KR102025077B1 - 양면 투광형 cigs계 태양전지용 유연성 기판과 그 제조방법, cigs계 태양전지의 제조방법 및 창호용 태양전지 모듈 - Google Patents

양면 투광형 cigs계 태양전지용 유연성 기판과 그 제조방법, cigs계 태양전지의 제조방법 및 창호용 태양전지 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판에 관한 것으로, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머에서 합성된 수지재; 및 상기 수지재에 분산된 강화재를 포함하며, 상기 강화재가 CNT, 금속 나노선, 산화물 나노선, 흑연섬유(graphite fiber) 및 그래핀으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 투명성이 뛰어난 수지재를 사용하되 강화재를 첨가하여 복합재료를 구성함으로써, 투명성과 유연성이 뛰어나면서도 CIGS계 태양전지의 제조 및 사용에 적합한 투명 유연성 기판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판과 그 제조방법, CIGS계 태양전지의 제조방법 및 창호용 태양전지 모듈{FLEXIBLE SUBSTRATE FOR BIFACIAL SOLAR CELL, MANUFACTURING METHOD FOR THE FLEXIBLE SUBSTRATE, MANUFACTURING METHOD FOR CIGS SOLAR CELL, AND SOLAR CELL MODULE FOR WINDOW}
본 발명은 CIGS계 태양전지용 유연성 기판에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 하부로 입사된 빛을 발전에 이용할 수 있도록 투명성이 향상된 CIGS계 태양전지용 유연성 기판에 관한 것이다.
최근 심각한 환경오염 문제와 화석 에너지 고갈로 차세대 청정에너지 개발에 대한 중요성이 증대되고 있다. 그 중에서도 태양전지는 태양 에너지를 직접 전기 에너지로 전환하는 장치로서, 공해가 적고, 자원이 무한적이며 반영구적인 수명이 있어 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 에너지원으로 기대되고 있다.
태양전지는 광흡수층으로 사용되는 물질에 따라서 다양한 종류로 구분되며, 현재 가장 많이 사용되는 것은 실리콘을 이용한 실리콘 태양전지이다. 그러나 실리콘 태양전지는 두꺼운 결정질 실리콘 웨이퍼를 사용하여 소재 의존성이 크고, 제조공정의 일관화가 어렵기 때문에 박막형 태양전지에 대한 관심이 증가하고 있다. 박막형 태양전지는 얇은 두께로 제작되므로 재료의 소모량이 적고, 무게가 가볍기 때문에 활용범위가 넓다. 이러한 박막형 태양전지의 재료로서 실용화가 진행된 물질로는 CdTe가 있으며, 최근에는 높은 광흡수 계수를 가지는 CIGS(Copper Indium Gallium Selenide)가 각광받고 있다.
한편, 태양전지를 구성하는 기본 단위인 태양전지 셀은 빛이 투과되는 전면전극 방향에서 입사되는 빛을 이용하여 발전을 수행하고, 후면전극은 빛이 투과되지 않는 금속재질로 구성함이 일반적이었다. 하지만, 최근에는 박막형 태양전지를 유리창 등에 부착하거나 창호형태로 사용하기 위한 목적으로 투명 또는 반투명한 태양전지에 대한 요구가 높아지고 있으며, 나아가 태양전지의 후면으로 입사된 빛을 이용하기 위하여 전후 양면으로 빛이 투과되는 태양전지를 구성하도록 후면투명전극을 적용한 태양전지에 대한 기술이 개발되고 있다.
또한, 곡면에 설치하거나 웨어러블 장비 등에 적용할 수 있도록 유연성 재질의 양면 투광형 태양전지를 제조하려는 노력이 이어지고 있으나, CIGS 태양전지에 주로 사용되는 소다라임 유리 기판은 경질의 재질이고, 유연성 기판으로 대표적인 금속 포일은 광이 투과되지 못하고, 폴리이미드의 경우도 투명도가 낮아서 양면 투광형 태양전지에는 적합하지 못한 문제가 있다.
