리는 전반적인 제조 및/또는 어셈블리(assembly) 프로세스의 일부로서 차량에 설치될 수 있다. 선루프의 치수 및 형상은 상기 선루프가 설치되는 상기 차량의 구조적 및 디자인 설명서들에 적합하도록 사전에 설계될 수 있다. 예를 들어, 차를 위한 선루프는 차의 제조업체 및/또는 차의 형상과 구조의 설명서들에 의존하여 만곡(curved)되거나 평평할 수 있다.
선루프의 디자인 측면이 최종 어셈블리 이전에 다뤄졌을지도 모르는 반면에, 차량 제조는 여전히 선루프를 수용(accommodate)하도록 전체적인 디자인을 개량(modify)해야 할 수 있다. 예를 들어, 알려진 것처럼, 차의 "빌트 인(built in)" 특징으로서 선루프의 추가는 차의 승객 구역 내에서 이용 가능한 전반적 헤드룸(headroom)의 감소를 요구할 수 있다. 게다가, 차의 지붕은 특정 경우들에서 선루프 (예를 들어, 상기 선루프가 열리는 위치에 있을 때)를 수용하기 위해 개량될 필요가 있을 수 있다. 차에 대한 이러한 구조적인 변화들은 때때로 제조 비용 및 복잡성 둘 모두를 증가시킬 수 있다.
종래의, 이송에 사용된 PV 디바이스를 장착하면 (예를 들어, 선루프 추가물(add-on)로서)은 강화 유리(tempered glass) (예를 들어, 선루프의 내부에) 뒤에 직접적으로 부착되거나 평면(flat) 상업적 PV 디바이스가 부착된 평면 또는 만곡(curved) 강화 유리의 단일 피스(piece)를 추가하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 선루프들에 PV 디바이스들을 연결하기 위한 이 종래의 접근 방식은, 예를 들어, 선루프에 필수적으로 "핏"하지 않는 구성 요소를 추가하는 데 관계되는 어려움 때문에, 어떠한 필요 또는 바람직한 전기적 연결을 형성하고, 선루프 및/또는 루프탑에 대한 PV 모듈의 크기 및/또는 모양의 매칭하고, 루프탑의 바람직한 구조적 완전함을 유지하는 데, 문제가 될 수 있다 (However, this conventional approach for attaching PV devices to sunroofs may be problematic, e.g., because of the difficulties involved in adding to a sunroof a component that does not necessarily "fit," forming any necessary or desirable electrical connections, matching the size and/or shape of the PV module to the sunroof and/or rooftop, maintaining the desirable structural integrity of the rooftop, etc.)
전통적 유리 선루프에 대한 PV 디바이스의 추가가 차량의 전반적 중량을 증가시킬 수 있다는 것 또한 이해될 것이다. 선루프에 부착되는 PV 디바이스로부터의 이러한 증가된 중량은 차량의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 그러므로, PV 선루프를 제공하는 것의 어떠한 잠재적 효율 이득은 PV 디바이스의 추가로부터 차의 증가된 중량에 의해 상쇄(offset)될 수 있다. 더욱이, 차의 그러한 중요한 점(high point)에서의 추가적 중량은 차의 중력의 전반적 중심을 증가시킬 수 있다. 이것은 결국 안전성 문제들 (예를 들어, 턴오버(turn over)의 더 높은 위험)로 야기할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기에 언급된 것처럼, 최근에 설치된 PV 디바이스를 차의 구조로 통합시키는 것은 그것이 그러한 개량들 없이 "핏"하지 않기 때문에 차의 몸체의 개량을 요구할 수 있다. 예를 들어, 종래 선루프는 선루프가 열릴 때 루프의 삽입과 일치하도록 개조될 수 있다. 그러나, 그것의 추가적 두께를 가지는 PV 디바이스의 추가는 개량된 선루프가 루프의 몸체로 집어넣는(retracting) 것을 불가능하게 할 수 있다.
차 제조는 차 지붕들이 PV 디바이스를 가지는 선루프들을 수용하도록 디자인함으로써 이러한 문제를 보충할 수 있을 수 있다. 그러나, 이러한 해결책은 더 많은 문제를 만들 수 있다. 예를 들어, 차의 몸체에 대한 이 추가적 개량은 제조의 비용과 복잡성을 증가시킬 수 있다. 추가적 몸체 개량은 차를 위해 생산되어 이미 적어도 두 개의 몸체 구조들을 추가할 수 있다 (예를 들어, 선루프를 가진 것과 가지지 않는 것). PV 디바이스의 추가적 두께 또한 차의 승객 구역에 제공된 이미 감소된 헤드룸을 더 감소시킬 수 있다.
게다가, PV 디바이스가 보통의 선루프 공급 회사와 다른 공급회사로부터 올 수 있기 때문에, PV 디바이스의 추가는 전반적인 제조 프로세스에 더 많은 어셈블리 단계들과 더 많은 복잡성을 추가할 수 있다. 어셈블리 동안 선루프를 바로 설치하는 것 대신에, 차 제조사가 선루프를 대신 설치하고 그리고 나서 PV 디바이스를 설치하여야 할 수 있다. 이 종래 PV 설치가 생산 라인의 설비교체(retooling)를 요구할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
PV 디바이스의 부품 시장(aftermarket) 설치는 또한 추가적인 문제들 또는 복잡성들을 야기할 수 있다. 이미 제조된 차들에 대해, 선루프로의 PV 디바이스 (그것의 상응하는 두께로)의 추가는 차의 지붕의 재-구조화 작업(re-structuring)을 포함하여 시장 주문제작(customization) 이후에 비싼 비용을 요구할 수 있다.
그러므로, 지붕들, 선루프들 및/또는 기타 등등을 가지는 향상된 PV 사용에 대한 기술들이 지속적으로 요구된다는 것이 이해될 것이다. 그것은 또한, 예를 들어, 차의 선루프와 함께 또는 그 대신에 효율적으로 설치될 수 있는, 향상된 PV 모듈들과 기타 등등에 대한 당분야에 요구가 존재한다는 것이 이해될 것이다.
차량에 사용하기 위한 통합된 광전기적 (PV) 모듈을 제조하는 방법이 제공된다. 제1 로우-철(low-iron) 유리 기판이 제공되고, 상기 제1 기판은 약 1.5 - 3.5 mm사이의 두께를 가진다. 제2 기판은 상기 제1 기판과 실질적으로 평행하고, 상기 제2 유리 기판은 약 1.5 및 3.5 mm 사이의 두께를 가진다. PV 어레이는 상기 제 1 유리 기판의 주 표면 및 제2 유리 기판의 주 표면 사이에 제공된다. 상기 제1 및 제2 기판들은 그 사이의 상기 PV 어레이와 함께 라미네이팅된다. 상기 PV 모듈은 상기 차량의 루프와 관련하여 미리 결정된 치수, 형상, 및 중량에 따라, 중량을 재도록 구조화(structured), 형상화(shaped), 및 치수화(dimensioned)된다.
특정 예시적 실시예들에서, 루프탑 차량을 위한 통합된 PV 모듈을 제조하는 방법이 제공된다. 제1 두께를 가지는 제 1 유리 기판이 제공된다. 제2 유리 기판은 실질적으로 상기 제1 기판과 평행하고, 제2 두께를 가진다. 상기 제2 기판은 상기 제1 기판보다 더 높은 철 조성과 더 낮은 가시광선 투과율을 가진다. 솔라 셀 어레이는 상기 제1 및 제2 유리 기판들 사이에 삽입된다. 상기 제1 및 제2 유리 기판들은 그 사이에 상기 솔라 셀 어레이와 함께 라미네이팅된다.
특정 예시적 실시예들에 따르면, 차량의 제조 방법이 제공된다. 통합된 PV 모듈에 따라서 제공되고 상기 차량 내에 형성된다. 상기 차량은 자동차, 트럭, 트랙터, 보트, 비행기, 기타 등등 일 수 있다.
특정 예시적 실시예들에서, 기존 선루프를 대체하기 위해 구성된 통합된 PV 모듈이 제공된다. 제1 유리 기판은 1.5 - 3 mm의 두께를 가진다. 제2 유리 기판은 실질적으로 상기 제1 기판과 평행하고, 상기 제1 기판보다 더 높은 철 및 더 낮은 가시광선 투과율을 가진다. CIGS-기반 솔라 셀 어레이는 상기 제 1 유리 기판의 주 표면 및 상기 제2 유리 기판의 주 표면 사이에 배치되고, 상기 박막 솔라셀 어레이가 전기적 도선들을 이에 연결되게 한다. 상기 제1 및 제2 기판들은 PVB와 함께 라미네이트된다. 상기 PVB는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판들 사이에 상기 솔라 셀 어레이를 밀봉하고, 상기 전기적 도선들은 상기 PVB를 통하여 그리고 상기 통합된 PV 모듈 밖으로 확장된다. 상기 통합된 PV 모듈은 기존 선루프와 구조적으로 유사하도록 치수화된다.