이에 따라서 양면 투광형 유연성 태양전지에 적용할 수 있는 유연성 기판에 대한 요구가 계속되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 10-1497955
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 유연성 재질이면서 투광성이 뛰어난 CIGS계 태양전지용 기판을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판은, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머에서 합성된 수지재; 및 상기 수지재에 분산된 강화재를 포함하며, 상기 강화재가 CNT, 금속 나노선, 산화물 나노선, 흑연섬유(graphite fiber) 및 그래핀으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
현재 유연성 기판으로서 많이 사용되는 폴리이미드 기판은 방향족 폴리이미드 재질이며, 비교적 결정화도가 낮거나 대부분 비결정성 구조를 갖는 고분자로서 다양한 제품에 유연성 기판으로서 사용된다. 하지만, 현재 사용되는 폴리이미드 유연성 기판은 짙은 노란색을 나타내며 광투과율이 낮아서 하부로 입사된 빛까지 광발전에 사용하는 양면 투광형 태양전지에 적용하지 못한다.
본 발명은 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머를 사용하여 투명도가 높고 유연한 특성을 갖는 기판을 구성하되, CIGS 태양전지를 제조하기 위한 각 공정에 적용될 수 있는 물성을 갖도록 강화재를 첨가한 것을 특징으로 한다.
이에 따라서 본 발명은 유연성 기판은 양면 투광형 태양전지에 적합하도록 500nm 파장에서 80%이상의 투광성을 가지며, CIGS 태양전지 제조 공정에 적용할 수 있도록 유리전이온도(Tg)는 300~400℃ 범위이고 열팽창계수는 15~20 ppm/℃ 범위이다.
강화재는 20wt% 이하의 범위로 첨가되어야 500nm 파장에서 80%이상의 투광성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의한, 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판의 제조방법은, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머에서 수지재를 합성하는 수지 합성 단계; 상기 수지재에 강화재를 첨가하여 분산시키는 강화재 분산 단계; 및 상기 강화재가 분산된 수지재를 필름형태로 성형하여 고체화하는 기판 형성 단계를 포함하여 구성된다.
강화재는 20wt% 이하 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
기판 형성 단계가, 유리판 위에 강화재가 분산된 수지재를 평평하게 도포한 뒤에 고체화하여 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 의한, 양면 투광형 CIGS계 태양전지의 제조방법은, 하부 기판을 준비하는 단계; 상기 하부 기판 위에 투명전도성산화물 재질의 하부 투명 전극층을 형성하는 단계; 상기 하부 투명 전극층의 위에 CIGS계 재질의 광흡수층을 형성하는 단계; 상기 광흡수층의 위에 상부 버퍼층을 형성하는 단계; 및 상기 상부 버퍼층 위에 상부 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 하부 기판을 준비하는 단계가, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머에서 수지재를 합성하는 수지 합성 단계; 상기 수지재에 강화재를 첨가하여 분산시키는 강화재 분산 단계; 및 상기 강화재가 분산된 수지재를 필름형태로 성형하여 고체화하는 기판 형성 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
강화재는 20wt% 이하 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
기판 형성 단계가, 유리판 위에 강화재가 분산된 수지재를 평평하게 도포한 뒤에 고체화하여 수행될 수 있으며, 기판 형성 단계에서 고체화된 유연성 기판을 상기 유리판에서 분리한 뒤에 태양전지 제조에 사용할 수도 있고, 판 형성 단계에서 고체화된 유연성 기판을 상기 유리판에서 분리하지 않고 태양전지 제조에 사용하며, CIGS계 태양전지가 적층된 뒤에, 유연성 기판을 포함하는 CIGS계 태양전지를 상기 유리판에서 분리하는 단계를 더 수행할 수도 있다. CIGS계 태양전지를 적층한 뒤에 유리판에서 분리하는 경우는 LLO(Laser lift off)법으로 수행되는 것이 좋다.
본 발명의 마지막 형태에 의한, 창호용 태양전지 모듈은, 양면에 입사되는 빛을 모두 발전에 사용할 수 있는 태양전지를 포함하는 창호용 태양전지 모듈로서,
상기 태양전지가, 투명 유연성 하부 기판, 하부 투명 전극, CIGS계 광흡수층, 버퍼층 및 상부 전극이 순차로 적층된 양면 투광형 CIGS계 태양전지이고, 상기 투명 유연성 하부 기판이, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머에서 합성된 수지재; 및 상기 수지재에 분산된 강화재를 포함하며, 상기 강화재가 CNT, 금속 나노선, 산화물 나노선, 흑연섬유(graphite fiber) 및 그래핀으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 한다.