특정 예시적 실시예들에서 두 유리 기판들 및 라미네이트 물질의 두 피스들(pieces) 사이에 라미네이팅 PV 셀들은 안전성 및 방음(acoustical) 유용성들을 제공할 수 있다. 대체적으로(Alternatively), 또는 추가하여, 상기 라미네이트된 PV 모듈은 기계적 보호뿐만 아니라 UV 필터링을 통하여 모두 상기 PV 셀들을 보존할 수 있다.
특정 예시적 실시예들에서 라미네이트의 플렉시블 CIGS 박막 PV 셀들의 사용은 상기 PV 모듈이 다른 자동차 또는 이송 루프 시스템들과 같이 곡률(curvature)이 비슷하거나 동일한 방법으로 형상화 되게 한다.
특정 예시적 실시예들에서 상기 통합된 PV 모듈은 차량들에 대한 보통의 지붕 유리와 유사할 수 있다. 차이점들은 상기 PV 모듈이 상기 PV 셀들을 위해 전기적 접속부들을 포함하고, 상기 PV 모듈의 상기 PV 셀들이 차량 시스템들에 사용하기 위해 전기를 생성할 수 있는 것을 포함할 수 있다.
특정 예시적 실시예들에서 유리 기판, PV 셀들 및 라미네이트들이 포함된 상기 PV 모듈은 차량들을 위한 표준 유리 지붕 시스템들에 대한 중량과 유사할 수 있다. 더욱이, 통합된 PV 모듈을 가지는 표준 유리 지붕 시스템들의 대체는 승객들 및 차에 대한 안전성 및 효율적 유용성들을 제공할 수 있다.
본원에 기술된 특징들, 측면들, 장점들 및 예시적 실시예들은 더 추가적 실시예들을 실현하기 위해 어떠한 적절한 조합 또는 보조-조합(sub-combination)으로 조합될 수 있다.
이러한 그리고 다른 특징들 및 장점들은 도면들과 연계하여 예시적 묘사 실시예들의 후술하는 상세한 설명을 참조에 의해 더 알맞고 더 완전하게 이해할 수 있다. 즉:
도 1은 일 예시적 실시예에 따른 일 예시적 광전기적 디바이스의 단면도이다.
도 2a는 일 예시적 실시예에 따른 일 예시적 PV 모듈의 구성요소들을 나타내는 단면도이다.
도 2b는 일 예시적 실시예에 따른 일 예시적 PV 층의 구성요소들을 나타내는 단면도이다.
도 3은 일 예시적 실시예에 따라 발생하는 본딩 후에 일 예시적 PV 모듈의 단면도이다.
도 4a는 일 예시적 실시예에 따라 형성된 유리 기판들의 예시적 단면도이다.
도 4b는 일 예시적 실시예에 따라 형성된 유리 기판들의 예시적 단면도이다.
도 5는 일 예시적 실시예에 따른 일 예시적 PV 모듈의 단면도이다.
도 6a는 일 예시적 실시예에 따른 일 예시적 자동차의 지붕의 PV 모듈의 설치를 나타내는 단면도이다.
도 6b, 6c, 및 6d는 예시적 실시예들에 따른 예시적 PV 모듈들의 기하학(geometries)을 나타내는 평면도이다.
도 6e는 특정 예시적 실시예들에 따른 일 예시적 PV 모듈을 나타내는 저면도이다.
도 7은 지붕에서 사용을 위해 PV 모듈을 제조하기 위한 일 예시적 프로세스의 순서도이다.
특정 예시적 실시예들은 두 유리 기판들, 그 사이에 배치된 PV 층 및 통합된 PV 모듈 안으로 함께 상기 유리 기판들과 상기 PV 층을 접합시키기 위한 접착제(bonding agent)를 포함하는 PV 모듈들과 관련될 수 있다.
PV 디바이스들은 많은 형태들이 있다. PV 디바이스들 중 한 분야는 박막 솔라 셀(Thin Film Solar Cells; TFSC)이다. TFSC 디바이스들의 예들은 CIGS (Cu(In, Ga)(Se, S)2) 및 CIS (CuInSe2) 솔라 셀들을 포함한다.
CIGS 및 CIS 유형 광전기적 디바이스들은 전면 또는 후면쪽으로 이동하는 광 입사면(light incident side), 유리와 같은 물질의 전면 기판, 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)과 같은 투명 전도성 층을 포함하는 전면 전극, 광 흡수 반도체 필름 (예를 들어, CIGS 및/또는 CIS 필름), 후면 전극 및 유리와 같은 물질의 후면 기판을 포함할 수 있다. 때때로, 접착제는 상기 전면 기판 및 상기 전면 전극 사이에 제공되고 그것은 또한 윈도우 층(들) (예를 들어, CdS, ZnO 또는 기타 등등)을 위해 가능하다. 광전기적 전력은 상기 디바이스의 전면으로부터의 입사한 광이 상기 전면 전극을 통과할 때 생성되고, 당분야에 알려진 바와 같이 상기 광 흡수 반도체 필름에 의해 흡수된다.
TFSC 디바이스들의 상기 층들은 수 나노미터에서 수 마이크로미터 사이의 범위일 수 있다. 그러나, 특정 문제들은 PV 설치 중 TFSC를 이용할 때 발생할 수 있다. 첫째로, 특정 TFSC 셀들에 사용되는 물질들 (예를 들어 인듐, 갈륨, 카드뮴)은 인간들에게 잠재적으로 해로울 수 있다. 또한, 특정 TFSC 성분들은 외부 환경에 의해 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, CIGS의 성분들은 열화를 겪을 수 있고, 습한 조건들에 노출될 때 솔라 셀의 감소된 수명 기간 및/또는 효율로 이어질 수 있다. 따라서, TFSC 셀들을 외부 환경으로부터 보호하는 것 및 TFSC 성분들로부터 외부 환경을 보호하는 것 (예를 들어, 인간들)이 바람직할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
이제 여러 도면들에 걸쳐서 동일한 참조 부호들이 표시되는 것처럼 더욱 구체적으로 도면을 참조한다. 도 1은 투명 전면 유리 기판(1), 선택적 접착제 필름(2), 단일 층 또는 다수층 전면 전도성 전극(3), 하나 이상의 반도체 층들 (CIGS, CIS, 또는 기타 등등)을 포함하거나 그의 활성 반도체 필름(5), 전기적 전도성 후면 전극/리플렉터(10) 및 후면 유리 기판(11)을 포함한다. 상기 반도체 필름(5)의 광 입사 표면(5a)은 본 발명의 다양한 실시예들에서 텍스처(textured)될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 후면 전극(10)은, 그것이 특정 경우들에서 바람직한 디자인 (예를 들어, 스트라이프)으로 패턴화될 수 있을지라도, 바람직하게는 유리 기판(11)의 모든 또는 상당 부분을 연속적 또는 실질적으로 연속적으로 가로지른다. 상기 선택적 접착제(2)는 아세테이트 (ethyl vinyl acetate; EVA), 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral; PVB), 또는 기타 등등과 같은 물질의 접착제 또는 봉지재(encapsulant)를 포함하는 폴리머 및/또는 전기적 절연성 폴리머 기반이거나 그것을 포함할 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서, 폴리머 기반 접착제 층(2)은 텍스처(textural) 후면 유리가 사용되면 내부 반사를 개선하는 목적을 위하여, 약 18 내지 2.2, 더 바람직하게는 약 1.9 내지 2.1, 일 예로 약 2.0의 굴절률 (n)을 가진다. 물론, 보여지지 않은 다른 층(들) 또한 상기 디바이스에 제공될 수 있다. 예를 들어, 버퍼 및/또는 윈도우 층(들) 또한 선택적으로 제공될 수 있다.
Mo (몰리브덴)과 같은 금속은 CIS 솔라 셀과 같은 광전기적 디바이스의 상기 후면 전극 (하부 콘택) (10)으로서 이용될 수 있다. 특정 경우들에서, 상기 Mo는 상기 광전기적 디바이스의 소다(soda) 또는 소다-라임-실리카(soda-lime-silica) 후면 유리 기판(11) 위에 스퍼터-증착될 수 있다. 후면 전극들 (예를 들어, Mo 후면 전극들) (10)은 바람직하게는 상기 후면 기판 (예를 들어, 유리 기판) (11)에 대하여 낮은 응력, 높은 전도성 및 우수한 접착력을 가진다. 이러한 특징들의 조합을 제공하기 위해서, 산소는 상기 기판(11) 상의 상기 후면 전극 층의 증착 초기 단계에서 또는 그렇지 않으면 본 발명의 특정 예시적 실시예들에서 상기 Mo 기반 후면 전극(10)에 도입된다. 상기 Mo-기반 후면 전극(10)으로의 상기 산소의 어플리케이션은 상기 후면 전극의 전반적 응력을 감소시키고, 동시에 상기 유리 소다 또는 소나 라임 실리카 유리 기판(11)에 대한 상기 후면 전극(10)의 접착력을 증진시킨다. 그러나, 1 미터보다 더 큰 것과 같은 대형 기판 폭을 위해 설계된 특정 큰 스퍼터 코팅기들에서, 때때로 반응 가스 (예를 들어, 산소) 및 스퍼터링 가스 (예를 들어, Ar) 사이에서 상이한 펌핑 스피드 때문에 상기 마지막 후면 전극 필름에서 산소의 균일성을 제어하기가 어렵다. 도 1의 실시예에서, 상기 Mo-기반 후면 전극 (그것이 등급이 나뉜 산화(oxidation graded)일 수 있는)은 상기 후면 기판(11)의 실질적으로 평평한 표면에 의해 지지된다. 그러나, 다른 예시적 실시예들에서, 상기 후면 전극은 상기 후면 기판(11)의 텍스처링된 표면 상에 형성될 수 있다.
도 2a는 일 예시적 실시예에 따른 일 예시적 PV 모듈의 구성요소들을 나타내는 단면도이다. 제1 유리 기판(102)을 가지는 PV 모듈(100)이 제공될 수 있다. 상기 PV 모듈(100)의 아래쪽에 (예를 들어, 상기 PV 모듈(100)에 태양 영향을 주는 곳의 반대편) 제2 유리 기판(108)이 제공될 수 있다. 하나 이상의 기능적 PV 층(들) (106)은 상기 제 1 유리 기판(102) 및 상기 제2 유리 기판(108) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 특정 예시적 실시예들에서, 상기 기능적 PV 층(들) (106)은 상기 제2 기판(108)에 의해 지지될 수 있다. 제1 및 제2 라미네이팅 물질들(104a 및 104b)은 상기 제1 및 제2 기판들(102 및 108)과 함께 라미네이트되는데 사용될 수 있다. 그러므로, 도 1에서 상기 전면 기판(1)은 도 2에서의 상기 외부 기판(102)일 수 있고, 도 1에서 상기 후면 유리 기판(11)은 도 2에서의 상기 제2 기판(108)일 수 있고, 도 1에서 선택적 접착제 층(2)은 도 4에서의 제1 라미네이팅 물질(104a)일 수 있고, 도 2에서 상기 기능적 PV 층들(106)은 도 1의 층들(2, 3, 5 및 10)일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 그러나, 도 1 예시적 배치와는 달리, 제2 라미네이팅 물질(104b)이 제공될 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서 PV 층(106)은 얇은 스테인레스 스틸 호일 또는 전도성 코팅된 폴리머와 같은 필름 위에 배치된 (예를 들어, 증착된) PV 층들 (예를 들어, 층들(2, 3, 5 및/또는 10))을 포함할 수 있다. 다른 기판들 및/또는 물질들은 본 발명의 상이한 실시예들에서 사용될 수 있다.
도 2b는 일 예시적 실시예에 따른 일 예시적 PV 층의 구성요소들을 보여주는 단면도이다. PV 층(106)은 기판(112) 위에 배치된 PV 물질(114) (예를 들어, CIGS)을 포함할 수 있다. 상기 기판은, 예를 들어, 스테인레스 스틸 호일일 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서, PV 층(106)은 1 mm 미만, 더 바람직하게는 0.7 mm, 때때로, 약 0.5 mm의 폭을 가질 수 있다.
상기 라미네이트 물질들(104a 및 104b)은 상기 제1 및 제2 기판들(102 및 108) 둘 모두와 함께 라미네이트하고, 상기 PV 층(들)(106)로 밀봉하는 데 도울 수 있다. 상기 라미네이트 물질들(104a 및 104b)은 약 .38mm 및 .76mm 사이의 두께의 폴리비닐 부티랄(PVB) 또는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA)와 같은 물질로 구성될 수 있다. UV 경화성 액체 우레탄들(UV curable liquid urethanes)은 또한 특정 예시적 실시예들에서 라미네이트된 물질로서 이용될 수 있다. 상기 라미네이팅은, 예를 들어, 열 및/또는 압력 기반 라미네이팅 기술들, UV 방사 (예를 들어, UV-경화가능한 물질들에 대한)로 노출, 기타 등등을 포함하는 종래의 기술들을 이용하여 달성될 수 있다. 제1 및 제2 라미네이트 물질들(104a 및 104b)을 가지는 상기 PV 층(106)을 끼워 넣는 것은, 상기 PV 모듈이 상이하게 다양한 규모화(sized) 및/또는 형상화(shaped) 선루프들의 내부 및 외부 기판들 사이에서의 삽입을 위해 더 플렉서블 및/또는 적용 가능하게 할 수 있는 것처럼 특정 예시적 실시예들에서 유용할 수 있다. 상기 제1 및 제2 라미네이팅 물질들(104a 및 104b)는 본 발명의 상이한 실시예들에서 동일하거나 상이한 라미네이트 물질일 수 있다.
PV 층(106)은 구리 전도성 리본 스트립들에 의해 서로 연결될 수 있는 PV 셀들의 레이아웃을 포함할 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서, 상기 PV 셀은 단일 접합 솔라 셀들일 수 있다. 대체적으로(Alternatively), PV 셀들은 멀티 또는 탠덤(tandem) 접합 솔라 셀들일 수 있다. 상기 PV 셀들로의 전기 접속부들(Electrical connections)은 전도성 접착제, 솔더 또는 기타 등등을 통하여 만들어질 수 있다. 둘 이상의 리본 도선들(ribbon leads) (110)은, 예를 들어, 바람직한 어플리케이션들 (예를 들어, 에너지 그도선(energy grid), 예를 들어, 선풍기 또는 에어컨, 저장을 위한 딥 싸이클 배터리 어레이(deep cycle battery), 하이브도선 또는 전기적 차량을 위한 드라이브 배터리, 기타 등등과 같은 기기(appliance))과 연결되기 위해, 상기 PV 모듈(100)의 하나 이상의 가장자리들로부터 표면상으로 확장할 수 있다. 다른 예시적 실시예들에서, 상기 PV 모듈로부터 연장하는 하나의 리본 도선일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특정 다른 예시적 실시예에서 상기 PV 모듈의 가장자리를 따라 하나의 점으로부터 연장하는 두 개의 리본 도선들일 수 있다.
상기 유리 기판의 두께는 1.5 내지 3.5 mm 사이에 있을 수 있다. 그러나, 유리 기판들(102 및 108)과 상기 PV 모듈(100)에 대한 전반적 두께, 중량 및 내구성 선택들은 상기 PV 모듈에 대한 특정 어플리케이션 고려 사항들에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 범선(sailboat)에 설치된 PV 모듈은 차의 선루프에 설치된 것보다 더 오래갈 수 있는 (예를 들어, 바다에 있을 때에 대한 올 수 있는 상태들을 저항하기 위해) 요구가 있을 수 있다. 예를 들어, 특정 예시적 실시예들에서, 유리 기판(102)은 약 2.0 mm의 두께를 가질 수 있고 유리 기판(108)은 약 1.6 mm의 두께를 가질 수 있다.