이러한 창호용 태양전지는 일반적인 창호에 적용될 수도 있으나, 유연성 기판을 적용하였기 때문에 곡면이 포함되는 자동차 선루프나 자동차 창문용 선탠지 형태로 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 투명성이 뛰어난 수지재를 사용하되 강화재를 첨가하여 복합재료를 구성함으로써, 투명성과 유연성이 뛰어나면서도 CIGS계 태양전지의 제조 및 사용에 적합한 투명 유연성 기판을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판을 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2는 CIGS계 태양전지의 일반적인 구조를 도시한 모식도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판을 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 유연성 기판은 먼저, 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머를 사용하여 수지재를 합성한다.
6FDA의 모노머와 다이아민을 유기용매에서 중합반응 시켜서 전구체인 폴리아믹산(PAA)을 합성한 뒤에 PAA를 이미드화 하여 수지재를 합성하는 일반적인 방법이 적용될 수 있다. 유기용매와 이미드화의 방법은 특별히 제한되지 않고, 6FDA의 모노머를 통해 수지재를 합성할 수 있는 것이면 모두 사용할 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 상기한 과정으로 합성된 수지재에 강화재를 혼합하여 복합재료를 준비한다.
상기한 과정에 따라서 6FDA의 모노머로부터 합성된 수지재는 유리전이 온도 (Tg)가 ~265℃ 정도이고, 열팽창계수(coefficient of thermal expansion, CTE)도 ~25 ppm/℃ 수준이다. 이러한 물리적 특성으로는 CIGS 태양전지를 제조하는 과정에서 가해지는 열에 의해서 변형되어 CIGS 태양전지용 기판으로는 적용할 수 없다.
본 발명의 발명자들은 6FDA의 모노머로부터 합성된 수지재의 물리적 특성을 강화할 수 있는 강화재를 첨가하여 사용함으로써, CIGS 태양전지의 제조와 사용에 적합한 물성을 가질 수 있도록 하였다.
이때, 6FDA의 모노머로부터 합성된 수지재를 사용한 가장 큰 이유인 투명도를 해치지 않기 위하여, 강화재로는 크기가 나노 범위인 CNT, 금속 나노선, 산화물 나노선, 흑연섬유(graphite fiber) 및 그래핀으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질을 사용하였다. CNT는 단일벽 탄소나노튜브와 다중벽 탄소나노튜브가 모두 적용될 수 있다. 최종 제조되는 기판이 500nm 파장에서 80%이상의 투광성을 나타낼 수 있도록 강화재의 첨가량은 20wt% 이하 범위가 되어야 한다.
첨가량의 하한 값은 특별히 정해지는 것은 아니지만, CIGS 태양전지의 제조와 사용이 가능한 다음의 물성을 맞출 수 있는 양은 첨가되어야 한다.
수지재에 강화재를 첨가한 복합재료로 제조된 기판의 최종적인 물성이 유리전이온도(Tg)는 300~400℃ 범위이고 열팽창계수는 15~20 ppm/℃ 범위가 되어야, 유연성 기판으로서 CIGS 태양전지의 제조 및 사용에 적합하다.
마지막으로, 강화재를 수지재에 분산 혼합된 복합재료를 필름형태로 성형하여 유연성 기판을 제조한다.
복합재료를 필름형태로 성형하는 방법은 제한되지 않으며, 유동성이 있는 바니시 상태의 복합재료를 필름 형상으로 바로 성형하여 고체화 하는 것도 가능하다.
하지만, 얇고 고른 두께의 필름 형태로 제조하기 위해서는, 유리판 위에 유동성이 있는 바니시 상태의 복합재료를 스핀 코팅 또는 캐스팅 등의 방법으로 얇게 도포한 뒤에 건조 및 큐어링하여 고체 상태의 유연성 기판을 제조하는 것이 바람직하다.
이때, 유리판에서 유연성 기판을 먼저 분리하여 사용할 수도 있고, 유리판에 부착된 유연성 기판 위에 CGIS 태양전지를 적층하여 형성한 뒤에 LLO(Laser lift off)법을 이용하여 유리판에서 유연성 기판을 포함하는 CIGS 태양전지를 분리하는 것도 가능하다.
도 2는 CIGS계 태양전지의 일반적인 구조를 도시한 모식도이다.