상기 두 유리 기판들(102 및 108)은 각각 주 표면 상에 프린트된 패턴을 포함할 수 있다. 상기 패턴은 상기 PV 층(106)의 상기 PV 셀들의 프레임일 수 있고, 예를 들어, 시야(view)로부터 상기 틈들과 상기 PV 층의 인터커넥션들을 숨길 수 있다. 상기 패턴은 상기 유리 기판들에 대한 어플리케이션을 위한 소결된 세라믹 프릿(fired ceramic frit), 에나멜 또는 다른 적절한 물질로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, UV 경화된 아크릴레이트 또는 유기 물질은 상기 유리 기판들의 내부 표면들 상에 이용될 수 있다. 이러한 및/또는 다른 물질들은 특정 예시적 실시예들에서 바람직한 패턴을 형성하도록 바람직한 위치들에서 바람직한 표면 상에 스크린 프린트(screen printed)될 수 있다.
상기 두 유리 기판들(102 및 108)은 다양한 두께 및 색상을 가질 수 있다. 상기 PV 층(106)으로의 광 움직임에 대한 감소된 입사를 제공하는 것이 바람직한 것처럼, 높은 투과율(transmission) 유형 유리는 유리 기판(102)을 위해 바람직할 수 있다. 높은 투과율, 로우-철 유리는 특정 예시적 실시예들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 미국 등록특허 7,700,870; 7,557,053; 및 5,030,594, 미국 공개특허 2006/0169316; 2006/0249199; 2007/0215205; 2009/0223252; 2010/0122728; 2009/0217978; 및 2010/0255980을 참조하고, 그것의 각각의 전체 내용들은 본원에 참조로서 포함된다.
특정 예시적 실시예들에 따른 일 예시적 소다-라임-실리카 베이스 유리는 중량 퍼센트 기초하여, 다음과 같은 기본 성분들을 포함한다:
Figure 112013042396147-pct00001

SO3, 탄소 및 기타 등등과 같은 다양한 종래 정제 보조제들(refining aids)을 포함하는, 다른 부 성분들 또한 베이스 유리에 포함될 수 있다. 특정 실시예들에서, 예를 들어, 본원의 유리는, 솔트 케이크(salt cake) (Na2SO4) 및/또는 엡섬 염(Epsom salt) (MgSO4 x 7H2O)과 같은 설페이트 염들 및/또는 정제 보조제들로서 집섬(gypsum) (예를 들어, 임의의 약 1:1 조합)의 용도로서, 실리카 샌드, 소다회, 돌로마이트, 라임스톤 배치 원료 물질들로부터 만들어질 수 있다 (In certain embodiments, for example, glass herein may be made from batch raw materials silica sand, soda ash, dolomite, limestone, with the use of sulfate salts such as salt cake (Na2SO4) and/or Epsom salt (MgSO4 x 7H2O) and/or gypsum (e.g., about a 1:1 combination of any) as refining agents.)특정 예시적 실시예들에서, 본원의 소다-라임-실리카 기반 유리들은 약 10-15% Na2O로부터 그리고 약 6-12% CaO로부터의 중량에 의해 포함한다.
상기 베이스 유리뿐만 아니라, 특정 예시적 실시예들에 따르면 유리의 제조에서 상기 유리 배치(batch)는 물질들 (착색제(colorants) 및/또는 산화제들을 포함하는)을 포함하고, 상기 결과 유리는 색상 (포지티브 b* 값에 의해 보여지는 특정 예시적 실시예들에서 약간 노란색) 중에서 매우 중성적일 수 있고 및/또는 높은 가시광선 광 투과율을 가지도록 야기한다. 이러한 물질들은 상기 원료 물질들 (예를 들어, 소량의 철)에 존재하거나, 또는 상기 배치(batch) (예를 들어, 안티몬 및/또는 기타 등등)에서 상기 베이스 유리 물질들에 첨가될 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서, 상기 결과 유리는 적어도 75%, 더 바람직하게는 적어도 80%, 더 바람직하게는 적어도 85%, 가장 바람직하게는 적어도 약 90% (때때로 적어도 91%) (Lt D65)의 가시광선 투과율을 가진다.
특정 실시예들에서, 상기 베이스 유리뿐만 아니라, 상기 유리 및/또는 유리 배치(batch)는 하기 표 2에서 출발한 것과 같은 필수적인 물질들로 구성되거나 포함한다:
Figure 112013042396147-pct00002

특정 예시적 실시예들에서, 상기 안티몬은 하나 이상의 Sb2O3 및/또는 NaSbO3의 형태로 상기 유리 배치(batch)에 첨가될 수 있다. 본원에서 상기 용어 산화 안티몬의 사용은 어떠한 가능한 산화 상태에서의 안티몬을 의미하고, 어떠한 특정 화학양론(stoichiometry)에 제한할 의도는 아니다.
낮은 유리 산화환원(redox)은 상기 유리의 매우 산화된 성질을 증명한다. 상기 안티몬(Sb) 때문에, 상기 유리는 안티몬 트리옥사이드 (Sb2O3), 나트륨 안티모나이트 (NaSbO3), 소듐 파이로안티모네이트 (Sb(Sb2O5)의 형태로 안티몬을 가지는 산화물 결합(combinational oxidation)에 의해 매우 낮은 철 함량 (% FeO)으로 산화된다. 특정 예시적 실시예들에서, 상기 유리 기판의 조성은, 중량 기준으로, 전체 산화 철에 대하여 산화 안티몬을 적어도 2배만큼, 더 바람직하게는 적어도 3배, 가장 바람직하게는 적어도 약 4 배 만큼 포함한다(In certain example embodiments, the composition of the glass substrate includes at least twice as much antimony oxide as total iron oxide, by weight, more preferably at least about three times as much, and most preferably at least about four times as much antimony oxide as total iron oxide.)
예시적 실시예들에서, 상기 착색제 부분은 실질적으로 다른 착색제들이 없다 (잠재적으로 미량(trace amounts)과 다른). 그러나, 다른 물질들의 양 (예를 들어, 정제 보조제들, 용융 보조제들(melting aids), 착색제들 및/또는 불순물들)이 이외에 특정 다른 실시예들에서 상기 유리 중에 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 특정 예시적 실시예들에서, 상기 유리 조성은 실질적으로 없는(substantially free of) 또는 없는(free of), 하나, 둘, 셋, 넷 또는 전체이다: 산화 에르븀(erbium oxide), 산화 니켈, 산화 코발트, 산화 네오디뮴(neodymium oxide), 산화 크롬, 및 셀레늄. 상기 구문 "실질적으로 없는(substantially free of)"은 2 ppm 미만 그리고 가능하게는 그 성분 또는 물질 0 ppm 만큼 적은 것을 의미한다.
상기 유리 배치(batch)에 및 상기 결과 유리에, 즉, 그것의 상기 착색제 부분에 존재하는 상기 철의 전체 양이 표준 관행(standard practice)에 따라서 Fe2O3의 관점에서 본원에 나타내진다. 그러나, 이것은, 모든 철이 실제로 Fe2O3 의 형태로 있다는 것을 내포하지 않는다 (이 점에서 상기의 설명을 참조). 마찬가지로, 비록 상기 유리 배치(batch) 또는 유리에서의 전체 철성분 상태 철이 FeO의 형태로 있지 않을지라도, 상기 철계 상태 (Fe+2)에서의 상기 철의 양은 FeO로서 본원에서 보고된다(Likewise, the amount of iron in the ferrous state (Fe+2) is reported herein as FeO, even though all ferrous state iron in the glass batch or glass may not be in the form of FeO.) 상기에 언급된 것과 같이, 철계 상태 (Fe2+; FeO)에서의 철은 청록 착색제이고, 반면에 철 상태 ((Fe3+)에서의 철은 황록색 착색제이다; 그리고 상기 2 가 철의 청록 착색제는 특별한 관심을 가지고 있는데, 강한 착색제가 상기 유리로 중요한 색상을 도입하기 때문에 중성적 또는 깨끗한 색상을 달성하고자 할 때 때때로 바람직할 수 있다.
상기의 관점에서, 특정 예시적 실시예들에 따른 유리들은 중성적 또는 실질적으로 깨끗한 색상 및/또는 높은 가시광선 투과율을 달성한다. 특정 실시예들에서, 특정 예시적인 실시예들에 따른 결과 유리들은 약 1 mm - 6 mm (가장 바람직하게 약 3 - 4 mm의 두께; 이것은 단지 참조의 목적을 위해 사용되는 비제한적 두께임)의 두께에서 측정될 때 다음과 같은 투과성 광학 또는 색상 특성들 중 하나 이상에 의해 특징지어 질 수 있다. 하기 표에서 a* 및 b* 색상 값들은 Ill 당 D65, 10 도 Obs로 측정된다는 것을 알린다.
Figure 112013042396147-pct00003

도 3은 다른 예시적 실시예에 따라 발생하는 본딩 후에 일 예시적 PV 모듈의 단면도이다. PV 모듈(200)은 그 사이에 배치된 PV 층(206)을 가지는 유리 기판들(202 및 208)을 포함할 수 있다. 상기 PV 층(206)은 유리 기판들(202 및 208)보다 더 작게 치수화될 수 있다. PV 모듈(200)을 라미네이트 한 후, 라미네이트 물질(204)은 상기 제 1 유리 기판(202) 및 상기 제2 유리 기판(208)의 외부 가장자리들 주위에 밀봉을 형성할 수 있다. 도 3의 예시적 관점에서, 상기 라미네이트 물질(204)은 단지 상기 유리 기판들(202 및 208)의 둘레에 있는 것으로 보여진다. 그러나, 다양한 실시예들에서, 상기 라미네이트는, 예를 들어, 그것의 적어도 주변 가장자리를 포함하는 상기 제1 및/또는 제2 기판들(202 및 208)의 실질적으로 전체를 따라 제공될 수 있다. 상기 라미네이트(204)는 특정 예시적 경우들에서 외부 환경으로부터 상기 PV 층을 밀봉하는 것을 도울 수 있다. 이것은 상기 PV 층 (예를 들어, 상기 PV 셀들로부터 수분의 이격을 유지함으로써)의 열화의 가능성을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 그것은 또한 잠재적으로 위험한 PV 물질을 상기 선루프 "내부에(inside)" 그리고 외부 환경 (상기 차량의 객실(cabin)의 어떤 사람을 포함하는)으로부터 이격을 유지하도록 도울 수 있다. 상기 PV 층(206)으로부터 그리고 상기 라미네이트된 물질(204)을 통하여 외부에 확장하는 것은 전도성 리본 도선들(210)일 수 있다. 상기 전도성 리본 도선들(210)은 외부 에너지 저장 유닛들 (예를 들어, 배터리) 또는 에너지 소비재들 (예를 들어, 선풍기)과 공유할 수 있다.
도 4a는 일 예시적 실시예에 따라 형성된 유리 기판들의 예시적 단면도이다. 특정 예시적 실시예들에서, 예시적 PV 모듈들에 사용된 유리 기판들(402 및 404)는 만곡될 수 있다. 예를 들어, 자동차의 선루프는 약간 만곡될 수 있다. 그러므로, 종래 선루프를 대체하는 PV 모듈은 만곡된 선루프의 그것과 유사한 방식으로 만곡될 수 있다.
열 벤딩(heat bending) 유리 시트들을 위한 디바이스들 및 방법들은 당분야에 잘 알려져 있다. 예를 들어, 미국 등록 특허 5,383,990; 6,240,746; 6,321,570; 6,318,125; 6,158,247; 6,009,726; 4,364,766; 5,443,669; 7,140204; 6,983,104; 및 7,082,260을 참조하고, 각각의 전체 내용들은 본원에 참조로서 포함된다.
따라서, 유리 기판들(402 및 404)은 개별적으로 열-벤딩될 수 있다. 대체적으로(Alternatively), 지금 도 4b를 참조하면 일 예시적 실시예에 따라 예시적인 형성된 유리 기판의 예시된 단면도가 보여진 관점에서, 상기 유리 기판들(406 및 408)은 유닛으로서 열-벤딩될 수 있다. 이것은 경제적인 이유들 (예를 들어, 단지 하나의 열 밴드는 두 유리 기판들을 위해 행해질 수 있음) 및/또는 두 유리 기판들에 실질적으로 유사한 곡률을 제공하는 것을 돕는다.
도 5는 일 예시적 실시예에 따른 본딩 프로세스 후에 일 예시적 PV 모듈의 단면도이다. PV 모듈(500)은 바람직하게는 PV 층들(506)과 같이 치수화 및 형상화된 두 만곡된 유리 기판들(502 및 504)를 포함할 수 있다. 상기에 기술된 바와 같이, 제1 및 제2 라미네이팅 물질들(508a 및 508b)은 PV 층들(506)을 캡슐화(encapsulate)하는 것뿐만 아니라, 상기 제1 및 제2 기판들(502 및 504)를 둘 모두를 함께 라미네이트하는데 사용될 수 있다. 포스트 본딩(Post bonding), PV 모듈(500)은 하나의 종래 유리 피스와 구조적으로 유사할 수 있다. 리본 도선들(510)은 또한 PV 모듈(500)의 외부 사용을 위해 상기 PV 층(506)으로부터 전기적 전류 전송을 용이하게 하기 위해 제공될 수 있다.
도 6은 일 예시적 실시예에 따른 자동차 지붕 안에 설치된 PV 모듈의 일 예시적 설치를 나타내는 도면이다. PV 모듈(604)은 차(600)의 상기 지붕(602) 안에 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 PV 모듈(604)의 설치는 표준 선루프를 대신하여 사용되거나 대체할 수 있다. 상기 PV 모듈(604)의 PV 층에 연결된 전기 도선들(606)은 상기 PV 모듈의 밖으로 끌어낼 수 있다. 그리고 나서 상기 전기적 도선들(606)은 상기 차(600)의 전기적 시스템들에 연결될 수 있다. 대체적으로(Alternatively), 상기 전기 도선들(606)은 전용 디바이스 (예를 들어, 환기용 선풍기)에 연결될 수 있다.
더운 여름 날의 주차장에 있는 종래 차는 상기 차의 내부가 실질적으로 뜨거워지도록 야기할 수 있다. 통상적으로, 상기 차의 내부에 발생된 상승된 열을 방지하는 하나의 옵션은 상기 차의 뜨거운 공기가 외부로 벗어나도록 나가는 수단들을 제공하기 위해 창문들을 여는 것이다. 이 옵션과 관련된 하나의 결점은 상기 차의 창문들을 열린 채로 두는 것이 상기 차를 창문들이 닫힌 것보다 덜 안전한 채로 남겨둘 수 있다는 것이다. 또 다른 종래 옵션은 상기 차의 윈드실드(windshield) 상에 열 실드를 세우는 것일 수 있다. 그러나, 이 옵션이 열 생성의 비율을 감소시킬 수 있는 반면에, 상기 차의 내부에서 외부 영공(airspace)까지 생성 열을 이송하는 수단들을 제공하지 않을 수 있다.
특정 경우들에서 전기적 접속부들을 가지는 PV 모듈은 선풍기, 에어컨, 히터 또는 기타 등등을 구동하도록 독립적 전원을 제공할 수 있다. 그러므로, 전기 도선들(606)은 차(600)의 효율적 에어컨에 독립적으로 (예를 들어, 상기 차에 전력 시스템들에 의존하지 않는 - 배터리 또는 엔진) 연결될 수 있다. 대체적으로(Alternatively), 또는 게다가, 상기 전기 도선들(606)은 차(600)의 전기적 및 전력 시스템들과 연결될 수 있다. 이것은 상기 차가 상기 주요 차 배터리를 소모시키는 것 없이 되돌려지지 않을 때, 예를 들어, 상기 차의 라디오, 스피커, 기타 등등의 사용량을 용이하게 할 수 있다.