일반적인 CIGS계 태양전지는 하부 기판(100) 위에 하부 전극(200), 광흡수층(300), 버퍼층(400) 및 상부 전극(500)이 순차적으로 적층된 구조를 포함한다.
본 발명의 유연성 기판은 하부 기판(100)으로 사용되는 것이며, 양면 투광형 CIGS계 태양전지를 구성하기 위해서는 하부 전극(200)도 투명재질로 구성한다.
이러한 CIGS계 태양전지는 하부 기판(100)에 각층을 순차적으로 적층하여 제조되며, 각 층을 형성하는 과정에서 다양한 제조방법이 적용될 수 있다. 하지만 CIGS계 광흡수층(300)을 형성하는 방법은 동시진공증발(co-evaporation)공정을 적용하는 경우에 효율이 가장 뛰어난 것으로 알려져 있으며, 동시진공증발 공정은 300℃ 이상의 온도 범위에서 수행되는 것이 일반적이다.
따라서 단순히 6FDA의 모노머로부터 합성된 수지재만을 사용하여 기판을 제조한 경우에는 CIGS계 광흡수층(300)을 형성하는 과정에서 기판이 모두 녹아버리거나 변형이 발생하여 태양전지를 제조할 수 없다.
본 발명의 유연성 기판은 6FDA의 모노머로부터 합성된 수지재에 강화재를 첨가함으로써 동시진공증발 공정을 적용하여 CIGS계 광흡수층(300)을 형성하여도 문제가 없다.
본 발명의 유연성 기판을 적용한 CIGS계 태양전지는 유연성 기판의 광투과도가 뛰어나기 때문에 건물의 창문에 적용되는 창호용 태양전지 모듈에 적용할 수 있으며, 본 발명의 유연성 기판을 적용한 CIGS계 태양전지를 적용하는 것을 제외하고 창호용 태양전지 모듈의 일반적인 기술이 모두 적용될 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.
또한 본 발명의 유연성 기판을 적용한 CIGS계 태양전지는 유연성 특성을 갖기 때문에 종래에 태양전지가 적용되기 어려웠던 창호에도 적용할 수 있으며, 일예로서 자동차 창호용 태양전지 모듈로서 적용할 수 있다. 자동차의 선루프와 창문 등은 적어도 일부분에 곡면을 포함하는 것이 일반적이기 때문에, 유연성 재질의 태양전지 모듈을 적용하여야 한다. 따라서 본 발명의 유연성 기판을 적용한 CIGS계 태양전지를 자동차 선루프용 태양전지 모듈로서 사용할 수도 있고, 자동차 창문의 선탠지 형태의 태양전지 모듈로서 사용할 수도 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 하부 기판
200: 하부 전극
300: 광흡수층
400: 버퍼층
500: 상부 전극

Claims (17)

  1. 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머에서 합성된 수지재; 및
    상기 수지재에 분산된 강화재를 포함하며,
    상기 강화재가 CNT, 금속 나노선, 산화물 나노선, 흑연섬유(graphite fiber) 및 그래핀으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질이며,
    상기 강화재에 의해서 기판의 유리전이온도(Tg)가 300~400℃ 범위인 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 강화재는 20wt% 이하 범위로 첨가된 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 500nm 파장에 대한 투과도가 80%이상인 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판은 열팽창계수가 15~20 ppm/℃ 범위인 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판.
  6. 4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머에서 수지재를 합성하는 수지 합성 단계;
    상기 수지재에 강화재를 첨가하여 분산시키는 강화재 분산 단계; 및
    상기 강화재가 분산된 수지재를 필름형태로 성형하여 고체화하는 기판 형성 단계를 포함하며,
    상기 강화재가 CNT, 금속 나노선, 산화물 나노선, 흑연섬유(graphite fiber) 및 그래핀으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질이며,
    상기 강화재에 의해서 기판의 유리전이온도(Tg)가 300~400℃ 범위가 되는 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판의 제조방법.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 6에 있어서,
    상기 강화재를 20wt% 이하 범위로 첨가하는 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 기판 형성 단계가, 유리판 위에 상기 강화재가 분산된 수지재를 평평하게 도포한 뒤에 고체화하여 수행되는 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지용 유연성 기판의 제조방법.