특정 다른 예시적 실시예들에서, 전용 백업 배터리가 제공될 수 있다. PV 모듈로부터 전기적 도선들은 상기 백업 배터리에 직접적으로 연결될 수 있다. 그리고 나서 상기 PV 모듈은 상기 백업 배터리가 긴급 상황들 (예를 들어, 상기 차의 주요 배터리가 정지(dies)되거나 또는 떨어질 때)에 이용할 수 있도록 상기 백업 배터리를 충전 상태로 보존하도록 도울 수 있다. PV 모듈은, 예를 들어, 하이브도선 또는 전기적 차량을 위한 드라이브 배터리 시스템과 같은 차량의 내외에서 다양한 다른 전력 시스템들에 전기적으로 연결될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
사용 중에, 선루프 대신에 차(600)의 루프(602) 안으로 설치된 상기 PV 모듈(604)은 설치되지 않은 선루프와 유사한 방법으로의 기능을 할 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서, 상기 PV 모듈(604)의 규모들 (예를 들어, 형상, 두께, 기타 등등)은 실질적으로 설치되지 않은 선루프의 그것과 유사할 수 있다. 이것은 상기 PV 모듈이, 예를 들어, 선루프와 유사한 방법으로 집어넣을 수 있도록 선루프와 같이 상기 PV 모듈의 사용법을 용이하게 할 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서 상기 전기 도선들(606)은 연속적 연결 (예를 들어, 전기적 커넥터들이 일종의 전기적으로 연결된 트랙을 위해 상기 차의 프레임으로부터 아래쪽으로 및/또는 상기 선루프로부터 위쪽을 향하여 확장하는 전기적 커넥터들과 같은)을 제공하도록 개량될 수 있다. 대체적으로(Alternatively), 전기 도선들은 상기 PV 모듈이 닫힌 위치에 있을 때 외부 전원과 접촉하도록 구조화될 수 있다. 다시 말하면, PV 모듈이 닫힐 때 전기 도선은 선-배열된(pre-arranged) 도선들과 접촉할 수 있다. 상기 PV 모듈이 집어넣을 때 (그리고 상기 선루프가 열릴 때) 상기 전기 도선들(606)은 차량 전기적 시스템에서 분리될 수 있다. 다른 예시적 실시예들에서, 전기적 도선들은 동일한 일반적 위치에서 상기 PV 모듈로부터 연장될 수 있다. 그러한 실시예들은 외부 시스템들 (예를 들어, 상기 PV 모듈과의 인터페이스가 한 위치에 있기 때문에)에 상기 PV 모듈을 연결하는 것을 용이하게 할 수 있다. 상기 PV 모듈의 전기적 도선들을 상기 차 및/또는 다른 외부 전기적 소비재들과 공유하기 위한 다른 기술들이 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 6b, 6c 및 6d는 예시적 실시예들에 따른 PV 모듈들의 예시적 기하학을 보여주는 평면도이다. 이러한 도면들에 나타난 그리드 패턴들 및 본원에서 논의된 것은 예시적이고 다른 패턴들이 본 발명의 다양한 예시적 실시예들에 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
PV 모듈(610)은 일 예시 15-줄(string) PV 어셈블리이다. PV 모듈(610)은 약 .32 평방 미터의 면적을 가지고 약 30 와트의 추정 전력 출력 (예를 들어, 환경적인 조건들에 의존하여)을 가질 수 있다.
PV 모듈(612)은 일 예시 14-줄 PV 어셈블리이다. PV 모듈(612)은 약 .30 평방 미터의 면적을 가지고 약 28 와트의 추정 전력 출력 (예를 들어, 환경적인 조건들에 의존하여)을 가질 수 있다.
PV 모듈(614)은 일 예시 28-줄 PV 어셈블리이다. PV 모듈(614)은 약 .61 평방 미터의 면적을 가지고 약 56 와트의 추정 전력 출력 (예를 들어, 환경적인 조건들에 의존하여)을 가질 수 있다.
도 6e는 특정 예시적 실시예들에 따른 일 예시적 PV 모듈을 나타내는 저면도이다. PV 모듈(650)은 솔라 셀들 사이에 전기적 접속부들을 만들도록 전도성 접착제(652)를 가질 수 있다. 상기 전도성 접착제는, 예를 들어, 접착성 경화제(adhesive hardener) 및 실버 접착체와 동등 부분들인 실버 에폭시와 같은 접착제를 포함할 수 있다. 그러한 에폭시는 예를 들어, 적용기술(Applied Technologies)로부터, 예를 들어, 명칭(designations) 100A 및 100B 하에서 획득될 수 있다. (Such an epoxy may be obtained from, for example, Applied Technologies, e.g., under the designations 100A and 100B.)
상기 전도성 접착제(652)는 전도성 리본 스트립들(654)과 연결될 수 있다. 상기 전도성 리본 스트립들(654)은 구리 또는 몇몇 다른 전도성 물질 (예를 들어, 은 기타 등등)으로 구성될 수 있다. 그리고 나서 전도성 리본 스트립들(654)은 리본 도선들(656)에 연결될 수 있다. 리본 도선들(656)은 디자인 요구들에 따라 상세화된 위치들에서 전력 연결들로서 라미네이트 (예를 들어, 도 3에 나타난 바와 같이)의 하나 이상의 가장자리들에서 상기 PV 모듈을 나갈(exit) 수 있다.
도 7은 지붕에서 사용을 위해 PV 모듈을 제조하기 위한 일 예시적 프로세스의 순서도이다. 단계 702에서 PV 모듈을 위한 유리 기판들이 제공된다. 상기에 논의되 바와 같이, 상기 유리 기판들은 다양한 유형들 및 특성들 (예를 들어, 제 1 유리 기판은 높은 투과율/유리의 낮은 철 유형일 수 있다)을 가질 수 있다. 상기 유리 기판들은 상기 기판들이 PV 모듈 (상기 유리 기판들의 디자인은, 예를 들어, 선루프와 같은 그들의 어플리케이션에 의존할 수 있다)의 정해진 구현을 위해 적절한 둘레 및 가장자리 마감(edge finish)을 가지도록 처리될 수 있다. 더욱이, 상기에 언급된 세라믹 에나멜을 이용하는 특정 패인팅된 패턴들 또한 추가될 수 있다.
다음에, 단계 704에서, 그리고 나서 상기 유리 기판들은 PV 모듈의 사용의 설명서에 적합하도록 그리고 나서 열 형성될 수 있다. 상기 유리 기판들의 표면 형상 및/또는 기하학적 구조가 정해진 어플리케이션의 설명서에 적합하다면, PV 셀들로 구성되는 PV 층은 단계 706에서 상기 유리 기판들 사이에 삽입될 수 있다.
상기에 논의된 바와 같이, 박막 솔라 셀들 (예를 들어, CIGS 또는 CIS, 기타 등등)은 특정 예시적 실시예들에서 사용될 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서, 상기 유리 기판들은 적극적으로 형성될 수 있다 (예를 들어, 상기 유리 기판의 곡률이 보통보다 더 많을 수 있다). 그러한 예시적 실시예들에서, 예를 들어, CIGS와 같은 박막 솔라 셀이 바람직 할 수 있다. 그러나, 다른 유형들의 솔라 셀 기술이 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다 (예를 들어, 결정질 실리콘 솔라 셀들).
단계 708에서, 라미네이트는 상기 제공된 유리 기판들 사이에 상기 PV 층을 캡슐화하기 위해 적용될 수 있다. 폴리비닐 부티랄(PVB), 에틸 비닐 아세테이트(EVA), 또는 기타 등등은 특정 예시적 실시예들에서 사용될 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서, 상기 PVB 두께는 0.1 - 1.0 mm, 더 바람직하게는 0.38 또는 0.76 mm의 범위 일 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서, 특정 라미네이트 물질은 시간이 지나면서 장기간 내구성 및 우수한 접착력을 공급하는 것을 돕도록 공식화될 수 있다. 유사한 접착력 강도, 밀봉(sealing), 내구성, 광학적 특성들 및/또는 다른 특성들을 가지는 다른 라미네이트 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 하나-, 둘-, 또는 더 많은-부분 우레탄들은 특정 예시적 실시예들에서 사용될 수 있다. 접착제들 (예를 들어, 감압 접착제들) 또한 특정 예시적 실시예들에서 사용될 수 있다. 일단 상기 유리 기판들, PV 층 및 상기 라미네이트가 결합되면, (예를 들어, 서로에 가까이 배열된), 그리고 나서 상기 PV 모듈은 단계 710 단계에서 열 및 압력으로 지배할 수 있다. 상기 열 및/또는 압력의 어플리케이션은 그 사에 상기 PV 층을 밀봉하면서, 상기 라미네이트를 통하여 두 유리 기판들의 접합을 용이하게 할 수 있다. 더욱이, 특정 예시적 실시예들에서 상기 열 및 압력은 상기 라미네이트 (예를 들어, PVB)가 광학적으로 투명하게 되게 할 수 있다. 물론, 특정 적층체 물질들은, 예를 들어, UV 경화 가능한 물질들과 같은 열 및 압력 외의 수단들에 의해 경화될 수 있다.
일단 함께 접합시킨다면, 그 사이 끼워진 상기 PV 층을 가지는 상기 두 유리 기판들은 단일 통합된 유닛 (예를 들어, 차에 위치되는 보편적 선루프와 유사한)과 구조적으로 유사할 수 있다. 그러므로, 단계 712 단계에서, 최근에 생성된 PV 모듈은 상기 차의 루프 안으로 설치될 준비가 될 수 있다. 다시 말하면, 보편적 선루프의 정해진 크기 또는 디자인 고려 사항들이 주어지면, 그들 사이에 라미네이트된 상기 밀봉된 PV 어레이를 가지는 상기 두 기판들의 조합은 상기 보편적 선루프의 그것과 실질적으로 유사한 방법으로 형상화되고 균형화(proportioned)될 수 있는 통합된 유닛을 제공할 수 있다. PV 모듈들을 생성하는 프로세스가 차의 어셈블리 프로세스에서 비용절감을 만들 수 있다는 것이 이해될 것이다. 첫째로, 차량 제조업체는 지금 PV 장착된 선루프를 수용하도록 상기 차량의 몸체를 개량할 필요가 없다. 두 번째로, 특정 예시적 실시예들은 통합된 PV 모듈들 (예를 들어, 통합된 PV 어레이들을 가지는 선루프들) 차량 제조업체들이 종래 선루프의 설치와 유사한 방법으로 프리패키지(prepackage) PV 모듈을 설치할 수 있다. 이것이 차량 제조업체를 위해 양쪽 시간 및 비용을 절약할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더욱이, 특정 예시적 실시예들에서, 상기 치수화된 유리 기판들 및 PV 어레이는 보편적 선루프보다 어떤 더 두껍지 않을 것이다. 따라서, PV 장착된 선루프의 설치는 상기 차량에 이용할 수 있는 전반적 헤드룸을 감소시키지 않을 수 있다. 특정 예시적 실시예들에서 통합된 PV 모듈은 실질적으로 보편적 선루프의 그것과 유사한 두께를 가질 수 있고, 그러므로 집어 넣을 수 있고 선루프의 펼침(opening)을 허용할 수 있다.
당분야에서 알려진 바와 같이, 종래 선루프는 열가소성 플라스틱들을 이용하는 사출 몰딩 시스템 또는 종래 우레탄들을 이용하는 반응 사출 몰딩 프로세스를 통하여 캡슐화될 수 있다. 그러한 기술들은 유리 선루프의 밀봉 및 마운팅을 용이하게 할 수 있다. 마찬가지로, 통합된 PV 모듈 (예를 들어, PV 모듈(200))은 비슷하거나 동일한 기술들을 이용하여 캡슐화될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 그러한 기술들을 통하여 PV 모듈(200)의 캡슐화는 기존 지붕 시스템들의 직접 교체를 용이하게 할 수 있다. 게다가, 캡슐화는 PV 기능들 (예를 들어, 전기적 도선들 기타 등등)을 위해 컨덕터들 및 커넥터의 전달(routing)을 용이하게 할 수 있다.
도 7의 단계들은 다양한 순서들로 수행될 수 있고 및/또는 특정 단계들은 본 발명의 상이한 실시예들에서 전혀 수행될 수 없다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 라미네이트 물질은 상기 유리 기판들에 제공될 수 있고 그리고 나서 상기 PV 셀들은 상기 라미네이트 물질 및 상기 유리 기판들 사이에 끼워질 수 있다.
특정 차량들 (예를 들어, 차)에 사용하기 위한 특정 PV 모듈들은 공중 사용에 이용 가능하기 위하여 테스트 규격(testing standards)에 적합할 필요가 있을 수 있다. 본원에서 상기 기술들이 적합을 위해 제공 및/또는 AS-3 라미네이트들에 대한 요구사항들을 초과할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 특정 예시적 실시예들은 다음과 같은 테스트를 통과할 수 있다: 1) 30 ft. 임파트 다트 테스트(impart dart test); 2) 30 ft. 작은 충격 구 테스트; 3) 2 시간 비등 테스트(boil test); 및 4) 2 주 물 안개 노출. 게다가, 특정 다른 예시적 실시예들은 적합 및 또는 다른 요구되지 않은 테스트들을 통과할 수 있다, 예를 들어: 1) 2주 염 안개 노출; 2) 1000 시간 85℃/85% RH 노출; 3) 상기 PV 모듈에서의 상기 PV 셀에 대한 전단 테스트; 및 4) 구리 버스에서의 전단 테스트. 따라서, 특정 예시적 실시예들은 특정 테스트들 (예를 들어, 안전성, 내구성, 기타 등등)에 적합 및/또는 초과하도록 구성될 수 있다.
특정 예시적 실시예들이 열-벤딩을 이용하여 기술되었을지라도, 다른 예시적 실시예들은 대체적으로, 또는 뿐만 아니라, 상기 유리 기판들을 형성하도록 냉간-벤딩(cold-bending)을 이용한다.
특정 예시적 실시예들이 TFSC를 이용하여 기술된 반면에, 다른 예시적 실시예들은 다른 유형들의 솔라 셀들을 이용할 수 있다. 예를 들어 결정질 실리콘 (c-Si)은 상기의 기술들과 함께 사용될 수 있다. 다른 예시적 실시예는 비정질 실리콘 (예를 들어, a-Si), 미세 결정성(microcrystalline) 실리콘 및/또는 다른 물질들을 이용할 수 있다.
상기 유리 기판들은 상이한 실시예들에서 동일 또는 상이한 조성들을 가지고 있을 수 있다. 예를 들어, 특정 예시적 실시예들에서, 가장 바깥쪽 기판으로서 낮은 철 기판을 제공하고 내부 기판에 대하여 상대적으로 덜 비싼 유형의 물질을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 또한 잠재적으로 더 큰 광량이 상기 PV 층들과 접촉하게 허용하는 동안 필요한 힘 및 두께 요구사항들을 제공할 수 있다. 태양 반대편의 상기 PV 층들의 측면 상에서의 상기 내부 기판 상에서 유리가 더 낮은 투과율을 제공하는 것이 상기 전반적 모듈의 성능에 영향을 미치지 말아야 한다.
두 가지 상이한 조성들을 가지는 유리 기판들의 사용이 상이한 가열 계수들을 가지고 있는 상기 유리 기판들의 결과가 될 수 있다는 것이 당분야의 숙련된 자들에 의해 이해될 것이다. 예를 들어, 상기 제1 유리 기판은 상기 제2 유리 기판의 그것과 비교될 때 상대적으로 낮은 철 함량을 가질 수 있다. 상기 제2 유리 기판이 더 높은 철 수치를 가질 수 있는 것처럼, 그것은 상기 제 1 유리 기판 (예를 들어, 더 많은 열을 흡수하는 철의 결과로서)보다 빠르게 더 가열될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 유리 기판들을 위한 열 팽창의 비율은 상이할 수 있다. 그러나, 그것은 두 라미네이트된 물질들에 대한 열 팽창의 비율이 상이할 때, 상기 라미네이트는 두 물질들 확장 및 상이한 비율에서 수축(contract)과 같이 유지하지 않을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러므로, 상기 두 물질들을 위한 라미네이트를 위한 정확한 가열 프로파일의 확인은 요구될 수 있다. 예를 들어, 상이한 철 함량에 의해 상이한 적외선(IR) 흡수율이 주어지면, IR 노출을 접하고 및/또는 IR 가열이 이용될 때, CTE 차이에 관심이 있을 수 있다.
이 문제에 접근하는 하나의 방법은 두 물질들 중 하나 또는 둘 모두에서 지향된 열량을 조절하는 것이다. 예를 들어, 이하 "표준" 조건들은, 상기 제1 유리 기판이 상기 제2 유리 기판보다 더 천천히 가열되고 있다면, 상기 제1 유리 기판에 열을 더하거나 그것을 상기 제2 유리 기판 (예를 들어, 열 싱크(heat sink)를 통하여)에서 제거하는 기술들이 이용될 수 있다. 그러므로, 상기 제1 (예를 들어, 낮은 철) 기판은 상기 제2 기판에 관하여 가열 계수의 차이에 대해 설명하기 위해 특정 예시적 실시예들에서 우선적으로 가열될 수 있다. 어셈블리의 가열 프로파일은, 예를 들어, 상기 기판들이 적절하게 서로에게 라미네이트되는 것을 확실하게 하는 것을 돕기 위해, 특정 예시적 경우들에서 개발되고 최적화된다. 일 예시적 가열을 프로파일은 상이한 유리 조성들, 기타 등등 고려할 수 있다. 상기 라미네이트들의 조성들은 또한 조절 및/또는 특정 라미네이트들, 예를 들어, 그러한 차이들을 위한 설명하기 위해, 선택될 수 있다.
상기 라미네이팅은 상기 제2 및 제2 기판들의 상기 상이한 조성들을 고려한 가열 프로파일에 따라 상기 제2 및 제2 기판들을 가열시키는 것을 포함할 수 있다. 유사하게, 상기 제1 및 제2 기판들의 상기 열 벤딩은 또한 상기 제1 및 제2 기판들의 상이한 조성들을 고려한 가열 히팅 프로파일에 따라 행해질 수 있다.