  9. 하부 기판을 준비하는 단계;
    상기 하부 기판 위에 투명전도성산화물 재질의 하부 투명 전극층을 형성하는 단계;
    상기 하부 투명 전극층의 위에 CIGS계 재질의 광흡수층을 형성하는 단계;
    상기 광흡수층의 위에 상부 버퍼층을 형성하는 단계; 및
    상기 상부 버퍼층 위에 상부 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 하부 기판을 준비하는 단계가,
    4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머에서 수지재를 합성하는 수지 합성 단계;
    상기 수지재에 강화재를 첨가하여 분산시키는 강화재 분산 단계; 및
    상기 강화재가 분산된 수지재를 필름형태로 성형하여 고체화하는 기판 형성 단계를 포함하며,
    상기 강화재가 CNT, 금속 나노선, 산화물 나노선, 흑연섬유(graphite fiber) 및 그래핀으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질이며,
    상기 강화재에 의해서 기판의 유리전이온도(Tg)가 300~400℃ 범위가 되는 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지의 제조방법.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 9에 있어서,
    상기 강화재를 20wt% 이하 범위로 첨가하는 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지의 제조방법.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 9에 있어서,
    상기 기판 형성 단계가, 유리판 위에 상기 강화재가 분산된 수지재를 평평하게 도포한 뒤에 고체화하여 수행되는 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 기판 형성 단계에서 고체화된 유연성 기판을 상기 유리판에서 분리한 뒤에 태양전지 제조에 사용하는 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지의 제조방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 기판 형성 단계에서 고체화된 유연성 기판을 상기 유리판에서 분리하지 않고 태양전지 제조에 사용하며,
    CIGS계 태양전지가 적층된 뒤에, 유연성 기판을 포함하는 CIGS계 태양전지를 상기 유리판에서 분리하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지의 제조방법.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 13에 있어서,
    유리판에서 분리하는 단계가 LLO(Laser lift off)법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 양면 투광형 CIGS계 태양전지의 제조방법.
  15. 양면에 입사되는 빛을 모두 발전에 사용할 수 있는 태양전지를 포함하는 창호용 태양전지 모듈로서,
    상기 태양전지가, 투명 유연성 하부 기판, 하부 투명 전극, CIGS계 광흡수층, 버퍼층 및 상부 전극이 순차로 적층된 양면 투광형 CIGS계 태양전지이고,
    상기 투명 유연성 하부 기판이,
    4,4'-(헥사플루오로이소프로필리덴)디프탈산 무수물(6FDA)의 모노머에서 합성된 수지재; 및
    상기 수지재에 분산된 강화재를 포함하며,
    상기 강화재가 CNT, 금속 나노선, 산화물 나노선, 흑연섬유(graphite fiber) 및 그래핀으로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 물질이고, 상기 강화재에 의해서 기판의 유리전이온도(Tg)가 300~400℃ 범위인 것을 특징으로 하는 창호용 태양전지 모듈.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 15에 있어서,
    상기 창호용 태양전지 모듈이 자동차 선루프에 적용되는 것을 특징으로 하는 창호용 태양전지 모듈.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    청구항 15에 있어서,
    상기 창호용 태양전지 모듈이 자동차 창문용 선탠지 형태로 적용되는 것을 특징으로 하는 창호용 태양전지 모듈.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101482491B1 (ko) * 2014-01-15 2015-01-16 한국과학기술원 산화마그네슘 나노입자들이 내장된 무색 투명 폴리이미드 필름 제조 및 이를 이용한 적층형 보호막 필름
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0633329A (ja) * 1992-07-09 1994-02-08 Mitsubishi Rayon Co Ltd 補強用混合繊維及びそれを用いたプリプレグ
KR101497955B1 (ko) 2013-07-25 2015-03-03 한국에너지기술연구원 광투과 후면전극과 이를 이용한 태양전지 및 이들의 제조방법
KR101870341B1 (ko) * 2013-12-26 2018-06-22 코오롱인더스트리 주식회사 투명 폴리아마이드―이미드 수지 및 이를 이용한 필름

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101482491B1 (ko) * 2014-01-15 2015-01-16 한국과학기술원 산화마그네슘 나노입자들이 내장된 무색 투명 폴리이미드 필름 제조 및 이를 이용한 적층형 보호막 필름
KR101778723B1 (ko) 2016-11-17 2017-09-25 한국에너지기술연구원 Ｃｉｇｓ계 태양전지 셀의 제조방법 및 cigs계 태양전지 셀

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