특정 예시적 실시예들에서, 상기 기판들의 하나 또는 둘 다는 열 처리 (예를 들어, 배강도(heat strengthened) 또는 열 강화(thermally tempered))될 수 있다. 본원에서 사용된 것처럼 상기 용어 "열 처리(heat treatment)"및 "열 처리(heat treating)"는 유리를 포함하는 물품(article)의 열 강화 및/또는 배강도 달성하기에 충분한 온도로 상기 물품을 가열시키는 것을 의미한다. 이러한 정의는, 예를 들어, 강화(tempering) 및/또는 배강도를 허용하기 위한 충분한 시간을 위해 적어도 약 550℃, 더 바람직하게는 적어도 약 580℃, 더 바람직하게는 적어도 약 600℃, 더 바람직하게는 적어도 약 620℃ 및 가장 바람직하게는 적어도 약 650℃의 온도에서 오븐 또는 로(furnace)에서 코팅된 물품을 가열시키는 것을 포함한다. 이것은 특정 예시적 실시예들에서 적어도 약 2 분 동안 또는 최고 약 10분까지 있을 수 있다.
본원에서 사용된 것처럼, 상기 용어들 "상에(on)", "~에 의해 지지된" 및 기타 등등은 두 성분들이 분명하게 언급되지 않는다면 서로 직접적으로 인접하는 것을 의미하도록 해석되지 말아야 한다. 다시 말하면, 그 사이에 하나 또는 그 이상의 층들이 있을지라도, 제1 층은 제2 층 "~ 상에" 또는 "~에 의해 지지된다"고 할 수 있다.
본 발명이 가장 실용적이고 바람직한 실시예가 되도록 현재 고려된 것과 관련하여 기술되었던 동안, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않는 것으로 이해되어야 하지만, 이에 반하여, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에 포함된 다양한 개량들 및 유사한 배열들을 커버하도록 의도된다.

Claims (20)

  1. 차량에 사용하기 위한 통합된 광전기적(photovoltaic; PV) 모듈의 제조 방법으로서,
    1.5 - 3.5 mm의 두께를 가지고, 철 함량이 0.001 내지 0.06%인 제1 유리 기판을 제공하는 단계;
    상기 제1 유리 기판과 실질적으로 평행하고, 1.5 - 3.5 mm의 두께를 가지며 상기 제1 유리 기판 보다 철 함량이 많은 제2 유리 기판을 제공하는 단계;
    상기 제1 유리 기판의 주 표면 및 상기 제2 유리 기판의 주 표면 사이에 PV 어레이를 제공하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 유리 기판들과 그 사이의 상기 PV 어레이를 함께 라미네이팅하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 PV 모듈은, 상기 차량(vehicle)의 루프와 관련하여 미리 결정된 치수, 형상, 및 중량에 따라, 중량을 재도록 구조화(structured), 형상화(shaped), 및 치수화(dimensioned) 되는 것이며,
    상기 라미네이팅하는 단계는, 상기 제1 및 제2 유리 기판의 철 함유량 차이에 의한 상기 제1 및 제2 유리 기판의 열 팽창 비율의 차이를 고려하여 열량을 조절하여 상기 제1 및 제2 유리 기판의 가열 프로파일에 따라 상기 제1 및 제2 유리 기판들을 가열시키는 것인, 통합된 광전기적 모듈의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이팅하는 단계는 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral; PVB)을 이용하여 달성되는 것인, 통합된 광전기적 모듈의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 PVB는 0.38 nm - 0.76 mm의 두께를 가지는 것인, 통합된 광전기적 모듈의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 PV 어레이는 얇은 호일 기판 상으로 배치된 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(copper indium gallium selenide; CIGS) 기반 솔라 셀들을 포함하는 것인, 통합된 광전기적 모듈의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유리 기판들을 열-벤딩(hot-bending)하는 단계를 더 포함하는 것인, 통합된 광전기적 모듈의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유리 기판들은 실질적으로 동시에 함께 벤딩되는 것인, 통합된 광전기적 모듈의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    미리 결정된 패턴으로 상기 제1 유리 기판의 주 표면 상에 세라믹 프릿(ceramic frit)을 배치하는 단계를 더 포함하는 것인, 통합된 광전기적 모듈의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이팅하는 단계는 UV 경화성 액체 우레탄들(UV curable liquid urethanes)을 이용하여 달성되는 것인, 통합된 광전기적 모듈의 제조 방법.
  11. 제1 두께를 가지는 제1 유리 기판을 제공하는 단계;
    상기 제1 유리 기판보다 더 높은 철 함량 및 더 낮은 가시광선 투과율을 가지는, 상기 제1 유리 기판에 실질적으로 평행한, 제2 두께를 가지는 제2 유리 기판을 제공하는 단계;
    상기 제1 및 제2 유리 기판들 사이에 솔라 셀 어레이를 삽입하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 유리 기판들을 함께 그 사이의 솔라 셀 어레이와 라미네이팅하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 라미네이팅하는 단계는, 상기 제1 및 제2 유리 기판의 철 함유량 차이에 의한 상기 제1 및 제2 유리 기판의 열 팽창 비율의 차이를 고려하여 열량을 조절하여 상기 제1 및 제2 유리 기판의 가열 프로파일에 따라 상기 제1 및 제2 유리 기판들을 가열시키는 것인, 루프탑 차량을 위한 통합된 PV 모듈의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 라미네이팅하는 단계는, 상기 제1 유리 기판과 상기 솔라 셀 어레이 사이에 위치되는 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral; PVB) 또는 에틸 비닐 아세테이트(ethyl vinyl acetate; EVA)의 제1양, 및 상기 솔라 셀 어레이와 상기 제2 유리 기판 사이에 위치되는 PVB 또는 EVA의 제2양을 이용하여 달성되는 것인, 통합된 PV 모듈의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 라미네이팅 물질은 PVB이고, 상기 제1 및 제2 양은 적어도 초기에 0.38 mm - 0.76 mm의 두께를 가지는 것인, 통합된 PV 모듈의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 솔라 셀 어레이는 얇은 호일 기판 상으로 배치된 구리 인듐 갈륨 셀레나이드(copper indium gallium selenide; CIGS) 기반 솔라 셀들을 포함하는 것인, 통합된 PV 모듈의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유리 기판들을 열-벤딩(hot-bending)하는 단계;를 더 포함하는 것인, 통합된 PV 모듈의 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유리 기판들은 상기 제1 및 제2 유리 기판들의 상이한 조성들을 반영하도록 선택된 가열 프로파일에 따라 함께 열 벤딩되는 것인, 통합된 PV 모듈의 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 제11항에 따른 통합된 PV 모듈을 제공하는 단계; 및
    상기 통합된 PV 모듈을 차에 구축하는 단계;
    를 포함하는, 차량의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 차량은 자동차(automobile)이고, 상기 통합된 PV 모듈은 선루프인 것인, 차량의 제조 방법.
  20. 기존 선루프를 대체하도록 구성된 통합된 PV 모듈로서,
    1.5 - 3.5 mm의 두께를 가지는 제1 유리 기판;
    상기 제1 유리 기판에 실질적으로 평행한, 상기 제1 유리 기판보다 더 많은 철 및 더 낮은 가시광선 투과율을 가지는 제2 유리 기판; 및
    상기 제1 유리 기판의 주 표면 및 상기 제2 유리 기판의 주 표면 사이에 배치되고 이에 연결되는 전기적 도선들을 가지는 CIGS-기반 솔라 셀 어레이;
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 유리 기판들은 PVB와 함께 라미네이트되고,
    상기 제1 및 제2 유리 기판들 사이의 상기 솔라 셀 어레이를 상기 PVB로 밀봉하고, 상기 전기적 도선들은 상기 PVB를 통하여 그리고 상기 통합된 PV 모듈 밖으로 확장되고,
    상기 통합된 PV 모듈은 기존 선루프(the existing sunroof)와 구조적으로 유사하도록 치수화되는 것이며,
    상기 라미네이팅하는 단계는, 상기 제1 및 제2 유리 기판의 철 함유량 차이에 의한 상기 제1 및 제2 유리 기판의 열 팽창 비율의 차이를 고려하여 열량을 조절하여 상기 제1 및 제2 유리 기판의 가열 프로파일에 따라 상기 제1 및 제2 유리 기판들을 가열시키는 것인, 통합된 PV 모듈.
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